L’acqua non è solamente una risorsa fondamentale per la vita umana, animale e vegetale, ma rappresenta anche una fonte pulita e inesauribile di energia. In particolare, attraverso l’acqua è possibile ottenere diverse forme di energia, come per esempio quella idrotermica.
Il termine idrotermico è composto da “idro” ovvero l’acqua e “termico” che riguarda il calore o la temperatura. Il significato di idrotermico, quindi, si riferisce al calore contenuto nell’acqua superficiale, ossia l’energia termica interna dell’acqua che può essere trasmessa, trasferita o propagata a un altro corpo o sistema.
Il rapporto tra acqua ed energia, in particolare tra acqua ed energia rinnovabile, è studiato da secoli e oggi è al centro dell’innovazione tecnologica nella ricerca di alternative più ecosostenibili rispetto all’utilizzo dei combustibili fossili. Vediamo nel dettaglio che cos’è l’energia idrotermica, come funziona e quali sono i vantaggi e le applicazioni di questa forma di energia rinnovabile.
Che cos’è l’energia rinnovabile idrotermica
L’energia idrotermica è l’energia disponibile sulla superficie dell’acqua, in quanto rappresenta il calore presente nelle acque superficiali e nei sistemi acquiferi con una profondità ridotta, come fiumi, laghi e falde acquifere. In questi bacini idrici si accumula energia solare attraverso la luce del sole che raggiunge la superficie dell’acqua.
Poiché l’acqua ha una densità maggiore rispetto all’aria, assorbe e cede calore lentamente, di fatto immagazzinando energia termica di giorno che viene poi rilasciata gradualmente durante la notte. L’irraggiamento solare, quindi, modula la temperatura dei corpi idrici, mentre negli acquiferi sotterranei agisce in parte anche il calore geotermico.
Il principale utilizzo dell’energia idrotermica è legato al riscaldamento e raffrescamento degli ambienti, sfruttando il calore a bassa temperatura presente nelle acque superficiali. L’energia idrotermica è considerata a tutti gli effetti una fonte rinnovabile di energia dall’Unione Europea, come previsto dalla Direttiva 2018/2001/UE recepita in Italia attraverso il D.Lgs. 199/2021.
In particolare, a differenza della precedente direttiva del 2009, con quella del 2018 è stata affinata la definizione di energia idrotermica e di energia aerotermica. Entrambe rientrano nell’ambito dell’energia dell’ambiente, ovvero l’energia termica disponibile naturalmente e l’energia accumulata negli ambienti confinanti, che può essere immagazzinata nell’aria dell’ambiente (escludendo l’aria esausta) o nelle acque superficiali o reflue.
Come funziona l’energia idrotermica
Vediamo a questo punto come funziona questa fonte di energia verde, pulita e rinnovabile. Innanzitutto, per l’utilizzo dell’energia idrotermica serve una sorgente idrotermica, ovvero un bacino idrico dal quale estrarre il calore superficiale.
La disponibilità di tale risorsa dipende da numerosi fattori, tra cui la latitudine, la piovosità e la quota, ma anche dall’estensione e dal tipo di bacini e dall’eventuale presenza nelle vicinanze del mare.
Le condizioni ideali di un bacino idrotermico sono due:
- Una temperatura media pressoché costante durante tutto l’anno, in base all’andamento della temperatura stagionale media entro i primi 2 metri di profondità;
- Una quantità della risorsa idrica disponibile che non subisce alterazioni eccessive da un periodo all’altro, per assicurare un approvvigionamento costante di acqua utilizzabile a scopi termici.
La vicinanza di un bacino idrico è senza dubbio un vantaggio importante in termini di costi e semplicità impiantistica, ma non indispensabile. D’altronde, sono poche le abitazioni situate in prossimità di uno specchio d’acqua o un lago, ancor meno gli edifici localizzati in prossimità di bacini idrici naturali con una quantità d’acqua e una temperatura media sempre costanti tutto l’anno.
Nella maggior parte dei casi si realizzano delle reti di adduzione o dei pozzi di derivazione, oppure degli scavi che consentono di sfruttare il calore delle falde acquifere poco profonde. L’energia termica dell’acqua viene quindi trasferita a una pompa di calore, un impianto dotato di scambiatore di calore. Quest’ultimo trasferisce il calore all’interno dell’abitazione in modo diretto con l’immissione di aria calda, oppure in modo indiretto cedendo il calore all’acqua del circuito di riscaldamento e raffrescamento.
A seconda del tipo di impianto idrotermico è possibile distinguere due sistemi differenti:
- Anello a circuito aperto;
- Anello a circuito chiuso.
Impianto idrotermico ad anello a circuito aperto
Un impianto idrotermico ad anello a circuito aperto prevede l’utilizzo dell’acqua di mare presente in una zona costiera.
Il sistema comporta il prelievo di acqua marina che viene convogliata verso uno scambiatore di calore, dove cede calore al circuito secondario. In seguito, l’acqua torna al mare per la restituzione della risorsa naturale, reimmettendo l’acqua marina fredda.
