Pozzo Vindex
Il pozzo vindex è una soluzione efficiente, ecologica, economica e sostenibile per la ventilazione e la climatizzazione degli edifici sfruttando la geotermia passiva di superficie. È una variante del classico pozzo canadese, chiamato anche pozzo provenzale, ma notevolmente più conveniente da tutti i punti di visti.
Principi Geotermici
A partire da una certa profondità, la temperatura del terreno rimane quasi costante tutto l'anno indipendentemente dalla temperatura sovrastante grazie alla proprietà isolante e l'inerzia termica del suolo. Queste proprietà, anche se variano da luogo a luogo e dipendono dalla stratigrafia del terreno, sono considerate comuni a tutti i suoli. In breve, la temperatura del suolo a circa 7 m di profondità, la differenza tra la temperatura massima, durante il periodo estivo, e quella minima, durante il periodo invernale, è meno di 2° C durante tutto l'anno.
Figura 1: Andamento della curva di variazione della temperatura del terreno a 7 m di profondità nel Sud della Francia per la durata di un anno.
Notiamo come la differenza tra la temperatura minima e quella massima è minore di 2°C tutto l'anno.
Pozzo Canadese
Possiamo definire il pozzo canadese come un sistema di ventilazione forzata che sfrutta l'inerzia termica del terreno per moderare la temperatura dell'aria. Perciò è molto conveniente quando si cerca una soluzione ecologica a lungo termine ed a basso costo per la climatizzazione degli edifici e non solo.
Figura 2: Schema di funzionamento del pozzo canadese durante la stagione invernale.
Figura 2: Schema di funzionamento del pozzo canadese durante la stagione estiva.
Un'attenta analisi di questa soluzione ci illustra però alcune deficienze nel sistema, ecco quelle più evidenti:
- La necessità di una trincea lunga almeno 20 m e larga 50 cm per avere lo spazio sufficiente per alloggiare i tubi necessari per lo scambio termico tra il terreno e l'aria. Questo spazio non è spesso disponibile soprattutto quando si tratta di edifici esistenti.
- La profondità della trincea, che è di circa 2 m, non è sufficiente per avere una grande differenza tra la temperatura invernale e quella estiva. Quindi il sistema è poco efficiente.
- Il tubo di scambio tra il terreno e l'aria è generalmente in polietilene che ha una bassa conducibilità termica (0,38 W.m-1.K-1), perciò lo scambio termico non efficace.
Migliorie
Il funzionamento del pozzo vindex è molto semplice: l'aria esterna è aspirata da un ventilatore centrifugo e convogliata all'interno di un tubo in polietilene interrato verticalmente al quale è stata collegata alla base una serpentina in rame a contatto diretto col terreno. Dopo aver attraversato la serpentina, l'aria si riscalda, oppure si raffredda in base alla differenza tra la temperatura dell'aria e quella del terreno. All'interno della serpentina, l'aria raggiunge quasi la temperatura del terreno in profondità poi risale attraverso un secondo tubo, questa volta isolato, per immettersi a fine percorso nell'ambiente da climatizzare.
Ora vediamo come i problemi precedenti sono stati risolti nel caso di pozzo vindex:
- Lo spazio necessario sul terreno per scavare il pozzo vindex è minore di 1 m2.
- La profondità del pozzo vindex è di 7 m, così abbiamo una temperatura pressoché costante durante tutto l'anno.
- La spirale di scambio tra il terreno e l'aria è realizzata in rame che ha una conducibilità termica molto elevata (390 W.m-1.K-1) . In più la superficie della spirale è alettata per aumentare la superficie di contatto tra terreno e spirale. Nel nostro caso abbiamo 12 m2 di superficie di contatto tra il terreno e la serpentina. Lo scambio termico tra terreno e l'aria circolante all'interno della spirale è molto efficiente.
Schema di Funzionamento
Lo schema di funzionamento di un pozzo vindex è illustrato nelle figure 4a, 4b e 4c. Abbiamo tre parti: una esterna, una interrata e una inserita nella struttura muraria.
Figura 4a: Schema di funzionamento del pozzo vindex.
Figura 4b: Schema di funzionamento del pozzo vindex.
Figura 4c: Schema di funzionamento del pozzo vindex.
Componenti
Ci sono fondamentalmente tre parti che compongono un pozzo vindex, la prima è esterna ed è collocata sul terreno, mentre la seconda è interrata, la terza invece è la terminale ed è inserita all'intero della parete dell'edificio.
Parte Esterna
La parte esterna del pozzo è composta essenzialmente da un filtro d'aria, da un ventilatore e alcuni tubi. La funzione del filtro è impedire l'introduzione di polveri, pollini e particelle inquinanti all'interno dell'ambiente. La funzione della ventola invece è di controllare la velocità del flusso dell'aria in ingresso e, di conseguenza, anche in uscita. Il fatto di aver collocato la ventola prima del tubo d'ingresso dell'aria è molto importante, perché in questo modo la temperatura di riscaldamento del ventilatore causata dal motore elettrico non va ad aumentare la temperatura dell'aria.
Figura 5: Parte esterna pozzo vindex.
Parte Interrata
La parte interrata del pozzo è composta da un primo tubo in polietilene per portare l'aria dalla ventola fino alla serpentina. Dopo aver attraversato la serpentina, l'aria si riscalda, oppure si raffredda, dipendendo dalla temperatura esterna. Infine, l'aria risale attraversando il secondo tubo in polietilene isolato, questa volta, per finire all'interno dell'ambiente.
