Caldaie industriali e civili
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Caldaie industriali e civili
1. Caldaia o generatore di vapore..................................................................................................... 3 1.1. Costruzione .............................................................................................................................. 5 1.2. Classificazione ......................................................................................................................... 7 1.3. Cenni sulla regolazione delle caldaie ....................................................................................... 8 2. Combustibile ................................................................................................................................ 9 2.1. Combustibili tradizionali.......................................................................................................... 9 2.2. Potere calorifico ....................................................................................................................... 9 2.3. Monossido di carbonio ........................................................................................................... 10 3. Caldaie per usi civili .................................................................................................................. 10 3.1. Caldaie murali ........................................................................................................................ 10 3.2. Caldaie a basamento............................................................................................................... 11 3.3. Caldaie a condensazione ........................................................................................................ 12 3.4. Il rendimento superiore al 100% ............................................................................................ 12 3.5. La raccolta e lo smaltimento della condensa ......................................................................... 13 3.6. I vantaggi economici delle caldaie a condensazione ............................................................. 13 4. Bibliografia ................................................................................................................................ 13
1. Caldaia o generatore di vapore
Un generatore di vapore, o caldaia a vapore, o semplicemente caldaia è
un'apparecchiatura che trasforma l’energia di combustibili in calore e lo rende disponibile,
in modo continuo ed in condizioni controllate, in un circuito attraverso un liquido o sotto
forma di vapore.
Le applicazioni del vapore per la produzione di energia meccanica, iniziarono nel XVIII
secolo e si sviluppò anche la tecnologia delle caldaie. Nei primi generatori di vapore, la
caldaia era un recipiente metallico, di solito cilindrico, al disotto del quale veniva fatto
bruciare il carbone. Nella seguente figura si rappresenta schematicamente una caldaia di
vecchia concezione detta a “grande volume d’acqua”:
Figura 1: Caldaia tipo Cornovaglia
L’evoluzione della tecnica e l’utilizzo di combustibili liquidi e gassosi hanno consentito un
primo netto miglioramento nella costruzione delle caldaie, realizzando la cosiddetta
“caldaia a tubi di fumo”. In questo tipo di caldaia l’acqua bagna la parete esterna dei tubi al
cui interno circolano i fumi caldi.
Nella seguente figura si rappresenta schematicamente una tipica caldaia a tubi di fumo
detta anche a “medio volume d'acqua”:
Figura 2: Caldaia a tubi di fumo
Verso la fine del XIX secolo nel 1867, gli statunitensi George Babcock Stephen Wilcox
concepirono una caldaia in cui all'interno dei tubi, anziché i fumi di combustione, veniva
fatta circolare l'acqua da vaporizzare, creando così migliori coefficienti di scambio e, dato
che si potevano usare tubi più piccoli e tortuosi, maggiori superfici di scambio, ottenendo
così caldaie più piccole a parità di produzione.
Figura 3: Caldaia a tubi d'acqua
Tale nuovo tipo di caldaia ha comportato l’ulteriori vantaggio del ridotto volume d'acqua,
che consentiva un avviamento molto più rapido, e le dimensioni delle parti a pressione
minori, che venivano così ad avere minori spessori. Infine, la caldaia a tubi d'acqua
presenta una superficie assai elevata (rispetto alla tubi di fumo) esposta all'irraggiamento
diretto del focolare.
Delle caldaie a tubi d'acqua vennero realizzati tipi particolari, in cui la circolazione viene
assicurata da una pompa esterna: le caldaie a circolazione forzata. Il sistema è oggi
largamente usato, specie nelle grandi caldaie destinate all'alimentazione di turbine per
produzione di energia elettrica.
1.1. Costruzione
Si vedano le figure 1, 2 e 3 qui sopra riportate e la seguente figura 4.
Figura 4: Parti costituenti la caldaia
Nella caldaia si distinguono essenzialmente:
il focolare (fig. 1) o il bruciatore (fig. 4), che costituiscono l'organo di ingresso
dell'energia termica. Sul focolare, o grazie al bruciatore, si costituisce una miscela
quasi perfettamente stechiomentrica tra il carbonio ( o altro elemento ossidato)
contenuto nel combustibile e l'ossigeno contenuto nell'aria, in modo da realizzare
una fiamma tale da trasmettere il calore sia per conduzione termica tramite i fumi
caldi di combustione, sia per irraggiamento.
