Chi desidera riscaldare una villetta a schiera con una pompa di calore geotermica si trova di fronte a una questione che va ben oltre l’aspetto tecnico: il terreno è adatto a questo sistema e ne vale la pena, considerando le dimensioni tipicamente ridotte degli appezzamenti su cui sorgono le villette a schiera? La pompa di calore geotermica sfrutta l’energia solare immagazzinata nel terreno come fonte di calore ed è considerata una delle soluzioni di riscaldamento più efficienti nell’edilizia residenziale. Nel caso delle villette a schiera, tuttavia, le dimensioni del terreno, gli edifici vicini, le condizioni geologiche e i requisiti urbanistici pongono condizioni particolari che rendono indispensabile un’analisi approfondita dell’argomento.
- Che cos’è una pompa di calore geotermica e come funziona dal punto di vista fisico
- Quali sistemi di collettori sono adatti alle villette a schiera: collettori piani, sonde geotermiche e cesti energetici
- Quali sono le dimensioni del terreno e i requisiti geologici necessari
- Quali autorizzazioni, norme e quadro giuridico si applicano
- Quali sono i vantaggi e gli svantaggi della pompa di calore geotermica in una villetta a schiera rispetto ad altri tipi di pompe di calore
- Come valutare in modo realistico l’efficienza, il coefficiente di prestazione annuale e i costi di esercizio
- Quali sono gli errori tipici che si verificano in fase di progettazione e realizzazione
- Quali sono gli esempi concreti di applicazione nell’edilizia a schiera e quali insegnamenti se ne possono trarre
Pompa di calore geotermica in una villetta a schiera: definizione e principio di funzionamento
Una pompa di calore geotermica, denominata in gergo tecnico anche pompa di calore acqua-acqua, preleva energia termica dal sottosuolo e ne aumenta il livello di temperatura, tramite un circuito di refrigerante, fino a un livello utilizzabile per il riscaldamento. Il principio di base segue il ciclo termodinamico descritto dal fisico francese Sadi Carnot: un refrigerante evapora a bassa pressione e bassa temperatura, assorbendo calore dall’ambiente circostante; viene poi compresso nel compressore, con conseguente aumento della sua temperatura; cede il calore al sistema di riscaldamento nel condensatore e, dopo una espansione nella valvola di espansione, ritorna allo stato iniziale. Per questo ciclo è necessaria energia elettrica, ma solo per l’azionamento del compressore, non per la generazione di calore in sé.
Il termine «pompa di calore geotermica» in una villetta a schiera indica quindi concretamente la combinazione di questa tecnologia con uno scambiatore di calore che viene posato o interrato nel terreno del lotto della villetta a schiera. Il terreno funge in questo caso da accumulatore termico, che viene continuamente rigenerato dall’irraggiamento solare e dalle precipitazioni. A profondità di circa un metro, la temperatura del suolo nell’Europa centrale rimane pressoché costante durante tutto l’anno tra gli otto e i dodici gradi Celsius, il che rappresenta un notevole vantaggio rispetto all’aria esterna come fonte di calore: l’efficienza della pompa di calore non diminuisce drasticamente in inverno, poiché la temperatura della fonte varia solo di poco.
L’efficienza di una pompa di calore è descritta dal coefficiente di prestazione annuale (COP). Esso indica quanta energia termica viene generata per ogni chilowattora di elettricità impiegata. Le pompe di calore geotermiche, in impianti ben progettati, raggiungono coefficienti di prestazione annuali compresi tra quattro e cinque, e in casi favorevoli anche superiori. Ciò significa che per ogni chilowattora di elettricità consumata vengono forniti da quattro a cinque chilowattora di calore. Le pompe di calore aria-acqua, che utilizzano l’aria esterna come fonte di calore, presentano invece spesso coefficienti di prestazione annuali compresi tra tre e quattro, poiché la loro efficienza cala notevolmente a basse temperature esterne, proprio quando il fabbisogno di riscaldamento è maggiore.
