Elementi generali la combustione dei combustibili solidi

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1 INSTALLAZIONE, VERIFICA E MANUTENZIONE GENERATORI ALIMENTATI A COMBUSTIBILE Elementi generali la combustione dei IL LEGNO Il legno è il più antico combustibile utilizzato dall uomo per il riscaldamento delle abitazioni e la cottura dei cibi; ma 150 anni fa ha cominciato ad essere sostituito, nel mondo occidentale, dal carbone e dal gas naturale, fino ad essere quasi completamente sostituito dai fossili

2 IL LEGNO IL LEGNO Negli ultimi anni stiamo assistendo ad un rinnovato utilizzo della legna a causa di numerosi fattori tecnologici, ecologici e soprattutto economici. L innovazione tecnologica, mette a disposizione una vasta gamma di macchine e di attrezzature che consente la raccolta e la trasformazione della legna nei boschi, nelle siepi campestri, nelle colture specializzate (cedui a corta rotazione) e trasportarla fino ai luoghi di utilizzazione sotto varie forme (tronchi tal quali, legna in pezzi o chips)

3 IL LEGNO IL LEGNO

4 IL LEGNO Diversamente dai sistemi utilizzati fino a qualche decennio fa, i moderni apparecchi termici alimentati a legna sono caratterizzati da migliore praticità d uso (molti sono ad alimentazione automatica), elevata efficienza, bassissime emissioni inquinanti comparabili a quelle della combustione del gas naturale IL LEGNO La riscoperta del legno quale combustibile è legata alla crescente attenzione anche alla tutela dell ambiente: in particolare si apprezza il fatto che la sua combustione non contribuisce a far aumentare il contenuto di anidride carbonica (CO 2 ) della nostra atmosfera. Infatti la CO 2 emessa durante la combustione della legna è la stessa che era stata sottratta precedentemente all atmosfera da parte della piante. Queste hanno poi prodotto il legno attraverso la fotosintesi clorofilliana

5 IL LEGNO IL LEGNO Dal punto di vista energetico/ambientale il presenta alcuni vantaggi, infatti: - è una fonte di energia rinnovabile (ciclo del legno); - presenta rischi pressoché nulli per l ambiente durante la produzione, il trasporto e lo stoccaggio; - produce, se correttamente bruciato, emissioni comparabili a quelle del gas naturale, ma che non contribuiscono ad aggravare l effetto serra; - favorisce la cura ed il miglioramento dei boschi, visto che la sua raccolta migliora la convenienza economica delle utilizzazioni forestali e non peggiora l ecosistema forestale; - favorisce il miglioramento dell ambiente delle campagne quando viene prodotto dalle siepi campestri, dalle fasce fluviali, dagli alberi campestri in genere

6 IL LEGNO Il legno in quanto tale è un tessuto molto complesso che viene prodotto da un vasto gruppo di piante (alberi e arbusti) per svolgere due funzioni essenziali per la loro vita: 1) sostenere e dare forma all organismo; 2) garantire il trasporto della linfa all interno dell organismo. Chimicamente la sua composizione è all incirca la seguente: - cellulosa il 40-50%; - lignina 20-30%; - altre sostanze (carboidrati, grassi, tannini, sali minerali) 20-30%. Il legno, come ogni altro tessuto vegetale, deriva in ultima analisi dalla fotosintesi: utilizzando l energia luminosa prodotta dal sole, l acqua, sali minerali presenti nel terreno, l anidride carbonica (CO 2 ) presente nell atmosfera, le piante verdi sono in grado di produrre nuova sostanza 11 organica, liberando ossigeno (O 2 ) nell atmosfera IL LEGNO Quando il legno viene degradato il processo della fotosintesi si inverte: si consuma ossigeno, viene prodotta ed immessa in ambiente anidride carbonica e sali minerali e viene emessa energia. La degradazione del legno può essere biologica o chimica. La degradazione biologica è operata da organismi viventi (funghi, batteri, animali) che attraverso un processo noto come respirazione estraggono dal legno l energia che serve loro per vivere. La degradazione chimica è un processo rapido che prende il nome di combustione

7 LEGNO ED ENERGIA L energia è la capacità di un sistema di compiere un lavoro. Il calore è il flusso di energia termica. L unità di misura dell energia è il Joule (J), con i suoi multipli (KJ= 1.000; MJ = J, ecc.). Un unità derivata molto usata è il chilowattora (kwh), anche se non è più adoperata nel contesto scientifico. Unità di energia: fattori di conversione 1kWh = 3600 kj 1kWh = 860 kcal 1MJ = 239 kcal 1MJ = 0,278 kwh 1000kcal = 1.16 kwh 1000kcal = 4,19 MJ Il potere energetico del legno viene espresso dal suo potere calorifico definito come la somma delle unità di energia termica che si liberano durante la combustione di un kg di legno. Il potere calorifero può essere: 1) inferiore: non si tiene conto del calore che si libera quando il vapore acqueo prodotto durante la combustione si condensa in acqua allo stato liquido (calore latente di condensazione); 2) superiore: tiene conto anche del calore di condensazione; 3) assoluto o relativo: a seconda che la grandezza fisica a cui ci si riferisce sia il peso (quantità unitaria: kg) o il volume (quantità unitaria: dm cubi); 4) teorico o effettivo: a seconda che il materiale bruciato sia allo stato perfettamente anidro, o viceversa contenga una certa umidità (da specificare, espressa in percentuale sul peso secco). Il potere calorifico del legno dipende dal suo contenuto di acqua (umidità relativa). Con l essiccazione il legno perde circa un terzo del suo peso

8 Le moderne apparecchiature per la combustione del legno hanno rendimenti comparabili a quelle delle analoghe attrezzature a gasolio a gas naturale (pari all 80-85%), quindi con 2,3 kg di legno secco si sostituisce un litro di gasolio e 1 m3 di gas naturale. È interessante notare che il potere calorifero del legno, a parità di umidità relativa, varia pochissimo con il variare della specie (è un po più alto nel caso delle conifere perché contiene resina). Nella pratica però si parla di buone specie da legno e di cattive specie da legno, o meglio di specie forti, con legno duro e pesante, e di specie dolci, con legno tenero e leggero- Ciò è collegato non tanto al potere calorifico (legato al peso) quanto alla densità (peso per unità di volume)

9 Secondo l opinione diffusa dei fabbricanti l utilizzo di faggio è consigliato solo mescolato con altro legno poiché nella combustione si produce molto acido acetico che riduce la durata della caldaia

10 Il cippato Il cippato è un combustibile formato da legno ridotto in piccoli pezzi della dimensione di qualche centimetro. Il materiale che costituisce il cippato è di diversa origine: potature sminuzzate, scarti di segheria o legno derivante dalle attività selvicolturali (taglio del bosco ceduo, diradamenti, tagli di conversione, ecc.). Si tratta di un materiale alquanto eterogeneo caratterizzato da una elevata tendenza a formare agglomerati, e spesso facilmente fermentabile quando il contenuto di umidità è elevato. Anche il prezzo è molto variabile a seconda delle caratteristiche qualitative del prodotto La dimensione dei pezzetti non dovrebbe superare i 4 5 cm. Pezzi più lunghi di 7 8 cm, anche se presenti in quantità modesta, possono provocare inceppamenti nel sistema di alimentazione della caldaia, e quindi il blocco dell impianto. Per evitare questi inconvenienti è importante effettuare sempre un accurato controllo di qualità sul combustibile, e scartare senz altro i fornitori che non siano in grado di ottemperare i necessari requisiti di qualità del prodotto. Impianti di riscaldamento a cippato. Il cippato si utilizza normalmente per alimentare caldaie per il riscaldamento di edifici civili

11 Il pellet Il pellet è un combustibile costituito da legno vergine essiccato e pressato in piccoli cilindretti, senza alcuna aggiunta di additivi. Il peso specifico del pellet sfuso è di circa kg/m 3 ed il potere calorifico raggiunge le 4200 kcal/kg, con una densità energetica di kwh/m 3 A causa della forma cilindrica e liscia e delle piccole dimensioni, il pellet tende a comportarsi come un fluido, il che agevola la movimentazione del combustibile e il caricamento automatico delle caldaie per il riscaldamento Il pellet è disponibile commercialmente anche in: sacchetti da 15 kg, utilizzati soprattutto per stufe, caminetti e piccole caldaie con serbatoio da caricare a mano; sacconi da kg (big bags), utilizzabili mediante inserimento di una coclea o in impianti dotati di silo di stoccaggio interrato; sfuso, trasportato mediante apposite autobotti attrezzate per pomparlo direttamente in un silo di stoccaggio. Il sistema basato sulla consegna del pellet sfuso è analogo a quello in uso per il rifornimento del gasolio, e per rapidità e semplicità è il più indicato per tutti gli impianti di riscaldamento a pellet

