La pompa di calore geotermica può essere elettrica oppure a gas ad assorbimento: due soluzioni che sfruttano la stabilità termica del sottosuolo ma si differenziano per alimentazione, impatto sulla potenza elettrica impegnata, costi di investimento e gestione, oltre che per indicatori di efficienza (COP e GUE). In questo articolo analizziamo funzionamento, ambiti applicativi, aspetti progettuali e autorizzativi, confronto in energia primaria e criteri decisionali per scegliere la soluzione più adatta in base a carichi termici, infrastrutture disponibili e obiettivi energetici del progetto.
Una pompa di calore è un sistema che trasferisce energia termica da una sorgente naturale (aria, acqua o terreno) all’impianto dell’edificio. Non produce calore tramite combustione diretta, ma utilizza un’energia di alimentazione (elettricità oppure gas) per attivare un ciclo termodinamico che consente di sfruttare una quota significativa di energia rinnovabile presente nell’ambiente.
L’energia termica resa disponibile all’impianto è composta da:
Per un approfondimento generale sul funzionamento delle pompe di calore e sui parametri di efficienza (COP e GUE), si rimanda agli articoli dedicati presenti sul blog:
Definizione di "pompa di calore geotermica"
È legata alla sorgente termica, cioè al terreno.
Può funzionare tramite:
In entrambi i casi l’energia rinnovabile proviene dal sottosuolo.
Definizione di "pompa di calore acqua-acqua"
È una definizione legata al tipo di scambio termico interno alla macchina:
Una pompa acqua-acqua può essere:
Quando coincidono?
Coincidono quando la pompa di calore:
In questo caso è corretto parlare di: pompa di calore geotermica acqua-acqua
Quando NON coincidono?
Non coincidono quando:
La pompa di calore geotermica utilizza il terreno come sorgente termica in inverno e come pozzo di calore in estate. Il principale vantaggio della geotermia è la stabilità termica del sottosuolo: a differenza dell’aria esterna, la temperatura del terreno varia in modo limitato durante l’anno, garantendo condizioni operative più costanti.
A supporto di questa affermazione, è utile considerare alcuni dati fisici sul comportamento termico del sottosuolo. Già a una profondità di circa 10–15 metri, la temperatura del terreno tende a stabilizzarsi e a rispecchiare la temperatura media annua dell’aria della zona, con oscillazioni generalmente contenute entro ±1–2 °C nel corso dell’anno. In molte aree italiane ciò significa avere una sorgente termica naturale compresa mediamente tra 12 e 15 °C in modo pressoché costante, indipendentemente dai picchi estivi o invernali. Se in superficie l’aria può passare, ad esempio, da -5 °C in inverno a +35 °C in estate (con escursioni superiori ai 40 °C), nel sottosuolo alla stessa latitudine la variazione stagionale è minima. Questa stabilità termica riduce il salto termico richiesto alla macchina, migliora la prevedibilità delle prestazioni stagionali e consente alla pompa di calore geotermica di funzionare in condizioni operative più favorevoli e meno stressanti rispetto alle pompe di calore aerotermiche, che utilizzano l’aria esterna come sorgente termica.
La temperatura relativamente stabile del terreno consente alla macchina di lavorare in condizioni meno estreme rispetto alle pompe di calore aerotermiche.
Mentre l’aria può subire forti escursioni stagionali e giornaliere, il sottosuolo mantiene valori molto più costanti, riducendo le sollecitazioni operative sulla macchina.
Questo si traduce in:
Gli impianti geotermici possono essere realizzati con diverse configurazioni, che si differenziano per modalità di captazione dell’energia, requisiti di spazio, complessità autorizzativa e costi di realizzazione:
La scelta tra circuito chiuso verticale, circuito chiuso orizzontale e circuito aperto non è solo tecnica ma anche economica e normativa. Occorre valutare:
Una corretta analisi preliminare consente di dimensionare in modo ottimale il campo di captazione, influenzando direttamente efficienza, durata e ritorno dell’investimento dell’impianto geotermico.
La pompa di calore geotermica esprime il massimo potenziale in contesti in cui continuità di esercizio, stabilità delle prestazioni e integrazione impiantistica sono elementi centrali del progetto.
La geotermia è particolarmente indicata negli edifici di nuova realizzazione o soggetti a riqualificazione profonda, dove è possibile intervenire in modo integrato su involucro e impianto. In fase progettuale si possono dimensionare correttamente campo sonde, sistema di distribuzione e regolazione, massimizzando l’efficienza stagionale. Negli interventi di ristrutturazione importante (demolizione e ricostruzione, riqualificazione energetica globale), la geotermia consente di raggiungere elevati standard di prestazione energetica e facilitare il conseguimento di classi energetiche superiori.
