Sistemi di riscaldamento geotermico per una casa di campagna: caratteristiche dell'installazione fai-da-te

Sappiamo che la geotermia è il calore della Terra, e il concetto di 'geotermico' spesso lo associamo a vulcani e geyser. In Russia, l'energia geotermica viene utilizzata principalmente su scala industriale; ad esempio, esistono centrali elettriche in Estremo Oriente che funzionano sfruttando il calore del nostro pianeta.

Molti sono convinti che realizzare un impianto di riscaldamento geotermico fai-da-te sia qualcosa di fantascientifico. Non è così? Ma non lo è affatto! Con lo sviluppo delle tecnologie moderne, l'uso domestico dell'“energia verde” è diventato del tutto realistico.

Le illustreremo i principi di funzionamento del riscaldamento alternativo, i suoi vantaggi e svantaggi, e lo confronteremo con i sistemi di riscaldamento tradizionali. Inoltre, scoprirà le modalità di posizionamento dello scambiatore di calore e come installare un impianto di riscaldamento geotermico fai-da-te.

Alcuni fatti storici

Negli anni '70 del secolo scorso, quando scoppiò la crisi petrolifera, in Occidente nacque un forte bisogno di fonti di energia alternative. Fu proprio in quel periodo che iniziarono a essere creati i primi sistemi di riscaldamento geotermico.

Oggi si sono diffusi ampiamente negli Stati Uniti, in Canada e negli Stati dell'Europa occidentale.

Ad esempio, in Svezia si utilizza attivamente l'acqua del Mar Baltico, la cui temperatura è di +4°C. In Germania, l'adozione di sistemi di riscaldamento geotermico viene persino sponsorizzata a livello statale.

In Russia operano le centrali geotermiche di Paužetskaja, Verchne-Mutnovskaja, Okeanskaja e altre. Ma i casi di utilizzo dell'energia della Terra nel nostro settore privato sono molto rari.

Vantaggi e svantaggi reali

Se in Russia il riscaldamento geotermico del settore privato ha avuto una diffusione relativamente limitata, significa forse che l'idea non vale la spesa per realizzarla? Forse non vale nemmeno la pena occuparsi di questo problema? Invece, si è scoperto che non è così.

L'utilizzo di un sistema di riscaldamento geotermico per l'abitazione è una soluzione vantaggiosa. E ci sono diverse ragioni. Tra queste, la rapida installazione dell'attrezzatura, che è in grado di funzionare a lungo senza interruzioni.

Se si utilizza nell'impianto di riscaldamento non acqua, ma un antigelo di qualità, l'impianto non congelerà e la sua usura sarà minima.

Elenchiamo anche gli altri vantaggi di questo tipo di riscaldamento.

• Esclusa la procedura di combustione del combustibile. Creiamo un sistema assolutamente a prova di incendio che, durante il suo funzionamento, non potrà causare alcun danno all'abitazione. Inoltre, vengono eliminati altri aspetti legati alla presenza del combustibile: ora non è necessario cercare un posto per stoccarlo, occuparsi della sua preparazione o consegna.
• Notevole vantaggio economico. Durante il funzionamento del sistema non saranno necessari ulteriori investimenti. Il riscaldamento annuale è fornito dalle forze della natura, che non acquistiamo. Certo, durante il funzionamento della pompa di calore viene consumata energia elettrica, ma il volume di energia prodotta supera significativamente il consumo.
• Fattore ecologico. Il riscaldamento geotermico di una casa privata di campagna è una soluzione ecologicamente sicura. L'assenza del processo di combustione impedisce l'emissione di prodotti di combustione nell'atmosfera. Se molte persone ne sono consapevoli e un tale sistema di riscaldamento riceve la giusta diffusione capillare, l'impatto negativo dell'uomo sulla natura diminuirà molte volte.
• Compattezza del sistema. Non dovrà organizzare una stanza separata per la caldaia nella Sua casa. Tutto ciò che sarà necessario è una pompa di calore, che può essere collocata, ad esempio, nel seminterrato. Il circuito più voluminoso del sistema sarà situato sottoterra o sott'acqua, non lo vedrà in superficie sul Suo terreno.
• Multifunzionalità. Il sistema può funzionare sia per il riscaldamento nella stagione fredda, sia per il raffreddamento durante la calura estiva. In pratica, sostituirà per Lei non solo il riscaldatore, ma anche il condizionatore.
• Comfort acustico. La pompa di calore funziona quasi in modo silenzioso.

La scelta di un sistema di riscaldamento geotermico è economicamente vantaggiosa, nonostante la necessità di spendere per l'acquisto e l'installazione delle apparecchiature.

