Caldaie a pirolisi per riscaldamento: principio di funzionamento e tipi di caldaie a lunga combustione

Gli anni passano, la scienza e la tecnologia avanzano, ma i combustibili solidi rimangono ancora richiesti. Bruciare legna in una stufa tradizionale o in una stufetta non è molto efficiente, ma la situazione è cambiata con le caldaie a pirolisi per riscaldamento – gli apparecchi si distinguono per l'alta efficienza e un funzionamento relativamente semplice.

D'accordo, sono argomenti abbastanza significativi per l'installazione di un riscaldamento autonomo. Se state cercando una caldaia efficiente per la casa, vale la pena dare un'occhiata più attenta alle caldaie a pirolisi.

Spiegheremo come sono costruiti e come funzionano gli apparecchi a lunga combustione, quali sono le loro caratteristiche tecniche e operative, e forniremo una panoramica dei modelli più apprezzati dei produttori nazionali ed esteri.

Cos'è la pirolisi

La legna – è forse il primo combustibile nella storia dell'umanità. Praticamente tutti sanno quanto velocemente brucia all'aria aperta e che non si sprigiona molto calore. Ma la situazione cambia radicalmente se si creano condizioni diverse per il processo di combustione.

La cosiddetta combustione pirolitica avviene in camere chiuse. Qui vengono caricati legna o altri combustibili solidi simili: pellet, segatura, scarti di lavorazione del legno, ecc.

Il combustibile viene acceso e poi si riduce la quantità di aria che entra nella camera.

Come è noto, durante la combustione avvengono processi di ossidazione, uno dei cui principali protagonisti è l'ossigeno contenuto nell'aria. Se l'ossigeno è scarso, la reazione rallenta e la legna brucia lentamente; in queste condizioni, in pratica, essa semplicemente cova. In questo processo viene rilasciata una certa quantità di energia termica, cenere e gas combustibile.

Il processo di pirolisi non termina qui. Il gas ottenuto dalla combustione del combustibile primario si mescola con le masse d'aria e brucia anch'esso. Di conseguenza, viene rilasciata significativamente più energia termica rispetto al funzionamento dei generatori di calore standard.

Pertanto le caldaie a pirolisi mostrano un rendimento molto elevato rispetto alle loro controparti puramente a combustibile solido, e spesso offrono anche la possibilità di risparmiare notevolmente sul riscaldamento.

Il vantaggio delle apparecchiature di riscaldamento di questo tipo è che il loro principio di funzionamento e costruzione è relativamente semplice. La quantità di aria che entra nelle camere di combustione viene regolata da un semplice otturatore meccanico. La costruzione semplice garantisce l'affidabilità del dispositivo; i guasti per le caldaie a pirolisi – non sono un evento frequente.

Questo schema mostra chiaramente tutte le fasi del processo di combustione a pirolisi. La temperatura all'interno del dispositivo può raggiungere 1200°C (+)

Un altro “vantaggio” delle caldaie a pirolisi – il lungo periodo di combustione. Il caricamento completo del dispositivo con combustibile consente di non interferire nel processo per diverse ore, a volte anche più di un giorno, cioè non è necessario aggiungere continuamente legna nel focolare, come avviene nella combustione aperta.

Naturalmente, ciò non significa che la caldaia a pirolisi possa essere lasciata incustodita. Come per le altre apparecchiature di riscaldamento, esistono rigide norme di sicurezza.

Occorre ricordare che la caldaia a pirolisi non è onnivora – l'umidità del combustibile deve essere bassa. Altrimenti, parte della preziosa energia termica andrà non al riscaldamento del fluido termovettore, ma all'essiccazione del combustibile.

Le caldaie a combustione a pirolisi, specialmente quelle realizzate in ghisa, hanno un peso fisico considerevole, per cui sono sempre disponibili solo come modelli da pavimento.