L'ambiente in cui è presente il focolare (o il bruciatore) è detto camera di
combustione. Nel caso di focolari a combustibile solido, è prevista una camera,
detta cinerario, solitamente sottostante la griglia del focolare, in cui si accumulano
le ceneri di combustione e da cui queste vengono estratte. La camera di
combustione è solitamente in leggera depressione nel caso di combustibile solido;
in presenza di un bruciatore la camera è a volte a pressione superiore
all'atmosferica. il duomo (fig. 1), specifico delle caldaie a tubi di fumo, che è di fatto una camera di
calma nella parte alta della caldaia in cui si ottiene una separazione per gravità del
vapore (leggero) dalle goccioline d'acqua (pesanti) che vengono trascinate dal
vapore stesso.
il corpo cilindrico (fig. 3 e 4), che nelle caldaie a tubi di fumo è l'involucro
contenente la caldaia stessa; in quelle a tubi d'acqua ve ne è di norma due o più,
uno inferiore avente la funzione di collettore dell'acqua calda non vaporizzata per
favorirne il moto convettivo, e uno superiore, nel quale avviene l'evaporazione
dell'acqua (e la separazione delle gocce trascinate. Nella seguente figura n. 5 si
riporta il corpo cilindrico inferiore di una caldaia a tubi d’acqua:
Figura 5: Corpo cilindrico inferiore (il materiale in basso è estraneo)
il fascio tubiero (non presente nelle caldaie tipo Cornovaglia), ossia un assieme di
tubi che collegano, nelle caldaie a tubi di fumo il focolare al camino, e in quelle a
tubi d'acqua i corpi cilindrici. Il fascio tubiero ha la funzione di aumentare per quanto
possibile la superficie di scambio tra fumi e acqua.
il camino, condotto esterno di evacuazione dei fumi di combustione esausti.
Oltre a questi componenti di base, si distinguono altre parti essenziali:
la muratura (vedi fig. 4), un'opera edile solitamente non portante, e costituita da
strati diversi di materiali fittili: uno strato di laterizio detto refrattario, resistente alle
temperature elevate presenti in caldaia, e in particolare all'ossidazione; uno strato di
laterizio o di costituzione diversa, detto isolante o coibente, avente la funzione di
evitare le dispersioni di calore all'esterno, e infine, eventualmente, uno strato di
finitura portante che può essere a volte sostituito da pannelli metallici o altre
coperture. Nelle caldaie a tubi d'acqua, la muratura comprende anche le chicanes
interne destinate a definire il giro dei fumi;
le portelle di ispezione, così dette se realizzate nella muratura allo scopo di
evacuare le ceneri o di semplice ispezione visiva, e dette invece passi d'uomo se
realizzate nelle parti metalliche;
il surriscaldatore (vedi fig. 4). Per comprenderne la funzione, si deve considerare
che la caldaia come finora descritta produce vapore d'acqua alla temperatura di
ebollizione, cioè saturo se la caldaia è ben fatta il vapore è saturo secco, ha cioè
assorbito tutto il calore latente di vaporizzazione possibile. Ma il vapore saturo è
adatto solo alla fornitura di calore per condensazione; se inviato in turbina, sarà allo
scarico saturo umido e quindi permetterà salti di pressione relativamente bassi. Si
fornisce allora ulteriore calore al vapore saturo, in modo di aumentarne la
temperatura a pressione costante. Nelle grandi caldaie condizioni normali di
fornitura del vapore sono dell'ordine di 250 bar (25 MPa) a 600 °C (873 K). Per
raggiungere queste temperature non è possibile sfruttare la sola conduzioneattraverso i fumi, e i tubi del surriscaldatore lavorano principalmente per convezione
e in parte irraggiamento, disposti cioè a vista della fiamma ma non vi sono esposti
direttamente come i tubi vaporizzanti poiché il vapore non è in grado di drenare
bene il calore come l'acqua e tubi di vapore esposti a fiamma arrostirebbero;
gli economizzatori. Allo scopo di ridurre il consumo di combustibile, si cerca di
recuperare anche il calore residuo a bassa temperatura, attraverso apparecchi detti
appunto economizzatori. Questi consentono in pratica il preriscaldamento
dell'acqua di alimento e dell'aria comburente, in modo da ridurre il calore sensibile
da fornire a questi, a scapito del calore usato per la vaporizzazione.
