Corso di Impianti Meccanici – Laurea Magistrale
Modulo 1. Biomasse
Sezione 1.3 Caldaie a biomassa
Prof. Ing. Cesare Saccani
Prof. Ing. Augusto Bianchini
Dott. Ing. Marco Pellegrini
Department of Industrial Engineering (DIN) - University of Bologna
Agenda
Tipologia di caldaia
Il dimensionamento della caldaia
Aspetti progettuali legati alla sicurezza
Il dimensionamento dell’accumulo inerziale
Riscaldamento e produzione di acqua calda sanitaria
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Tipologia di caldaia
Si possono distinguere le caldaie a biomassa in due categorie:
-caldaie a caricamento manuale;
-caldaie a caricamento automatico.
Le caldaie a carica manuale (tipicamente caldaie a ciocchi di legno) hanno
solitamente una potenza limitata a qualche decina di kW termici e trovano
impiego ottimale per il riscaldamento di case comprendenti uno o pochi
appartamenti. La tipologia di caldaia è a fiamma inversa, così chiamata per la
posizione della camera di combustione, situata al di sotto del vano nel quale
viene caricata la legna.
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Tipologia di caldaia
Solitamente le caldaie a caricamento manuale sono provviste di una ventola per
la circolazione forzata dell’aria comburente.
In alcuni modelli (ad aria soffiata), la ventola è posta sul lato anteriore della
caldaia e spinge l’aria all’interno facendola fluire attraverso il combustibile fino
allo scarico dei fumi. In altri modelli (ad aria aspirata) la ventola è situata
posteriormente sulla bocca di uscita dei fumi e aspira i gas combusti creando
una depressione in caldaia che consente il richiamo dell’aria comburente
dall’esterno.
Una parte dell’aria (detta primaria) viene introdotta in caldaia immediatamente
sopra la griglia sulla quale è appoggiata la legna. L’aria primaria consente
l’avvio della combustione (con una prima fase di gassificazione), con
formazione di uno strato di braci a contatto della griglia e lo sviluppo di gas
combustibili derivanti dalla pirolisi del legno (soprattutto monossido di carbonio
e idrogeno).
I gas sprigionati vengono trascinati in basso attraverso la griglia e giungono
nella camera sottostante, dove l’aggiunta dell’aria secondaria consente il
completamento della combustione.
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Tipologia di caldaia
Fattori essenziali per ottenere una combustione ottimale sono:
- una corretta carburazione (rapporto aria/combustibile);
- temperatura elevata;
- turbolenza elevate nella camera di combustione;
- permanenza dei gas caldi nel focolare per un tempo (residence time)
sufficiente al completamento delle reazioni termochimiche di combustione.
L’inversione della fiamma consente di ottenere una combustione progressiva
della legna, che non prende totalmente fuoco nel vano di carico ma brucia
solamente quando giunge in prossimità della griglia.
Questo fa si che la potenza erogata dalla caldaia sia più stabile nel tempo e che
la combustione possa essere meglio controllata, aumentando il rendimento e
riducendo le emissioni inquinanti.
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Tipologia di caldaia
Esempio 1 – Caldaia a ciocchi di legno a caricamento manuale
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Tipologia di caldaia
Esempio 2 – Caldaia a ciocchi
di legno a caricamento manuale
kW
kg
kW di
3
7
Tipologia di caldaia
Esempio 3 – Caldaia a ciocchi di legno a caricamento manuale
kW di
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Tipologia di caldaia
Esempio 3 – Caldaia a ciocchi di legno a caricamento manuale
9
Tipologia di caldaia
Esempio 3 – Caldaia a ciocchi di legno a caricamento manuale
caldaia
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Tipologia di caldaia
Le caldaie a caricamento automatico si distinguono principalmente in:
-
caldaie a cippato;
caldaie a pellet.