Sistemi a collettori: quali varianti sono adatte per le villette a schiera
La scelta del sistema di collettori è la decisione tecnica fondamentale nella progettazione di una pompa di calore geotermica per una villetta a schiera. In linea di massima sono disponibili tre sistemi: il collettore piani, la sonda geotermica e il cesto energetico. Ogni sistema presenta requisiti specifici relativi al terreno, alla geologia e alla procedura di autorizzazione.
Collettori piani: posa orizzontale nel terreno
I collettori piani sono costituiti da una rete di tubi in plastica attraverso i quali circola una soluzione termovettore, in genere una miscela di acqua e glicole. I tubi vengono posati orizzontalmente a una profondità compresa tra circa un metro e un metro e mezzo. A questa profondità la temperatura del suolo è ancora soggetta a variazioni stagionali, ma raramente scende al di sotto dei cinque gradi Celsius, anche in inverno. Lo spazio necessario è notevole: come regola generale, la superficie dei collettori dovrebbe essere pari a circa una volta e mezzo o al doppio della superficie abitabile da riscaldare. Per una tipica villetta a schiera con una superficie abitabile compresa tra 120 e 150 metri quadrati sarebbero quindi necessari dai 180 ai 300 metri quadrati di superficie dei collettori.
È proprio qui che risiede il problema fondamentale per le villette a schiera: i terreni sono di solito stretti e corti, spesso con una superficie totale compresa tra i 150 e i 300 metri quadrati, di cui una parte considerevole è occupata dall’edificio stesso, dalle terrazze, dai vialetti di accesso e dal verde. Spesso, quindi, non c’è spazio libero sufficiente per un collettore piano. Laddove lo spazio è limitato, un progetto di casa a schiera con pompa di calore geotermica e collettore piano può fallire prima ancora di iniziare. A ciò si aggiunge il fatto che sopra il collettore non sono ammessi edifici, alberi con radici profonde né superfici impermeabilizzate, il che limita ulteriormente lo spazio utilizzabile.
Sonde geotermiche: perforazioni in profondità come alternativa salvaspazio
Le sonde geotermiche aggirano il problema dello spazio attingendo il calore da profondità maggiori. A tal fine, vengono praticati nel terreno uno o più fori con profondità comprese tra i 50 e i 150 metri, nei quali vengono inseriti tubi in plastica a doppia parete e poi riempiti con un materiale di riempimento termoconduttivo. La perforazione stessa richiede solo pochi metri quadrati di superficie in superficie, il che rappresenta un vantaggio notevole per le villette a schiera. A profondità maggiori, la temperatura del suolo è costante e superiore a quella in superficie, il che migliora ulteriormente l’efficienza dell’impianto.
Le sonde geotermiche sono tuttavia soggette ad autorizzazione e, in molte regioni della Germania, sono vincolate a severi requisiti idrogeologici. Nelle aree di tutela delle acque, al di sopra di determinati livelli freatici o in zone con particolarità geologiche note, le perforazioni possono essere vietate o soggette a notevoli restrizioni. L’autorità competente in materia idrica, che nella maggior parte dei Länder è l’ufficio distrettuale o l’autorità idrica di livello inferiore, rilascia l’autorizzazione sulla base di una domanda, alla quale spesso deve essere allegata una perizia geologica. I costi di perforazione sono notevoli e rappresentano una parte consistente dell’investimento complessivo; a seconda della regione e delle caratteristiche geologiche, ammontano per ogni metro di perforazione a importi tali da rendere indispensabile un accurato calcolo di redditività.
Cestelli energetici e collettori a spirale: un compromesso tra profondità e superficie
Come via di mezzo tra i collettori piani e i collettori profondi si sono affermati i cosiddetti «cestelli energetici» o collettori a spirale. Questi scambiatori di calore compatti vengono installati in pozzi profondi da tre a cinque metri e occupano in superficie solo un diametro di circa un metro. Sono particolarmente adatti a terreni in cui non è disponibile né una superficie sufficiente per un collettore piano né è autorizzata una trivellazione profonda. Tuttavia, la loro densità di potenza è inferiore a quella di una sonda geotermica, motivo per cui per una villetta a schiera sono spesso necessari più cestelli energetici affiancati. Anche in questo caso vale la regola: la capacità di rigenerazione del terreno deve essere garantita affinché l’impianto funzioni in modo stabile a lungo termine.
