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Generazione di energia geotermica e parcheggi interrati

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Attualmente nell’edilizia, sia in caso di ristrutturazioni che di nuove edificazioni, viene posto sempre più l’accento su due argomenti: la riduzione dell’impatto ambientale ed il piano parcheggi.
Certamente l’esigenza di realizzare garage interrati o “nascosti” viene sentito maggiormente nei centri storici cittadini dove il costo di un posto auto è molto alto, comparabile con il costo di un piccolo appartamento in periferia. E’ per questo motivo che lo sviluppo di nuovi sistemi di parcheggio, automatizzati e non, sta accelerando negli ultimi decenni.

Come fare però a ridurre l’impatto ambientale di un parcheggio sotterraneo? L’idea nata dalla Eneres spagnola insieme alla tedesca Wohr, società del gruppo di IdealPark, azienda veronese, è quella di sfruttare la costruzione dei muri di contenimento in cemento armato dei parcheggi per produrre energia geotermica facilmente trasformabile, tramite pompe di calore (tecnologia ben consolidata, stesso principio del frigorifero), in energia termica di raffrescamento durante l’estate e di riscaldamento durante l’inverno per le zone abitative ai piani superiori.

Principi della geotermia
Praticamente questa tecnologia è basata sulla temperatura costante che il terreno ha lungo tutto il corso dell'anno. Normalmente, già ad un metro di profondità, si riesce ad avere una temperatura di circa 10-15 °C. Utilizzando una pompa di calore si sfrutta la differenza di temperatura fra il terreno e l'esterno per assorbire calore dal terreno e renderlo disponibile per gli usi umani. Più questa differenza è alta, migliore è il rendimento. Per far funzionare la pompa di calore si ha bisogno di energia elettrica, in condizioni medie per ogni kW elettrico consumato si ottengono 3 kW termici. Per rendere l'impianto più compatibile con l’ambiente ed energeticamente autosufficiente, si può abbinare questo ad un sistema fotovoltaico che produrrà l'energia necessaria per alimentare la pompa di calore.

Lo stesso impianto può essere utilizzato per raffrescare gli edifici, facendo funzionare la pompa di calore al contrario, quindi assorbendo il calore dalla superficie e trasferendolo al sottosuolo. L'alternanza del funzionamento estate/inverno permette di non raffreddare sensibilmente la zolla di terreno in cui sono situate le sonde.

Progetti realizzati con i parcheggi
La partner del gruppo IdealPark, Wohr Autoparksysteme, ha realizzato con una società di ingegneria spagnola, la Eneres, due progetti di sfruttamento delle opere di costruzione di parcheggi automatizzati per inserire sistemi integrati di captazione di energia geotermica.

Il primo riguarda una palazzina uffici di 800 m² in un’area commerciale e residenziale molto elegante a Madrid. Oltre ad accorgimenti di progettazione per il risparmio energetico passivo (come ad esempio la scelta dell’esposizione solare come sorgente naturale di riscaldamento e di illuminazione, l’utilizzo della ventilazione diretta notturna per raffrescare l’edificio, l’uso di infissi ben sigillati e l’utilizzo di pannelli solari per il pre-riscaldamento dei fluidi per il condizionamento durante l’inverno), il sistema di aria condizionata è stato pensato per essere alimentato solamente dagli scambiatori di calore geotermici inglobati nella costruzione del grosso parcheggio meccanizzato sotterraneo nel cortile retrostante la costruzione. Il parcheggio stesso, grazie all’alta efficienza di stoccaggio ha permesso di ridurre il volume dei lavori necessari del 33% ed il consumo di energia dell’80%, se comparato con soluzioni tradizionali.

Gli scambiatori consistono in 23 piloni inglobati all’interno delle pareti di cemento armato del parcheggio automatizzato che arrivano fino ad una quota di -10 m rispetto al livello strada. Questi soddisfano il 25% dell’energia richiesta dal palazzo. Il restante 75% viene prodotto tramite 6 scambiatori di calore che arrivano ad una profondità di 100 m.
L’installazione è completata con 2 pompe di calore geotermico da 25kW che portano alla temperatura desiderata i fluidi circolanti all’interno dei sistemi inerziali incorporati nel cemento armato attraverso tutto l’edificio. In questo caso la massa attiva è di circa 210.000 kg.

L’edificio è schermato dagli edifici circostanti dalla luce solare durante l’inverno, tuttavia il tetto riceve radiazione solare diffusa e con l’aiuto di pannelli termodinamici può essere generato un considerevole volume d’aria che può essere introdotta nell’edificio tramite il sistema di condizionamento.
L’integrazione dei sistemi inerziali con le pompe di calore geotermiche e il condizionamento sono gestiti da un sistema di controllo opportunamente progettato per ovviare ai picchi o ai cali di richiesta di condizionamento estivo e di riscaldamento invernale. Tutti i sistemi entrano in funzione direttamente o gradualmente per meglio ottimizzare il consumo di energia.
La riduzione del consumo dell’edificio rispetto alla situazione pre-esistente è dell’87%, con una riduzione conseguente dei costi di manutenzione del 63%. Il consumo stimato per la climatizzazione è di 15 kWh/mq anno.

Il secondo progetto consta in una ristrutturazione di un edificio governativo. La palazzina dei primi del ‘900 è stata completamente svuotata e ricostruita all’interno ridistribuendo gli spazi. Questo è un modello di ristrutturazione energeticamente efficiente ed è il primo esempio in questa regione, e in Spagna, ad includere un sistema di condizionamento basato sulla captazione di energia geotermica e ad utilizzare le strutture orizzontali dell’edificio come un dispositivo termo-attivo per il raffrescamento ed il riscaldamento dell’edificio, con l’ulteriore difficoltà che l’edificio era anche vincolato.

La costruzione di un compatto parcheggio automatizzato sotto l’edificio ha richiesto una struttura di pali, 45 dei quali sono stati usati per gli scambiatori geotermici. La parte rimanente è costituita di 14 scambiatori verticali ad una profondità di 150 m. La simulazione della domanda dell’edificio ha dato come risultato che le misure sopra riportate erano sufficienti a coprire il 100% delle richieste di riscaldamento, ma solo il 70% del raffrescamento. La copertura totale è stata risolta impiegando induzione stagionale nel terreno da marzo a giugno per pre-raffrescare il suolo e garantire la copertura nei mesi più caldi (luglio e agosto).

Gli scambiatori operano con 2 pompe di calore geotermico da 110 kW che alimentano i solai strutturali costituenti il circuito termico del palazzo. Un totale di 1.500 tonnellate di cemento agisce così come un accumulatore, trasmettitore e assorbitore di energia permettendo così di risolvere i bisogni di climatizzazione dell’edificio. Le tecniche utilizzate per risparmiare energia prevedono di pre-raffrescare l’aria nel parcheggio sotterraneo d’estate prima di farla circolare ai piani superiori.
L’uso di energia geotermica e termo-attiva, insieme al pre-trattamento dell’aria, hanno dato luogo ad un risparmio energetico del 75% rispetto alla situazione pre-esistente e del 60% dei costi di manutenzione.

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