La convenienza della geotermia cresce all’aumentare delle ore di utilizzo. Strutture come:
beneficiano della stabilità della sorgente e della prevedibilità dei consumi. In questi casi, il maggior investimento iniziale viene compensato da costi di esercizio più contenuti e da una maggiore affidabilità operativa nel lungo periodo.
La geotermia offre i migliori risultati quando abbinata a sistemi di emissione del calore a bassa temperatura, come:
Minore è la temperatura di mandata richiesta, maggiore è l’efficienza complessiva del sistema. In questi contesti, la pompa di calore geotermica può lavorare con salti termici ridotti e condizioni operative particolarmente favorevoli.
Uno dei principali punti di forza è la capacità di coprire in modo integrato più servizi energetici:
Nei sistemi ben progettati, il bilanciamento stagionale dei carichi termici può migliorare la stabilità del campo geotermico nel tempo, ottimizzando il rendimento globale dell’impianto.
La pompa di calore geotermica risulta decisamente vantaggiosa quando:
In sintesi, la geotermia è una tecnologia particolarmente adatta a progetti in cui l’approccio non è solo impiantistico ma strategico: efficienza stagionale elevata, prevedibilità dei costi energetici e integrazione multi-servizio rappresentano i principali fattori di vantaggio competitivo.
La realizzazione di un impianto geotermico richiede una fase preliminare strutturata, che non può essere improvvisata. Prima ancora dell’iter autorizzativo – che varia in base alla normativa regionale e locale – è necessario svolgere analisi tecniche e verifiche di fattibilità indispensabili per garantire sicurezza, durabilità ed efficienza dell’impianto.
Alcune verifiche sono sempre raccomandate, indipendentemente dalla regione o dal Comune in cui si realizza l’intervento.
Questi elementi influenzano direttamente il dimensionamento del campo sonde e la resa termica per metro lineare di perforazione.
Nei progetti medio-grandi è buona prassi eseguire un TRT, che consente di:
Il test riduce il rischio di sovra- o sottodimensionamento, migliorando la sostenibilità economica dell’intervento.
Un corretto bilanciamento energetico è fondamentale per evitare nel tempo fenomeni di raffreddamento o surriscaldamento progressivo del terreno.
Anche dove non espressamente richiesto da norme locali, è sempre opportuno:
Oltre alle indagini sul terreno, devono essere valutati:
Diversamente dalle indagini tecniche, l’iter autorizzativo è fortemente influenzato da normativa regionale, provinciale e comunale.
Le principali variabili riguardano:
Nel caso di circuito aperto con utilizzo di acqua di falda, l’iter può includere:
Le tempistiche possono variare sensibilmente in funzione:
Per questo motivo, la fase preliminare deve essere pianificata con anticipo rispetto alla realizzazione dell’edificio o alla riqualificazione impiantistica.
Ancora una volta si capisce come la geotermia debba essere non solo una scelta tecnologica, ma una scelta progettuale integrata.
Un corretto approccio preliminare, basato su analisi geologica, dimensionamento accurato e valutazione normativa, consente di:
La qualità della fase di progettazione incide direttamente sull’efficienza e sulla sostenibilità dell’impianto per l’intero ciclo di vita.
La pompa di calore geotermica elettrica utilizza il COP come indicatore di efficienza. La pompa di calore geotermica a gas ad assorbimento utilizza il GUE. Entrambi misurano il rapporto tra energia termica resa ed energia impiegata.
Il primo aspetto da chiarire è che COP e GUE non sono direttamente paragonabili , anche se entrambi esprimono un rapporto tra energia utile prodotta ed energia di alimentazione impiegata.
La differenza principale è che il COP fa riferimento all’energia elettrica assorbita, mentre il GUE fa riferimento al gas bruciato come energia primaria.
Nel confronto reale tra sistemi occorre considerare:
Per questo motivo, COP e GUE non sono direttamente confrontabili in modo matematico, ma devono essere letti nel contesto energetico complessivo dell’edificio e del territorio.
In condizioni geotermiche (quindi con sorgente stabile):
Pompa di calore geotermica elettrica
Questo significa che per ogni 1 kWh elettrico assorbito, la macchina può rendere mediamente 3,5–4,5 kWh termici utili.
Pompa di calore geotermica a gas ad assorbimento
Questo significa che per ogni 1 kWh di energia contenuta nel gas, la macchina può rendere 1,4–1,75 kWh termici utili, grazie al contributo dell’energia rinnovabile prelevata dal terreno.