Le caldaie a cippato utilizzano legno vergine ridotto in piccoli pezzi della
dimensione di qualche centimetro, caricato automaticamente per mezzo di
appositi dispositivi meccanici. Gli impianti a cippato sono totalmente
automatizzati e non hanno limiti dimensionali, potendo raggiungere potenze
anche di diversi MW termici. I rendimenti e il comfort sono gli stessi delle
caldaie a gas/gasolio. Per le caratteristiche di automazione e risparmio di
esercizio, gli impianti a cippato sono particolarmente indicati per il
riscaldamento di edifici di dimensioni medie o grandi, quali alberghi, scuole,
condomini, ospedali e centri commerciali.
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Tipologia di caldaia
Poiché il caricamento del combustibile in caldaia avviene in modo automatico, è
necessario che accanto al locale caldaia venga predisposto un locale (silo) per
lo stoccaggio del combustibile. Al fine di facilitare le operazioni di scarico del
cippato dai mezzi di trasporto, il silo è situato spesso al di sotto del piano
stradale. Dal silo di alimentazione il cippato viene estratto automaticamente e
convogliato, per mezzo di una coclea dosatrice, nella caldaia, dove avviene la
completa combustione mediante l’immissione di aria primaria e secondaria.
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Tipologia di caldaia
La combustione avviene generalmente in caldaie a griglia, che può essere:
- fissa, per bruciare materiali fini e a basso contenuto di umidità;
- mobile, per bruciare combustibili a pezzatura grossolana e ad alto contenuto di
ceneri ed umidità, quali le biomasse forestali fresche di taglio.
La caldaia a griglia fissa, sicuramente la più diffusa nello scenario impiantistico
italiano, ha mostrato negli anni, oltre ad un’elevata affidabilità, anche alcuni
limiti di carattere funzionale possono essere sintetizzati come segue:
- una combustione non ottimale dovuta all’ammasso di ceneri o altri incombusti;
- una riduzione dell’efficienza della combustione, in quanto l’aria di
combustione primaria, immessa da opportuni fori praticati sulla griglia,
attraversa il letto di combustione, ma nelle zone a maggiore agglomerazione
non riesce a mescolarsi completamente con il combustibile;
- la pezzatura del cippato e la sua umidità tendono ad influenzare sensibilmente
l’efficienza della combustione.
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Tipologia di caldaia
Nel caso di caldaia con griglia fissa occorre che il combustibile abbia un’umidità
non superiore al 35÷40% sul tal quale e la pezzatura sia abbastanza fine ed il più
uniforme possibile. Pur con questi limiti intrinseci, le griglie fisse sono ancora
oggi ampiamente utilizzate ma con un limite di taglia; esse generalmente non
superano gli 800 kWt di potenza.
Aria
secondaria
Aria primaria
Bruciatore di
accensione
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Tipologia di caldaia
La caldaia a griglia mobile è caratterizzata da una continua movimentazione del
letto di combustione. Grazie a dei veri e propri scalini, il combustibile viene
trasportato verso il basso fino alla griglia. In questo modo si favorisce
l’evaporazione dell’umidità (si possono bruciare biomasse con umidità fino al
50÷55 % sul tal quale, contro il 35÷40 % nelle griglie fisse).
Inoltre, il continuo rimescolamento causato dal movimento della griglia, fa si
che l’aria di combustione raggiunga tutte le particelle di combustibile e la
temperatura del letto sia più uniforme, con il risultato che si producono meno
residui incombusti e la combustione risulta migliore con evidenti riflessi anche
sul rendimento complessivo dell’impianto (>80%).
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Tipologia di caldaia
La caldaia a griglia mobile permette di ridurre i limiti delle griglie fisse e dunque
le rende assai più indicate per impianti di taglia media e grande alimentati con
combustibili meno standardizzati, soprattutto dal punto di vista dell’umidità, del
contenuto in ceneri e della pezzatura. Le potenze associabili a questa tipologia
di caldaia partono generalmente dagli 800 kW per raggiungere valori di molto
superiori, con applicazioni che vanno anche verso sistemi di teleriscaldamento
a servizio di più utenze.
