Data la necessità di carica manuale dei ciocchi, le caldaie a legna hanno una potenza limitata a qualche decina di kW, e trovano l’impiego ottimale per il riscaldamento di case isolate comprendenti uno o pochi appartamenti.

− Caldaia a fiamma inversa
− Accumulatore inerziale del calore
− Bollitore per acqua calda sanitaria
− Centralina di controllo

Si tratta generalmente di caldaie provviste di una ventola per la circolazione forzata dell’aria comburente. In alcuni modelli (ad aria soffiata), la ventola è posta sul lato anteriore della caldaia e spinge l’aria all’interno facendola fluire attraverso il combustibile fino allo scarico dei fumi. In altri modelli la ventola è situata posteriormente sulla bocca di uscita dei fumi e aspira i gas combusti creando una depressione in caldaia che consente il richiamo dell’aria comburente dall’esterno.
Una parte dell’aria (primaria) viene introdotta in caldaia immediatamente sopra la griglia sulla quale è appoggiata la legna. L’aria primaria consente l’avvio della combustione (fase di gassificazione), con formazione di uno strato di braci a contatto della griglia e lo sviluppo di gas combustibili derivanti dalla pirolisi del legno (soprattutto monossido di carbonio e idrogeno). I gas sprigionati vengono trascinati in basso attraverso la griglia e giungono nella camera sottostante, dove l’aggiunta dell’aria secondaria consente il completamento della combustione. Fattori essenziali per ottenere una combustione ottimale sono una giusta quantità di aria, temperatura e turbolenza elevate nella camera di combustione, e la permanenza dei gas caldi nel focolare per un tempo sufficiente al completamento delle reazioni termochimiche di combustione.
L’inversione della fiamma consente di ottenere una combustione progressiva della legna, che non prende totalmente fuoco nel vano di carico ma brucia solamente quando giunge in prossimità della griglia. Questo fa sì che la potenza erogata dalla caldaia sia più stabile nel tempo, e che la combustione possa essere meglio controllata, aumentando considerevolmente il rendimento e riducendo le emissioni inquinanti.
I modelli più avanzati si avvalgono di sistemi di regolazione a microprocessore, e raggiungono rendimenti termici oltre il 90%. Tra le innovazioni più significative, presenti anche in modelli di piccola potenza, vi è la regolazione dell’aria di combustione in base al fabbisogno di ossigeno, misurato nei fumi con apposita sonda (sonda lambda). La regolazione lambda consente di aggiustare e ottimizzare costantemente la quantità di aria durante l’intero ciclo di funzionamento della caldaia a legna, dall’accensione iniziale fino all’esaurimento del combustibile.

Esso è costituito da un serbatoio d’acqua termicamente isolato, collegato direttamente alla mandata della caldaia tramite un’apposita pompa. L’acqua contenuta nell’accumulatore è pertanto la stessa che circola in caldaia e nell’impianto di riscaldamento. L’accumulatore inerziale svolge le seguenti importanti funzioni:

1- Consente alla caldaia di funzionare in modo regolare, evitando interruzioni dovute a insufficiente richiesta di energia da parte dell’impianto di riscaldamento: in queste condizioni, invece di bloccare la combustione o surriscaldare gli ambienti, la caldaia può continuare a funzionare immagazzinando energia nel serbatoio di accumulo. Questa energia si renderà disponibile successivamente quando il progressivo esaurimento del combustibile determinerà una riduzione della potenza erogata dalla caldaia. Il funzionamento senza interruzioni riduce la fumosità delle emissioni e lo sporcamento del camino, protegge la caldaia da dannose formazioni di condensati catramosi, e aumenta il rendimento globale dell’impianto.
2- Costituisce un “volano” termico per l’impianto di riscaldamento e fa aumentare grandemente il comfort di esercizio, rendendolo del tutto simile a quello di impianti automatici a gas/gasolio. Infatti, l’energia contenuta nell’accumulatore sotto forma di acqua calda viene automaticamente ceduta all’impianto nel momento in cui questo la richiede. Questo assicura alcune ore di riscaldamento anche a caldaia spenta, ad esempio nelle prime ore del mattino.

Il serbatoio inerziale va dimensionato in funzione della quantità di legna contenuta nella caldaia (Volume Riempimento), della potenza termica nominale (PN ) e dal carico termico dell’edificio (Ptot).  La cubatura dell’edificio da riscaldare influisce sulla dimensione dell’accumulatore in modo negativo: a parità di caldaia a legna, tanto più piccola è l’abitazione e tanto più grande dovrà essere l’accumulatore per compensare i minori assorbimenti termici delle utenze. In alcuni modelli avanzati di caldaie a legna con regolazione a microprocessore la temperatura dell’accumulatore viene rilevata in diversi punti e la potenza erogata può essere automaticamente ridotta per evitare una troppo rapida saturazione dell’accumulatore inerziale.

