Cerchiamo di capire il principio di funzionamento di una caldaia a condensazione per riscaldamento. Questo tipo di caldaie ha una resa elevata e la temperatura dei fumi in uscita è molto più bassa rispetto alla caldaie tradizionali.

Le caldaie a condensazione sono quelle a più alta resa, in quanto riescono ad arrivare ad un rendimento energetico del 105% - 110% utilizzando il calore dei fumi di scarico. Il principio di funzionamento consiste nel raffreddare i gas di scarico fino al punto di condensazione, chiamato anche punto di rugiada, del vapore acque contenuto nei gas di scarico. Questa fenomeno di condensa porta a generare acqua che risulta acida e che va adeguatamente smaltita prima di essere scaricata nella rete fognaria.

Per impianti termici a condensazione con potenze minori di 35 kW è stata pubblicata la norma UNI 11071: Impianti a gas per uso domestico asserviti ad apparecchi a condensazione e affini. Criteri progettazione, l'installazione, la messa in servizio e la manutenzione.

Nel nostro caso condensazione significa sfruttare il calore contenuto nel vapore acqueo dell'aria calda dei fumi per trasformarlo in energia calorica, ricavandone acqua e energia. Un tipico fenomeno di condensazione è quello che si verifica in estate quando si tira fuori una bottiglia di acqua fredda dal frigo. L'aria calda e umida dell'ambiente circostante si condensa tutto intorno alla bottiglia fredda rendendola bagnata.

Un altro fenomeno simile è quello che si verifica in inverno in casa, di solito in cucina, quando l'aria calda e umida prodotta da un minestrone che cuoce sul fuoco, viene a contatto con i vetri freddi delle finestre dove si condensa formando tante gocce di acqua sui vetri fino a renderli bagnati.

Alla base del principio di condensazione c'è il calore latente del vapore.

Il calore latente è la quantità di calore (o di energia) che occorre fornire o sottrarre all'unità di massa di una certa sostanza (acqua per esempio) per farla cambiare di stato fisico. In questo passaggio di stato, la sottrazione o la fornitura di calore avviene a temperatura costante, cioè senza cambiamento della temperatura della sostanza.

Ad esempio l'acqua a 100 °C, alla pressione del livello del mare, inizia a bollire e a quella temperatura avviene il passaggio di stato da liquido a vapore che si mantiene fino a quando tutta l'acqua è evaporata. La quantità minima di calore o energia necessaria per fare evaporare una unità di massa di acqua prende il nome di calore di evaporazione, una forma particolare di calore latente. La temperatura di ebollizione dell'acqua dipende dalla pressione atmosferica.

Nel caso di evaporazione occorre fornire calore e quindi fornire energia. Nel caso inverso di condensazione, dove avviene il passaggio da vapore ad acqua, l'energia non la si fornisce, ma la si riceve.

Infatti, nel passaggio inverso da vapore ad acqua si parla di calore di liquefazione che è la quantità di calore o energia che viene sottratto all'unita di massa di un vapore saturo ad una data temperatura, per trasformarlo in liquido alla stessa temperatura. Il calore di liquefazione in valore assoluto uguaglia il calore di evaporazione. Quindi con la liquefazione il calore del vapore viene ceduto e restituito al sistema.

Perché avvenga la condensazione del vapore occorre che esso si trovi ad una determinata temperatura con una certa pressione costante. Più la pressione è alta, più alta sarà la temperatura necessaria per condensare il gas (ciò significa che posso condensare il vapore acqueo per esempio a 40°C anziché a 5°C, mantenendo alta la pressione. Le combinazioni di temperatura e di pressione necessarie per condensare il vapore contenuto nell'aria prendono il nome di punto di rugiada.

Il punto di rugiada è quindi la temperatura alla quale il vapore acqueo raggiunge il punto di saturazione, per cui si condensa intorno a delle particelle presenti nell'aria ad una certa pressione costante, cedendo il suo calore.

Le caldaie a condensazione sfruttano questi principi fisici. Sfruttano il calore latente del vapore contenuto nei fumi, recuperando quindi una percentuale di energia che viene riutilizzata, impedendo la sua dispersione nei fumi e quindi nell'ambiente.

Per condensare il vapore dei fumi, le caldaie a condensazione sfruttano la temperatura dell'acqua di ritorno dall'impianto termico, più fredda rispetto alla temperatura dell'acqua di mandata. I fumi vengono fatti passare in uno speciale scambiatore - condensatore che permette di sottrarre, tramite condensazione, il calore latente del vapore acqueo. In questo modo la temperatura dei fumi in uscita si mantiene allo stesso valore della temperatura di mandata, ben inferiore ai 140/160 °C dei generatori tradizionali ad alto rendimento.

Qui sotto presentiamo il principio di funzionamento di una caldaia a condensazione THRi tratto dal depliant della Geminox, gentilmente lasciatoci da Casa Felice s.r.l.:

Come puoi vedere l'acqua fredda di ritorno dall'impianto termico viene spinta all'interno dello scambiatore di calore nel punto più "freddo" e distante dalla fonte di calore, al fine di sottrarre calore dai fumi e farli condensare in acqua.

Poiché i fumi escono quasi freddi dalla caldaia a condensazione, non hanno la "forza" di risalire su una canna fumaria, perché sono pesanti e devono essere smaltiti tramite un sistema di tiraggio forzato azionato da un ventilatore.

Per quanto riguarda gli scarichi della condensa ti rimando ai link correlati in calce relativi alla norma uni 11071.
Per lo smaltimento della condensa la norma UNI 11071 prevede la presenza di due impianti di smaltimento: uno per eliminare la condensa proveniente dalla caldaia stessa e uno per eliminare la condensa proveniente dal sistema di scarico dei fumi.

Il costruttore della caldaia a condensazione deve dichiarare nella documentazione tecnica allegata alla caldaia il tipo di smaltimento progettato.

In pratica si tratta di costruire due sifoni uno per la caldaia e uno per lo scarico dei fumi. Le condense provenienti dai due sifoni devono poi confluire in un pozzetto che le raccoglie prima di essere scaricate nella fognatura.

La norma UNI 11071 specifica quali devono essere le caratteristiche dell'impianto di scarico a cui l'installatore deve attenersi.

Link correlati:

• Info impianti: Caldaie a condensazione, norme UNI 11071