Il dimensionamento delle canne fumarie


Testo di Dott. Piero Bonello, presidente dell’ANFUS, Associazione Nazionale Fumisti e Spazzacamini.

Il funzionamento dell’impianto fumario è correlato con quello degli altri elementi che costituiscono l’impianto di riscaldamento (il generatore di calore e la presa d’aria) e con essi si inserisce in una situazione di equilibrio instabile da cui dipende l’adeguatezza dell’impianto a soddisfare gli scopi per cui è stato costruito: benessere ed economicità.

L’instabilità di cui abbiamo fatto cenno non deve essere confusa con l’eventuale precarietà degli elementi costruttivi o con l’approssimazione della progettazione: significa semplicemente che sul funzionamento dell’impianto di riscaldamento il repentino mutamento di alcuni fattori(temperatura dei fumi, quantità dei fumi che attraversano
i condotti, potenza effettivamente dispiegata dal generatore) influisce immediatamente e direttamente sul risultato dell’esercizio dell’impianto. In una situazione come quella delineata il problema del dimensionamento delle canne fumarie assume un’importanza non secondaria per il buon funzionamento dell’impianto.
Si pensi ai costi di esercizio: un errore nel dimensionamento può causare in alternativa un cattivo funzionamento del generatore, per tiraggio insufficiente, o rendimento insufficiente per tiraggio eccessivo ; ma che dire del caso in cui gli
inconvenienti siano così gravi da richiedere radicali ristrutturazioni dell’opera o il rifacimento completo di una canna fumaria ?
Per il corretto dimensionamento dell’impianto fumario esistono in commercio adeguati prodotti informatici che si possono raggruppare in due specie: strumenti tecnici e strumenti tecnicocommerciali.
I primi sono forniti a titolo oneroso da case di software specializzate e fanno riferimento ad elementi costruttivi standard per i materiali in uso , metallici e non. I secondi sono per lo più gratuiti e consentono l’abbinamento delle variabili che influenzano la dimensione del camino agli specifici prodotti dell’Azienda che li fornisce.
La validità di questi strumenti è insita nello scopo per cui sono stati predisposti: tecnico professionale gli uni, commerciali ed informativi gli altri; ambedue degni di considerazione. In entrambi i casi però la responsabilità per la loro applicazione va sempre ascritta all’utilizzatore.
Conviene perciò rifuggire dalla tentazione di usare i programmi come una lampada di Aladino, che risolva tutti i problemi dei camini.
E pur vero che sovente le uniche variabili da manovrare per ottenere un funzionamento ottimale dell’impianto sono l’altezza del camino e la sezione interna; anche perché non di rado ci si ricorda del sistema di evacuazione dei fumi solo dell’impianto. In una situazione come quella delineata il problema del dimensionamento delle canne fumarie assume un’importanza non secondaria per il buon funzionamento dell’impianto.
Si pensi ai costi di esercizio: un errore nel dimensionamento può causare in alternativa un cattivo funzionamento del generatore, per tiraggio insufficiente, o rendimento insufficiente per tiraggio eccessivo ; ma che dire del caso in cui gli
inconvenienti siano così gravi da richiedere radicali ristrutturazioni dell’opera o il rifacimento completo di una canna fumaria ?
Per il corretto dimensionamento dell’impianto fumario esistono in commercio adeguati prodotti informatici che si possono raggruppare in due specie: strumenti tecnici e strumenti tecnicocommerciali.
I primi sono forniti a titolo oneroso da case di software specializzate e fanno riferimento ad elementi costruttivi standard per i materiali in uso , metallici e non. I secondi sono per lo più gratuiti e consentono l’abbinamento delle variabili che influenzano la dimensione del camino agli specifici prodotti dell’Azienda che li fornisce.
La validità di questi strumenti è insita nello scopo per cui sono stati predisposti: tecnico professionale gli uni, commerciali ed informativi gli altri; ambedue degni di considerazione. In entrambi i casi però la responsabilità per la loro applicazione va sempre ascritta all’utilizzatore.
Conviene perciò rifuggire dalla tentazione di usare i programmi come una lampada di Aladino, che risolva tutti i problemi dei camini.
E pur vero che sovente le uniche variabili da manovrare per ottenere un funzionamento ottimale dell’impianto sono l’altezza del camino e la sezione interna; anche perché non di rado ci si ricorda del sistema di evacuazione dei fumi solo quando sono già stati spesi molti soldi per l’acquisto e la messa in servizio del generatore.
Tuttavia può verificarsi anche il caso opposto: che i vincoli alla sezione o alla quota di sbocco siano più stringenti di quelli derivanti dal funzionamento dell’impianto. Si pensi ad esempio ai casi in cui la collocazione della canna fumaria
debba rispettare elementi architettonici sottoposti a vincolo; con forti limitazioni alla libertà del progettista; o alle situazioni in cui si tratti di rispettare distanze legali o contrattuali o evitare che il fondo del vicino sia gravato da immissioni che eccedano la normale tollerabilità, secondo quanto disposto dall’art. 844 del Codice Civile.
Elemento comune di tutti i problemi fin qui accennati è la tentazione di pigiare un tasto e lasciare che sia il computer ad arrangiarsi, anche a costo di abdicare in partenza ad un sommario controllo dei risultati in base all’esperienza ed al
buonsenso. Le note che seguono hanno lo scopo di evitare l’adesione acritica dei risultati dove è possibile e conveniente una verifica dei criteri di corretto dimensionamento dei camini, alla stregua dei profili operativi propri degli impianti, che suddivideremo in: Aspetti normativi – Aspetti applicativi – Aspetti economici

