La sonda geotermica verticale utilizzata per l’impianto geotermico NRGeo di Ecocasa è un semplice circuito chiuso ed ermetico, composto da un tubo di mandata e uno di ritorno in polietilene HDPE 100, raccordato testa a testa per mezzo di una U bend in polietilene HDPE 300.

All’interno del circuito circola un fluido termovettore (generalmente acqua additivata da glicole etilenico o propilenico) che scambia calore con il terreno.

Esistono vari tipi di sonde geotermiche verticali che si differenziano in base alla lunghezza, al diametro e al materiale con cui sono realizzate.

Per il progetto Ecocasa è stato scelto un ventaglio di possibilità al fine di dimostrare le varie differenze prestazionali tra modelli diversi:

• sonda simplex Dn40 x 100m;
• sonda duplex Dn32 x 100m;
• sonda duplex Dn40 x 100m;
• sonda coassiale Dn63 out e Dn32 in x 100m.

Le 4 tipologie sono collegate a “bocca pozzo” con un apposito raccordo a Y, ad eccezione della sonda coassiale che presenta un’installazione diversa dalle altre.

La sonda doppia, aumentando la superficie di scambio, ha una resa maggiore rispetto alla sonda semplice; la sua applicazione è adatta in terreni “poveri” termicamente (assenza di acqua o presenza di materiali sciolti), per garantire la massima resa.

Per compensare il “delta termico” che si ha tra il terreno e la superficie di scambio, si è ricorso ad una malta di riempimento ad alta conducibilità, con una miscela ad alta percentuale di elementi silicei.

La malta è utilizzata per stabilire il contatto tra la sonda geotermica e il terreno ed è per questo motivo che le perforazioni eseguite sono state cementate con malta bentonitica ad elevata conducibilità termica, generando così il contatto tra la superficie della sonda ed il terreno.

Lo scopo quindi della cementazione del foro diventa sempre molto importante: sia a lato pratico quando permette di evitare che si creino bolle di aria all’interno del foro, ovvero zone a bassissima trasmittanza termica; sia in fase di progetto quando il dimensionamento delle tubazioni geotermiche dipende dalla captazione che dovranno affrontare in connubio con la malta prescelta.

In sintesi il ruolo della miscela di riempimento sarà quello di garantire lo scambio termico, scongiurare il crollo del foro, assicurare il completo riempimento dello stesso e impedire l’interconnessione tra falde sovrapposte per motivi di carattere ambientale.

Ulteriori approfondimenti

Per ulteriore approfondimento tematico, qui di seguito si riportano schematicamente le fasi di lavorazione necessarie all’esecuzione di una sonda geotermica, le prescrizioni e le verifiche in corso d’opera e le valutazioni dei possibili impatti ambientali.

1° FASE - Esecuzione del foro

La perforazione viene eseguita mediante macchina perforatrice con avanzamento a distruzione di nucleo. La tecnica di perforazione utilizzata nel caso in esame è a rotazione, utilizzando come fluido di lavoro i fanghi. Il diametro della perforazione può essere compreso fra Ø 101mm e Ø 160 mm.

I fanghi permettono di mantenere stabili le pareti del foro che, comunque, restano intatte a seguito dei rivestimenti (detti “camicie”) in acciaio che evitano il collasso del foro.

2° FASE - Installazione della sonda geotermica

La sonda viene calata per tutta l’estensione del foro mediante un apposito strumento che permette di srotolare i tubi in polietilene.

Nella pratica le sonde vengono riempite d’acqua per aumentarne il peso e renderne più facile lo scorrimento a fondo foro, nonché per impedirne la risalita in caso di terreni saturi ad elevata spinta idrostatica, poi si agganciano ad un peso (detto zavorra) che ne facilita la discesa e permette di allineare i tubi in modo che la geometria delle tubazioni sia la più rettilinea possibile. Il tubo accessorio che si cala è quello di iniezione che permette di posare la malta di riempimento dal basso verso l’alto otturando completamente il foro.

3° FASE - Cementazione del foro

La perforazione geotermica viene infine completata con l’iniezione a pressione di cemento bentonitico nell’intercapedine presente fra i tubi in polietilene e le pareti del foro. L’iniezione deve avvenire dal piede fino alla testa del pozzo, creando una soluzione di continuità per garantire l’adeguata adesione tra la sonda e il terreno e la conseguente totale tenuta del pozzo geotermico.

Vengono quindi eseguiti test specifici di pressione e di flusso per garantire la tenuta delle sonde nel tempo e gli eventuali GRT (ground response test) atti a saggiare il comportamento del terreno ed a verificare le ipotesi sostenute in fase di progetto.