Riscaldamento con caminetto

Sono daccordo sul fatto che è molto più probabile che funzioni bene qualcosa di già esistente piuttosto che qualcosa di "innovativo".
Anche sull'esperienza già sviluppata sono daccordo che sia da prendere in considerazione, così come gli esempi già presenti.

Per quanto riguarda il calore scambiato con l'ambiente per irraggiamento, questo, mediante l'inserimento di un vetro risulta ridotto o copertura qualsiasi. Non conosco il coefficiente di trasmissione del vetro per lo spettro di emissione di un fuoco ma anche provando ho verificato che la potenza irraggiata risulta sensibilmente ridotta.
La copertura del focolare è necessaria se si vuole incrementare l'efficienza di riscaldamento del caminetto, altrimenti questo prende aria fredda e butta fuori aria calda, oltre ad irraggiare, con potenza per unità di superficie che decresce con il quadrato della distanza, cioè dobbiamo stargli davanti se ci si vuole scaldare, con una bassissima efficienza.
L'energia assorbita dal vetro viene in parte riemessa nell'ambiente e in parte viene riemessa all'interno del focolare.
Quindi quell'energia in meno che abbiamo per irraggiamento la ritroviamo anche nei fumi o nell'aria che viene scaldata e aspirata, poca parrte la troviamo nell'aria che viene scaldata dalla struttura del camino verso l'ambiente, o irraggiata da questa verso l'ambiente.
In parte viene anche condotta attraverso le pareti verso l'ambiente esterno, soprattutto con un caminetto d'angolo e con pareti che conducono molto.

Avevo intenzione di sfruttare entrambi i tipi di scambio termico, quello del fuoco (ammesso che questo non comprometta la salubrità dell'aria (in alternativa potrei utilizzare acqua), e quella dei fumi.
La coibentazione la metterei comunque alla base, sotto all'eventuale scambiatore, e soprattutto ai lati.

Ai fumi sporchi (olii grassi non completamente bruciati) ci avevo pensato anche io, penso che sarebbe utile prevedere un bypass nella cappa in modo da utilizzare il caminetto normalmente, cioè a tiraggio naturale, quando sono presenti.

Per quanto riguarda il tiraggio del camino avrei intenzione di mettere un aspiratore.
Probabilmente si è fatto da sempre così e si continua a fare così perchè si pensa che prendersi la briga di mettere un aspiratore e ripulire lo scambiatore di tanto in tanto sia più faticosa che andare a tagliare la legna per poi bruciarla utilizzando solo qualche punto percentuale dell'energia prodotta dalla combustione. (tanto non ci andiamo noi a tagliare la legna e ci può essere portata in quantità sfruttando mezzi di locomozione, che bruciano combustibili fossili)
Con l'aspiratore si può prelevare energia dai fumi, in teoria si possono portare anche alla temperatura dell'aria esterna, al minimo, facendo codensare il vapore acqueo.
Questo non è valido nel caso in cui si voglia prelevare energia solo dal fuoco, visto che questo deve avere una certa temperatura minima perchè la combustione avvenga e si abbia una certa potenza, per cui uscirà anche una certa energia minima con i fumi caldi.

Quanta energia è possibile recuperare dai fumi rispetto a quanta ne contengono, dipende dalla loro temperatura all'ingresso dello scambiatore.
Questa dipende sostanzialmente dal rapporto tra combustibile bruciato e portata di aria utilizzata. Può essere quindi regolata dimensionando la griglia su cui brucia la legna e posizionando l'aspirazione dei fumi il più vicino possibile al fuoco.

Per quanto riguarda le alette nella figura che ho postato: sarebbe meglio fare delle doppie alette coibentate l'una rispetto all'altra, cioè con dell'isolante interposto.Le alette devono incrementare lo scambio termico con i tubima non quello dei diversi condotti dei fumi.
Inoltre penso che sia anche utile suddividere lo scambiatore in più parti cercando di isolare termicamente anche i tratti di tubi tra di loro, ma questo penso che sia più complicato.

