Misure di polveri su caldaia a legna ad uso domestico

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1 PM Convegno Nazionale sul Particolato Atmosferico Bari, 6-8 Ottobre 2008 Misure di polveri su caldaia a legna ad uso domestico G. Antonacci(1), A. Cemin(1), D. Antolini(2), M. Ragazzi(2), I. Todeschini(1), G. Vignoli(1) (1) CISMA srl c/o TIS Innovation Park, via Siemens 19, Bolzano (2) Dip. Ingegneria Civile e Ambientale, Università di Trento

2 Obiettivo del lavoro: valutare le emissioni di polveri da impianti di combustione di legna per uso domestico. Metodo: Misure sperimentali: effettuate su un impianto pilota realizzato nei pressi della Facoltà di Ingegneria di Trento costituito da: 1. una caldaia semiautomatica a gassificazione con un sistema di dispersione del calore con circuito acqua 2. un contatore di particelle per misurare le polveri dai fumi opportunamente diluiti. Sono state effettuate 7 prove durante l'inverno 2007/2008 (inclusa una per la messa al punto del sistema) con durata fra le 2 e 5 ore con cariche di legna tra 10 e 40 kg Analisi dei dati: studio dell'andamento delle prove e dei parametri che le caratterizzano e analisi delle curve granulometriche ottenute.

3 Descrizione del setup sperimentale CONTA PARTI CELLE DILUIZIONE CALDAIA

4 Descrizione del setup sperimentale Caldaia Viessmann modello Arbola con potenza nominale 26 kw a funzionamento semiautomatico e carica manuale Usata per riscaldamento a biomassa per piccole abitazioni familiari consente di avere condizioni relativamente controllate rispetto ad una stufa aperta tradizionale Misuratore di polveri: conta particelle GRIMM Lo strumento è in grado di misurare la concentrazione di particolato solido ogni 6 secondi. Può fornire la misura in termini di n. di particelle su volume o in termini di concentrazione di massa I valori rilevati sono relativi a 15 classi granulometriche comprese tra 0.23 e 30 µm.

5 Descrizione del setup sperimentale Sistema di diluizione dei fumi serve: a diminuire la temperatura dei fumi altrimenti troppo elevata (~200 C all'aspirazione dalla canna fumaria) sotto il limite per lo strumento di misura (~70 C) a diminuire la concentrazioni di polveri e l'umidità per non causare danni allo strumento per la misura delle polveri Inoltre: delle termocoppie misurano la temperatura dei fumi nel condotto di aspirazione, nella canna fumaria e nella camera di combustione in modo da poter normalizzare le portate e controllare la tipologia di combustione le portate aspirate e quelle di diluizione vengono misurate attraverso un sistema digitale che utilizza due flussimetri digitali

6 Descrizione delle misure sperimentali - combustione durata approssimativa della prova del 15/02/2008: 4 ore legna bruciata: 36 kg Temperatura della camera di combustione prova del 15/02/2008 COMBUSTIONE A REGIME L'andamento della temperatura della camera di combustione permette di individuare combustione a regime in cui la temperatura è stazionaria

7 Descrizione delle misure sperimentali - combustione COMBUSTIONE A REGIME

8 Descrizione delle misure sperimentali - concentrazioni Temperatura dei fumi prova del 15/02/2008 Fase di spegnimento Fase di avvio Fase di regime Concentrazioni prova del 15/02/2008

9 Analisi dati MODALITÀ MASSA A REGIME Cambia la distribuzione granulometrica delle polveri rispetto al tener conto dell'intera prova I valori di concentrazione sono mediamente più bassi per tutte le classi granulometriche

10 Analisi dati MODALITÀ CONTEGGIO PARTICELLE La distribuzione granulometrica delle polveri cambia anche quando si osserva il numero di particelle per classe di diametro

11 Analisi dati La differenza è ancora più evidente dalla rappresentazione logradius ORDINATA : la variazione della massa della classe rispetto al logaritmo del diametro stesso ASCISSA : il diametro medio della classe (espresso in µm e su scala logaritmica)

12 Analisi dati fase di avvio Apertura portello movimento legna per attizzare il fuoco (manuale) Accensione con carta e trucioli di legno Apertura portello per controllo fiamma (manuale) Attivazione scambiatore di calore (automatico) Variazione aspirazione aria primaria (automatica) Apertura portello per controllo fiamma (manuale) Apertura aria secondaria (automatico)

13 Analisi dati fase di spegnimento Apertura portello per controllo braci (manuale) Combustione a regime aria primaria + secondaria (automatico) e scambiatore di calore in funzione Apertura portello per controllo fiamma (manuale) Spegniment o caldaia Spegnimento aria secondaria (automatica)

14 Esame... visivo Buona combustione Cattiva o incompleta combustione

15 Conclusioni L'individuazione del periodo in cui la combustione può essere definita a regime è possibile osservando l'andamento della temperatura dei fumi e della camera di combustione. A regime le temperature sono stazionarie. In generale, durante la combustione a regime la quantità di particolato emesso risulta inferiore. Tutte le operazioni sulla stufa come la carica della legna, l'apertura dello sportello, l'apertura o la chiusura dell'aria primaria o secondaria inducono valori di emissione molto maggiori. Osservando le curve granulometriche ottenute tenendo conto dell'intera prova, le classi con i valori di concentrazione più elevati risultano essere quelle relative alle particelle di diametro compreso tra 1.6 e 3 µm. Se si analizza invece solo il periodo centrale della prova in cui la combustione può essere considerata a regime, le curve hanno un andamento diverso e si nota una dominanza delle classi con diametro < di 0.4 µm o compreso tra 5 e 7.5 µm. Se la combustione è a regime, la concentrazione di polveri emesse risulta nettamente inferiore. Con buona combustione PM2.5 ~ PM10 (tende a sparire la frazione più grossolana)

16 PM Convegno Nazionale sul Particolato Atmosferico Bari, 6-8 Ottobre 2008 Grazie per l'attenzione