12 UTILIZZO CORRETTO DE LEGNO Un indispensabile premessa riguarda il fatto che nell impianto domestico non bisogna assolutamente utilizzare legna trattata, legname di scarto proveniente dalla demolizione e dalla ristrutturazione degli edifici, quello costituito da imballaggi (bancali) o mobili di legno, la formica o il compensato, perché la combustione di questi materiali può liberare sostanze tossiche. Analogamente non bisogna bruciare carta plastificata, sostanze artificiali di qualsiasi tipo, confezioni o contenitori (tetrapak) perché anche questi materiali producono gas nocivi e polveri e, allo stesso tempo, danneggiano l apparecchio UTILIZZO CORRETTO DE LEGNO Bruciare legna secca stagionata. Il legno secco si accende e brucia facilmente mentre all aumentare del tenore di umidità aumenta la difficoltà di accensione. Se la legna è umida, parte del calore generato non riscalda la casa ma viene perso per far evaporare l acqua. È buona norma acquistare la legna durante il periodo estivo cioè tra giugno e luglio. Non bruciare mai pezzi di legno umidi o verdi (non stagionati). La legna da ardere correttamente stagionata è più scura, ha delle spaccature sul ceppo e suona vuota quando viene sbattuta contro un altro pezzo di legna. nel pellet tanto minore è l impatto ambientale delle emissioni prodotte dalla loro combustione

13 UTILIZZO CORRETTO DE LEGNO Utilizzare legna pulita: sabbia e fango la rendono meno conveniente. Utilizzare legna che proviene dal proprio ambito territoriale per evitare consumo di carburante, e quindi l inquinamento che deriva dal trasporto. Accatastare la legna acquistata in un luogo esterno, ma protetto, in modo ordinato e rialzato rispetto al terreno, con la parte alta della catasta coperta: in questo modo si può fare continuare il processo di stagionatura UTILIZZO CORRETTO DE LEGNO Bruciare legna di dimensioni adeguate, evitando pezzi lunghi più di 40 cm e larghi più di 15 cm. Pezzi più piccoli permettono un migliore stoccaggio della legna prima dell uso, e generalmente bruciano meglio. Se si usa il pellet, questo deve essere di buona qualità e prodotto da legno non trattato. È da preferire il pellet per il quale il produttore è in grado di dichiarare la conformità a norme tecniche o a standard di qualità. Controllare che all interno dei sacchi di pellet confezionato non vi sia molto legno in polvere. Indicativamente, quanto minore è il contenuto di ceneri nel pellet tanto minore è l impatto ambientale delle emissioni prodotte dalla loro combustione

14 IL PROCESSO DI COMBUSTIONE DEL LEGNO La combustione del legno avviene essenzialmente in tre stadi, in funzione della temperatura del processo e del tempo di processo: - Essiccazione - Degradazione/Pirolisi - Gasificazione e Combustione IL PROCESSO DI COMBUSTIONE DEL LEGNO Gasificazione e Combustione Degradazione/Pirolisi La suddivisione tra le tre fasi ha solo una finalità didattica perché, nella pratica, esse si sovrappongono in modo complesso e vario durante la combustione. < 550 C Combustione secondaria 2CO + O 2 = 2CO 2 Combustione primaria 2C + O 2 = 2CO Essicazione < C

15 Nelle comuni caldaie a pezzi di legna le fasi della combustione avvengono separatamente mentre, nelle caldaie di maggiori dimensioni (alimentazione automatica della griglia mobile), le fasi avvengono in diverse sezioni della stessa griglia. Inoltre nelle caldaie comuni esiste anche una separazione temporale delle fasi di evaporazione dei volatili (pirolisi) e della ossidazione di questi (combustione) Il grafico mostra in termini qualitativi il processo di combustione di piccole particelle di biomassa; quando le particelle aumentano di dimensione si crea un certo grado di sovrapposizione tra le diverse fasi, all'estremo, nel caso di caldaie a pezzi di legna, vi è un elevato grado di sovrapposizione tra fasi

16 Essiccazione L'acqua contenuta nel legno inizia a evaporare già a temperature inferiori ai 100 C e continua fino a C circa. L'evaporazione sfrutta l'energia generata dal processo di combustione e abbassando la temperatura in camera di combustione, rallenta il processo di combustione. Ad esempio nella caldaia a pezzi di legna il processo di combustione non può essere mantenuto se il legno ha un contenuto di acqua superiore al 60%. Gasificazione e Combustione Degradazione/Pirolisi Essicazione < 550 C < C Il contenuto di acqua del legno è uno dei parametri qualitativi più importanti dei legnosi. Oltre alla combustione, il contenuto di acqua del legno influenza la temperatura della combustione e il volume dei gas prodotti per unità di energia. Il legno umido ha bisogno di un maggiore periodo di permanenza durante il processo di essiccazione, prima delle due fasi successive di Pirolisi, gassificazione e combustione, questo significa che è necessaria una camera di combustione più grande

17 La conoscenza del contenuto di acqua del combustibile in ingresso al focolare è fondamentale per una corretta regolazione dei sistemi di aria forzata che agiscono nella camera di combustione e per una corretta progettazione dei volumi e della geometria della caldaia per assicurare un sufficiente periodo di permanenza dei gas nella calda camera di combustione per una loro completa combustione. Il rendimento termico (rapporto tra il calore prodotto dalla caldaia e il contenuto energetico del combustibile) diminuisce con l'aumentare del contenuto idrico del legno Degradazione termica / pirolisi) Gasificazione e Al termine del processo di essiccazione, Combustione a partire da una temperatura di circa 200 C, il legno è sottoposto ad una fase di degradazione termica della sua struttura per decomporsi in componenti volatili (gas e vapori) ed in carbonio solido. Degradazione/Pirolisi A 500 C l 85% del peso della legna si presenta sotto forma di composti volatili. Essicazione < 550 C < C La velocità di evaporazione dei gas aumenta con l'aumentare della temperatura

18 I primi componenti del legno ad essere degradati sono le emicellulose e successivamente la cellulosa. I legni duri (faggio, robinia) contengono più emicellulose rispetto ai legni teneri (abeti) quindi la perdita di peso che avviene durante la fase di decomposizione del legno dei primi è più precoce e accentuata rispetto ai secondi. A 400 C, la maggior parte delle sostanze volatili sono state liberate e il processo evaporativo decresce rapidamente Tuttavia, una certa perdita di peso del legno si ha ancora tra i 400 e i 500 C dovuto alla degradazione della lignina, la quale si decompone durante tutto il processo di evaporazione ma la maggior parte della sua degradazione avviene alle più alte temperature. Il faggio, avendo il più alto contenuto in emicellulose e il più basso di lignina, produce il più basso quantitativo di residui carboniosi di combustione. Nelle caldaie questa fase viene favorita dai flussi di aria primaria preriscaldata

19 Gasificazione e Combustione A partire dai 500 C si ha l ossidazione finale dei prodotti di decomposizione con liberazione di calore. Consiste nella completa ossidazione dei gas, si protrae fino ai 1000 C circa. Nel range C il carbone solido è combusto e con lui anche il catrame. Gasificazione e Combustione Degradazione/Pirolisi Essicazione < 550 C < C La combustione completa La combustione del legno è completa quando tutte le parti del combustibile hanno reagito con l ossigeno; nella pratica, la combustione completa di un combustibile solido quale il legno è solo un concetto teorico a cui tendere, in quanto è molto difficile raggiungere il corretto grado di mescolanza tra aria e combustibile in un periodo di tempo limitato. Quando vengono a mancare le condizioni necessarie perché si realizzi la completa combustione del legno aumentano le emissioni nocive nei fumi. Le principali cause di combustione incompleta sono: - l inadeguata mescolanza tra aria e combustibile nella camera di combustione; - una carenza complessiva di ossigeno disponibile; - la temperatura di combustione troppo bassa; - i tempi di permanenza troppo corti

20 La regola delle 3 T La combustione incompleta è causata principalmente dalle seguenti condizioni negative: - inadeguata mescolanza tra aria e combustibile nella camera di combustione, - una carenza complessiva di ossigeno disponibile - temperatura di combustione troppo bassa - tempi di permanenza troppo corti In definitiva la qualità della combustione è influenzata da tre fattori fondamentali: Tempo, Temperatura e Turbolenza. I tre parametri sono fortemente connessi tra loro. È importante un adeguato tempo di permanenza del combustibile sul focolare, dei fumi caldi nella seconda zona di combustione e negli scambiatori. La temperatura deve raggiungere livelli sufficientemente elevati per consentire di completare le varie fasi della combustione specie quella di ossidazione dei gas. Infine è fondamentale un sufficiente apporto d'aria nelle varie zone e fasi della combustione attraverso gli apporti di aria primaria, secondaria ed eventualmente terziaria

21 La combustione è completa, quando tutte le parti del combustibile hanno reagito con l'ossigeno. Diversamente, se non viene apportata aria a sufficienza, parte dell'energia contenuta nel combustibile rimane nei co-prodotti della combustione ad es. come ossido di carbonio, e si ha così una combustione incompleta. La quantità di aria teoricamente richiesta è la quantità di aria necessaria a produrre un processo di combustione completa, quindi tu tutte le parti del combustibile. Il rapporto tra la quantità di aria teorica e quella attuale è chiamata rapporto d'aria in eccesso (X), tale fattore per il legno varia tra 1,25 e 1,4 che in altri termini significa un surplus d'aria tra il 25 e il 40% La combustione completa è naturalmente solo un concetto teorico, specie nei quale è il legno, perché è problematico raggiungere il corretto grado di mescolanza tra aria e combustibile in un periodo di tempo così limitato. La combustione incompleta determina un aumento del contenuto di monossido di carbonio (CO) e polveri nonché di composti organici volatili e di ossidi di azoto e di zolfo nei fumi esausti

