Gli ultimi sviluppi tecnologici per termostufe e caldaie a pellet

Termostufe e caldaie a pellet hanno subito un'evoluzione tecnologica importante, che ha portato questi prodotti ad affermarsi sul mercato sempre più come valide alternative ai sistemi di riscaldamento tradizionali. Vediamo quindi qualche accenno sulle innovazioni degli ultimi anni e su alcuni componenti tecnologici installati in una caldaia o termostufa a legna e/o pellet, partendo dalla gassificazione del legno, fino ai sistemi più sofisticati per il controllo della temperatura dei fumi.

Tecnologia a fiamma inversa e gassificazione di legno

La gassificazione della legna è un processo di conversione della biomassa in un combustibile gassoso mediante alte temperature, un agente gassificante ed altri reagenti (aria/ossigeno e/o acqua/vapore).
Nella parte superiore della caldaia (gassificatore), a contatto con la brace prodotta sulla griglia, grazie alle alte temperature (1000°C) e all'apporto di aria primaria, il combustibile solido ha inizio il processo di gassificazione e combustione parziale. La combustione vera e propria, però, avviene nel bruciatore: il gas risultante dal progressivo processo di gassificazione dal combustibile, detto “syngas”, viene aspirato, tramite un sistema di ventilazione, nella parte inferiore della caldaia. In presenza di alte temperature e dell'apporto di aria secondaria, i gas si incendiano, generando con la caratteristica fiamma rovesciata una completa combustione, al termine della quale, completamente combusti, raggiungono le superfici dello scambiatore, cedendo il calore per il riscaldamento dell'acqua ed uscendo esausti dal camino di scarico.
In sostanza, la gassificazione, non bruciando in modo diretto il combustibile solido, ma utilizzando i gas in esso contenuti, permette il massimo sfruttamento del combustibile stesso, che si traduce in un elevato rendimento di combustione e un basso impatto ambientale per la limitata presenza di sostanze nocive ed incombuste nei fumi.
Di contro la gassificazione di legna è un ciclo di combustione che non funziona bene a regimi ridotti o discontinui. È quindi sempre consigliabile dotare gli impianti di appositi “serbatoi” (puffer, tank in tank, o altri accumuli) in grado di accumulare l'eccesso di calore prodotto in fase di combustione a regime e di cederlo poi, quando richiesto, all'impianto.

Coclea con valvola ermetica - camera di combustione separata

La coclea di carico del pellet ha lo scopo di trasportare la giusta quantità di materiale nella camera di combustione. Bisogna però prevenire il fenomeno del ritorno di fiamma che dalla camera di combustione potenzialmente potrebbe propagarsi, attraverso la coclea, al ”serbatoio” di accumulo. Il problema viene risolto in diversi modi: il più comune consiste nell'introduzione di una “valvola” dotata di camere che vengono riempite con il pellet trasportato, e che ruotando su di un asse, versano della camera di combustione un ridotto quantitativo di materiale. Ogni camera della valvola separa ermeticamente la camera di combustione dal contenitore di riserva del pellet. Viene così garantita la sicurezza contro le fiamme di ritorno in ogni istante di funzionamento.

Sonda lambda

La sonda lambda verifica costantemente il tasso di ossigeno residuo presente nei gas prodotti dalla combustione e in base a questo, e alla potenza richiesta, invia segnali per la regolazione della quantità di combustibile e della portata d'aria per una combustione ottimale e quindi con alto rendimento e ridotte immissioni di inquinanti nell'ambiente. Grazie alla sonda lambda si riesce anche a compensare l'utilizzo di combustibili diversi, la differenza di qualità del pellet o la diversa umidità relativa del combustibile.

Pulizia degli scambiatori di calore

Al termine del processo di combustione, i gas di scarico confluiscono negli scambiatori per cedere il loro calore all’acqua. In molti modelli, gli scambiatori sono dei tubi verticali dotati di turbolatori che hanno lo scopo di aumentare la turbolenza delle particelle di gas che, muovendosi più velocemente, rilasciano maggior calore all'acqua della caldaia. In questo modo si raggiungono delle temperature dei gas di scarico molto basse e una resa termica elevata. È chiaro che il calore potrà essere trasmesso efficacemente dai fumi all'acqua solo se lo scambiatore risulterà libero da incrostazioni. La pulizia è pertanto fondamentale per mantenere alto il rendimento delle caldaie.
Tutte le caldaie sono ormai dotate di un sistema manuale o automatizzato di pulizia. Il sistema manuale è in genere costituito da una leva esterna da muovere prima di ogni carico di legna; quello automatico è in genere composto da un motore elettrico che, a intervalli preimpostati, fa ruotare i turbolatori.