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Tipologia di caldaia
Camera di combustione a griglia mobile a gradini
1.
2.
3.
4.
5.
Ingresso del combustibile – coclea di alimentazione
Camera di combustione con raffreddamento ad acqua
Griglia a gradini raffreddata ad acqua
Zona di rimozione delle ceneri
Rimozione (automatica o manuale) delle ceneri dalla
griglia inferiore
6. Estrazione automatica delle ceneri della griglia
7. Accesso al meccanismo della griglia
8. Voltino ad irraggiamento
9. Massa refrattaria
10. Camera di combustione secondaria
11. Scambiatore di calore a tre giri di fumo
12. Sportello anteriore con dispositivo per la pulizia
automatica con aria compressa dei tubi della caldaia
13. Depurazione dei gas di scarico mediante multiciclone
separatore con estrazione automatica della cenere volatile
14. Ventilatore del gas di scarico
15. Sportello della griglia
- Percorso acqua
- Movimento griglia
- Percorso fumi
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Tipologia di caldaia
Nelle caldaie a caricamento automatico a pellet, grazie alla forma cilindrica e
liscia e alle piccole dimensioni del combustibile, che tende a comportarsi come
un fluido, la movimentazione del combustibile e il caricamento automatico viene
agevolato. Il trasporto può avvenire con autobotti, dalle quali il pellet viene
pompato direttamente nel serbatoio di stoccaggio dell’impianto.
L’elevata densità energetica (il peso specifico in mucchio del pellet sfuso è di
circa 600-700 kg/m3, molto più elevato di quello di altri combustibili legnosi non
pressati) e la facilità di movimentazione rendono il pellet il combustibile
vegetale più indicato per impianti di riscaldamento automatici di tutte le
dimensioni. Il pellet di legno può essere utilizzato nelle caldaie a cippato oppure
in caldaie appositamente progettate.
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Tipologia di caldaia
In tutti i casi l’accensione è automatica e molto rapida, per mezzo di una resistenza
elettrica. Nei sistemi più avanzati la regolazione dell’aria comburente e del flusso di
combustibile vengono effettuate automaticamente ad opera di un microprocessore.
Queste caratteristiche di semplicità d’uso e di automazione conferiscono agli impianti di
riscaldamento a pellet un elevato livello di comfort.
L’elemento qualificante per la sicurezza di una caldaia a pellet è costituito dai dispositivi
contro il ritorno di fiamma dal bruciatore verso il serbatoio. Il sistema più diffuso
consiste nell’interporre un tratto di caduta libera del pellet tra la coclea di trasporto e la
caldaia. Altri sistemi prevedono serrande tagliafiamma o valvole stellari.
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Tipologia di caldaia
I modelli più avanzati si avvalgono di sistemi di regolazione a microprocessore e
raggiungono rendimenti termici di punta oltre il 90%.
Tra le innovazioni più significative, presenti anche in modelli di piccola potenza, vi è la
regolazione dell’aria di combustione in base al fabbisogno di ossigeno. Un apposito
strumento (sonda lambda) rileva il contenuto di ossigeno nei fumi e regola di
conseguenza in maniera costante la quantità di aria durante l’intero ciclo di
funzionamento della caldaia a legna, dall’accensione iniziale fino all’esaurimento del
combustibile.
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Tipologia di caldaia
Esempio di caldaia a pellet a condensazione
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Agenda
Tipologia di caldaia
Il dimensionamento della caldaia
Aspetti progettuali legati alla sicurezza
Il dimensionamento dell’accumulo inerziale
Riscaldamento e produzione di acqua calda sanitaria
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Il dimensionamento della caldaia
Nel caso di impianti ad alimentazione manuale particolare attenzione va
dedicata al dimensionamento dell’impianto, tenendo conto che le caldaie a
legna (e, più in generale, le caldaie a biomassa), a differenza di quelle a gas o a
gasolio, devono per quanto possibile funzionare in continuo, senza interruzioni.