22 La combustione incompleta da luogo ad un aumento di incombusti sia organici che inorganici, questo si traduce in un aumento del contenuto di CO e polveri nei fumi esausti. Negli ultimi 30 anni vi è stato un graduale aumento dell'efficienza delle caldaie a legno che ha portato a una sostanziale riduzione dell'emissione di CO e delle altre emissioni nocive (polveri, composti organici volatili, ossidi di azoto e di zolfo) Nei due grafici possiamo notare la diminuzione del grado di dispersione dei dati nel tempo, che testimonia un diffuso miglioramento delle caldaie, con rendimenti medi che si attestano, nel 2004, sopra l 85% e livelli di CO spesso, più o meno abbondantemente, sotto i 50 mg/nm 3 Oltre al CO, esistono una serie di altri parametri che caratterizzano i fumi esausti e che possono essere usati come parametri-controllo della qualità del processo di combustione

23 Nella combustione ottimale La percentuale di O 2, dovrebbe essere nel range 5-8%. La quantità di CO 2 dovrebbe essere quanto più prossima al valore teorico che per il legno è 20,4%, esiste tuttavia una forte correlazione tra O 2 e CO 2, ha valori di O 2 del 5-8% corrispondono valori di CO 2 del 13-16%. La quantità di NOx è legata principalmente alla temperatura che forma i così detti NOx termici, perciò la temperatura dovrebbe essere nel range C. Infine, un parametro importante è anche la temperatura dei fumi che dovrebbe mantenersi sotto i C Naturalmente la combustione è influenzata fortemente dalla qualità del combustibile, in funzione della tipologia di caldaia. In linea generale, tanto maggiore è l uniformità della pezzatura e del contenuto idrico nel combustibile legnoso e tanto migliore sarà la combustione. Minori sono i valori della pezzatura e del contenuto di acqua nel legno tanto migliore è la combustione

24 Negli apparecchi termici tradizionali, a focolare aperto, la combustione del legno non è completa; ne conseguono: - rendimento limitato; - inquinamento. In generale si può affermare che le emissioni specifiche di CO e COV dalla combustione della legna sono, anche per gli apparecchi più efficienti, molto superiori a quelle derivate dalla combustione di gas naturale CONSIGLI PER LA MIGLIORE COMBUSTIONE Pur se non è possibile una combustione della legna senza emissioni indesiderate, è importante adottare tutte le misure conosciute per cercare di ottenere una combustione il più possibile completa, e quindi ambientalmente sostenibile. Le principali fra queste misure sono: nella fase di accensione lasciare il controllo dell aria completamente aperto fino a quando la camera di combustione è piena di fiamme e ben riscaldata per accendere la fiamma utilizzare la giusta quantità di legna finemente spaccata e molto secca, oppure appositi prodotti per l accensione o una quantità minima di carta di giornale (non utilizzare carta patinata, di riviste o settimanali)

25 Una volta avviata la combustione, la legna dovrebbe bruciare con fiamma vivace finché non è ridotta a carbonella. Se il fuoco langue, spaccare il legno in pezzi più piccoli e usare più di un pezzo per ciascun carico. Non caricare mai una quantità eccessiva di legna: il quantitativo massimo è indicato nel libretto di istruzioni dell apparecchiomantenere sempre la fiamma vivace e calda. Le fiamme blu, giallo-rosso o rosso chiaro indicano una buona combustione; fiamme rosse o rosso scuro significano cattiva combustione. Nella buona combustione il fumo deve essere quasi invisibile: se si nota del fumo denso all uscita del camino, di colore da giallo a grigio scuro, la combustione non è corretta e occorre procedere a verifiche dalla combustione della legna Durante la combustione non si devono generare odori: se si sentono vuol dire che si stanno formando sostanze nocive in quantità significative la cenere che proviene da una buona combustione è grigio chiaro o bianca: se si trova cenere scura e pesante, o la testa del camino è sporca di nero, significa che si sta bruciando male. Un impianto efficiente comporta un basso consumo di combustibile e poca fuliggine nei camini: se si vede molta fuliggine significa che si ha un elevato consumo di combustibile e quindi una maggior spesa. E necessario mantenere gli sportelli dell apparecchio chiusi quando non si carica o ricarica il combustibile per assicurare il corretto apporto di aria, occorre rimuovere la cenere dall apparecchio E raccomandabile l installazione di un allarme anti-fumo per l allertamento in caso di innesco di incendio; molte vittime in incendi residenziali sono causate dall inalazione di fumi e gas tossici è raccomandabile anche l installazione di un identificatore di monossido di carbonio (CO), gas inodore, incolore e molto tossico 50 che deriva da una combustione inadeguata

26 PERICOLO CREOSOTO Il creosoto prodotto dai fumi dei generatori a combustibile solido è un gas di combustione condensato che contiene materiali vaporizzati ma non bruciati. In condizioni particolari può infiammarsi e bruciare a circa 1150 C. La sua combustione, sviluppandosi in verticale, può comunque portare a temperature di circa C: temperature in grado di fondere i camini, provocare la rottura delle canne fumarie, recar danni ai muri e far nascere pericolosi incendi TECNOLOGIE MIGLIORATIVE Come detto molti apparecchi di ultima generazione, consentono di ottenere rendimenti molto elevati dell ordine anche dell 80%. Sono presenti accorgimenti che permettono la combustione secondaria ovvero che permettono sfruttare un fenomeno di ossidazione, realizzabile solo negli apparecchi a focolare chiuso, immettendo aria surriscaldata in posizione adatta all interno del focolare; l afflusso di quest ultima, in quantità definite, consente di bruciare i gas (anidride solforosa, benzopirene, monossido carbonio, ecc.) prodotti nella combustione primaria determinando: - Un significativo aumento della produzione di calore; - Un abbattimento dell inquinamento; - La riduzione di residui e ceneri

27 Sistemi di combustione innovativi I sistemi di combustione innovativi sono presenti negli apparecchi studiati per produrre calore in sicurezza e in pieno comfort, in accordo con le esigenze dell uomo contemporaneo. I progressi hanno particolarmente interessato l autonomia di gestione ed il rendimento termico dei sistemi a legno. Per quanto riguarda l autonomia di gestione sono state adottate soluzioni progettuali ed impiantistiche che permettono oggi di disporre di generatori di calore capaci di funzionare in continuo per tempi lunghi, evitando i frequenti interventi, un tempo usuali, di alimentazione e di rimozione della cenere Sistemi di combustione innovativi Gli apparecchi alimentati a tronchetto, per esempio, raggiungono autonomie di almeno 8-12 ore, quelli a cippato anche di una settimana e oltre. Per i sistemi a tronchetto il risultato è stato ottenuto, a parità di potenza, con una camera di combustione ampliata capace di ospitare quantità nettamente superiori di combustibile e per questo chiamata correntemente magazzino. Nei sistemi a cippato, realizzando depositi di legno collegati meccanicamente in modo automatico e programmabile alla camera di combustione

28 Sistemi di combustione innovativi In termini di rendimento termico, i sistemi innovativi presentano valori di gran lunga migliorati, almeno il doppio, rispetto al passato, grazie a una combustione del legno più completa. Questa è stata ottenuta soprattutto con la separazione e taratura fine dell aria comburente (ora anche preriscaldata) in due differenti flussi, capaci di ossidare completamente anche la componente volatile del legno, che a 300 C ne costituisce l 85% del peso secco. Le migliorie hanno inoltre interessato ogni singolo componente del generatore, come la superficie di scambio di calore e i girifumo. Questi ultimi non necessitano più di continue pulizie grazie a nuove soluzioni progettuali e all impiego di materiali più adeguati Sistemi di combustione innovativi Una particolare menzione merita la sonda Lambda: dispositivo di ottimizzazione elettronico della combustione e di regolazione della potenza presente nelle caldaie a tecnologia più avanzata. La regolazione tramite la sonda corregge senza interruzioni l apporto di aria mantenendo la combustione ottimale in presenza di combustibile di qualità molto diverse. Nonostante i progressi raggiunti, i generatori di calore sono comunque ancora in continuo miglioramento

29 Regolazione dell aria: per ottenere una combustione ottimale è importante regolare l aria primaria e secondaria, in funzione del tipo di legno (specie, pezzatura e umidità): - aria primaria: l aria primaria determina la potenza della caldaia (più è aperta, più la caldaia sviluppa potenza e più legno viene bruciato). Con legno sottile, bene asciutto e molto infiammabile, serve poca aria primaria; con legno umido e grosso necessita più aria primaria Regolazione dell aria: - aria secondaria: l aria secondaria serve a completare la combustione rendendo la fiamma più ossidante. Le conseguenze sono: - raggiungimento di elevate temperature nel bruciatore - riduzione delle sostanze incombuste ed inquinanti - ottenimento di rendimenti più elevati. La regolazione fine dell aria secondaria va effettuata quando la caldaia è a regime, circa un ora dopo l avviamento