Il COP appare numericamente più alto perché l’unità di riferimento è l’energia elettrica, che è una forma di energia “pregiata”. Il GUE ha valori numerici inferiori, ma fa riferimento direttamente all’energia primaria del combustibile.
Per confrontare in modo equo una pompa di calore geotermica elettrica e una geotermica a gas ad assorbimento è necessario considerare l’energia primaria complessiva impiegata, cioè tenere conto non solo dell’energia consumata direttamente dalla macchina, ma anche delle perdite legate alla produzione e fornitura dell’energia stessa.
Nel caso dell’elettricità, infatti, la produzione e la distribuzione comportano consumi e perdite energetiche: in molte reti elettriche la resa complessiva dalla fonte primaria alla presa dell’utente è dell’ordine del 36–40% circa. Ciò significa che per ottenere 1 kWh di elettricità utile ne vengono consumati circa 2,5–2,8 kWh di energia primaria.
Applicando il fattore di conversione della rete elettrica, l’efficienza primaria complessiva della pompa di calore geotermica elettrica risulta in linea o leggermente superiore a quella di una pompa a gas ad assorbimento (nell’esempio riportato circa 1,4 – 1,6 vs 1,5). Questo confronto dimostra che, nonostante il valore numerico del COP sia molto più elevato del GUE, quando si considerano le perdite legate alla produzione di elettricità i due valori sono pressoché uguali.
Uno degli aspetti spesso sottovalutati nel confronto tra pompa di calore geotermica elettrica e pompa di calore geotermica a gas ad assorbimento è l’effetto sulla potenza elettrica impegnata dell’edificio.
Soluzione geotermica elettrica
La pompa di calore elettrica utilizza l’energia elettrica come unica fonte di alimentazione del ciclo termodinamico. In edifici con carichi termici medio-elevati, questo può comportare:
Ad esempio, un impianto da 100 kW termici con COP 4 richiede circa 25 kW elettrici in condizioni nominali. In presenza di più unità o carichi simultanei (ACS, raffrescamento, ventilazione), la potenza impegnata può diventare un elemento critico.
Questo aspetto è particolarmente rilevante in:
Soluzione geotermica a gas ad assorbimento
La pompa di calore a gas ad assorbimento utilizza il gas come energia principale per attivare il ciclo termodinamico. L’energia elettrica è richiesta solo per:
L’assorbimento elettrico risulta quindi molto più contenuto rispetto a una macchina elettrica di pari potenza termica.
Nel caso di un impianto da 100 kW termici, l’assorbimento elettrico può essere inferiore a 2 kW, mentre la quota principale di energia viene trasferita sulla rete gas.
L’impatto ambientale di una pompa di calore geotermica dipende in larga misura dal mix energetico locale e dalla fonte di alimentazione utilizzata. Nel caso delle soluzioni elettriche, le emissioni indirette sono legate alle modalità di produzione dell’energia elettrica (fonti rinnovabili, termoelettrico, mix nazionale o regionale). In contesti con elevata quota di rinnovabili, l’impatto emissivo può risultare particolarmente contenuto; al contrario, in reti fortemente dipendenti da fonti fossili, l’energia primaria associata può incidere maggiormente sul bilancio ambientale complessivo.
Le soluzioni a gas ad assorbimento, pur utilizzando un combustibile, integrano comunque una quota significativa di energia rinnovabile geotermica. Inoltre, possono impiegare combustibili a minor impatto emissivo rispetto a soluzioni tradizionali, contribuendo a una riduzione delle emissioni rispetto ai sistemi di riscaldamento convenzionali.
In entrambi i casi, la presenza della sorgente geotermica garantisce che una parte rilevante dell’energia termica prodotta provenga da fonte ambientale rinnovabile, migliorando l’efficienza complessiva del sistema rispetto alle tecnologie puramente fossili.
Una parte rilevante dell’investimento riguarda il campo sonde o le opere idrauliche, che costituiscono spesso la voce di costo predominante in un impianto geotermico. I costi delle sonde possono variare in funzione di profondità, caratteristiche del terreno, accessibilità e condizioni locali, e rappresentano una componente significativa dell’investimento complessivo per qualsiasi sistema geotermico.
In alcune soluzioni geotermiche a gas ad assorbimento, come quelle basate su pompe ad alta efficienza progettate per ottimizzare il lavoro del campo geotermico, è possibile ottenere un risparmio sui costi di realizzazione delle sonde geotermiche anche superiore al 50% rispetto a impianti con pompe di calore elettriche, grazie a un dimensionamento e a curve di lavoro più favorevoli della macchina. Questo dato, riportato da produttori e casi applicativi, può risultare indicativo ma dipende da molteplici fattori legati alle caratteristiche del sito e non rappresenta un valore universale valido per ogni progetto.