Di conseguenza, va evitato un sovradimensionamento eccessivo della caldaia,
che avrebbe importanti conseguenze negative: un inutile aggravio dei costi di
impianto e il funzionamento non ottimale della caldaia, a causa delle frequenti
interruzioni della combustione a cui sarebbe inevitabilmente soggetta. Le
interruzioni forzate della combustione, ottenute con l’arresto del flusso d’aria
comburente producono infatti una maggiore fumosità, che causa sporcamento
del camino e della caldaia, e minore rendimento medio stagionale dell’impianto.
In ogni caso, è necessaria la presenza di una caldaia di back-up alimentata a
metano che sia in grado di intervenire nel caso in cui la caldaia a biomassa non
sia in grado di supportare il carico termico richiesto o quando la caldaia è ferma
per manutenzione ordinaria o straordinaria.
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Il dimensionamento della caldaia
Il dimensionamento della caldaia va pertanto eseguito dopo un’attenta
valutazione delle caratteristiche dell’edificio e della fascia climatica in cui si
trova, oltre che dalle caratteristiche dell’utenza (kWh/m2anno). L’energia
richiesta è minore negli edifici ben coibentati e in quelli dotati di sistemi di
riscaldamento ad alta efficienza, come gli impianti a pavimento o a parete
radiante.
Un altro fattore di cui tener conto, nel caso di caldaie a caricamento manuale, è
il numero di cariche di legna che si intende effettuare nell’arco della giornata, in
altre parole l’autonomia di funzionamento desiderata. Questa dipende dalla
capienza del vano di carico legna e dalla potenza della caldaia. Il rapporto tra
queste due grandezze, esprimendo la capacità di carico legna in litri e la
potenza in kW, fornisce una stima grossolana della capacità di autonomia di
funzionamento continuo alla massima potenza.
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Il dimensionamento della caldaia
Per il dimensionamento degli impianti a caricamento automatico (cippato o
pellet) possono essere seguiti criteri simili a quelli relativi ad impianti
convenzionali a gas/gasolio.
Nel caso in cui si preveda di installare o di mantenere in esercizio una caldaia a
gas/gasolio con funzione di integrazione e soccorso, la caldaia può essere
dimensionata intorno al 70% della potenza di picco stimata.
Questo consente di risparmiare sui costi di acquisto e di installazione. Poiché i
picchi di fabbisogno di potenza sugli impianti di riscaldamento sono
generalmente di breve durata, e limitati ad alcuni giorni del mese più freddo, con
questo accorgimento si riesce comunque a coprire con l’energia da biomassa
oltre il 90% del fabbisogno totale di calore.
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Il dimensionamento della caldaia
Nel caso in cui un’unica caldaia debba provvedere al riscaldamento di
numerose utenze collegate, ad esempio, da una rete di teleriscaldamento, la
potenza della caldaia a biomassa corrisponde alla somma delle potenze di tutte
le utenze allacciate diminuita di un coefficiente di contemporaneità che tenga
conto delle caratteristiche del prelievo termico delle varie utenze. Il valore di
questo coefficiente va valutato caso per caso, ed è spesso compreso tra 0,6 e
0,7.
Un secondo elemento da considerare è il coefficiente di utilizzo di ogni singola
utenza.
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Agenda
Tipologia di caldaia
Il dimensionamento della caldaia
Aspetti progettuali legati alla sicurezza
Il dimensionamento dell’accumulo inerziale
Riscaldamento e produzione di acqua calda sanitaria
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Aspetti progettuali legati alla sicurezza
A differenza delle caldaie a gas/gasolio, le caldaie a biomassa sono
caratterizzate dalla presenza di combustibile solido che, una volta acceso,
continua a sviluppare calore con una inerzia considerevole, difficilmente
controllabile nel breve termine.
