Caldaie a pellet: tipologie, funzionamento, componenti e sistemi collegati

Le caldaie di piccola-media taglia alimentate a pellet appartengono alla tecnica di combustione a griglia, e possono essere dotate di diversi tipi di focolare.

  • focolari sotto-alimentati a caricamento laterale (con coclea e/o spintore)
  • focolari per caduta dall’alto, impiegati esclusivamente nelle caldaie a pellet

Ulteriori varianti sviluppate sono la griglia rotativa, a ribaltamento e a rullo. Questi sviluppi mirano ad ottenere lo scuotimento del letto di braci e così un miglioramento del processo di combustione nella sua fase finale e di rimozione delle ceneri dalla griglia. Tali dispositivi sono particolarmente efficaci quando si impiegano combustibili con elevato contenuto di cenere e basso punto di fusione delle ceneri (scorie), come ad es. pellet di vite, pellet di miscanto. Il mercato richiede in modo crescete questo tipo di caldaie.

Oltre alle caldaie vi sono anche bruciatori a pellet, elementi aggiuntivi che, similmente ai bruciatori a metano o gasolio, possono essere applicati ad una caldaia esistente, la cui trasformazione è perciò particolarmente agevole.
I bruciatori a pellet possono essere sottoalimentati oppure sono impiegati i bruciatori a tunnel nei quali il pellet cade sul condotto di combustione (tunnel) mentre l’aria comburente entra orizzontalmente e fa sviluppare la fiamma all’interno del corpo della caldaia.

L’utilizzo nelle caldaie a pellet di altri combustibili sfusi di tipo agricolo (cereali, semi di oleaginose, ecc.) a causa dell’elevato contenuto di cenere, dei bassi punti di fusione e dell’effetto corrosivo dovuto all’elevato contenuto di cloro, risultano essere ancora piuttosto problematici, in particolare per le applicazioni nei piccoli apparecchi. L’impiego di tali combustibili deve avvenire solo in apparecchi messi a punto in modo specifico per la loro corretta combustione.

Accumulatore

Installando un accumulatore si minimizza la frequenza delle fasi di “accensione-spegnimento” allungando il tempo di combustione, riducendo al minimo le condizioni di lavoro dannose per l’apparecchio.

Indicativamente il volume dell’accumulatore dovrebbe essere dimensionato con ca. 20 litri per kW di potenza nominale della caldaia; in questo modo per portare il puffer a 40°C serve poco meno di un’ora di funzionamento della caldaia a piena potenza.

Scambiatore di calore e condensazione

Nelle caldaie a pellet trovano applicazione, oltre che gli scambiatori verticali, anche scambiatori orizzontali a tubi di fumo, che consentono di ottenere una più compatta conformazione dell’apparecchio. Con l’applicazione di uno scambiatore aggiuntivo dotato di separatore dei condensati, le caldaie possono essere convertite nelle cosiddette “caldaie a condensazione”. Attraverso l’aggiunta del raffreddatore dei gas e del condensatore del vapore dei gas di scarico si può ottenere un aumento della potenza termica del 10-20%, a seconda del contenuto idrico e della temperatura del circuito di ritorno. Il rendimento della caldaia aumenta, perciò, oltre il 100% (riferito all’input energetico calcolato con il pcM del combustibile). Per assicurare un ottimale funzionamento della caldaia a condensazione bisogna garantire che il ritorno non superi la temperatura di 30-35°C.

Il condensatore consente, inoltre, un ulteriore effetto positivo, ovvero la separazione delle polveri dal 20 al 37%. Nei modelli di caldaie più recenti alimentati a pellet (potenza < 30 kW) sono stati ottenuti valori di emissione delle polveri di 5 mg/MJ (7,7 mg/Nm3).

Combinazione con altre fonti di calore

Generalmente le caldaie a pellet sono impiegate come uniche fonti di calore, utilizzate per tutto l’anno in modo completamente automatico. Tuttavia, la combinazione di queste caldaie con una caldaia manuale a legna, può essere sensata sia per il comfort sia per l’aspetto economico. Esistono diversi produttori che offrono sul mercato caldaie di tipo combinato legna-pellet.