Autorizzazioni, norme e quadro giuridico
L’installazione di una pompa di calore geotermica in una villetta a schiera non è un progetto puramente tecnico, ma un intervento sul sottosuolo regolamentato dalla legge. In Germania, la legge sulla gestione delle risorse idriche (WHG) e le rispettive leggi regionali sulle acque regolano l’utilizzo delle acque sotterranee e del sottosuolo. Le trivellazioni profonde per le sonde geotermiche sono considerate un utilizzo delle acque e richiedono di norma un’autorizzazione ai sensi della normativa sulle acque. I collettori piani a bassa profondità non richiedono autorizzazione in molti Länder, purché rispettino determinate distanze minime dai confini della proprietà, dagli edifici e dalle linee di approvvigionamento.
La norma tecnica di riferimento per la progettazione di impianti geotermici è la VDI 4640, che in diversi fogli disciplina lo sfruttamento termico del sottosuolo. Essa fornisce valori indicativi per la potenza di estrazione specifica di diversi tipi di terreno, le distanze minime tra le sonde e i requisiti relativi alla progettazione e al funzionamento. Per la pompa di calore stessa si applicano le norme di prodotto pertinenti nonché i requisiti della legge sull’energia degli edifici (GEG), che stabilisce requisiti minimi in materia di efficienza degli impianti di riscaldamento e della loro integrazione nel piano energetico complessivo dell’edificio.
Nel contesto della costruzione di villette a schiera si aggiunge un ulteriore aspetto giuridico: il diritto di vicinato. Le trivellazioni in profondità devono rispettare distanze minime dal confine della proprietà, che a seconda dello Stato federale possono variare tra i due e i cinque metri. Nel caso di lotti molto stretti delle case a schiera, ciò può comportare l’impossibilità tecnica di installare una sonda senza ottenere il consenso del vicino. Chi trascura questo aspetto nella fase di progettazione rischia notevoli ritardi o il fallimento del progetto.
Vantaggi e svantaggi della pompa di calore geotermica nelle villette a schiera
I punti di forza della pompa di calore geotermica risiedono nella sua efficienza e nella sua indipendenza dalle condizioni meteorologiche. Poiché la temperatura del suolo rimane pressoché costante durante tutto l’anno, l’impianto funziona con un elevato coefficiente di prestazione annuale anche in caso di gelo intenso, senza che sia necessario un riscaldatore elettrico ausiliario. Ciò la distingue nettamente dalla pompa di calore aria-acqua, che perde notevolmente in efficienza quando le temperature esterne scendono sotto i meno dieci gradi Celsius. Per la villetta a schiera, che di norma non dispone di un proprio allacciamento al gas tramite l’impianto di riscaldamento centralizzato del complesso residenziale e i cui abitanti devono fare affidamento su soluzioni autonome, questa affidabilità rappresenta un argomento di peso.
I costi di esercizio di una pompa di calore geotermica ben progettata in una villetta a schiera sono competitivi a lungo termine rispetto ai sistemi di riscaldamento a gas o a gasolio, a seconda del prezzo dell’elettricità e del coefficiente di prestazione annuale raggiunto. L’impianto richiede poca manutenzione, non presenta fiamme libere, non produce gas di scarico e non necessita di canna fumaria. In combinazione con un impianto fotovoltaico installato sul tetto della villetta a schiera, è possibile aumentare ulteriormente il grado di autosufficienza, riducendo così ulteriormente i costi di esercizio. Inoltre, in estate una pompa di calore geotermica può essere utilizzata per il raffreddamento in modo passivo o attivo, impiegando la salamoia fredda direttamente o tramite la pompa di calore per regolare la temperatura del riscaldamento a pavimento.
