Progetto di un campo Sonde Geotermiche Nuova sede Lega Filo d’Oro di Osimo (AN)
Modello numerico FEM di trasporto del calore nel sottosuolo
Dott. Geol. Andrea Zille – Dott. Geol. Claudio Galli
Il Progetto
La nuova sede di Osimo (AN) è destinata a diventare una struttura d’avanguardia in Europa per l’assistenza, la cura e la riabilitazione degli utenti sordociechi e
pluriminorati psicosensoriali. Il nuovo Centro accorperà in un unico luogo la grande
quantità di servizi, ambulatori, uffici e residenze attualmente distribuiti nel territorio di
Osimo, tra Santo Stefano e San Biagio. L’obiettivo è quello di migliorare l’efficienza e
la gestione delle strutture della Lega del Filo d’Oro, attraverso la realizzazione di un
nuovo complesso accogliente, funzionale e ben inserito nell’ambiente.
Il Progetto – Caratteristiche impianto
Edificio Potenze edificio [kW]
INVERNO ESTATE
E1 121,2 74,8
E2 80,5 53,8
E3 22,7 17,6
E4 24,8 16,2
TOTALE 249 162
Edificio Potenze edificio [kW]
INVERNO ESTATE
E5 47,6 34,4
E6 54,3 34,1
E7-8 105,3 110,9
TOTALE 207 179
Fabbisogni d’energia termica e frigorifera
Riscaldamento: 197 MWh
Raffrescamento: -257 MWh ACS: 68 MWh
-100.000 -50.000 0 50.000 100.000 150.000
Fabbisogno d'energia [kWh]
Mese
Il Progetto – Schema CTF Hybrid Lotto I
Il Progetto – Inquadramento geologico
Il Progetto – Inquadramento geologico
La conducibilità media (λ) delle
litologie varia da 1.5 a 1.8 W/mK,
mentre il flusso di calore oscilla
tra 26mW/m2 e 40mW/m2
Il Progetto – Ground Response Test
Temperatura del terreno indisturbato T [C°] 14.7 Conducibilità termica effettiva del
terreno nell’intorno della sonda geotermica
λ[W/ (mK)] 1.77
Resistenza termica del pozzo Rb
[K/ (W/m)] 0.102
Il Progetto – Calcolo Campo Sonde
Campo geotermico calcolato ai sensi della UNI-11466 Metodo ASHRAE:
( ) ( )
2
a ga lh h b m gm gd sc
h
wi wo
g p
h
q R q W R PLF R R F
L t t
t t
⋅ + − ⋅ + ⋅ + ⋅
= +
− −
( ) ( )
2
a ga lc c b m gm gd sc
c
wi wo
g p
c
q R q W R PLF R R F
L t t
t t
⋅ + − ⋅ + ⋅ + ⋅
= +
− −
Il Progetto – Calcolo Campo Sonde
Campo geotermico calcolato ai sensi della UNI-11466 Metodo ASHRAE:
Con SGV a 120m – N. sonde = 54
2630 6449
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000
Lh [m]
Lc [m]
Lunghezza Campo Geotermico [m]
Campo Geotermico
Lh [m] Lc [m]
Simulazione - Modello trasporto del calore
Nel sottosuoloi principali meccanismi di trasporto di calore sono racchiusi nell’equazione sotto riportata:
CONDUZIONE indotta dal gradiente di temperatura;
ADVEZIONE dovuta al flusso di falda;
DISPERSIONE dovuta a variazioni di velocità alla micro e macro scala.
1 λ λ λ
ADVEZIONE CONDUZIONE
DISPERSIONE
SORGENTE
Schematizzazione sistema reale FEFLOW
Estensione del modello: 950m X 850m
n. 54 SGV a 120m di profondità – 6480 ml
CAMPO SONDE
Mesh 2D
Schematizzazione sistema reale
Litologia argillosa-marnosa nel suo insieme si estende sino ad almeno 1350m di profondità, ma in corrispondenza di una perforazione eseguita in località Osimo Stazione, è stato osservato un cambio litologico da circa 250-300m di profondità, a partire dalla quale sono presenti piùlivelli arenacei.
Il Flusso sotterraneo è gestito in regime permanente (stazionario) mentre il Trasporto del calore è gestito in regime transitorio.
· · ·
= 3.24E-05 e 1.05E-06 < 0.4
CONDUZIONE DOMINANTE !!
Il trasporto di calore richiede come condizione al contorno, da applicare al piano campagna, la temperatura media annua (12,7°C). Tale valore è stato determinatato durante il GRT, misurando la temperatura raggiunta dal flusso termovettore nella circolazione iniziale nello scambiatore a terreno in assenza di sollecitazione termica del terreno. In base ai dati raccolti è stata stimata temperatura a100m di profondità di 14.7°C.