1.2. Classificazione
Come visto, si possono classificare le caldaie secondo:
il profilo di circolazione dell'acqua e dei fumi (a tubi d'acqua/tubi di fumo);
la circolazione dell'acqua (naturale, forzata);
il contenuto d'acqua in rapporto alla superficie (grande, medio, piccolo);
la pressione massima di esercizio;
la produzione massima oraria di vapore;
tipo di fluido (olio diatermico …);
il tipo di combustibile.
Si possono inoltre classificare per:
tipo di installazione (fissa, semifissa …)
o La maggior parte delle caldaie sono concepite per uso continuativo e definito, e
vengono installate in un punto preciso definito in base a considerazioni pratiche.
Sono quindi installate in modo permanente, e possono essere rimosse solo
dopo importanti lavori di demolizione. Queste sono le caldaie fisse.
o Alcune caldaie, pur essendo installate in punti definiti da altre considerazioni,
hanno una relativa facilità di spostamento; tipicamente la caldaia in quanto tale è
un monoblocco completo di accessori, esclusi l'alimentazione del combustibile
ed eventualmente accessori esterni quali il camino. Queste sono le caldaie
semifisse.
o Esistono poi caldaie che contengono in se tutti gli accessori necessari al
funzionamento, incluso un serbatoio del combustibile (solido, liquido o gassoso),
e che spesso hanno mobilità facilitata, essendo montate su ruote e quindi
trainabili; utilizzate ad esempio per usi di cantiere. Queste caldaie sono delle
locomobili.
tipo di focolare (a combustibile solido, a combustibile liquido).
Vale la pena di citare anche le caldaie a recupero. Molti processi industriali avvengono con
forte sviluppo di calore, sia prodotto dal processo stesso, come la combustione dello zolfo
per la produzione di acido solforico sia apportato dall'esterno al processo, come la fusione
dell'acciaio in cubilotti e forni elettrici. Da questi processi si liberano dei fumi a temperature
elevate, che possono essere raffreddati facendo cedere il loro calore all'acqua, che quindi
vaporizza in una vera e propria caldaia. La particolarità di queste caldaie a recupero è la
mancanza di focolare o bruciatore.
Un caso particolare di caldaia a recupero è quello presente nelle centrali elettriche a ciclo
combinato. In queste, parte dell'energia elettrica viene prodotta da alternatori collegati a
motori endotermici, di solito turbine a gas ma anche grandi motori alternativi. I fumi di
combustione uscenti dai motori passano in una caldaia a recupero, in cui si riesce ancoraa produrre vapore a discrete pressioni (50 - 60 bar), che può essere inviato a turbine a vapore, che a loro volta azionano altri alternatori. 1.3. Cenni sulla regolazione delle caldaie Un particolare tipo di regolazione del livello di liquido nel corpo cilindrico di un generatore di vapore è la cosiddetta regolazione a tre elementi. Le tre variabili controllate (che rappresentano appunto i tre elementi) sono: il livello stesso, la portata di vapore e la portata di acqua di alimento. In effetti per caldaie poco spinte basterebbe il controllo del solo livello, ma un particolare fenomeno fisico può richiedere fino a tre elementi per avere un'ottima regolazione del livello stesso. Accade infatti che per elevate richieste di vapore da parte delle utenze a valle caldaia, la pressione nel corpo cilindrico cali repentinamente aumentando altrettanto repentinamente l'evaporazione dell'acqua. Tale effetto si traduce nella formazione di grandi bolle di vapore all'interno del liquido, con conseguente aumento apparente del livello all'interno del corpo cilindrico. Tale fenomeno è ovviamente tanto più rilevante quanto meno elevato è il volume d'acqua nel corpo cilindrico e si esaurisce in un transitorio, dopo il quale le variabili tornano a regime se la richiesta di vapore torna stabile. Può accadere però, che in questo transitorio, proprio nel momento in cui la richiesta di vapore aumenta, l'ascesa apparente del livello di liquido nel corpo cilindrico induca la regolazione a diminuire la portata di acqua di alimento, inducendo così nel seguito un sostanziale abbassamento, alquanto rischioso, del livello. È per questo motivo che oltre a controllare il livello stesso, si affina la regolazione controllando anche la portata di vapore e facendo in modo che se questa aumenta vi sia un'azione correttiva sulla portata di acqua alimento (tramite inverter delle pompe o tramite valvola di regolazione) atta ad aumentarla e a compensare quindi l'apparente innalzamento del livello. È possibile quindi inserire un'ulteriore sofisticazione nella regolazione, controllando anche la portata di acqua alimento, ricordando infatti che, parlando di portate massiche, confrontando la portata di acqua alimento e la portata di vapore in uscita dalla caldaia è possibile effettuare un bilancio di massa del corpo cilindrico. Il controllo della pressione del vapore all'uscita della caldaia dipende anche dalla regolazione della combustione, ovvero una regolazione combinata di portata olio combustibile (e gas se mista) e portata aria comburente.