Con la combustione pirolitica, il combustibile brucia quasi completamente, e sarà necessario pulire l'apparecchio molto meno spesso rispetto all'uso di una caldaia tradizionale a combustibile solido. La cenere fine ottenuta dopo la pulizia viene utilizzata come fertilizzante. La combustione del combustibile in tali caldaie avviene dall'alto verso il basso.

Pertanto, le possibilità di circolazione naturale dell'aria nel focolare sono notevolmente limitate. L'uso della ventilazione forzata tramite un ventilatore migliora significativamente l'efficienza del dispositivo, ma rende la caldaia dipendente dall'energia elettrica, poiché per il funzionamento del ventilatore è necessaria elettricità.

Struttura e funzionamento di una caldaia a pirolisi

Il focolare della caldaia pirolitica è diviso in due scomparti. Nel primo brucia la legna, mentre nel secondo avviene la combustione secondaria della miscela di gas pirolitici e aria. A separare la prima camera dalla seconda è una griglia, sulla quale viene posto il combustibile.

L'aria viene solitamente introdotta forzatamente tramite un piccolo ventilatore. Tuttavia, nei modelli più piccoli, a volte viene utilizzato un aspiratore per creare tiraggio.

In questo schema è rappresentata la struttura di una caldaia pirolitica a combustione inferiore. La legna brucia lentamente con una piccola quantità di ossigeno e produce gas combustibile (+)

La presenza di ventilazione forzata può essere considerata la principale differenza tra una caldaia pirolitica e un modello classico a combustibile solido. Il corpo del dispositivo è composto da due parti inserite l'una nell'altra. Lo spazio tra le pareti è riempito con il fluido termovettore, il cui ruolo è tradizionalmente svolto dall'acqua.

Innanzitutto, si carica il combustibile nel primo scomparto del focolare della caldaia pirolitica, poi si accende il ventilatore e si innesca la combustione. I gas combustibili che si formano si spostano nel secondo scomparto, si mescolano con l'aria e bruciano.

La temperatura di combustione può raggiungere i 1200°C. L'acqua presente nello scambiatore di calore esterno si riscalda e circola nell'impianto di riscaldamento della casa. I residui della combustione vengono rimossi attraverso il camino.

Un possibile rimprovero ai dispositivi che utilizzano il principio di combustione pirolitica è il prezzo relativamente elevato. Una normale caldaia a combustibile solido costa molto meno. Tuttavia, nelle caldaie a combustione prolungata la legna brucia quasi completamente, cosa che non si può dire per una caldaia classica.

Per la legna utilizzata nella caldaia pirolitica sono richiesti requisiti specifici riguardo a dimensioni e umidità. Informazioni dettagliate sono disponibili nel manuale del produttore.

Scegliendo una caldaia a pirolisi, bisogna ricordare che i modelli economici di bassa potenza sono generalmente progettati solo per la legna. Le modifiche costose possono funzionare con diversi tipi di combustibile.

Inoltre, sarà necessario caricare il combustibile al massimo nel dispositivo. Una riduzione del carico porta a una maggiore produzione di cenere e fuliggine e influisce negativamente sul funzionamento complessivo dell'unità.

Caldaie a combustione superiore

Una delle varianti del dispositivo pirolitico – la caldaia a combustione superiore. Il principio di funzionamento di queste due unità è molto simile.

Allo stesso modo, nel focolare viene caricata una grande quantità di combustibile solido a bassa umidità, l'aria viene immessa forzatamente e si garantisce la combustione lenta del combustibile con una quantità ridotta di ossigeno. La serranda che regola il flusso di ossigeno viene posizionata nella posizione desiderata.

Schema del dispositivo della caldaia a combustione superiore. Il focolare di tale caldaia ha un fondo cieco; le particelle dei prodotti della combustione vengono rimosse attraverso la canna fumaria (+)

Ma le caldaie a combustione prolungata non hanno né cenere né griglia. Il fondo è costituito da una lastra metallica cieca. Tali caldaie sono progettate in modo che il legno bruci completamente e la piccola quantità di cenere rimasta nel focolare venga soffiata via dall'aria.

