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2 Tutti i diritti riservati. Nessuna parte del presente opuscolo può essere riprodotta o diffusa con qualsiasi mezzo senza previa autorizzazione da parte di Erretiesse S.p.A. 1

3 PRESENTAZIONE Questo opuscolo nasce dalla volontà di fornire un utile riferimento per tracciare, partendo dalle più basilari conoscenze sui combustibili e sulla loro combustione, i concetti fondamentali che stanno alla base della tecnica a condensazione e dei benefici riconducibili da un suo uso appropriato. Quanto descritto deriva da una lunga esperienza maturata da Erretiesse nella quotidiana opera di promozione di sistemi molto efficienti per un uso più razionale dell energia; opera portata avanti con la consapevolezza che le migliori performances di questa ormai matura tecnologia non siano legate solamente a teorici parametri prestazionali puntuali, quali ad esempio i rendimenti a pieno o a carico parziale, ma che i migliori benefici energetici siano diretta conseguenza di un corretto modus operandi che la conduzione dell impianto dovrebbe necessariamente garantire a questi generatori. Va precisato, infatti, che la denominazione a condensazione da sola non basta per ottenere un significativo recupero energetico e quindi, ecco il concetto di condensazione vista dall impianto. Da tempo si sente parlare di tecnica della condensazione anche se solo recentemente il fenomeno sta diventando un interessante realtà sospinta dai numerosi vantaggi economicoinstallativi che ne derivano. La diffusione di norme specifiche, in particolare, sta contribuendo seppure in ritardo a colmare dei vuoti che, fino a pochi anni fa, hanno di fatto concorso a creare diffidenza verso questa tecnologia. Alla rapida diffusione di prodotti a condensazione, concorrono oggi anche le amministrazioni pubbliche le quali, attraverso incentivazioni legate a programmi di risparmio energetico, tendono a facilitare l adozione di questa tecnologia incentivando conseguentemente le aziende a proporle in maniera sempre più determinata. Recenti provvedimenti legislativi inoltre, per soddisfare i nuovi requisiti sull efficienza energetica degli edifici introdotti con la Direttiva Energy Performance of Buildings (EPBD) 2002/91/CE, richiedono indispensabilmente l impiego di processi di combustione altamente efficienti per contribuire efficacemente a contenere entro limiti ristretti il consumo energetico dovuto alla climatizzazione degli edifici. Le prestazioni che si possono ottenere quindi dall uso dei Sistemi a condensazione, sapientemente progettatati, installati ed opportunamente gestiti, possono certamente conseguire ottimali livelli prestazionali ed elevate economie di esercizio, rispetto alle tecnologie standard, sia nelle nuove installazioni che nelle riqualificazioni impiantistiche. L opuscolo è stato pensato per un pubblico prevalentemente tecnico, al fine di poter contribuire a diffondere in maniera più chiara ed esaustiva alcuni aspetti legati all impiego di questi moderni generatori di calore, aspetti che a volte sembrano essere tralasciati per fare spazio ad argomentazioni francamente meno convincenti. I richiami normativi che chiudono questo scritto, in particolare, vogliono essere un invito ad approfondire ulteriormente le regole della buona tecnica, affinché si creino tutte le condizioni necessarie a far si che questa tecnologia sia correttamente fruita. Confidando che questo opuscolo possa essere un efficace e concreto strumento di lavoro, Le auguriamo un interessante e piacevole lettura. ERRETIESSE S.p.A. 2

4 INDICE Pag 1. LA COMBUSTIONE Combustibili e combustione Stechiometria della combustione Combustione ed eccesso d aria Eccesso d aria e condensazione Volume dei fumi Il rendimento di combustione Perdite di calore Il diagramma di Ostwald Il diagramma di Bunte Combustione ed agenti inquinanti Tecnologie volte a ridurre gli agenti inquinanti Riferimenti normativi antinquinamento Misura degli agenti inquinanti LA CONDENSAZIONE Analisi energetica del fenomeno della condensazione Differenze prestazionali tra un generatore ad alto rendimento ed un generatore a condensazione Calore latente e condensazione La condensazione in numeri Caratteristiche del condensato LA MODERNA GENERAZIONE DEL CALORE Generalità Requisiti di rendimento dei moderni generatori di calore La marcatura energetica a stelle Dal rendimento puntuale al rendimento di produzione stagionale Accorgimenti per innalzare il rendimento di un generatore a condensazione VANTAGGI DELLA TECNICA A CONDENSAZIONE Premessa Benefici ottenibili con le caldaie a condensazione Confronto prestazionale tra diverse tipologie di generatori Valutazione dei consumi di combustibile derivanti da diverse soluzioni tecnologiche Valutazione economica con metodologia VAN Consumi energetici degli edifici Valutazione dei benefici derivanti dalla riqualificazione di un impianto termico al servizio di un condominio di 20 alloggi Valutazione dei benefici derivanti dalla riqualificazione di un impianto termico al servizio di un condominio di 32 alloggi Conclusioni SOLUZIONI A CONDENSAZIONE ERRETIESSE Filosofia Erretiesse Gamma Geminox Geminox THRi: caldaie pensili a condensazione Geminox THRi: caldaia a basamento a condensazione con doppio circuito Geminox Arté: caldaie pensili a condensazione per edifici residenziali collettivi 98 3

5 Geminox THRi-TWIN: caldaie a condensazione in cascata termica fino a 35 kw Geminox THRi: caldaie a condensazione in cascata termica sopra 35 kw Geminox THRi-CS: moduli termici preassemblati in configurazione orizzontale Geminox JOINT: moduli termici preassemblati in configurazione verticale Gamma Evinox Evinox: Caldaie a condensazione di media e grande potenza a basamento Evinox Caby: Stazioni di generazione calore a condensazione preassemblate Gamma Hamworthy Hamworty: Centrali termiche modulari premiscelate a condensazione Wessex Caby: Stazioni di generazione calore a condensazione preassemblate QUADRO NORMATIVO Generalità Gestione del condensato in una caldaia a condensazione con potenza < 35 kw Realizzazione del sistema di scarico delle condense per potenze < 35 kw Il sistema di scarico dei prodotti della combustione per potenze < 35 kw Caratteristiche generali dei sistemi di scarico dei prodotti della combustione Requisiti normativi per le centrali termiche a condensazione Scarico e trattamento della condensa Evacuazione dei prodotti della combustione Conclusioni 126 4

