Funzionamento caldaia a gas

Illustriamo il funzionamento delle caldaie a gas in base agli aspetti prettamente tecnici e riguardo al rendimento energetico.

Per comprendere bene il funzionamento di una caldaia è necessario capire prima di tutto il modo in cui viene sfruttata l’energia dei combustibili all’interno dei bruciatori di ultima generazione, considerando anche quelli delle caldaie tradizionali. In questo argomento quando si parla di acqua si fa riferimento spesso sia a quella presente nell’impianto di riscaldamento che a quella calda per uso domestico e sanitario.

La caldaia funziona in base al principio di ottenere calore dai gas prodotti durante la combustione per cederlo all’acqua presente nel circuito di riscaldamento; quindi quanto più la caldaia raffredderà i gas di scarico, tanto maggiore sarà la quantità di calore ceduta all’acqua presente nell’impianto. Il calore acquisito dall’acqua del circuito sarà pari a quello disperso dai gas di combustione, con trascurabili perdite attraverso i fumi ed altre dispersioni non fruttuose.

Il funzionamento prevede che quando il combustibile viene bruciato esso passa attraverso uno scambiatore di calore che si occupa di sottrarre il calore dai fumi di combustione con il compito di cederlo in favore dell’acqua dell’impianto di riscaldamento; essa, a sua volta, cede il suo calore attraverso i radiatori all’aria ed all’ambiente, riscaldandoli.

Un tipo di scambiatore di calore tipico si compone di una serpentina che viene riscaldata dai gas della combustione ed essendo immessa nell’acqua fredda dell’impianto di riscaldamento, la riscalda per contatto e cessione di calore fisicamente; la stessa acqua sarà quella che effettivamente andrà a proseguire il suo percorso nei radiatori.

É necessario però distinguere all’interno di un combustibile due diversi tipi di ‘calore’, tecnicamente definito ‘potere calorifico’; quello ‘superiore’ (detto anche ‘P.C.S’) e quello ‘inferiore’ (denominato anche ‘P.C.I’). Il potere calorifico superiore definisce, relativamente al calore totale del combustibile, la quantità complessiva di energia che viene effettivamente sprigionata durante il processo di combustione.

Il potere calorifico inferiore rappresenta invece il calore utilizzabile senza considerare la condensazione del vapore che si è formato durante la combustione, ovvero senza ulteriore sottrazione di calore ai gas di combustione durante il processo che comporta che il vapore torni allo stato liquido. Il potere calorifico inferiore, come esprime la definizione stessa, è ovviamente ridotto rispetto a quello superiore ed è l’unica caratteristica che viene sfruttata all’interno delle caldaie tradizionali, con l’ausilio di dispositivi come la serpentina indicata in precedenza. Il differenziale tra il potere calorifico superiore ed inferiore viene definito ‘calore latente del vapore acqueo’ e valorizza la quantità di calore maggiore recuperabile dai fumi di combustione fino a raggiungere la temperatura di condensazione del vapore; soltanto le moderne caldaie a condensazione riescono a recuperare e sfruttare questa porzione di calore.

Sia per motivi pratici che di confronto immediato dei rendimenti delle caldaie a condensazione con quelle di tipo tradizionale, si prende come parametro di riferimento percentuale il potere calorifico inferiore del combustibile pre-determinato. Ad esempio per il’ 100%’ di un combustibile si intende la percentuale relativa al solo potere calorifero inferiore, senza considerare quello superiore. Ovviamente, in base a questa convenzione, essendo il potere calorifico superiore sempre più consistente di quello inferiore (visto che non si considera il calore latente del vapore acqueo), il calcolo totale della percentuale del potere calorifico superiore comporterà un valore superiore al 100%; questo però è semplicemente un valore di riferimento e di comodo per poter confrontare efficacemente ed univocamente i rendimenti delle caldaie a condensazione e quelle tradizionali.