A questi vantaggi si contrappongono notevoli svantaggi, particolarmente rilevanti per le villette a schiera. I costi di investimento sono nettamente superiori a quelli di una pompa di calore aria-acqua, poiché lo sfruttamento del sottosuolo tramite trivellazione o collettori piani comporta notevoli costi aggiuntivi. Il tempo di ammortamento è di conseguenza più lungo. In caso di terreni di dimensioni ridotte, la progettazione del sistema di collettori può incontrare limiti tecnici e giuridici che rendono semplicemente impossibile l’installazione di una pompa di calore geotermica. Inoltre, un ampliamento a posteriori del sistema di collettori, qualora il fabbisogno termico aumenti a causa di ampliamenti o di un cambiamento di destinazione d’uso, risulta complesso e costoso.
Uno svantaggio spesso sottovalutato è la dipendenza dalla geologia. Nelle regioni con terreni molto secchi, sabbiosi o rocciosi, la conducibilità termica del sottosuolo è bassa, il che riduce la potenza di estrazione del collettore e richiede una superficie di collettori maggiore o perforazioni più profonde. Chi non conosce le condizioni geologiche del proprio terreno rischia un sottodimensionamento dell’impianto, che durante il funzionamento si manifesta con un abbassamento della temperatura della salamoia, un calo dei coefficienti di prestazione annuali e, nel peggiore dei casi, con il congelamento permanente del terreno.
Progettazione, dimensionamento ed errori tipici
Il dimensionamento di una pompa di calore geotermica per una villetta a schiera inizia con la determinazione del fabbisogno termico dell’edificio. Questo dipende dall’involucro edilizio, dallo standard di isolamento, dalla superficie delle finestre, dalla tenuta all’aria e dal sistema di ventilazione. Per una villetta a schiera degli anni ’70 ristrutturata, con isolamento delle pareti esterne realizzato in un secondo momento e finestre nuove, il fabbisogno specifico di calore per il riscaldamento si attesta in genere tra i 60 e i 100 chilowattora per metro quadrato all’anno. Un edificio di nuova costruzione conforme all’attuale standard GEG raggiunge valori inferiori a 50 chilowattora. Queste cifre determinano le dimensioni che devono avere la pompa di calore e il sistema di collettori.
Un errore frequente nella pratica è il sovradimensionamento della pompa di calore. Poiché gli installatori e i committenti, per motivi di sicurezza, preferiscono andare sul sicuro, vengono scelti apparecchi con una potenza nettamente superiore al necessario. Una pompa di calore sovradimensionata entra spesso in modalità a impulsi, ovvero si accende brevemente, raggiunge rapidamente la temperatura desiderata e si spegne di nuovo. Questo funzionamento a impulsi sollecita il compressore, riduce il coefficiente di prestazione annuale e riduce la durata di vita dell’impianto. È preferibile una pompa di calore con compressore modulante, in grado di adattare la propria potenza in modo continuo al fabbisogno effettivo.
Un altro errore comune riguarda il sistema di emissione del calore. Le pompe di calore geotermiche funzionano in modo più efficiente a basse temperature di mandata, idealmente inferiori a 35 gradi Celsius. I sistemi di riscaldamento a pavimento sono perfetti per questo scopo, poiché distribuiscono il calore su una vasta superficie e funzionano bene a basse temperature. I radiatori, in particolare i modelli più vecchi, progettati per temperature di mandata comprese tra 70 e 80 gradi Celsius, possono essere abbinati in modo efficiente a una pompa di calore geotermica solo se sostituiti con modelli più grandi o integrati con radiatori a bassa temperatura. Chi installa una pompa di calore geotermica in una villetta a schiera senza modificare l’impianto di radiatori, spreca una parte considerevole del potenziale di efficienza.
Esempi concreti di applicazione nell’edilizia di villette a schiera
Nella pratica, le possibilità e i limiti della pompa di calore geotermica nelle villette a schiera emergono in modo particolarmente chiaro nei progetti concreti. Nei complessi residenziali di nuova costruzione con villette a schiera, progettati fin dall’inizio per l’utilizzo del geotermico, è possibile installare le sonde profonde già nella fase di costruzione grezza, prima che terrazze, piantumazioni e vie di accesso ne limitino l’accessibilità. Tali progetti dimostrano che un attento coordinamento tra la pianificazione delle opere di urbanizzazione, i lavori di perforazione e l’avanzamento della struttura grezza consente notevoli risparmi sui costi, poiché è possibile condividere l’allestimento del cantiere e le vie di accesso.