30 Regolazione dell aria: L uscita di fumo nero dal camino denuncia una combustione incompleta, ovvero un insufficiente immissione di aria secondaria. Se l aria primaria è in eccesso: - nella cenere saranno presenti piccoli pezzi di carbone, - la fiamma risulterà veloce e rumorosa. Se la fiamma risulta piccola e lenta significa che l aria primaria è insufficiente. L aria secondaria è in eccesso quando la fiamma si presenta piccola e blu, in difetto quando è arancione e scura. Con l uso si raggiungerà un esperienza sufficiente per la corretta regolazione dell aria Vantaggi degli accumulatori termici L adozione di un accumulatore termico nel circuito idraulico eleva ulteriormente il rendimento del sistema e incrementa sensibilmente la longevità del generatore e il suo comfort di prestazione con positivi risvolti anche dal punto di vista ambientale. L accumulatore, consistente in un serbatoio chiuso e ben coibentato (con capacità da 500 a 2000 litri secondo la potenza del generatore) ha lo scopo di immagazzinare il calore prodotto dal generatore durante una carica di legno quando non è più richiesto dall utenza, per restituirlo in un secondo momento, alla necessità. In questo modo si raggiungono diversi risultati positivi:

31 Vantaggi degli accumulatori termici - si evita lo spreco di carburante durante le soste tecniche e le fasi di riavviamento dei generatori; - la combustione viene mantenuta più a lungo alle condizioni ottimali di aria con vantaggi molteplici: - minimizzazione delle condense nel circuito dei fumi; - riduzione delle emissioni nell ambiente; - riduzione della necessità di manutenzione straordinaria all impianto; - pronta erogazione del calore immagazzinato; - minor quantità di legno consumato; - minor numero di carichi giornalieri Esempio di schema d'impianto con quattro circuiti di riscaldamento e l'applicazione di un accumulo inerziale e un boiler separato (Friiling). Caldaia a legna Fniling FHG Turbo 3000/ECO 1. Telecomando, 2. sonda di temperatura esterna, 3. rete elettrica 230 V,

32 I GENERATORI DI CALORE Le caldaie a legna possono essere suddivise in diverse categorie, in funzione del tipo di combustibile legnoso impiegato, della potenza del generatore, del tipo di sistema di caricamento del focolare. -caldaie a pezzi di legna di piccola taglia a caricamento manuale - caldaie a pellet di piccola taglia a caricamento automatico - caldaie a cippato di piccola e media taglia a griglia fissa con caricamento automatico a coclea - caldaie di media e grande taglia a griglia mobile con caricamento automatico a coclea o spintore CALDAIE A LEGNA In relazione al tipo di combustione, di tiraggio e di legna utilizzata, queste caldaie possono essere così suddivise:. caldaie tradizionali a tiraggio naturale,. caldaie tradizionali a tiraggio forzato,. caldaie a gassificazione,. caldaie a cippato,. caldaie a pellet

33 Caldaie con fiamma verso l alto Funzionano come la maggior parte delle stufe a legna con presa dell aria primaria in basso e dell aria secondaria in alto. Il legno brucia con fiamme verso l alto. La combustione è rapida e senza controllo: forte all inizio e molto più debole in seguito Caldaie con fiamma verso l alto Non sussiste una netta distinzione fra la fase di seccaggio e quella di combustione. A seguito di ciò il legno brucia in modo incompleto e irregolare. Ne consegue un tipo di combustione di scarsa qualità, con basse rese termiche ed un forte inquinamento connesso sia alla composizione sia alla quantità delle sostanze volatili immesse nell atmosfera. Il solo vantaggio di queste caldaie è il loro basso costo di acquisto. Rendimento: 55% 60%

34 Caldaie con fiamma orizzontale Sono un importante evoluzione delle caldaie sopra considerate. Con l afflusso dell aria primaria laterale e dell aria secondaria in alto, il legno brucia con fiamme a sviluppo orizzontale attraverso e sotto la griglia di supporto del combustibile Caldaie con fiamma orizzontale L arrivo dell aria è più controllato, il che comporta una produzione del calore più regolare. Inoltre la disposizione dei flussi d aria rende possibile far avvenire in fasi diverse il seccaggio del legno e la sua combustione. Queste caldaie, rispetto a quelle con fiamma verso l alto, consentono di ottenere rese termiche più elevate e minor inquinamento. Rendimento: 60% 65%

35 Caldaie con fiamma verso il basso Costituiscono un ulteriore evoluzione delle caldaie a tiraggio naturale. La particolarità della loro combustione, dovuta al flusso di aria primaria dall alto e di aria secondaria dal basso, sta nel fatto che le fiamme si sviluppano al di sotto della griglia di supporto del combustibile CALDAIE TRADIZIONALI A TIRAGGIO FORZATO Dette anche turbo, queste caldaie (proposte da pochi anni) sono le più evolute tra le caldaie di tipo tradizionale che il mercato offre attualmente. Le loro modalità di combustione sono assai simili a quelle delle caldaie tradizionali a tiraggio naturale e con fiamma verso il basso. La differenza consiste essenzialmente nel fatto che queste caldaie sono dotate di un ventilatore che serve ad incrementare e a tener controllata l aria che attiva la combustione. Il rendimento è del 75% / 80%

36 CALDAIE A GASSIFICAZIONE Sono caldaie in cui la combustione della legna è realizzata in tre ambienti diversi ed è ottenuta con processi di gassificazione della legna stessa. Sostanzialmente il ciclo di combustione è questo: 1) dapprima il combustibile caricato viene seccato, 2) poi è gassificato a bassa temperatura e senza apporto di ossigeno, 3) il gas così ottenuto è quindi miscelato con aria secondaria. Ed è tale miscela che genera ed alimenta la combustione. E questo un ciclo di combustione che non funziona bene a regimi ridotti o discontinui. È consigliabile, pertanto, dotare gli impianti con queste caldaie di appositi serbatoi in grado di accumulare l eccesso di calore prodotto in fase di combustione a regime e di cederlo poi progressivamente all impianto. Vantaggi ottenibili con questo tipo di caldaie: 1) notevoli incrementi delle rese di combustione con valori paragonabili a quelli ottenibili con le caldaie a gasolio e a gas, 2) maggior durata dei carichi di legno quindi intervalli di caricamento più lunghi, 3) Minor diffusione in atmosfera di polveri e fumi inquinanti. Rendimento: > 90%

37 CALDAIE A LEGNA Inoltre le caldaie a pezzi di legna possono essere suddivise in due categorie in funzione del principio di combustione: - combustione inferiore - combustione inversa. Le caldaie a combustione inferiore sono generalmente a tiraggio naturale, la depressione richiama l'aria primaria dall'esterno la quale arriva il braciere; i gas esausti sono richiamati dalla parte inferiore del focolare (aria secondaria) e convogliati nella seconda camera di combustione. Siccome il flusso d'aria attraversa da sotto il focolare risulta molto importante che la legna venga ben impilata in modo che l'aria possa raggiungere in modo omogeneo la zona di combustione Caldaia a pezzi di legna a combustione inferiore e tiraggio naturale 1 Aria primaria 2 Aria secondaria 3 Camera di combustione 4 Scambiatore di calore 5 Sistema di regolazione del tiraggio

38 Le caldaie a combustione inversa a tiraggio forzato per aspirazione Rappresentano le caldaie più innovative sul piano tecnologico. I gas sono richiamati, dalla depressione forzata creata da un ventilatore a valle, attraverso un foro al di sotto del braciere attraverso il quale giungono nella seconda camera di combustione rivestita in refrattario. La resistenza dei flusso dei gas è piuttosto elevata perciò è necessaria la presenza di un ventilatore a tiraggio indotto a regolazione elettronica. Il ventilatore consente di modulare in modo preciso l'apporto d'aria primaria (generalmente pre-riscaldata) e secondaria nelle camere di combustione Le caldaie a combustione inversa a tiraggio forzato per aspirazione. Caldaie a combustione inversa a tiraggio forzato per aspirazione (KÖB mod. Pyromat ECO) 1. Aria primaria 2. Aria secondaria 3. Scambiatore di calore a turbolatori verticali 4. Sonda Lambda 5. Ventilatore a tiraggio forzato e regolazione elettronica 6. Componente elettronica collegata al pannello di comando

39 Nel primo settore della canna fumaria è presente solitamente la sonda Lambda che misura in continuo la concentrazione di 0 2 nei fumi esausti e regola di conseguenza il ventilatore e, nelle caldaie automatiche, la velocità di caricamento del combustibile. La sonda Lambda è particolarmente utile nelle caldaie a legna e cippato nelle quali si utilizzano caratterizzati da una ampia variabilità del contenuto idrico e del contenuto energetico. Essa consente di mantenere nel tempo un elevato livello di rendimento del processo di combustione e di conseguenza di minimizzare le emissioni nocive. Solitamente l'accensione delle caldaie a pezzi di legna è manuale, tuttavia nei modelli più recenti è stata inserito anche il sistema di accensione automatica Localizzazione delle tre fasi della combustione del legno in una caldaia a combustione inversa 1 ESSICAZIONE 2 DEGRADAZIONE TERMICA 3 COMBUSTIONE