Tali dispositivi hanno un alto rendimento e funzionano anche a temperature superiori ai 1000°C.

La caratteristica principale di tali dispositivi – è che garantiscono effettivamente un lungo periodo di funzionamento a pieno carico. La camera di combustione in tali dispositivi è solitamente realizzata a forma di cilindro.

In essa si carica il combustibile dall'alto, e sempre dall'alto, al centro, viene immessa l'aria necessaria alla combustione.

Nelle caldaie a combustione superiore, il dispositivo per l'immissione dell'aria è un elemento mobile che scende verso il basso man mano che la legna brucia.

In questo modo si realizza una lenta combustione dello strato superiore del combustibile. Il combustibile brucia gradualmente, il suo livello nel focolare si abbassa. Contemporaneamente cambia anche la posizione del dispositivo di alimentazione dell'aria nel focolare; questo elemento in tali modelli è mobile e giace praticamente sullo strato superiore della legna.

La seconda fase della combustione avviene nella parte superiore del focolare, che è separata dalla parte inferiore da un spesso disco metallico. I gas pirolitici caldi, formatisi dalla combustione del combustibile nella parte inferiore, si espandono e si spostano verso l'alto.

Qui si mescolano con l'aria e bruciano, trasferendo ulteriormente una notevole quantità di energia termica allo scambiatore di calore.

La trave che sostiene il disco, che divide la camera di combustione in due parti, così come il disco stesso, durante il funzionamento della caldaia a combustione superiore è costantemente esposta ad alta temperatura. Con il tempo questi elementi si consumano e dovranno essere sostituiti periodicamente.

All'uscita della seconda parte della camera di combustione è solitamente installato un regolatore di tiraggio. È uno strumento automatico che determina la temperatura del fluido termovettore e, in base ai dati ottenuti, regola l'intensità del flusso del gas combustibile. Protegge il dispositivo da un eventuale surriscaldamento.

Va notato che lo scambiatore di calore esterno in tali caldaie reagisce alle variazioni della velocità di circolazione del liquido nello scambiatore, ovvero alle fluttuazioni di temperatura. Sulla superficie del dispositivo si forma immediatamente uno strato di condensa che provoca corrosione, specialmente nel caso di caldaie in acciaio.

È preferibile scegliere un dispositivo in ghisa, che resiste molto meglio a tale azione.

Sebbene il combustibile nelle caldaie a pirolisi a combustione prolungata dovrebbe bruciare senza residui, in pratica non è sempre così. A volte la cenere si sinterizza, formando particelle difficili da rimuovere con il flusso d'aria.

Se si accumula una grande quantità di tali residui nel focolare, si può osservare una notevole riduzione della resa termica dell'unità. Pertanto, la caldaia a combustione superiore deve essere comunque pulita periodicamente.

La peculiarità dei dispositivi di questo tipo è che, man mano che il combustibile brucia, è possibile aggiungerne altro senza attendere la combustione completa del carico iniziale. Ciò è utile quando si vuole smaltire rifiuti domestici combustibili.

Esistono anche varianti di caldaie a combustione superiore che funzionano non solo con combustibile legnoso, ma anche con carbone. I complessi moduli di controllo automatico sono assenti in questo tipo di caldaie a pirolisi, quindi guasti gravi sono estremamente rari.

La struttura della caldaia a combustione superiore consente di caricare il focolare solo parzialmente, se necessario. Tuttavia, in questo caso, accendere lo strato superiore di combustibile potrebbe non essere semplice. Il combustibile stesso deve essere essiccato; la legna da ardere proveniente da una catasta all'aperto non è adatta per questo tipo di caldaia.

Non si dovrebbe utilizzare combustibile di grandi dimensioni per questo tipo di apparecchiatura, cioè la legna dovrà essere necessamente spaccata in pezzi piccoli.

