Misure in situ e in laboratorio di proprietà termofisiche per la realizzazione di sistemi GSHP (Ground Source Heat Pump)

Abstract

Vengono presentati i risultati delle elaborazioni di prove in situ e di misure in laboratorio per la determinazione delle proprietà termofisiche del sottosuolo ai fini della progettazione di impianti a pompa di calore geotermico (ground source heat pump – GSHP), effettuati in tre siti pilota. La tecnica sperimentata in situ consiste nella registrazione di più log termici ripetuti nel tempo delle variazioni di temperatura osservate negli scambiatori geotermici verticali dopo iniezione o estrazione di calore tramite un test di risposta termica. Questa tecnica permette di ricostruire un profilo verticale di conducibilità termica del terreno. I risultati ottenuti sono soddisfacenti, anche se si sono notate differenze con i dati ottenuti dall'interpretazione dei TRT tramite i modelli analitici più diffusamente utilizzati (sorgente lineare infinita -ILS- e sorgente lineare movimento -MLS). Le ragioni di queste differenze possono essere attribuite alla non ottimale esecuzione dei TRT. Le misure di laboratorio sono state eseguite con il dispositivo Transient Divided Bar (TDB), che misura la conducibilità termica su rocce coerenti. Poiché nei casi studio erano disponibili solamente campioni poco coerenti o “cuttings” è stata sperimentata una nuova tecnica che combina misure sperimentali e modelli di miscelamento per determinare la conducibilità termica della matrice. I risultati di laboratorio si sono rivelati soddisfacenti e parzialmente in accordo con quelli già disponibili dalle elaborazioni dei dati TRT.

In situ and laboratory measurements were carried out in three different experimental sites with the aim of investigating underground thermophysical properties for the design of a ground source heat pump (GSHP). In situ technique consist in the record, through repeated logs over time, of temperature variations observed in the BHEs after heat injection and extraction during thermal response test (TRT). The technique allows the interpretation of an underground vertical thermal conductivity profile. The achieved results are very good, even though were noticed differences with the values obtained by means of the analytical models (Infinite Line Source –ILS- and Moving Line Source –MLS) of TRTs. The reasons of these differences may be due to the inaccurate execution of the TRTs. Laboratory measurements were carried out by means of Transient Divided Bar, an apparatus that determines the thermal conductivity of coherent rocks. Since in the sites there were available just few low-coherent samples or cuttings, a new technique that combines experimental measurements and mixing models to determine the matrix thermal conductivity was implemented. The laboratory results are satisfactory and they partly agree with TRTs analytical elaboration results.