Tra l'altro, come svantaggio del sistema vengono menzionati proprio i costi a cui si dovrà far fronte per installare il sistema e metterlo in funzione. Sarà necessario acquistare la pompa stessa e alcuni materiali, eseguire i lavori di montaggio del collettore esterno e del circuito interno.

Tuttavia, queste spese si ammortizzano già nei primi anni di esercizio. L'uso successivo del collettore interrato o immerso in acqua consente di risparmiare somme considerevoli.

Inoltre, il processo di installazione non è così complesso da dover chiamare tecnici esterni. Se non si esegue la perforazione, tutto il resto può essere fatto da soli.

Va notato che alcuni artigiani, nel tentativo di risparmiare, hanno imparato a costruire autonomamente una pompa di calore geotermica.

Sulle fonti del riscaldamento geotermico

Per il riscaldamento geotermico è possibile utilizzare le seguenti fonti di energia termica terrestre:

• ad alta temperatura;
• a bassa temperatura.

Le fonti ad alta temperatura includono, ad esempio, le sorgenti termali. È possibile utilizzarle, ma il loro campo di applicazione è limitato all'effettiva ubicazione di tali fonti.

Se in Islanda questo tipo di energia viene ampiamente utilizzato, in Russia le acque termali si trovano lontano dai centri abitati. Sono concentrate principalmente in Kamchatka, dove l'acqua sotterranea viene impiegata come vettore di calore e fornita ai sistemi di acqua calda sanitaria.

Invece, per l'utilizzo di fonti a bassa temperatura disponiamo di tutti i presupposti necessari. A questo scopo sono adatte le masse d'aria circostanti, il suolo o l'acqua.

Per estrarre l'energia necessaria si utilizza una pompa di calore. Con il suo aiuto avviene la trasformazione della temperatura ambiente in energia termica non solo per il riscaldamento, ma anche per la fornitura di acqua calda sanitaria di una casa privata.

Principio di funzionamento di tale riscaldamento

Se ha familiarità con come funziona un condizionatore d'aria o un frigorifero, la somiglianza di questi processi con il principio di funzionamento del riscaldamento geotermico è evidente. La base del sistema è una pompa di calore, che è inserita in due circuiti: esterno e interno.

Per organizzare un sistema di riscaldamento tradizionale in qualsiasi casa, è necessario installare dei tubi per il trasporto del liquido termovettore e dei radiatori, che, riscaldandosi, rilasciano calore negli ambienti. Nel nostro caso anche i tubi e i radiatori sono necessari. Essi costituiscono il circuito interno del sistema. Nello schema possono essere aggiunti pavimenti riscaldanti.

Il circuito esterno appare molto più imponente di quello interno, anche se le sue dimensioni possono essere valutate solo durante la fase di progettazione e installazione. Durante l'esercizio, è invisibile poiché si trova sotto terra o sotto l'acqua. All'interno di questo circuito circola acqua normale o antigelo a base di glicole etilenico, il che è molto preferibile.

Liquido termovettore Nel circuito esterno si riscalda fino allo stato del mezzo in cui è immerso e viene inviato in forma «riscaldata» alla pompa di calore. Attraverso di essa, il calore concentrato viene trasmesso al circuito interno, con il risultato che l'acqua nei tubi, nei radiatori e nei pavimenti radianti si riscalda.

Pertanto, l'elemento chiave che dà vita a tutto il sistema è la pompa di calore. Se nella Sua casa c'è una normale lavatrice, sappia che questa pompa occuperà approssimativamente la stessa superficie.

Per funzionare ha bisogno di elettricità, ma consumando solo 1 kW, produce 4-5 kW di calore. E questo non è un miracolo, poiché la fonte di energia «aggiuntiva» è nota – è l'ambiente circostante.

Due tipi di posizionamento dello scambiatore di calore

Esistono due varianti di riscaldamento per una casa privata che utilizzano l'energia a bassa temperatura degli elementi ambientali. La base del sistema in tutti e tre i casi è la pompa geotermica.

Il circuito interno rimane invariato per qualsiasi metodo di riscaldamento, mentre la differenza principale risiede nella disposizione del circuito esterno.

Il riscaldamento geotermico può essere con scambiatore di calore posizionato:

• verticalmente – sono posizionati in pozzi che attraversano o non attraversano la falda acquifera;
• orizzontalmente – gli scambiatori di calore dei sistemi vengono installati in uno scavo o in uno specchio d'acqua aperto a forma di serpentino.