Pulizia automatica della griglia

Anche la pulizia della griglia dalle ceneri è importante ai fini dell'elevato rendimento della caldaia / termostufa. Dove prevista, è garantita da un dispositivo di pulizia a pettine o da un motore elettrico che produce vibrazioni, azionati ad intervalli prestabiliti.

Sistema anticondensa – rialzo della temperatura di ritorno

Nella prima fase del processo di trasformazione del combustibile, il vapore acqueo che si libera all’interno della camera di combustione può condensare sulle superfici più fredde del generatore e della canna fumaria. Condensandosi si unisce alla fuliggine e a quella parte di elementi chimici incombusti, contenuti nei fumi, generando delle incrostazioni e dei composti catramosi, quali il creosoto (agglomerato catramoso molto infiammabile), che aderiscono saldamente alle pareti interne del generatore. Tali depositi sono la causa di alcuni seri problemi, tra cui la riduzione significativa dello scambio termico delle pareti, il rischio di corrosione, il rischio d’incendio, dovuto alla loro alta infiammabilità.
Allo stesso modo, il ritorno dell’acqua in caldaia a temperature troppo basse può causare shock termici, formazione di condense corrosive e di creosoto.
Per evitare, o almeno ridurre questi fenomeni, i generatori a biomasse legnose vengono dotati di valvole o gruppi anticondensa. Tali organi sono in realtà delle valvole miscelatrici con controllo termostatico che regolano automaticamente la temperatura di ritorno dell'acqua al generatore, mantenendolo ad una temperatura sempre al di sopra del punto di rugiada, qualunque sia la condizione d'utilizzo.
All'avvio del generatore la valvola è chiusa verso l'impianto; il fluido riscaldato circola interamente attraverso il by-pass per rientrare nel generatore. La temperatura così aumenta velocemente. Questo avviene finché la temperatura di mandata non supera la temperatura di taratura della valvola. Al raggiungimento di tale temperatura la valvola apre proporzionalmente anche la via di ritorno dell'impianto iniziando a riscaldare anche quest'ultimo. La temperatura non scenderà in alcun caso al di sotto della temperatura di taratura. La temperatura dell'impianto inizierà a salire e la valvola aprirà sempre di più la via dell'impianto e nel contempo chiuderà sempre di più il by-pass, fino alla completa apertura del lato impianto (impianto a regime).

NORMATIVE

• UNI EN 303-5:2012: Caldaie per riscaldamento - Parte 5: Caldaie per combustibili solidi, con alimentazione manuale o automatica, con una potenza termica nominale fino a 500 kW - Terminologia, requisiti, prove e marcatura;
• UNI 10412-2:2009: Impianti di riscaldamento ad acqua calda - Prescrizioni di sicurezza - Parte 2: Requisiti specifici per impianti con apparecchi per il riscaldamento di tipo domestico alimentati a combustibile solido con caldaia incorporata, con potenza del focolare complessiva non maggiore di 35 kW;
• UNI 10683:2012: Generatori di calore alimentati a legna o altri biocombustibili solidi - Verifica, installazione, controllo e manutenzione;
• UNI EN 14785:2006: Apparecchi per il riscaldamento domestico alimentati con pellet di legno - Requisiti e metodi di prova;
• UNI EN 14961:2010-2012: Biocombustibili solidi - Specifiche e classificazione del combustibile - Parti da 1 a 6;
• UNI EN 15234:2012: Biocombustibili solidi - Assicurazione di qualità del combustibile – Parti da 1 a 6;
• Raccolta R (edizione 2009): Specificazioni tecniche applicative del Titolo II del DM 1.12.75 ai sensi dell’art. 26 del decreto medesimo.