Pompe di calore geotermiche per la climatizzazione e dinamica degli scambiatori di calore al terreno

I sistemi a pompa di calore geotermica per la climatizzazione degli edifici utilizzano, come sorgente termica inferiore, il calore del terreno attraverso l’impiego di scambiatori di calore interrati (geoscambiatori o sonde geotermiche) cui è deputato il prelievo dell’energia rinnovabile disponibile (fino ed oltre il 75% del fabbisogno termico complessivo).

Il funzionamento ottimale del sistema geotermico dipende dalla conoscenza della risposta dinamica del terreno ai carichi termici tempovarianti richiesti dall’edificio al fine di prevedere l’andamento delle temperature del terreno e del fluido vettore nel breve (scala oraria) e nel lunghissimo periodo (vita attesa dell’impianto) in relazione alla geometria del campo sonde, verticale o orizzontale che sia. Fondamentale è inoltre la misura delle proprietà termofisiche del terreno e della resistenza termica dello scambiatore interrato con approcci del tipo Thermal Response Test (TRT).

La ricerca si articola su diversi punti, tra i quali lo sviluppo di macchine innovative TRT, l’analisi numerica 3D della conduzione tempo variante nel terreno, lo sviluppo di modelli ibridi per il calcolo delle funzioni di trasferimento termico (note anche come g-functions), la definizione di criteri di progetto per il dimensionamento dei campi sonda verticali per il miglioramento degli standard nazionali ed internazionali esistenti per il dimensionamento dei campi sonda verticali (e.g. metodo Ashrae, Uni 11466).

Il gruppo di ricerca vanta collaborazioni su questi temi con Istituti di ricerca quali  Royal Institute of Technology (KTH) Stoccolma, Electricité de France Les Renardieres, Politech Montreal. Dal punto di vista delle collaborazioni con partner industriali si citano Erde, Secos, HiRef, GeoNet.

Il presente gruppo di ricerca ha organizzato per conto di Unige due corsi di specializzazione offerti ai professionisti del settore dal titolo “Progettazione di Sistemi Geotermici a Bassa Entalpia per Applicazioni a Pompa di Calore”

Publications

  1. D. Dalla Pietà, M.Fossa, Modeling and Design of Borehole Heat Exchangers for Ground-Source Heat Pump Applications, XXIV National Conference UIT, Naples 21-23, june 2006
  2. M.Fossa, O.Cauret, M.Bernier, Comparing the Thermal Performance of Ground Heat Exchangers of Various Lengths, Effstock Int. Conference, Stockholm, June 2009.
  3. E. Zanchini, S. Lazzari, A. Priarone, “Improving the thermal performance of coaxial borehole heat exchangers”, Energy 35, 657–666 (2010).
  4. E. Zanchini, S. Lazzari, A. Priarone, “Effects of flow direction and thermal short-circuiting on the performance of small coaxial ground heat exchangers”, Renewable Energy 35, 1255-1265 (2010).
  5. M.Fossa, D.Rolando, Improving the Ashrae Method for Vertical Geothermal Borefield Design, Energy and Buildings, vol. 93, pp. 315-323, 2015