Applicando un gradiente geotermico di 0.02°C per ogni metro di profondità al piano campagna si giunge a 12,7°C e a 250m di profondità a 17,7°C
Carichi energetici sottosuolo
Edificio 2
Edificio 3
SONDE GEOTERMICHE LUNGHEZZA
[m] POTENZA [kW]
EDIFICIO 1 23 120 Riscaldamento
Raffrescamento
110,1 85,2
EDIFICIO 2 17 120 Riscaldamento
Raffrescamento
88,8 68,8
EDIFICIO 3 6 120
Riscaldamento Raffrescamento
42,0 32,8
EDIFICIO 4 8 120 Riscaldamento
Raffrescamento
57,4 44,4
Caratteristiche sonde geotermiche
CARATTERISTICHE SONDA GEOTERMICA
Doppia U
diametro: 0.131m
CARATTERISTICHE TUBAZIONE SCAMBIATORE
diametro: 0.032m
distanza tra i centri: 0.07m conduttività: 0,42 W/m/K
CARATTERISTICHE FLUIDO TERMOVETTORE
Portata di progetto per singola sonda geotermica:
Ed.1 = 26,6 m3/d;
Ed.2 = 28,52 m3/d;
Ed.3 = 44 m3/d;
Ed.4 = 37,8m3/d.
capacità termica volumetrica: 4,085 MJ/m3/K conduttività: 0,4992 W/m/K
viscosità dinamica: 0,0018 kg/m/s densità: 1020 kg/m3
CARATTERISTICHE DEL RIEMPIMENTO (ANULUS CEMENTAZIONE
capacità termica volumetrica: 2,3 MJ/m3/K
Risultati della Simulazione
Andamento nel tempo della temperatura media del refrigerante in uscita per tutte le sonde
10.5 11.0 11.5 12.0 12.5 13.0 13.5
T [°C]
edificio 1 edificio 2 edificio 3 edificio 4
Andamento nel tempo della temperatura media del refrigerante in uscita considerando una sonda per ogni singolo edificio
Risultati della Simulazione
9.0 10.0 11.0 12.0 13.0 14.0 15.0
T [°C]
distanza [m]
SEZIONE 1_ inverno slice 3 slice 5
slice 8 slice 9
EDIFICIO 2
EDIFICIO 1
9.0 10.0 11.0 12.0 13.0 14.0 15.0
T [°C]
SEZIONE 2_ inverno slice 3 slice 5 slice 8 slice 9 EDIFICIO 3
EDIFICIO 4
n. slice Prof. da p.c. (m)
Slice 3 -15
Slice 5 -40
Slice 9 -80
Slice 11 -100
Risultati della Simulazione
INVERNO 1°ANNO
INVERNO 15°ANNO
ESTATE 1°ANNO
ESTATE 15°ANNO
Risultati della Simulazione
SEZIONE EDIFICIO 1 INVERNO 15°ANNO
SEZIONE EDIFICI 3 - 4 INVERNO 15°ANNO
50 m da p.c.
115 m da p.c.
180 m da p.c.
50 m da p.c.
115 m da p.c.
180 m da p.c.
50 m da p.c.
115 m da p.c.
180 m da p.c.
ISOTERME INDISTURBATE
Conclusioni
Dal confronto tra i singoli edifici appare che nel corso di 15 anni di funzionamento alterno riscaldamento-raffrescamento, il sistema non subisce variazioni sensibili della temperatura, infatti subito dopo il primo anno di funzionamento avviene una decrescita che poi si assesta pressoché costante negli anni a seguire;
Nel periodo invernale (riscaldamento), l’abbassamento medio della temperatura del terreno ad una profondità di 100m da p.c. è di circa 0,3°C, mentre nel periodo estivo (raffrescamento)l’anomalia termica positiva è di circa0,5°C;
Tra il periodo invernale ed il periodo estivo la massima differenza di temperatura del terreno raggiunta è pari a unΔT 2,20°C in corrispondenza dell’Edificio 1;
Anche osservando il plume termico e le isoterme a 100m di profondità estratte in inverno ed estate in quattro distinti periodi temporali (1° anno, 5° anno, 10° anno e 15° anno), si osserva un equilibrio complessivo tra l’anomalia indotta nel periodo estivo l’anomalia termica indotta nella fase invernale;
Attraverso l’analisi delle slice alle varie profondità risulta evidente l’interferenza tra i diversi edifici a partire dal 2-3 anno di funzionamento degli impianti;
Per quanto riguarda la perturbazione termica in profondità, a partire dai 180m da p.c. il
