Funzionamento caldaia
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Sempre più efficienti e sicure le caldaie a gas sono il componente principale dei sistemi di riscaldamento nella maggior parte degli edifici, esse integrate con altri sistemi permettono anche lo sfruttamento delle fonti rinnovabili di energia, in particolare, quelle a condensazione che recuperano calore dalla condensa dei fumi di scarico, stanno ormai sostituendo in maniera definitiva le caldaie standard.
La conoscenza di massima delle funzioni basilari di una caldaia, che saranno descritte di seguito può essere di supporto per un corretto utilizzo e per la prevenzione o l'interpretazione dei più comuni malfunzionamenti.
I modelli di caldaie più diffusi, a servizio degli appartamenti standard con dimensioni ordinarie, hanno potenze nominali di 24 kW, 28 kW e 32 kW e sono a camera stagna e tiraggio forzato.
La camera stagna definisce l'involucro che contiene la camera di combustione nella quale brucia il gas, con specifici rapporti stechiometrici, con l'aria ottenuti con la ventilazione forzata che contribuisce anche alla espulsione dei fumi prodotti.
Circuiti idrici e gas caldaia
In ogni caldaia è possibile distinguere due tipi di circuiti basilari: il circuito idraulico ed il circuito gas. Altri componenti comuni a tutte le caldaie sono:
il pannello dei comandi, la scheda elettronica e diversi accessori ed optional, forniti dalle case produttrici per far fronte alle varie esigenze di installazione, funzionamento ed integrazione con i diversi tipi di impianti, le dimensioni di una caldaia sono, generalmente, di circa 80 cm di altezza, circa 40 cm di larghezza e 20 cm profondità.
Compatibilmente con i circuiti descritti e per realizzare le connessione con gli impianti di riscaldamento e acqua calda sanitaria, nella parte inferiore di una caldaia è possibile distinguere un attacco per l'alimentazione gas (all'estermità del tubo giallo), un'uscita per l'acqua calda sanitaria, un'entrata per l'acqua fredda, un'uscita corrispondente con la mandata dell'impianto di riscaldamento ed un ritorno dello stesso impianto. Mandata e ritorno impianto sono alle estremità rossa e blu nella figura a lato.
Gli attacchi hanno misure standard, per il gas e l'impianto di riscaldamento sono di 3/4" mentre sono di 1/2" per l'acqua sanitaria, infine, è naturalmente presente un cavo per l'alimentazione elettrica della scheda di controllo della caldaia.
Il circuito idraulico nella caldaia può essere visto come un unico circuito che lavora in maniera esclusiva per il riscaldamento (attivo nella figura a lato) o per la produzione di acqua calda sanitaria (attivo nella figura sotto), esso è suddiviso in due sotto-circuiti, quello di riscaldamento collegato allo scambiatore termico in camera di combustione (scambiatore primario, in alto nelle immagini) e quello per la produzione di acqua calda sanitaria collegato ad uno scambiatore secondario (in basso nelle immagini), quest'ultimo scambia energia termica tra il primario e l'acqua fredda proveniente dalla rete idrica.
Funzionamento caldaia, riscaldamento e acqua calda sanitaria
I due sotto-circuiti idrici sono separati da una valvola a tre vie controllata dalla scheda della caldaia, in modo tale che uno solo alla volta dei due lavora, alla produzione di acqua calda sanitaria è attribuita una priorità maggiore rispetto alla funzione di riscaldamento.
Sul sotto-circuito di riscaldamento è presente un gruppo circolatore che mette in moto l'acqua nell'impianto e che nelle caldaie più evolute è ad inverter, ossia, in grado di modulare i giri e quindi i consumi di energia elettrica in funzione della richiesta di energia termica dall'utenza.
Una valvola di sicurezza, generalmente tarata a 3 bar, ed un pressostato, sono i dispositivi che inibiscono il funzionamento del circolatore, e quindi della caldaia, qualora la pressione sul circuito di riscaldamento raggiunga valori eccessivi rispetto a quelli di normale funzionamento, la circolazione dell'acqua nell'impianto è preliminare all'avvio della combustione.
In maniera analoga sul circuito sanitario un flusso-stato inibisce l'accensione della caldaia se non rileva il flusso, ossia, la circolazione dell'acqua che altrimenti raggiungerebbe temperature pericolosamente alte.
La capacità dei circolatori di mettere in movimento una certa quantità di acqua, vincendo con la pressione le resistenze offerte dall'impianto, è espressa dalla curva portata / prevalenza fornita dal costruttore.
La portata esprime i litri per ora di acqua messi in movimento dal circolatore, mentre, la prevalenza che diminuisce all'aumentare della portata è espressa in m.c.a. (metri di colonna d'acqua). Un metro di colonna d'acqua è la pressione esercitata da una colonna di acqua alta 10 metri su una superficie di un metro quadrato, corrispondente anche ad 1 bar o 100 kPascal.
Mediamente i circolatori per le caldaie descritte hanno curva con portate e prevalenze che hanno rispettivamente range da 0 – 1500 litri per ora e 0 – 5 m.c.a. Anche il flussostato, sul circuito sanitario è caratterizzato da una portata ed una prevalenza che sono, generalmente, di circa 2 litri per minuto e circa mezzo bar.
L'attivazione della modalità di riscaldamento per una caldaia avviene a seguito di un segnale che giunge alla scheda di controllo e che può essere generato da un termostato ambiente, da un sensore o un dispositivo di controllo e o regolazione che può agire anche in remoto, la temperatura dell'acqua per il riscaldamento può variare, generalmente, in un range tra 30°C e 85°C.
Successivamente alla richiesta di riscaldamento viene alimentato il gruppo circolatore ed attivato dopo che la scheda ha ricevuto i segnali del suo corretto funzionamento, dopo pochi secondi viene attivata la ventilazione e prodotta la combustione. Infine, osserviamo che queste due ultime operazioni, in caso di richiesta di acqua calda sanitaria, vengono effettuate solo dopo che la scheda ha rilevato dal flusso-stato la circolazione di acqua, la valvola a tre vie ha disabilitato il circuito di riscaldamento ed è stato spento il circolatore.
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