Landonio Consulenze

L'Exergia, la Combustione Chimica e le Caldaie

Energia

 

 

"In ogni trasformazione termodinamica diminuisce l'energia utile" (dal 2° principio della termodinamica)

"Che diminuisca il meno possibile!" (NDR)

INDICE

1) Il concetto di Exergia e di qualità energetica

2) Combustibili e altri vettori energetici

3) Stufe, caldaie e combustione

4) Analisi della convenienza di un investimento

1) IL CONCETTO DI EXERGIA e di qualità energetica

Cos'è l'exergia? Che utilità ha?

L'exergia è la quantità di energia che è utilizzabile e disponibile in una trasformazione; l'exergia cioè è la massima energia meccanica (ossia lavoro) ottenibile dal sistema in un certo ambiente. In un certo senso da un'idea della qualità del contenuto energetico.

Il contrario di exergia è l'anergia, ossia quell'energia che non posso trasformare in lavoro utile.

Più il contenuto energetico di una sostanza è maggiore, maggiore è l'energia che vi si può estrarre; non a caso si paga di più un kWh di energia elettrica (20 cents di euro) che un kWh di metano (solo 7 cents).

I principi della termodinamica posso essere riletti con l'exergia:

1° principio) in ogni processo si mantiene costante la somma di exergia ed anergia

2° principio) in ogni trasformazione una certa quantità di exergia si trasforma irreversibilmente in anergia.

Il concetto di exergia ed anergia sono naturalmente legati all'entropia.

Concretamente la combustione chimica sfrutta pochissima exergia di quella disponibile, perché rompe i legami chimici e produce calore.

Le pompe di calore  invece sfruttano maggiormente l'exergia dei propri serbatoi di energia, perché non fanno altro che spostare energia da un ambiente all'altro (per approfondimenti vai alle pagine dei fluidi).

 

Formule

L'exergia di uno scambio di calore di un certa sostanza è data dalla seguente formula:

D EXERGIA =  portata x calore specifico della sostanza x (D (T di scambio) - T ambiente x ln (Tin - Tout))

NB: le temperature sono espresse in gradi Kelvin.

Esempio)

In un ambiente a 20°C, 100 litri d'acqua a 80° hanno diverso contenuto energetico di 100 litri a 60°C.

- 100 litri a 80°C raffreddati a 20°C danno 1125 kcal di exergia utile

- 100 litri a 60°C raffreddati a 20°C danno 1032 kcal di exergia utile

RASSEGNA STAMPA SULL'EXERGIA

Ecco alcuni articoli significativi dalle riviste tecniche sull'exergia e sulla "qualità" dell'energia.

Articolo Contenuto

2009-01

Le Scienze

"La lunga mano della seconda legge"; l'emergere dell'ordine dal caos in fenomeni naturali sembra contraddire la seconda legge della termodinamica; un paradosso risolto da un nuovo quadro normativo

Formato data: AAAA-MM (anno e mese)

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2) Combustibili E ALTRI vettori energetici

I combustibili sono serbatoi di energia che possono essere, "ahimè" solo in parte, sfruttati; sono cioè serbatoi di exergia.

I combustibili possiedono una certa quantità di energia a seconda della loro temperatura di fiamma.

Il potere calorifico superiore (PCS o Hs) dei combustibili è la quantità di calore che si rende disponibile per effetto della combustione completa.

Quello chiamato "inferiore" è diminuito del calore di condensazione del vapore d'acqua durante la combustione; infatti l'acqua evaporando "ruba" per così dire del calore disponibile.

Si riportano dei valori tabellati e indicativi dei poteri combustibili delle sostanze.

Si ricorda che il potere calorifico dei combustibili commerciali dipende dall'origine chimica e geografica del materiale e dai trattamenti successivamente subiti.

La combustione è una reazione chimica che partendo dal combustibile e dall'ossigeno, produce acqua (H2O) e anidride carbonica (CO2).