Sistemi di estrazione e di alimentazione

Le caldaie automatiche dispongono di un sistema meccanico di alimentazione del combustibile dal silo. Nel caso del pellet, il sistema di estrazione più diffuso è quello con silo a fondo inclinato (35-40°) o a tramoggia, lungo le cui pareti il pellet scivola verso la coclea di estrazione o verso il sistema di trasporto pneumatico che lo
conduce a un serbatoio di stoccaggio settimanale (intermedio), adiacente alla caldaia. Infatti il pellet è dotato
di una fluidità e capacità di scorrimento superiore rispetto agli altri combustibili solidi. Per tale motivo la sua
movimentazione è meno problematica e onerosa.

Nel caso di trasporto pneumatico, al posto della coclea sono presenti uno o più sonde di aspirazione collegate
al sistema pneumatico, oppure vi è una coclea di estrazione che conduce ad un’unica sonda di aspirazione
(Figura 2.5). Il sistema pneumatico si attiva automaticamente (o manualmente) non appena si raggiunge il
livello minimo di carico del serbatoio intermedio. A volte il serbatoio intermedio può non essere previsto,
perciò la coclea d’estrazione è collegata direttamente a quella d’alimentazione mediante un pozzetto di carico.
Requisiti per la fornitura, lo stoccaggio e la logistica del pellet.

Per garantire un elevato livello di comfort, le caldaie a pellet sono collegate ad uno stoccaggio annuale del
combustibile che consente di rifornire automaticamente un serbatoio settimanale intermedio posto
lateralmente alla caldaia.

Fornitura (in base alla norma austriaca ÖNORM M 7136)

Nelle zone di maggiore diffusione delle caldaie a pellet per uso domestico, il sistema di conferimento
maggiormente utilizzato è quello in autobotte, con scarico pneumatico tramite tubazioni flessibili.

Un’autobotte idoneamente equipaggiata deve avere le seguenti dotazioni tecniche:

  1. sistema automatico di estrazione delle polveri
  2. tubazioni flessibili con lunghezza di 30 m
  3. sistema di attacco standardizzato
  4. sistema di pesatura a bordo
  5. adeguata forza di pompaggio

Infine, un aspetto che non può essere trascurato è che il soggetto addetto al trasporto e al conferimento sia
adeguatamente formato professionalmente. Per permettere il conferimento del pellet è necessario che la via di
accesso sia adeguata alle dimensioni dell’autobotte: lunghezza 10 m, larghezza 2,6 m e altezza 3,4 m, per un
peso che oscilla fra 10 e 18 tonnellate. Inoltre, la distanza compresa fra la connessione con il silo e i
bocchettoni di riempimento, non dovrebbe superare i 30 m.

Al momento della consegna l’addetto all’autobotte deve procedere alle seguenti verifiche preliminari:

  1. Verificare che la caldaia sia spenta
  2. Verificare che il silo di stoccaggio sia chiuso
  3. Stimare il quantitativo e la qualità del combustibile residuo contenuto nel silo
  4. Stimare la lunghezza del tubo necessaria all’approvvigionamento
  5. Annotare eventuali ulteriori osservazioni (es. eventuale accumulo della frazione fine, mancanza del deflettore, ecc.)

Infine, prima dello scarico, il conducente deve tarare la pesa digitale integrata che restituisce il valore della quantità di pellet consegnata. Parallelamente al pompaggio del pellet nel silo avviene l’aspirazione delle particelle fini, raccolte in un filtro a sacco. La leggera depressione che si forma impedisce al pulviscolo di propagarsi nel vano tecnico durante la fase di pompaggio.

Al termine dell’operazione, l’addetto all’autobotte stampa la bolla di consegna che riporta la quantità di pellet caricata, nonché i dati relativi alle verifiche preliminari.

Stoccaggio (ÖNORM M 7137 e TRVB H 118)

Per convogliare il pellet verso la coclea di estrazione in genere non si utilizzano organi meccanici, piuttosto si sfrutta l’omogeneità del combustibile facendolo scivolare lungo pareti inclinate. Quindi, per permettere l’estrazione automatica del pellet dal silo, esso è configurato in modo tale che il pellet confluisca in un punto più profondo rispetto ai bocchettoni, così che possa essere prelevato attraverso una coclea o un sistema di aspirazione.

