Studio idrogeologico con valutazione del plume termico dell'impianto geotermico closed loop da realizzare nel Teatro Carani di Sassuolo (MO). Una rapida carrellata di tutti gli elaborati che GEOSISM produce a corredo della pratica che serve per l'ottenimento dell'autorizzazione alla perforazione dei pozzi di questo importante intervento di riqualificazione di un teatro storico chiuso ormai da anni che riacquisterà il suo splendore e diventerà un edificio ad emissioni zero.

È stato eseguito un calcolo, in prima approssimazione, della quantità idrica disponibile in un conveniente intorno dell’area in studio (portata della falda). Questo calcolo permette di conoscere la quantità d’acqua che attraversa il campo sonde dell’impianto geotermico in progetto.

Nel caso specifico i due settori individuati sono di tipo radiale. I valori ricavati dalle formule riportate su foglio elettronico sono indicati nella figura sottostante. Il calcolo nell’intorno utile dell’area in studio produce una portata media - Q - pari a 233 l/s.

È stato inoltre eseguito, sempre in prima approssimazione, il calcolo della velocità - Ve - di flusso della falda; il calcolo nell’intorno utile dell’area in studio produce una velocità media indicativa - Ve - pari a 14,40 m/giorno (5256 m/anno).

Il software utilizzato in questo lavoro è MODFLOW (MODular three-dimensional finite-difference groundwater FLOW model) con interfaccia grafica ModelMuse, codice di calcolo alle differenze finite che, associato ad MT3DMS, permette di simulare il flusso e trasporto di massa (e in questo caso di calore) negli acquiferi.

È stata creata una griglia di 500 m di lunghezza per 270 m di larghezza con celle quadrate piuttosto piccole di 100 cm di lato ed uno strato (layer) a rappresentare l’acquifero.

Si precisa che in tutte le simulazioni effettuate si è presa in esame la condizione peggiore e cioè che l’impianto funzioni tutto l’anno: 6 mesi (15.768.000 secondi) in estate e 6 mesi (15.768.000 secondi) in inverno. Facendo girare il software il primo risultato ottenuto nei 6 mesi invernali è il seguente.

Come si può osservare dalla, nell’intorno del campo sonde di colore rosso la temperatura è quella impostata della falda circa 16 °C; la bolla di calore (plume termico) generata dal funzionamento delle sonde si estende per una lunghezza di circa 60 m da sinistra verso destra (direzione di flusso della falda).

L'immagine riportata di seguito raffigura le isoterme relative al plume termico sopradescritto.

Nella figura sotto riportata abbiamo la situazione dopo 1 anno nel periodo estivo:

Come si può osservare dalla figura soprastante, nell’intorno del campo pozzi di colore azzurro la temperatura è quella impostata della falda circa 16 °C; la bolla di calore generata dal funzionamento delle sonde si estende da sinistra verso destra per una lunghezza di circa 100 m.

Di seguito le isotermiche.

Per avere una visione migliore del comportamento nel tempo del plume termico, sono stati inseriti dei piezometri fittizi. Da questi è possibile ricavare un grafico dove viene evidenziata la variazione della temperatura nel tempo in quel preciso punto. Dopo avere impostato questo nuovo modello si sono fatte delle simulazioni più dettagliate e più lunghe nel tempo più precisamente: dopo 5 anni e dopo 10 anni. Nelle figure che seguono vengono rappresentate le simulazioni sopra descritte insieme ai grafici ricavati dai piezometri fittizi denominati PZ1….PZ9. Nello specifico sulle ordinate viene rappresentata la temperatura in °C e sulle ascisse il tempo espresso in secondi (per trasformare i secondi in giorni basta dividere per 86.400).

Situazione dopo 4 anni e 6 mesi di funzionamento del periodo invernale e relativi piezometri fittizi di controllo:

Situazione dopo 5 anni di funzionamento del periodo estivo e relativi piezometri fittizi di controllo:

Infine, ecco il diagramma dei piezometri fittizi di controllo, dove sulle ascisse è riportato il tempo in secondi mentre sulle ordinate la temperatura in °C dopo 10 anni di funzionamento continuo dell'impianto.