Caratteristiche di funzionamento delle caldaie a gasogeno

L'efficienza di una caldaia a pirolisi dipende in gran parte dal tipo e dalla qualità del combustibile. Tecnicamente, nel focolare si può caricare non solo legna, ma anche carbone e persino torba; la maggior parte dei modelli moderni di caldaie è progettata per utilizzare più tipi di combustibile.

La legna brucia in circa 5-6 ore, a seconda del tipo. Più duro è il legno, più a lungo brucia.

I moderni modelli di caldaie a pirolisi possono funzionare con vari tipi di combustibile legnoso: legna da ardere, bricchette, pellet, carbone, torba, ecc.

Ci vorranno circa dieci ore per la combustione del carbone nero, mentre la stessa quantità di carbone bruno brucerà lentamente per otto ore. In pratica, la tecnologia a pirolisi mostra la massima resa termica quando viene caricata con legna secca. La legna da ardere ottimale ha un'umidità non superiore al 20% e una lunghezza di circa 45-65 cm.

Se non si ha accesso a tale combustibile, si possono utilizzare carbone o altro combustibile organico: speciali bricchetti di segatura e pellet di legna, scarti della lavorazione del legno, torba, materiali con cellulosa, ecc.

Prima di mettere in funzione la caldaia, è opportuno leggere attentamente le raccomandazioni del produttore riguardo al combustibile.

Nelle caldaie a pirolisi, l'apporto d'aria è regolato da normali valvole meccaniche. L'assenza di elettronica complessa garantisce un'elevata tolleranza ai guasti dell'apparecchio.

Un combustibile troppo umido non è ammissibile in tali dispositivi. Durante la sua combustione nel focolare si formano ulteriori vapori acquei che favoriscono la formazione di sottoprodotti come catrame e fuliggine.

Le pareti della caldaia si sporcano, la resa termica diminuisce e, col tempo, la caldaia potrebbe persino smettere di funzionare e spegnersi.

Se si utilizza per la caldaia a pirolisi legna con un'umidità troppo elevata, all'interno del dispositivo si creeranno le condizioni per la formazione di catrame, che peggiorerà la resa termica e potrebbe causare guasti.

Se nel focolare viene caricato combustibile secco e la caldaia è regolata correttamente, il gas di pirolisi prodotto dal dispositivo darà una fiamma di colore giallo-bianco. Tale combustione è accompagnata da un'emissione trascurabile di sottoprodotti della combustione.

Se il colore della fiamma è diverso, ha senso controllare la qualità del combustibile e le impostazioni dell'apparecchio.

I gas di pirolisi, miscelati con l'aria, bruciano con una fiamma uniforme giallo-bianca. Se il colore della fiamma è cambiato, potrebbe essere necessario controllare le impostazioni della caldaia o la qualità del combustibile.

A differenza dei normali dispositivi a combustibile solido, prima di caricare la legna nelle caldaie a pirolisi a combustibile solido, il focolare deve essere preriscaldato.

A tale scopo, si eseguono i seguenti passaggi:

1. Si carica sul fondo del focolare un'innesco secco e fine (carta, trucioli, ecc.)
2. Lo si accende con una torcia di materiali simili.
3. Si chiude lo sportello della camera di combustione.
4. Lo sportello della camera di carico viene lasciato leggermente aperto.
5. Si aggiungono porzioni di innesco man mano che brucia.
6. Il processo viene ripetuto fino a quando sul fondo si forma uno strato di braci ardenti.

A questo punto, il focolare si è già riscaldato a circa 500-800°C, creando le condizioni per il caricamento del combustibile principale. Non utilizzare benzina, kerosene o altri liquidi simili per accendere l'innesco. Prima di riscaldare il focolare della caldaia a combustione prolungata, assicurarsi che il dispositivo sia pronto per l'uso.

Una caratteristica peculiare delle caldaie a combustione pirolitica – la scarsa quantità di cenere e fuliggine, che facilita la pulizia e la manutenzione dell'apparecchio

A tal fine si verifica la presenza di tiraggio, la tenuta degli sportelli, il corretto funzionamento dei meccanismi di chiusura e dell'apparecchiatura di regolazione, la presenza di fluido termovettore nell'impianto di riscaldamento, ecc.