Il punto è che così di un camino non resta nulla, vuoi praticamente fare una caldaia, tanto vale costruire tutto da zero, visto anche che la cappa originale praticamente non la userai dato che se ci metti un aspiratore può benissimo bastare un tubo da 15-20 cm come su una stufa a legna.

Anzi a questo punto tanto vale costruire un gasificatore, così aumenti anche l'efficienza della combustione e sopratutto bruci semplicemente gas molto più facile da gestire e dosare con l'aria, la parte del bruciatore sarebbe sempre piuttosto pulito specialmente da ceneri grosse. Ma visto che poi bruceresti tutto comunque dentro una camera tanto vale bruciarci direttamente la legna energicamente non cambia praticamente nulla, tanto l'aria in ingresso la puoi comunque dosare facilmente.

O ancora meglio comprare una stufa a legna che già ha tutte le accortezze a cui stai pensando tu, ma costa molto meno, è già pronta e non richiede tiraggio forzato, in più hai disponibile un forno per cucinare, una piastra per cucinare e un reparto per essiccare la legna. Lungo il camino l'aria esce già abbastanza fredda per via dello scambiatore, del calore prelevato dalla piastra e da quello del forno, al massimo ci puoi aggiungere un tiraggio forzato e uno scambiatore più grande, ma per lo meno eviti di reinventare l'acqua calda. Lo spreco è bassissimo visto che tutte le pareti si trovano all'interno della stanza, l'unica piccola perdita è dall'uscita dei fumi, ma come detto si recupera già parecchio anche nei sistemi di 100 anni fa.


Per come la vedo io un camino è un camino, se tappi la parte frontale che ci sta a fare?

Penso anche io che un gasificatore sia una buona idea, anche se devo dire non so quanto possa ingombrare (lo dovrei mettere in sala ), di che tipo di sistemi di regolazione ha bisogno, non ho le conoscenze di termochimica adeguate per farne funzionare uno. Penso che sarebbe più adatto ad un impianto più serio, magari un piccolo impianto termoelettrico.
Avevo pensato a qualcosa di molto più semplice, ma che allo stesso tempo non fosse il solito sistema con spreco di energia uscente con i fumi.
Non so di che tipo di stufe tu stia parlando, di quali scambiatori siano dotate, ma non ti sembra strano che per scambiare una potenza di 5kW (con un fuoco che dà in uscita dei fumi a 200°C) io abbia bisogno di 200 m di tubo con convezione forzata, con una superficie di una decina di metri quadri, mentre una stufa ha una superficie esterna di un paio di metri quadri e scambia per convezione naturale con l'ambiente? Posso capire che c'è anche una componente radiativa della potenza scambiata, che da dei conti mi risulta che possa variare dai 1000 ai 1500 W/m^2 per temperature superiori ai 100°C sulla superficie esterna, che spesso, per motivi di sicurezza, è un fatto limitato alla sola faccia superiore delle stufe, le altre parti sono schermate.
Avere più di 100°C sulla superficie di una stufa che cosa comporta in termini di temperatura dei fumi in uscita e portata, o meglio potenza del fuoco? è questo che mi sono chiesto. Mi rendo conto che questa non è una domanda a cui si può rispondere facilmente, andrebbero fatte delle misure.

Servono 10mq di superficie per scambiare 5KW di energia termica? No anzi mi sembra molto poco, 10mq si fanno in fretta se ci si mettono molte alette.

Nelle vecchie stufe a legna lo scambiatore sull'uscita c'è ma è molto piccolo, ovvio che non si recupera poi tantissimo, la maggior parte la si prende dalla superficie della piastra, un po va nel forno e il resto tutto fuori in atmosfera.
Io quella che ho in casa l'ho studiata un pochino, l'unico errore mi pare l'uscita dei fumi che è posta in alto sulla caldaia, se si prelevasse dal fondo si sprecherebbe parecchio di meno, se poi ci aggiungiamo uno scambiatore molto efficiente sull'uscita magari per scaldare l'acqua non ci vuole tanto a raggiungere quasi il 100%.


