di Diana Salciarini
(Rinnovabili.it) – Le Geo-Strutture Energetiche (GSE) rappresentano una tecnologia innovativa in cui la funzione energetica è integrata a quella strutturale. Analogamente ad altri sistemi geotermici tradizionali, le GSE sfruttano la risorsa geotermica a bassa entalpia e il campo di temperatura che rimane relativamente costante nella porzione più superficiale del sottosuolo durante tutto l’anno. Possono essere implementate come GSE tutte le strutture a diretto contatto con il terreno, trasformandole in veri e propri scambiatori di calori: le fondazioni profonde (es. pali), le strutture di contenimento del terreno (es. paratie, diaframmi e palancole), le fondazioni poco profonde (es. basamenti, solette), i rivestimenti di gallerie e gli ancoraggi.
Le finalità dello scambio termico che si possono stabilire con le GSE sono numerose, ad esempio: 1) supportare impianti di riscaldamento e raffreddamento per raggiungere i livelli di comfort desiderato all’interno degli edifici, 2) contribuire alla produzione di acqua calda per usi antropici, agricoli o industriali, 3) fornire calore per prevenire la formazione di ghiaccio su marciapiedi e impalcati di strutture e infrastrutture quali strade, ponti, stazioni e piste aeroportuali e 4) accumulare calore nel sottosuolo per un successivo utilizzo.
I materiali e la tecnologia
Da un punto di vista tecnologico, le GSE differiscono dalle strutture geotecniche convenzionali perché prevedono la presenza di tubazioni fissate lungo l’armatura o inserite all’interno del cls attraverso un’installazione che può essere eseguita sia in fabbrica che in cantiere.
All’ingresso e all’uscita delle tubazioni di ciascuna GSE sono fissati una valvola di bloccaggio e un manometro che consentono di pressurizzare il circuito delle tubazioni entro un intervallo di 5-8 bar. Nella maggior parte delle applicazioni le valvole di bloccaggio e i manometri vengono utilizzati anche durante il getto per far resistere le tubazioni al carico del cls senza collassare. I tubi sono generalmente realizzati in polietilene ad alta densità e sono caratterizzati da un diametro di 10-40 mm con uno spessore delle pareti di 2-4 mm. Può essere previsto un isolamento termico nei primi metri di ingresso e uscita delle tubazioni per limitare l’influenza della condizione climatica ambientale sul processo di scambio termico, al fine di ottimizzare l’efficienza energetica.
All’interno dei tubi viene pompato un fluido (detto termovettore) che veicola l’energia termica circolando nelle tubazioni. È solitamente costituito da acqua, eventualmente addizionata con una sostanza antigelo glicolica o con una soluzione salina.
I vantaggi delle Geo-Strutture energetiche
Analogamente ad altre tecnologie che sfruttano energia rinnovabile, come i sistemi geotermici convenzionali, le Geo-Strutture energetiche sono una tecnologia rispettosa dell’ambiente che riduce la necessità di fonti energetiche fossili e quindi le emissioni di gas serra. Per questo motivo l’utilizzo di questa tecnologia è del tutto in linea con iniziative, politiche, regolamenti e convenzioni nazionali e internazionali. Le GSE possono essere combinate con altre tecnologie che sfruttano energie rinnovabili, ad esempio pannelli solari, per formare sistemi energetici altamente efficienti.
A differenza dei sistemi geotermici convenzionali, gli elementi a contatto con il terreno che costituiscono le GSE e fungono da scambiatori di calore sono già richiesti per ragioni strutturali e non devono essere costruiti separatamente. Ciò comporta risparmi nel processo di costruzione evitando di dover ricorrere a scavi e perforazioni ulteriori. Un’altra differenza fondamentale è che il cls con cui vengono realizzate le GSE ha tipicamente proprietà termiche migliori rispetto ai materiali utilizzati in altre tecnologie geotermiche (ad es. bentonite nelle sonde geotermiche), e tale caratteristica rende lo scambio termico più favorevole. Un’ultima differenza è che solitamente il raggio di curvatura dei tubi nelle GSE è maggiore rispetto a quello che caratterizza i tubi degli scambiatori di calore geotermici convenzionali. Ciò comporta una minore resistenza al flusso del fluido circolante nelle tubazioni, che si traduce in una minore potenza di pompaggio richiesto e quindi in un minor costo di esercizio.
Con riferimento alle finalità di scambio termico che si possono ottenere con le Geo-Strutture energetiche, diversi sono i vantaggi rispetto ad altri sistemi tecnologici. L’utilizzo di GSE per il riscaldamento e il raffrescamento degli edifici riduce l’impatto ambientale della costruzione e può essere sfruttato per ottenere incentivi per la sua progettazione e realizzazione. L’utilizzo di GSE per contribuire alla produzione di acqua calda a fini antropici riduce i costi rispetto ad impianti che ricorrono interamente a tecnologie più convenzionali ed è ancora una volta caratterizzato da un ridotto impatto ambientale.
Anche quando le GSE sono impiegate per contribuire alla produzione di acqua calda per usi agricoli, è dimostrato che si possono ottenere risparmi sui costi operativi e impatti ambientali inferiori. L’utilizzo di GSE per la fornitura di calore per prevenire la formazione di ghiaccio su marciapiedi e impalcati di infrastrutture quali strade, ponti, marciapiedi di stazioni e piste aeroportuali comporta la riduzione degli impatti sull’ambiente e sul costruito perché non è necessario l’utilizzo di interventi chimici e meccanici (tramite ad es. sali o graniglie) e a ciò consegue la riduzione di fenomeni di degradazione per i materiali da costruzione. Infine, l’utilizzo di GSE per l’immagazzinamento del calore nel sottosuolo consente di sfruttare in un secondo momento il calore che altrimenti andrebbe disperso, oltre a costituire sistemi energetici particolarmente efficaci ed efficienti.