La tecnologia proposta ricade nel campo delle soluzioni geotermiche a bassa entalpia. L’invenzione prevede l’applicazione di circuiti di scambio di calore con il terreno esternamente agli edifici nelle parti a contatto con il terreno quali pareti e piani interrati in genere. I moduli sono componibili e possono essere applicati a costruzioni nuove ovvero a quelle in fase di ristrutturazione.

Stato del brevetto

DEPOSITATO

Numero di priorità

102019000024604

Data di priorità

18/12/2019

Licenza

ITALIA

Mercato

Il mercato delle energie rinnovabili è ostacolato nelle aree urbane dalle scarse aree a disposizione per generare energia per il riscaldamento e condizionamento degli edifici (impianti geotermici classici, pannelli solari termici, ecc.).

GeothermSkin permette di sfruttare le superfici interrate degli edifici per generare energia pulita, coprendo il mercato tanto dell’edilizia residenziale quanto di quella commerciale.

Il sistema si applica preferibilmente a nuove costruzioni ma è efficace in costruzioni esistenti durante il retrofitting energetico, molto vantaggioso per i super-bonus fiscali.

Problema

Nella lotta al cambiamento climatico e alle emissioni legate all’uso dell’energia, non si può prescindere dalla decarbonizzazione del riscaldamento e condizionamento degli edifici. Ogni anno circa metà dell’energia primaria consumata in Europa ha lo scopo di rendere termicamente confortevoli gli spazi che abitiamo quotidianamente.

Nei centri urbani questa necessità è particolarmente rilevante in quanto la grande densità abitativa rende l’aria insalubre con concentrazioni di inquinamento e particolato molto elevate. L’inquinamento è responsabile di più di 50000 morti all’anno solo in Italia. La lotta al fenomeno viene spesso affrontata limitando i diritti di circolazione ai veicoli, non affrontando la totalità del problema e comportando danni economici rilevanti.

L’impossibilità di trasportare per lunghe distanze l’energia termica necessaria a riscaldare e raffrescare i nostri edifici richiede l’impiego di fonti energetiche pulite, rinnovabili e disponibili a breve distanza dal punto di utilizzo. Tuttavia la raccolta di questi tipi di energia richiede l’uso di impianti dedicati che occupano grandi superfici, difficilmente disponibili in aree densamente popolate come le nostre città.

Con questa tecnologia sarà possibile ottenere direttamente in loco, o a breve distanza, l’energia termica necessaria al comfort interno degli edifici abbattendo contemporaneamente le emissioni inquinanti e annullando il consumo di suolo.

Limiti attuali tecnologie / Soluzioni

Il riscaldamento usa spesso caldaie (a gas naturale, per la maggior parte), teleriscaldamento o pompe di calore. Le caldaie tuttavia richiedono la combustione di materia prima, generalmente combustibile fossile ma anche risorsa rinnovabile come la biomassa. In entrambi i casi si ha l’emissione di gas serra derivanti dalla combustione.

Il teleriscaldamento permette di aumentare l’efficienza, concentrando la produzione di energia e trasportandola fino all’utilizzatore. Le emissioni risultano però solo spostate geograficamente verso le periferie e vi sono perdite termiche nella rete.

Sono pochissimi gli impianti che hanno un uso duale con riscaldamento in inverno e raffrescamento in estate: rari gli impianti di teleraffrescamento, più comunemente si possono usare pompe di calore, ad aria o ad acqua.

Le pompe di calore ad aria hanno efficienze che risentono molto delle temperature esterne estremamente variabili. Al contrario le pompe di calore ad acqua o geotermiche sfruttano risorse ad una temperatura più stabile.

Lo scambio di calore con il terreno classicamente richiede perforazioni profonde e costose o ampie superfici da adibire a questo uso esclusivo. Le geostrutture energetiche possono superare questi problemi ma solo nel caso di nuove costruzioni.

Non esiste quindi ad oggi una tecnologia che non richieda combustione, sfrutti una sorgente termica stabile, non occupi ampi spazi e possa essere impiegata anche nelle strutture esistenti.

Killer Application

  • Possibilità di trasformare in collettori geotermici i piani interrati e di fondazione degli edifici di nuova costruzione
  • Retrofitting energetico di edifici esistenti
  • Possibilità di integrare produzione di Acqua Calda Sanitaria e riscaldamento invernale in accoppiamento con altre sorgenti (solare) e fornire contemporaneamente raffrescamento estivo
  • Trasformare i condomini e le opere edili in prosumers energetici

Tecnologia e nostra soluzione

Questo sistema energetico consente di realizzare un impianto geotermico utilizzando come superficie di scambio termico le pareti interrate delle strutture.

Il sistema è composto da elementi modulari che costituiscono il circuito idraulico ove avviene lo scambio di calore che permette di attrezzare tutte le superfici a disposizione dell’edificio. La posa del sistema avviene semplicemente fissando tali moduli esternamente al paramento murario a termine della sua realizzazione. Nel caso di retrofitting di strutture esistenti, una volta messa a nudo la parete, si procede all’applicazione dei moduli di scambio e alla realizzazione delle foronomie per la connessione con i collettori principali.

Terminata la posa dell’impianto, le pareti vengono interrate permettendo di rispristinare la funzionalità in superficie e nascondendo quindi l’intervento effettuato.

La connessione dei moduli con l’interno dell’edificio permette di raccogliere in un unico collettore il fluido di scambio termico e di veicolarlo fino alla centrale termica ove vi è una classica pompa di calore acqua-acqua.

Le sperimentazioni finora condotte individuano un’efficacia di scambio lato terreno di poco meno di 20 W/m2 per il funzionamento invernale e di più di 65 W/m2 per il condizionamento invernale. Tutto questo viene realizzato con nessun consumo di suolo.

Vantaggi

  • Comfort termico in estate ed in inverno riducendo drasticamente le emissioni inquinanti
  • Possibilità di raggiungere le quote di energia rinnovabile richieste per nuove costruzioni o per ristrutturazioni
  • Abbattimento dei costi iniziali di realizzazione di un impianto geotermico
  • Possibilità di utilizzare le aree pertinenziali degli edifici per altri scopi (giardini, parcheggi a raso, parchi, strade etc.)

Roadmap

Il decollo di questa tecnologia innovativa richiede solo pochi affinamenti e test alla scala dell’edificio:

  • Realizzazione di impianti pilota in vera grandezza per utilizzo di medio termine e verifica di gradimento
  • Prefabbricazione e standardizzazione delle modalità realizzative e dei circuiti di scambio termico per ottimizzare trasporto e posa in opera
  • Realizzazione di piattaforma tecnologica per la immediata integrazione con altre sorgenti rinnovabili
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