6 1. La combustione 1.1. Combustibili e combustione 1. LA COMBUSTIONE La combustione è la reazione chimica che avviene tra il combustibile e l ossigeno presente nell aria con contemporanea liberazione di importanti quantità di calore. Combustibili sono tutte le sostanze che hanno una spiccata tendenza a combinarsi con l'ossigeno sviluppando una reazione fortemente esotermica. I combustibili si dividono in gassosi, liquidi, solidi, e sono essenzialmente costituiti da carbonio (C) ed idrogeno (H), ed in quantità più o meno piccole, da zolfo ed altre sostanze come sodio, vanadio, nichel. A temperatura ambiente, le sostanze combustibili anche se a contatto diretto con l'aria non hanno capacità di reagire con l'ossigeno e quindi di sviluppare calore, se però si innalza la temperatura del combustibile fino a raggiungere un opportuno valore, si innesca la reazione chimica che poi si mantiene fino all'esaurimento del combustibile stesso. L accensione ed il mantenimento della reazione di combustione è funzione di molte variabili che devono situarsi entro determinati limiti affinché l'accensione avvenga e si mantenga indefinitamente. L 'abbassarsi della temperatura, della pressione, l alterarsi della forma geometrica delle fiamme, riduce l infiammabilità della miscela combustibile/comburente. Anche il tipo di miscela condiziona fortemente la formazione della fiamma. Un combustibile gassoso come il metano, ad esempio, potrà bruciare regolarmente solo quando nella miscela le percentuali di combustibile e aria sono comprese entro i limiti detti: UEL (Upper Esplosive Limits) e LEL (Low Esplosive Limits). La pressione e la temperatura influenzano sensibilmente questi limiti. Un altra importante caratteristica dei combustibili è la temperatura di accensione, che rappresenta la temperatura minima alla quale può iniziare e proseguire la reazione di ossidazione con sviluppo di calore. Per i combustibili solidi la temperatura di accensione (o ignizione) si aggira intorno ai C. Per i combustibili gassosi tale temperatura dipende anche dalla velocità dei fluidi: il combustibile e l aria. Ricordiamo inoltre che la temperatura di accensione di una miscela è la più bassa temperatura alla quale il calore prodotto dalla reazione è maggiore di quello perso. La tabella 1.1 dà i limiti di infiammabilità e le temperature di ignizione per alcuni combustibili derivati da idrocarburi. 5

7 1. La combustione Tab 1.1 Limiti di infiammabilità e temperatura di agnizione per alcuni combustibili Dalla combustione si sviluppa energia termica, la quantità di calore generata dalla combustione completa dell unità di massa di un combustibile è chiamata potere calorifico, e rappresenta un'altra fondamentale caratteristica dei combustibili. Potere calorifico Si distingue tra Potere Calorifico Superiore (P.C.S.) che tiene conto anche del calore latente di vaporizzazione del vapor d acqua generato nella combustione e Potere Calorifico Inferiore (P.C.I.) che non tiene conto del calore latente. La tabella 1.2 indica i poteri calorifici per le sostanze presenti nei combustibili gassosi, è da tener presente che in caso di combustione incompleta non si potranno raggiungere questi valori. Tab 1.2: Caratteristiche di alcuni combustibili derivati da idrocarburi. 6

8 1. La combustione La tabella 1.3 riporta invece per i combustibili di uso più comune, il rapporto tra i due poteri calorifici PCS/PCI. Gas Metano GPL (G30) (MJ/m3) Olio combustibile (MJ/litro) (MJ/m3) PCS (MJ/m3) 39,82 133,10 38,12 PCI 35,88 122,80 35,85 PCS/PCI 1,11 1,08 1,06 Tab 1.3: Raffronto tra i poteri calorifici superiore ed inferiore per alcuni combustibili. I combustibili gassosi, rappresentati dalla formula generica C m H n, possono essere suddivisi, in base al loro P.C.I., in tre grandi famiglie: - I a famiglia (gas manifatturiero o di città); - II a famiglia (gas metano); - III a famiglia (gas da petrolio liquefatto GPL). I II III Famiglia Tipo di gas Composizione vol. (%) P.C.I. P.C.S. Densità (MJ/m3) (MJ/m3) relativa H2 50 Gruppo b G110 CH ,7 16,7 0,411 N2 24 H2 47 Gruppo a G120 CH ,2 18,8 0,412 N2 21 H G20 CH ,9 39,9 0,554 L G25 CH4 86 N ,9 34,3 0,612 G30 C4H ,8 133,1 2,077 G31 C3H ,6 101,8 1,562 Tab 1.4: Classificazione dei combustibili gassosi La tabella 1.4 riporta inoltre anche la densità relativa all aria (ossia il rapporto tra densità del gas e quella dell aria). Tra le caratteristiche principali dei combustibili liquidi troviamo invece la viscosità, la cui variazione è legata alla temperatura come illustrato in figura 1.1. Le indicazioni tratte dal diagramma, definiscono le modalità di trasporto e di utilizzazione del combustibile. 7

9 1. La combustione Fig. 1.1: caratteristiche dei combustibili liquidi Un altro aspetto importante è rappresentato dalla presenza di zolfo, per i suoi aspetti inquinanti nella formazione di anidride solforosa (tab. 1.5). Tab 1.5 : caratteristiche di alcuni combustibili liquidi più comuni. Il continuo incremento dei costi dei combustibili, in particolare di quelli liquidi (il gasolio nell anno 2004/2005 ha subito un incremento di oltre il 22%), l introduzione delle caldaie a gas condensazione, e l obbligo di abbattere sensibilmente le emissioni inquinanti degli impianti termici, hanno attivato una consistente conversione degli impianti da combustibile liquido a combustibile gassoso Stechiometria della combustione Si definisce quantità teorica di ossigeno occorrente per la combustione, quella quantità che è stechiometricamente necessaria a bruciare i costituenti il combustibile (carbonio e idrogeno) trasformandoli in CO 2 e H 2 O. L'espressione chimica generale della combustione è la seguente: 8

