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Quadro normativo per il calcolo e la verifica del rendimento di combustione

(Revisione norma UNI 10389)

Giovanni Raimondini

Centro ENEA-ENEL Brasimone – 8 ottobre 2009

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L'interesse per la biomassa come combustibile per ilriscaldamento civile è cresciuto notevolmente negliultimi anni, e non solo nelle zone rurali, anche acausa dei crescenti costi del gasolio e del gas.

Dalle pubbliche amministrazioni, centrale e locali,sono arrivati segnali contrastanti nei riguardi diquesto nuovo fenomeno.

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Da una parte si è incentivato, anche con sgravi fiscali,l'uso di un combustibile considerato a “costo zero”rispetto ai combustibili fossili e a “emissioni zero” dianidride carbonica, dall'altra sono state posterestrizioni alla combustione della biomassa in quantoproduttrice di polveri sottili.

Contestualmente a questa rinascita di interesse versoil primo combustibile usato dall'uomo, si è attivato, inEuropa e in Italia (CTI), il mondo della normazionetecnica: sono state emanate, o si stannopredisponendo, norme sui combustibili e sugliapparecchi.

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Per una panoramica completa ed esauriente dellanormazione tecnica in materia di generatori di calorea legna si rinvia alla relazione "La situazionenormativa europea e problematiche per ladeterminazione del rendimento e delle emissioni",del Dr. Ing. Mario Chiadò Rana, presentata durantel'incontro tecnico "La biomassa legnosa come risorsaenergetica ecocompatibile" (organizzato daViessmann presso il Centro ENEA di Saluggia, 24settembre 2009), e scaricabile dai siti internetwww.saluggia.enea.it, oppure www.viessmann.it.

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La sostituzione di una caldaia alimentata concombustibili fossili (gas, gasolio) con una alimentata abiomasse combustibili è incentivata con detrazionifiscali fino al 55% della spesa sostenuta. L'art. 3 c. 3del DM 11/3/08 precisa che, ai fini dell'accesso alledetrazioni fiscali, il potere calorifico della biomassaviene considerato pari a zero. Si può quindi applicareil comma 344 della Finanziaria 2007 considerandopari a zero il fabbisogno di energia primaria per laclimatizzazione invernale. Il DM 11/3/08, tuttavia, haprescritto anche che la nuova caldaia a biomassedeve rispettare le seguenti ulteriori condizioni:

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a) avere un rendimento utile nominale minimoconforme alla classe 3 di cui alla norma europea EN303-5;

b) rispettare i limiti di emissione di cui all'allegato IXalla parte quinta del D. Lgs. 3/4/06 n. 152 esuccessive modifiche e integrazioni, oppure i piùrestrittivi limiti fissati da norme regionali, sepresenti;

c) utilizzare biomasse combustibili ricadenti fra quelleammissibili ai sensi dell'allegato X alla parte quintadello stesso D.Lgs. 152/2006 e successive modifichee integrazioni.

La rispondenza a tali requisiti deve essere riportatanell’asseverazione compilata dal tecnico abilitato.

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Ma la pur necessaria qualificazione di combustibili egeneratori di calore non è sufficiente: un'installazionenon corretta e una manutenzione scarsacontribuiscono significativamente ad abbattere ilrendimento – minimizzando o annullando il risparmiodi energia – e a far crescere le emissioni di inquinanti,in particolare il particolato.

In ambito CTI, si sta quindi procedendo alla revisionedella pur recente norma UNI 10683:2005 “Generatoridi calore alimentati a legna o da altri biocombustibilisolidi - Requisiti di installazione”.

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Si è inoltre sentita la necessità di redigere una normatecnica che consentisse di valutare, analogamente aquanto accade per i generatori di calore acombustibile fossile, il rendimento di combustionedel generatore installato, e le effettive emissioni inatmosfera.