Nel caso della ristrutturazione di complessi residenziali a schiera esistenti, la situazione si presenta più complessa. In questi casi i terreni sono già completamente sfruttati, i giardini piantumati, le terrazze cementate e le vie di accesso già realizzate. In tali situazioni, le perforazioni in profondità sono spesso l’unica opzione realistica, ma richiedono l’impiego di piccole perforatrici che devono essere trasportate sul terreno attraverso cancelli da giardino o accessi laterali. Tali apparecchiature hanno costi di esercizio più elevati rispetto alle grandi perforatrici e richiedono tempi di perforazione più lunghi, il che aumenta il costo per metro perforato. Tuttavia, i progetti di risanamento in complessi residenziali di villette a schiera risalenti agli anni ’60-’80 dimostrano che le pompe di calore geotermiche possono essere realizzate con successo, sia dal punto di vista economico che tecnico, anche in queste condizioni, purché la progettazione sia attentamente adattata alle specificità locali.
Un esempio illuminante dei limiti del sistema è rappresentato dai complessi di villette a schiera situati su lotti molto piccoli in quartieri urbani densamente edificati. In questi casi, le distanze minime dai confini del lotto e dagli edifici vicini possono rendere impossibile l’installazione sia di un collettore di superficie che di una sonda di profondità. In questi casi, i progettisti ricorrono spesso alle pompe di calore aria-acqua, che, pur essendo meno efficienti, non richiedono interventi nel sottosuolo. La scelta tra i diversi sistemi non è quindi puramente tecnica, ma dipende sempre anche dalle condizioni locali.
La pompa di calore geotermica nella villetta a schiera: valutazione e conclusioni
La pompa di calore geotermica rappresenta per la villetta a schiera una soluzione tecnicamente valida, ma impegnativa. I suoi vantaggi in termini di efficienza rispetto ai sistemi ad aria sono reali e misurabili, i suoi costi di esercizio sono competitivi nel lungo periodo e la sua indipendenza dalle temperature esterne la rende un sistema di riscaldamento affidabile anche negli inverni rigidi. Allo stesso tempo, le caratteristiche tipiche dei terreni su cui sorgono le villette a schiera – lotti ristretti, edifici adiacenti e accessibilità spesso limitata al sottosuolo – rappresentano ostacoli concreti che non sono sempre superabili.
È fondamentale che la progettazione di una pompa di calore geotermica in una villetta a schiera non inizi con la scelta dell’apparecchio, ma con un’analisi approfondita del sito: geologia, condizioni delle acque sotterranee, superficie disponibile, situazione autorizzativa e fabbisogno termico effettivo dell’edificio devono essere noti prima di scegliere un sistema di collettori. Chi svolge questo lavoro preliminare e adegua con cura l’impianto al sistema di emissione del calore, può realizzare, con una pompa di calore geotermica in una casa a schiera, un sistema di riscaldamento che funziona in modo efficiente, richiede poca manutenzione ed è rispettoso del clima per decenni. Chi ignora queste condizioni generali rischia di ottenere un impianto che non mantiene le promesse né dal punto di vista tecnico né da quello economico.
Nel contesto più ampio della transizione termica nel patrimonio edilizio esistente, la pompa di calore geotermica è una delle poche tecnologie che coniuga un’elevata efficienza con il completo abbandono dei combustibili fossili. Per la costruzione di case a schiera ciò significa che, laddove i presupposti sono adeguati, essa rappresenta la scelta migliore. Laddove invece non lo sono, occorre una consulenza onesta anziché un ottimismo tecnico. La qualità della progettazione determina se una pompa di calore geotermica in una casa a schiera sarà un vantaggio o una costosa delusione.



