10 1. La combustione C m H 4m n O 4 mco n H O calore 2 n dove m e n sono i numeri di atomi di carbonio e idrogeno che definiscono il tipo di combustibile usato. Per esempio nel caso di metano (CH 4 ) con riferimento al volume, considerando che l aria comburente è costituita dal 21% di ossigeno (O 2 ), 79% di azoto (N 2 ), la reazione di combustione si può scrivere come: CH 2O 7,56N CO 2H O 7, N mole di metano richiede infatti 2 4x1 4 O moli di ossigeno e si ottiene, come prodotti della combustione, 1 mole di CO 2 e 2 moli di H 2 O, mentre l azoto rimane inerte. Se si considera la reazione in termini volumetrici, ritenendo di bruciare 1 m 3 di metano, le porzioni restano le stesse e si ha m CH 4 2m O2 7,52m N 2 1m CO2 2m H 2O 7,52m N 2 dalla quale si deduce che per bruciare 1 m3 di metano sono necessari circa 10 m3 di aria ( 2m O 7,52m N 9,52m aria ). 2 In questo caso si ha che: - fumi secchi sono paria a 8,52 m 3 3 ( 1m CO2 7,52m3N 2 ); - fumi umidi, che si calcolano sommando anche il vapor d acqua (2m 3 H 2 O), corrispondono quindi a 10,52 m 3. 2 Eccesso d aria L ossigeno, ovvero l'aria strettamente necessaria alla combustione dipende dalla composizione chimica del combustibile, ed è tanto maggiore, quanto più elevato è il suo potere calorifico. In pratica però, per una buona combustione, non è sufficiente impiegare solo l'aria teorica ma è necessario impiegarne una quantità maggiore per poter bruciare completamente tutti i costituenti il combustibile. La parte in più del valore teorico è chiamata eccesso d'aria ( ). L'eccesso d'aria dipende dal tipo di bruciatore adoperato dalla natura del combustibile, dal tipo di focolare, dalla potenza della caldaia. La necessità fisica di attuare la combustione in eccesso di aria la si comprende bene pensando alle difficoltà, quasi insormontabile, che si riesca a completare la combustione con quantità d'aria stechiometrica. Qualora la reazione di combustione avvenga in maniera incompleta gli idrogeni reagiscono per primi formando H 2 O. 9

11 1.3. Combustione ed eccesso d aria La combustione Gli atomi di carbonio, non disponendo dell'ossigeno sufficiente invece di formare il CO 2, formano il CO, ossido di carbonio, che è un gas instabile, inodore, incolore, estremamente tossico e che forma con l'aria, una miscela esplosiva nella percentuale che va dal 12,5% al 74,2%. Se infine, il carbonio non incontra neanche un atomo di ossigeno, si combina con altri atomi di carbonio dando luogo al nerofumo. Quando in un impianto compaiono tracce di nerofumo significa che la reazione avviene con notevole difetto d'aria. Tale regime di funzionamento è chiaramente pericoloso per la tossicità dei fumi e per il pericolo di esplosione in caso di un brusco aumento della quantità d'aria. Oltre che per ragioni di sicurezza, il funzionamento in difetto d'aria, è da scartare poiché il rendimento di combustione è basso in quanto: - non si libera tutto il calore del combustibile; - il nerofumo sporca la caldaia diminuendo lo scambio termico. D'altra parte anche l'accesso d'aria riduce il rendimento di combustione infatti, l'aria in eccesso si riscalda assorbendo calore, fa diminuire la temperatura della fiamma e quindi lo scambio termico per irraggiamento, e infine esce con i fumi, asportando le calorie assorbite. Pertanto la combustione deve essere completata con il minimo di eccesso d aria. E utile inoltre ricordare che: - maggiore è l eccesso d aria, maggiore è la quantità di ossigeno che non prende parte alla combustione; - se vi è dell idrogeno nei fumi, vi è anche dell ossigeno che non ha potuto combinarsi con esso per formare vapore acqueo; - se vi è dell ossido di carbonio nei fumi, vi è anche dell ossigeno che non si è potuto combinare per formare anidride carbonica, con quel carbonio con il quale si è combinato solo parzialmente per dare luogo al monossido di carbonio. Abbiamo precedentemente osservato come risulti necessario un eccesso d aria, al fine di garantire un intima miscelazione tra combustibile e comburente. Nei gas l eccesso d aria necessario è minimo proprio perché si miscelano più facilmente con l aria, al contrario dei combustibili liquidi e solidi che necessitano pertanto una maggiore quantità d aria in eccesso (cfr. Tab 1.6). u.m. Gasolio Olio Metano combustibile Aria teorica Nm³/ Nm³ 11,24 10,70 9,52 Fumi secchi Nm³/ Nm³ 10,44 10,50 8,52 teorici CO2 max. % 15,25 15,60 11,73 Tab1.6: parametri di combustione teorica per combustibili solidi e liquidi

12 1. La combustione Per una valutazione precisa dell eccesso d aria ( ) in un processo di combustione occorre misurare l ossigeno o la CO 2 presente nei fumi e valutare i rapporti con la CO 2 teorica che si avrebbe nel caso di combustione completa e la CO 2 residua, si ottiene così l eccesso d aria: (Nm³ aria/nm³ gas) = CO CO 2teorico 2 misurato 1 xv aria teorica La quantità tra parentesi rappresenta la percentuale aggiuntiva di aria che occorre considerare per la completezza della combustione. L aria totale della combustione è data dalla somma di quella stechiometrica più quella in eccesso: Aria totale (Nm³ aria/nm³ gas) = CO CO 2 teorico 2misurato V aria teorica Per il calcolo dell eccesso o del difetto d aria si procede così: Esempio: aria effettiva aria teorica = 100 aria teorica Calcolo dell eccesso d aria nel caso di gas naturale con aria effettiva pari a 12 m³ Dalla tabella 1.6 si ricava Aria teorica per CH4 = 9,52 Nm³/Nm³ 12 9,52 = % 9,52 Se si conosce invece la percentuale di CO 2, ad esempio = 9,3% CO 2 11,7 = 100 x teorica % CO2 9,3 Con: - CO2 teorica pari alla percentuale di anidride carbonica allo 0% di ossigeno (combustione completa, CO=0 rif. Diagramma di Oswald fig. 1.8); - CO2 valore di concentrazione effettivamente misurato nei fumi. E evidente che l eccesso d aria deve essere appropriato in quanto l aria in eccesso comporta una riduzione della temperatura di fiamma e di conseguenza dello scambio termico per irraggiamento; aumentano le perdite per calore sensibile attraverso i fumi perché aumenta il volume d aria riscaldato. 11

13 1. La combustione Viceversa in una combustione in difetto d aria, il minor rendimento di combustione è dovuto al fatto che una parte di combustibile non viene ossidato in quanto non vi è ossigeno sufficiente per la reazione esotermica di combustione. Nel caso del metano la reazione di combustione completa assume la forma: CH 2 O H O CO Calore mentre la reazione incompleta diviene: CH 3 2O2 H 2O CO Calore 4 2 In quest'ultimo caso si osserva come il rendimento di combustione di una reazione incompleta sia inversamente proporzionale al tenore di CO. La presenza dell eccesso d aria in un processo di combustione risulta molto importante, e allo stesso tempo caratterizza quelli che sono i parametri fondamentali come evidenziato per la combustione del gas metano in tab 1.7. Tab 1.7: variazione di alcuni parametri principali in funzione dell eccesso d aria (es. Combustione di caldaie a gas con temp. Fumi 118 C e temp. Ambiente 20 C) Nell ultima colonna della tabella compare il rendimento dell apparecchio in esame, definito parziale in quanto calcolato solamente attraverso le perdite per calore sensibile, mentre non si è considerata la perdita di calore latente dovuta alla presenza nei fumi di idrogeno ed ossido di carbonio. 12

