La caldaia

Centrali termiche: per la conduzione
ci vuole la “patente”
Obbligo del patentino di abilitazione di 2° grado per
la conduzione degli impianti termici sopra i 232 kW
Ing. Diego Danieli – Libero Professionista Venezia
Marzo-Luglio 2013
LA CALDAIA
La caldaia per riscaldamento
La caldaia è l'elemento in cui brucia il ombustibile,
per scaldare l'acqua e portarla a una temperatura
tra 50 °C e 90 °C, necessaria all'uso domestico.
La caldaia al suo interno si serve di un bruciatore e
cioè di un apparecchiatura che crea la giusta
miscela di combustibile e aria, garantendo la
corretta combustione.
Potenza termica della caldaia
La caldaia ha una potenza termica che si differenzia
in:
potenza termica al focolare, cioè la quantità di calore
sviluppata per ogni ora nella camera di combustione, dove
il bruciatore miscela l'aria con il combustibile;
potenza termica utile, ossia la quantità di calore
effettivamente trasferita per ogni ora all'acqua in circolo.
La differenza tra i due dati è dovuta alle perdite di calore.
La caldaia con il migliore rendimento è quella in cui la
potenza al focolare è vicina alla potenza utile.
Targa
La targa di costruzione dei generatori di calore a
fuoco diretto deve recare le seguenti indicazioni:
1- nome (o marchio) del costruttore;
2- numero di fabbrica o sigla di identificazione;
3- potenza nominale utile, in kW;
4- potenza nominale del focolare, in kW;
5- pressione massima di esercizio, in bar.
CALDAIE A CAMERA APERTA E CALDAIE A
CAMERA STAGNA
La prima distinzione da fare fra i diversi modelli di
caldaia è quella relativa al tiraggio dell'aria.
CALDAIE A CAMERA APERTA
Questo tipo di caldaie vengono chiamate anche "a tiraggio
naturale" o a fiamma libera:
prelevano dall'ambiente in cui è installata l'aria per la
combustione tramite un'apertura.
I fumi sono espulsi attraverso una canna fumaria che sfocia
in un camino.
CALDAIE A CAMERA APERTA
Possono essere installate solo all'esterno (naturalmente
devono essere resistente agli agenti atmosferici)
o in locali ben aerati.
E' sempre vietato collocarle in bagno o in camera da letto.
Di solito nella fase di combustione, si libera monossido di
carbonio, anche se in dosi non nocive per l'organismo
umano.
Alcuni modelli sono dotati di dispositivi che,
premiscelando il gas, limitano queste emissioni a livelli
innocui.
CALDAIE A CAMERA STAGNA
In questi modelli la fiamma è isolata dall'ambiente; l'aria è
prelevata dall'esterno attraverso un tubo, usato anche per
espellere i fumi di combustione. (Tipo Coassiale o
sdoppiato)
Il tiraggio avviene in maniera forzata attraverso un
ventilatore posto all'interno del circuito di combustione
della caldaia.
Costa di più di una a camera aperta ma per le sue
caratteristiche, questo tipo di caldaia si può installare
ovunque.
In cucina è possibile anche nasconderla dietro un'anta
uguale ai pensili.
CALDAIE A BASSA E AD ALTA TEMPERATURA
Esistono in commercio diversi tipi di caldaie. Ad esempio
quelle ad alta temperatura (a camera aperta o stagna), per
funzionare hanno bisogno che l'acqua presente nel loro
serbatoio, raggiunga una determinata temperatura, per cui
il consumo di combustibile è maggiore perché deve
scaldarel'acqua fino al numero di gradi richiesto.
Invece le caldaie a bassa temperatura, sempre o a camera
stagna o aperta, possono funzionare con una temperatura
dell'acqua inferiore (di circa 30-52°C) e generalmente
hanno un termostato che si adegua alla temperatura
esterna.
CALDAIA A CONDENSAZIONE
La caldaia a condensazione recupera il calore del gas di
scarico, condensandolo e riutilizzandolo per riscaldare.
Permette quindi un notevole risparmio energetico e inquina
fino al 60% in meno.
