Come Funziona una caldaia a condensazione e che rendimento ha.
Una caldaia a condensazione è una caldaia che utilizza quasi per intero il contenuto d’energia del combustibile. L’impiego di caldaie a condensazione è indicato soprattutto in sistemi di riscaldamento ad acqua calda. A differenza di quella convenzionale, una caldaia a condensazione sfrutta anche il calore di condensazione dei fumi di scarico. Per questo raggiungono elevati rendimenti, con valori, indicati nei depliant commerciali, superiori al 100 percento. Un rendimento del 100 percento e piů è impossibile dal punto di vista fisico, perché non è possibile trasformare totalmente energia primaria in energia utile.
Quando si parla di rendimento di caldaie, bisogna sempre indicare se esso si riferisce al potere calorifico superiore (p.c.s.) o al potere calorifico inferiore (p.c.i) I rendimenti teoricamente ottenibili sono di circa il 100% (p.c.i.), del 106% (p.c.s.) per caldaie alimentate con gasolio e del 100% (p.c.i.) e 111% (p.c.s.) per caldaie alimentate con gas metano.
Il potere calorifico superiore (p.c.s) di un combustibile indica la quantità di calore prodotto nella combustione e nel successivo raffreddamento a 25°C. Il valore tiene conto sia dell’energia necessaria per riscaldare l’aria e dei gas di combustione fino alla temperatura di combustione, nonché del calore di evaporazione e di condensazione dei liquidi.
Il potere calorifico inferiore (p.c.i.) indica invece l’energia termica utilizzabile proveniente dalla liberazione dei caldi gas di combustione. Il potere calorifico è pertanto chiaramente inferiore. Il potere calorifico viene indicato in chilojoule al chilogrammo (kgJ/kg), al litro (kJ/l) oppure al metro cubo (kJ/m3).
Funzionamento
Nella combustione di combustibili contenenti idrogeno o idrocarburi risultano gas di scarico che contengono vapore acqueo. Nelle caldaie a condensazione, questi gas sono raffreddati fino alla temperatura di condensazione del vapore acqueo. Dallo sfruttamento del calore di condensazione risulta un significativo miglioramento del rendimento del processo di combustione. Il guadagno principale non deriva perň dal recupero del calore di condensazione, bensě dal fatto che le temperature dei gas di scarico, e quindi le perdite attribuibili a questi, sono minori rispetto alla combustione in caldaie convenzionali. Proprio per evitare la formazione di condensato nei sistemi convenzionali, la temperatura dei gas di scarico non dovrebbe essere inferire a 120°C, mentre la temperatura di questi gas da caldaie a condensazione possono avere solo 60°C.
Piů alto è il contenuto di idrogeno, piů elevata è la quantità di vapore acqueo nei gas di scarico. Lo sfruttamento del calore di condensazione acquista particolare rilevanza quando si usano combustibili che posseggono un elevato contenuto di idrogeno. A seconda del loro tipo e della loro qualità, le caldaie a condensazione sono in grado di utilizzare una quantità piů o meno grande di calore di condensazione. In altre caldaie questo calore non puň essere sfruttato, pertanto, una parte stimata in circa il 6 percento in caso di gasolio e circa l’11 percento in caso di gas metano, si perde.
Nei sistemi di riscaldamento ad acqua, lo sfruttamento del calore di condensazione si ottiene spesso con l’abbassamento della temperatura dell’acqua di ritorno in modo che sulla superficie dello scambiatore di calore la temperatura risulti inferiore a quella di condensazione del gas di scarico. Secondo la costruzione della caldaia il processo di condensazione puň avere luogo nella caldaia stessa, oppure in uno scambiatore separato da questa. Un altro principio di sfruttamento è il preriscaldamento dell’aria di combustione. In questo caso la condensazione avviene per mezzo di uno scambiatore separato e/o nel sistema aria/gas di scarico, pre- riscaldando cosě l’aria di combustione.
A causa del suo basso valore pH, il condensato corrode i materiali normali usati nelle caldaie convenzionali. I nuovi materiali usati nella costruzione di caldaie a condensazione sono anticorrosivi e consentono la quasi totale utilizzazione dell’energia contenuta nel combustibile.
Il problema si è pertanto spostato dalla caldaia al sistema d’esalazione. Occorre un impianto (canna, tubo d’esalazione) resistente all’umidità e agli acidi, ad esempio, un tubo d’acciaio inox o un tubo di materiale sintetico (i tubi zincati non sono idonei) inserito nella normale canna d’esalazione. A causa delle basse temperature dei gas di scarico spesso occorre anche l’installazione di un ventilatore che li asporti.
Nel caso dell’installazione di una caldaia a condensazione in sistemi pre-esistenti, occorre attrezzare la canna di scarico con questi tubi (installare eventualmente anche il ventilatore) per evitare l’umidificazione della stessa.
In linea di principio, le caldaie a condensazione possono essere installate in qualsiasi impianto di riscaldamento ad acqua calda. Particolarmente vantaggiosi sono i sistemi a bassa temperatura (temperatura di mandata 45-55°C) perché le superfici irradianti (radiatori, pavimenti, pareti) sono già dimensionate per questo uso e le temperature dell’acqua di ritorno sono abbastanza basse per consentire la condensazione.
Trattamento del condensato
Il condensato proveniente da caldaie con una potenza inferiore di 200 kW, alimentate con gasolio a basso contenuto di zolfo o gas metano, puň essere smaltito, senza particolare neutralizzazione, con le acque reflue domestiche (norma tedesca ATV-DVKW-A 251). Secondo la stessa norma, la neutralizzazione del condensato è necessaria quando viene usato gasolio standard. La norma ATV-DVKW-A 251 è una raccomandazione, conviene perň informarsi anche presso l’ufficio preposto del Comune o del gestore della fognatura comunale.
Rendimento
Il rendimento di una caldaia indica la percentuale effettivamente utilizzabile della potenza nominale. I rendimenti sono sempre un’istantanea (ad esempio, misurazione in condizione di una temperatura di 70°C dell’acqua). Per la valutazione energetica di una caldaia, questo quadro non è sufficiente, perché bisogna anche considerare le cosiddette perdite di “stand-by”, e non solo le perdite che avvengono quando il bruciatore è in funzione. In questo caso si tiene conto solo di una parte delle perdite trascurando, per esempio, le perdite per radiazione durante il periodo di ferma della caldaia.
Il rendimento di combustione indica invece la percentuale restante della potenza calorifica contenuta nel combustibile, dopo la detrazione delle perdite sensibili collegate ai gas di scarico. Per essere piů corretti, da questa percentuale bisogna ancora detrarre le perdite latenti collegate ai gas che formano a causa del non o solo parziale utilizzo del calore di condensazione.
Una valutazione energetica integrale di caldaie è possibile solo tramite il rendimento del focolare che indica il rapporto tra la quantità d’energia fornita, in un determinato periodo, e dell’energia utile conferita dalla caldaia al circuito di distribuzione, oppure al serbatoio dell’acqua calda. In confronto al rendimento della caldaia, l’indicazione del grado d’utilizzo contempla anche le perdite d’esercizio (stand-by, calore irradiato all’ambiente circostante della caldaia quando la essa è spenta)