14 1. La combustione Esempio: Valutazione della variazione percentuale di CO2 al variare dell eccesso d aria: Supponiamo di raddoppiare il contenuto d aria dell esempio precedente, si vuole calcolare il nuovo valore di concentrazione di CO2: = % 9.52 il nuovo valore di CO2 si ricava da: CO2 = 100 x teorica 1 CO2 ricordando il valore di CO2 teorica per il metano = 11,73% 11,73 CO 2 4,65 % 2,52 E evidente che aumentando l eccesso d aria, quindi il volume dei fumi, la percentuale di CO2 negli stessi si riduce, in quanto diluita in un maggior volume. Risulta pertanto evidente come il valore di CO2 possa essere tenuto a riferimento per la determinazione dell eccesso d aria fig. 1.2, e della conseguente bontà della combustione. Fig. 1.2: variazione della % CO2 nei fumi in funzione della % di (eccesso d aria) per il gas naturale Si ricordi comunque che la percentuale di anidride carbonica dipende dal tipo di combustibile bruciato essendo legata al contenuto di C del combustibile. In tabella 1.8 si riportano i valori di CO2 teorica e CO2 reale per diversi combustibili al variare dell eccesso d aria ( ) 13

15 1. La combustione Tab. 1.8: valori di CO 2 teorica e di CO 2 reale con differenti percentuali di eccesso d aria 1.4. Eccesso d aria e condensazione Influenza eccesso d aria La presenza di un eccesso d aria che come abbiamo visto in precedenza risulta indispensabile per conseguire una buona combustione, comporta però una diminuzione del vapore contenuto nei fumi, per cui diminuisce la sua pressione parziale e quindi, la sua temperatura di rugiada. Dunque: tanto minore è l eccesso d aria tanto maggiore è la possibilità di sfruttare la condensazione dei gas combusti, in quanto il fenomeno inizia con temperature di ritorno impianto più elevate. Osservando il diagramma di figura 1.3 che rappresenta l andamento della temperatura di rugiada al variare dell eccesso d aria, si può osservare come questa assuma, per il gas naturale, un valore di circa 59 C con combustione stechiometrica (eccesso d aria nullo) ed un valore prossimo a 56 C con eccesso d aria pari al 20%, valore comunemente riscontrabile nei bruciatori premiscelati, mentre salendo con l eccesso d aria ad esempio con valori di circa 43% la temperatura di rugiada scenda notevolmente dal valore comunemente conosciuto attestandosi a 52 C circa. 14

16 1. La combustione Fig. 1.3: temperatura di rugiada del gas metano ed eccesso d aria Volume dei fumi I prodotti che si ottengono dalla combustione, comunemente denominati fumi, sono costituiti per il gas da CO 2, H 2 O, NO x, N 2 e se la combustione è incompleta da CO e O 2. Il volume dei fumi che risulta dalla combustione di un combustibile, lo si ricava consultando le molte tabelle che si trovano nei testi specializzati. Riportiamo comunque una formula utile che permette di conoscere, per i combustibili gassosi, il volume V espresso in m³/ m 3 gas che si ottiene bruciando l unità di volume di combustibile, per diverse percentuali di CO 2 : V CO fumi secchi 2 prodotta dalla combustione di1m % CO nei gas combusti 2 3 di gas x100 La portata dei fumi secondo quanto prescritto dalla UNI viene anche determinata come:. f m1 m f m xq f CO 2 2 dove:. - m = portata dei fumi in g/s; - f m1 = coefficiente tabulato funzione del combustibile g/(kw/s); - f m2 = coefficiente tabulato funzione del combustibile g/(kw/s); - CO 2 = contenuto di CO 2 nei fumi secchi in %; - Qf = potenza focolare del generatore in kw. 15

17 1. La combustione Combustibile f m1 f m2 Gas naturale H 3,75 0,053 Gas naturale L 3,72 0,054 Gas liquido 4,20 0,049 Oppure molto più semplicemente attraverso la: mf = 1,33(n+0,1)P dove: - mf = portata dei fumi in kg/h; - n = fattore d aria = (1+eccesso d aria); - P = potenzialità bruciata in kw Il rendimento di combustione Ad esempio una caldaia da 50 kw di potenza termica che brucia con eccesso d aria del 20% produce 1,33x1,2x50 = 79,8 kg/h Rendimento di combustione L aspetto più importante tra le caratteristiche di un generatore di calore è certamente rappresentato dal suo rendimento, in quanto nell ottica di miglioramento dell efficienza dei processi per il trasferimento energetico, risulta sempre più restrittivo il rispetto dei valori imposti dalla normativa vigente. Si definisce rendimento il rapporto tra l energia (o potenza) utilizzata e l energia (o potenza) spesa. Nel caso della combustione, infatti non tutto il calore prodotto e quindi speso può essere utilizzato, ma una sua parte va inevitabilmente perduta. La conoscenza del rendimento è molto importante in quanto consente di valutare le prestazioni delle diverse caldaie, potendo così avere un primo criterio di scelta. La norma UNI definisce quello che è il rendimento di combustione: dove: c potenza termica convenzionale potenza termica al focolare - potenza termica convenzionale Pc = potenza termica al focolare diminuita delle perdite al camino (Perdite calore sensibile Ps) Pc = Pf Ps (kw); - potenza termica al focolare Pf = prodotto della portata di combustibile per il suo potere calorifico inferiore 16

