Il legno è da sempre presente nella vita degli uomini: è stato il primo materiale da costruzione e, in molte parti del mondo, è ancora ampiamente utilizzato nell'edilizia civile, è il materiale di cui sono fatti i mobili che arredano le nostre case e, sin dalla scoperta del fuoco, il legno è il combustibile per eccellenza, anche se, in quest'ultima applicazione, soprattutto nelle città, è stato oggi soppiantato da combustibili come gasolio e metano, che presentano minori problematiche in termini di affidabilità e stoccaggio. Riscaldarsi a legna significa infatti avere a disposizione uno spazio coperto dove stoccare il combustibile, che deve essere ben secco ed asciutto per avere un rendimento ottimale. Spazio inoltre che, a seconda della dimensione dell'edificio da riscaldare, può anche dover essere di dimensioni notevoli.

Si tratta di requisiti generalmente inconciliabili con una grande città, ma che spesso risultano realizzabili nelle regioni di campagna e nei piccoli borghi. Ragione questa per cui il legno come combustibile non è in realtà mai stato abbandonato, ma ha bensì continuato a svilupparsi, prendendo nuove forme, come quella del pellet, e spingendo verso l'evoluzione di nuove tecnologie che lo rendessero in grado di rivaleggiare con i combustibili fossili. Così oggi abbiamo a disposizione una vasta gamma di prodotti altamente affidabili e che raggiungono rendimenti anche dell'ordine del 90% (versione idronica). Tutto ciò è possibile grazie appunto ad una serie di innovazioni sviluppatesi negli ultimi anni e che questo articolo si propone di analizzare, partendo dalla gassificazione del legno, fino ai sistemi più sofisticati per il controllo della temperatura dei fumi.

In tale analisi, siamo obbligati a partire da quella che potrebbe essere definita la pietra miliare di questo settore, cioè la gassificazione del legno. Con questo nome viene identificato il processo di conversione della biomassa in un combustibile gassoso mediante alte temperature, un agente gassificante ed altri reagenti (aria/ossigeno e/o acqua/vapore). Più precisamente si ha che nella parte superiore della caldaia (gassificatore), grazie alle alte temperature e all'apporto di aria primaria, il combustibile solido subisce appunto il processo di gassificazione, durante il quale si crea un gas dall'alto potere calorifico detto "syngas". Questo gas viene aspirato, tramite un sistema di ventilazione, nella parte inferiore della caldaia dove, grazie all'apporto di aria secondaria, si incendia, generando, con la caratteristica fiamma rovesciata, una completa combustione. La gassificazione quindi, non bruciando in modo diretto il combustibile solido, ma utilizzando i gas in esso contenuti, permette di sfruttarne appieno le potenzialità, il che si traduce in un elevato rendimento di combustione e un basso impatto ambientale per la limitata presenza di sostanze nocive ed incombuste nei fumi. Di contro la gassificazione è un ciclo di combustione che non funziona bene a regimi ridotti o discontinui ed obbliga, quindi, a dotare gli impianti di appositi "serbatoi" (puffer, tank in tank, o altri accumuli) in grado di accumulare l'eccesso di calore prodotto in fase di combustione a regime e di cederlo poi, quando richiesto, all'impianto.

Il merito della "appetibilità" del riscaldamento a legna non può però andare tutto alla gassificazione, perché la combustione della biomassa è da sempre affetta da una serie di problematiche, prime fra tutte la condensa in camera di combustione e la formazione del creosoto, che, se non fossero state risolte, avrebbero facilmente fatto cadere in disuso questa tecnologia. Nella prima fase del processo di trasformazione del combustibile infatti, il vapore acqueo che si libera all'interno della camera di combustione può condensare sulle superfici più fredde del generatore e della canna fumaria e, unendosi alla fuliggine e agli incombusti contenuti nei fumi, generare incrostazioni e composti catramosi quali il creosoto (agglomerato catramoso molto infiammabile), che aderiscono saldamente alle pareti interne del generatore. Allo stesso modo, la formazione di condense corrosive e di creosoto può essere causato dal ritorno dell'acqua in caldaia a temperature troppo basse e dai conseguenti shock termici. Tali depositi sono causa di una significativa riduzione dello scambio termico delle pareti, di corrosione delle pareti della camera di combustione e della canna fuamria e, a causa della loro alta infiammabilità, rischiano di causare incendi anche gravi.