2. Combustibile Un combustibile è una sostanza chimica che viene ossidata nel processo di combustione, una reazione chimica di ossidazione, producendo energia termica. I combustibili per motori termici di facile evaporazione, quali le benzine, vengono detti anche carburanti. Per estensione vengono detti combustibili nucleari quelle sostanze con le quali si produce energia attraverso una reazione nucleare. 2.1. Combustibili tradizionali Nella struttura di un combustibile tradizionale è accumulata energia chimica ad alta concentrazione, che in condizioni normali nel nostro ambiente tende a permanere praticamente con nessuna o quasi nessuna modificazione. In particolari condizioni di (alta) temperatura e adeguata presenza di sostanza comburente (ossigeno), avviene una reazione esotermica più o meno violenta, cioè con produzione di calore, che può eventualmente essere sfruttato. Come sottoprodotto di questo processo di combustione si ottengono sostanze a più basso livello energetico che si disperdono nell'ambiente. La combustione è dunque una reazione di ossidazione in cui il combustibile reagisce con un comburente: il comburente di gran lunga più comune è l'ossigeno dell'aria. In relazione allo stato fisico in cui si presentano, i combustibili si classificano in solidi, liquidi e gassosi. Un'altra importante distinzione dei combustibili è fra "naturali" e "derivati", in relazione alle condizioni in cui vengono impiegati: naturali (es.: gas naturale) se si adoperano così come vengono trovati in natura oppure derivati (es.: benzine, GPL) se vengono forniti quali prodotti di trasformazione di combustibili naturali o di particolari lavorazioni industriali. 2.2. Potere calorifico Una caratteristica fondamentale di ogni combustibile è il suo potere calorifico, che rappresenta la quantità di calore prodotta da un chilogrammo di combustibile, quando brucia completamente. Nei combustibili tradizionali gli elementi utili alla combustione sono essenzialmente il carbonio (C) e l'idrogeno (H). Questi infatti hanno la caratteristica di sviluppare calore in notevole quantità con basso livello di inquinamento ambientale. Infatti, reagendo con l'ossigeno dell'aria, l'idrogeno si trasforma in acqua (H2O) e il carbonio si trasforma in anidride carbonica (CO2) che non è tossica. Un altro elemento della combustione è lo zolfo (S), che si trova in piccole quantità nei combustibili fossili tradizionali. Naturalmente contribuisce per la sua piccola quota al potere calorifico, ma produce anidride solforosa (SO2), un gas irritante per la respirazione anche in piccole concentrazioni, e con sensibili effetti inquinanti per l'ambiente. Nel confrontare le potenzialità di combustibili diversi bisogna prestare attenzione alle unità di misura ed alle condizioni di riferimento. Infatti usualmente ci si riferisce al potere calorifico inferiore (Hi) per unità di massa (kg), ma per i combustibili gassosi, si fa invece riferimento al potere calorifico inferiore per metro cubo, in condizioni normali (Nm3). Le condizioni normali prevedono una temperatura di 0 °C e la pressione atmosferica standard di 760 mmHg (1,013 bar). Tuttavia, nelle transazioni commerciali, si fa invece riferimento ad un m3 standard, che considera la pressione normale e una temperatura ambiente di 15 °C.