Come evidenziato nel diagramma soprastante, le temperature dei piezometri, nei primi cinque anni di funzionamento dell’impianto si possono riassumere così: i piezometri PZ5 – PZ7 e PZ8 hanno un andamento orizzontale e mantengono la temperatura dell’acqua di falda, cioè 16 °C; i restanti piezometri hanno un andamento sinusoidale in particolare: il PZ1 dopo circa 6 mesi raggiunge il valore minimo di 11,9 °C poi successivamente fino al quinto anno raggiunge un valore massimo di 19,3°C ed un valore medio di 16,8 °C; il PZ2 dopo il primo anno raggiunge il valore minimo di 12,9 °C poi negli anni successivi fino al quinto anno raggiunge un valore massimo di 19 °C ed un valore medio intorno ai 16 °C (temperatura di falda); Il PZ3 rimane a temperatura costante 16°C per 1 anno e 3 mesi circa poi dopo 2 anni scende a 14 °C e negli anni successivi fino al quinto anno raggiunge una temperatura massima di 18 °C ed una media di 17,4 °C; il PZ4 rimane a temperatura costante 16°C per 2 anni e 6 mesi circa poi negli anni successivi fino al quinto anno assume una temperatura massima di circa 17,7 °C.

La stesa simulazione è stata eseguita dopo 9 anni e 6 mesi di funzionamento nel periodo invernale e dopo 10 anni nel periodo estivo.

Le simulazioni precedenti sono state eseguite ipotizzando che l’impianto geotermico avesse un funzionamento continuo per tutto l’anno. In realtà l’impianto ha un funzionamento alternato, in particolare funziona per circa 190 giorni nell’arco dell’anno e per i restanti 175 giorni rimane fermo. Situazione dopo 10 anni di funzionamento alternato:

Di seguito il relativo diagramma dei piezometri fittizi di controllo, dove sulle ascisse è riportato il tempo in secondi mentre sulle ordinate la temperatura in °C dopo 10 anni di funzionamento alternato dell'impianto.

È intuitivo che le temperature dei piezometri nel funzionamento alternato sono più vicine alla temperatura di falda di 16 °C rispetto alle temperature dei piezometri nel funzionamento continuo questo perché nei periodi di stop il sistema termico tende a riequilibrarsi un poco. La simulazione eseguita nei due casi ha permesso di dare una valutazione quantitativa che conferma numericamente ciò che è stato detto all’inizio del paragrafo.

Il confronto tra i due diagrammi a 10 sopra riportati (funzionamento continuo vs. funzionamento alternato) ha messo in evidenza quanto segue:

Come già noto le sonde geotermiche previste nel progetto sono 31, realizzate all’interno del fabbricato e, visti gli spazi a disposizione piuttosto ridotti, la distanza media tra una sonda e l’altra va da un massimo di circa 8,00 m ad un minimo di circa 5,00. Nelle figure sotto riportate viene messa a confronto la situazione termica del campo sonde nel funzionamento continuo (la prima) e la situazione termica delle stesse nel funzionamento alternato (la seconda).

Dal confronto risulta evidente che l’interazione termica tra le sonde risulta essere molto ridotta o quasi nulla nel funzionamento alternato dell’impianto.

Pertanto, le simulazioni ha messo in evidenza che il funzionamento alternato è migliorativo rispetto a quello continuo in quanto la temperatura dei piezometri di controllo, messi a varie distanze dal campo sonde, rimangono più vicine alla temperatura della falda.

CONSULTA IL PDF CON LA PRESENTAZIONE DELLA RELAZIONE:

PHOTO GALLERY:

Di seguito alcune fotografie dell'esecuzione delle indagini tomografiche e della frana nella sua complessità.