Di conseguenza, le caldaie a legna possono trovarsi in condizioni peculiari di
criticità. Queste condizioni sono fondamentalmente due:
- interruzione dell’alimentazione elettrica;
- guasto della pompa di circolazione della caldaia.
In entrambe le suddette situazioni si ha il blocco pressoché totale della
circolazione di acqua in caldaia e si interrompe l’asportazione del calore
generato dalla combustione della legna. Di conseguenza, la temperatura
dell’acqua può salire fino a raggiungere e superare i 100°C. Oltre la soglia della
temperatura di ebollizione la produzione di vapore causa un brusco aumento
della pressione dell’impianto. In mancanza di dispositivi di sicurezza adeguati si
può rapidamente giungere a una situazione di pericolo.
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Aspetti progettuali legati alla sicurezza
Oltre che del termostato di sicurezza in dotazione a tutti i tipi di caldaia (il
termostato di sicurezza blocca il ventilatore ed il sistema di alimentazione del
combustibile), le caldaie a biomassa sono tipicamente dotate di uno
scambiatore di calore di emergenza, costituito da un tubo a serpentina immerso
nell’acqua della caldaia. Questo scambiatore deve essere collegato da un lato a
una presa di acqua fredda, direttamente connessa all’acquedotto; dal lato in
uscita lo scambiatore di emergenza va collegato a uno scarico (acqua a
perdere).
Tra la presa di acqua fredda e lo scarico a valle della caldaia va interposta una
valvola di sicurezza termica. Questa valvola è dotata di una sonda a bulbo di
mercurio da inserire in un apposito pozzetto sulla caldaia. In caso di emergenza,
prima che la temperatura della caldaia raggiunga la soglia dei 100°C, la valvola
di sicurezza si apre mediante un dispositivo meccanico che non richiede
alimentazione elettrica e acqua fredda inizia a fluire nello scambiatore di
sicurezza, asportando il calore in eccesso e convogliandolo allo scarico. Viene
così scongiurato il rischio di ebollizione nella caldaia.
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Aspetti progettuali legati alla sicurezza
scambiatore di calore
di emergenza
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Aspetti progettuali legati alla sicurezza
La normativa generale fa riferimento al DM 1-12-1975 relativo alle “Norme di
sicurezza per apparecchi contenenti liquidi caldi sotto pressione”.
Titolo II - Generatori di calore per impianti di riscaldamento ad acqua calda sotto
pressione con temperatura non superiore a quella di ebollizione a pressione
atmosferica
Art. 26: L'associazione nazionale per il controllo della combustione (ANCC)
emanò, su conforme parere del proprio consiglio tecnico, le specificazioni
tecniche applicative del presente decreto.
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Aspetti progettuali legati alla sicurezza
Specificazioni tecniche applicative del Titolo II del DM 1.12.75 ai sensi dell’art. 26
del decreto medesimo – anno 2009 (ultima versione)
La nuova Raccolta R, redatta dall’ISPESL, costituisce la regolamentazione
tecnica sugli impianti di riscaldamento ad acqua calda. Tale specifica si applica
agli impianti centrali di riscaldamento utilizzanti acqua calda sotto pressione
con temperatura non superiore a 110°C, e potenza nominale massima
complessiva dei focolari (o portata termica massima complessiva dei focolari)
superiore a 35 kW.
La legge 30 luglio 2010, n. 122 di conversione con modificazioni del D.L.
78/2010, prevede l'attribuzione all'INAIL delle funzioni già svolte dall'ISPESL.