Non viene quasi mai usato il potere calorifico superiore (Hs). Ma bisogna tener presente
che le tabelle chimiche, che riportano i bilanci energetici delle reazioni, normalmente
riferiscono tutto alla temperatura ambiente di 25 °C (298 K), cioè nelle condizioni in cui si
sfrutterebbe tutto il potere calorifico superiore del combustibile.
In linea di massima si possono trovare i seguenti valori per il potere calorifico:
Legna: 3.000 ÷ 4.000 kcal/kg
Combustibili liquidi: 9.700 ÷ 10.300 kcal/kg
Gas naturale: 8.200 ÷ 9.200 kcal/Nm³
2.3. Monossido di carbonio
Bisogna prestare attenzione che il carbonio bruci completamente, perché nella
combustione si forma prima il monossido di carbonio (CO), e se questo non trova le
condizioni per trasformarsi a sua volta in anidride carbonica, si disperde nell'ambiente e
diventa molto pericoloso per la respirazione (avvelenamento da CO), senza contare la
notevole perdita economica per mancata produzione di calore, in quanto l'ossido di
carbonio porta via con se la maggior parte (circa i 3/4) del potere calorifico del carbonio
3. Caldaie per usi civili
Negli usi civili le caldaie utilizzate si distinguono in base alla potenza termica in gioco, per
gli appartamentini condominiali con riscaldamento autonomo, in considerazione della
ridotta se non completa assenza di spazi necessari alla posa in opera di caldaie di altro
tipo, è invalso, anche per effetto della crescente metanizzazione in atto sul territorio
nazionale, l'uso di caldaie del tipo murale;
3.1. Caldaie muraliCaldaia murale per uso domestico
Sono generalmente realizzate con uno scambiatore in acciaio e consentono la necessaria
compattezza dimensionale; gli scambiatori utilizzati in questi tipi di caldaia sono in acciaio
austenitico atto a resistere alle temperature di fiamma ed alla inevitabile corrosione legata
al processo di combustione. Questo tipo di generatore di calore è in molti casi dotato di
bollitore di ridotte dimensioni per la produzione di acqua calda sanitaria ed alta capacità di
scambio o, in molti casi, dotato di scambiatore sanitario a scambio rapido a forma di
bollitore a serpentina di piccole dimensioni detto boilerino o scambiatore a piastre
(produzione acqua calda di tipo istantaneo). Le caldaie murali si suddividono in base alla
tipologia in due tipi:
Tipo A: a camera aperta con canna fumaria a tiraggio naturale: deve essere
collocata in locali areati (con assoluta esclusione di bagni, camere di letto e di locali
dove siano presenti camini privi di autonoma presa d'aria) o preferibilmente
all'aperto al fine di prevenire la formazione nei locali di ossido di carbonio per
carenza di ossigeno;
Tipo B: a camera chiusa con canna fumaria a tiraggio forzato: poiché stagna l'aria
di combustione viene prelevata dall'esterno attraverso una tubazione e la caldaia
può quindi essere collocata in qualsiasi locale (con l'unica esclusione delle
autorimesse), purché ventilato (al solo fine di prevenire concentrazioni di gas a
seguito di perdite dalle giunzioni);
Anche per effetto della normativa vigente (Legge 10/91 e DPR 412) tendente anche a
garantire la necessaria sicurezza relativamente allo scarico dei prodotti di combustione, il
mercato italiano si è andato evolvendo sull'installazione di caldaie a camera stagna a
tiraggio forzato. In questo tipo di caldaia la combustione avviene in una camera chiusa
(stagna) rispetto all'ambiente circostante, ciò comporta la necessità di prelevare aria
comburente direttamente dall'esterno tramite apposite condotte, con conseguente
necessità di dotare la caldaia stessa di un elettroventilatore con funzione di prelievo
dell'aria esterna e per forzare (tiraggio forzato) l'espulsione dei prodotti di combustione
verso il camino che li disperde. Se da un lato quest'ultimo tipo di caldaia garantisce la
sicurezza (ai fini dell'eventuale travaso di gas di combustione all'interno degli ambienti),
dall'altro fa insorgere altre problematiche legate allo scarico dei prodotti della combustione
ed alle relative condotte di fumisteria che risultando essere in pressione e che devono
necessariamente garantire (anche nel tempo) le necessarie doti di tenuta. Le caldaie
murali possono essere del tipo per installazione interna o adatte all'installazione esterna in
appositi armadi di contenimento.
