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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 temperaturatra 50 °C e 90 °C, necessaria all'uso domestico.
La caldaia al suo interno si serve di un bruciatore ecioè di un apparecchiatura che crea la giustamiscela di combustibile e aria, garantendo lacorretta combustione.
Potenza termica della caldaiaLa caldaia ha una potenza termica che si differenziain: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 èprelevata 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) èdetto 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 inacciaio e consentono la necessaria compattezzadimensionale; gli scambiatori utilizzati in questitipi 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.
GASRITORNO MANDATA
ACS
FREDDA
F F R
f
VS
F
Ts
Tr
RGM
RISCALDAMENTOAVVIO IMPIANTO
INGRESSO
A.C.S.
DALLO
SCAMBIATORE
RICIRCOLO
GRUPPO DI NUOVO DISEGNO
+ COMPATTO
+ MANUTENZIONE FACILITATA
+ ACCESSIBILE
USCITA A.C.S.
MANDATA IMPIANTO
•1 FASEMANDATA IMPIANTO
RGM
RISCALDAMENTOFASE DI
MODULAZIONE
INGRESSO
A.C.S.
DAL PRIMARIO DELLO
SCAMBIATORE
MANDATA IMPIANTO
RGM
RISCALDAMENTOIMPIANTO A
REGIME
FC G
PRODUZIONE ACQUA CALDA SANITARIA
RISCALDAMENTO G RM
VALVOLA A TRE VIE ELETTRICA
FC G
SANITARIO
IL FLUSSOSTATO RICONOSCE
IL PRELIEVO E GENERA
LA COMMUTAZIONE ELETTRICA
R G M C FR 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 esgrassaggio 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, cioèsenza 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 temperaturadi 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 inun corpo cilindrico tradizionale ed unoscambiatore in controcorrente al di sotto.C’è un notevole accumulo di calore nell’acquacontenuta all’interno del corpo cilindricosuperiore.Contenuto d’acqua oltre 1 l/kWSono generalmente adatti al funzionamento abassa portata ma ci sono rischi di temperaturaeccessiva nella parte alta del generatoreSpesso 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 ariapreriscaldata, 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 regolazionedell’aria, la cappa, la canna fumaria e il fumaiolo.
SCHEMA TERMOCAMINO + CALDAIA A BASAMENTO
