Il riscaldamento e il raffrescamento degli edifici assorbono circa la metà dei consumi energetici complessivi nell’Unione Europea, alimentati ancora in larga misura da caldaie a gas e combustibili fossili. Sostituire questi impianti con apparecchiature a emissioni zero nei centri urbani si scontra spesso con ostacoli tecnici evidenti: le pompe di calore ad aria perdono resa quando il termometro scende sottozero o sale oltre i quaranta gradi, mentre la geotermia tradizionale a bassa entalpia richiede perforazioni profonde e ampi spazi esterni che molti condomini semplicemente non possiedono. Per scavalcare questo collo di bottiglia, i ricercatori dell’ENEA hanno sviluppato un sistema impiantistico integrato che unisce l’energia del sottosuolo a una pompa di calore di nuova concezione in grado di attingere, a seconda della convenienza termica, sia all’aria esterna che al terreno.
La soluzione, illustrata sulle pagine del periodico scientifico dell’ente di ricerca, nasce per coniugare l’affidabilità delle sonde nel suolo con la flessibilità degli scambiatori aerotermici. Invece di dimensionare l’intero campo di sonde geotermiche per coprire i picchi invernali più rigidi o le ondate di calore estivo, l’architettura messa a punto dall’ENEA distribuisce il carico termico sulle due matrici. L’aria ambiente e il sottosuolo lavorano come sorgenti complementari, permettendo all’impianto di selezionare in ogni momento il fluido vettore con la resa termodinamica più vantaggiosa, riducendo drasticamente i consumi elettrici del compressore.
A pochi metri sotto il piano di calpestio, la terra mantiene una temperatura stabile durante tutto l’arco dell’anno, oscillando tra i dodici e i sedici gradi a seconda della latitudine e della composizione litologica locale. Si tratta di un volano termico naturale che rende la geotermia superficiale infinitamente più regolare rispetto all’aria atmosferica, soggetta a escursioni repentine tra giorno e notte o tra le stagioni. Quando l’aria esterna è gelida, una pompa di calore convenzionale fatica a estrarre calorie e consuma quantità elevate di elettricità per scongelare la batteria esterna; prelevare calore dal terreno evita questo degrado di efficienza e garantisce un coefficiente di prestazione elevato anche durante le gelate più persistenti.
L’approccio duale studiato dai tecnici dell’ENEA interviene proprio nel punto di incontro tra termodinamica e cantieristica. Negli impianti geotermici a circuito chiuso tradizionali, la spesa per trivellare i pozzi e posare le sonde verticali incide per oltre la metà del costo complessivo dell’opera. Nei quartieri ad alta densità abitativa, inoltre, la superficie necessaria per distanziare i fori rende spesso impraticabile qualsiasi progetto. Riducendo la dipendenza esclusiva dal terreno e affidando all’aria una quota consistente della potenza di picco o di transizione, il sistema ibrido permette di accorciare la profondità delle perforazioni o di diminuirne il numero, rendendo l’installazione compatibile con cortili condominiali, giardini ridotti o parcheggi interrati.
Il lavoro condotto presso i laboratori dell’agenzia si è basato su una precisa modellazione tridimensionale della successione geo-litologica del sito sperimentale. Gli ingegneri e i geologi dell’ente hanno mappato la conducibilità termica dei diversi strati di suolo, simulando il comportamento delle sonde verticali a circuito chiuso sotto carichi termici variabili. Comprendere la velocità con cui il terreno cede o assorbe calorie è il prerequisito indispensabile per scongiurare uno dei difetti storici dei campi geotermici mal progettati: l’esaurimento termico progressivo del sottosuolo.
Quando un impianto sottrae calore per anni senza che il volume di terra circostante abbia il tempo di riequilibrarsi, il terreno tende a raffreddarsi progressivamente, compromettendo nel lungo periodo la resa stagionale del generatore. Lo stesso fenomeno, a parti invertite, accade d’estate se si rigetta calore nel suolo senza tregua per climatizzare gli ambienti. La gestione intelligente messa a punto dall’ENEA consente di rigenerare termicamente il terreno: durante le mezze stagioni o nelle ore calde d’inverno, il sistema può sfruttare l’aria per scaldare gli interni o addirittura per reimmettere calorie nel sottosuolo, preservando l’equilibrio geologico dell’area di scavo per decenni.
