Caldaia a gas a condensazione: specifiche di funzionamento, pro e contro + differenze rispetto ai modelli classici

I venditori di generatori di calore a condensazione sostengono che il rendimento di questa innovativa apparecchiatura superi il 100%. Ma, come ammetterà, questo contraddice leggermente la legge di conservazione dell'energia, che conosciamo tutti dal corso di fisica scolastico. Qual è dunque il mistero?

Da un lato, tali dichiarazioni sono una strategia dei marketing. Dall'altro – nelle loro rassicurazioni che convincono l'acquirente c'è anche un fondo di verità. Analizzeremo in dettaglio come è costruita una caldaia a condensazione: vantaggi e svantaggi, le sue specifiche di funzionamento e struttura meritano uno studio approfondito.

Per avere un quadro completo del tipo di apparecchiatura a condensazione, confrontiamolo con il classico generatore di energia termica. Mostreremo le caratteristiche della sua installazione e utilizzo. Sveleremo i segreti dell'elevatissima efficienza.

Caldaia a condensazione a gas

L'alto rendimento di un generatore di calore a gas a condensazione è garantito dalla presenza di uno scambiatore di calore aggiuntivo nella sua struttura. Il primo scambiatore, standard per tutte le caldaie di riscaldamento, trasferisce al fluido termovettore l'energia del combustibile bruciato. Il secondo aggiunge a questo anche il calore dal recupero dei gas di scarico.

Le caldaie a condensazione funzionano con «combustibile blu»:

• di rete (miscela di gas con prevalenza di metano);
• da serbatoio o da bombola (miscela di propano e butano con prevalenza del primo o del secondo componente).

È consentito utilizzare qualsiasi tipo di gas. L'importante è che il bruciatore sia progettato per funzionare con quel tipo di combustibile.

Le caldaie a gas a condensazione sono più costose dei normali modelli a convezione, ma vincono in termini di costi del carburante grazie a una riduzione del consumo di gas del 20-30%

Il generatore di calore a condensazione mostra la massima efficienza quando brucia metano. La miscela propano-butano è leggermente inferiore in questo senso. Inoltre, maggiore è la percentuale di propano, meglio è.

A questo proposito, il gas «invernale» per il serbatoio offre un rendimento leggermente superiore rispetto al gas «estivo», poiché il componente propano è maggiore nel primo caso.

A differenza di una caldaia a gas a condensazione, in una caldaia a convezione una parte dell'energia termica si disperde nel camino insieme ai prodotti della combustione. Pertanto, nei modelli classici, il rendimento si aggira intorno al 90%. È possibile aumentarlo, ma tecnicamente sarebbe troppo complesso.

Dal punto di vista economico non è giustificato. Nelle caldaie a condensazione, invece, il calore ottenuto dalla combustione del gas viene utilizzato in modo più razionale e completo, poiché il calore rilasciato durante la lavorazione del vapore viene accumulato e trasmesso al sistema di riscaldamento. In questo modo il fluido termovettore viene ulteriormente riscaldato, consentendo di ridurre il consumo di combustibile per ogni 1 kW di calore prodotto.

Struttura e principio di funzionamento

Per quanto riguarda la costruzione, la caldaia a condensazione è molto simile al modello a convezione con camera di combustione chiusa. La differenza è che all'interno è dotata di uno scambiatore di calore secondario e di un'unità di recupero.

Le caratteristiche principali del generatore di calore a condensazione sono la presenza di un secondo scambiatore di calore e di una camera di combustione chiusa con ventilatore.

La caldaia a gas a condensazione è composta da:

• camera di combustione chiusa con bruciatore modulante;
• scambiatore di calore primario n. 1;
• camera di raffreddamento dei gas di scarico fino a +56–57 ⁰C (punto di rugiada);
• scambiatore di calore secondario a condensazione n. 2;
• camino;
• ventilatore di alimentazione dell'aria;
• serbatoio per la condensa e sistema di scarico.

L'apparecchiatura in questione è quasi sempre dotata di una pompa di circolazione incorporata per il fluido termovettore. La versione normale con circolazione naturale dell'acqua nei tubi di riscaldamento è poco applicabile qui. Se la pompa non è inclusa nella fornitura, bisognerà assolutamente prevederla durante la preparazione del progetto del circuito della caldaia.