Poi si deve accendere il termoregolatore per assicurarsi che l'apparecchio riceva tensione. Successivamente si apre l'otturatore di tiraggio diretto e si ventila la caldaia per 5-10 minuti.

Panoramica dei modelli più diffusi

Bisogna capire che qualsiasi caldaia a pirolisi è un apparecchio piuttosto pesante, non progettato per essere appeso a parete. Tali dispositivi possono essere utilizzati sia per il riscaldamento di una casa piccola che di ampie villette. Come altri apparecchi di riscaldamento, le caldaie a combustione prolungata si differenziano per potenza.

Quando si sceglie una caldaia a combustione pirolitica, è opportuno basarsi su indicatori quali la potenza termica dell’apparecchio, le dimensioni della camera di carico, la presenza di un secondo circuito e simili.

I compratori di solito si basano su questo indicatore.

Tra i modelli popolari di tali apparecchiature, è opportuno menzionare:

• Atmos (Ucraina) – sono rappresentati da dispositivi che possono funzionare sia a legna che a carbone, la potenza varia dai 14 ai 75 kilowatt.
• Attack (Slovacchia) – sono in grado di riscaldare superfici fino a 950 mq, alcuni modelli possono continuare a funzionare anche in caso di interruzioni di corrente elettrica.
• Bosch (Germania) – prodotti di alta qualità di un marchio noto, la potenza varia tra 21 e 38 kilowatt.
• Buderus (Germania) è rappresentata dalle linee Elektromet e Logano, la prima è ben nota in Europa come versione classica di caldaia pirolitica, la seconda – versioni più moderne destinate a case private.
• Gefest (Ucraina) – dispositivi ad alta potenza con rendimento fino al 95%.
• KT-2E (Russia) è appositamente progettato per grandi ambienti residenziali, la potenza dell'apparecchio è di 95 kilowatt.
• Opop (Repubblica Ceca) – caldaie relativamente economiche, affidabili e durevoli, potenza 25-45 kilowatt.
• Stropuva (prodotta in Lituania o Ucraina) con potenza da sette kilowatt sono adatte per una casa piccola, ma nella gamma di modelli sono presenti anche dispositivi più potenti.
• Viessmann (Germania) – la scelta ideale per le proprietà private, la potenza parte da 12 kilowatt, l'uso di tecnologie moderne consente di risparmiare carburante.
• “Buran” (Ucraina) con potenza fino a 40 kilowatt è un'altra opzione popolare per i proprietari di grandi ville.
• “Logika” (Polonia) i dispositivi ad alta potenza da 20 kilowatt riscaldano facilmente ambienti fino a 2.000 mq, sono più adatti a esigenze industriali: riscaldamento di officine, uffici, serre ecc.

Nella scelta di una caldaia a pirolisi per una casa privata, è opportuno considerare i modelli a doppio circuito, in modo da non solo riscaldare l'abitazione, ma anche fornire acqua calda sanitaria autonoma.

Lo scambiatore di calore per l'ACS può essere di tipo ad accumulo o istantaneo. Per quest'ultima opzione si utilizzano modelli di caldaie con maggiore potenza termica.

Se si desidera risparmiare denaro, si può provare a realizzare una caldaia a pirolisi fai-da-te. La tecnologia per il suo assemblaggio è descritta in questo articolo.

Conclusioni e video utili sull'argomento

In questo video è illustrato chiaramente il principio di funzionamento di una caldaia a pirolisi:

Una panoramica dettagliata del funzionamento di una caldaia a combustione superiore può essere visualizzata qui:

Le caldaie a pirolisi non sono economiche, ma ripagano pienamente l'investimento per il loro acquisto. Con una corretta installazione e manutenzione, questi dispositivi forniranno alla casa un calore stabile ed economico.

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