Per quanto concerne ai valori ottenuti dai vari calcoli empirici è bene considerare che i risultati ottenuti non sono né assoluti né con precisione certa, in quanto variano in base alle diverse situazioni e ai parametri che influiscono, sia relativi alle specifiche tecniche che a fattori esterni. Questi elementi da considerare sono: il modello della caldaia, il tipo e la qualità di combustibile adottato, la temperatura interna ed esterna, la temperatura in uscita dell’acqua dall’impianto, e tante altre influenze minori. Si possono fare delle valutazioni e dei calcoli empirici medi in base a situazioni standard e comuni riguardo a caldaie moderne di tipo tradizionale, che funzionano ad elevate temperature del fluido.

Per quanto concerne il potere calorifico inferiore, i moderni bruciatori tradizionali garantiscono una temperatura media dell’acqua di riscaldamento intorno o poco sopra i 70 gradi centigradi, riuscendone a sfruttare al meglio solo il 90% poiché non riescono ad abbassare la temperatura dei gas di scarico ulteriormente. Il calore effettivamente utilizzato viene definito calore sensibile in quanto è quello che può essere avvertito dal proprio sistema di riscaldamento; il 10% restante rappresenta la quantità di calore dispersa. Questa componente del calore inferiore viene dispersa mediante i fumi di combustione che fuoriescono nell’ambiente esterno mediante la tubazione della caldaia e della canna fumaria ad una temperatura di ben 150 gradi, rappresentando uno spreco significativo di energia. Nei tradizionali bruciatori il 10% del potere calorifico inferiore viene disperso, invece in quelle a condensazione viene parzialmente recuperato.

A questa dispersione ai aggiunge quella del calore latente del vapore acqueo che seppur non elevato in percentuale rappresenta un valore importante nel tempo. Anche in questo caso le caldaie a condensazione riescono a recuperare buona parte di questo potere calorifero ottenendo quindi rendimenti ben maggiori di quelle tradizionali.

Solitamente le caldaie a gas risultano essere molto diffuse anche ai giorni nostri perché godono di una buona nomea dato dal loro utilizzo storico da anni ed alla rete del gas che raggiunge la maggior parte del territorio cittadino, rendendo il gas facilmente reperibile e già immesso, nella maggior parte dei casi, nella rete del proprio comune e della propria rete casalinga, dando l’impressione di una maggiore facilità di utilizzo ed un procedimento già ben noto agli utilizzatori finali; il fatto che le caldaie a condensazione sfruttano gli stessi principi, con qualche accorgimento tecnico migliorativo, e grazie anche alla somiglianza estetica le rende più facilmente accettate dagli utenti che nella maggior parte dei casi non sono predisposti alle novità ed al cambiamento, preferendo la ‘strada vecchia’ rispetto alla nuova.

Per poter fare la migliore scelta e più consapevole riguardo alla potenza da selezionare tra le varie caldaie a gas disponibili in commercio, è necessario stimare qual è quella effettivamente necessaria che consente al nostro impianto di riscaldamento di far raggiungere agli ambienti domestici la temperatura di comfort desiderata. Per poter calcolare la potenza necessaria vi è un vasto elenco di elementi che vanno considerati tra cui la superficie ed il volume dell’abitazione, l’isolamento termico presente e le relative dispersioni termiche previste, il piano, l’esposizione, la zona climatica di interesse, ma soprattutto la temperatura di comfort ambientale che si vuole raggiungere.

La potenza della caldaia ha il compito di alzare l’inezia termica, ovvero di impiegare l’energia necessaria per far si che la temperatura ambientale aumenti fino al parametro stabilito. La caldaia lavora ad una potenza più elevata quando viene accesa e fino al raggiungimento della temperatura ambientale desiderata che viene rilevata attraverso un’apposita sonda della caldaia; una volta che viene raggiunta la temperatura di comfort pre-impostata la caldaia assume un regime smart, ovvero a risparmio energetico, gestendosi in maniera automatica per mantenere quel dato livello di temperatura ma senza subire sbalzi in eccesso o in difetto oltre l’ordine di qualche decimo di grado centigrado, così da evitare inutili sprechi energetici e massimizzando la sua efficienza ed efficacia nello svolgimento della sua funzione.