Ciascuno dei tipi di riscaldamento qui presentati ha le proprie caratteristiche, svantaggi e vantaggi.

Se intende realizzare un tale sistema di riscaldamento con le proprie mani, Le interesserà conoscere più in dettaglio ciascuno dei tipi.

Variante #1. Posizionamento verticale del collettore esterno

Questo tipo di riscaldamento si basa su un interessante fenomeno naturale: a una profondità di 50-100 m e oltre dalla superficie, la terra ha una temperatura costante e uniforme di 10-12°C durante tutto l'anno.

Per poter utilizzare questa energia della terra, è necessario perforare pozzi verticali. La tecnologia è praticamente analoga alla preparazione di una fonte di approvvigionamento idrico.

Allo scopo di preservare al massimo il paesaggio, è possibile perforare più tubi da un unico punto di partenza, ma con angolazioni diverse.

Il circuito esterno del sistema sarà installato direttamente in questi pozzi. Ciò consentirà di estrarre efficacemente il calore dal terreno. Naturalmente, questo metodo non può essere definito semplice o economico.

È indicato nel caso in cui l'area adiacente alla casa sia già sistemata e non sia opportuno alterarne il paesaggio. La profondità di perforazione del pozzo può variare da 50 a 200 metri.

I parametri specifici del pozzo dipendono dalle condizioni geologiche del terreno e dai parametri della futura struttura. La durata utile di tale costruzione è di circa 100 anni.

Per l'installazione della versione verticale del sistema con scambiatore di calore che estrae l'energia dell'acqua sotterranea, sarà necessario perforare due pozzi acquiferi.

Da una di esse, denominata pozzo di produzione, tramite una pompa viene effettuato il prelievo dell'acqua che, dopo aver trasferito il calore, viene scaricata nel secondo pozzo, di ricezione.

Variante #2. Posizionamento orizzontale del collettore a terra

Per posare il circuito esterno in un sistema di riscaldamento orizzontale, è necessario conoscere la profondità di congelamento del terreno nella Sua zona.

I tubi vengono posati al di sotto del livello di congelamento in trincee predisposte, occupando un'area piuttosto ampia: per riscaldare una casa con una superficie di 200-250 mq, è necessario utilizzare circa 600 mq di scambiatore di calore, ovvero sei are.

È chiaro che in queste condizioni il volume di scavo sarà considerevole. Inoltre, è necessario considerare nella Sua planimetria la posizione degli alberi e di altra vegetazione sul terreno per evitare di danneggiarli. Ad esempio, non si devono posizionare i tubi del collettore a meno di un metro e mezzo dagli alberi.

Questo metodo di installazione viene solitamente utilizzato quando il terreno è appena in fase di preparazione per la costruzione. È meglio eseguire contemporaneamente tutti i calcoli e i piani per la costruzione del cottage, l'organizzazione del suo riscaldamento e la pianificazione del terreno.

Immersione dello scambiatore di calore orizzontale in uno specchio d'acqua

Questo metodo richiede una posizione particolare dell'abitazione – a circa 100 m da un bacino d'acqua di profondità sufficiente. Inoltre, tale bacino non deve gelare fino al fondo, dove sarà posizionato il circuito esterno del sistema. E a tal fine, la superficie del bacino non deve essere inferiore a 200 m².

Il vantaggio evidente di questo metodo è l'assenza di obbligatori lavori di scavo faticosi, anche se con la disposizione subacquea del collettore bisognerà comunque impegnarsi. E sarà anche necessario un permesso speciale per svolgere tali lavori.

Tuttavia, l'impianto geotermico che utilizza l'energia dell'acqua è comunque il più economico.

Fai-da-te: cosa e come

Se si decide di installare il riscaldamento geotermico da sé, è comunque meglio acquistare il circuito esterno già pronto. Naturalmente, consideriamo solo i metodi di disposizione orizzontale dello scambiatore di calore esterno: sotto la superficie del suolo o sott'acqua.

Il collettore verticale a pozzo è molto più difficile da installare autonomamente se non si dispone dell'attrezzatura e delle competenze di perforazione.

La pompa di calore non è un'attrezzatura troppo ingombrante. Nella Sua casa non occuperà molto spazio. Infatti, per dimensioni è paragonabile, per esempio, a una normale caldaia a combustibile solido. Collegare a essa il circuito interno della Sua casa è un compito semplice.

In realtà, si fa tutto esattamente come nell'organizzazione e distribuzione del riscaldamento con fonti di calore tradizionali. La difficoltà principale è la realizzazione del circuito esterno.