La UNI 10389 “Generatori di calore – analisi deiprodotti della combustione e misurazione in operadel rendimento di combustione”, in revisione, è statasuddivisa in due parti: la 10389-1 (pubblicata asettembre 2009) per i generatori alimentati acombustibile gassoso e liquido, la 10389-2 (inelaborazione), per i generatori alimentati acombustibile solido.

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Il compito che attende ipartecipanti al gruppo dilavoro è, come si vedrà diseguito, complesso: senzal'attiva partecipazione ecollaborazione dellecategorie interessate(produttori di apparecchie strumenti di misura,installatori, manutentori)si rischia di redigere undocumento inutile, senon dannoso.

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Oltre alle caldaie di media e grossa taglia, collocate incentrale termica, si stanno diffondendo generatori dipotenza intorno a 10 – 20 kW (termocaminetti,termocucine, stufe a pellet) installati all'interno delleabitazioni, analogamente a quanto accade con lecaldaie a gas per riscaldamento autonomo.

Una prima difficoltà che si è presentata è stata quelladi considerare nello stesso ambito di applicazionetipologie di generatori molto più diverse tra loro diquanto lo sia la caldaia a gas per l'impiantoautonomo dalla caldaia a gasolio al servizio di unpluricondominio.

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È inoltre impensabile considerare alla stessa stregua– per quanto riguarda la misurazione in opera delrendimento di combustione e l'analisi dei prodottidella combustione – la caldaia a gas e iltermocaminetto a legna: alla prima arriva ilcombustibile (a composizione controllata e pressochécostante) tramite rete di distribuzione, la messa aregime è rapida, non ci sono prodotti dellacombustione solidi da campionare. L'analisi dellacombustione può essere effettuata in pochi minuti,con una strumentazione relativamente semplice; nonè così nel caso del termocaminetto o della stufa apellet, e la differenza – anche se meno sensibile –vale anche per le caldaie di grossa taglia.

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Il progetto di norma UNI 10389-2 è stato pensatosoprattutto per consentire all'installatore di“collaudare” il generatore di calore, inserito in unimpianto termico o a se' stante, al manutentore percontrollare, in occasione di interventi periodici o surichiesta del cliente, se tutto funziona correttamentee le prestazioni attese vengono realizzate, e anche aun verificatore pubblico di accertare che venganorispettate – dove vigenti – prescrizioni relative arendimenti ed emissioni. Certamente i tempinecessari, e relativi costi, rendono impensabile unaperiodicità di verifiche analoga a quella prevista suigeneratori di calore a combustibile fossile.

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In ogni caso non si prevede di applicare la futuranorma ai generatori di calore a focolare aperto e, perquanto riguarda la misurazione delle polveri e dellapotenza termica del focolare, ai generatori di potenza≤ 35kW.

Si prevede inoltre, considerata l'assoluta novitàdell'argomento, di provare le procedure previste dalprogetto di norma su diverse tipologie di generatoridi calore e di combustibili, presso laboratoriaccreditati, simulando tipiche installazioni per usodomestico e similare, e di proseguire consperimentazioni su installazioni reali, prima dipubblicare la norma..

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Il campionamento dei prodotti gassosi dellacombustione viene effettuato con la stessa tecnica ela stessa strumentazione (analizzatore portatile)prevista dalla UNI 10389-1; naturalmente occorreprevedere una cella in grado di leggere fino a 20.000ppm di CO, e si deve effettuare una misurazione deltiraggio per i generatori senza ventilatore nel circuitodi combustione, e della pressione relativa per questiultimi.

Per la procedura di campionamento delle polveri e ilposizionamento della (eventuale) presa dicampionamento si attendono ulteriori informazionidalle prove di laboratorio sopra citate.

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Le misurazioni vanno effettuate con generatore aregime e alla portata termica di targa, o regolata dalresponsabile dell'impianto. Lo stato di regime, inassenza di istruzioni del fabbricante, si ritieneraggiunto per generatori a caricamento manuale,dopo la combustione di almeno due cariche nominali,e per quelli a caricamento automatico dopo almeno 1ora di funzionamento alla potenza termica previstaper la misurazione.