Aspetti normativi
Il calcolo delle dimensioni interne dei camini è disciplinato dalla norma UNI 9615 che ne definisce i procedimenti fondamentali. Il risultato del procedimento esprime la sezione e l’altezza del camino attraverso elementi noti o calcolati di seguito elencati. Il procedimento si
basa sul confronto tra la depressione nella sezione di ingresso dei fumi nel camino e la depressione necessaria in questo punto. La depressione necessaria è pari alla somma delle pressioni di alimentazione per il generatore, per il canale da fumo e per l’aria di combustione, e deve essere inferiore o uguale a quella nella sezione di ingresso.
Occorre inoltre confrontare la temperatura della parete interna allo sbocco del camino con la temperatura di rugiada dei fumi: il confronto deve soddisfare la condizione per cui la temperatura di parete interna allo sbocco del camino interna sia maggiore o uguale a quella di rugiada dei fumi. In caso contrario dobbiamo preparare l’ombrello per ripararci dalle condense.
In tal modo fin dalle prime mosse risulta evidente la correlazione tra l’ultimo elemento dell’impianto di riscaldamento (l’impianto fumario) con quelli che lo precedono funzionalmente generatore di calore e presa d’aria). Ne consegue che
l’impianto di evacuazione dei fumi non può da solo porre rimedio ad errori di progettazione o di conduzione degli altri elementi alfine di ottenere il miglior risultato di benessere ed economicità.
Qui però il calcolo diventa difficile da seguire per il profano. Per evitare il ricorso a lunghe e complicate formule cerchiamo di riassumere di volta in volta le relazioni tra le singole grandezze.
Per il calcolo delle pressioni e temperature come sopra determinate occorre determinare la portata in massa dei fumi. Occorre altresì tenere presente la resistenza termica di parete del canale da fumo e del camino e la resistenza meccanica opposta dalla rugosità della parete interna al moto dei fumi in uscita… La depressione nella
sezione di ingresso mette in relazione la portata in massa dei fumi, l’altezza , la sezione, le caratteristiche fluidodinamiche (rugosità e resistenza termica di parete) del camino con opportuni fattori di correzione. La seconda parte della norma, edita nel 1995, riporta un metodo approssimato per camini a collegamento singolo, che per alcune
condizioni di esercizio permette il ricorso a diagrammi.

