Caldaie e stufe a biomasse ad emissioni "quasi zero"

Pubblichiamo oggi un articolo di Valter Francescato, direttore tecnico AIEL - Associazione Italiana Energie AgroForestali in cui vengono presentate una caldaia a cippato-pellet, una a pellet ed una stufa a pellet, tutte NZEB, cioè quanto di più avanzato la tecnologia a biomasse oggi può offrire in termini di abbattimento delle emissioni e di efficienza. In analogia agli edifici è stato deciso di utilizzare per queste tecnologie molto innovative l’acronimo NZEB – Nearly Zero Emission Boilers. Si tratta di apparecchi e caldaie ad «emissioni quasi zero», risultato di progetti di ricerca e sviluppo molto sfidanti, anche sul piano dello sforzo finanziario per le imprese di costruzione. Come per gli edifici, si tratta quindi di generatori a biomasse legnose che - in condizione di funzionamento in campo - garantiscono elevate prestazioni ambientali, ovvero elevati rendimenti e bassissimi livelli di emissioni nocive alla salute umana, riducendo il più possibile il loro impatto negativo sulla qualità dell’aria.

Un contributo importante per far capire che il livore che si riscontra talvolta contro gli impianti a biomasse è anche il frutto di una semplificazione sbagliata che mette tutto assieme, dal vecchio caminetto sfumacchiante a questi veri gioielli tecnologici già oggi sul mercato.
 
Emissioni “quasi zero”, i costruttori di apparecchi e caldaie a biomasse hanno colto la sfida
 
A livello europeo la biomassa legnosa è la principale rinnovabile e svolgerà un ruolo strategico per mitigare la preoccupante avanzata dei cambiamenti climatici causata dalle fonti fossili. Tuttavia in Italia, soprattutto nelle aree più critiche, come il Bacino Padano, solo le tecnologie con i minori fattori di emissioni di polveri sottili e di carbonio organico (responsabile della formazione di particolato organico e secondario in atmosfera), potranno giocare un ruolo nel futuro. Per questo i costruttori industriali di tecnologie hanno colto la sfida e stanno investendo per proporre sul mercato soluzioni tecnologiche che consentono di garantire emissioni nocive “quasi zero”, con riferimento ai cicli di funzionamento reale degli impianti. L’obiettivo è quello di garantire le massime prestazioni ambientali in campo, non solo in laboratorio.

In analogia agli edifici (il termine NZEB, acronimo di Nearly Zero Energy Building, è utilizzato per definire un edificio il cui consumo energetico è quasi pari a zero. Gli NZEB, quindi, sono edifici ad elevatissima prestazione che riducono il più possibile i consumi per il loro funzionamento e l’impatto nocivo sull’ambiente), abbiamo deciso di utilizzare per queste tecnologie molto innovative l’acronimo NZEB – Nearly Zero Emission Boilers. Si tratta di apparecchi e caldaie ad «emissioni quasi zero», risultato di progetti di ricerca e sviluppo molto sfidanti, anche sul piano dello sforzo finanziario per le imprese di costruzione. Come per gli edifici, si tratta quindi di generatori a biomasse legnose che - in condizione di funzionamento in campo - garantiscono elevate prestazioni ambientali, ovvero elevati rendimenti e bassissimi livelli di emissioni nocive alla salute umana, riducendo il più possibile il loro impatto negativo sulla qualità dell’aria.

Con questo articolo intendiamo inaugurare una rubrica tecnica dedicata alle tecnologie NZEB, con l’obiettivo di promuovere e far conoscere agli operatori, agli utenti e alle istituzioni i progressi delle tecnologie che, a nostro giudizio tecnico, possono essere annoverate nella categoria NZEB.
 
Saranno presentate due caldaie, una a cippato-pellet e una a pellet e una stufa a pellet.
 
Caldaia a cippato e pellet ETA eHACK ePEK (120-240 kW)
Le caldaie della serie eHACK ed ePEK sono state completamente riprogettate a partire dalla camera di combustione, con l’obiettivo di ottimizzare ulteriormente il processo di combustione. Le misure primarie adottate prevedono una ulteriore separazione dell’immissione di aria comburente (secondaria) per completare ancora meglio il processo di ossidazione dei gas pirolitici prodotti dalla degradazione termica del legno. In parole più semplici, raggiungere la “combustione completa” priva di incombusti carboniosi. Con la tecnica di combustione ottimizzata, utilizzando un biocombustibile di qualità adeguata (A1, A2 cfr. ISO 17225-2-4), sia con il pellet sia con il cippato, già in camera di combustione, vengono quasi azzerate le emissioni di polveri e carbonio organico, proprio perché viene “completato” il processo di combustione. La caldaia, anche senza filtro, raggiunge le prestazioni delle 5 Stelle (cfr. D.M. 186/2017). Per una maggiore garanzia, considerando la variabilità qualitativa dei biocombustibili legnosi, anche nella medesima classe qualitativa, in particolare del cippato (contenuto idrico, contenuto di cenere, pezzatura), la caldaia è stata equipaggiata con un filtro elettrostatico autopulente, integrato nel corpo caldaia dopo lo scambiatore a tubi di fumo verticali. In questo modo vengono intercettate (elettrostaticamente) e abbattute anche le poche polveri inorganiche residue del processo di combustione completa del legno (che in laboratorio risultano a livelli non rilevabili dagli strumenti di misura). La struttura del filtro, che si sviluppa in verticale lungo tutta l’altezza della caldaia, garantisce un’efficienza minima di separazione dell’85%. Due obiettivi del progetto di sviluppo, pienamente raggiunti, sono stati anche il mantenimento di un consumo di energia elettrica estremamente basso e degli elevatissimi livelli di sicurezza di funzionamento dell’impianto.
 
