Come funziona la caldaia a condensazione

La caldaia a condensazione è un apparecchio termico con il quale si ottengono dei rendimenti di combustione notevolmente più alti rispetto alle caldaie a basso rendimento. La caldaia a condensazione fa la sua prima apparizione più di 25 anni fa con i primi modelli, questi, avevano scambiatori primari di prima generazione con rendimenti particolarmente buoni. Negli anni a venire le caldaie a condensazione sono state progettate per avere più modulazioni di fiamma, per poter essere pulite meglio e particolari miglioramenti sono stati fatti sul sifone della condensa.

Ma come funziona la caldaia a condensazione ? Il principio della combustione è lo stesso, il gas Metano o GPL brucia all’interno della camera di combustione ma i dettagli costruttivi della camera di combustione la rendono in grado di intrappolare il calore. Il risultato è che abbiamo un recupero del calore maggiore e un taglio circa la dispersione del calore attraverso i fumi.

COMPONENTI CIRCUITO DI COMBUSTIONE DELLE CALDAIE

La caldaia effettua una combustione a premiscelazione totale per cui il sistema mantiene automaticamente il rapporto aria/gas di 1:1 costante: per tutto il campo di funzionamento. L’aria ed il gas tramite i rispettivi ugelli vengono completamente miscelati in un’opportuna camera di premiscelazione e la miscela viene successivamente mandata al bruciatore. Il circuito gas che è identico a tutti i modelli è così composto:

• Valvola gas: è alimentata dalla scheda elettronica. Per effettuare la modulazione la valvola gas riceve dal ventilatore, tramite il tubino di compensazione che la collega allo stesso, un segnale di pressione statico che varia in base alla quantità di aria che muove il ventilatore. Di conseguenza la valvola gas apre più o meno i suoi otturatori in base alla quantità d’aria che il ventilatore muove e quindi si riesce a mantenere il rapporto aria/gas costante per tutto il campo di funzionamento.
• Pressostato aria: è collegato al ventilatore ed ha il compito di spegnere la fiamma se c’è un problema nel circuito aria fumi, È’ normalmente aperto ed i suoi contatti vengono chiusi quando l’aspirazione aria e lo scarico fumi avvengono in modo corretto 
• Ventilatore è alimentato dalla scheda di modulazione. Il ventilatore ha il compito di aspirare l’aria necessaria alla combustione e di conseguenza di espellere i prodotti della combustione dalla camera fumi, facendogli prima attraversare lo Scambiatore primario. La sua velocità è variabile ed è governata e controllata dalla scheda di modulazione (max 5.500 giri/min., min 1.800 giri/min).
• Camera di premiscelazione è posta immediatamente dopo l’ugello aria e 1’ ugello gas (da sostituire in caso di cambio gas} Il diaframma aria limita un’ingresso massimo dell’aria nella camera di  premiscelazione, La camera di premiscelazione invia la miscela aria/gas verso il gruppo bruciatore.
• Bruciatore è costruito in acciaio inox ed è di forma cilindrica. Riceve la miscela aria/gas dalla camera di premiscelazione, e la distribuisce facendola uscire attraverso le forature della sua parete esterna, Gli elettrodi di accensione e di rilevazione sono posti sulle due parti opposte del bruciatore
• Elettrodo di accensione è a scintilla e l’arco avviene attraverso due elettrodi uno dei quali funge da terra
• Elettrodo di ionizzazione è un filo di lega metallica (Kanthal) che resiste alle alte temperature (fino a 1300°C) ed ossidazioni, con la base protetta da un contorno ceramico di allumina vetrinata. E’ isolato rispetto alla massa della caldaia, (se l’isolamento ceramico è rotto o è in corto a causa della condensa, non effettua più la sua funzione di rilevatore di fiamma) principio del metodo di ionizzazione di fiamma è quello di utilizzare la fiamma come parte integrante del circuito di rilevazione: la combustione causa la ionizzazione dell’atmosfera della fiamma rendendola conduttiva. Praticando un potenziale elettrico
  all’elettrodo, con la massa del bruciatore otteniamo un passaggio di corrente. L’effetto risultante è pulsante è unidirezionale (in pratica la fiamma funziona come raddrizzatore) La scheda elettronica rileva un passaggio di corrente che deve essere minimo 0,3/0,5 micro ampere (valore consigliato 1,00 mA) Se non viene rilevata la presenza di fiamma, al termine del tempo di sicurezza (10 sec) viene segnalato sul display il codice de blocco e automaticamente la caldaia riprova il ciclo di accensione poi va in blocco permanente (per ripristinare la caldaia premere il tasto “‘reset”)
• Sifone di scarico condensa sulla parte inferiore dello scambiatore, i fumi (36°C / 65°C) e l’acqua di condensa (3,5/1,4 litri/h con un pH 4,1) vengono raccolti in una “bacinella” posta nella parte inferiore della fusione monoblocco di alluminio. Nella parte inferiore della stessa è inserito il sifone che permette la completa separazione dell’acqua dai fumi senza che questi possono fuoriuscire nell’ambiente. L’acqua della condensa esce dal sifone mentre i fumi salgono verso l’uscita superiore tramite un’opportuno tubo posto davanti al gruppo scambiatore. Il sifone deve essere riempito prima della messa in funzione della caldaia.
• Condotti di evacuazione fumo debbono essere utilizzati esclusivamente quelli previsti per la condensazione e deve essere rispettato il dimensionamento per quel che riguarda il diametro e le distanze massime consentite (coassiale I 100/60 mm = 4 metri, condotti separati @ 80 mm = 50 metri, condotti separati & 60 mm = 20 metri) 

Perchè la caldaia a condensazione produce condensa

Il motivo è che il raffreddamento dei fumi ottenuto grazie all’intrappolamento del calore fa si che tutto il vapore acqueo prodotto dalla combustione ristagni in caldaia e poi venga espulso attraverso lo scarico. Tanto più la caldaia lavora a temperature basse oppure è raffreddata da una temperatura di ritorno bassa ( tipico di un impianto appena partito ) tanto più la caldaia condensa.