40 Caldaie a combustione inversa a tiraggio forzato per aspirazione (Guntamatic mod. BMK) 1. Aria primaria pre-riscaldata 2. Aria secondaria 3. Turbo-camera di combustione 4. Turbolatori verticali 5. Sonda Lambda 6. Ventilatore a tiraggio forzato e regolazione elettronica 7. Pannello elettronico di comando CALDAIE A PELLET Le caldaie a pellet possono coprire completamente e per tutto l'anno il fabbisogno di calore di una casa mono-familiare o bi-familiare. In linea di principio si può scegliere tra impianti compatti semiautomatici e sistemi automatici. L'impianto compatto semiautomatico è composto da una caldaia dotata, a fianco, di un serbatoio per il combustibile (serbatoio giornaliero o settimanale), che generalmente deve essere riempito a mano; perciò deve essere tenuta a parte una scorta di combustibile più grande (ad esempio prodotto in sacchi). Il pellet è estratto e portato nella camera di combustione della calda automaticamente per mezzo di una coclea

41 Le caldaie a pellet Le caldaie a pellets, come quelle a cippato, richiedono un contenitore per lo stoccaggio del combustibile situato in prossimità della caldaia. Da qui una coclea lo preleva e lo trasporta in caldaia, ove avviene la combustione. I bruciatori per pellet si applicano sulla parte anteriore della caldaia. Essi vengono alimentati dall alto e bruciano il pellet sviluppando una fiamma orizzontale che si proietta nella caldaia, al pari di quanto avviene negli impianti a gasolio. Per questo motivo possono essere installati anche su caldaie precedentemente alimentate a gasolio Le caldaie a pellet In tutti i casi l accensione, per mezzo di una resistenza elettrica, è automatica e molto rapida. Nei sistemi più avanzati la regolazione dell aria comburente e del flusso di combustibile vengono effettuate automaticamente ad opera di un microprocessore. Queste caratteristiche di semplicità d uso e di automazione conferiscono agli impianti di riscaldamento a pellets un elevato livello di comfort. L elemento qualificante per la sicurezza di una caldaia a pellet è costituito dai dispositivi contro il ritorno di fiamma dal bruciatore verso il serbatoio. Il sistema più diffuso consiste nell interporre un tratto di caduta libera del pellet tra la coclea di trasporto e la caldaia

42 Le caldaie a pellets di piccola potenza sono dotate di un serbatoio per il combustibile di capacità generalmente limitata a qualche centinaio di litri. Nei sistemi più semplici questo contenitore viene caricato a mano svuotandovi i sacchetti di pellet. L autonomia di funzionamento in questi casi è di qualche giorno. Per aumentare l autonomia e quindi il comfort è opportuno predisporre un silo di stoccaggio, nel quale il pellet viene scaricato direttamente da una autobotte. La massima cura va messa nel preservare il silo di stoccaggio da infiltrazioni di acqua, che possono provocare il rigonfiamento del pellet, fino a renderlo inservibile. In base al potere calorifico del pellet e ai rendimenti di conversione, il consumo orario di combustibile alla potenza nominale della caldaia, è di circa 0,25 kg/h (0,35 dm3/h) per kw. Un silo di 10 m3 conferisce pertanto circa 1500 ore di autonomia di funzionamento a piena potenza per una caldaia da 20 kw Il serbatoio dovrebbe essere dotato di un volume di almeno 400 litri, in questo caso, a seconda della superficie abitabile da riscaldare e della temperatura esterna, la scorta di combustibile può durare fino ad un mese. Nella condizione ideale l'utilizzatore è informato da un indicatore sulla caldaia o da un indicatore a distanza sul limite di livello minimo di riempimento, e in questo caso l'impianto dovrebbe rimanere in funzione per controllare la temperatura di arresto. In Austria, gli impianti compatti devono avere, come sistemi di sicurezza, un meccanismo inibitore di fiamma (MIF) e una sonda termica (ST)

43 In mancanza dell alimentazione elettrica è molto basso il rischio di ebollizione a causa della limitata presenza id combustibile in camera di combustione e al blocco immediato dell alimentazione. Rendimento 85% - 90%

44 Nell'impianto automatico il silo a fianco al generatore (serbatoio settimanale) è rifornito automaticamente da una scorta di combustibile più grande (ad esempio una scorta di un anno); per mezzo di una coclea o con l'ausilio di un sistema di estrazione pneumatico. In una situazione ideale il deposito, o il contenitore, è riempito da un'autocisterna che consegna il pellet, ad esempio, una volta l'anno. Se il trasporto del combustibile dal deposito alla caldaia avviene con una coclea, allora il deposito deve essere attiguo al locale caldaie e deve essere anche installato un dispositivo che impedisca un ritorno di fiamma dalla caldaia al deposito di combustibile. Tale dispositivo è, per esempio, una saracinesca con ruota a celle, una valvola di ventilazione o un dispositivo di spegnimento. Gli impianti di riscaldamento alimentati a pellet completamente automatici dovrebbero avere un dispositivo antincendio testato e una sonda per monitorare la temperatura

45 CALDAIE A CIPPATO Le caldaie a cippato si dividono in due categorie: le caldaie a griglia fissa le caldaie a griglia mobile LE CALDAIE A GRIGLIA FISSA Si tratta di generatori di piccola e media potenza da 25 kw fino a circa kw impiegati a scala domestica fmo al servizio di mini reti di teleriscaldamento. Sono dotate di un focolare fisso alimentato in vari modi Le caldaie più diffuse sono quelle dotate di una griglia sottoalimentata a spinta, dove l'aria primaria agisce sotto griglia favorendo l'essicazione e la gassifiazone del cippato, mentre l'aria secondaria opera sopra la griglia favorendo un'efficiente ossidazione dei gas

46 Il deposito del cippato. L'impianto è composto da un silo, generalmente a pianta quadrata, il sistema di estrazione incanala il cippato nella coclea di trasporto collegata, per mezzo di un pozzetto di sicurezza intermedio, alla coclea di caricamento, che porta il cippato al focolare. La serranda taglia fuoco è un dispositivo di sicurezza contro il ritorno di fiamma che, in caso di superamento di una determinata temperatura soglia, chiude ermeticamente il pozzetto che separa la coclea di trasporto da quella di carico

47 Gli impianti a cippato, per le caratteristiche e i vincoli connessi all uso delle loro caldaie, sono indicati soprattutto per impianti di riscaldamento medio-grandi o per impianti di cogenerazione. Rendimento: 80% 90% Gli impianti a cippato sono totalmente automatizzati e non hanno limiti dimensionali, potendo raggiungere potenze anche di diversi MW termici. I rendimenti e il comfort sono gli stessi delle caldaie a gas/gasolio. Per le caratteristiche di automazione e risparmio di esercizio, sono particolarmente indicati per il riscaldamento di edifici di dimensioni medie o grandi, quali alberghi, scuole, condomini, ospedali e centri commerciali. Poiché il caricamento del combustibile in caldaia avviene in modo automatico, è necessario che accanto al locale caldaia venga predisposto un locale (silo) per lo stoccaggio del combustibile accessibile ai mezzi di trasporto, possibilmente situato al di sotto del piano stradale, per facilitare le operazioni di scarico. Il silo va dimensionato sulla base della potenza e del rendimento della caldaia, delle caratteristiche del combustibile e dell autonomia richiesta. In ogni caso deve essere accuratamente protetto da infiltrazioni di acqua

48 Dal silo di alimentazione il cippato viene estratto automaticamente e convogliato, per mezzo di una coclea dosatrice, nella caldaia, dove avviene la combustione mediante l immissione di aria primaria e secondaria. L accensione del cippato nella caldaia può avvenire sia manualmente, sia automaticamente per mezzo di dispositivi elettrici o a combustibile liquido (bruciatore pilota). Nei sistemi più avanzati il flusso di cippato e la combustione sono regolati in continuo da un microprocessore in base alla richiesta di energia dell utenza e alla temperatura e concentrazione di ossigeno dei fumi (regolazione lambda). In alcuni modelli esiste la funzione di mantenimento braci, che consente alla caldaia di mantenere una piccola quantità di brace accesa durante le pause di funzionamento, consentendo così la riaccensione immediata al riavvio dell impianto Negli impianti termici a cippato devono essere installati dispositivi di sicurezza che interrompono la continuità fisica del flusso del cippato dal silo alla caldaia, per impedire eventuali ritorni di fiamma dalla caldaia al silo di stoccaggio. Per il dimensionamento degli impianti di riscaldamento a cippato si seguono criteri simili a quelli relativi ad impianti convenzionali a gas/gasolio. Nel caso in cui si preveda di installare o di mantenere in esercizio una caldaia a gas/gasolio con funzione di scorta o emergenza, la caldaia a cippato può essere dimensionata intorno al 70% della potenza di picco stimata

49 CAMINETTI I caminetti a focolare aperto, non hanno buone caratteristiche di funzionamento avendo bassi rendimenti e alte emissioni di inquinanti, fortunatamente negli ultimi anni si sono affermati i caminetti termici: modelli innovativi, a focolare chiuso, progettati per ottenere alti rendimenti nel riscaldamento e un notevole risparmio di combustibile. Con questi apparecchi l energia contenuta nella legna viene sfruttata al meglio, senza dispersioni Questo miglioramento è stato reso possibile introducendo la combustione secondaria. Si tratta di una tecnologia che risolve il problema della combustione incompleta, proprio dei caminetti tradizionali, immettendo nel focolare ossigeno pre-iscaldato, che brucia il monossido di carbonio rimasto incombusto. In questo modo si libera ulteriore calore, coniugando l aumento del rendimento energetico, con la diminuzione dei consumi e dell emissione di monossido di carbonio. La configurazione del caminetto termico si discosta di poco da quella del caminetto tradizionale: è composto da un focolare chiuso, collegato alla presa d aria che serve alla combustione e al camino per l espulsione dei fumi all esterno dell edificio. Il camino ha il compito di convogliare i fumi, rapidamente e senza perdite, verso lo sbocco e di disperderli in atmosfera senza reflusso. Per rispondere alle varie esigenze e necessità di riscaldamento e di arredo, sono disponibili sul mercato numerosi apparecchi, che si distinguono per i differenti modelli e per la diversità delle tecnologie impiegate