Un'evoluzione tecnica di questo tipo di caldaia si è avuto con l'introduzione sul mercato
delle caldaie a condensazione. Questo tipo di generatore di calore ha la prerogativa di
recuperare il calore di condensazione ed è caratterizzato da rendimenti termici
eccezionali, con un'emissione di ossido di carbonio e di altri residui pericolosi assai
contenuto. Queste caldaie sono quasi sempre del tipo a tiraggio forzato con combustione
realizzata premiscelando l'aria al combustibile e rappresentano il futuro nella realizzazione
di generatori di calore.
3.2. Caldaie a basamento
Questo tipo di caldaia, assai più ingombrante rispetto alla precedente è generalmente
dotata di bollitore ad alta capacità che richiede per la sua collocazione i necessari spazi;
può essere del tipo a camera aperta o a camera stagna. Generalmente le caldaie a
camera aperta vengono installate in un locale adibito a centrale termica, mentre nel caso
di collocazione all'interno dell'unità abitativa (per effetto della normativa di sicurezza
vigenti) si provvede all'installazione di caldaie a camera stagna. La superiore capacità delbollitore garantisce una maggiore possibilità di utilizzo contemporaneo di più punti di prelievo di acqua calda sanitaria. Lo scambiatore di questo tipo di caldaia può essere in acciaio o ad elementi di ghisa. Per il funzionamento a gasolio o a combustibile liquido (gasolio) o solido (legno o pellets), data la conformazione diversa della camera di combustione, la struttura è generalmente realizzata in acciaio con bollitore incorporato o meno, in funzione delle esigenze dello stabile. Per il civile (salvo usi particolari), le caldaie sono generalmente a tubi di scarico con temperature di funzionamento inferiore a 100 °C. Il mercato negli ultimi anni ha subito una brusca accelerata, sia per effetto delle normative di sicurezza e risparmio energetico, sia per una evoluzione tecnologica relativa al controllo della combustione ed alla termoregolazione. Le soluzioni che offre il mercato sono le più disparate. Si tratta in questo caso di adottare la migliore tecnologia in funzione degli ambienti da riscaldare, degli spazi a disposizione, del tipo di distribuzione e della tipologia di impianto che si intende realizzare. 3.3. Caldaie a condensazione Le caldaie a condensazione sono le caldaie più moderne ed ecologiche oggi esistenti. Riescono infatti ad ottenere rendimenti molto elevati grazie al recupero del calore latente di condensazione del vapore acqueo contenuto nei fumi, come pure riduzioni delle emissioni di ossidi di azoto (NOx) e monossido di carbonio (CO) che possono raggiungere il 70% rispetto agli impianti tradizionali. Le normali caldaie, anche quelle definite "ad alto rendimento" (rendimento è nell'ordine del 91-93%, riferito al potere calorifico inferiore), riescono infatti ad utilizzare solo una parte del calore sensibile dei fumi di combustione a causa della necessità, prettamente tecnologica (durata dell'installazione stessa), di evitare la condensazione dei fumi. Nelle caldaie non a condensazione, il vapore acqueo generato dal processo di combustione (circa 1,6 kg per m3 di gas) viene quindi disperso in atmosfera attraverso il camino: la quantità di calore in esso contenuta, definito calore latente, rappresenta ben l'11% dell'energia liberata dalla combustione ma non riesce ad essere recuperata. La caldaia a condensazione, a differenza della caldaia tradizionale, può invece recuperare una gran parte del calore latente contenuto nei fumi espulsi attraverso il camino. La particolare tecnologia della condensazione consente infatti di raffreddare i fumi fino a farli trasformare tornando allo stato di liquido saturo (o in taluni casi a vapore saturo umido), con un recupero di calore utilizzato per preriscaldare l'acqua di ritorno dall'impianto. In questo modo la temperatura dei fumi di uscita (che si abbassa fino a 40 °C) mantiene sempre lo stesso valore della temperatura di mandata dell'acqua, ben inferiore quindi ai 140 ÷ 160 °C dei generatori ad alto rendimento ed ai 200 ÷ 250 °C dei generatori di tipo tradizionale. 3.4. Il rendimento superiore al 100% Nelle brochure tecniche dei differenti produttori di caldaie a condensazione solitamente si legge che esse raggiungono rendimenti superiori al 100%. Tale valori, che in teoria sarebbero fisicamente impossibili, non indicano alcuna violazione dei principi basilari della Termodinamica ma conseguono da un calcolo del rendimento volutamente "errato": esso infatti è basato sul potere calorifico inferiore del combustibile utilizzato anziché sul potere calorifico superiore (come invece si dovrebbe fare, essendoci condensazione del vapore acqueo dei fumi) in modo da ottenere dei valori che siano omogenei e, quindi, confrontabili con i rendimenti delle caldaie tradizionali.
