Caldaie
Premessa
Il generatore di calore, più conosciuto con il nome generico di caldaia, è un apparecchio destinato a riscaldare l’acqua o altro fluido termovettore con il calore prodotto dalla combustione di determinate sostanze, denominate combustibili.
Il fluido termovettore che viene riscaldato nella caldaia è generalmente acqua, ed ha la funzione, circondado nell’impianto, di trasportare il calore fino agli apparrecchi di utilizzazione quali radiatori, convettori ecc. In particolari caldaie possono essere impiegati anche altri liquidi, quali oli minerali, aventi determinate caratteristiche (caldaie ad olio diatermico) o direttamente aria (generatori di aria calda)
Tipologie di caldaie
Possiamo classificare le caldaie in base al loro funzionamento:
- Caldaie a modulazione di fiamma;
- Caldaie a temperatura scorrevole;
- Caldaie a condensazione;
- Caldaie ad acqua calda;
- Caldaie ad acqua surriscaldata;
- Caldaie a vapore;
- Caldaie ad olio diatermico;
- Generatori di aria calda;
- Caldaie con focolare in depressione;
- Caldaie pressurizzate;
- Caldaie in acciaio;
- Caldaie in ghisa;
- Caldaie per combustibili solidi;
- Caldaie per combustibili liquidi;
Caldaie a modulazione di fiamma
Queste caldaie, alimentate sia con combustibili liquidi che con gas, si agisce sul bruciatore modulandone la potenza in vari modi:
1. Modulazione in regime monostadio di tipo on-off: con semplice spegnimento quando viene raggiunta la temperatura massima dell’acqua e con l’accensione quando questa scende sotto il valore minimo prefissato;
2. Regime bistadio 50/100%: il bruciatore può funzionare a due regimi a seconda del valore della temperatura dell’acqua in caldaia;
3. Regime modulante fra 50/100%: in questo caso la potenza del bruciatore varia con continuità fra il 50% e il 100% della potenza massima.
Caldaie a temperatura scorrevole
Le caldaie a temperatura scorrevole sono caratterizzate da una temperatura variabile del bruciatore, proporzionale alla temeperatura di mandata, che è in funzione del carico dell’impianto e del carico climatico.
In tal modo le perdite passive si riducono proporzionalmente alla temperatura di mandata e aumentano l’efficienza e il rendimento stagionale; da una parte c’è la variazione di temperatura all’interno della caldaia in modo da produrre il calore richiesto e non in eccesso, dall’altra parte si lavora con basse temperature di esercizio, e ciò porta alla diminuzione delle perdite termiche verso l’ambiente all’involucro esterno e dal camino a bruciatore spento.
I generatori termici di questo tipo, quando sono abbinati ai pannelli di controllo elettronici con regolazione climatica che utilizzano una logica adatta alla temperatura scorrevole (adeguando la temperatura di caldaia in funzione del carico richiesto, legato al valore della temperatura esterna), consentono notevoli risparmi di gestione.
Caldaie a condensazione
Queste caldaie consentono di abbassare la temperatura dei fumi fino a 50/70 °C e di recuperare il calore latente di condensazione dell’acqua.
Il rendimento di queste caldaie riferito al Potere calorifico inferiore del combustibile può risultare >100%, com’è ovvio non tenendosi conto del calore latente di condensazione nel PCI, mentre risulta <100% se riferito al Potere calorifico superiore.
Per condensare il vapore dei fumi le caldaie a condensazione sfruttano la temperatura dell’acqua di ritorno dall’impianto termico, più fredda rispetto alla temperatura dell’acqua di mandata.
I fumi vengono fatti passare in uno speciale scambiatore-condensatore che permette di sottrarre, tramite condensazione, il calore latente del vapore acqueo.
In quesot modo la temperatura dei fumi in uscita si mantiene allo stesso valore della temperatura di mandata, ben inferiore ai 140/160°C dei generatori tradizionali ad alto rendimento.
Le caldaie a condensazione sono sempre dotate di ventilatore di estrazione dei fumi, tiraggio meccanico, per potere:
- Vincere le resistenze fluidodinamiche create dal condensatore;
- Migliorare lo scambio termico convettivo tra fumi e acqua;
- Minimizzare l’eccesso di aria e le perdite di calore sensibile nella combustione;
- Massimizzare il rendimento.
Queste caldaie esprimono il massimo delle prestazioni quando vengono utilizzate con impianti che funzionano a bassa temepratura (30-50°C), come ad esempio con impianti a pannelli radianti.
Caldaie ad acqua calda
Il fluido riscaldato è acqua che viene portata ad una temperatura di esercizio intorno a 80/90 °C, comunque sempre imferiore a 100°C, temperatura di ebollizione dell’acqua alla pressione atmosferica;
Caldaie ad acqua surriscaldata
Il fluido riscaldato è acqua che viene portata ad una temepratura di esercizio intorno a 140/180°C, superiore alla temperatura di ebollizione. Poiché in questi impianti l’acqua è mantenuta allo stato liquido, essa deve essere sottoposta a pressioni suficientemente elevate in modo che non entri in ebollizione.
