Introduzione alle caldaie a condensazione

L’idea a base del funzionamento delle caldaie a condensazione è semplice. Si tratta di riuscire a sfruttare in maniera più efficace il calore prodotto nel processo di combustione. Per capire come ciò possa avvenire è utile sapere come e quanto il calore della combustione viene sfruttato in una caldaia convenzionale e come normalmente lo sfruttamento viene indicato e analizzato.

Una caldaia scalda l’acqua dell’impianto sottraendo calore a fumi di combustione. Tale processo avviene nello scambiatore di calore e ha come effetto anche l’abbassamento del calore dei fumi di combustione. Il calore così sottratto è quello che viene dato dalla caldaia all’acqua dell’impianto. Di conseguenza più i fumi di combustione si raffreddano più, a parità di calore di combustione, l’acqua dell’impianto viene riscaldata. Il limite inferiore di abbassamento della temperatura dei fumi di combustione rappresenta quindi un indice dello sfruttamento del calore.

E’ però importante avere presente che esistono due “tipi” di calore di combustione. Il primo è quello chiamato “potere calorifico inferiore” e consiste nel calore che è possibile sfruttare senza fare abbassare i fumi di combustione a una temperature vicina a quella di condensazione del vapore. Tale calore è l’unico sfruttabile dalle caldaie tradizionali e per questo è stato convenzionalmente posto al “100%”. Detto diversamente, benché nella combustione venga prodotto calore ulteriore, non essendo questo sfruttabile dalle caldaie tradizionali per convenzione non viene preso in considerazione e di conseguenza il potere calorifero inferiore ammonta al 100%.

L’altro tipo di calore è quello chiamato “potere calorifico superiore” e consiste nel calore complessivo liberato nella combustione che comprende quello inferiore più quello sfruttabile solamente abbassando la temperatura dei fumi di combustione a valori vicino a quelli di condensazione del vapore, circa 55 gradi centigradi. Tale calore viene chiamato “calore latente del vapore” e ammonta a circa 11% del calore totale prodotto. Detto diversamente il calore complessivo, chiamato “potere calorifico superiore” è dato dal 100% del potere calorifico inferiore più l’11% del calore latente del vapore, e ammonta quindi a 111%.

Una caldaia a condensazione funziona sfruttando proprio il calore latente del vapore, che nelle caldaie convenzionali viene totalmente sprecato, perché riesce ad abbassare maggiormente la temperatura dei fumi di combustione rispetto a quest’ultima. Tale maggiore abbassamento di temperatura, se uguale o inferiore ai 55 gradi, provoca la condensazione del vapore, che diventa acqua.

Per il principio spiegato più sopra, più una caldaia a condensazione lavora a basse temperature, più riesce a sfruttare il calore latente del vapore e quindi ad ottenere un maggiore rendimento.

La differenza tra una caldaia convenzionale ed una a condensazione sta quindi nel fatto che la prima riesce a sfruttare solamente il potere calorifico inferiore, e di questo solo una parte per giunta, mentre una a condensazione sfrutta anche il calore latente del vapore, grazie al maggiore abbassamento della temperatura dei gas di combustione che è in grado di ottenere.

Le soluzioni tecniche adottate dai costruttori per riuscire a sottrarre una maggiore quantità di calore dai gas di combustione sono essenzialmente due. La prima prevede uno scambiatore di calore di dimensioni maggiori rispetto alle caldaie convenzionali. Il secondo prevede invece due scambiatori di calore, uno primario e uno secondario. E’ quest’ultimo che ha la funzione di sottrarre ulteriore calore ai gas, abbassandoli a temperature vicine a quelle di condensazione del vapore.

Per quanto riguarda i reali rendimenti delle caldaie, in questo articolo esaminiamo in maniera approfondita quanto le caldaie convenzionali e quelle a condensazione riescono a sfruttare i vari tipi di calore disponibili, fornendo dei dati precisi e validi per la maggior parte delle situazioni.