La tecnica della condensazione

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La tecnica della condensazione è il processo utilizzato nelle caldaie a condensazione per ottenere un rendimento maggiore rispetto a quelle tradizionali. Tale obbiettivo è raggiunto attraverso dei dispositivi che permettono un migliore utilizzo del calore prodotto dalla combustione, riducendo lo spreco in maniera considerevole. Per comprendere come questo possa avvenire bisogna avere presente il funzionamento dell’utilizzo del calore dei combustibili nei bruciatori e le questioni legate al rendimento e all’utilizzo dell’energia fornita. Senza di questo risulta difficoltoso capire in maniera approfondita le particolarità  delle caldaie a condensazione e i vantaggi che ne derivano. Per questo rimandiamo ad un apposito articolo sul funzionamento e sul rendimento delle caldaie.

Il rendimento energetico delle caldaie tradizionali

Riassumiamo comunque che ogni caldaia funziona riscaldando l’acqua con il calore che viene sottratto ai fumi di combustione. Più calore si sottrae ad essi, e quindi più freddi diventano i fumi, più si riesce a darne all’acqua da riscaldare. Ogni combustibile ha un potere calorifico superiore e uno inferiore. Il potere calorifico inferiore consiste nell’energia che è possibile sfruttare senza sottrarre calore ai gas di combustione sino al punto in cui il vapore si condensa. Il potere calorifico superiore è invece dato da quello inferiore più l’energia che si ottiene facendo raffreddare i fumi sino a far condensare il vapore, energia chiamata “calore latente del vapore”. Per facilitare il confronto tra le caldaie a condensazione e quelle tradizionali, che sono in grado di sfruttare il solo potere calorifico inferiore e non quello del calore latente del vapore, come base percentuale viene appunto presa per convenzione quella del potere calorifico inferiore(= 100%). Ma dato che il potere calorifico superiore è maggiore di quello inferiore, comprendendo anche il calore latente del vapore, il suo valore in percentuale sarà maggiore di 100.

Precisamente, come valori non assoluti ma almeno rappresentativi di un sufficiente numero  di situazioni, possiamo dire con buona approssimazione che il valore del potere calorifico superiore è uguale al 111%, dato dal 100% di quello inferiore più l’11% di quello latente del vapore. L’energia complessiva sprigionata quindi nella combustione è di 111%.
Di tutta questa energia una moderna caldaia tradizionale (quindi non a condensazione), funzionante con un atemperatura dell’ecqua a 75 gradi, “spreca tutto il calore latente del vapore (11%) e riesce a sfruttare del potere calorifico inferiore solo il 90%.  Di conseguenza è in grado di sfruttare all’incirca il 90% del 111% costituito dall’energia totale disponibile, sprecandone quindi il 21%.

Come funzionano le caldaie a condensazione

Avendo chiaro tutto questo vediamo ora come funziona la tecnica della condensazione e come le caldaie a condensazione riescono a sfruttare molto meglio il combustibile utilizzato. L’idea è semplice e consiste nell’assorbire più calore possibile sia dal potere calorifico superiore che da quello inferiore, raffreddando quindi al massimo i gas di combustione per trasferire all’acqua il calore assorbito. La cosa sembra ovvia ma il problema è che sino all’avvento delle moderne caldaie a condensazione l’idea non era stata messa in pratica per i problemi legati alla condensazione dell’acqua.

Il problema sta nel fatto che il vapore presente nei gas di combustione si combina con altri composti dei prodotti di combustione e quando si condensa forma miscele di acqua, acido carbonico, nitrico e in certi casi anche solforico. Tali acidi sono particolarmente aggressivi verso i metalli e di conseguenza i tradizionali componenti metallici delle caldaie venivano aggrediti e compromessi da tali agenti. Per questo si è sempre evitato di sottrarre tanto calore ai fumi di scarico fino a giungere alla temperatura  di condensazione del vapore.