18 1. La combustione Pf = q comb x PCI (kw); Rendimento e P.C.S. Con l avvento delle caldaie a condensazione quello che era ritenuto il rendimento rispetto al PCI (potere calorifico inferiore) perde di significato e si viene a definire il rendimento sul PCS (potere calorifico superiore), il quale permette di tenere conto anche del calore latente di condensazione dovuto all energia recuperabile dal cambiamento di fase dei fumi che si raffreddano e che quindi condensano all interno della caldaia. La formula pratica per la determinazione del rendimento di combustione di una caldaia a condensazione diventa quindi: c A % CO B x 1 f a. 2 q gas. M c T T C D x ( Tf Ta) x100 dove il primo termine rappresenta il più comune rendimento di combustione determinabile per le caldaie tradizionali secondo la norma UNI10389, mentre il secondo termine rappresenta l aumento di rendimento di combustione in virtù della effettiva condensazione dei fumi. I principali elementi della formula sono: - A = 0,38 per il gas naturale e 0,42 per il GPL; - B = 0,010 per il gas naturale e 0,008 per il GPL; - Tf = temperatura dei fumi in C; - Ta = temperatura dell aria comburente in C; - CO2 = la concentrazione percentuale di CO 2 nei fumi secchi; - Mc = la portata di massa della condensa (kg/h); - qgas = la portata volumetrica del gas (Nm3/h); - C,D = coefficienti che variano in funzione del combustibile considerato, che a differenza dei parametri A e B non sono attualmente riportati ufficialmente in nessuna norma tecnica. In attesa che venga rivista la UNI inserendo anche le caldaie a condensazione e che quindi vengano univocamente definiti tutti i parametri di calcolo, si può osservare attraverso dei grafici costruiti in laboratorio la differenza tra il rendimento calcolato attualmente secondo la UNI e il corretto valore di rendimento, riscontrabile con la nuova formula modificata che tiene conto anche della condensa prodotta. Il diagramma di fig. 1.4 evidenzia attraverso analisi di laboratorio una differenza di circa 2,7% in meno rispetto al reale valore di rendimento. Tale differenza è evidenziata dalla contabilizzazione della condensa prodotta con temperatura dei fumi di 45 C ed eccesso d aria nullo (CO 2 =12,5%) nella combustione del G.P.L.. 17

19 1. La combustione Fig. 1.4: differenza di rendimento di combustione di una caldaia a condensazione determinabile dalla contabilizzazione della condensa prodotta (per combustibile G.P.L.) 1.7. Perdite di calore Facendo un'analisi volumetrica della presenza nei fumi di combustione della quantità di CO 2, O 2, CO, al variare del volume d'aria comburente, si possono tracciare diagrammi come quello rappresentato in fig. 1.5 In essa si nota che, nel lato sinistro rispetto al valore della miscela stechiometrica, al diminuire della percentuale d aria, non c è O 2, diminuisce la CO 2, mentre ovviamente cresce il CO. In presenza di eccesso d aria, diminuisce la CO 2, aumenta O 2, mentre scompare il CO che è il tipico prodotto della combustione incompleta. Le linee tratteggiate definiscono il comportamento di CO e CO 2 quando aria e combustibile non si mescolano completamente, come avviene nei casi reali. Quindi CO e CO 2 coesistono da ambo i lati del punto avente ascissa 100. Man mano che l eccesso d aria aumenta, aumenta la possibilità del combustibile di combinarsi con l ossigeno e quindi di trasformarsi completamente in CO 2 e H 2 O con liberazione di energia termica. 18

20 1. La combustione Fig. 1.5: diagramma di combustione per il metano Questo fatto evidenzia dunque, come peraltro già visto in precedenza, la necessità di fornire un eccesso d aria al combustibile per avere la completezza della combustione. Suggerisce inoltre quali analisi si debbono fare per stabilire il volume dell eccesso d aria necessario alla completa combustione. Naturalmente questo eccesso deve essere minimo poiché si riscalda aria che sottrae parte del calore destinato all acqua, scaricandola all esterno attraverso il camino; ma l eccesso non deve essere troppo basso poiché si deve sempre e comunque garantire una combustione sicura e pulita (tab 1.9). Tab 1.9 parametri funzionali per impianti in buone condizioni di esercizio. 19

21 1. La combustione Poiché un maggior eccesso d aria comporta anche un incremento delle perdite per calore sensibile, se ne può notare l incidenza percentuale a parità di temperatura di espulsione dei prodotti della combustione (fig. 1.6). Fig. 1.6: perdite di calore sensibile con i fumi in funzione dell eccesso d aria Quando nel fumo non vi sono apprezzabili quantità di incombusti, le perdite percentuali di calore si possono calcolare con sufficiente approssimazione con la seguente formula dovuta a Hassenstein: t f t Ps% Ks CO nella quale i simboli hanno il seguente significato: - Ps = perdita di calore nei fumi in % del calore fornito - tf = temperatura dei fumi presa alla base del camino in C - ta = temperatura dell aria ambiente in C - Ks = coefficiente di moltiplicazione funzione del tipo di combustibile, e della percentuale di CO 2 rilevato nei fumi. Questi valori sono riportati in tabella a 20

22 1. La combustione Tab. 1.10: valori di ks in funzione del contenuto percentuale in volume di CO2 nei fumi per alcuni tipi di combustibile 1.8. Il diagramma di Ostwald Mentre il giudizio quantitativo di una combustione viene stabilito dal rendimento, quello qualitativo si determina partendo dalle analisi dei fumi abbinata all uso del diagramma di Ostwald. Esso ci dice per ogni tipo di combustibile, se la combustione è completa o incompleta, e se è incompleta la percentuale di incombusti; la percentuale di eccesso d aria e soprattutto permette di controllare se l analisi dei fumi e corretta. Nel piano cartesiano di coordinate CO 2 e O 2 vengono riportati, sulle ordinate, il valore corrispondente alla percentuale di ossigeno presente nell aria (20,8%); sulle ascisse, il valore stechiometrico contenuto di CO 2 nei fumi anidri relativo al combustibile in esame (CO 2 metano 11,7%). Congiungendo questi 2 punti del piano si ottiene una retta che rappresenta il luogo dei punti a combustione completa funzione del valore dell eccesso d aria (CO = 0). Il diagramma è completato con rette parallele corrispondenti alla combustione incompleta e identificabile con la percentuale crescente di CO contenuta nei fumi, e le rette ad eccesso d aria costante, sia in combustione completa che incompleta. 21

23 1. La combustione Fig. 1.7: triangolo di Ostwald per il metano Facciamo alcuni esempi per meglio chiarire l utilità del diagramma. Se l analisi di combustione di metano da il contenuto percentuale in volume di O 2 = 1,5 %, CO 2 = 10%, utilizzando il diagramma di fig.1.7, risulta che la combustione è incompleta, che la percentuale di incombusti è 0,9% (la legge prevede<0,l%) l eccesso d aria è 1,08. Se ad esempio l analisi del CO da un valore di 0,1% uno dei tre valori precedenti di O 2 CO 2,CO, è errato. Qualora non si riesca a fare rientrare i valori sopra espressi entro i limiti segnati in tab. 1.9 si deve agire per individuare le cause del cattivo funzionamento e porvi rimedio. Le cause più comuni di un cattivo funzionamento sono: - caldaia sporca; - potenza del bruciatore eccessiva; - tiraggio del camino o troppo basso o troppo alto; - pressione o depressione in caldaia eccessiva. 22