Esempi:

- bruciare 1 metro cubo di gas naturale significa produrre 2,66 kg di CO2 (ossia ogni kWh di gas bruciato produce 0,277 kg di CO2)

- bruciare 1 litro di gasolio significa produrre 3,5 kg di CO2 (ossia ogni kWh di gasolio bruciato produce 0,33 kg di CO2)

RASSEGNA STAMPA SULLA COMBUSTIONE

Ecco alcuni articoli significativi dalle riviste tecniche sui combustibili

Articolo Autore Contenuto

2007-05

GdI

D. Canevari

Tendenza dei combustibili nei prossimi anni

2007-06

GdI

B. Ciborra

Studi di Linde sulla liquefazione del gas naturale (modalità per trasportare il gas)

2007-11

GdI

D. Canevari

Sviluppi e prospettive del gas naturale liquefatto (GNL)

Formato data: AAAA-MM (anno e mese)

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3) STUFE, CALDAIE e COMBUSTIONE

Le caldaie sono quelle macchine statiche (senza organi in movimento), che trasferiscono per così dire l'energia chimica del combustibile in energia termica. Sono macchine molto robuste e affidabili proprio perché non hanno organi che si muovono; hanno una vita utile di 80.000-100.000 ore ossia 25-30 anni di funzionamento. Attenzione però all'acqua che vi circola che non deve essere calcarea o aggressiva.

Le caldaie sono ora classificate con tre tipi di stelle:

- da 1 a 3 stelle per il confort della fornitura di acqua calda sanitaria (norma UNI EN 13203)

- da 1 a 4 stelle per il rendimento della combustione

- da 1 a 5 stelle per le emissioni (norme UNI EN 297 e 483)

 

Ecco alcuni riferimenti per le stufe (strettamente in ordine alfabetico):

Rif.to Dettagli
Arcestufe Dronero (CN) - tel. 0171 912511 - fax 0171 912561

LE STUFE AD ACCUMULO IN CERAMICA

Le stufe ad accumulo in ceramica (o in maiolica, modelli tirolesi ...) sfruttano il principio dell'accumulo e dell'irraggiamento: in poco tempo assorbono calore dalla combustione della legna tramite la grande massa termica e metallica (allumina) di cui sono composte, nonché dal calore dei fumi e dai passaggi obbligati dei fumi caldi di espulsione; successivamente il calore viene rilasciato lentamente e omogeneamente sotto forma di irradiazione delle piastrelle di ceramica o maiolica. Molto comode perché non necessita un continuo caricamento di legna ma solo una volta al giorno e alla sera; di grande benessere e comfort per le persone perché non sottraggono l'umidità dell'aria per il forte riscaldamento dei sistemi tradizionali, seguito da un rapido raffreddamento. Non essendoci circolazione dell'aria (solo irraggiamento), le mucose e le vie respiratorie non vengono aggredite dalla polvere sollevata. Vai alla pagina del comfort per il benessere sulle persone.

Ecco alcuni riferimenti per le stufe in ceramica (strettamente in ordine alfabetico):

Rif.to Dettagli
Artecalore Verona - tel. 338 8707685 - fax 045 7170254

Ceram Più

Casella d'Asolo (TV) - tel. 0423 529689 - fax 0423 952998

Italcalor due

Ponte Nossa (BG) - tel. 037 703333 - fax 035 703333

Rigatti Riva del Garda (TN) - tel. 0464 552548

Vandini

Modena - tel. 0536953512 - C. 0335/6771320 - fax 0536 956007

LE CALDAIE A CONDENSAZIONE

Sfruttano il calore di vaporizzazione, che altrimenti andrebbe perso nei fumi.

Sono adatte anche ai sistemi di riscaldamento tradizionale (radiatori); l'importante è  che le temperature dei ritorni siano basse, con portate piccole, affinché la condensazione avvenga.

Il calore delle caldaie a condensazione può esser utilizzato anche per l'acqua calda sanitaria (ACS) delle docce, ma anche di lavatrici, lavastoviglie e ferri da stiro, con opportuni accorgimenti.