Aspetti applicativi
A questo punto il profano si chiede che differenza c’è tra l’applicazione della formula completa di cui alla norma UNI 9615 e l’uso della formula semplificata
S = P K / H-2
dove S = sezione di passaggio
P = potenza del focolare
H =altezza del camino
K = coefficiente variabile in funzione del combustibile.
La risposta di prammatica fa riferimento alla stessa differenza che corre tra usare un’auto da corsa ed un’utilitaria. Dipende dallo scopo che si vuole ottenere.

Una formula semplificata come quella di cui sopra ha l’innegabile vantaggio di essere alla portata di chiunque abbia una minima dimestichezza con operazioni aritmetiche e l’applicazione del coefficiente variabile semplifica notevolmente
il numero di incognite e con esso la vita dell’utilizzatore. Il problema è che a forza di semplificare si finisce per trascurare l’influenza della pressione ambientale e delle resistenze che si presentano nel percorso dell’aria di combustione e dei fumi. Nella formula semplificata l’unico collegamento con l’impianto retrostante è dato dalla potenza del focolare e l’abuso della formula semplificata fa perdere di vista le condizioni dell’intero impianto. Inoltre al crescere di P a parità di altezza aumenta proporzionalmente anche la sezione S con il pericolo che, per potenzialità
molto alte, si finisca per avere dimensionamenti eccessivi.
Si può ovviare a questo inconveniente attraverso coefficienti di correzione di squisita natura esperienziale, ma a questo punto per voler sfuggire dalla lampada di Aladino del software finiamo per rinchiudere il proverbiale genio in una pila tascabile. Con queste avvertenze crediamo di riconoscere al procedimento semplificato l’utilità propria della pila tascabile per un controllo del risultato finale a mo’ di prova del nove.
Se il raffronto del calcolo complesso e quello semplificato daranno risultati di poco differenti la bontà del primo ne uscirà rafforzata; se viceversa essi differiscono di molto è probabile che nel calcolo complesso sia scappata qualche
virgola di troppo.

Nell’immagine prodotti di Apros.
Tubi per fumisteria Smalto Aeternum (Ala)

Aspetti economici
Abbiamo sottolineato in apertura il peso economico delle scelte sbagliate in materia di dimensionamento dei camini. Per fortuna il dato economico non viene in considerazione solo quando è stata fatta una frittata da record. Il fatto che
l’impianto di riscaldamento funzioni ad equilibrio instabile consente l’uso di correttivi la cui praticabilità, fatte salve norme imperative di legge, si risolve in un calcolo di convenienza.

