La combustione è la reazione chimica tra un combustibile e l’ossigeno. La combustione genera energia termica che viene trasferita a un fluido termovettore (aria, acqua, olio), che poi la cede all’ambiente da riscaldare.
L’energia termica prodotta da 1 kg di combustibile è il suo potere calorifico H.
Se non si recupera il calore perso dai fumi si parla di potere calorifico inferiore in k-Joule: Gasolio 41.900, Gas metano 34.500, Legna da ardere 18.200 kJ/kg.
Se si recupera il calore dei fumi con caldaia a condensazione abbiamo il potere calorifico superiore. Il fumo caldo innalza la temperatura dell’acqua, prima che questa venga riscaldata nella caldaia.
Scambiatore di calore
Lo scambiatore può essere una serpentina, una spirale, dischi, aumenta la superficie di contatto del tubo contenente il fluido riscaldante con la fiamma e con i fumi postcombustione se la caldaia è a condensazione.
L’acqua contiene calcare che può incrostare i tubi, che riduce la conduzione del calore. Per evitare incrostazioni si usano i polifosfati (HPO3)n e (HPO2)n che si legano agli ioni di calcio (Ca++) e magnesio Mg++.
Temperatura dell’acqua
La temperatura dell’acqua in uscita dalla caldaia deve essere di 70-75°C per poter scaldare gli ambienti a 20°C. Invece se si scalda un ambiente ben isolato la temperatura è inferiore: 40-65°C. Invece se c’è il riscaldamento a pavimento bastano 35-40°C.
I fumi di combustione sono smaltiti dal camino.
Camino
Il camino o canna fumaria è composto da un tubo a L o a U: a una estremità c’è la presa d’aria fredda e dall’altra il tubo di scarico che sale verticalmente con l’aria calda dei fumi. Tra la presa d’aria e lo scarico ci può essere una saracinesca che li separa. Tra le due estremità c’è la caldaia ove avviene la combustione. L’aria in entrata è fredda e pesante. Nella caldaia l’aria viene scaldata, a 135-260°C, le molecole di gas dell’aria si muovono, la pressione aumenta. La ridotta densità dei fumi, genera una depressione.
Fumi a 200°C in un camino alto 5 m, generano una depressione di 20 Pa (Pascal) o 0,2 mbar. Ricordo che 101.325 Pa o 1.013,250 mbar corrispondono ad 1 atmosfera a livello del mare, quindi la depressione è veramente bassa, eppure funziona. Comunque già a 8-10 Pa funziona.
I fumi salendo trovano una resistenza nella sezione del camino. E’ importante il rapporto tra diametro e altezza della canna fumaria, per cui se i tubi sono più larghi l’altezza è minore. Aumentare la temperatura dei fumi migliora il tiraggio, perché aumenta la differenza di densità tra aria e fumi, perciò è importante coibentare le pareti del camino. Infine il meteo: l’alta pressione migliora il tiraggio, mentre la bassa pressione lo ostacola, perché la pressione atmosferica spinge l’aria fredda verso la caldaia.
Caldaia a gas metano
Reazione chimica: CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O con liberazione di calore.
Per bruciare 1 metro cubo di metano occorrono 9,52 mc di aria: se c’è poca o troppa ossigenazione si riduce l’efficienza della caldaia, comunque si può eccedere di un 25%, fino a consumare 12 mc di aria.
Il gas metano ha un potere calorifico superiore convenzionale pari a 38,5 MJ/Smc (metro cubo), per convertire in Joule in kWh basta dividere per 3,6 kWh/Smc : 38,5/3,6 kWh/Smc = 10,69 kWh.
Costo kWh termico da gas metano:
Se il gas costa 84 cent€/mc / 10,69 kWh = 7,86 cent€ / kWh termico.
Se manca l’allacciamento alla rete nazionale del metano, si usa il Gas Propano Liquido trasportato da autocisterne.
Comunque la forma di riscaldamento ottimale è quella geotermica collegata a una pompa di calore che scalda il pavimento a terra.