Il fabbisogno di calore necessario può essere calcolato precisamente ad un tecnico del settore, ma è comunque possibile fare un calcolo orientativo mediante appositi strumenti anche se non si è esperti in materia, oppure si può chiedere un aiuto ad un venditore di caldaie, così da avere almeno un’idea di massima per poter cominciare ad orientare la propria scelta.

Il fabbisogno calorico si misura in chilowatt per metro cubo e si può affermare che in media esso ammonta all’incirca a 0,05 kW/m3; in base a questo parametro di riferimento possono essere utilizzati dei parametri correttivi in base alle situazioni che rendono più precisa la quantificazione.

In presenza di un’abitazione dotata di un ottimo impianto, ristrutturata ed isolata adeguatamente il fabbisogno di calore da considerare per la propria caldaia a gas può ammontare a circa 0,03kW per metro cubo.

Invece una casa datata ma che non è dotata di un buon isolamento ed un impianto recente può presentare un fabbisogno vicino ai 0,12 kW per metro cubo.

Ovviamente le situazioni intermedie che rientrano tra questi due estremi avranno valori direttamente proporzionali alle condizioni intrinseche ed estrinseche che influiscono sulla temperatura interna dell’immobile e delle relative dispersioni termiche.

I casi limite per eccesso vanno considerati anche per quegli immobili situati in zone particolarmente fredde o umide ed immobili che sono caratterizzati da grandi superfici disperdenti.

Come già accennato in precedenza questi metodi possono essere utilizzati per ottenere un valore orientativo per sé quando si inizia a valutare le caldaie a gas in commercio. Quando invece sarà necessario intervenire effettivamente, con l’aiuto di un tecnico esperto, la normativa prevede precise e rigorose norme e calcoli in materia, che devono essere espressi sulle documentazioni e sulle certificazioni dell’impianto stesso.

Il preciso calcolo relativo al fabbisogno di calore viene eseguito dal tecnico, mediante l’uso di coefficienti ed apposite applicazioni. Si può comunque provare ad effettuarlo in prima persona per una maggiore sicurezza e tranquillità personale, esso infatti richiede attenzione ma non è impossibile da calcolare.
All’interno della formula da cui si ottiene la potenza termica richiesta dalla tua casa sono presenti numerosi parametri e dati da considerare.

Il primo e più rilevante è il volume dell’abitazione che serve a quantificare l’aria che bisogna riscaldare. Gli altri elementi da considerare influiscono direttamente sul fabbisogno di calore specifico. Di seguito la formula:

fabbisogno energetico totale = volume dell’appartamento x fabbisogno di calore specifico

Il risultato ottenuto rappresenterà il valore di potenza termica necessaria di riferimento per la caldaia a gas, selezionando tra i vari modelli che presentano tale requisito.

Un tecnico esperto è in grado di apportare i giusti correttivi in base ad altri fattori che influenzano il valore della potenza termica necessaria per la nuova caldaia a gas da installare.

La potenza rappresenta soltanto uno dei fattori rilevanti che influiscono sulla scelta del tipo di caldaia, sebbene sia molto importante; infatti le preferenze possono variare sia in base ai dettagli prettamente tecnici e per soddisfare al meglio le esigenze di ognuno ma anche in base a fattori più superficiali come quello estetico e di avanzamento tecnologico e domotico o di ingombro all’interno dei locali interessati. Anche il volume che la caldaia occupa è un parametro che viene spesso considerato durante la sua selezione, in quanto spesso deve essere posizionata in spazi ridotti.