Impianti ibridi che generano calore: le caldaie e il loro rendimento

Il rendimento di una caldaia è un parametro che indica l'efficienza con cui l'apparecchio trasforma l'energia contenuta nel combustibile in calore utile per il riscaldamento degli ambienti e/o la produzione di acqua calda sanitaria. Tecnicamente, il rendimento si esprime come il rapporto tra l'energia termica effettivamente utilizzata e l'energia potenziale totale disponibile nel combustibile; il valore viene misurato in percentuale, dove un rendimento del 100% andrebbe a significare che tutta l'energia termica del combustibile è convertita in calore. Al di fuori della teoria, in tutti gli impianti esistono inevitabilmente delle “perdite”, come quelle che avvengono mediante lo scarico dei fumi di combustione o quelle legate alla qualità dell’involucro edilizio, le quali abbassano il rendimento effettivo della caldaia. 

Le caldaie a condensazione rappresentano una delle tecnologie più assodate, affidabili ed efficienti per il riscaldamento e la produzione di acqua calda sanitaria; a differenza delle caldaie tradizionali, che disperdono parte del calore generato durante la combustione attraverso i fumi di scarico, le caldaie a condensazione recuperano una parte significativa di tale calore, aumentando notevolmente il rendimento complessivo.

Il principio di funzionamento si basa, appunto, sulla condensazione del vapore acqueo contenuto nei fumi di combustione: quando un combustibile (gas naturale, GPL, etc.) brucia, produce calore e genera fumi che contengono, tra gli altri componenti, vapore acqueo; se nelle caldaie tradizionali questi fumi, che possono arrivare a temperature elevate sull’ordine dei 150-200°C, vengono espulsi attraverso il camino generando una perdita considerevole del calore prodotto, nelle caldaie a condensazione essi vengono recuperati e portati a raffreddamento sino alla temperatura inferiore al punto di rugiada del vapore acqueo (circa 55°C);  tale processo genera la condensazione del vapore acqueo in modo tale che il calore latente di condensazione venga recuperato e utilizzato per riscaldare ulteriormente l'acqua del circuito di riscaldamento. In questo modo, la caldaia riesce ad utilizzare anche una parte dell'energia termica che altrimenti sarebbe stata dispersa.

Il rendimento di una caldaia a condensazione si calcola come il rapporto tra l'energia termica effettivamente utilizzata per il riscaldamento e l'energia contenuta nel combustibile, tuttavia occorre fare una distinzione tra: 

1. Potere Calorifico Inferiore (PCI): rappresenta la quantità di calore che si ottiene dalla combustione completa di un combustibile, senza considerare il calore contenuto nel vapore acqueo prodotto durante la combustione. È il parametro tradizionalmente utilizzato per calcolare il rendimento delle caldaie;
2. Potere Calorifico Superiore (PCS): include il calore latente di condensazione del vapore acqueo presente nei fumi ed è una misura più completa dell'energia totale disponibile nel combustibile.

In base a quanto detto, il rendimento di una caldaia a condensazione può essere espresso in due modi, a seconda del riferimento scelto:

• Rendimento rispetto al PCI: poiché le caldaie a condensazione recuperano il calore latente che viene ignorato nel PCI, possono teoricamente raggiungere un rendimento superiore al 100% rispetto al PCI. Questo “apparente” superamento del 100% è dovuto al fatto che il calore latente recuperato dalla condensazione viene aggiunto al calore disponibile, migliorando l'efficienza complessiva. Ad esempio, un rendimento del 107% rispetto al PCI è tipico per una caldaia a condensazione in condizioni ottimali;
• Rendimento rispetto al PCS: se il rendimento è calcolato rispetto al PCS, il valore sarà sempre inferiore al 100%, poiché il PCS include già tutto il calore disponibile, compreso quello recuperabile dalla condensazione. Un rendimento tipico rispetto al PCS può essere intorno al 95-98%.

Le caldaie a biomassa sono generatori che utilizzano materiali organici come fonte di combustibile quali legna, pellet, cippato, gusci di frutta secca, e altri residui agricoli nonché biogas; le caldaie a biomassa, seppure non eliminando il problema dell’immissione in atmosfera dei fumi di combustione, rappresentano un'alternativa sostenibile ai combustibili fossili in quanto alimentate da una fonte di energia rinnovabile con emissioni di CO2 comunque inferiori rispetto a un generatore di calore tradizionale.

Il funzionamento di una caldaia a biomassa avviene attraverso diverse fasi, non dissimili da quelle di una tradizionale caldaia: il combustibile, legnoso od organico, viene immesso nel bruciatore mediante un sistema di caricamento automatico o manuale (i più moderni apparecchi dispongono di un serbatoio di stoccaggio che alimenta automaticamente la camera di combustione); dopodiché avviene la combustione, di tipo controllato grazie all’autoregolazione dell’afflusso d’aria necessario, che genera calore il quale viene trasferito al fluido termovettore tramite un apposito scambiatore e viene quindi immesso nel circuito del sistema per il riscaldamento dei locali e per la produzione dell’acqua calda sanitaria.

Le moderne caldaie a biomassa sono dotate di sistemi di controllo elettronici che regolano l'afflusso d'aria, la quantità di combustibile e monitorano la temperatura e la qualità della combustione per ottimizzare l'efficienza energetica e ridurre le emissioni. Uno svantaggio di questi generatori resta la produzione di cenere residua dalla combustione della biomassa che richiede la raccolta e lo smaltimento di tale risulta.

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