24 1. La combustione 1.9. Il diagramma di Bunte Meno noto del diagramma di Ostwald, ma altrettanto importante perché di immediata applicazione, è il diagramma di Bunte fig 1.8. Il diagramma costruito a partire dai valori desumibili dai diagrammi di Ostwald dei vari combustibili, rappresenta uno strumento molto usato in fase di analisi della combustione. Il diagramma partendo dalla rilevazione della percentuale di ossigeno nei fumi e correlando tra loro O2 e CO2, indica in maniera diretta quali siano i valori massimi di concentrazione di CO2 da attendersi al fine di ottenere una combustione completa. Fig. 1.8: diagramma di Bunte per alcuni combustibili Combustione ed agenti inquinanti L inquinamento atmosferico prodotto dall uomo attraverso le combustioni può provenire da fonti mobili (mezzi di trasporto) o da fonti fisse: impianti termoelettrici, industriali e di riscaldamento. Gli inquinanti atmosferici più significativi sono: - idrocarburi volatili (CxHy); - ossido di carbonio (CO); - ossidi di zolfo (SOx); - ossidi di azoto (NOx); L utilizzo del gas tra i combustibili fossili, risulta certamente il più rispettoso dell ambiente, in quanto si può ritenere che i normali apparecchi di riscaldamento a gas emettono solo il 27% in meno di ossidi di azoto rispetto agli apparecchi a gasolio, mentre emettono invece circa il 50% in meno di ossido di carbonio e di idrocarburi volatili. 23

25 1. La combustione Una prima considerazione è che, ad esclusione dei gas, tutti i combustibili liquidi contengono ceneri, ragion per cui, anche in presenza di combustioni pulite ed ottimali dal punto di vista ecologico, le ceneri finiranno in parte al camino tra le emissioni ed in parte si depositeranno in caldaia. Per esempio una caldaia a gasolio avente potenza al focolare di kcal/h (348,8 kw - 30 kg/h di gasolio bruciati), alla fine di una stagione di ore di funzionamento avrà prodotto circa 4,5 kg di ceneri. Idrocarburi volatili Vengono complessivamente indicati con la formula CmHn. Sì possono produrre in misura rilevante nelle fasi di avviamento e di arresto della combustione, ma anche durante il funzionamento del bruciatore, se la combustione risulta incompleta in seguito ad un disturbo temporaneo o sistematico presente nella fiamma. Tra le cause più frequenti della combustione incompleta citiamo: - disassamento della fiamma a lambire una parete fredda della camera di combustione; - miscelazione della testa scarsamente efficiente. I bruciatori premiscelati, (impiegati su tutta la gamma di generatori a condensazione proposti da Erretiesse) nei quali viene costantemente assicurata la giusta presenza di aria necessaria alla combustione completa, rappresentano certamente la migliore soluzione per l abbattimento delle emissioni di gas incombusti. Ossido di carbonio L ossido di carbonio è un gas instabile, inodore, incolore, molto tossico perché, una volta respirato, va direttamente nel sangue, fissando l emoglobina in carbossiemoglobina ed impedendo per contro il fissaggio vitale dell ossigeno. Gli effetti sul corpo umano dell esposizione prolungata alle diverse concentrazioni di questo gas sono visibili in fig Fig.1.9: effetti del CO sul corpo umano per ore di permanenza nell ambiente 24

26 1. La combustione L ossido di carbonio è altresì estremamente pericoloso, perché con l aria forma una miscela esplosiva con grandissima facilità (dal 12,5% al 74%). Ha una densità di poco inferiore a quella dell aria (circa il 3% in meno), per cui di fatto diffonde in tutte le direzioni, nello stesso modo ed insieme all aria ambiente. Nel caso di rigurgito di fumi caldi (camino ostruito o in contro-pressione) da caldaie a camera di combustione comunicante - caso delle caldaie murali con bruciatore a tappeto (aspirato) - o anche non ermetica rispetto all ambiente (generatori di tipo B), l eventuale ossido di carbonio contenuto nei fumi si diffonde nell ambiente insieme ad essi, tendenzialmente verso l alto. Al raggiungimento della concentrazione minima di esplodibilità, l innesco banale di una scintilla dell impianto elettrico è sufficiente a determinarne l esplosione. Ma il pericolo ancor più grave, nel caso di emissioni di ossido di carbonio nell ambiente, per mancanza di ricambio d aria necessaria alla combustione o per insufficiente tiraggio del camino, è quello della intossicazione e nei casi più gravi della cosiddetta morte rosa. L ossido di carbonio si produce sia con combustibili liquidi, che con combustibili gassosi, ogni qualvolta per difetto di regolazione dell aria o di miscelazione aria-combustibile, la combustione avviene nel suo complesso, oppure localmente, in difetto d aria. La sua formazione è sempre imputabile ad una tecnologia di combustione decisamente inadeguata e per lo più scadente. In tali combustioni incomplete si verifica anche l ulteriore assurdo tecnico che il calore liberato è appena il 30% di quello ottenibile da una combustione completa a CO 2. La soglia limite stabilita dalla norma UNI è ppm (in condizioni di fumi secchi). Tipici valori nei gas combusti per impianti a gasolio: ppm; per impianti a gas : ppm Anidride carbonica e gas di serra Anche l anidride carbonica, che è il prodotto naturale e voluto della combustione può a rigore, essere considerata tra i potenziali inquinanti, in quanto una sua eccessiva concentrazione in determinate zone dell atmosfera, dovuta ad una localizzazione eccessiva delle combustioni e ad una insufficiente diluizione dei loro prodotti, può alla lunga creare importanti modificazioni meteorologiche ed ambientali. Il valore di soglia limite è ppm, alla concentrazione di oltre il 15% in volume ( ppm) si perde immediatamente conoscenza. Ma anche altri gas provenienti dalle combustioni possono esaltare l effetto serra. Sono gas di serra il metano, gli idrocarburi volatili, gli ossidi di azoto, gli stessi CFC (clorofluorocarburi). Ossidi di Azoto NOx Nel campo delle combustioni si riscontra che a temperature elevate, in presenza di ossigeno libero (e di eventuali catalizzatori), l azoto 25