Il costo iniziale, superiore anche del 52%, è ripagato da un
rendimento superiore fino al 15%.
Un altro vantaggio è quello di essere a tenuta stagna, quindi
installabili in ogni ambiente della casa, ma serve un tubo per
eliminare l'acqua di condensa.
CALDAIE ISTANTANTANEE E CALDAIE AD
ACCUMULO
Nei modelli a produzione istantanea, la caldaia si
accende e inizia a scaldare l'acqua ogni volta che si apre
il rubinetto dell'acqua.
Nelle caldaie ad accumulo invece vi è un serbatoio
(boiler) che può contenere in media da 60 a 200 litri
d'acqua.
FOCOLARE O BRUCIATORE
Nella caldaia si distinguono essenzialmente:
il focolare o il bruciatore, che costituiscono l'organo di
ingresso dell'energia termica.
Nel focolare, o grazie al bruciatore, si costituisce una
miscela non stechiometrica tra il carbonio ( o altro
elemento ossidato) contenuto nel combustibile e l'ossigeno
contenuto nell'aria, in modo da realizzare una fiamma tale
da trasmettere il calore sia per conduzione termica tramite i
fumi caldi di combustione, sia per irraggiamento.
CAMERA DI COMBUSTIONE
L'ambiente in cui è presente il focolare (o il bruciatore) è
detto camera di combustione. Nel caso di focolari a
combustibile solido, è prevista una camera, detta cinerario,
solitamente sottostante la griglia del focolare, in cui si
accumulano le ceneri di combustione e da cui queste
vengono estratte.
La camera di combustione è solitamente in leggera
depressione nel caso di combustibile solido; in presenza di
un bruciatore la camera è a volte a pressione superiore
all'atmosferica.
IL FASCIO TUBIERO
Il fascio tubiero (non presente in genere nelle caldaie per
riscaldamento), ossia un assieme di tubi che collegano,
nelle caldaie a tubi di fumo il focolare al camino, e in
quelle a tubi d'acqua i corpi cilindrici.
Il fascio tubiero ha la funzione di aumentare per quanto
possibile la superficie di scambio tra fumi e acqua.
IL CAMINO
Il camino, condotto esterno di dispersione dei prodotti di
combustione esausti.
CALDAIA MURALE PER USO DOMESTICO
Sono generalmente realizzate con uno scambiatore in
acciaio e consentono la necessaria compattezza
dimensionale; gli scambiatori utilizzati in questi
tipi di caldaia sono in acciaio austenitico oppure in
alluminio-silicio atto a resistere alle temperature di
fiamma ed alla inevitabile corrosione legata al processo
di combustione. La produzione acs può essere
istantanea o in accumulo. C’è una valvola a tre vie con
priorità alla sanitaria che devia il flusso con consenso
flussostato. Alcune possono anche avere scambiatore di
calore separato per acs.
f
Ts
F
Tr
R
F
F
VS
ACS
GAS
RITORNO
MANDATA
FREDDA
RISCALDAMENTO
AVVIO IMPIANTO
M
G
R
USCITA A.C.S.
GRUPPO DI NUOVO
DISEGNO
+ COMPATTO
INGRESSO
+ MANUTENZIONE
FACILITATA
A.C.S.
+ ACCESSIBILE
RICIRCOLO
DALLO
SCAMBIATORE
•1 FASE
MANDATA IMPIANTO
RISCALDAMENTO
FASE DI
MODULAZIONE
M
G
R
INGRESSO
A.C.S.