3.5. La raccolta e lo smaltimento della condensa
Viste le basse temperature dei fumi, le caldaie a condensazione utilizzano canne fumarie
in acciaio inox o addirittura in plastica. Esse necessitano anche di un tubo per lo scarico
dell'acqua di condensa, acida, che si forma durante il loro funzionamento e che convoglia
detta condensa in un'apposita vaschetta di raccolta (anche detto pozzetto di raccolta della
condensa). In particolare, la norma UNI 11071 ("Criteri di progettazione, d’installazione, di
messa in servizio e di manutenzione degli impianti domestici e similari che utilizzano gas
combustibili, asserviti ad apparecchi a condensazione ed affini di portata termica nominale
non maggiore di 35 kW"), prevede la presenza di due impianti di smaltimento distinti: uno
per eliminare la condensa proveniente dalla caldaia stessa ed uno per eliminare la
condensa proveniente dal sistema di scarico dei fumi.
In merito alle caratteristiche della condensa scaricata nei sistemi di raccolta, ci si deve
riferire sempre alla norma UNI 11071, che regolamenta appunto anche le caratteristiche
degli scarichi per caldaie con potenza inferiori a 35 kW di modo che essi rientrino entro i
limiti di legge indicati nei Dlgs 155/1999 e Dlgs 258/2000 per lo scarico in acque
superficiali.
Nella UNI 11071 si distinguono i due seguenti casi:
Installazione di una caldaia in un locale ad uso abitativo: per utilizzi civili non si
rendono necessari particolari accorgimenti essendo i condensati abbondantemente
neutralizzati dai prodotti dei lavaggio e degli altri scarichi domestici (tali scarichi
infatti possiedono una notevole basicità ed inoltre hanno la capacità di formare nelle
condutture dei depositi con proprietà tampone rispetto agli acidi).
Installazione di una caldaia in un locale ad uso ufficio: nel caso in cui l'ufficio,
asservito ad un apparecchio singolo, abbia un numero di utenti minore di 10, è
opportuna l'installazione di un neutralizzatore di condense. Nel caso in cui il numero
di utenti sia maggiore di 10, valgono le stesse considerazioni adottate per
l'installazione in appartamento ad uso abitativo.
3.6. I vantaggi economici delle caldaie a condensazione
Con le caldaie a condensazione si raggiungono risparmi nell'ordine del 15 ÷ 20% sulla
fornitura di acqua calda a 80 °C, a 60 °C del 20 ÷ 30%. Le prestazioni migliori sono quelle
a carico parziale, ovvero il riscaldamento di un edificio, dove con radiatori tradizionali
consentono risparmi del 25 ÷ 30%. Esse infine esprimono il massimo delle prestazioni
(risparmi del 40% e oltre) quando vengono utilizzate con impianti che funzionano a bassa
temperatura (30 ÷ 50 °C), come ad esempio con impianti radianti (pannelli a soffitto,
serpentino a pavimento o serpentino a parete). Grazie alle caratteristiche costruttive della
caldaia a condensazione, quando si sostituisce una caldaia tradizionale con una a
condensazione è possibile sceglierne una di potenza nominale minore.
4. Bibliografia
Luciano Bandera, La conduzione dei generatori di vapore, UNI Service, Trento,
2008;
P. Andreini F. Pierini, La conduzione dei generatori di vapore, Hoepli;
Camillo Zanchi, Centrali Elettriche;
Ricerche su internet.Puoi anche leggere