27 1. La combustione dell aria si può combinare con l ossigeno dando luogo ad ossidi di azoto, che collettivamente vengono denominati NOx. I due più importanti sono l ossido di azoto NO e il biossido di azoto NO 2. L NO si ossida con molta facilità per azione dell ossigeno atmosferico in biossido 2NO + O 2 = 2NO 2 L equilibrio della reazione è praticamente tutto spostato verso destra a temperatura ambiente e solo al di sopra dei 200 C comincia a retrocedere, ed è per questo motivo che l NO2 rappresenta il principale componente di riferimento nell analisi degli agenti inquinanti. L ossido di azoto è un gas incolore ed è meno velenoso del biossido, che è di colore giallo-bruno. Questi ossidi sono più aggressivi dell anidride solforosa ed in più, venendo a contatto col vapore d acqua a seguito di trasformazioni multiple avvenute negli strati alti dell atmosfera, possono dar luogo a precipitazioni contenenti acido nitrico, che è ancora più micidiale dell acido solforico Con l assorbimento dei raggi ultravioletti dell atmosfera, gli ossidi di azoto concorrono alla formazione di ossidanti fotochimici in genere, che creano danni alle vie respiratorie e contribuiscono alla formazione dello smog (smog fotochimico). I meccanismi di formazione sono sostanzialmente di 3 tipi, come da schema rappresentato (tab.11.1) PROVENIENZA DELL AZOTO Aria Aria Combustibile MEZZO - PARTNER DI REAZIONE Gas di combustione Fronte di fiamma Fronte di fiamma MECCANISMO DI FORMAZIONE DEGLI NO X NO X termici NO X primari ( pronti ) NO X del combustibile Tab 1.11: meccanismi di formazione degli NOx a) Ossidi di azoto termici: si formano dall azoto dell aria di combustione nel nucleo della fiamma a temperature superiori ai 1300ºC, secondo: O N 2 N O 2 NO N NO O La loro concentrazione cresce molto rapidamente con la temperatura della fiamma (fig.1.10) e con il tempo di transito dei prodotti della combustione attraverso la zona calda di fiamma (fig.1.11); è inoltre dipendente dalla pressione parziale dell ossigeno nella stessa zona (ovvero dall eccesso d aria locale e complessivo della combustione) (fig.1.12). 26

28 1. La combustione Fig.1.10: temperatura di fiamma e formazione di NOx Fig.1.11: tempo di transito dei prodotti della combustione e formazione di NOx Fig.1.12: eccesso d aria e formazione di NOx Dai grafici si evince che più lunghi tempi di attraversamento portano ad un incremento della formazione degli NOx, generalmente trattasi di tempi compresi tra 0,01 e 10 secondi. Soprattutto nel caso di camere di combustione ad alto carico termico specifico e ridotto tempo di attraversamento, variazioni anche modeste di quest ultima grandezza esercitano un rilevante influsso sulla produzione di NOx. 27

29 1. La combustione b) Ossidi di azoto primari ( pronti ): si formano dall azoto molecolare dell aria di combustione, durante le fasi iniziali della combustione, in cui l idrocarburo si scinde in radicali, qualora esista nel fronte di fiamma un eccesso di ossigeno atomico. Il meccanismo elementare di formazione è del tipo: CH + N 2 HCN + N HCN + O CNO + O CNO + O NO + CO Esso è molto influenzato dalla concentrazione dell ossigeno (la produzione di NOx primari cresce con il crescere dell eccesso d aria) e scarsamente dalla temperatura. E rilevante il fatto che si pervenga alla formazione finale di CO, oltre chè di NO, come a dire che i due inquinanti si influenzano in maniera sostanzialmente sinergica. Anche se la quota parte di NOx primari è solitamente molto inferiore a quella dei termici. c) Ossidi di azoto del combustibile (fig. 1.13): si formano dalla quantità di azoto fossile monoatomico contenuto nel combustibile (caso dell olio combustibile e anche del gasolio). I combustibili liquidi hanno un contenuto di azoto organico che dipende dalla provenienza del greggio (0,02% 0,6%) e dalla frazione impiegata (fino a 1,4% per i distillati pesanti). Fig.1.13: formazione di NOx termici, rapidi e da combustibile Viceversa i combustibili gassosi sono privi di azoto nel combustibile. La reazione tra azoto ed ossigeno avviene a circa ºC. Dal momento che l azoto monoatomico ha bisogno di tempi lunghi per diventare molecola stabile biatomica, occorre impedire una troppo rapida ossidazione del combustibile (tecniche di miscelazione povera). Generalmente solo una parte dell azoto organico viene ossidata a NO e le efficienze di conversione, comprese tra il 15% e il 100% 28

30 1. La combustione sono tanto più elevate, quanto maggiore è appunto l eccesso d aria. L NO 2 si forma per riossidazione dell NO nella camera di combustione, allorché la temperatura della fiamma scende sotto i 650 ºC, secondo lo schema elementare: Tecnologie volte a ridurre gli agenti inquinanti NO + O 2 <=> 2NO 2 NO + H 2 O NO 2 + OH I gas di scarico del camino nell atmosfera contengono per lo più NO 2. La migliore soluzione volta a ridurre le emissioni inquinanti, verte nella scelta di un bruciatore premiscelato di gas nel quale si ha la totale premiscelazione tra aria e gas combustibile prima della testa di combustione, in maniera tale da avere un intima miscela tra i due costituenti (elemento comburente e combustibile). Al fine di ridurre il più possibile l influenza negativa sulla formazione di elementi inquinanti inoltre, il bruciatore deve essere stato progettato congiuntamente alla caldaia, quindi sono da preferire le soluzioni denominate Unit ovvero gruppi termici integrati costituiti da corpo caldaia e bruciatore. La progettazione integrata permette infatti di eliminare quei fattori negativi quali: - formazione di sacche d aria nella zona di fiamma; - riduzione del carico termico della camera di combustione, con generazione di fiamme più morbide più facilmente raffreddabili; - ottimizzazione del percorso fumi nella camera di combustione; - riduzione della temperatura nella zona di combustione. Tra i bruciatori più adatti al contenimento degli agenti inquinanti si evidenziano i bruciatori premiscelati di tipo ceramico ed i bruciatori premiscelati di tipo metallico. I bruciatori ceramici rappresentano certamente la soluzione migliore relativamente all emissione di agenti inquinanti, la loro tipologia costruttiva non richiede aria secondaria (afflusso d aria attorno al bruciatore); la completa premiscelazione, infatti, abbinata ad un notevole eccesso d aria (maggiore del 130%) consente valori di CO < 40 ppm e valori di NOx variabili tra ppm. Tra gli aspetti negativi di questa tecnologia però si devono mettere in conto la fragilità e l attitudine all intasamento delle miscrofessure che fanno passare la miscela aria gas con conseguente ostruzione del bruciatore dopo un prolungato funzionamento ed una combustione non più omogenea. 29

