Il XXI secolo: caldaie a condensazione e ritorno alle biomasse

La direttiva europea conosciuta come Ecodesign (o ErP - Energy related Products) ha prescritto requisiti prestazionali minimi riguardanti gli apparecchi con potenza termica nominale minore di 400 kW con la finalità di impedire l'immissione sul mercato di prodotti o sistemi poco efficienti che non rispettassero gli obblighi specifici relativi agli standard di efficienza energetica (Etichettatura Energetica atta a certificare l'efficienza e il rispetto dei limiti sulle emissioni inquinanti dei generatori di calore per il riscaldamento e la produzione di acqua calda sanitaria, sia per il prodotto singolo, sia per l'intero impianto).
 
Ai produttori, a partire dal 26 Settembre 2015, è stata impedita l’introduzione sul mercato di caldaie e sistemi di tipo tradizionale e/o con elevate emissioni nocive per l’ambiente (caldaie a camera aperta o di tipologia B). A partire dal 26 settembre 2018 successive normative europee hanno ristretto ulteriormente il campo con un secondo importantissimo passo: l'introduzione di valori limite sulle emissioni inquinanti di NO_x: gli apparecchi per il riscaldamento degli ambienti devono avere emissioni di ossidi di azoto non superiori a:
 

• 56 mg/kWh nel caso di utilizzo di combustibili gassosi;
• 120 mg/kWh nel caso di utilizzo di combustibili liquidi.

 
Con la fine di Agosto del 2019 è terminato il percorso relativo ai regolamenti ErP attraverso l’eliminazione delle classi di minore efficienza e indicazioni ancora più restrittive; nello specifico, vi è stato un taglio delle classi di minor efficienza ed una nuova classificazione da A+++ a D per caldaie e pompe di calore.
 

La caldaia a condensazione, recupero di calore dai fumi

 
Uno dei più interessanti passi nello sviluppo dei generatori di calore è rappresentato dalla caldaia a condensazione, nella quale non si evita la condensa lato fumi, bensì la si promuove: ciò permette non solo di recuperare il calore sensibile dei fumi (dovuto alla temperatura dei fumi stessi) ma anche il calore latente del vapore acqueo presente in essi.
 
Quando il vapore acqueo condensa rilascia calore latente, che nel caso del gas naturale può rappresentare un surplus fino all’11 % sul totale del calore sensibile rilasciato. Nelle caldaie a condensazione ciò è reso possibile dall’utilizzo di materiali resistenti alla corrosione da parte della condensa acida (leghe di alluminio) per la realizzazione dei tubi di fumo e della camera di combustione.
 
La combustione è controllata da sistemi elettronici che mantengono la temperatura di rugiada del vapore acqueo nei fumi il più alta possibile, in modo da sfruttare al massimo la condensazione (controllo sull’eccesso di aria in camera di combustione). La caldaia a condensazione può lavorare a temperature molto basse e di conseguenza anche i fumi escono più freddi al camino: questo permette un maggiore recupero energetico del calore sensibile, minori emissioni inquinanti in atmosfera e la possibilità di adottare canne fumarie in materiale plastico, con costi più contenuti.
 
Il rendimento delle caldaie a condensazione è massimo ai carichi parziali e può raggiungere il 108/110 % per certe configurazioni; tuttavia le prestazioni di una caldaia a condensazione vengono sfruttate a pieno solo se abbinate a sistemi di riscaldamento a bassa temperatura, come i sistemi radianti a pavimento, soffitto e parete, i sistemi a tutta aria e i sistemi con ventilconvettori.
 
In ogni caso, la caldaia a condensazione può risultare vantaggiosa anche qualora si vada a sostituire una vecchia caldaia abbinata a un sistema di riscaldamento ad alta temperatura (radiatori) quando non si voglia intervenire anche sui terminali di impianto: ciò è dovuto all’elevato rendimento medio stagionale di queste caldaie, ottenibile anche quando non operano in condensazione, ma anche perché, sebbene gli impianti non siano del tipo a bassa temperatura, nell’arco della stagione si verificano comunque condizioni favorevoli alla condensazione.
 

I nuovi generatore di calore a biomassa

 
La biomassa vegetale è la materia che costituisce le piante, l’energia immagazzinata in essa è l’energia solare che, durante la vita della pianta, è stata trasformata per mezzo della fotosintesi clorofilliana. Utilizzare la biomassa in luogo dei combustibili fossili può comportare un grosso vantaggio dal punto di vista ambientale in quanto la quantità di anidride carbonica che si sprigiona durante il processo di combustione della biomassa è pari a quella assorbita dalla pianta durante la sua vita; per l’atmosfera, quindi, la combustione di biomassa è un processo (teoricamente) a bilancio nullo di gas serra, a patto che  la cosiddetta filiera della biomassa sia quanto più breve, ovvero che la distanza dal punto di crescita delle piante al punto di consumo sia molto contenuta. La biomassa, inoltre, rappresenta una fonte di energia rinnovabile, nei limiti del rispetto dei tempi di crescita e della disponibilità della stessa. Le tipologie di biomassa utilizzabili come combustibili nelle caldaie domestiche sono:
 

• legna da ardere;
• legno sminuzzato (cippato);
• pastiglie di legno macinato e pressato (pellet).

