Modelli e strumenti per la valutazione del cortocircuito termico negli impianti geotermici a circuito aperto

Le pompe di calore geotermiche a circuito aperto, che si basano sullo scambio termico con l’acqua di falda, sono una soluzione tecnica sempre più adottata per la climatizzazione degli edifici. Rispetto alle sonde geotermiche, questi impianti permettono notevoli economie di scala per le taglie più grandi e, se accuratamente progettati, rendimenti energetici più alti. L’efficienza energetica può però essere inficiata dal cortocircuito termico tra i pozzi di reiniezione e di prelievo. Questo fenomeno deve pertanto essere studiato in fase progettuale, per garantire il funzionamento dell’impianto nel lungo periodo. La letteratura scientifica fornisce alcune formule pratiche per il calcolo dei parametri che descrivono il cortocircuito termico. Queste formule non sono però sufficienti per una previsione realistica delle temperature di esercizio, che può essere ottenuta soltanto grazie a modelli numerici rigorosi e accuratamente calibrati. Per analisi speditive o per il progetto di impianti di piccola taglia, si propone in questo lavoro un codice per il calcolo dell’effetto del cortocircuito termico su un impianto composto da un pozzo di prelievo e uno di reiniezione. TRS (Thermal Recycling Simulator) è un codice basato sull’applicazione del metodo delle differenze finite alla teoria dei moti a potenziale, che descrive il campo di moto di un doppietto di pozzi installati in un acquifero con flusso sotterraneo uniforme. Il codice è stato validato con una serie di simulazioni di flusso e trasporto di calore effettuate con il software FEFLOW. Una volta dimostrata la sua validità, TRS è stato utilizzato per calibrare una formula pratica per il calcolo dell’alterazione termica nel pozzo di prelievo, che può essere facilmente implementata in un foglio elettronico di calcolo. Per dimostrarne l’utilizzo nella pratica progettuale, si riporta infine un esempio dell’applicazione dei due strumenti di calcolo (TRS e formula). I risultati dimostrano come con questi strumenti, sotto opportune ipotesi, sia possibile ottenere un’approssimazione accettabile rispetto ad una simulazione numerica con tempi di calcolo notevolmente inferiori.