Indicatori di impatto termico per una valutazione di sostenibilità di un campo di scambiatori geotermici a circuito chiuso in presenza di moto di falda

In the coming years, the increasing importance of geothermal systems, particularly geothermal heat pumps (GSHPs), in the decarbonization process of the building climate control sector necessitates ensuring equitable access to shallow geothermal resources for new installations, considering the potential thermal interference between neighboring systems in densely populated urban areas. This thesis aims to identify indicators that can guide the sustainable management of the amount of heat injected and extracted from the ground through a field of closed-loop vertical geothermal heat exchangers (BHE), coupled with a heat pump system for bi-seasonal use in the presence of groundwater flow. These indicators, related to the ground load profile, are the annual average ground thermal load or Offset (OFF) and an indicator of resource exploitation intensity, the Load Factor (FC). These indicators have been correlated with two disturbance indices: thermal drift and the maximum temperature variation produced. The ground's thermal response to heat extraction and injection by an exchanger field was evaluated in Matlab by applying the superposition method proposed by Eskilson [9] to the analytical model of exchange between a finite source and a ground affected by groundwater flow MFLS [10]. The thermal response was then analyzed in Excel to determine the disturbance indices and their correlation with the characteristic parameters of the ground heat extraction and injection profile, leading to a sustainable redefinition of the thermal load profile.

Nei prossimi anni, l'importanza crescente dei sistemi geotermici, in particolare delle pompe di calore geotermiche (GSHP), nel processo di decarbonizzazione del settore della climatizzazione degli edifici, pone la necessità di garantire un accesso equo alle risorse geotermiche superficiali per nuovi impianti, considerando la potenziale interferenza termica tra sistemi vicini nelle aree urbane densamente popolate. Questa tesi si propone di individuare indicatori che possano guidare verso una gestione sostenibile della quantità di calore immessa ed estratta dal terreno attraverso un campo di scambiatori geotermici verticali a circuito chiuso (BHE), accoppiati a un sistema di pompe di calore per uso bistagionale in presenza di moto di falda. Tali indicatori, legati al profilo di carico al terreno sono rispettivamente la media annuale del carico termico al terreno o Offset (OFF) e un indicatore dell’intensità di sfruttamento della risorsa, il Fattore di Carico (FC). Tali indicatori sono stati correlati a due indici di disturbo: la deriva termica e alla massima variazione di temperatura prodotta. La risposta termica del terreno all’estrazione ed immissione di calore da parte di un campo di scambiatori è stata valutata in Matlab applicando il metodo di sovrapposizione proposto da Eskilson [9] al modello analitico di scambio tra una sorgente finita e un terreno affetto da moto di falda MFLS [10]. La risposta termica è poi stata analizzata in Excel al fine di determinare gli indici di disturbo e una loro correlazione con i parametri caratteristici del profilo di estrazione ed immissione di calore nel terreno che potesse condurre a una ridefinizione sostenibile del profilo di carico termico.