ITPD20110237A1 - Sonda geotermica - Google Patents

Description

SONDA GEOTERMICA

DESCRIZIONE

Il presente brevetto à ̈ attinente alle sonde geotermiche per impianti di geotermia ed in particolare concerne una nuova sonda geotermica ad elevato scambio termico per impianti di geotermia.

Sono noti gli impianti per lo sfruttamento dell'energia geotermica a bassa entalpia, comunemente chiamati impianti geotermici a bassa entalpia.

Tali impianti si basano sul fatto che il terreno à ̈ considerabile come una massa ad elevata inerzia termica, la cui temperatura, già a una decina di metri dalla superficie, à ̈ sostanzialmente stabile indipendentemente dalla temperatura climatica esterna.

Tali impianti, che vengono utilizzati sostanzialmente per il riscaldamento ad uso civile, recuperano il calore del terreno del sottosuolo e, mediante pompe di calore, producono energia termica per il riscaldamento dell'acqua sanitaria e/o per il riscaldamento di abitazioni o edifici in genere.

Nei mesi invernali, ossia a temperature climatiche esterne anche inferiori a 0° C, il terreno, che si trova ad una temperatura più alta, anche di 12-15° C, e sostanzialmente costante, viene utilizzato come fonte di calore per riscaldare ad esempio l'acqua sanitaria o l'acqua degli impianti di riscaldamento tramite il fluido di una pompa di calore garantendo COP (Coefficiente Di Prestazione) superiori a 4.

Nei mesi estivi, al contrario, poiché il terreno mantiene sostanzialmente costante la sua temperatura in profondità, esso à ̈ utilizzabile come serbatoio di calore, ossia il calore in eccesso viene ceduto al terreno stesso.

Gli impianti geotermici del tipo noto comprendono una o più sonde geotermiche per lo scambio termico con il terreno, posizionate nel sottosuolo a profondità definite, almeno una pompa di calore e almeno un sistema di distribuzione e utilizzo del calore, ad esempio in impianti di riscaldamento radiante a pavimento, o altro.

Le sonde geotermiche degli impianti del tipo noto sono costituite da tubi posizionati nel sottosuolo e uniti a formare un circuito chiuso nel quale circola un fluido di scambio termico, ad esempio acqua o una miscela di acqua e glicole.

I tubi per sonde geotermiche sono a parete singola, a sezione circolare e costante e sono realizzati in polietilene ad alta densità o in rame, questi preferibilmente rivestiti in polietilene anticorrosione.

Sono note sonde geotermiche di tipo verticale e sonde geotermiche di tipo orizzontale.

Le sonde di tipo verticale sono invece formate da uno o più tubi ad U, con un tratto di andata e un tratto di ritorno del fluido, installati verticalmente nel terreno mediante particolari macchinari per la trivellazione e raggiungono profondità ad esempio tra 50 e 150 m, dove la temperatura à ̈ costantemente di 10-15 °C durante tutto l'anno.

Le sonde di tipo orizzontale sono formate da uno o più tubi disposti orizzontalmente a formare un circuito a serpentina e sono posati in scavi di profondità dell'ordine dei 60-600 cm, sufficientemente estesi per permettere la posa di un circuito a serpentina di lunghezza tale da garantire un adeguato scambio termico.

Pertanto, per realizzare un impianto geotermico a sonde orizzontali in grado di soddisfare un sufficiente carico, Ã ̈ necessario avere a disposizione una superficie estesa.

Tale superficie potrà poi essere utilizzata come parcheggio o superficie pavimentata e calpestabile in genere, come tappeto erboso, ma non per altri scopi che prevedano ad esempio l'infissione in profondità di qualunque elemento che possa danneggiare i tubi, ad esempio piante, particolarmente ad alto fusto, né tanto mento strutture fisse che necessitino di fondazioni. Per ovviare ai suddetti inconvenienti si à ̈ studiato e realizzato un nuovo tipo di sonda geotermica a scambio termico ottimizzato.

Compito principale del presente trovato à ̈ quello di massimizzare lo scambio termico tra il fluido circolante all'interno del tubo della sonda e il sottosuolo, grazie ad una particolare conformazione del tubo stesso che massimizza la superficie bagnata, ossia la superficie di scambio termico, per unità di lunghezza.