Ulteriori punti percentuali di rendimento nelle caldaie a condensazione si ottengono riscaldando il ritorno grazie al raffreddamento dei gas di scarico nel camino.

Le caldaie a condensazione in vendita sono a singolo circuito e a doppio circuito, e anche in versione a pavimento e a parete. In questo non presentano differenze rispetto ai modelli convettivi classici.

Il principio di funzionamento della caldaia a gas a condensazione è il seguente:

1. L'acqua da riscaldare riceve il calore principale nello scambiatore n. 1 dalla combustione del gas.
2. Quindi il fluido termovettore percorre il circuito di riscaldamento, si raffredda e raggiunge il blocco scambiatore secondario.
3. A seguito della condensazione dei prodotti della combustione nello scambiatore n. 2, l'acqua raffreddata viene riscaldata grazie al calore recuperato (con un risparmio fino al 30% di carburante) e ritorna allo scambiatore n. 1 per un nuovo ciclo di circolazione.

Per controllare con precisione la temperatura dei gas di scarico, le caldaie a condensazione sono sempre dotate di un bruciatore modulante con potenza regolabile dal 20 al 100% e di un ventilatore di alimentazione dell'aria.

Dettagli di funzionamento: condensa e camino

In una caldaia a convezione, i prodotti della combustione del gas naturale (CO₂, ossidi di azoto e vapore acqueo) vengono raffreddati solo fino a 140–160 ⁰C. Se si raffreddano ulteriormente, il tiraggio nel camino diminuisce, si inizia a formare condensa aggressiva e il bruciatore si spegne.

Tutti i produttori di generatori di calore a gas classici cercano di evitare tale sviluppo della situazione per aumentare al massimo la sicurezza operativa e prolungare la durata del loro apparecchiatura.

In una caldaia a condensazione, la temperatura dei gas nel camino oscilla intorno ai 40 ⁰C. Da un lato, ciò riduce i requisiti di resistenza al calore del materiale del camino, ma dall'altro impone limitazioni nella scelta in termini di resistenza agli acidi.

I gas di scarico di una caldaia a gas, raffreddandosi, formano una condensa aggressiva con elevata acidità che corrode facilmente persino l'acciaio.

Gli scambiatori di calore nei generatori di calore a condensazione sono realizzati in:

• acciaio inossidabile;
• siluminio (alluminio con silicio).

Entrambi i materiali possiedono caratteristiche di resistenza agli acidi migliorate. La ghisa e l'acciaio comune non sono affatto adatti per le caldaie a condensazione.

Il tubo del camino per una caldaia a condensazione può essere installato esclusivamente in acciaio inossidabile o plastica resistente agli acidi. I camini in mattoni, ferro e altri non sono adatti per tali apparecchiature.

Durante il recupero nello scambiatore di calore secondario, si forma della condensa, che è una soluzione acida debole e deve essere rimossa dall'apparecchio di riscaldamento dell'acqua.

Durante il funzionamento di una caldaia a condensazione con potenza di 35–40 kW, si producono circa 4–6 litri di condensa. In modo semplificato, si tratta di circa 0,14–0,15 litri per 1 kW di energia termica.

In realtà si tratta di un acido debole che è vietato scaricare in una fognatura autonoma, perché ucciderebbe i batteri coinvolti nel trattamento dei rifiuti. Inoltre, prima dello scarico in un sistema centralizzato, si consiglia di diluirlo prima con acqua in un rapporto fino a 25:1. Successivamente si può rimuovere senza timore di danneggiare il tubo.

Se la caldaia è installata in una villetta con fossa settica o impianto di depurazione locale, la condensa deve essere prima neutralizzata. Altrimenti ucciderà tutta la microflora nel sistema di trattamento autonomo.

Il 'neutralizzatore' è realizzato sotto forma di un contenitore con scaglie di marmo con una massa totale di 20–40 kg. Passando attraverso il marmo, il pH della condensa della caldaia aumenta. Il liquido diventa neutro o leggermente alcalino, non più pericoloso per i batteri nella fossa settica e per il materiale del sedimentatore stesso. Il riempimento in tale neutralizzatore va cambiato ogni 4–6 mesi.

Da dove deriva un rendimento superiore al 100%?