DAL PRIMARIO
DELLO
SCAMBIATORE
MANDATA IMPIANTO
RISCALDAMENTO
IMPIANTO A
REGIME
M
G
R
PRODUZIONE ACQUA
CALDA SANITARIA
C
G
F
VALVOLA A TRE VIE ELETTRICA
RISCALDAMENTO
M
G
R
SANITARIO
IL FLUSSOSTATO RICONOSCE
IL PRELIEVO E GENERA
LA COMMUTAZIONE ELETTRICA
C
G
F
R
G M
C
F
R
G M
C
F
BOLLITORE 60 l
• Accumulo/rapido
• Serpentino interno di 10,4 metri di lunghezza
• Superficie di scambio 0,8 m2
• Pre-trattamento di pulizia, decapaggio e
sgrassaggio mediante sabbiatura delle
superfici
interne con graniglia di acciaio
• Smaltatura a polveri con deposito
elettrostatico anticalcare
• Anodo di magnesio
• Coibentazione in poliuretano ad alta densità
• Garanzia 5 anni
CALDAIA MURALE PER USO DOMESTICO
Le caldaie murali si suddividono in base alla tipologia in
tre tipi:
Tipo A: a camera aperta senza canna fumaria: non è più a
norma e poteva essere collocata solo in spazi aperti o
aerati.
Tipo B:
a camera aperta con canna fumaria a tiraggio naturale:
deve essere collocata in locali areati (con assoluta
esclusione di bagni, camere di letto e di locali dove siano
presenti camini privi di autonoma presa d'aria) o
preferibilmente all'aperto al fine di prevenire la formazione
nei locali di ossido di carbonio per carenza di ossigeno;
Tipo C:
a camera chiusa con canna fumaria a tiraggio
forzato: poiché stagna l'aria di combustione viene
prelevata dall'esterno attraverso una tubazione e la
caldaia può quindi essere collocata in qualsiasi locale (con
l'unica esclusione delle autorimesse), purché ventilato (al
solo fine di prevenire concentrazioni di gas a seguito di
perdite dalle giunzioni);
Tipo C:
In questo tipo di caldaia la combustione avviene in una
camera chiusa (stagna) rispetto all'ambiente
circostante, ciò comporta la necessità di prelevare aria
comburente direttamente dall'esterno tramite apposite
condotte, con conseguente necessità di dotare la
caldaia stessa di un elettroventilatore con funzione di
prelievo dell'aria esterna e per forzare (tiraggio
forzato) l'espulsione dei prodotti di combustione verso
il camino che li disperde.
CALDAIE A BASAMENTO
Questo tipo di caldaia, assai più ingombrante rispetto
alla precedente è generalmente dotata di bollitore ad
alta capacità che richiede per la sua collocazione i
necessari spazi; può essere del tipo a camera aperta o a
camera stagna.
CALDAIA IN GHISA
CALDAIA A TUBI DA FUMO
TURBOLATORI
Sono elementi metallici inseriti nei tubi dove circolano
i fumi. Servono per migliorare lo scambio termico tra
fumi e acqua in quanto costringono i fumi a rallentare e
procedere nei tubi con movimento circolare turbolento.
Con i turbolatori si alzano i rendimenti della caldaia
perché aumenta l’efficienza della trasmissione di calore
per convenzione.
Sportello antiscoppio a molla e di ispezione canna
fumaria.
Lo sportello antiscoppio serve per dare modo alla caldia di
sfogare all’esterno la sovrapressione causara da eventuali
esplosioni di miscela nel focolare.
È una portella normalmente chiusa con molle che cedono
sotto la spinta dell’esplosione e consentono lo spalancarsi
della portella.
CALDAIA A TUBI D’ACQUA
GENERATORE DI CALORE MODULARE
E’ costituito da uno o più moduli termici predisposti dal
fabbricante per funzionare singolarmente o in batteria,
collegati ad un unico circuito di acqua calda del tipo a
collettore unico (monotubo) oppure a collettore doppio
(un collettore di mandata ed uno di ritorno).
Un modulo termico è un generatore di calore costituito da
uno o più elementi termici da esso inscindibili.
Un elemento termico è costituito da uno scambiatore di
calore e da un bruciatore (o porzione).
La caldaia: Cosa dice la legge
Per l'installazione è obbligatorio rivolgersi a un tecnico
abilitato (iscritto alla Camera di Commercio o all'Albo
provinciale delle imprese artigiane).
Una volta l'anno è richiesta una manutenzione generale:
pulizia del bruciatore, prova di tenuta, controlli dei
dispositivi di sicurezza ecc. (Dpr 412).