Il sistema più semplice consiste nell’utilizzare un bollitore con scambiatore interno e collegare questo all’impianto mediante una pompa e un termostato. Il sistema può essere attuato sia in impianti dotati di accumulatore inerziale, sia in impianti privi di questo.
Un accumulatore inerziale termicamente ben isolato consente durante l’estate di ricaricare più volte il bollitore sanitario senza dover riaccendere la caldaia. Negli impianti privi di accumulatore inerziale il bollitore sanitario dovrebbe avere la capacità di almeno 300 litri. In questo caso, per produrre l’acqua calda d’estate occorre avere l’accortezza di caricare la caldaia con poca legna. Alcuni modelli di accumulatore inerziale per caldaie a legna sono dotati di bollitore o di scambiatore di calore sanitario incorporato, per cui non richiedono l’installazione di un bollitore separato.
Assolutamente da evitare è la produzione di acqua calda sanitaria per mezzo dello scambiatore di calore di emergenza situato all’interno della caldaia a legna. Questo scambiatore deve infatti essere permanentemente collegato ad una valvola di sicurezza termica e deve poter intervenire con la massima efficienza per raffreddare la caldaia in caso di emergenza. Viceversa, utilizzando questo scambiatore per produrre acqua sanitaria, si può provocare al suo interno la formazione di incrostazioni di calcare che ne possono compromettere il corretto funzionamento in caso di emergenza.

che, una volta acceso, continua a sviluppare calore con una inerzia considerevole, difficilmente controllabile nel breve termine. Di conseguenza, le caldaie a legna possono trovarsi in condizioni peculiari di criticità. Queste condizioni sono fondamentalmente due:

1. interruzione dell’alimentazione elettrica
2. guasto della pompa di circolazione della caldaia

In entrambe le suddette situazioni si ha il blocco pressoché totale della circolazione di acqua in caldaia e si interrompe l’asportazione del calore generato dalla combustione della legna. Di conseguenza, la temperatura dell’acqua può salire fino a raggiungere e superare i 100°C. Oltre la soglia della temperatura di ebollizione la produzione di vapore causa un brusco aumento della pressione dell’impianto. In mancanza di dispositivi di sicurezza adeguati si può rapidamente giungere a una situazione di pericolo.
Per scongiurare questo rischio, oltre che del termostato di sicurezza in dotazione a tutti i tipi di caldaia, le caldaie a legna sono dotate di uno scambiatore di calore di emergenza, costituito da un tubo a serpentina immerso nell’acqua della caldaia. Questo scambiatore deve essere collegato da un lato a una presa di acqua fredda, direttamente connessa all’acquedotto; dal lato in uscita lo scambiatore di emergenza va collegato a uno scarico.
Tra la presa di acqua fredda e la caldaia va interposta una valvola di sicurezza termica. Questa valvola, è dotata di una sonda a bulbo di mercurio da inserire in un apposito pozzetto sulla caldaia. In caso di emergenza, prima che la temperatura della caldaia raggiunga la soglia dei 100 °C, la valvola di sicurezza si apre mediante un dispositivo meccanico che non richiede alimentazione elettrica, e acqua fredda inizia a fluire nello scambiatore di sicurezza, asportando il calore in eccesso e convogliandolo allo scarico. Viene così scongiurato il rischio di ebollizione nella caldaia.
La valvola di sicurezza termica fornisce una protezione molto efficace dell’impianto a legna purché vi sia una disponibilità continua di acqua fredda anche in mancanza di corrente elettrica. Nel caso in cui la casa sia provvista di un pozzo proprio con pompa e autoclave, è necessario installare sopra la caldaia un serbatoio di acqua fredda di capacità adeguata, da collegare allo scambiatore di emergenza in modo che, in eventuali situazioni critiche, l’acqua fredda possa fluire liberamente per gravità attraverso lo scambiatore di emergenza.
La valvola di sicurezza termica va controllata almeno una volta all’anno per verificarne l’efficienza e la tenuta, e va sostituita tempestivamente qualora si riscontrassero dei difetti.

Questo obbligo risale a molti decenni fa, ed era motivato da ragioni di sicurezza, a causa della relativa facilità con cui le caldaie a legna possono raggiungere la temperatura di ebollizione.
Il vaso di espansione aperto deve essere posto nel punto più alto dell’impianto di riscaldamento (tipicamente nel solaio) e collegato direttamente alla caldaia da un tubo, denominato tubo di sicurezza, il cui percorso non deve presentare alcun tratto in discesa. In caso di emergenza il tubo di sicurezza deve consentire al vapore sviluppatosi in caldaia di fluire liberamente senza incontrare ostacoli fino al vaso di espansione aperto.
Nel caso in cui la caldaia sia posta in un locale separato dal fabbricato principale, può risultare impossibile collocare il vaso di espansione aperto nel fabbricato da riscaldare, a causa della difficoltà di installare il tubo di sicurezza senza tratti in discesa. In questi casi è necessario realizzare due circuiti di riscaldamento separati, di cui uno primario a vaso aperto nel locale caldaia e uno secondario a vaso chiuso nel fabbricato da riscaldare. Tra i due circuiti viene interposto uno scambiatoredi calore a piastre, che consente lo scambio termico evitando il contatto diretto dell’acqua tra i due circuiti.
In questi casi l’aggravio di costi dell’impianto a legna rispetto a quello convenzionale a gas/gasolio è ingente e la presenza dello scambiatore di calore riduce le prestazioni e i rendimenti dell’impianto. La tecnologia attuale (scambiatore di calore di emergenza e valvola di sicurezza termica) rende ormai inutilmente penalizzante e anacronistico l’obbligo del vaso di espansione aperto nelle caldaie a legna, ed è auspicabile che si giunga quanto prima a una revisione della normativa giuridica e tecnica in materia.