Questa non l'ho capita. Io la superficie preferirei riscaldarla per poterla usare per cucinare, il resto si trasferisce all'ambiente direttamente, 100 gradi mi sembrano comunque pochini non ci si potrebbe neppure friggere, e in tanti posti non bollirebbe neppure l'acqua, direi che almeno 2-300 gradi ci vogliono. I fumi e la combustione non capisco cosa centrano, forse parli di temperatura interna della fornace? Quella a quanto ricordo, più alta è meglio è perchè si riesce a bruciare meglio il combustibile e rimangono meno residui.

Bhe calma... dai conti che ho fatto mi risulta che occorrono circa 10m^2, nella peggiore delle ipotesi, per scambiare 5kW, con i valori di temperatura dei fumi e aria in ingresso e uscita pari a quelli che ho riportato, per uno scambiatore in cui è presente flusso termico solo dai fumi verso l'aria, attraverso il metallo, in modo che ogni tratto di scambiatore possa essere considerato isolato termicamente dal resto dello scambiatore. Cioè con flusso di energia nel metallo, in direzione dei flussi di aria e di fumi trascurabile.
Come ho già accennato in precedenza questo non è proprio valido, potrebbero essere adottati degli accorgimenti come crare delle doppie alette con interposto del materiale isolante e di tagliare termicamente anche i tubi.
Questa approssimazione è tanto meno valida quanto più corti sono i tubi, quindi i risultati che ho ottenuto con superficie inferiore, fino a 6 m^2, sono da prendere sempre più con le pinze, essendo i tubi più corti ed essendo presente (in teoria) la stessa differenza di temperatura ai capi di questi. Inoltre andrebbe considerato anche il fatto che il flusso in un tratto iniziale non è completamente sviluppato termicamente (mentre ho supposto che il flusso sia laminare e sviluppato).
Un modo potrebbe essere questo:



Per quanto riguarda la temperatura esterna di una stufa, non l'ho mai misurata, comunque penso che 300°C si raggiungano solo nella superficie interna del forno, dove anche la temperatura dell'aria ha valori simili.
Per la superficie esterna direi che si raggiungono massimo 200°C sulla superficie superiore, essendo le laterali normalmente schermate, con lamiere o mattonelle.
Uno schermo ideale, di resistenza termica trascurabile coefficiente di assorbimento e emissione 1, provoca una riduzione della potenza irraggiata della metà di quella presente sulla faccia interna. Se vogliamo anche la struttura della stufa può essere vista come uno schermo rispetto al fuoco (tranne la superficie vetrata, in cui c'è anche trasmissione della radiazione) oltre ad essere un elemento che conduce, a contatto con la brace (la griglia) e i fumi.



Edited by nnsoxke - 1/1/2010, 17:50

Ho trascurato un fatto molto importante: la sicurezza in termini di tiraggio del camino in caso di guasto dell'aspiratore o ostruzione dello scambiatore o mancanza di energia elettrica.
Dovrei prevedere (necessariamente in questo caso) un sensore di portata dei fumi all'uscita dello scambiatore, che, nel caso in cui la portata scenda sotto un certo valore, a focolare acceso, permetta di bypassare lo scambiatore per far avvenire tiraggio naturale del camino.

Purtroppo la struttura del camino lascia un po' a desiderare, come mi hai fatto notare, non conduce bene calore verso l'ambiente, inoltre conduce bene verso le pareti esterne ed ha una grande massa da scaldare. Aspetto rilevante in fase di avviamento, che fa anche si che inizialmente si abbia una temperatura del fuoco più bassa.
Probabilmente mi converrebbe fare come mi hai consigliato, inserire un cassone di metallo dentro all'attuale focolare, isolato termicamente rispetto a base e pareti e con circolazione dell'aria intorno alla struttura nei tratti che si trovano verso le pareti.
Purtroppo penso che la struttura non possa essere cambiata, si tratta di un caminetto in marmo, che secondo la cultura attuale è un materiale pregiato.