Periodicamente è necessaria la verifica del rendimento
della combustione.
La caldaia deve essere accompagnata da un libretto
d'impianto in cui vengono registrate le operazioni di
manutenzione eseguite dal tecnico (artigiano installatore).
LA RESPONSABILITÀ CIVILE E PENALE
DELL'IMPIANTO È A
CARICO DELL'OCCUPANTE, NON IMPORTA SE
PROPRIETARIO
O INQUILINO, OPPURE PUÒ ESSERE DELEGATA
A UN TECNICO
ABILITATO TERZO RESPONSABILE ,
STIPULANDO UN
APPOSITO CONTRATTO DI MANUTENZIONE.
OPERAZIONI DI MANUTENZIONE ORDINARIA
1. Prova di tenuta impianto gas;
2. Controllo delle caratteristiche di ventilazione del locale;
3. Controllo dei dispositivi di sicurezza relativi al gas;
4. Controllo della funzionalità della caldaia con
segnalazione e proposta di sostituzione dei componenti
non funzionanti;
5. Controllo della regolarità d’accensione e funzionamento
della caldaia;
6. Pulizia del bruciatore principale e del bruciatore pilota;
7. Pulizia dello scambiatore lato fumi;
8. Controllo dello scarico dei fumi con prova di tiraggio;
9. Regolazione della portata termica e controllo della
combustione;
10.Controllo dei dispositivi di sicurezza relativi all’acqua;
11.Controllo dell’efficienza dello scambiatore relativo
all’acqua ed
eventuale pulizia;
IL LIBRETTO DI IMPIANTO
Tutti gli impianti di riscaldamento individuale dovranno
essere dotati di un libretto di impianto. Nel libretto,
l’occupante dell’unità abitativa o l’impresa terzo
responsabile della manutenzione, dovranno annotare:
1. il nome del responsabile della manutenzione e delle
verifiche, cioè l’occupante o l’impresa terzo
responsabile in caso di delega;
2. le operazioni eseguite nel corso della manutenzione
annuale;
3. i risultati delle verifiche periodiche del rendimento di
combustione.
IL RISPETTO DEI RENDIMENTI MINIMI
Le caldaie individuali a gas devono avere un rendimento
minimo. Se, a seguito di controlli, il rendimento risultasse
inferiore a quello prescritto e non fosse possibile
ricondurlo a norma con interventi di manutenzione, la
caldaia dovrà essere sostituita entro 300 giorni
dall’accertamento dell’irregolarità.
I CONTROLLI DI COMUNI O PROVINCE
I Comuni con oltre 52.000 abitanti, oppure le Province
per i Comuni più piccoli, devono effettuare controlli sul
rendimento di combustione per accertare l’effettivo stato
di manutenzione ed esercizio dell’impianto di
riscaldamento individuale. I costi delle operazioni di
controllo sono a carico degli utenti.
LO SCALDABAGNO
Gli scaldabagni a gas sono apparecchi in grado di scaldare
istantaneamente l’acqua per usi sanitari, in quantitativi
variabili dai 10 ai 16 litri al minuto.
Gli scaldabagni POSSONO essere installati con sicurezza
nel bagno solo se di tipo "C";
per il tipo "B" è necessario che il volume del bagno sia
pari ad almeno:
20 m3 (per il piccolo 5 lt/min)
30 m3 (per il 10 lt/min)
45 m3 (per il 14 lt/min)
infatti è necessario che il volume complessivo del bagno
non sia inferiore a 1,5 m3/ Kw di potenza installata (con
un minimo pari a 20m3).
Occorre la presa d’aria dimensionata con gli stessi criteri
delle caldaie (6 cm2/Kw) e lo scarico dei fumi deve
seguire i criteri delle caldaie di tipo "B".
PRESE D’ARIA
Le prese d’aria sono indispensabili per tutti gli apparecchi a
gas di tipo "tradizionale", quindi:
CALDAIE tipo "B"
SCALDABAGNI tipo B
APPARECCHI di COTTURA
ALTRI a camera aperta.
nel caso di contemporanea presenza di più apparecchi a gas
si devono sommare le potenze termiche SENZA
considerare i minimi delle cucine se non al termine del
calcolo.