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Aspetti progettuali legati alla sicurezza
Specificazioni tecniche applicative del Titolo II del DM 1.12.75 ai sensi dell’art. 26
del decreto medesimo – anno 2009 (ultima versione)
I generatori di calore alimentati con combustibile solido non polverizzato,
installati in impianti del tipo a vaso di espansione aperto devono essere
provvisti di:
a) vaso di espansione aperto;
b) tubo di sicurezza;
c) tubo di carico;
d) dispositivo di allarme acustico;
e) dispositivo di arresto dell’immissione dell’aria comburente;
f) termometro, con pozzetto per termometro di controllo;
g) manometro, con flangia per manometro di controllo;
h) dispositivo di protezione livello minimo.
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Aspetti progettuali legati alla sicurezza
Specificazioni tecniche applicative del Titolo II del DM 1.12.75 ai sensi dell’art. 26
del decreto medesimo – anno 2009 (ultima versione)
I generatori di calore alimentati con combustibile solido non polverizzato,
installati in impianti del tipo a vaso di espansione aperto devono altresì
soddisfare ad una delle seguenti condizioni:
i1) siano inseriti in impianti a circolazione naturale sprovvisti di organi di
intercettazione sul circuito dell’acqua calda;
i2) siano corredati di un riscaldatore d’acqua di consumo o di uno scambiatore
di calore di emergenza muniti di scarico di sicurezza termico;
i3) siano forniti di focolare meccanico e adduzione meccanica totale dell’aria
comburente.
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Aspetti progettuali legati alla sicurezza
Specificazioni tecniche applicative del Titolo II del DM 1.12.75 ai sensi dell’art. 26
del decreto medesimo – anno 2009 (ultima versione)
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Aspetti progettuali legati alla sicurezza
Specificazioni tecniche applicative del Titolo II del DM 1.12.75 ai sensi dell’art. 26
del decreto medesimo – anno 2009 (ultima versione)
I generatori di calore alimentati con combustibile solido non polverizzato,
installato negli impianti del tipo a vaso di espansione chiuso devono essere
provvisti di:
a) vaso di espansione chiuso;
b) valvola di sicurezza;
c) termometro con pozzetto per termometro di controllo;
d) manometro, con flangia per manometro di controllo;
e) pressostato di blocco a riarmo manuale;
f) allarme acustico e ottico;
g) un dispositivo di limitazione della temperatura a riarmo automatico;
h) un dispositivo di limitazione della temperatura di sicurezza a riarmo manuale;
i) per sistemi di combustione a disinserimento parziale deve essere installato un
dispositivo di dissipazione della potenza residua;
j) dispositivo di protezione pressione minima.
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Aspetti progettuali legati alla sicurezza
Specificazioni tecniche applicative del Titolo II del DM 1.12.75 ai sensi dell’art. 26
del decreto medesimo – anno 2009 (ultima versione)
Riduttrice di pressione
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Aspetti progettuali legati alla sicurezza
Sicurezza positiva
Quando un componente meccanico in movimento trascina inevitabilmente un
altro componente, per contatto diretto o attraverso elementi rigidi, si afferma
che il secondo componente viene azionato in modo positivo dal primo: questa
viene definita azione meccanica positiva.
Quando la separazione dei contatti avviene come conseguenza diretta di un
movimento specifico dell’attuatore tramite elementi non elastici (per esempio,
non dipendenti da molle) si definisce operazione di apertura positiva di un
elemento di contatto. L’insieme di queste due caratteristiche viene definita
sicurezza positiva.
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Aspetti progettuali legati alla sicurezza
Valvola di scarico termico
Principio di funzionamento
Un elemento sensibile alla temperatura, direttamente immerso
nel fluido dell’impianto, agisce sull’otturatore della valvola. Al
raggiungimento del valore di taratura, la valvola si apre e
scarica l’acqua dell’impianto. Il movimento dell’otturatore
comanda a sua volta un deviatore elettrico utilizzabile per
fermare l’alimentazione di combustibile al bruciatore o attivare
l’intervento del dispositivo di reintegro. La posizione
dell’otturatore e la conseguente portata della valvola sono
variabili in funzione del valore di temperatura del fluido. Al
raggiungimento della temperatura di richiusura, la valvola si
richiude automaticamente. La valvola è ad azione positiva.