Per avere un criterio prendiamo una tipica giornata invernale, la temperatura esterna è di 0 gradi e i nostri fumi vanno dai 40 ai 45 gradi, la quantità di condensa che la caldaia può produrre può arrivare a 12 litri al giorno. Teniamo presente che molto fa la metratura dell’appartamento oppure il riscaldamento a pavimento.

La modulazione di fiamma

Circa i primi modelli di caldaie a condensazione avevamo carenti modulazioni di fiamma, proviamo a pensare ad un fornello da cucina, le caldaie più datate avevano solo la fiamma alta e la fiamma bassa. Oggigiorno caldaie moderne come ad esempio quelle del marchio RADIANT hanno fino a 9 modulazioni di fiamma permettendo di avere un bruciatore che funziona fino a pochissimi KW. Questo si traduce in un consumo minore perchè viene agevolato il principio della condensazione e la temperatura dei fumi si abbassa notevolmente aumentandone il rendimento.

Stando ad alcune rilevazioni questa differenza si è vista con un risparmio di circa il 20% di gas in meno rispetto ad una caldaia a condensazione più datata, non male.

La modulazione di fiamma è ottima anche per riscaldamenti a termosifoni in ghisa o riscaldamenti a pavimento, questi hanno bisogno di cicli di funzionamento più lunghi e un incremento di temperatura graduale. Diversamente agli impianti con termosifoni in alluminio che richiedono temperature di funzionamento più alte (circa 55-60 gradi in pieno inverno), la caldaia a condensazione lavora meglio a basse temperature con fiamma bassa. Quindi se ci chiediamo quali sono gli impianti migliori per la caldaia a condensazione beh senza ombra di dubbio impianti a pavimento e inpianti in ghisa.

Tipi di scambiatore primario

La nostra attenzione va ai dettagli costruttivi dello Scambiatore primario piuttosto che al bruciatore, ne esistono di differenti modelli i più conosciuti sono lo scambiatore cilindrico e lo scambiatore verticale. Lo Scambiatore cilindrico è quello che si pulisce meglio, negli anni ne sono state prodotte differenti versioni. Alcuni di questi purtroppo avevano passaggi veramente molto stretti, le prime installazioni ma anche le successive, qualora la caldaia non aveva il fitro magnetico sul ritorno dell’impianto, andavano ad ostruire lo scambiatore primario. In caso di ostruzione, una delle 4-5 spire dello scambiatore primario diventavano inutilizzate diminuendo la capacità del generatore, questo portava all’aumento della temperatura dell’acqua tecnica nello scambiatore producendo crepe nell’acciaio inox. Di conseguenza la pressione dell’impianto scendeva più velocemente del normale e non venivano percepite perdite visto che tutto andava nello scarico della condensa della caldaia.

Prendendo come esempio il marchio RADIANT invece, ha scambiatori con passaggi più larghi e versioni di scambiatore con tubi concentrici che permettono di abbassare il calore dello scambiatore primario e favorire la temperatura di condensazione.

Circa gli scambiatori verticali se ne trovano in commercio due versioni, la soluzione proposta da Honeywell che consiste in una fusione di Alluminio Silicio, e quella adottata da altri produttori che lavorano in economia e consiste in uno scambiatore multipiano in alluminio. La soluzione proposta da Honeywell è interessante ma difficilmente pulibile, dopo diversi anni di funzionamento diventa veramente difficile arrivare a pulire le incrostazioni formatesi nella parte centrale della fusione. Questo tipo di scambiatore è eccezionale sì per i rendimenti ma se si incrosta porta la caldaia a fare terribili borbottii, tipici di una fiamma che si estingue.

Infine abbiamo lo scambiatore multipiano in alluminio che oltre essere difficilissimo da pulire è anche tipico di rotture. Questo tipo di scambiatore va scelto abbondando le dimensioni perchè la caldaia non può assolutamente lavorare a temperature alte. Questo tipo di scambiatore primario va pulito in modo ossessivo dagli ossidi con una soluzione alcalina fornita dal produttore, non deve assolutamente ostruirsi. Un caso lo abbiamo avuto su uno scambiatore di 18 Kw che doveva alimentare un boiler da 200 litri e un riscaldamento a pavimento. La caldaia in questione lavorava a temperature esagerate e con la fiamma sempre al massimo. Alcune parti di questo scambiatore non sono raffreddate e sebbene siano protette da scudi in fibra di ceramica, sono a rischio di bucarsi.

Per concludere, tutti i tipi di scambiatore primario attualmente in commercio sono pensati per trattenere il calore e la caldaia ha diverse modulazioni di fiamma per bilanciare l’erogazione di calore.