I depositi per lo stoccaggio del pellet presso il consumatore finale possono essere di tre tipi:

  • piccoli silo con pareti di legno, metallo o tessuto
  • depositi con fondo a pareti inclinate
  • cisterne sotterranee

Silo a sacco

Sono dei silos di tessuto sintetico a sezione quadrata, montati su un telaio metallico. Le misure della base arrivano fino a 2,2×2,5 m per un’altezza massima di 5 m. Rappresentano una soluzione pratica e conveniente, di facile installazione. Inoltre, le pareti essendo traspiranti, fanno da filtro nei confronti della polvere che si forma durante il pompaggio del pellet, perciò non e necessario montare il sistema filtro ad aspirazione (secondo bocchettone).

Depositi con fondo a pareti inclinate

I requisiti tecnico-contruttivi di questi depositi sono definiti nella ONORM M7137, attualmente in fase di revisione. Si tratta per lo più di depositi ricavati da spazi esistenti prossimi al vano tecnico della caldaia.

Impiegando il sistema pneumatico si riesce a raggiungere un’altezza di carico del silo molto elevata. Per il dimensionamento del deposito, può essere fatto un calcolo speditivo applicando al fabbisogno annuo di pellet espresso in m3 un valore di moltiplicazione compreso fra 1,2 e 1,5. Perciò una casa unifamiliare, con una superficie di ca. 150 m2, richiede un silo con una capacita di ca. 6 m3. Indicativamente si può considerare che per ogni kW di potenza della caldaia sono necessari 0,6-0,9 m3 di volume del silo, spazi vuoti inclusi. Mediamente una casa singola può consumare da 6 a 9 t di pellet all’anno.

Serbatoi sotterranei

Il pellet può essere immagazzinato anche in serbatoi sotterranei di forma cilindrica o sferica, fatti in cemento armato, vetroresina o particolari materiali plastici.

Il limite superiore del deposito è posto ad una profondità di ca. 0,8 m rispetto al livello del terreno e collegato al soprassuolo attraverso un pozzetto di ispezione da dove avviene il caricamento pneumatico.

L’estrazione del pellet avviene anch’essa per via pneumatica, ma in questo caso le tubazioni rimangono sotto il livello del terreno. Il flusso d’aria di trasporto é immesso attraverso una conduttura fino alla presa di prelievo posta sul corpo del serbatoio e da lì attraverso una conduttura parallela di ritorno pompato fino alla caldaia.
Sicurezza, controllo, manutenzione e ispezioni.

Una regolare gestione complessiva dell’impianto termico garantisce di massimizzare il risparmio energetico ed economico, inoltre, dà maggiori garanzie di sicurezza e di rispetto dell’ambiente. nLa manutenzione deve sempre essere eseguita da una ditta in possesso dei requisiti stabiliti dal D.M. 37/08 (ex legge n° 46/90).

Il controllo completo con prova di combustione va svolto ogni 2 anni per potenze ≤ 35 kW e ogni anno per potenze superiori, al fine di garantirne un corretto ed efficiente funzionamento. Il controllo deve essere eseguito secondo le indicazioni riportate nel libretto d’uso e manutenzione dell’impianto. Esiste un regime sanzionatorio sia per il proprietario, il manutentore e anche l’installatore, per la mancata effettuazione dei controlli e prove periodiche e per aver svolto le prove non a regola d’arte (D.lgs 192/2005).

Il responsabile dell’impianto è:

  • l’occupante dell’immobile a qualsiasi titolo nel caso di impianti individuali
  • l’amministratore del condominio nel caso di impianti centralizzati
  • l’amministratore nel caso di soggetti diversi dalle persone fisiche (società, enti, ecc.)
  • il terzo responsabile nel caso di affidamento delle responsabilità ad un’impresa qualificata
  • in tutti gli altri casi la responsabilità ricade comunque sul proprietario