Figura 6: La serpentina alettata in rame è inserita in fondo al pozzo. Osservare come il tubo in uscita è ben isolato.
Parte Terminale
La parte terminale del pozzo è composta da un tubo isolato in polietilene inserito all'interno nella parete che finisce con una bocchetta per la diffusione dell'aria.
Dimensionamento
Il dimensionamento del pozzo dipende principalmente dai tre seguenti parametri: 1. Il numero di ricambi d'aria l'ora dell'ambiente. Questo parametro dipende dalla destinazione d'uso dell'ambiente ed è fissato dalla Normativa Tecnica. 2. La temperatura massima (durante il periodo estivo) e minima (durante il periodo invernale) dell'aria esterna, cioè dalle temperature di progetto. 3. La durata di funzionamento del pozzo durante il periodo di maggior impiego.
La scelta del ventilatore è molto importante e dipende dalla velocità del flusso dell'aria all'interno dei tubi che, a sua volta, dipende dal numero di ricambi d'aria dell'ambiente durante un'ora.
Una volta sono stati stabiliti tutti i parametri di progetti del pozzo è conveniente aumentare la potenza della ventola di almeno del 10% rispetto a quella ottenuta dai calcoli.
Messa in Opera
La messa in opera del pozzo vindex è molto semplice e non richiede particolari attrezzature oppure una specifica preparazione degli installatori. Per la messa in opera del pozzo vindex di Celenza Sul Trigno, sono state impiegate in tutto tre persone per circa 3 ore di lavoro.
Grazie alla sua flessibilità, il pozzo vindex è facilmente adattabile per essere installato in edifici esistenti visto che richiede poco spazio. Cioè, quello necessario per scavare un foro per un micropalo di fondazione di 20 cm di diametro e di 4-7 m di profondità. In questo foro sarà inserita la serpentina in rame, oppure in un altro metallo o materiale. L'unica attrezzatura di rilievo necessaria è la perforatrice per praticare il foro nel terreno.
Figura 7: Messa in opera del pozzo vindex (Celenza Sul Trigno – Marzo 2015).
Efficienza
I monitoraggi effettuati finora sul pozzo vindex di Celenza Sul Trigno ha rivelato dei risultati molto interessanti. I primi esperimenti consistevano nell'introdurre nel pozzo aria calda mediante un asciuga capelli mantenendo il flusso costante alla temperatura di circa 60° C. La temperatura in uscita, dopo aver attraversato il pozzo, è stata sempre compresa tra 19 e 20° C. L'esperimento è stato ripetuto diverse volte ma il risultato era rimasto praticamente invariato.
Analisi di Convenienza
Una rapida analisi di convenienza tecnico-economica è necessaria per stimare i vari costi per la realizzazione e la gestione di un pozzo vindex. Ovviamente il costo globale, cioè quello iniziale di realizzazione e quello di servizio a lungo termine, dipende dal contesto e dal reale utilizzo, perciò un'analisi del genere dovrebbe essere opportunamente eseguita secondo precisi criteri.
Sintetizzando, possiamo dire che oltre il costo di praticare il foro nel terreno dove andranno alloggiati i tubi e la serpentina, ci sono i costi dei vari elementi che costituiscono la parte funzionale del sistema. Cioè i tubi, il filtro d'aria, la ventola, la serpentina e le bocchette d'aria. Il costo di servizio è praticamente limitato a quello dell'energia elettrica necessaria per il funzionamento della ventola che è generalmente di poca potenza visto che si tratta di un sistema passivo.
Il costo di manutenzione invece è molto basso e consiste prevalentemente nella pulizia del filtro d'aria oppure nella sostituzione della ventola in caso di rottura, praticamente dopo svariati anni di funzionamento.
Il costo dell'energia, invece, per quanto riguarda l'abbassamento oppure l'innalzamento della temperatura dell'aria durante le stagioni, è praticamente zero visto. In effetti, si tratta di sfruttare l'inerzia geotermica passiva del terreno che, tra l'altro, avviene senza la minima emissione di CO2 oppure altri gas.
Radon e Batteri
In generale quando si parla di pozzo canadese salta subito in mente il problema del radon contenuto nella crosta terrestre ed i danni che potrebbe provocare a lungo termine, nonché quello dei batteri. Nel caso del pozzo vindex il problema del radon è praticamente inesistente. In effetti, tutti i materiali utilizzati, nonché la cura con la quale sono state assemblate e messe in opera le componenti escludono la possibilità di infiltrazioni di radiazioni provenienti dal terreno. L'utilizzo del filtro d'aria a monte del ventilatore permette di depurare l'aria da pollini, particelle e batteri prima dell'ingresso nel pozzo.
Conclusione
Il primo pozzo vindex che è stato realizzato a Celenza Sul Trigno (CH) nel mese di Marzo del 2015 ha dimostrato la semplicità e la validità di questa soluzione.
Anche quando si è trattato di una prima versione con un obiettivo puramente sperimentale e di ricerca, i risultati osservati sono stati molto incoraggianti per procedere con la ricerca e sviluppare ulteriormente il sistema.
L'obiettivo finale è quello di creare una completa soluzione standardizzata molto efficiente, economica e facilmente installabile soprattutto su edifici esistenti.
La soluzione finale dovrebbe contenere un sistema elettronico integrato per il controllo automatico del flusso dell'aria ed il monitoraggio della sua temperatura e umidità relativa, nonché la possibilità di integrarlo con altri sistemi di climatizzazione.
Ultima modifica: 21 Marzo 2023