Altro scopo del presente trovato à ̈ aumentare la flessibilità del tubo della sonda, che può essere disposto a serpentina sul terreno con raggi di curvatura molto ridotti rispetto ai tubi noti, per ottimizzare ulteriormente gli spazi.

Altro scopo del presente trovato à ̈ quello di non necessitare di manicotti, curve o altri elementi di raccordo e giunzione tra i vari segmenti dei tubi, dove si realizzano necessariamente curve e/o inversioni. La nuova sonda à ̈ infatti formata da un unico tubo, eventualmente giuntabile e riparabile, in caso di danno, per termosaldatura, e tagliabile a misura. Pertanto le sonde possono essere fornite prefabbricate in rotoli.

Questi ed altri scopi, diretti e complementari, sono raggiunti dalla nuova sonda geotermica a scambio termico ottimizzato, comprendente almeno un tubo per la circolazione del fluido di scambio avente parete tubolare singola corrugata, ossia comprendente una successione di pieghe disposte di preferenza trasversalmente alla direzione longitudinale di sviluppo del tubo. Nella soluzione preferita, detto tubo à ̈ corrugato con pieghe sostanzialmente circolari ad anello e giacenti su piani sostanzialmente ortogonali all'asse longitudinale del tubo posato.

In una possibile soluzione alternativa, detto tubo à ̈ corrugato con pieghe continue disposte a spirale lungo lo sviluppo longitudinale del tubo.

Dette pieghe presentano superfici preferibilmente arrotondate o comunque prive di spigoli, sia internamente che esternamente.

Tali pieghe aumentano di fatto la superficie bagnata dal fluido di scambio, e quindi la superficie di scambio termico con il terreno, per unità di lunghezza del tubo.

Tali pieghe inoltre rendono il tubo molto più flessibile rispetto ai tubi noti e pertanto il tubo può essere disposto nel terreno con curve a raggio di curvatura molto piccolo rispetto ai tubi lisci noti, riducendo gli ingombri a parità di lunghezza di tubo posato.

Inoltre il tubo così strutturato, essendo più flessibile, si adatta meglio ad eventuali cedimenti del terreno, riducendo pertanto il rischio di rotture. Tale tubo à ̈ particolarmente adatto per sonde geotermiche di tipo orizzontale, potendo essere posato su uno scavo e disposto a serpentina o a spirale con un elevato numero di volute per unità di superficie.

Per questo, la superficie interessata alla posa della sonda può essere anche di soli 50 mq per realizzazione un impianto per una comune abitazione ad esempio di circa 150 mq.

Inoltre, grazie alla massimizzazione della superficie di scambio termico per unità di lunghezza, la sonda può essere posata a profondità contenute, anche a 60 cm dalla superficie, poiché à ̈ comunque ottimizzato lo scambio termico.

Tale tubo à ̈ anche utilizzabile, adoperando gli opportuni diametri, per sonde geotermiche del tipo verticale, potendo essere infisso nel terreno in direzione sostanzialmente verticale in profondità.

Si prevede che detto tubo abbia, specie per le sonde orizzontali, diametro preferibilmente superiore a 80 mm, ad esempio 110 mm, per aumentare il volume di fluido presente nel tubo, cosicché la sonda ha capacità totale, data da lunghezza per superficie della sezione, sufficiente a costituire un serbatoio di accumulo.

Inoltre, poiché la velocità del fluido viene anche rallentata data l’ampia sezione, si aumenta ulteriormente l'efficienza di scambio termico con il terreno essendo maggiore il tempo di contatto.

Si prevede che detto tubo abbia uno spessore minimo preferibilmente di 0,80 mm o altro spessore in funzione del materiale impiegato.

Detto tubo à ̈ preferibilmente realizzato in materiale plastico, ad esempio polipropilene o polietilene ad alta e/o bassa densità, polivinilcloruro, polibutene, eccetera.

Nelle tavole allegate viene presentata, a titolo esemplificativo e non limitativo, una pratica realizzazione del trovato.

In figura 1 e 2 sono rappresentati due segmenti della nuova sonda realizzati secondo due possibili soluzioni.