PRESE D’ARIA
Il calcolo della presa d’aria deve essere effettuato con
cura, partendo dai seguenti criteri:
1. occorre garantire almeno 6 cm2/KW di potenza
termica per ogni apparecchio a gas;
2. per le cucine SENZA i dispositivi di sicurezza
(termocoppie) sul piano cottura,occorre un MINIMO
di 200 cm2;
3. per le cucine CON i dispositivi di sicurezza sul piano
cottura, è sufficiente una apertura di 100 cm2;
CONDENSAZIONE
Un tipico fenomeno di condensazione è quello che si
verifica in estate quando si tira fuori una bottiglia di acqua
fredda dal frigo. L'aria calda e umida dell'ambiente
circostante si condensa tutto intorno alla bottiglia fredda
rendendola bagnata.
Un altro fenomeno simile è quello che si verifica in inverno
in casa, di solito in cucina, quando l'aria calda e umida
prodotta da un minestrone che cuoce sul fuoco, viene a
contatto con i vetri freddi delle finestre dove si condensa
formando tante gocce di acqua sui vetri fino a renderli
bagnati.
CALORE LATENTE DI CONDENSAZIONE
Il calore latente è la quantità di calore (o di energia) che
occorre fornire o sottrarre all'unità di massa di una certa
sostanza (acqua per esempio) per farla cambiare di stato
fisico. In questo passaggio di stato, la sottrazione o la
fornitura di calore avviene a temperatura costante, cioè
senza cambiamento della temperatura della sostanza.
CALORE DI EVAPORAZIONE
Ad esempio l'acqua a 100 °C, alla pressione del livello del
mare, inizia a bollire e a quella temperatura avviene il
passaggio di stato da liquido a vapore che si mantiene fino
a quando tutta l'acqua è evaporata. La quantità minima di
calore o energia necessaria per fare evaporare una unità di
massa di acqua prende il nome di calore di evaporazione,
una forma particolare di calore latente. La temperatura di
ebollizione dell'acqua dipende dalla pressione atmosferica.
CALORE DI LIQUEFAZIONE
Nel passaggio inverso da vapore ad acqua si parla di
calore di liquefazione che è la quantità di calore o energia
che viene sottratto all'unita di massa di un vapore saturo ad
una data temperatura, per trasformarlo in liquido alla
stessa temperatura. Il calore di liquefazione in valore
assoluto uguaglia il calore di evaporazione. Quindi con la
liquefazione il calore del vapore viene ceduto e restituito al
sistema.
PUNTO DI RUGIADA
Perché avvenga la condensazione del vapore occorre che
esso si trovi ad una determinata temperatura con una certa
pressione costante. Più la pressione è alta, più alta sarà la
temperatura necessaria per condensare il gas (ciò significa
che posso condensare il vapore acqueo per esempio a 52°C
anziché a 5°C, mantenendo alta la pressione. Le
combinazioni di temperatura e di pressione necessarie per
condensare il vapore contenuto nell'aria prendono il nome
di punto di rugiada. Il punto di rugiada è quindi la
temperatura alla quale il vapore acqueo raggiunge il punto
di saturazione, per cui si condensa intorno a delle particelle
presenti nell'aria ad una certa pressione costante, cedendo il
suo calore.
CALDAIE A CONDENSAZIONE
Le caldaie a condensazione sfruttano questi principi
fisici. Sfruttano il calore latente del vapore contenuto nei
fumi, recuperando quindi una percentuale di energia che
viene riutilizzata, impedendo la sua dispersione nei fumi
e quindi nell'ambiente.
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
questo modo la temperatura dei fumi in uscita si mantiene
allo stesso valore della temperatura di mandata, ben
inferiore ai 152/160 °C dei generatori tradizionali ad alto
rendimento.
Rendimento di produzione: condensazione
Concetto generale: si vuole utilizzare il calore di condensazione
Condizione necessaria: la temperatura di ritorno dell’acqua al
generatore, maggiorata del T finale fumi/acqua, deve essere
inferiore al punto di rugiada.
