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Groundwater heat pump systems diffusion and groundwater resources protection

Taddia Glenda Cerino Abdin Elena Gizzi Martina Lo Russo Stefano
Articolo Immagine
ISSN:
1121-9041
Rivista:
GEAM
Anno:
2019
Numero:
156
Fascicolo:
GEAM N.156/2019

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Diffusione dei sistemi di pompa di calore per acque sotterranee e protezione delle risorse idriche sotterranee

L’energia geotermica, essendo una fonte di energia pulita, sta guadagnando importanza in tutto il mondo a causa di varie ragioni. L’energia geotermica può essere generata durante l’anno su ventiquattro ore perché non dipende molto dalla temperatura ambientale e dalle condizioni meteorologiche. Recentemente si registra un maggiore interesse nello sfruttamento delle risorse geotermiche a bassa entalpia per altre applicazioni come il riscaldamento ed il raffrescamento di edifici sia ad uso domestico che industriali e commerciali. I sistemi a pompe di calore (GWHPs) estraggono acqua dal primo acquifero attraverso l’uso di pozzi, tale acqua passa attraverso uno scambiatore o una pompa di calore dove poi viene estratto calore e/o reimmesso calore a seconda della stagionalità ed infine l’acqua viene scaricata o in acquifero superficiale tramite un pozzo o in corpo idrico superficiale. Questa immissione di acqua in acquifero superficiale provoca un’anomalia termica (a seconda che la plume sia più calda o più fredda rispetto alla temperatura indisturbata dell’acquifero) la plume viene anche detta Thermal Affected Zone (TAZ). Inoltre è importante sapere se la TAZ rischia di interferire con impianti preesistenti o infrastrutture superficiali posti a valle rispetto allo stesso impianto oppure può interferire con l’impianto stesso tra pozzo di presa e pozzo di immissione a causa della troppa vicinanza (Thermal feedback – cortocircuitazione termica). È importante quindi sapere, soprattutto in fase di progettazione di un impianto, la futura estensione della TAZ. A causa di questi rischi ed il crescente numero di sistemi GWHP si viene a creare la necessità di sviluppare nuovi criteri nelle politiche energetiche per le acque sotterranee che consentano di pianificare e distribuire tali impianti soprattutto in un territorio urbano. Vengono infatti qui proposti i risultati di diversi studi dedicati al fine di ottimizzare la progettazione ed il funzionamento dei sistemi GWHP. 

Parole chiave: energia geotermica, thermal feedback, impianti a pompa di calore geotermica, protezione risorse idriche, thermal affected zone.

Geothermal Energy, being a clean and sustainable source of energy, is gaining importance worldwide due to various reasons. Geothermal power can be generated throughout the year on twenty four hour basis as it’s not much dependent on ambient temperature and weather conditions. Recently there is an increased interest in exploitation of low enthalpy geothermal resources for other applications such as geothermal space heating and cooling for domestic, industrial and commercial applications. GroundWater Heat Pump systems (GWHPs) extract water from one or more wells, pass it through a heat exchanger or a heat pump, which either extracts heat from, or rejects heat, and discharge water back into the aquifer or nearby surface water. This reinjection disturbs the natural aquifer temperature, producing a local temperature anomalies (cold or heat plume) known as the thermal affected zone (TAZ). Moreover, it is important to know if the TAZ can interfere with downgradient pre-existing plants or subsurface infrastructure or with the plant itself (thermal feedback). It is then important to know, even before constructing a GWHP system, the future TAZ extent around the planned injection point. Due to these risks, the increasing number of GWHP systems enforces the need for new criteria to develop subsurface energy policies that allow planning their spatial distribution. To obtain these sustainability criteria, the results of different dedicated studies are here proposed, in order to optimize the design and operation of GWHP systems. 

Keywords: geothermal energy, thermal feedback, groundwater heat pumps system, groundwater protection, thermal affected zone modeling.