Principi di funzionamento delle caldaie

la caldaia è quell'apparecchiatura utilizzata negli impianti di riscaldamento per produrre calore mediante un processo di trasformazione dell'energia dei combustibili. Il calore prodotto viene utilizzato per riscaldare il fluido termovettore, solitamente acqua o aria, che viene poi messo in circolazione nel sistema di distribuzione dell'impianto di riscaldamento, al fine di climatizzare gli ambienti o di fornire acqua calda ad uso sanitario.

Il principio di funzionamento generale può essere sintetizzato come segue:
Il combustibile viene immesso nella camera di combustione ove avviene la trasformazione in calore che, con un adeguato sistema di accoppiamento detto scambiatore termico, viene trasmesso al fluido termovettore innalzandone la temperatura. Il fluido caldo viene poi convogliato in un apposito circuito di distribuzione.

Il funzionamento della caldaia è strettamente legato al tipo di combustibile utilizzato. Essenzialmente si possono distinguere tra cambustibili solidi (biomassa), come legna e pellets, e combustibili liquidi, come gasolio o gas liquefatti.

In entrambi i casi la produzione di calore avviene sia per il riscaldamento dell'aria contenuta nella camera di combustione (fumi), sia grazie all'irraggiamento diretto della camera di accoppiamento. Alcuni sistemi prevedono lo sfruttamento dei gas di scarico per ottimizzare ulterirmente la resa della caldaia.

Caldaie a biomassa

Vedi i prodotti Efesto relativi alle caldaie a biomassa

Nelle caldaie a biomassa il calore viene ottenuto dalla combustione di materiale solido di natura biologiaca, come legna o pellets. Solitamente si tratta di caldaie a basamento, fisse o semovibili, che consentono un efficace carico del combustibile.

Caldaie a fiamma inversa

Di particolare interesse sono le caldaie che si basano sul principio di funzionamento della fiamma inversa in cui la fiamma si sviluppa verso il basso grazie al direzionamento forzato tramite aspirazione o ventilazione. Una caldaia a fiamma inversa è divisa internamente in due camere disaccoppiate. La camera superiore, dove viene caricato il combustibile, viene portata ad elevate temperature per provocare l'essicazione e la gassificazione della biomassa. Il gas prodotto viene indirizzato nella camera di combustione sottostante per alimentare la fiamma inversa.

Questo tipo di caldaia offre diversi vantaggi rispetto ad una caldaia tradizionale:

• Il riscaldamento del fluido termavettore avviene sia grazie all'elevata temperatura dell'aria primaria e secondaria contenute nella camera di gassificazione, sia grazie al calore prodotto nella camera di combustione.
• La gassificazione della biomassa consente la riduzione del materiale incombusto, aumentando il rendimento di combustione fino all'86%.
• La camera di combustione ha una culla di raccolta delle ceneri residue in cui vengono bruciati eventuali residui di biomassa incombusti, aumentando ulteriormente la resa della caldaia.
• Tramite i sistemi di regolazione è possibile intervenire sul funzionamento dei vari elementi, come la temperatura di gassificazione e l'intensità della fiamma inversa. Pertanto il sistema può essere ottimizzato in base alle caratteristiche della biomassa utilizzata e in base ai fattori climatici, come temperaura ambiente, umidità, densità dell'aria.

Caldaie a combustibile liquido

Vedi i prodotti Efesto relativi alle caldaie murali a gas

Nelle caldaie a combustibile liquido il calore viene ottenuto dalla combustione di materia infiammabile allo stato liquido, come gasolio e gas liquefato. Il liquido viene polverizzato e detonato per provocarne la combustione i cui fumi andranno a riscaldare il fluido termovettore tramite uno scambiatore termico.

Per comprendere meglio analizziamo rapidamente i componenti principali di un modello generico di caldaia a gas.

Scheda di comando

La scheda di comando è il cervello digitale della caldaia da cui viene comandata l'accensione e regolato il funzionamento dei restanti componenti, ad eccezione di quelli esclusivamente meccanici.

Sistema di circolazione

Il sistema di circolazione è il circuito che regola lo spostamento del fluido termovettore dal bacino sorgente verso la caldaia (entrata) e dalla caldaia verso il sistema di riscaldamento (uscita). In entrata prevede una pompa, detta circolatore, che forza il termovettore a spostarsi nelle tubazioni del sistema e a recuperare il fluido che ha terminato il ciclo di circolazione (ritorno). In uscita è munito di un vaso di espansione che mantiene stabile la pressione del fluido all'interno dei tubi. Inoltre, sia in entrata che in uscita sono previste valvole di sicurezza che inibiscono il sistema in caso di valori anomali di temperatura e pressione.

Circuito del gas

Affinché possa essere innescata la combustione, il gas deve essere portato dallo stato liquido a quello gassoso agendo sulla temperatra e sulla pressione tanto da ridurre i legami molecolari che lo mantengono in forma liquida. A questo scopo viene utilizzato un apposito circuito che regola, inoltre, la quantità di gas vaporizzato da immettere nel bruciatore.

Bruciatore

Una volta vaporizzato, il gas viene convogliato nel bruciatore in cui viene innescata la combustione tramite scariche elettrovoltaiche (scintille). Il bruciatore è costituito da una serie di ugelli disposti in modo da distribuire uniformemente il flusso del gas, quindi delle fiamme, all'interno della camera di combustione.

Scambiatore termico

Lo scambiatore è quell'apparato in cui il calore generatosi all'interno della camera di combustione viene trasferito al fluido termovettore. In pratica il termovettore a temperatura ambiente viene spinto dal circolatore verso lo scambiatore, dove viene riscaldato e prosegue la sua corsa verso il circuito esterno di destinazione (riscaldamento o acqua calda sanitaria).

Caldaie Murali

Come abbiamo visto le caldaie a combustibile liquido hanno un sistema di carico del propellente regolato da un apposito circuito. Questo consente di posizionare la caldaia in un ambiente separato rispetto alla cisterna di stoccaggio, in modo da garantire la messa in sicurezza del sistema in base alle regolamentazioni vigenti in materia.

Questa caratteristica influisce anche sulla tipologia delle caldaie. Infatti, soprattutto le caldaie a gas, vengono progettate per essere fissate a muro e per questo motivo vengono classificate anche come Caldaie Murali. Le caldaie murali hanno dimensioni notevolmente inferiori rispetto alle caldaie a biomassa; pertanto possono essere installate anche in piccoli ambienti o in aree esposte alla vista in cui è necessario ridurre l'impatto ambientale. In ogni caso devono essere rispettati determinati requisiti di sicurezza che garantiscano il funzionamento ottimale del sistema.

Caldaie a policombustibile

Vedi i prodotti Efesto relativi alle caldaie a policombustibile

Le caldaie a policombustibile sono dei sistemi di riscaldamento ibridi che possono essere alimentati con diversi tipi di combustibile.

Nella figura a lato possiamo osservare due combinazioni di caldaia a policombustibile prodotte dalla Riello:

• A) Caldaia con bruciatore a pellets:
  Può essere alimentata sia a legna che a pellets. Nel vano inferiore viene montato il bruciatore specifico per il pellets che è connesso ad un sistema di carico automatico della biomassa.
• B) Caldaia con bruciatore a gas o gasolio:
  Può essere alimentata con legna, gas oppure gasolio. Nel vano inferioreviene montato il bruciatore specifico per combustibili liquidi, che è munito del apparato per la circolazione del combustibile.