In figura 3 Ã ̈ rappresentata una sezione trasversale del tubo (T) della sonda (1) secondo la linea di sezione A-A tracciata in figura 1.

In figura 4 Ã ̈ rappresentata una parte della nuova sonda geotermica di tipo orizzontale.

Si tratta di una sonda geotermica (1) per impianto geotermici, del tipo orizzontale o verticale.

La sonda geotermica (1) comprende un tubo (T) per la circolazione del fluido di scambio avente parete tubolare (T1) singola corrugata, ossia comprendente una successione di pieghe (P) disposte di preferenza trasversalmente alla direzione longitudinale (Tx) di sviluppo del tubo (T). Nella soluzione di figura 1, detto tubo (T) à ̈ corrugato con pieghe (P) ad anello giacenti su piani ortogonali all'asse longitudinale (Tx) del tubo (T). Nella soluzione di figura 2, detto tubo (T) à ̈ corrugato con pieghe (P) continue disposte a spirale lungo lo sviluppo longitudinale del tubo (T). La parete corrugata (T1) del tubo ha quindi aumentata superficie di scambio per unità di superficie, essendo aumentata la superficie bagnata (T2).

Tali pieghe inoltre rendono il tubo (T) molto più flessibile rispetto ai tubi noti e pertanto il tubo può essere disposto nel terreno con curve a raggio di curvatura molto piccolo, riducendo gli ingombri a parità di lunghezza di tubo posato, come illustrato ad esempio in figura 4, dove à ̈ schematizzata una sonda geotermica del tipo orizzontale, comprendente un tubo corrugato (T) disposto a serpentina.

Nella soluzione preferita, come da figura 3, detto tubo (T) ha diametro (Td) superiore a 80 mm e spessore (Ts) della parete corrugata (T1) maggiore di 0,80 mm.

Queste sono le modalità schematiche sufficienti alla persona esperta per realizzare il trovato, di conseguenza, in concreta applicazione potranno esservi delle varianti senza pregiudizio alla sostanza del concetto innovativo.

Pertanto con riferimento alla descrizione che precede e alle tavole accluse si esprimono le seguenti rivendicazioni.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1.Sonda geotermica (1) per impianti geotermici comprendente almeno un tubo (T) per la circolazione di un fluido di scambio a parete tubolare singola (T1), caratterizzata dal fatto che detta parete tubolare (T1) à ̈ corrugata. 2.Sonda geotermica (1) come da rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detta parete tubolare (T1) à ̈ corrugata con pieghe (P) sostanzialmente circolari ad anello e giacenti su piani sostanzialmente ortogonali all'asse longitudinale (Tx) del tubo (T). 3.Sonda geotermica (1) come da rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detta parete tubolare (T1) à ̈ corrugata con pieghe (P) continue disposte a spirale lungo lo sviluppo longitudinale del tubo (T). 4.Sonda geotermica (1) come da rivendicazioni precedenti caratterizzata dal fatto di comprendente un unico tubo (T) giuntato per termosaldatura e tagliato a misura. 5.Sonda geotermica (1) come da rivendicazioni precedenti caratterizzata dal fatto che detto tubo (T) ha capacità totale, data da lunghezza per superficie della sezione, sufficiente a costituire un serbatoio di accumulo. 6.Sonda geotermica (1) come da rivendicazione 5, caratterizzata dal fatto che detto tubo (T) ha diametro (Td) uguale o superiore a 80 mm. 7.Sonda geotermica (1) come da rivendicazioni 5, 6 caratterizzata dal fatto che detto tubo (T) ha spessore maggiore di 0,50 mm. 8.Sonda geotermica (1) come da rivendicazioni precedenti caratterizzata dal fatto che detto tubo (T) à ̈ realizzato in materiale plastico, quale polipropilene o polietilene ad alta e/o bassa densità, polivinilcloruro, polibutene, eccetera. 9.Sonda geotermica (1) di tipo orizzontale come da rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto tubo (T) à ̈ atto ad essere posato in uno scavo e disposto a serpentina o a spirale. 10.Sonda geotermica (1) di tipo orizzontale come da rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto tubo (T) à ̈ atto ad essere infisso nel terreno in direzione sostanzialmente verticale in profondità.