Nuovi scambiatori di calore termici

Negli ultimi anni, dato l’affermarsi degli impianti geotermici, sono stati effettuati numerosi studi e ricerche al fine di realizzare scambiatori geotermici sempre più efficienti. Tra le soluzioni analizzate si trovano:

• Scambiatori GeoBag;
• Scambiatori elicoidali;
• Scambiatori a pettine.

Scambiatori GeoBag

Gli scambiatori GeoBag sono stati studiati in America e sembrano dare buoni risultati nei test sperimentali. Il GeoBag è un grosso sacco di polietilene a bassa densità altamente elastico che viene sotterrato; è prodotto attraverso estrusione cilindrica ed è corredato da una serie di tubi di connessione in ingresso ed in uscita. Il GeoBag è prodotto sia per installazione orizzontale, che verticale.

Nel caso in cui venissero confermati i risultati prestazionali per gli impianti orizzontali, sarebbe possibile ipotizzare di ridurre i costi, nella realizzazione di impianti a servizio di edifici residenziali, anche del 40-50%, grazie ad una riduzione sui costi dei materiali e sull’installazione degli stessi.

La pressione dell’acqua all’interno del GeoBag è molto bassa, la minima sufficiente a sopportare il peso del suolo di copertura.

Dagli studi eseguiti è risultato che un GeoBag richiede una fossa di dimensioni pari a un quinto di quella richiesta da un loop orizzontale con due scambiatori, e metà di quella necessaria ad un sistema SLINKY, a parità di carico energetico coperto.
 

Scambiatori elicoidali

Gli scambiatori elicoidali sono stati sviluppati in Canada, ma in ambito europeo e negli Stai Uniti non hanno trovato grandi applicazioni.

Sono scambiatori geotermici che possono essere utilizzati in suoli non saturi, in zone aride o semiaride.
Rispetto ai più classici scambiatori verticali, gli scambiatori elicoidali offrono maggiori soluzioni progettuali. Infatti, da ricerche condotte in Israele, è emerso che su suolo arido la superficie necessaria di scambio per pozzo può essere facilmente ottenuta variando il passo d’elica ma, soprattutto, che l’ampio diametro del pozzo facilita il riempimento con materiale in grado di aumentare anche significativamente lo scambio termico.

L’adozione di un sistema d’irrigazione con sensori di umidità permette un controllo delle proprietà termiche e il contenuto di umidità del suolo con conseguente ottimizzazione degli scambi termici. È  possibile, inoltre, utilizzare materiali a cambio di fase (phase-change) per aumentare la capacità termica del sistema.

Attraverso questo studio è stato possibile mettere in discussione la convinzione che i suoli saturi siano sempre il mezzo migliore in cui effettuare un accumulo. Gli scambiatori elicoidali, infatti, rendono meglio nel terreno non saturo e l’energia immagazzinata nel suolo è localizzata, soprattutto, nell’intorno della superficie dello scambiatore elicoidale, rendendo il terreno ospitante più pronto nella risposta alle sollecitazioni termiche.
 

Scambiatori a pettine

Gli scambiatori a pettine sono soluzioni nate per evitare l’esecuzione di perforazioni ad alta profondità, ma al contempo capaci di garantire lo sfruttamento della costante termica che ha un terreno in profondità, soluzione non garantibile con i sistemi distributivi orizzontali.

Gli scambiatori a pettine hanno un'altezza di 2 metri e vengono collocati in trincee strette, che vengono predisposte nel terreno con conseguente risparmio nei costi di scavo e reinterro. Purtroppo questi scambiatori sono un prodotto brevettato e l’azienda produttrice non offre molti dati relativi allo scambio termico ottenibile, venendo commercializzati esclusivamente con la fornitura della pompa di calore accoppiabile.