Ad una temperatura di 140°C l’acqua rimane allo stato liquido se è sottoposta ad una pressione superiore alla pressione atmosferica di almeno 3 atmosfere (pressione assoluta circa 4 bar)
Caldaie a vapore
La caldaia è riempita solo parzialmente di acqua che viene fatta bollire in modo da produrre vapore. In questo caso il fluido termovettore è quindi il vapore che è molto più efficace dell’acqua, in quanto trasporta molto più calore.
Le caldaie a vapore si distinguono in base alla pressione di esercizio e si hanno:
- Caldaie a vapore a bassa pressione;
- Caldaie a vapore a media ed alta pressione.
Caldaie ad olio diatermico
Sono caldaie che utilizzano quale fluido riscaldato, oli minerali od altri fluidi organici che possono essere portati a temperature elevate (350°C) alla pressione atmosferica, sempre restando allo stato liquido.
Generatori di aria calda
Il fluido riscaldato è aria. L’aria è riscaldata ad una temperatura di 30/50°C che per il tramite di ventilatori viene immessa nell’ambiente direttamente o attraverso canali di distribuzione muniti di bocche o diffusori.
Caldaie con focolare in depressione
Per effetto del tiraggio, tutto il circuito fumi, sino alla camera di combustione compresa, si trova ad una pressione minore della pressione atmosferica e la resistenza al moto che i fumi incontrano è vinta dal tiraggio stesso.
Caldaie pressurizzate
L’aria è immessa nel focolare con una certa pressione dal ventilatore di cui è dotato il bruciatore. All’interno del focolare si ha quindi una pressione superiore alla pressione atmosferica, per effetto della quale i fumi vengono spinti ad attraversare la camera di combustione e successivamente il percorso secondario.
Caldaie in acciaio
Le caldaie in acciaio sono costituite essenzialmente da fasciami ottenuti da lamiere calandrate, da fondi ottenuti da lamiere imbutite, da tubi mandrinati o saldati a piastre tubiere e da collettori di varia forma.
Le caldaie in acciaio a tubi da fumo sono, in pratica, il risultato delle modifiche subite nel tempo dalla vecchia caldaia Cornovaglia, così chiamata perché realizzata per la prima volta in Cornovaglia, regione dell’Inghilterra.
È costituita da un fasciame cilindrico, chiuso alle due estremità da piastre tubiere, cui è saldato il focolare, i tubi vengono mandrinati alle piastre tubiere e, a volte, viene realizzato intorno ad essi un cordoncino di tenuta.
Queste caldaie sono impiegate soprattuto per combustibili liquidi e gassosi. Il bruciatore e posto sul davanti.
Caldaie in ghisa
Le caldaie in ghisa sono costruite con elementi tubolari, generalmente ricavati per fusione, accoppiati fra loro mediante tiranti e anelli biconici di raccordo (nipples) in modo da assicurare una perfetta tenuta sia dell’acqua, che vi circola all’interno, sia dei fumi. Variando il numero degli elementi costituitivi, e possibile ottenere varie potenze.
Caldaie per combustibili solidi (biomassa)
Le caldaie a biomassa derivata da scarti di lavorazione del legno “esempio il cippato,pellet” dal legno stesso o dai rifiuti della lavorazione delle olive e dell’uva oppure anche dai residui organici di lavorazione del comparto agro-alimentare.
Una caldaia a biomassa di nuova concezione non è regolata come la caldaie a metano, in quanto in essa, infatti, non sipuò variare il flusso di alimentazione perché la biomassa è ferma all’interno dalla caldaia.
Occorre, per conseguenza, poter regolare l’afflusso d’aria in funzione della combustione.
Caldaie per combustibili liquidi
È costituito da una caldaia, da un bruciatore e da un serbatoio per il gasolio. Ha buone caratteristiche d’uso: rendimenti di combustione elevati, specialmente nelle caldaie di nuova generazione, buona regolazione, bassi costi di installazione e di manutenzione, buona regolazione, bassi costi di installazione e di manutenzione, buona affidabilità e tecnologia diffusamente conosciuta e buona economia di esercizio.
Normalmente la rete di distribuzione del fluido vettore è ad acqua e quindi lo spazio occuoato è ridotto rispetto alle reti aerauliche. I terminali possono essere di qualunque tipo fra quelli disponibili: radiatori, termoconvettori, pannelli radianti.
Fonte:
- Impianti di riscaldamento e verifiche energetiche di Giuliano Cammarata.
- Conduzione controllo e manutenzione degli impainti di riscaldamento di Pierangelo Andreini