NUOVE TECNOLOGIE PER LA PRODUZIONE DI CALORE DAL LEGNO

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Giorgio Romano
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1 NUOVE TECNOLOGIE PER LA PRODUZIONE DI CALORE DAL LEGNO La combustione del legno E la reazione chimica di ossidazione del legno che cede la propria energia liberando rapidamente calore. Il processo di combustione avviene essenzialmente in tre fasi successive, in funzione della temperatura: Evaporazione dell acqua: raggiunti i 100 C il legno comincia a perdere l umidità residua; Pirolisi o gassificazione: a C inizia l evaporazione dei composti del legno (idrocarburi), il legno cambia struttura aumentando la sua porosità (carbone di legno). Combustione dei componenti volatili: a C i componenti volatili (gas), che rappresentano circa il 75% del combustibile, iniziano a essere combusti. Oltre C la maggior parte dell energia è stata liberata sotto forma di calore. UNA COMBUSTIONE COMPLETA ED EFFICIENTE In teoria, la combustione è completa quando tutte le parti del combustibile hanno reagito con l ossigeno e sono state quindi combuste. In realtà, l obiettivo è massimizzare l efficienza del processo limitando il più possibile la perdita di energia, cioè di gas incombusti (CO). Parametri di controllo della combustione del legno Gas esausti Livelli ottimali Ossigeno nei fumi (O2) 5-8% Anidride carbonica (CO2) 13-16% Ossido di carbonio (CO) < 100 ppm C Ossidi di Azoto (NOx) Temperatura gas esausti < 150 C 1. sistema di alimentazione a coclea 2. soffiante di accensione 3. blocco combustibile 4. griglia del focolare 5. contenitore ceneri 6. testata del soffiante 7. camera di combustione 8. depolverizzatore gas esausti 9. contenitore ceneri residue 10.scambiatori di calore 11.soffiante gas di scarico I moderni apparecchi termici a legno Negli ultimi anni il notevole progresso tecnologico ha prodotto apparecchi termici in grado di ottenere una combustione della legna pressoché perfetta ed emissioni comparabili con quelle delle caldaie a combustibili fossili. Nelle moderne caldaie a legna le alte temperature raggiunte in camera di combustione, circa 1000 C, determinano una combustione molto raffinata con un rendimento termico superiore all 85%. In tali apparecchi il processo di ossidazione viene ottimizzato grazie a un sistema di aria forzata controllato da un dispositivo di regolazione (sonda LAMBDA).

Pirolisi o gassificazione: a 100-105 C inizia l evaporazione dei composti del legno (idrocarburi), il legno cambia struttura aumentando la sua porosità (carbone di legno).

2 IMPIANTI TERMICI MANUALI A LEGNA Per il riscaldamento e la produzione di acqua sanitaria, fino a una potenza di kw. Caldaia a fiamma inversa La camera di combustione è sotto il focolare dove un sistema di aria forzata (aria primaria) alimenta la fiamma verso il basso, sotto l accumulo di legna. I gas delle combustione, per mezzo di un soffiante, vengono richiamati e combusti nella seconda camera di combustione. 1. Portello per il caricamento della legna 2. Contenitore conico 3. Zona di scarico dei gas 4. Tunnel termoresistente per la combustione secondaria 5. Cassetto per la cenere 6. Scambiatore a tubi verticali 7. Coperchio per la pulitura dall alto 8. Cassetto per la cenere sotto lo scambiatore 9. Soffiante pei i gas di scarico 10. Coperchio per la manutenzione 11. Sonda LAMBDA Il calore prodotto dalla combustione, attraverso lo scambiatore di calore, è trasmesso al circuito interno dell impianto che alimenta i radiatori e il serbatoio dell acqua sanitaria. L acqua calda prodotta in eccesso, è inviata nell accumulatore dal quale, all occorrenza, con un sistema automatico di valvole sarà prelevata. L accumulatore È un serbatoio termicamente isolato che consente di: ottimizzare la combustione allungando la vita alla caldaia, assorbire i picchi di richiesta termica dell impianto, programmare il riscaldamento degli ambienti per le prime ore della mattina, disporre di maggiori quantità di acqua sanitaria prodotti con una sola carica di legna, integrare l impianto termico a legna con un sistema solare termico. La centralina elettronica Controlla e regola automaticamente tutti i parametri dell impianto e permette di gestire al meglio il funzionamento della caldaia.

I gas delle combustione, per mezzo di un soffiante, vengono richiamati e combusti nella seconda camera di combustione. 1. Portello per il caricamento della legna 2. Contenitore conico 3.

3 IMPIANTI TERMICI AUTOMATICI A LEGNO CIPPATO E PELLET Sono degli impianti alimentati in modo automatico per il riscaldamento domestico, fino alle reti di teleriscaldamento al servizio di interi paesi. Le caldaie di piccola e media potenza, dotate di un sistema a griglia fissa, necessitano di un cippato piuttosto uniforme, con umidità non superiore al 30-40% e pezzatura proporzionata alla dimensione della coclea del sistema di alimentazione. 1. silo; 2. sistema di estrazione a bracci rotanti; 3. coclea di trasferimento; 4. coclea di alimentazione; 5. sistema di spegnimento automatico; 6. camera di combustione; 7. aria primaria; 8. aria secondaria; 9. camera di post-combustione; 10. scambiatore di calore; 11. camino; 12. collegamento alla rete di teleriscaldamento; 13. pannello di controllo elettronico; 14. grata di rimozione delle ceneri; 15. coclea di rimozione delle ceneri; 16. contenitore delle ceneri; 17. accesso allo scambiatore per la pulizia delle ceneri. Il silo Le caldaie di grande potenza, dotate di grandi camere di combustione e sistemi a griglia mobile, sono in grado di tollerare cippati molto eterogenei con umidità fino al 60%, in questo caso il sistema di alimentazione è costituito da un cilindro oleodinamico chiamato spintore.

dimensione della coclea del sistema di alimentazione. 1. silo; 2. sistema di estrazione a bracci rotanti; 3. coclea di trasferimento; 4. coclea di alimentazione; 5.