50 Caminetto ventilato. Trattandosi di un caminetto a focolare aperto, il caminetto ventilato non è classificabile fra i camini termici, ma rappresenta pur sempre una evoluzione significativa rispetto al caminetto tradizionale. Sul basamento e sul fondo del focolare sono state ricavate delle intercapedini, oppure applicate lastre in ghisa a camera, nelle quali circola l aria prelevata dall interno o dall esterno. Riscaldandosi al contatto con le pareti dell intercapedine, fuoriesce nel locale dalle bocchette posizionate in vari punti dell apparecchio, ovvero in punti adiacenti. Esso conserva aspetto, dimensioni e struttura portante del caminetto aperto tradizionale e, come questo, è utilizzato prevalentemente da coloro che affidano al caminetto un ruolo simbolico, d immagine o d atmosfera Esistono modelli a circolazione naturale ed a circolazione forzata: in questo secondo caso, un ventilatore aumenta la diffusione e la quantità d aria riscaldata. Poiché abbina alla produzione di calore in forma radiante una significativa generazione di aria calda, con il camino ventilato si possono riscaldare interi locali, con ridotti consumi di legna. Considerato che la parte più abbondante del calore, sotto forma di aria calda, viene dispersa insieme ai fumi, questo apparecchio, come i camini tradizionali, non ha un rendimento molto elevato

51 Caminetto da incasso. Il caminetto da incasso, detto anche caminettostufa, è la soluzione ideale per il potenziamento dei camini tradizionali a focolare aperto, in quanto può essere collocato entro il focolare di camini esistenti, dei quali aumenta il rendimento anche di 3-4 volte. È costituito da un telaio contenitore in acciaio, rivestito internamente con lastre di ghisa o materiale ceramico refrattario per l accumulo del calore, chiuso frontalmente da uno sportello apribile in vetro ceramico. L aria da riscaldare viene aspirata da uno o due ventilatori attraverso prese d aria poste sul fondo (nel caso di aria esterna) o sul fronte (nel caso di aria interna) dell apparecchio Caminetto da incasso. L aria, passando a contatto con le piastre in ghisa, si surriscalda e viene quindi soffiata nella stanza attraverso le bocchette superiori, oppure convogliata in stanze adiacenti tramite canalizzazioni isolate. Con appositi pomelli si può regolare la combustione e variare la quantità d aria immessa nel locale. L altissima resa (circa il 70%), la lunga autonomia e la elevata potenza termica, fanno di questo apparecchio una macchina efficace, anche nei modelli di piccole dimensioni, per soddisfare le esigenze di riscaldamento di uno o più locali, oltre che per la cottura dei cibi

52 Termocaminetto ad aria. Il termocaminetto ad aria è un caminetto a focolare chiuso. Si tratta di una evoluta trasformazione del caminetto tradizionale che accoppia il vantaggio di mantenere la suggestiva visione della fiamma nel focolare (attraverso portelli dotati di ante in vetro ceramico), con la capacità di sottrarre alla combustione una notevole quantità di calore per riscaldare l aria. Il caminetto è composto da una struttura portante interamente in metallo (monoblocco): il telaio e lo scambiatore di calore sono in acciaio, mentre il focolare può essere in ghisa o in altri materiali refrattari per accumulare calore e cederlo anche a caminetto spento. È dotato di un portello anteriore in vetro, apribile a saliscendi o ad anta. Il consumo di legna, a parità di resa calorica, è inferiore di circa 2/3 rispetto al caminetto tradizionale aperto Termocaminetto ad aria. Nei modelli in cui è possibile la combustione secondaria, il rendimento raggiunge anche l 80%. La potenza termica dei modelli più grandi è attorno alle Kcal e quindi possono riscaldare ambienti di discreta cubatura. Il flusso d aria che serve alla combustione, prelevato da una bocchetta esterna, può essere regolato con una valvola di tiraggio e fuoriesce insieme ai fumi della combustione dalla canna fumaria

53 L aria che serve al riscaldamento invece, dopo essere entrata nell apparecchio da apposite bocchette, si riscalda nello scambiatore di calore, fuoriesce surriscaldata e viene soffiata dal ventilatore nelle bocchette poste nello stesso locale ove è installato l apparecchio. Con particolari canalizzazioni, opportunamente isolate, si possono riscaldare anche ambienti lontani dal focolare. L apertura della finestra in vetro aziona meccanicamente una valvola che, modificando il tiraggio, impedisce che il fumo si propaghi nell ambiente. Alcuni modelli sono dotati di un sensore termostatico che spegne il ventilatore quando la temperatura dell aria nell intercapedine del caminetto scende sotto i C, evitando di soffiare nelle stanze aria troppo fredda Termocaminetto ad acqua. Il termocaminetto ad acqua, (detto anche caminetto-caldaia), è un apparecchio a focolare chiuso, in grado di riscaldare a sufficienza l acqua di un impianto di riscaldamento a termosifoni. Il rendimento di questo apparecchio è molto elevato e può raggiungere livelli del 70-80%. I 3/4 del calore vengono ceduti all acqua dell impianto, mentre l energia termica rimanente viene fornita per irraggiamento all ambiente dove è ubicato il caminetto. In commercio sono disponibili modelli con potenze variabili da a chilocalorie/ora, in grado di riscaldare anche unità immobiliari di notevoli dimensioni

54 Termocaminetto ad acqua. Alcuni modelli sono forniti di scalda-acqua, da inserire nella cappa o sopra la caldaia del caminetto, che producono acqua calda sanitaria. L apparecchio è predisposto per essere posizionato entro appositi manufatti in tutto simili ai caminetti tradizionali. È costituito da due fasci di tubi (o serpentine): l uno posto sopra la zona di fuoco per assorbire il calore della viva fiamma e l altro sul basamento del focolare per recuperare il calore delle braci e delle ceneri. Normalmente si può impostare la temperatura dell ambiente con di una centralina elettronica che permette sia di scegliere la quantità di calore desiderato nei locali, sia di rilevare i principali parametri di funzionamento dell apparecchio (temperatura, pressione dell acqua, ecc.) La circolazione dell acqua nell impianto di riscaldamento avviene di norma con l ausilio di pompe per poter riscaldare anche stanze lontane dal caminetto e/o poste su livelli diversi. Il termocaminetto ad acqua può anche essere utilizzato per integrare il sistema di riscaldamento domestico convenzionale, in quanto l acqua calda prodotta dal camino può essere inserita nei termosifoni dell impianto

55 Stufe a diffusione radiante ed a Stufe a legna convezione La stufa è un apparecchio con focolare chiuso che fornisce calore in forma radiante. È utilizzata principalmente per il riscaldamento degli ambienti, talvolta per cucinare o per produrre acqua calda per uso domestico. I vari tipi di stufa possono essere alquanto differenti fra loro in relazione alle concezioni costruttive, alle dimensioni ed ai materiali che le compongono. In generale sono costituite da: 1. una presa d aria, con condotti o aperture per l afflusso d aria al focolare; 2. una camera di combustione, cioè di un focolare fatto di materiali ad alta resistenza termica, comunicante con il sistema di prelevamento dell aria e con quello di evacuazione dei fumi; 3. giri di fumo, cioè di camere comunicanti fra il focolare e il raccordo fumario. In esse vengono convogliati i prodotti della combustione per sottrarre calore ai fumi, accumularlo e cederlo poi all ambiente; Stufe a diffusione radiante ed a convezione Stufe a legna 4. intercapedini ricavate a ridosso del focolare o ai giri di fumo, che servono a riscaldare l aria per contatto ed a immetterla nell ambiente; 5. raccordo fumario, per l evacuazione dei fumi. Le stufe ispirate alle forme tradizionali privilegiano la forma di diffusione radiante del calore. Esse sono realizzate con materiali che accumulano nella loro massa grandi quantità di calore da restituire poi con lentezza ai locali. I modelli più recenti funzionano invece prevalentemente per convezione. L aria calda viene diffusa negli ambienti sia gradualmente per moto naturale (convezione naturale), oppure più velocemente (convezione forzata) con l uso di elettro-ventilatori