Un problema che si presenterà: garantire che ilgeneratore sottoposto all'analisi venga alimentatocon il combustibile adatto per tipo, quantità equalità, indicato dal fabbricante o dall'installatore, erispondente alla specifica norma UNI di prodotto.

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L’operatore deve riportare sul rapporto di prova tutti iparametri significativi per descrivere le condizioni dimisurazione. Come minimo:•carica nominale (per generatori a caricamentomanuale), o impostazione adottata (per generatori acaricamento automatico);•qualità del combustibile (essenza, diametro,lunghezza, umidità, con o senza corteccia etc.);•tempo di attesa tra l'introduzione del combustibileper l’analisi e l’inizio delle misurazioni;•tiraggio effettivo del camino per generatori atiraggio naturale o pressione relativa per generatoricon ventilatore nel circuito di combustione;•regolazione del generatore (apertura dell’ariacomburente, valvola di tiraggio etc.).

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Prima di dare inizio alle prove, l'operatore dovràinoltre determinare, con apposito strumento, il gradodi umidità della legna (espresso in %); per tutti glialtri combustibili, come il pellet, il cippato, lebricchette, etc. il produttore del combustibile devefornire il valore di umidità all’atto della consegna.

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La misurazione dei parametri per l'analisi dei prodottidella combustione e la determinazione delrendimento (temperature dell'aria comburente e deiprodotti della combustione, concentrazione di O2 o,in alternativa, di CO2, concentrazione di CO) deveessere effettuata almeno per 15 minuti, in continuo oa intervalli di tempo eguali con un intervallo tra dueletture consecutive non superiore a 60 secondi. Nelcaso di generatori di calore a caricamento manualel'inizio del prelievo deve essere effettuato da unminimo di 10 ad un massimo di 15 minuti dopol'innesco della carica nominale. La misura di ognisingolo parametro è ottenuta dalla media aritmeticadelle misure significative.

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Per quanto riguarda le polveri, si ricorda che ilvigente D. Lgs. n. 152:2006 prevede (Allegato IX,Parte III, sezione 2), valori limite per impiantialimentati a biomasse di 100 mg/Nm3 per potenzemaggiori di 150 kW, e di 200 mg/Nm3 per potenzecomprese fra 35 e 150 kW. Nella successiva sezione 4si indica, come norma di riferimento, la UNI EN13284-1, che tuttavia è di difficile, se non impossibile,applicazione per impianti e apparecchi di piccolataglia. Sembra possibile – anche se tutt'altro chesemplice – applicare in questi casi il metodo previstodalla legislazione tedesca (campionamento su filtro,con successiva essiccazione e pesatura).

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Il progetto di norma fornisce anche:•il metodo per la misurazione della potenza termicadel generatore di calore (> 35 kW), noto il poterecalorifico inferiore del combustibile – valore indicatodal fornitore oppure ricavato dalle tabelle inappendice al progetto di norma stesso;•formula e coefficienti per la determinazione delrendimento di combustione, in funzione del grado diumidità del combustibile e della sua tipologia,biomassa legnosa o carbone di legna (ammesso dalD. Lgs. n. 152/2006). Le prove di laboratorio e incampo consentiranno di individuare le opportuneincertezze di misura nei casi di generatori di calore acaricamento manuale o automatico.

Per quanto riguarda le polveri, qualora non si volesseo potesse effettuare la misurazione diretta, ilprogetto di norma propone una determinazioneindiretta, tramite correlazione al CO misurato neiprodotti della combustione COm

PM (mg/Nm³) = 42,134 e (3.5536 COm)

La correlazione sembra funzionare in modoaccettabile per la legna, ma non per il pellet, per ilquale occorrerà trovare – se possibile – un'altraformula.