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Aspetti progettuali legati alla sicurezza
Valvola di scarico termico
Collegamenti elettrici di una sola valvola
1. elettrovalvola sull’alimentazione del combustibile;
2. bruciatore;
3. eventuale valvola motorizzata per l’alimentazione
dell’acqua di reintegro;
4. allarme acustico e/o allarme ottico (5).
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Aspetti progettuali legati alla sicurezza
Valvola di scarico di sicurezza termica
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Aspetti progettuali legati alla sicurezza
Valvola di scarico termico con
reintegro incorporato
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Aspetti progettuali legati alla sicurezza
Altri esempi significativi di impianti realizzati secondo le norme applicabili
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Aspetti progettuali legati alla sicurezza
E gli impianti con potenza inferiore o uguale a 35 kW?
UNI 10412-1: Impianti di riscaldamento ad acqua calda, requisiti di sicurezza.
Impianto aperto
“Negli impianti con [..] potenza nominale […] complessiva, minore o uguale a 35
kW, il termometro può non comprendere il pozzetto per termometro di controllo
e il manometro può non comprendere il rubinetto e la flangia per manometro di
controllo.”
Impianto chiuso
“Gli impianti con generatori di potenza nominale […] complessiva, minore o
uguale di 35 kW, possono non essere provvisti di valvola di intercettazione del
combustibile oppure valvola di scarico termico e del pressostato di blocco. Il
termometro può non comprendere il pozzetto per termometro di controllo e il
manometro può non comprendere il rubinetto e la flangia per manometro di
controllo.”
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Agenda
Tipologia di caldaia
Il dimensionamento della caldaia
Aspetti progettuali legati alla sicurezza
Il dimensionamento dell’accumulo inerziale
Riscaldamento e produzione di acqua calda sanitaria
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Il dimensionamento dell’accumulo inerziale
La presenza di un accumulatore inerziale consente un utilizzo ottimale
dell’impianto a biomassa ed ne aumenta considerevolmente l’autonomia,
soprattutto nei periodi meno freddi, in quanto l’energia sviluppata dalla caldaia
in un periodo limitato viene accumulata e ridistribuita all’impianto di
riscaldamento nell’arco della giornata. L’effetto tampone dell’accumulatore
inerziale è tanto maggiore quanto maggiore è la dimensione dell’accumulatore
stesso.
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Il dimensionamento dell’accumulo inerziale
Il serbatoio inerziale Vin va dimensionato in funzione della quantità di legna
contenuta nella caldaia (V), della potenza termica nominale (Pnom) e dal carico
termico dell’edificio (Ped).
La UNI EN 303-5:2004 “Caldaie per combustibili solidi, con alimentazione
manuale e automatica, con una potenza termica nominale fino a 300 kW” indica
un modello di calcolo per la capacità minima del serbatoio di accumulo.
Vin = 15*tc*Pnom*[1-0,3*(Ped/Pmin)]
Dove:
Vin = volume serbatoio inerziale [lt]
tc = tempo di combustione [h]
Pnom = potenza termica nominale della caldaia [kW]
Ped = carico termico dell’edificio [kW]
Pmin = potenza termica minima della caldaia [kW] – indicata dal costruttore
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Il dimensionamento dell’accumulo inerziale
Esempio n°1: dimensionamento impianto con caldaia a ciocchi di legno a
caricamento manuale
- Carico termico (Ped), per il solo riscaldamento, di un appartamento di 100 m2:
Ped = 10 kW
- Energia termica giornaliera (E) da fornire all’appartamento (considero 12h):
E = 120 kWh
- Numero di cariche manuali (N): la scelta di questo parametro influenza, da un
lato la taglia della caldaia, dall’altro l’impegno richiesto all’utente. Si scegli un
valore pari a 1 per dare il massimo confort all’utente.