Nel periodo estivo la tecnologia inverte il ciclo operativo per garantire il raffrescamento. Durante i pomeriggi più torridi, quando l’aria cittadina supera i trentacinque gradi e i condizionatori convenzionali lavorano sotto massimo sforzo, l’impianto convoglia il calore estratto dagli ambienti interni direttamente verso il sottosuolo, che trovandosi a temperature inferiori riceve l’energia con un rendimento termodinamico assai più favorevole. Al contrario, durante le notti estive fresche o ventilate, l’eccesso termico può essere smaltito nell’aria esterna, evitando di saturare termicamente il terreno e lasciandolo pronto per il nuovo ciclo diurno.
Questo bilanciamento dinamico offre una risposta pratica ai vincoli del patrimonio immobiliare italiano, caratterizzato da edifici storici o costruiti prima delle moderne leggi sull’isolamento energetico. Per queste strutture, spesso classificate nelle classi energetiche peggiori, il passaggio dai radiatori ad alta temperatura a terminali idronici moderni richiede potenze termiche significative che un impianto solo aerotermico faticherebbe a erogare nei mesi freddi senza far lievitare le bollette elettriche. L’accoppiamento con il terreno offre una base di carico solida e silenziosa, riducendo l’impatto visivo e acustico delle grandi unità ventilanti posizionate sui tetti o sulle facciate dei palazzi.
L’innovazione si inserisce in un quadro di ricerca più ampio portato avanti dall’ENEA, che guarda alle comunità energetiche rinnovabili e all’efficientamento del patrimonio pubblico e del terzo settore come canali prioritari per diffondere soluzioni decarbonizzate. La cooperazione recentemente avviata dall’agenzia con organismi come il CNEL e gli accordi territoriali stretti con regioni ad alta concentrazione industriale come la Lombardia mirano a trasformare le tecnologie sviluppate nei laboratori in cantieri concreti. Gli edifici commerciali, le sedi di associazioni assistenziali, le scuole e le residenze sanitarie assistite presentano profili di carico termico costanti durante l’intero arco della giornata, un contesto ideale per ammortizzare rapidamente l’investimento iniziale di una centrale a doppio scambio.
Il piano economico per la diffusione della geotermia ibrida rimane legato all’equilibrio tra costi di impianto e risparmi operativi. Sebbene la componente geotermica comporti una spesa iniziale superiore rispetto a un semplice split ad aria, il risparmio sui consumi di energia primaria lungo il ciclo di vita dell’edificio compensa il disavanzo in pochi anni, specialmente a fronte di tariffe elettriche volatili. L’estensione della vita utile dei compressori, che operano a regimi di pressione e temperatura meno stressanti grazie alla stabilità del terreno, abbatte inoltre i costi di manutenzione straordinaria che pesano sui bilanci di amministratori e proprietari immobiliari.
Resta aperto il nodo delle procedure autorizzative, che in Italia soffrono di un quadro frammentato tra le diverse amministrazioni regionali e provinciali. La posa delle sonde geotermiche a circuito chiuso, pur non prelevando acqua di falda e non alterando la chimica del sottosuolo, deve spesso affrontare iter burocratici lunghi e disomogenei, che scoraggiano progettisti e committenti privati. La standardizzazione di pacchetti tecnologici come quello studiato dall’ENEA, accompagnata da modelli geologici previsionali verificati, potrebbe agevolare l’introduzione di procedure semplificate e dichiarazioni di inizio lavori asseverate per gli impianti di piccola e media taglia.
La transizione imposta dalle direttive europee sull’efficienza degli edifici richiederà nei prossimi quindici anni un’accelerazione decisa nella sostituzione dei sistemi di generazione termica a gas metano e gasolio. La tecnologia dell’ENEA dimostra che l’integrazione intelligente di fonti rinnovabili differenti non è un esercizio teorico, ma una necessità impiantistica per adattare le pompe di calore alla morfologia complessa delle nostre città. I dati raccolti dal sito sperimentale serviranno ora a calibrare gli algoritmi di controllo automatico, che dovranno gestire lo scambio aria-terra in tempo reale tramite valvole miscelatrici intelligenti per massimizzare la resa oraria in base ai prezzi dell’energia e alle condizioni meteorologiche locali.
Il passo successivo riguarderà il trasferimento tecnologico alla filiera industriale dei costruttori di macchine termiche, chiamati a integrare la gestione bivalente direttamente nell’elettronica di bordo delle pompe di calore di serie. Solo con il coinvolgimento dei produttori di componentistica e delle imprese di perforazione specializzate il prototipo dell’ENEA potrà uscire dal perimetro della sperimentazione scientifica e diventare uno standard applicabile nelle riqualificazioni dei quartieri urbani, dove lo spazio in superficie scarseggia ma l’energia immagazzinata sotto i nostri piedi rimane in attesa di essere raccolta.