4 IL TELERISCALDAMENTO È un sistema centralizzato di distribuzione dell energia termica, da una centrale a varie utenze, attraverso una rete di tubazioni sotterranee che trasportano l energia termica per mezzo dell acqua. La rete Nel circuito chiuso scorrono sia l acqua calda che esce dall impianto ad una temperatura di circa C, sia l acqua di ritorno dalle sottostazioni ad una temperatura inferiore, dopo aver ceduto parte dell energia termica alle singole utenze. Le sottostazioni private L energia termica è ceduta all impianto domestico attraverso lo scambiatore di calore che sostituisce la caldaia privata. La centrale termica (3 MW) Le sottostazioni pubbliche Il telecontrollo Permette di monitorare, in tempo reale, tutti i parametri dell impianto e delle sottostazioni. Le tubazioni coibentate sono posate sotto il manto stradale a circa 70 cm di profondità; la dispersione di calore è circa un grado al km.

La rete Nel circuito chiuso scorrono sia l acqua calda che esce dall impianto ad una temperatura di circa 80-90 C, sia l acqua di ritorno dalle sottostazioni ad una temperatura inferiore, dopo aver

5 MODELLI DI IMPIEGO ENERGETICO DEL LEGNO LEGNA A PEZZI: DALLE SIEPI CAMPESTRI AL CALORE PER L AZIENDA AGRICOLA Una azienda Agricola di Sandrigo (Vi) ha installato una caldaia a ciocchi di legno con potenza di 75 kw, che scalda un volume complessivo di 2500 m 3 (3 abitazioni contigue). L impianto è alimentato dalla legna prodotta dalle siepi campestri che orlano i canali di scolo aziendali, il consumo annuo è pari a circa 27 tonnellate. Sono necessari circa 2 km di siepe, tagliando 400 m ogni anno con turno di 5 anni, per produrre la legna necessaria ad alimentare la caldaia. Costi, risparmi e ammortamenti Soluzione a gas Consumo di gas (mc/anno) Costo del gas incluso IVA ( /mc) 0,59 Costo annuo del gas ( ) 6785 Soluzione a legna Lunghezza delle siepi aziendali (km) 2,5 Incremento a maturità (t/100 ml; turno 5 anni) 7 Costo della legna autoprodotta ( /t) 65 Produzione e consumo di legna (t/anno) 27 Costo della legna ( /anno) 1755 Stima del tempo di ammortamento Risparmio annuo rispetto al gas ( ) 5030 Costo dell impianto ( ) Tempo di ammortamento previsto (anni) 4,7 LEGNO CIPPATO: L IMPIANTO A SERVIZIO DELL AGRITURISMO Questo agriturismo ubicato a sud di Bolzano ha installato un impianto di riscaldamento a legno cippato di 25 kw che scalda 1500 mc. Il cippato, circa 50 msr/anno, è ottenuto delle potature dei meleti e dei vigneti aziendali. Il silo è il vano tecnico sono stati ricavati rispettivamente dal fienile e dalla stalla. L impianto è integrato con un sistema solare termico. Pellet: per il riscaldamento della propria abitazione In questa abitazione di 600 mc, ubicata a Pinerolo, due anni fa la caldaia a gasolio è stata sostituita con una moderna caldaia a pellet di legno di 25 kw. Il consumo annuo di pellet è di 4,5 t, che consente un risparmio cospicuo rispetto al gasolio.

L impianto è alimentato dalla legna prodotta dalle siepi campestri che orlano i canali di scolo aziendali, il consumo annuo è pari a circa 27 tonnellate.

6 MODELLI DI IMPIEGO ENERGETICO DEL LEGNO Teleriscaldamento: il modello scalda il tuo vicino Nella zona industriale di Cafasse (To) una società ha installato una caldaia di 1000 kw di potenza alimentata da legno cippato prodotto dalle potature delle alberature stradali e dalla manutenzione del verde pubblico e privato. La centrale termica, che consuma circa 2500 msr di cippato all anno, è collegata ai capannoni delle altre aziende (circa mc) a cui la società vende il calore. Teleriscaldamento: a servizio degli edifici pubblici Il Comune di Occhieppo Superiore (Bi) riscalda il Municipio, l asilo e la scuola materna (9.500 mc) con una caldaia a legno cippato di 500 kw collegata agli edifici pubblici per mezzo di una rete di teleriscaldamento di 150 ml. Il legno combustibile, circa 550 msr di cippato, proviene dalla manutenzione dei boschi locali e viene fornito dalla Cooperativa Alta Valle Elvo. Teleriscaldamento a servizio di una comunità L impianto di Castellamonte (To), gestito dall Azienda Servizi Ambiente, con una potenza installata di 9 MW, fornisce calore e acqua calda sanitaria a 650 famiglie di Castellamonte, oltre che all ospedale civile e a vari edifici pubblici. La centrale termica consuma circa msr di legno cippato derivante dal comparto forestale e dall industria del legno.

La centrale termica, che consuma circa 2500 msr di cippato all anno, è collegata ai capannoni delle altre aziende (circa 40.000 mc) a cui la società vende il calore.

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