La condensazione inizia a 55…60 °C ed è pressochè completa a
20 °C
La temperatura di ritorno dell’impianto può essere ridotta:
– Riducendo la temperatura media richiesta:aumento di
superficie dei radiatori
– Riducendo la portata ed aumentando il T mandata ritorno
all’impianto
La temperatura di ritorno al generatore è almeno pari alla Media
delle temperature di ritorno.
Nel caso di generatori aventi una portata minima, la temperatura
di ritorno alla caldaia può essere maggiore della temperatura di
ritorno dall’impianto.
ATTENZIONE AI CIRCUITI CON COMPENSATORE
IDRAULICO
Impianto a condensazione
Procurarsi “acqua fredda” Temperatura di ritorno dai corpi scaldanti
– SCELTA DELLA TIPOLOGIA E DIMENSIONAMENTO DEI CORPI
SCALDANTI
Portare l’acqua fredda al collettore di ritorno circuito di distribuzione
– Scelta dello schema idraulico appropriato
Portare l’acqua fredda nel generatore
collegamento del generatore ai collettori della centrale termica
– Scelta dello schema idraulico appropriato
– Scelta del generatore adatto
GENERATORI AD ELEVATO VOLUME D’ACQUA
La caldaia è costituita da un focolare immerso in
un corpo cilindrico tradizionale ed uno
scambiatore in controcorrente al di sotto.
C’è un notevole accumulo di calore nell’acqua
contenuta all’interno del corpo cilindrico
superiore.
Contenuto d’acqua oltre 1 l/kW
Sono generalmente adatti al funzionamento a
bassa portata ma ci sono rischi di temperatura
eccessiva nella parte alta del generatore
Spesso sono dotati di presa intermedia
Generatori a tubo d’acqua
Il nome è ripreso dalla classificazione dei generatori di
vapore
La caldaia è costituita da un tubo, spesso alettato, ove scorre
l’acqua che percorre la cassa fumi in verso opposto a quello
dei fumi.
Non c’è alcun accumulo significativo di calore all’interno del
corpo caldaia.
Contenuto d’acqua circa 0,1 l/kW
La regolazione di temperatura è difficile: ogni accensione si
traduce in un salto di temperatura all’uscita Hanno una
portata minima al di sotto della quale non si deve mai
scendere
Generatori a basso volume d’acqua
La caldaia è costituita da una fusione di alluminio o da un
corpo in acciaio inox sagomato, con focolare nella parte alta
ed uno scambiatore in controcorrente al di sotto.
Nel caso delle fusioni in alluminio, le superfici sono alettate
sia lato fumi che lato acqua
L’acqua scorre in passaggi ricavati nel corpo di alluminio.
L’accumulo di calore avviene nel metallo della fusione
(alettature lato fumi)
Contenuto d’acqua tipico 0,1-1 l/kW
Alcuni modelli sono adatti al funzionamento a bassa portata
(con sonde temperatura intermedie) Alcuni modelli sono
dotati di presa intermedia
CAMINO E BIOMASSE
Il termocamino è una caldaia, che sostituendosi al
caminetto tradizionale e mantenendo la stessa funzione di
focolare domestico, sfrutta il calore prodotto dalla
combustione della legna per riscaldare
contemporaneamente con un impianto ad acqua calda tutta
la casa
SCHEMA TERMOCAMINO
Sfrutta il potere della post-combustione, tecnica che
utilizza le elevate temperature ottenibili dall'incontro di CO
(il monossido di carbonio presente nei fumi) e aria
preriscaldata, il termocamino .
Le parti più importanti di un caminetto sono il focolare
monoblocco in acciaio o ghisa coibentato all’interno (a
camera chiusa con sportelli ad ante o a bilico con vetri
ceramica), la griglia di areazione, il cassetto raccolta ceneri
estraibile, la centralina elettronica, la valvola di regolazione
dell’aria, la cappa, la canna fumaria e il fumaiolo.
SCHEMA TERMOCAMINO + CALDAIA A BASAMENTO