Ecco alcuni riferimenti per le caldaie a condensazione (strettamente in ordine alfabetico):

Rif.to Dettagli
Bongioanni Azienda italiana nata in Piemonte (anno 1907)

Buderus

Azienda tedesca nata da Johann Wilhelm Buderus (anno 1731)

Junkers-Bosch Azienda tedesca nata dalla fusione tra Hugo Junkers e Robert Bosch (anno 1932)
Riello Azienda italiana nata nel 1920
Robur Azienda italiana nata da Benito Guerra (anno 1936)
Rotex-Daikin Azienda tedesco-giapponese
Suntek Azienda italo-austro-tedesca (dal 1992, con SOLVIS e IDM)
Vaillant Azienda tedesca nata da Johann Vaillant (anno 1874) 

Viessmann

Azienda tedesca nata da Martin Viessmann (anno 1917)

RASSEGNA STAMPA SULLE CALDAIE A CONDENSAZIONE

Ecco alcuni articoli significativi dalle riviste tecniche sui combustibili

Articolo Autore Contenuto

'04-03

AICARR

F. Adami

A. Del Longo

"Caldaie a condensazione" - Caratteristiche tecniche e applicazioni

'06

C&C

P. Masetti

"Caldaie a condensazione e radiatori: connubio possibile?" Miti da sfatare

'06

Periti

F. Bonalumi

"Caldaie  a condensazione per impianti esistenti: rischi e relativi accorgimenti"

'0901

CDA

L. Ceccotti

A. De Angelis

O. Saro

"Le caldaie a condensazione - Influenza della modulazione sull'efficienza energetica"

Formato data: AAAA-MM (anno e mese)

NB: i diritti di Copyright © e di Responsibility delle Case Editrici sono riservati.

LEGISLAZIONE SULLA COMBUSTIONE

Ecco alcune riferimenti legislativi più utili per l'aeraulica.

Numero norma Anno Titolo

RL-Circ.8

1995

Regione Lombardia - Settore sanità e igiene

"Atto di indirizzo e coordinamento concernente: ventilazione, aerazione, installazione e gestione degli impianti di climatizzazione ambientale e degli apparecchi di combustione, allontanamento dei prodotti della combustione nelle abitazioni di nuova costruzione"

NORMATIVA SU CALDAIE E COMBUSTIONE

Ecco alcune delle norme più utili per la combustione.

Numero Anno Titolo

297 UNI EN

2007

"Caldaie per riscaldamento centralizzato alimentate a combustibili gassosi - Caldaie di tipo B equipaggiate con bruciatore atmosferico, con portata termica nominale minore o uguale a 70 kW" (in inglese "Gas-fired central heating boilers - Type B boilers fitted with atmospheric burners of nominal heat input not exceeding 70 kW"). La norma prescrive i requisiti ed i metodi di prova per la costruzione, la sicurezza, l'idoneità all'uso, l'utilizzazione razionale dell'energia, la classificazione e la marcatura delle caldaie a gas per riscaldamento centralizzato.

483 UNI EN

2008

"Caldaie per riscaldamento centralizzato a combustibili gassosi - Caldaie di tipo C con portata termica nominale non maggiore di 70 kW". La norma è in inglese: "Gas fired central heating boilers - Type C boilers of nominal heat input not exceeding 70 kW". La norma stabilisce i requisiti e i metodi di prova relativi in particolare alla costruzione, alla sicurezza, all'attitudine all'impiego, all'utilizzazione razionale dell'energia, così come alla classificazione e alla marcatura delle caldaie di riscaldamento centrale, alimentate a combustibili gassosi equipaggiate con bruciatori atmosferici con ventilatore o bruciatori con premiscelazione di seguito denominate "caldaie".

778 UNI EN

EC-1

2009

2010

“Generatori di aria calda a convezione forzata per il riscaldamento di ambienti domestici, alimentati a gas di portata termica riferita al potere calorifico inferiore, non maggiore di 70 kW, senza ventilatore nel circuito di

combustione (Domestic gas-fired forced convection air heaters for space heating not exceeding a net heat input of 70 kW, without a fan to assist transportation of combustion air and/or combustion products)”; definisce i requisiti ed i metodi di prova per la sicurezza e l'efficienza dei generatori di aria calda con bruciatori atmosferici e senza ventilatore per il trasporto dell'aria di combustione e/o dei gas di combustione.