Le differenze tra soluzione elettrica e soluzione a gas si concentrano poi sulla macchina e sulle infrastrutture di alimentazione: adeguamento della potenza elettrica disponibile nel primo caso, disponibilità e gestione della rete gas nel secondo. I costi di esercizio dipendono dal prezzo locale dell’elettricità e del gas, dal numero di ore annue di funzionamento e dal profilo di carico dell’edificio. In applicazioni con molte ore di utilizzo, la stabilità della sorgente geotermica può contribuire a una maggiore prevedibilità dei consumi e a un miglior controllo del costo energetico nel ciclo di vita dell’impianto.
La scelta tra pompa di calore geotermica elettrica e a gas è una decisione progettuale basata su analisi tecnica, condizioni energetiche locali e obiettivi di efficienza e sostenibilità.
Qual è la differenza tra pompa di calore geotermica elettrica e geotermica a gas?
La differenza principale riguarda l’energia di alimentazione. La geotermica elettrica utilizza elettricità, mentre la geotermica a gas (ad assorbimento) utilizza un combustibile come il metano o il GPL. In entrambi i casi, però, una parte significativa dell’energia termica prodotta proviene dal terreno o dall’acqua tramite scambio termico, quindi da una fonte rinnovabile ambientale.
La pompa di calore geotermica è sempre una tecnologia rinnovabile?
La geotermia sfrutta una sorgente rinnovabile (terreno o acqua), ma richiede comunque un’energia di alimentazione per attivare il ciclo termodinamico. Il vantaggio è che l’energia utile resa all’impianto è superiore all’energia primaria consumata, grazie al contributo rinnovabile della sorgente.
Cosa significano COP e GUE nel confronto tra soluzioni elettriche e a gas?
Il COP (Coefficient of Performance) è l’indicatore tipico delle pompe di calore elettriche e misura quanta energia termica utile viene resa rispetto all’energia elettrica assorbita. Il GUE (Gas Utilization Efficiency) è l’indicatore delle pompe di calore a gas e misura quanta energia utile viene resa rispetto all’energia del gas utilizzata. Sono parametri diversi, ma entrambi servono a valutare l’efficienza complessiva del sistema.
Quando conviene scegliere una pompa di calore geotermica elettrica?
È generalmente indicata quando l’edificio dispone di adeguata potenza elettrica, quando si vuole integrare l’impianto con fotovoltaico e quando l’infrastruttura elettrica non rappresenta un limite tecnico o economico.
Quando conviene scegliere una pompa di calore geotermica a gas?
È particolarmente interessante quando la potenza elettrica disponibile è un vincolo, quando si desidera ridurre gli assorbimenti elettrici di punta e in edifici con carichi termici elevati o molte ore di funzionamento annue, dove la stabilità operativa è determinante. Inoltre, risulta conveniente quando la superficie disponibile per le sonde geotermiche è limitata.
La geotermia richiede sempre sonde verticali?
No. Un impianto geotermico può essere realizzato con sonde verticali, sonde orizzontali oppure con sistemi acqua-acqua che sfruttano una sorgente idrica, come una falda sotterranea. La scelta dipende dallo spazio disponibile, dalle caratteristiche del sottosuolo e dai vincoli autorizzativi locali.
Quali autorizzazioni servono per un impianto geotermico?
Le autorizzazioni variano in base alla tipologia di impianto e alla normativa regionale o comunale. In genere sono richieste verifiche tecniche preliminari e pratiche specifiche, soprattutto in presenza di perforazioni profonde o utilizzo di acqua di falda.
Quanto incide il campo sonde sui costi complessivi?
Nella geotermia una parte significativa dell’investimento riguarda il campo sonde o l’opera di captazione idraulica. Questa componente può incidere in modo rilevante sul costo iniziale, ma influisce anche su prestazioni, stabilità e costi nel ciclo di vita dell’impianto.
La scelta tra elettrico e gas cambia l’impatto ambientale?
Sì. L’impatto ambientale dipende dal mix energetico locale e dalle condizioni operative. Le soluzioni elettriche sono influenzate dalla fonte di produzione dell’energia elettrica, mentre le soluzioni a gas dipendono dal combustibile utilizzato. In entrambi i casi resta comunque il contributo rinnovabile garantito dallo scambio geotermico.
Quali sono i criteri principali per scegliere tra geotermica elettrica e geotermica a gas?
I criteri fondamentali sono: numero di ore annue di funzionamento, profilo di carico, temperatura richiesta dall’impianto, disponibilità e costo locale di elettricità e gas, vincoli autorizzativi e obiettivi energetici e ambientali del progetto.