Ecco alcuni esempi
La legge 10/91 e la legge 46/90 prevedono obblighi progettuali che coinvolgono anche il dimensionamento delle canne fumarie.
E per i casi di impianti di minore entità ? La convenienza di munirsi di un calcolo di dimensionamento anche al di fuori degli obblighi di legge sta nell’importanza dell’impianto e delle opere murarie ad esso collegate.
Vale la pena di risparmiare l’onorario di un progettista anche di fronte a soluzioni complesse quali utilizzo parziale di più impianti nello stesso complesso o sostituzioni di generatori di calore ? Il caso di formazione di condense all’uscita
del camino può dipendere da un errato dimensionamento dell’impianto. Scartata l’ipotesi di intervenire sulla sezione, può essere risolutivo l’intervento sull’altezza. In alternativa può risultare più economico aumentare la temperatura
dei fumi in uscita sacrificando qualcosa al rendimento ed alla bolletta energetica. Se sono rispettate le condizioni di legge circa gli orari di esercizio degli impianti e la temperatura degli ambienti, questa può essere la soluzione più economica.
Per alcuni impianti conviene non far proprio nulla. E il caso delle stufe la cui evacuazione dei
fumi è assicurata dai canali da fumo dimensionati sui diametri. L’applicazione del calcolo di dimensionamento secondo UNI 9615 in alcuni casi indurrebbe a modificare la sezione o la quota di scarico. Ma le migliori intenzioni di ottimizzazione del funzionamento si scontrano da un lato con la necessità di raggiungere una canna fumaria il cui collegamento è modificabile solo con costosi lavori edili, dall’altro cambiare la sezione del canale da fumo in uscita può comportare
la manomissione del generatore con evidenti rischi di decadenza della garanzia.
Considerazioni economiche di segno opposto valgono nel caso di impiego di accessori quali gli estrattori di fumi e le valvole di regolazione di tiraggio. Per gli impianti a gas la norma UNI 7129 ne vieta l’installazione per evidenti ragioni
di sicurezza ed il relativo divieto è contemplato dalle norme giuridiche di recepimento. Per gli impianti non alimentati a gas tale divieto non esiste ma il concorso di regole di buonsenso e di economia di gestione fanno sorgere qualche perplessità nell’utilizzo indiscriminato. Nessun problema se le valvole e gli estrattori si inseriscono su un impianto funzionante allo scopo di migliorarne le prestazioni. Ma è pura velleità pretendere che un impianto male dimensionato
per insufficiente tiraggio diventi idoneo per il solo impiego di un estrattore meccanico o elettrico.
Occorre da chiedersi infatti cosa succeda all’utente nel caso in cui il meccanismo si guasti o manchi la corrente: se la risposta prevede il blocco dell’impianto o la sensazione per l’utente di essere divenuto una sardina affumicata si
applica il vecchio adagio secondo cui chi più spende meno spende e, di conseguenza, si butta all’aria tutto.
Quanto alle valvole di regolazione di tiraggio la recente norma UNI prevede che le serrande siano dotate di adeguata apertura di sicurezza o altro meccanismo idoneo ad evitare la completa rotazione della valvola in posizione chiusa; la relativa superficie minima dell’apertura di sicurezza deve essere del 3% della sezione di passaggio e non minore di 10 centimetri quadrati per le stufe e di 20 centimetri quadrati per i caminetti.

Linea tubi in acciaio (Apros)

Prospettive evolutive
Un cenno del tutto peculiare meritano le norme UNI 10640 e UNI 10641 che disciplinano il dimensionamento degli impianti fumari che accolgono rispettivamente apparecchi con perlievo dell’aria dall’ambiente riscaldato (cd apparecchi
di tipo B) e apparecchi con prelievo d’aria all’esterno del locale ( cd apparecchi di tipo C) a tiraggio forzato.
Si tratta di norme elaborate dopo specifica sperimentazione delle condizioni di funzionamento di un impianto di caldaiette costruito appositamente in laboratorio e con rilevazione dei parametri di rendimento ripetuta in diversi punti al variare delle condizioni di esercizio, cioè del numero di impianti attivi contemporaneamente.
Si tratta infatti non solo di assicurare un’efficace evacuazione dei prodotti della combustione, ma anche di evitare il ritorno degli stessi in altri ambienti circostanti collegati dalla stessa canna collettiva. Qui le condizioni di esercizio sono
rese ancora più instabili dal comportamento di apparecchi che finiscono per essere interdipendenti; tuttavia la norma individua correttamente parametri di progettazione e verifica il cui rispetto garantisce quanto meno la sicurezza dell’esercizio ed un rendimento accettabile dei singoli generatori di calore asserviti al manufatto collettivo. Mai come in questo caso il meglio è nemico del bene. L’unico difetto di queste norme, che deriva dalla complessità dei parametri
trattati, è che lo sviluppo dei calcoli richiede per necessità l’impiego del computer.
Una volta tanto conviene, dopo aver compreso il principio di funzionamento, lasciare lavorare la lampada di Aladino piuttosto che continuare per ore a sfregare zolfanelli sotto forma di matite per calcoli manuali.

 

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