N=1
- Potere calorifico inferiore combustibile (PCI): dipende dal grado di umidità e
dalla tipologia di legno impiegato. Si consiglia di impiegare legna ben
stagionata (2 anni al coperto).
PCI = 3,7 kWh/kg (13.300 kJ/kg)
Ne segue che ogni ricarica di legna deve avere un peso M complessivo pari a:
M = E / (N*PCI) = 32,4 kg
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Il dimensionamento dell’accumulo inerziale
Esempio n°1: dimensionamento impianto con caldaia a ciocchi di legno a
caricamento manuale
Ora sono in grado di determinare la capienza V della camera di combustione,
nota la densità in mucchio ρbs della legna in ciocchi:
ρbs = 350 kg/m3 (0,35 kg/lt)
V = M/ ρbs = 92,6 lt
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Il dimensionamento dell’accumulo inerziale
Esempio n°1: dimensionamento impianto con caldaia a ciocchi di legno a
caricamento manuale
QN
Vin = 15*TB*QN*[1-0,3*(QN/Qmin)]
1) QN*TB = 15 kW*8h=120 kWh
QN/Qmin = 15/15 = 1
Vin = 1.200 lt
1.200 lt / 15 kW = 80 lt/kW
(superiore ai 55 lt/kW indicati
dal costruttore)
(da UNI EN 303-5:204)
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Il dimensionamento dell’accumulo inerziale
Esempio n°1: dimensionamento impianto con caldaia a ciocchi di legno a
caricamento manuale
Dimensionamento finale per riscaldamento appartamento da 100 m2
- Potenza nominale caldaia: 15 kW
- Serbatoio di accumulo inerziale: 1.200 lt
51
Il dimensionamento dell’accumulo inerziale
Esempio n°2: centrale termica con accumulatore inerziale
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Agenda
Tipologia di caldaia
Il dimensionamento della caldaia
Aspetti progettuali legati alla sicurezza
Il dimensionamento dell’accumulo inerziale
Riscaldamento e produzione di acqua calda sanitaria
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Riscaldamento e produzione di acqua calda sanitaria
La produzione di acqua calda sanitaria mediante caldaia a biomassa può essere
attuata con diverse modalità.
Il sistema più semplice consiste nell’utilizzare un bollitore con scambiatore
interno e collegare questo all’impianto mediante una pompa e un termostato. Il
sistema può essere attuato sia in impianti dotati di accumulatore inerziale, sia in
impianti privi di questo.
Un accumulatore inerziale termicamente ben isolato consente durante l’estate di
ricaricare più volte il bollitore sanitario senza dover riaccendere la caldaia. Negli
impianti privi di accumulatore inerziale il bollitore sanitario dovrebbe avere la
capacità di almeno 300 litri. In questo caso, per produrre l’acqua calda d’estate
occorre avere l’accortezza di caricare la caldaia con poco combustibile. Alcuni
modelli di accumulatore inerziale per caldaie a biomassa sono dotati di bollitore
o di scambiatore di calore sanitario incorporato, per cui non richiedono
l’installazione di un bollitore separato.
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Riscaldamento e produzione di acqua calda sanitaria
Esempio di impianto per riscaldamento e acqua calda sanitaria senza bollitore
istantaneo
scambiatore
con pannelli
solari
Caldaia
Accumulatore termico inerziale
(Puffer)
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Riscaldamento e produzione di acqua calda sanitaria
Esempio di impianto per riscaldamento e acqua calda sanitaria con bollitore
Accumulatore termico inerziale
(Puffer)
Caldaia
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Corso di Impianti Meccanici – Laurea Magistrale
Modulo 1. Biomasse
Sezione 1.3 Caldaie a biomassa
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Prof. Ing. Augusto Bianchini
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