56 Stufe a diffusione radiante ed a convezione Stufe vecchie Sono del tipo a combustione semplice e sono tuttora commercializzate principalmente per il loro fascino retrò. In pratica sono costituite da una semplice camera di combustione direttamente collegata alla canna fumaria e con una sola presa per l aria esterna: configurazione questa che non consente un buon sfruttamento del calore ottenibile dalla legna, in quanto non può bruciare i gas che si formano dopo la prima fase della combustione e che vengono di conseguenza eliminati nell atmosfera. A causa di tali gas incombusti, le vecchie stufe hanno basse rese (in genere inferiori al 60%) e sono molto inquinanti Stufe-caminetto a convezione naturale La stufa a convezione naturale è stata recentemente trasformata in una stufa-caminetto. Essa abbina infatti le caratteristiche del caminetto (funzionamento per irraggiamento, vista del fuoco), con quelli tipici della tradizionale stufa ad aria calda (funzionamento prevalente per convezione, svincolamento dalla struttura muraria, ecc.). Un altra caratteristica della stufa-caminetto è la camera di combustione realizzata completamente in ghisa, che consente un rapido accumulo di calore, fondamentale per la resa calorica ceduta all ambiente

57 Stufe-caminetto a convezione naturale Infine, la doppia combustione permette la riaccensione dei fumi o gas incombusti, ottenendo l aumento del rendimento e la diminuzione dell emissione di monossido di carbonio. L afflusso dell aria al focolare può avvenire sia direttamente dall esterno, con appositi condotti collegati alla presa d aria, sia dall interno del locale. L aria si riscalda avviene passando nell intercapedine tra focolare e rivestimento. Quest ultimo assorbe ed accumula l energia termica dall aria surriscaldata e la irradia poi all ambiente circostante. La diffusione dell aria calda avviene invece attraverso griglie o aperture ricavate nella parete alta dell apparecchio Stufe-caminetto a convenzione forzata La stufa-caminetto a convezione forzata aumenta l efficienza e le prestazioni della stufa a convezione naturale. Mediante l installazione di elettro-ventilatori riscalda gli ambienti con maggiore velocità ed omogeneità rispetto a quelle a convezione naturale. Generalmente questi modelli sono dotati anche di sonde termostatiche e di dispositivi elettronici di controllo della potenza termica che attivano uno o più ventilatori, quando la temperatura dell aria rilevata dalle termosonde rientra entro i parametri programmati. Il flusso dell aria può essere convogliato entro apposite canalizzazioni e distribuito nei locali, anche adiacenti a quello ove è collocata la stufa

58 Stufe-caminetto a convenzione forzata Trasformazione dei caminetti tradizionali Inserendo un caminetto-stufa nel camino aperto tradizionale, è possibile migliorare il rendimento, lasciando inalterata la struttura del caminetto stesso e senza dover intervenire sulle strutture murarie. La porta di chiusura, in vetro ceramico, garantisce un ottima tenuta termica e trasforma il camino tradizionale in un camino a focolare chiuso. Predisponendo un adeguato sistema di canalizzazione per diffondere l aria calda anche in altri locali, specialmente se si inserisce nel caminetto una stufacaminetto a convezione forzata, si può trasformare il vecchio camino in un vero e proprio impianto di riscaldamento ecologico Dieci regole per il perfetto funzionamento di caminetti e stufe 1. La presa d aria comburente deve essere collegata con l esterno o con un locale più ventilato, per permettere il costante ricambio di ossigeno all interno dell ambiente, la perfetta combustione della legna e di conseguenza un maggior sviluppo di calore. 2. Per congiungere il caminetto con la canna fumaria si devono si devono usare raccordi con una inclinazione non superiore a 45 gradi, meglio se di 30 gradi, senza strozzature e spigoli interni. 3. Anche il raccordo tra la cappa e il condotto principale deve avere una inclinazione costante (max 45 gradi) e non presentare né spigoli, né strozzature. 4. I raccordi devono essere in acciaio alluminato e coibentanti con lana di roccia. L acciaio alluminato, per le sue caratteristiche termiche, offre una facile installazione e le migliori garanzie di resistenza alla corrosione. Sono assolutamente da evitare tubi corrugati internamente

59 Dieci regole per il perfetto funzionamento di caminetti e stufe 5. Per ottenere un perfetto tiraggio occorre una canna fumaria libera da ostacoli come strozzature, deviazioni, ostruzioni. Eventuali deviazioni devono essere effettuate preferibilmente in prossimità del comignolo. 6. È consigliabile l uso di canne fumarie coibentate in materiale refrattario a parete liscia: sono preferibili quelle a sezione circolare. La sezione della canna fumaria dovrà essere adeguata alle esigenze del camino e mantenersi costante per tutta la sua altezza: più alta è la canna fumaria migliore è il tiraggio. L acciaio zincato, il fibrocemento e i tubi corrugati internamente sono materiali da evitare per la costruzione della canna fumaria. 7. Ogni caminetto o stufa deve avere una propria canna fumaria indipendente per evitare inconvenienti nel tiraggio. In caso di presenza di più canne fumarie sul tetto, queste devono essere poste ad almeno 2m di distanza tra loro e con un minimo di 40 cm di differenza d altezza Per facilitare la dispersione dei fumi, anche in presenza di forti venti orizzontali, sono preferibili i comignoli con profili alari e con la sezione di passaggio dei fumi in uscita, lateralmente rispetto alla sezione della canna fumaria. 9. Per prevenire eventuali ritorni di fumo, l uscita della canna fumaria non deve avere nessun ostacolo (alberi o fabbricati) per un raggio di almeno 8m. Inoltre il comignolo deve essere posto ad una altezza di almeno un metro sopra il colmo del tetto. 10. La presenza di due diverse canne fumarie nello stesso locale o di una tromba di scale può essere motivo di cattivo funzionamento del caminetto, in quanto si possono creare fenomeni di depressione dell aria: è pertanto opportuno predisporre la chiusura delle aperture

60 INSTALLAZIONE, VERIFICA E MANUTENZIONE GENERATORI ALIMENTATI A COMBUSTIBILE PROBELMATICHE AMBIENTALI Numerosi studi dimostrano che il rapporto fra la combustione domestica della legna e la qualità dell aria ha due facce: una faccia positiva, grazie alla quale si riducono le emissioni di CO2 in atmosfera e si contrastano i cambiamenti climatici, e una faccia negativa dovuta al fatto che le combustioni domestiche soprattutto se mal condotte nei piccoli impianti domestici - emettono in atmosfera particolato e composti tossici. Gli indubbi benefici in termini di riduzione di emissione di CO2 derivati dall uso della legna devono quindi essere considerati nell ambito di una più generale strategia di riduzione delle emissioni di polveri fini e di composti tossici: ciò può essere realizzato, ad esempio, con l applicazione di tecnologie di depurazione dei fumi sulle caldaie a biomasse di potenza medio-alta utilizzate in condomini e reti di teleriscaldamento. Per gli impianti a legna di medie e grandi dimensioni è quindi già stato raggiunto l obiettivo di conciliare la riduzione dei gas serra con il risanamento della qualità dell aria INSTALLAZIONE, VERIFICA E MANUTENZIONE GENERATORI ALIMENTATI A COMBUSTIBILE La combustione delle biomasse legnose non comporta emissioni aggiuntive di CO2 (biossido di carbonio) - il principale dei gas climalteranti - in atmosfera in quanto la legna è un combustibile biogenico, ossia generato per fotosintesi a partire da carbonio già presente in atmosfera. La legna da ardere è quindi un interessante combustibile alternativo ai fossili in quanto il suo utilizzo permette di ridurre le emissioni di gas serra, ed è una fonte energetica rinnovabile. In alcuni casi, però, i contributi della combustione della legna ai cambiamenti climatici non sono nulli perché possono derivare da meccanismi che coinvolgono inquinanti diversi dal biossido di carbonio; tali contributi derivano principalmente dall emissione di composti gassosi e particolati, che hanno un effetto riscaldante

61 INSTALLAZIONE, VERIFICA E MANUTENZIONE GENERATORI ALIMENTATI A COMBUSTIBILE In condizione di cattiva combustione la legna da ardere emette metano - uno dei sei gas considerati dal Protocollo di Kyoto - e soprattutto notevoli quantità di fuliggine, chiamata anche black carbon o fumo nero o anche Carbonio elementare. Il black carbon è un fortissimo agente climalterante: sul medio termine (100 anni) il suo effetto medio riscaldante è circa 500 volte quello della CO2 mentre sul breve termine (20 anni) è valutato oltre 2000 volte quello della CO2. Ultimamente la comunità scientifica pone grande attenzione anche al brown carbon, un aerosol organico che si origina da sostanze organiche volatili (VOC) e sostanze umiche. L effetto del brown carbon sul clima è ancora incerto e controverso: da un lato esso è in grado di assorbire la radiazione ultravioletta e quindi avere un effetto riscaldante per l atmosfera, seppure nettamente minore del black carbon; dall altro non assorbe la radiazione infrarossa e quindi porta a un raffreddamento della superficie INSTALLAZIONE, VERIFICA E MANUTENZIONE GENERATORI ALIMENTATI A COMBUSTIBILE

62 INSTALLAZIONE, VERIFICA E MANUTENZIONE GENERATORI ALIMENTATI A COMBUSTIBILE Solo se brucia bene la legna è una fonte energetica che contrasta i cambiamenti climatici! La combustione di 1 t di legna permette di evitare l emissione di circa 80 kg di CO2 se bruciata in un camino aperto, e di circa 900 kg di CO2 se bruciata con una stufa efficiente. Se si considerano le emissioni di black carbon e di metano di un camino aperto (o di una stufa poco efficiente) la combustione della legna ha un effetto negativo anche dal punto di vista delle emissioni climalteranti. In altre parole, una cattiva combustione della legna può far perdere il vantaggio ambientale di non utilizzare carbonio fossile. Per le stufe a pellet - o per le stufe a legna che bruciano in condizioni ottimali - il bilancio della CO2 è invece largamente favorevole, in misura maggiore tanto più la distanza di approvvigionamento della biomassa legnosa è ridotta INSTALLAZIONE, VERIFICA E MANUTENZIONE GENERATORI ALIMENTATI A COMBUSTIBILE