L'opzione migliore è l'utilizzo di un bacino d'acqua, se se ne trova uno a non più di 100 m di distanza. È necessario che la sua superficie superi i 200 m² e la profondità sia di 3 m (parametro medio di congelamento). Se questo bacino d'acqua non è di Sua proprietà, il problema potrebbe essere ottenere il permesso per il suo utilizzo.

Se invece il bacino d'acqua è uno stagno di Sua proprietà, la situazione si semplifica. L'acqua dello stagno può essere temporaneamente pompata via. Allora i lavori sul fondo potranno essere eseguiti facilmente: bisognerà posare i tubi a spirale, fissandoli in questa posizione.

I lavori di scavo saranno necessari solo per scavare una trincea, che servirà per collegare il circuito esterno alla pompa di calore.

Dopo aver completato tutti i lavori, lo stagno può essere riempito di nuovo d'acqua. Nei prossimi cento anni, lo scambiatore di calore esterno dovrebbe funzionare correttamente e non causare fastidi al suo proprietario.

Se Lei ha a disposizione un terreno su cui dovrà ancora costruire un'abitazione e coltivare un giardino, ha senso progettare uno scambiatore di calore orizzontale di tipo interrato.

A tal fine, è necessario effettuare un calcolo preliminare dell'area del futuro collettore, in base ai parametri già indicati sopra: 250-300 mq di collettore per 100 mq di superficie riscaldata della casa.

Le trincee in cui verranno posati i tubi del circuito devono essere scavate al di sotto del livello di congelamento del terreno.

O ancora meglio – rimuovere semplicemente il terreno fino alla profondità di congelamento, posare i tubi e poi riportare il terreno al suo posto. Il lavoro è faticoso e complesso, ma con grande volontà e determinazione, Lei potrà portarlo a termine.

Costi e prospettive di ammortamento

Le spese per l'attrezzatura e la sua installazione durante la realizzazione del riscaldamento geotermico dipendono dalla potenza dell'apparecchio e dal produttore.

Ognuno sceglie il produttore basandosi sulle proprie considerazioni e sulle informazioni sulla reputazione e affidabilità di un determinato marchio. La potenza, invece, dipende dalla superficie dell'ambiente da servire.

Se si prende in considerazione proprio la potenza, il costo delle pompe di calore varia nei seguenti intervalli:

• per 4-5 kW – 3000-7000 unità convenzionali;
• per 5-10 kW – 4000-8000 unità convenzionali;
• per 10-15 kW – 5000-10000 unità convenzionali.

Se a questa somma aggiungiamo i costi necessari per l'esecuzione dei lavori di installazione (20-40%), otteniamo una cifra che a molti sembrerà assolutamente irrealistica.

Ma tutti questi costi si ammortizzeranno in tempi del tutto accettabili. In futuro, Lei dovrà pagare solo spese insignificanti per l'elettricità necessaria al funzionamento della pompa. E questo è tutto!

Come dimostra la pratica, il riscaldamento geotermico è particolarmente vantaggioso per le case la cui superficie riscaldata totale è di 150 mq. In cinque-otto anni tutti i costi per l'installazione dei sistemi di riscaldamento in queste case vengono completamente ammortizzati.

Se il riscaldamento geotermico non è molto richiesto tra i proprietari di case private, l'efficacia dei sistemi solari è già stata apprezzata dai residenti delle regioni meridionali. La tecnologia di costruzione di un sistema di riscaldamento solare è abbastanza semplice, e la sua economicità e praticità è confermata da anni di esperienza di utilizzo nei paesi occidentali e dai nostri connazionali.

Ulteriori informazioni sulle fonti di energia alternative sono presentate in questo articolo.

Conclusioni e video utili sull'argomento

Se preferisce ricevere informazioni visive, questo video le permetterà di vedere con i propri occhi come funziona esattamente un sistema geotermico, e di saperne di più su chi e perché questo tipo di riscaldamento è vantaggioso.

Le proponiamo di guardare un breve video in cui il proprietario di un collettore orizzontale sotterraneo racconterà le sue impressioni sul suo utilizzo. Inoltre, guardando questo video, verrà a conoscenza dei costi correnti legati all'esercizio del sistema di riscaldamento geotermico.

Ogni proprietario di una casa privata sceglie da sé se acquistare i servizi delle organizzazioni di fornitura di risorse o fare affidamento solo su se stesso. Nel farlo, si basa su un'intera lista di considerazioni.

L'obiettivo che ci siamo prefissati non è quello di spingerla verso una conclusione già pronta, ma di condividere informazioni sulle opzioni per risolvere il problema che ha di fronte.

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