Il circuito secondario è composto da una tubazione idraulica in cui è presente un fluido termovettore, ossia un fluido in grado di funzionare come un vettore di energia termica, ovvero di calore.
Il fluido riscaldato dal calore dell’acqua marina attraverso lo scambiatore di calore viene inviato a una pompa di calore, dove viene compresso per aumentare la temperatura e cede il calore all’aria interna dell’abitazione o all’acqua del sistema di riscaldamento (termosifoni, pannelli radianti a pavimento).
Gli impianti idrotermici ad anello a circuito aperto sono in grado di fornire un rendimento elevato, grazie all’ampia disponibilità della risorsa idrica. Inoltre, consentono di ottimizzare lo spazio d’ingombro e ridurre i costi di installazione, specialmente per quanto riguarda gli impianti di una certa dimensione.
Rispetto agli impianti che usano l’acqua dolce, però, richiedono una manutenzione più frequente, a causa di un rischio maggiore di formazione di incrostazioni e cricche che riducono la vita utile dell’impianto.
Impianto idrotermico ad anello a circuito chiuso
In un impianto idrotermico ad anello a circuito chiuso si utilizza in genere una sonda geotermica orizzontale o verticale, con la quale si ottiene lo scambio termico con un bacino idrico superficiale situato a pochi metri dalla superficie (sonda geotermica orizzontale), oppure a profondità maggiori (sonda geotermica verticale, può arrivare fino a 400 metri di profondità).
Il funzionamento di un impianto ad anello a circuito chiuso è simile a quello di un sistema ad anello a circuito aperto, che, invece di sfruttare il calore dell’acqua del mare, utilizza l'energia termica di una risorsa idrica superficiale o sotterranea (fiumi, laghi o falde acquifere). In questo caso, i costi di installazione sono superiori, inoltre bisogna valutare con attenzione la disponibilità della risorsa idrica durante tutto l’anno.
I vantaggi dell’energia idrotermica
L’utilizzo dell’energia idrotermica garantisce numerosi benefici:
- Fonte di energia rinnovabile;
- Elevata versatilità;
- Nessuna emissione di gas serra diretta;
- Bassi costi energetici.
L’integrazione con la pompa di calore, inoltre, permette di usufruire di una soluzione versatile per il riscaldamento, il raffrescamento e la produzione di acqua calda sanitaria.
La pompa di calore è anche un sistema ad alta efficienza, con la possibilità di produrre circa 5 kWh di energia termica con 1 kWh di energia elettrica, elettricità che può essere prodotta con un impianto fotovoltaico o un sistema mini eolico per azzerare l’impronta di carbonio.
L’energia idrotermica è anche ideale per le applicazioni a risparmio energetico come il riscaldamento a pavimento, in quanto si tratta di calore a bassa temperatura compatibile con questo tipo di soluzioni impiantistiche.
Differenza tra energia idrotermica e idroelettrica
Non bisogna confondere l’energia idrotermica con quella idroelettrica. Nel primo caso si sfrutta il calore delle acque superficiali per il riscaldamento e il raffrescamento degli edifici.
Nel secondo, invece, si utilizza la forza motrice dell’acqua per produrre energia elettrica o meccanica. L’energia idroelettrica richiede dunque impianti, portate d’acqua e salti idraulici differenti rispetto agli impieghi idrotermici.
Nel dettaglio, l’energia idrotermica prevede l’estrazione del calore superficiale dall’acqua, attraverso sistemi impiantistici come la pompa di calore che utilizzano l’energia termica dell’acqua per riscaldare, raffrescare e produrre acqua calda ad uso sanitario. Inoltre, non è necessario generare energia cinetica o meccanica. L’energia idroelettrica, invece, sfrutta l’energia cinetica dell’acqua in caduta da un dislivello, naturale o artificiale, per azionare delle turbine che generano energia meccanica che viene convertita dagli alternatori in energia elettrica.
Sia l’energia idrotermica che l’energia idroelettrica sono due fonti rinnovabili, ossia delle energie verdi, pulite e inesauribili con un basso impatto ambientale. Tuttavia, mentre l’energia idroelettrica è più adatta all’utilizzo su larga scala, per esempio attraverso le centrali idroelettriche, l’energia idrotermica si presta meglio all’impiego negli impianti di piccola e media scala, come la pompa di calore a uso domestico per la climatizzazione della casa.
Allo stesso tempo, anche l’energia idrotermica può essere utilizzata nelle centrali idrotermiche, degli impianti di dimensioni medio/grandi che possono fornire energia termica a un certo numero di abitazioni situate nelle vicinanze. Questo tipo di impianti deve rispettare specifici requisiti tecnici e ambientali, come previsto dal Testo unico in materia ambientale (DL 152/2006), oltre a eventuali norme regionali, provinciali e comunali.
Non bisogna dimenticare che l’utilizzo di acqua dolce a fini energetici è strettamente regolato dalla legge, per tutelare questa risorsa essenziale per la vita e la biosfera. In questo modo è possibile assicurare un impiego sostenibile delle risorse idriche, sia a scopi energetici sia per la fornitura di un’acqua potabile di alta qualità alla popolazione e alle imprese locali.
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