63 INSTALLAZIONE, VERIFICA E MANUTENZIONE GENERATORI ALIMENTATI A COMBUSTIBILE INSTALLAZIONE, VERIFICA E MANUTENZIONE GENERATORI ALIMENTATI A COMBUSTIBILE

64 INSTALLAZIONE, VERIFICA E MANUTENZIONE GENERATORI ALIMENTATI A COMBUSTIBILE INSTALLAZIONE, VERIFICA E MANUTENZIONE GENERATORI ALIMENTATI A COMBUSTIBILE

65 INSTALLAZIONE, VERIFICA E MANUTENZIONE GENERATORI ALIMENTATI A COMBUSTIBILE SICUREZZA DELLE INSTALLAZIONI Come la maggior parte delle apparecchiature, anche i generatori di calore domestici a combustibile solido possono risultare pericolosi se per qualsiasi motivo funzionano male. Le principali conseguenze del malfunzionamento ricadono innanzitutto sul rendimento dell impianto (e, conseguentemente, sulle spese per il riscaldamento) e poi sulle persone, sulle cose e sull ambiente. L installazione non corretta e l insufficiente manutenzione degli apparecchi a legna comporta innanzitutto problemi relativi agli impianti stessi, che spesso danno origine all incendio di tetti e canne fumarie INSTALLAZIONE, VERIFICA E MANUTENZIONE GENERATORI ALIMENTATI A COMBUSTIBILE Le statistiche dei Vigili del Fuoco stimano - a livello nazionale - il verificarsi ogni anno di circa incendi di tetti derivanti dall incendio di canne fumarie. La prima causa di tali incendi è la realizzazione non a regola d arte del camino, cioè il mancato rispetto di alcuni accorgimenti in fase di costruzione. Ad esempio, se le parti in legno del tetto non sono bene isolate dalla canna fumaria in acciaio, il calore si può trasmettere e innescare l incendio del tetto. La seconda causa è la cattiva manutenzione: se non si pulisce la fuliggine che si deposita all interno della canna fumaria, essa può prendere fuoco e innescare l incendio. La pulizia serve anche a ridurre le emissioni inquinanti in atmosfera e a mantenere efficiente la combustione. Il D.M n. 37 e D.D.G. ha assoggettato gli apparecchi termici a legna alle normative sulla sicurezza di tutti gli impianti di riscaldamento. Di conseguenza il quadro degli obblighi e dei controlli risulta ampliato rispetto al passato

66 INSTALLAZIONE, VERIFICA E MANUTENZIONE GENERATORI ALIMENTATI A COMBUSTIBILE Fra le altre sono oggi vigenti le seguenti prescrizioni, tuttora poco conosciute: è obbligatorio presentare un progetto redatto dal responsabile tecnico dell impresa installatrice (o da parte di professionista iscritto negli albi professionali, nel caso di canne fumarie ramificate collettive) I lavori di installazione, di trasformazione, di ampliamento e di manutenzione straordinaria degli impianti devono essere affidati a imprese abilitate, che devono realizzare gli impianti secondo la regola dell arte e che al termine dei lavori l impresa installatrice deve rilasciare al committente la dichiarazione di conformità degli impianti realizzati INSTALLAZIONE, VERIFICA E MANUTENZIONE GENERATORI ALIMENTATI A COMBUSTIBILE Art. 449 Codice penale Delitti colposi di danno Chiunque, al di fuori delle ipotesi previste nel secondo comma dell articolo 423bis, cagiona per colpa un incendio, o un altro disastro preveduto dal capo primo di questo titolo, è punito con la reclusione da uno a cinque anni. è colposo, o contro l intenzione, quando l evento, anche se preveduto, non è voluto dall agente e si verifica a causa di negligenza o imprudenza o imperizia, ovvero per inosservanza delle leggi, regolamenti, ordini o discipline

67 INSTALLAZIONE, VERIFICA E MANUTENZIONE GENERATORI ALIMENTATI A COMBUSTIBILE A COSA É DOVUTO L INCENDIO DELLE CANNE FUMARIE? QUASI LA TOTALITA DEGLI EVENTI INTERESSA LE CANNE FUMARIE REALIZZATE CON TUBAZIONI IN ACCIAIO INOX. (PARETE SINGOLA, DOPPIA PARETE, SPIRALATO.) INSTALLATE IN STRUTTURE CON MATERIALI COMBUSTIBILI, COPERTURE IN LEGNO O A CONTATTO CON MATERIALI IMPERMEABILIZZANTI O ISOLANTI COME CATRAME, BITUME, SUGHERO, POLISTIRENE Il camino deve essere adeguatamente distanziato da materiali o infiammabili mediante intercapedine d'aria o opportuno isolante INSTALLAZIONE, VERIFICA E MANUTENZIONE GENERATORI ALIMENTATI A COMBUSTIBILE Considerazioni sulla temperatura di autoaccensione del legno in assenza di innesco La temperatura di autoaccensione è qualle a cui un materiale combustibile, emette vapori/gas (pirolisi) in modo tale da determinarne l accensione per il LEGNO C Il camino deve essere adeguatamente distanziato da materiali o infiammabili mediante intercapedine d'aria o opportuno isolante

68 INSTALLAZIONE, VERIFICA E MANUTENZIONE GENERATORI ALIMENTATI A COMBUSTIBILE INSTALLAZIONE, VERIFICA E MANUTENZIONE GENERATORI ALIMENTATI A COMBUSTIBILE

69 INSTALLAZIONE, VERIFICA E MANUTENZIONE GENERATORI ALIMENTATI A COMBUSTIBILE L uso dei può determinare la formazione di depositi carboniosi e catramosi «Creosoto» sulle pareti interne dei camini. La maggiore concentrazione di depositi carboniosi con alto contenuto di sostanze si riscontra nella cappa e nei primi metri dei camini, poi i depositi sono di fuliggine a basso potere calorifico. La formazione dei depositi inizia sin dal primo utilizzo ed è maggiore quando si utilizzano di cattiva qualità (legni resinosi) o ad alto contenuto di acqua. Nel funzionamento ordinario i depositi carboniosi della cappa vengono comunque bruciati, mentre quelli presenti nel camino si stratificano progressivamente. Quando si sviluppa una fiamma di lunghezza maggiore dell ordinaria i residui del camino iniziano a bruciare INSTALLAZIONE, VERIFICA E MANUTENZIONE GENERATORI ALIMENTATI A COMBUSTIBILE

70 INSTALLAZIONE, VERIFICA E MANUTENZIONE GENERATORI ALIMENTATI A COMBUSTIBILE Il camino (sistema di scarico) richiama aria che alimenta la combustione dei residui depositati sulla parete interna. L incendio che ne consegue è estremamente forte e l elevata velocità dell aria nel condotto crea un sibilio tipico del fenomeno. Le fiamme, nel loro andamento ascensionale, incontrano un ostacolo nel comignolo di uscita, in questo punto viene a determinarsi la maggiore temperatura del fenomeno (fino a 900 C). Le fiamme all interno del camino si propagano all esterno attraverso qualsiasi tipo di discontinuità strutturale che le mette in comunicazione con l esterno. A causa dell elevata temperatura del camino l incendio si propaga ai materiali adiacenti, i componenti del camino di dilatano e dalle discontinuità fuoriesce il fuco che alimenta l 0incendio delle strutture o degli arredi INSTALLAZIONE, VERIFICA E MANUTENZIONE GENERATORI ALIMENTATI A COMBUSTIBILE

71 INSTALLAZIONE, VERIFICA E MANUTENZIONE GENERATORI ALIMENTATI A COMBUSTIBILE INSTALLAZIONE, VERIFICA E MANUTENZIONE GENERATORI ALIMENTATI A COMBUSTIBILE Il comignolo e I rivestimenti e le predisposizioni isolanti sono il punto critico

72 INSTALLAZIONE, VERIFICA E MANUTENZIONE GENERATORI ALIMENTATI A COMBUSTIBILE LA LEGISLAZIONE SPECIFICA (IMPIANTI TERMICI CIVILI) d.lgs.152/06 Requisiti impianti, misura e limiti polveri emesse D.M. 22 gennaio 2008 n.37 Installazione di impianti a regola d arte. d.p.r. 412/93 e s.m.i. Progetto termico impianti, manutenzione e controllo peridiodico. d.p.r. 151/2011 Prevenzione incendi centrali < 116 kw D.M 1/12/1975 Impianti termici con potenzialità > 35 kw INSTALLAZIONE, VERIFICA E MANUTENZIONE GENERATORI ALIMENTATI A COMBUSTIBILE LE NORME TECNICHE

73 INSTALLAZIONE, VERIFICA E MANUTENZIONE GENERATORI ALIMENTATI A COMBUSTIBILE INSTALLAZIONE, VERIFICA E MANUTENZIONE GENERATORI ALIMENTATI A COMBUSTIBILE