31 1. La combustione Fig. 1.14: rappresentazione di un bruciatore ceramico I bruciatori radianti metallici sono sostanzialmente costituiti da una lamiera forata con fori del diametro di alcuni decimi di millimetro. Il regime di funzionamento non è completamente radiante, come nel caso dei bruciatori con ricopertura ceramica. Anche per questa applicazione, è necessario impiegare un sistema di ventilazione forzata, per favorire la miscela aria-gas, e distribuire questa miscela in modo omogeneo sulla superficie laterale del combustore. In figura viene rappresentata tale tipologia di bruciatore. I valori di emissione inquinante di questi bruciatori sono leggermente superiori dei valori ottenibili con i bruciatori ceramici, rimanendo comunque sempre ben al di sotto dei limiti richiesti dai più stringenti riferimenti normativi, assicurando inoltre una miglior stabilità funzionale. Fig. 1.15: rappresentazione di un bruciatore in acciaio con corona radiale di fiamma (tipo Evinox) Fig. 1.16: rappresentazione di un bruciatore in acciaio con corona piana di fiamma (tipo Geminox) 30

32 1. La combustione Riferimenti normativi antinquinamento I limiti di emissione degli agenti inquinanti ed in particolare degli NOx e di CO, sono stabiliti da normative in continua evoluzione. Le normative più avanzate a livello europeo sono quelle operanti in Germania e Svizzera, che impongono limiti differenziati in relazione al tipo di combustibile bruciato, alla potenza termica dell impianto, alla tecnologia impiegata e costituiscono il termine di riferimento attualmente più probante. Di seguito vengono rappresentati i limiti previsti secondo le diverse direttive ad oggi in vigore (cfr. tabella ) Tab 1.12: valori limite di emissioni inquinanti per gruppi termici e bruciatori (marchio ecologico Angelo Blu, Normative di riferimento europee per i bruciatori EN 267 EN 676) Tab 1.13 : valori limite di emissioni inquinanti per gruppi termici a gas secondo norma tedesca DIN

33 1. La combustione Classe NOx (Mg/kWh) Concentrazione limite di NOx (ppm)* G110 G20 G25 G30 G * Riferiti allo 0% di O2 Tab 1.14 : classe di appartenenza per valori di emissioni inquinanti secondo EN 483, 297 A3 per gruppi termici a gas con riferimento ai ppm 0% di O 2 Tab 1.15 : valori limite di emissioni inquinanti per caldaie, gruppi termici e bruciatori (normativa tedesca DIN, normativa svizzera LRV92, per vari apparecchi) Dall analisi delle tabelle sopraesposte si distinguono, norme, leggi, e decreti tra i quali si pongono in particolare evidenza: - Angelo Blu Tedesco Accanto a norme di carattere generale DIN 4702 sono state elaborate norme speciali aggiuntive, il cui rispetto è facoltativo per il settore del riscaldamento, come le RAL-UZ il cui rispetto consente l attribuzione dell importante marchio ecologico Angelo Blu. 32

34 1. La combustione - Norme Svizzere La Svizzera nazione europea decisamente impegnata sul fronte dell ecologia dell aria, le cui norme LRV 92 sono state tra le più restrittive ad essere per prime introdotte. - Norme CEE Le norme Europee anch esse in continua evoluzione, costituiscono con le parti relative ai bruciatori di gasolio EN 267, di gas EN 676, ai gruppi termici di gasolio e di gas EN 483, EN 297, il principale vincolo di riferimento per i produttori di bruciatori e caldaie, al fine dell introduzione dei loro prodotti sul mercato. 33

35 1. La combustione Misura degli agenti inquinanti La misurazione degli agenti inquinanti, è imposta dalle varie normative europee; in Italia la norma UNI 10389, fissa i valori massimi consentiti per il CO e per l indice di fumosità, mentre i limiti per gli NOx sono richiesti per l ottenimento dei contributi previsti dai piani locali antinquinamento. Secondo appunto la UNI 10389: - la concentrazione massima di CO (riportata in condizione di fumi secchi) deve essere inferiore allo 0,1% pari a 1000ppm; - l indice di fumosità, riferito alla scala Bacharach, deve essere : inferiore a 2 per il gasolio; inferiore a 6 per l olio combustibile. Il cui rispetto deve essere verificato nel corso dell analisi di combustione del generatore di calore. Secondo tale norma la rilevazione dei parametri di funzionamento deve essere effettuata all uscita della caldaia nel raccordo del camino, per mezzo di analizzatori dotati di sensori elettrochimici. Affinché le diverse misure effettuate siano sempre confrontabili tra loro è indispensabile adottare uguali parametri di riferimento. Per quantificare le sostanze nocive emesse da un impianto vengono spesso usate infatti diverse unità di misura quali ppm, mg/m³ e mg/kwh i cui coefficienti di conversione sono rappresentati in tabella 1.16: Tab 1.16 : fattori di conversione tra unità di misura degli inquinanti. 34

36 1. La combustione La misurazione in ppm è basata sul principio della determinazione in parti volumetriche delle sostanze nocive contenute in un milione di parti volumetriche di gas di scarico. La misurazione in mg/kwh indica la massa della sostanza nociva, espressa in relazione con l energia data dalla combustione del combustibile. La misurazione in mg/m³ indica la massa della sostanza nociva, espressa in milligrammi, contenuta in un metro cubo di fumi in condizioni normali di temperatura: 0 ºC e pressione: 1013 mbar (hpa). La semplice rilevazione del contenuto di sostanze nocive non consente tuttavia un confronto, in quanto per raffrontare le emissioni di impianti funzionanti in analoghe condizioni di esercizio, risulta necessario riportare i valori letti in funzione di un unico parametro di funzionamento rappresentato dal contenuto di ossigeno. In genere il valore misurato degli inquinanti (solitamente espresso in ppm) va riferito a fumi non diluiti, cioè privi di ossigeno libero (0% O2). Se nelle misurazioni viene rilevato un diverso contenuto di ossigeno, per ricavare il valore corretto degli inquinanti è necessario procedere alla conversione attraverso dei fattori correttivi dipendenti dall effettiva percentuale di O2; pertanto a seconda che si disponga della percentuale di O2 o di CO2 si usa rispettivamente la: 21 Vcorretto Vmisurato 21 O 2 CO2 Vcorretto Vmisurato max CO mis Dalle formule si può notare come un aumento dell eccesso d aria comporti un aumento del coefficiente di correzione. Qualora fosse necessario riferire il valore degli inquinanti ad una percentuale di ossigeno libero diversa dallo 0%, bisogna utilizzare la seguente formula: 21 O2rif Vcorretto Vmisurato 21 O mis con O 2 rif =percentuale di riferimento dell ossigeno con O 2 mis=percentuale misurata dell ossigeno