ETA eHACK 140-170 EP – con filtro a più elettrodi di raccolta integrato nel corpo caldaia
 
 
Caldaia a condensazione a pellet FRÖLING PE1c Pellet 22 (22 kW)
È la nuova caldaia a pellet a condensazione con filtro elettrostatico integrato prodotta dall’azienda Fröling, realizzata completamente in acciaio inox. La tecnica a condensazione consente di raggiungere un rendimento del 106%, recuperando il calore latente dai gas di scarico e risparmiando così fino al 10% di pellet. L’elevato rendimento è raggiunto anche grazie ai deflettori presenti nei turbolatori che guidano i gas combusti verso l’alto attraverso i tubi dello scambiatore di calore, assicurando la massima capacità di scambio termico. Lo scambiatore è completamente in acciaio inox ed è dotato di un dispositivo di lavaggio ad acqua che viene azionato in funzione delle ore di funzionamento del generatore, ovvero quando ve ne è realmente bisogno. La tecnica a condensazione – oltre ad incrementare il rendimento, quindi ridurre il consumo di biocombustibile – ha anche un effetto positivo sulla riduzione delle emissioni di particolato. Questa caldaia, grazie ad una tecnica di combustione estremamente evoluta raggiunge già le prestazioni a 5 Stelle (cfr. D.M. 186/2017), anche senza il filtro. La principale innovazione è la depressione controllata in camera di combustione in abbinamento all’efficiente ventilatore a tiraggio indotto EC (commutazione), che consente una precisa regolazione della distribuzione dell’aria secondaria. Tramite un solo attuatore è possibile regolare in maniera ottimale l'aria primaria e secondaria in base alle condizioni della camera di combustione. Questa innovazione, in abbinamento alla regolazione Lambda di serie, assicura emissioni molto basse. L’atra importante innovazione è il filtro elettrostatico (opzionale), integrato al corpo caldaia, che garantisce in ogni situazione un livello di emissioni di particolato estremamente basso. Il caricamento elettrostatico del particolato solido ha luogo nello scambiatore di calore in acciaio inox, pertanto lo scambiatore di calore con superfici di grandi dimensioni e i turbolatori con i deflettori fungono al contempo da superficie di separazione. La pulizia si svolge in modo completamente automatico con il dispositivo di lavaggio dello scambiatore.
 
FRÖLING PE1c Pellet 22
 
Stufa a pellet pirolitica “Groove” di MCZ (8 kW)
La stufa a pellet “Groove” è il risultato di un ambizioso progetto di ricerca e sviluppo dell’azienda italiana MCZ. Due erano gli obiettivi principali:
(i) ottenere e migliorare le prestazioni emissive per raggiungere i livelli richiesti dalla Classe 5 Stelle (cfr. D.M. 186/2017), attualmente la classe prestazionale più restrittiva d’Europa
(ii) garantire una estetica della fiamma e una silenziosità di funzionamento in grado di competere con gli apparecchi domestici manuali a legna.
Lavorando sui concetti della gassificazione del legno e su una combustione in tre fasi (tecnologia coperta da domanda di brevetto), supportata da un braciere autopulente completamente in acciaio inox, è stato migliorato sensibilmente il rendimento e le prestazioni emissive, raggiungendo i valori delle migliori stufe a pellet attualmente sul mercato. Dal punto di vista estetico, è stato eliminato dalla vista ogni elemento tecnico del focolare, lasciando che la fiamma disegni la camera di combustione e non viceversa. La combustione è stata rallentata, rendendo la fiamma molto simile alla combustione di un focolare a legna. Riguardo alla silenziosità, è stata ridotta la velocità dell’estrattore fumi e di conseguenza il consumo elettrico e la sua rumorosità, inoltre, è stato progettato un nuovo e più silenzioso sistema di caricamento del pellet, basato su un motore con rotore a magneti permanenti (brushless). La stufa è gestibile via smartphone, sia in casa che fuori, grazie al doppio Wi-Fi integrato (tecnologia Maestro) o con un pratico telecomando dotato di termostato ambiente. La stufa è canalizzata e riscalda contemporaneamente più ambienti della casa, anche non comunicanti, fino a ca. 70 m2.
 
Stufa a pellet “Groove” di MCZ, con tecnica di combustione innovativa, coperta da domanda di brevetto, raggiunge le prestazioni 5 Stelle e rispetta ampiamente il Regolamento Ecodesign che entrerà in vigore il 1/1/2022, grazie ad un fattore di emissione di polveri a potenza parziale, in laboratorio, inferiore a 10 g/GJ
 
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