Di conseguenza, va evitato il sovradimensionamento della caldaia, che avrebbe importanti conseguenze negative: un inutile aggravio dei costi di impianto e il funzionamento non ottimale della caldaia, a causa delle frequenti interruzioni della combustione a cui sarebbe inevitabilmente soggetta. Le interruzioni forzate della combustione, ottenute con l’arresto brutale del flusso d’aria comburente producono infatti una maggiore fumosità, che causa sporcamento del camino e della caldaia, e minore rendimento medio stagionale dell’impianto.
Il dimensionamento della caldaia va pertanto eseguito dopo un’attenta valutazione delle caratteristiche dell’edificio e della fascia climatica in cui si trova. Per le finalità di questo lavoro si può indicativamente stimare un fabbisogno di potenza compreso tra 20 e 40 W/m3 a seconda del clima e delle caratteristiche dell’impianto di riscaldamento e della coibentazione dell’edificio. La potenza richiesta è minore negli edifici ben coibentati e in quelli dotati di sistemi di riscaldamento ad alta efficienza, come gli impianti a pavimento o a parete radiante.
Un altro fattore di cui tener conto è il numero di cariche di legna che si intende effettuare nell’arco della giornata, in altre parole l’autonomia di funzionamento desiderata. Questa dipende dalla capienza del vano di carico legna e dalla potenza della caldaia. Il rapporto tra queste due grandezze, esprimendo la capacità di carico legna in litri e la potenza in kW, fornisce una stima grossolana del numero di ore di autonomia di funzionamento continuo alla massima potenza.
La presenza di un accumulatore inerziale consente di aumentare considerevolmente l’autonomia, soprattutto nei periodi meno freddi, in quanto l’energia sviluppata dalla caldaia in un periodo limitato viene accumulata e ridistribuita all’impianto di riscaldamento nell’arco della giornata. Questo effetto tampone dell’accumulatore inerziale è tanto maggiore quanto maggiore è la dimensione dell’accumulatore stesso.

Oltre alla caldaia a legna, la centrale termica dovrebbe poter accogliere l’accumulatore inerziale, il bollitore sanitario, il quadro elettrico e tutta l’impiantistica idraulica. Considerando che è buona norma lasciare uno spazio libero di almeno 60 cm tutto intorno alla caldaia, si può concludere che la superficie minima sia di 8-10 mq (m 2-2,5 x 4).
Per gli impianti oltre i 35 kW la norma prevede che siano dotati di porta di accesso indipendente. Per questi impianti è necessario anche depositare il progetto della centrale termica ai vigili del fuoco ed effettuare comunicazione all’Istituto per la Sicurezza sul Lavoro (ISPESL).
Ai fini della normativa sulla sicurezza viene considerata la potenza termica complessiva di tutte le caldaie presenti nello stesso locale, che possono essere accese in contemporanea. Di conseguenza, se si installa una caldaia a legna da 20 kW e accanto a questa ne viene posta una a gas da 20 kW, viene superata la soglia dei 35 kW, e si rientra nella normativa su questa categoria di impianti.
Se nello stesso locale caldaia sono presenti una caldaia a legna e una a gas/gasolio, con possibilità di funzionamento contemporaneo, è altresì necessario che ogni caldaia sia dotata di una propria canna fumaria indipendente.

La sua funzione non è solamente quella di allontanare e disperdere i fumi, ma di assicurare,  grazie a un tiraggio adeguato, il buon funzionamento della caldaia.
Il tiraggio è tanto migliore quanto più caldi rimangono i fumi che percorrono il camino. Per questo motivo il camino dovrebbe essere dotato di un buon isolamento termico. Un altro motivo importante per isolare termicamente il camino è quello di evitare che la temperatura dei fumi scenda al di sotto della soglia di condensa, nel qual caso si potrebbe verificare un rapido sporcamento delle pareti del camino stesso, fino a giungere all’intasamento.
Ottime prestazioni sono fornite dalle canne fumarie in acciaio inossidabile coibentate. Questi camini vanno dotati alla base di uno scarico per la condensa e producono un buon tiraggio già a temperature dei fumi relativamente basse. Essi consentono di ottenere i migliori risultati dai modelli di caldaie a legna tecnologicamente più avanzati, in cui la temperatura dei fumi può essere abbassata fino a poco al di sopra della soglia dei 100°C, aumentando considerevolmente la resa dell’impianto.
Qualunque sia il tipo di camino presente in un impianto a legna è molto importante che almeno una volta all’anno venga effettuata una accurata pulizia, richiedendo eventualmente l’intervento di uno spazzacamino.