Quando indicano l'efficienza di una caldaia a gas, i produttori prendono come base il potere calorifico inferiore del gas senza considerare il calore generato dalla condensazione del vapore acqueo. In un generatore di calore convettivo quest'ultimo, insieme a circa il 10% dell'energia termica, viene completamente disperso nel camino, perciò non viene considerato.

Tuttavia, se si sommano il calore secondario di condensazione e quello principale della combustione del gas naturale, si ottiene proprio un rendimento superiore al 100%. Non c'è frode, solo un piccolo inganno nei numeri.

Se si calcola il rendimento in base al potere calorifico superiore, per una caldaia a convezione sarà intorno all'83–85%, mentre per una a condensazione circa il 95–97%.

In sostanza, il rendimento «errato» superiore al 100% nasce dal desiderio dei produttori di apparecchiature di generazione termica di confrontare dati comparabili.

Semplicemente, in un apparecchio a convezione il «vapore acqueo» non viene affatto considerato, mentre in uno a condensazione deve essere tenuto in conto. Da qui le piccole discrepanze con la logica della fisica di base insegnata a scuola.

Pro e contro del riscaldatore a condensazione

Tra i vantaggi della caldaia a condensazione troviamo:

1. Riduzione del 60–70% delle emissioni nocive (la maggior parte dell'anidride carbonica e degli ossidi di azoto finiscono nella condensa).
2. Rispetto ai modelli a convezione, risparmio fino al 30% di combustibile gassoso per ogni 1 kW generato.
3. Dimensioni ridotte delle apparecchiature di riscaldamento a gas a parità di potenza.
4. Bassa temperatura dei prodotti di combustione nel camino (solo circa 40 ⁰C).
5. Possibilità di installare una cascata di più caldaie.
6. Versatilità (adatta sia per radiatori di riscaldamento che per «pavimenti radianti»).
7. Presenza di automazione intelligente e completa autonomia di funzionamento del generatore di calore a gas senza intervento umano.

Un sistema a cascata di due o tre generatori di calore consente di installare caldaie di piccola potenza, che producono meno rumore e vibrazioni durante il funzionamento rispetto ai modelli più potenti.

Ciò semplifica l'installazione dell'intero sistema di riscaldamento e consente di ridurre le dimensioni del locale caldaia domestico. Inoltre, grazie alla possibilità di una regolazione più flessibile del processo di generazione del calore, aumenta l'efficienza complessiva dell'utilizzo dell'apparecchiatura di generazione termica.

I costi per una caldaia a condensazione rispetto a una normale caldaia a convezione vengono recuperati in 5–6 anni grazie al risparmio sul gas naturale.

Tra gli svantaggi dei generatori di calore a condensazione occorre menzionare:

1. Prezzo elevato delle apparecchiature (da 1,5 a 2 volte superiore rispetto ai modelli classici a convezione di potenza analoga).
2. Problemi di smaltimento della condensa.
3. Riduzione dell'efficienza quando la caldaia viene utilizzata in sistemi di riscaldamento ad alta temperatura.
4. Dipendenza dall'energia elettrica – per il funzionamento del ventilatore, dell'automazione e della pompa di circolazione è necessaria l'elettricità.
5. Divieto di utilizzo con antigelo.

Nonostante i notevoli costi iniziali, la caldaia a condensazione è pienamente giustificata dal punto di vista economico. Durante il funzionamento, recupera ampiamente tutto il denaro speso inizialmente.

In Russia, questo tipo di apparecchiatura è ancora poco diffusa. La caldaia a gas con recupero è ancora troppo insolita e poco conosciuta sul nostro mercato. Ma l'interesse per tali generatori di calore sta gradualmente crescendo.

Conclusioni e video utili sull'argomento

Come funziona un generatore di calore a condensazione:

Struttura delle caldaie a gas con recupero del vapore acqueo:

Tutti i vantaggi delle caldaie a condensazione:

Se si analizza attentamente come e secondo quali principi funziona una caldaia a gas a condensazione, i primi apparentemente «scorretti» rendimenti del 108-110% diventano cifre del tutto comprensibili e giustificate.

Un generatore di calore con recupero dei gas di scarico è effettivamente più efficiente rispetto alla configurazione classica. Il suo unico grave inconveniente è la condensa ad alta acidità, che deve essere smaltita in qualche modo.

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