Caldaia a condensazione, come funziona e perché utilizzarla!
Le caldaie a condensazione sono una tecnologia moderna ed ecologica per il riscaldamento domestico e la produzione di acqua calda sanitaria, in grado di assicurare rendimenti di combustione molto elevati grazie alla loro peculiare capacità di recuperare parte del calore latente contenuto nei fumi espulsi attraverso il camino.
La continua crescita del costo dei combustibili ha portato l’industria a creare prodotti sempre più efficienti e meno inquinanti.
Il termine “a condensazione” deriva dal fatto che nella caldaia c’è un particolare scambiatore che cattura il calore dei fumi di scarico, che altrimenti andrebbe persi insieme con i fumi, fino a far condensare i gas di scarico per poter catturare quel calore latente che è intrappolato nel vapore acqueo.
L’effetto ricercato è insomma quello di recuperare la quota di calore che corrisponde al cambiamento di stato da vapore ad acqua.
Per garantire le più elevate prestazioni e la massima affidabilità, lo scambiatore presenta caratteristiche particolari, tra cui la presenza di ampie superfici di scambio per ottimizzare il recupero del calore e l’impiego di materiali resistenti all’aggressione chimica della condensa per la sua realizzazione.
L’utilizzo di caldaie a condensazione garantisce il miglior risparmio energetico attualmente realizzabile nel caso ovviamente di fonte convenzionale, gas metano o GPL.
Un caldaia a condensazione, in genere, è un concentrato di alta tecnologia infatti, oltre allo scambiatore costruito con materiali speciali in grado di resistere all’aggressione chimica della condensa, con sezioni ottimizzate e superfici di scambio molto estese per recuperare la maggiore quantità di calore, esistono anche altri accorgimenti tecnologici che concorrono a migliorarne l’efficacia.
Tra i più utili il controllo elettronico della combustione e l’impiego di un bruciatore, tecnologicamente avanzato costruito con particolari materiali, premiscelato, modulabile e con una accurata progettazione delle geometrie costruttive della camera di combustione.
La caldaia a condensazione, a parità di energia fornita, ha un consumo di combustibile inferiore rispetto ad una caldaia di tipo tradizionale: è possibile recuperare tramite la condensazione del vapore acqueo contenuto nei gas di scarico fino al 16-17% di energia.
Queste caldaie esprimono il massimo delle prestazioni quando vengono utilizzate con impianti funzionanti a bassa temperatura (30-50°C), come ad esempio con impianti a riscaldamento a pavimento.
La ragione delle alte prestazioni è sviluppata dalla capacità di sfruttare buona parte del calore latente contenuto nei gas di scarico, che nelle normali caldaie vengono semplicemente espulsi dal camino, a temperature molto alte.
Nelle caldaie a condensazione, invece, i fumi di scarico vengono fatti transitare attraverso lo scambiatore-condensatore, in cui il vapore acqueo contenuto nei fumi di combustione viene raffreddato e si condensa, cedendo all’impianto una quota supplementare di calore.
Il raffreddamento dei fumi di scarico fino a 40-50 °C, tramite lo scambiatore-condensatore, avviene grazie alle temperature relativamente basse (circa 30 °C) dell’acqua di ritorno del sistema di riscaldamento.
Il fenomeno della condensazione avviene quando il vapore acqueo, contenuto nei fumi di combustione del metano e circolante nello scambiatore-condensatore, scende sotto il cosiddetto “punto di rugiada”, corrispondente a circa 54 °C. Scendere sotto il punto di rugiada significa innescare quel processo di condensazione, in grado di sottrarre buona parte del calore latente contenuto nel vapor d’acqua e di trasmetterlo all’acqua di ritorno del riscaldamento, aumentando così il rendimento della caldaia.
Se le caldaie ad alto rendimento presentano rendimenti nominali intorno al 90%, quelle a condensazione raggiungono valori anche del 108-109%.
Questo si spiega con il fatto che i calcoli sul rendimento delle caldaie vengono elaborati sulla base del potere calorifico inferiore,calore sensibile, del combustibile, cioè sulla quantità di energia estraibile, in questo caso dal gas metano, senza tenere conto del calore latente ricavabile dalla condensazione del vapor d’acqua ,mentre invece il potere calorifico superiore ne tiene conto.
Il rapporto tra potere calorifico superiore e inferiore del gas metano è di 1.11, vi è una differenza cioè dell’11%.
Uno dei fattori principali che influisce positivamente sul rendimento di una caldaia a condensazione è la temperature dell’acqua di ritorno del sistema di riscaldamento; a temperature molto basse, corrisponde un migliore sfruttamento del calore latente e di conseguenza un migliore rendimento della caldaia.
Questo significa che i sistemi di riscaldamento funzionanti a basse temperature, come gli impianti a pannelli radianti, con temperature dell’acqua circolante, mandata e ritorno, di 40-30 °C, sono quelli in cui le caldaie a condensazione dimostrano la massima efficacia.
La migliore opzione, come già sottolineato, consiste nell’abbinare una caldaia a condensazione con un impianto di riscaldamento a pannelli radianti, funzionante a basse temperature.
Questa soluzione risulta facilmente praticabile se si tratta di nuovi impianti ancora da realizzare, mentre, nel caso in cui si preveda l’installazione di una caldaia a condensazione e la contestuale posa di pannelli radianti per sviluppare un impianto a sostituzione dell’esistente a termosifoni, occorre valutare i maggiori costi dovuti alle opere accessorie, relative alle piastrelle e assistenze edili.
L’installazione di caldaie a condensazione è compatibile anche se si intenda installare un sistema di riscaldamento a radiatori o ventilconvettori, oppure lo si possiede già.
Bisogna in questo caso prestare particolare attenzione ad alcuni dettagli tecnici, poiché, come si è già visto, le caldaie a condensazione offrono le massime prestazioni quando l’acqua circola a basse temperature.
L’acqua calda che alimenta un impianto a radiatori è di solito impostata su temperature di mandata di 70-80 °C, indispensabili per riscaldare un edificio nelle giornate invernali più fredde, mentre l’acqua di ritorno è di circa 60 °C.
In questo caso però, la resa della caldaia a condensazione, non potrà essere pari a 108-109% in quanto il suo utilizzo non è coerente con l’idea di progetto della caldaia.
Tuttavia, dal momento che il dimensionamento degli impianti termici viene realizzato sulla base delle temperature esterne più rigide,la temperatura di progetto, nei periodi meno freddi della stagione, è possibile mantenere delle temperature dell’acqua su valori più bassi.
Esistono caldaie a condensazione dotate di una sonda di rilevazione della temperatura esterna, collegata ad una centralina di controllo; in questo modo, la temperatura dell’acqua da inviare ai radiatori si regola automaticamente, diminuendo all’aumentare della temperatura esterna.
Questo fa sì che la caldaia a condensazione funzioni come una normale caldaia (cioè senza condensazione) soltanto nei giorni più freddi, mentre per tutto il restante periodo le basse temperature dell’acqua di ritorno permettono di condensare il vapore acqueo contenuto nei gas di combustione e di apportare quindi tutti i tipici benefici delle caldaie a condensazione.
Bisogna infine sottolineare che le caldaie a condensazione risultano particolarmente indicate in integrazione con impianti solari termici progettati per il riscaldamento degli edifici
Nei prossimi interventi tratteremo a supporto del presente articolo, l’installazione di impianti a pannelli radianti, impianti solare termico a supporto del riscaldamento e per la produzione di acqua calda sanitaria.
Ing. Roberto Boffi
PUBBLICATO GT 009/2011