 
Anni fa la biomassa veniva bruciata essenzialmente in dispositivi di vecchia concezione e pertanto poco efficienti, con bassi rendimenti e alte emissioni inquinanti. Al giorno d’oggi, notevoli migliorie tecniche hanno permesso agli apparecchi a biomassa di migliorare le loro efficienze e di contenere l’inquinamento atmosferico che provocano con dinamiche di funzionamento maggiormente automatizzate e una combustione più controllata e pertanto quindi più pulita: le odierne stufe e caldaie a biomassa hanno raggiunto gli standard tecnologici dei rispettivi dispositivi a combustibile fossile. La biomassa, inoltre, è un combustibile dal basso costo (inteso come costo per unità di energia fornita) e ciò fa sì che i costi di gestione di tali impianti siano estremamente contenuti (a fronte di un costo di investimento iniziale più sostanzioso rispetto a quello per i classici apparecchi a gas).
 
Un impianto per la combustione della legna in ciocchi, basato su tecnologie avanzate, è costituito dai seguenti componenti:
 

• caldaia a fiamma inversa;
• accumulatore inerziale di calore;
• bollitore per acqua calda sanitaria;
• centralina di controllo.

 
La denominazione di queste caldaie, a fiamma inversa, deriva dal fatto che la camera di combustione è posizionata al di sotto del vano nel quale viene caricata la legna. Generalmente queste caldaie sono a tiraggio forzato, ovvero dispongono di un ventilatore a monte o a valle della camera di combustione: una parte dell’aria, detta aria primaria, viene introdotta in caldaia immediatamente sopra la griglia sulla quale è appoggiata la legna; l’aria primaria permette l’avvio della combustione, innescando il processo di gassificazione della legna, con conseguente formazione di uno strato di braci a contatto della griglia e lo sviluppo di gas combustibili derivanti dalla pirolisi del legno. I gas così prodotti vengono spinti nella sottostante camera di combustione, nella quale, mediante l’immissione dell’aria secondaria, la combustione viene portata a completamento. La combustione è ottimale se l’aria in camera di combustione è in giusta quantità, se la temperatura e la turbolenza dell’aria sono elevate e se la permanenza dai gas caldi nel focolare avviene per un tempo adeguato. La tecnologia a fiamma rovesciata permette una combustione graduale della legna, un miglior controllo della combustione stessa, una potenza erogata dalla caldaia più stabile nel tempo, migliori rendimenti e minori emissioni inquinanti. I modelli più avanzati si avvalgono di sistemi di regolazione molto sofisticati, permettendo di raggiungere rendimenti termici anche superiori al 90%.
 
Il pellet è un combustibile costituito da legno vergine essiccato e pressato in piccoli cilindretti, senza alcuna aggiunta di additivi: per la sua forma cilindrica e liscia e per le piccole dimensioni tende a comportarsi al pari di un fluido, agevolando la movimentazione del combustibile e il caricamento automatico delle caldaie. L’elevata densità energetica e la facilità di movimentazione rendono il pellet il combustibile vegetale più indicato per impianti di riscaldamento automatici di qualsivoglia dimensione. Un impianto di riscaldamento a pellet è costituito dai seguenti componenti:
 

• caldaia;
• serbatoio del pellet;
• sistema di alimentazione del pellet;
• centralina di regolazione;
• eventuale accumulatore inerziale e/o bollitore per acqua calda sanitaria.

 
Le caldaie a pellet richiedono un contenitore per lo stoccaggio del combustibile, situato in prossimità della caldaia, dal quale una coclea preleva il pellet e lo trasporta nella caldaia (camera di combustione); l’accensione è automatica e molto rapida e avviene per mezzo di una resistenza elettrica; la regolazione avviene in modo analogo alle suddette caldaie a legna, ad opera della centralina elettronica e mediante il controllo della sonda lambda sui fumi, con la differenza che in questo caso è regolabile anche il flusso di combustibile. Le caratteristiche di semplicità d’uso e di automazione conferiscono agli impianti di riscaldamento a pellet un elevato livello di comfort. Dal punto di vista della sicurezza, il rischio di ebollizione dell’acqua nella caldaia è minore rispetto alle caldaie a legna data la minore quantità di combustibile presente in camera di combustione, il pericolo maggiore, per le caldaie a pellet, è rappresentato dal possibile ritorno di fiamma dal bruciatore verso il serbatoio: il sistema più diffuso per prevenire questo problema è l’interruzione della caduta a gravità del pellet tra serbatoio e caldaia mediante un tubo flessibile o serrande tagliafiamma.