Errata corrige del 2010 sul titolo.

10436 UNI

1996

"Caldaie a gas di portata termica nominale non maggiore di 35 kW. Controllo e manutenzione (Gas-fired heating boilers of nominal heat input not exceeding 35 kW. Inspection and maintenance)".

Prescrive le operazioni da effettuare per il controllo e la manutenzione delle caldaie a gas equipaggiate con bruciatore atmosferico o ad aria soffiata, destinate al riscaldamento di ambienti con o senza produzione di acqua calda per uso igienico-sanitario, aventi portata termica nominale non maggiore di 35 kW.

11071 UNI

2003

Titolo: "Impianti a gas per uso domestico asserviti ad apparecchi a condensazione e affini - Criteri per la progettazione, l'installazione, la messa in servizio e la manutenzione" (Gas plants for domestic use connected to condensing appliances and similar - Criteria for design, installation, operation and maintenance)

Sommario: la norma fornisce i criteri di progettazione, d'installazione, di messa in servizio e di manutenzione degli impianti domestici e similari che utilizzano gas combustibili, asserviti ad apparecchi a condensazione ed affini di portata termica nominale non maggiore di 35 kW.

Articolo dedicato: '0609-UNI11071.pdf  (l'introduzione delle caldaie a condensazione in ITALIA; terminologie)

13203 UNI EN

2006

"Apparecchi a gas domestici per la produzione di acqua calda - Apparecchi di portata termica non maggiore di 70 kW e di capacità di accumulo di acqua non maggiore di 300 l - Parte 1: Valutazione della prestazione delle distribuzioni di acqua calda e Parte 2: Valutazione del consumo di energia" (norma in inglese "Gas-fired domestic appliances producing hot water - Appliances not exceeding 70 kW heat input and 300 l water storage capacity - Part 1: Assessment of performance of hot water deliveries"). 

Si applica agli apparecchi domestici per la produzione di acqua calda sia istantanei sia ad accumulo di acqua calda (sia scaldaacqua che caldaie combinate che hanno portata nominale non maggiore di 70 kW e capacità di accumulo di acqua calda non maggiore di 300 l). Nel caso di caldaie combinate con o senza accumulo, la produzione di acqua calda è integrata o accoppiata, essendo l'insieme commercializzato come una singola unità. La norma definisce in termini qualitativi e quantitativi le prestazioni delle distribuzioni di acqua calda per uso domestico selezionata per vari utilizzi e integra la UNI EN 26, UNI EN 89 e UNI EN 625.

Note

XXXXX UNI = norma valida;  XXXXX UNI = norma ritirata

Controlla lo stato di validità della norma sul sito dell'UNI: http://webstore.uni.com/...

 


4) ANALISI DELLA CONVENIEnZA DI UN INVESTIMENTO

Anche per le caldaie e i sistemi di combustione si può ragionare in termini di costi e benefici.

Nel farlo il combustibile che si consuma negli anni è una voce significativa.

RASSEGNA STAMPA

Rif.to Contenuto
2008-Gantioler "Il barometro delle caldaie", confronto economico aggiornato al 2008 dei vari sistemi di riscaldamento e dei combustibili

Formato data: AAAA-MM (anno e mese)

NB: i diritti di Copyright © e di Responsibility delle Case Editrici sono riservati.

 

Per analizzare la convenienza di un investimento occorre considerare:

- costo di investimento iniziale (diminuito dell'eventuale entità dell'incentivo ed eventuali costi straordinari dopo un certo tempo)

- breve analisi dei ricavi e costi, anno per anno (i ricavi possono essere aumentai con eventuali incentivi, oppure i costi possono essere diminuiti o azzerati con eventuali incentivi)

- suddividere la spesa iniziale dell'investimento per la differenza tra ricavi e costi, ottenendo in quanti anni si ripaga l'investimento (il famoso tempo di ritorno o "pay back time")

- eventualmente approfondire l'analisi considerando l'inflazione e il costo del denaro (infatti "un dollaro oggi vale di più di un dollaro domani"!)

 

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