Studio sperimentale e numerico sulle proprietà termiche di miscele cementizie per micropali energetici

I micropali energetici sono fondazioni profonde che consentono lo scambio di calore tra il terreno e l’edificio soprastante sfruttando l’energia geotermica superficiale. L’articolo presenta i risultati di prove sperimentali e simulazioni numeriche, eseguite allo scopo di analizzare le prestazioni termiche di micropali energetici. La sperimentazione è stata condotta utilizzando diversi tipi di boiacche cementizie, con e senza l’impiego di additivi chimici per aumentarne la conducibilità termica. Sulle boiacche, sia liquide che indurite, preparate con diversi rapporti acqua/cemento, sono state eseguite prove di conducibilità termica, di lavorabilità e di resistenza meccanica. Il maggiore incremento della conducibilità termica (pari a circa il 19%) è stato rilevato utilizzando un additivo a base di grafite, con una concentrazione del 10% e un rapporto acqua/cemento di 0.30. La diffusività termica e la capacità termica volumetrica non sono risultate significativamente influenzate dalla presenza degli additivi. La viscosità iniziale delle boiacche si è ridotta con l’aggiunta degli additivi, mentre le prestazioni meccaniche sono risultate comparabili a quelle della malta non additivata. I risultati sperimentali sono stati impiegati per calibrare un modello numerico 3D agli elementi finiti, con l’obiettivo di simulare il processo transitorio di trasferimento di calore per un micropalo energetico, parte di un gruppo collegato in testa da una platea rigida. Tramite il modello numerico sono stati analizzati gli effetti delle proprietà termiche dei materiali da costruzione, della portata di massa del fluido termovettore e della distanza tra i micropali energetici. Le prestazioni termiche e l’efficienza del sistema sono risultate significativamente influenzate dalla portata di massa del fluido e dalla distanza, mentre l’incremento della conducibilità termica dei materiali utilizzati è risultato avere un impatto marginale sulla potenza termica scambiata.