Ma con il perfezionamento delle tecnologie dei materiali e con la diminuzione del costo di tali tecnologie, negli ultimi 25 anni è stato possibile produrre componenti in grado di resistere ai suddetti composti. Sono diventate così realizzabili caldaie in grado di portare i gas di combustione al punto di condensazione del vapore, assorbendo gran parte del calore disponibile in esso, e trasformando il vapore in acqua e composti chimici, che non sono però in grado di aggredire i componenti della caldaia, appositamente costruiti per resistervi. L’utilizzo di materiali speciali in certi componenti delle caldaie a condensazione è il principale motivo del loro superiore costo rispetto a quelle tradizionali. Costo in più che si recupera però agevolmente grazie al risparmio ottenibile.

Le soluzioni tecniche adottate dai progettisti delle caldaie a condensazione per sfruttare il calore non sfruttato da quelle tradizionali, sono essenzialmente due. La prima consiste nel dotare la caldaia di uno scambiatore di calore di dimensioni maggiori di quelli tradizionali, in grado quindi di sottrarre maggiore calore ai fumi di combustione e di trasferirlo all’acqua dell’impianto. La seconda vede invece la presenza di uno scambiatore di calore addizionale, attraverso cui i fumi di combustione passano, dopo aver attraversato il primo. E’ in questo secondo scambiatore che il vapore si condensa e che l’acqua risultante viene raccolta.

Il rendimento delle caldaie a condensazione

Grazie a queste soluzioni le moderne caldaie a condensazione sono in grado di ottenere un rendimento impensabile con quelle tradizionali, sfruttando maggiormente sia il potere calorifico inferiore che il calore latente del vapore.

Per quanto riguarda il potere calorifico inferiore, riferendosi sempre ad una caldaia che lavora con un’acqua dell’impianto a 75 gradi, il guadagno ottenuto è dell’8% in più rispetto ad una caldaia tradizionale, che come si era detto riusciva a sfruttarne il 90%. Lo sfruttamento di tale calore con una caldaia a condensazione, arriva quindi al 98%.

Per quanto riguarda il calore latente del vapore, il cui valore come si era detto è dell’11%, e che era completamente sprecato nelle caldaie tradizionali, lo sfruttamento arriva al 9%.
Il guadagno complessivo ottenuto rispetto a una caldaia tradizionale è quindi del 17%. Di conseguenza, del potere calorifico superiore, e cioè di tutta l’energia disponibile, che si era visto essere uguale al 111%, una caldaia a condensazione è in grado di sfruttarne il 107%. Solo il 4% viene quindi sprecato, mentre una caldaia tradizionale, come si era visto, ne spreca ben il 21%.

E’ stata presa come riferimento una temperatura di lavoro di 75 gradi per poter fare un raffronto più semplice con le moderne caldaie tradizionali, che lavorano (anche) a quelle temperature. Di fatto però più bassa è la temperatura di lavoro e più una caldaia a condensazione riesce a recuperare il calore non sfruttato. Portando quindi la temperatura di lavoro a valori più bassi, il rendimento di una caldaia a condensazione diventa ancora maggiore. A 30/40 gradi, che è praticamente il limite inferiore di lavoro, una caldaia a condensazione dell’ultima generazione riesce a sfruttare il 10% del calore latente del vapore e il 99% del potere calorifico inferiore, con un rendimento quindi del 109% sull’111% del poetere calorifico superiore, cioé di tutta l’energia disponibile. La perdita, in questo caso, si abbassa quindi a un solo 2%.

Bisogna comunque sottolineare che non in tutte le condizioni è possibile lavorare efficientemente a temperature così basse. L’effettiva possibilità dipende da diversi fattori ambientali e anche dalla grandezza dei radiatori dell’impianto. Più è infatti bassa la temperatura di lavoro e maggiori, a parità di altre condizioni, devono essere i radiatori per assicurare una determinata temperatura all’ambiente. Nei casi in cui tali condizioni non si verificano, una caldaia a condensazione lavorerà a temperature maggiori, come ad esempio quella di 75 gradi, pur sempre però assicurando un notevole aumento del rendimento.

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