Per evitare, o almeno ridurre questi fenomeni, i generatori a biomasse legnose vengono dotati di valvole o gruppi anticondensa. Tali organi sono in realtà delle valvole miscelatrici con controllo termostatico, che regolano automaticamente la temperatura di ritorno dell'acqua al generatore, mantenendolo ad una temperatura sempre al di sopra del punto di rugiada, qualunque sia la condizione d'utilizzo.
All'avvio del generatore la valvola è chiusa verso l'impianto ed il fluido riscaldato circola interamente attraverso il by-pass per rientrare nel generatore in modo che la temperatura del fluido termovettore aumenti velocemente. Nel momento in cui la temperatura di mandata supera la temperatura di taratura della valvola, quest'ultima apre proporzionalmente anche la via di ritorno dell'impianto, iniziando a riscaldare anche quest'ultimo. La temperatura dell'impianto inizierà a salire e la valvola aprirà sempre di più la via dell'impianto e nel contempo chiuderà sempre di più il by-pass, fino alla completa apertura del lato impianto (impianto a regime).

Un ulteriore problema degli apparecchi a biomassa è la regolazione dell'afflusso d'aria in camera di combustione in base alla quantità di combustibile presente. È chiaramente possibile effettuare una regolazione manuale, ma questa, oltre a richiedere un'attenzione costante da parte dell'utente, rischierebbe di essere imprecisa, portando ad un aumento degli inquinanti emessi in atmosfera e ad un calo di rendimento. La soluzione a questo problema è la sonda lambda, la quale verifica costantemente il tasso di ossigeno residuo presente nei gas prodotti dalla combustione e, in base ai dati raccolti e alla potenza richiesta, invia segnali per la regolazione della quantità di combustibile e della portata d'aria. Si ottiene in questo modo una combustione ottimale, con alto rendimento e ridotte immissioni di inquinanti nell'ambiente, riuscendo inoltre a compensare l'utilizzo di combustibili diversi, la differenza di qualità del pellet o la diversa umidità relativa del combustibile.

Ma, al di là di ogni innovazione tecnologica, la bontà del processo di combustione e dello scambio termico è dovuta principalmente alla pulizia. Al termine del processo di combustione infatti, i gas di scarico confluiscono negli scambiatori per cedere il loro calore all'acqua. In molti modelli, gli scambiatori sono dei tubi verticali dotati di turbolatori che hanno lo scopo di aumentare la turbolenza delle particelle di gas che, muovendosi più velocemente, rilasciano maggior calore all'acqua della caldaia. In questo modo si raggiungono delle temperature dei gas di scarico molto basse e una resa termica elevata. È chiaro però che il calore potrà essere trasmesso efficacemente dai fumi all'acqua solo se lo scambiatore risulterà libero da incrostazioni. La pulizia è pertanto fondamentale per mantenere alto il rendimento delle caldaie e, proprio per questo motivo, tutte le caldaie sono ormai dotate di un sistema manuale o automatizzato di pulizia dello scambiatore e della griglia dove avviene la combustione.

È ovvio che l'argomento non si può esaurire in queste poche righe e che, in realtà, ciò che permette alla biomassa di essere ancora oggi una valida alternativa al metano avrebbe bisogno di molto più spazio per essere esposto. Tuttavia quanto detto è più che sufficiente a dare una panoramica di quella che è una tecnologia che ci accompagna da sempre e che, con tutta probabilità, farà parte delle nostre vite per ancora molto, molto tempo.

Ing. Alfero Daniele
Professional Team
Collaboratore Tecnico