Riscaldamento a legna: attenzione all'umidità del combustibile

L'umidità del legno contribuisce alla diminuzione del suo potere calorifico, incidendo notevolmente sulla produzione di calore utilizzabile per il riscaldamento. Scegliere combustibili legnosi a basso contenuto di umidità significa migliorare la resa energetica dei propri impianti e ottenere un ottimo risparmio economico.

Quando si sceglie un combustibile legnoso per il riscaldamento domestico, è bene fare molta attenzione al suo contenuto di umidità. L'umidità, come spiegheremo in questo articolo, è la causa principale della perdita di potere calorifico. Scegliere un prodotto con basso contenuto di umidità consente di ottenere migliori rese energetiche con una minore quantità di combustibile, con gli ovvi risparmi economici che ne conseguono.

Per comprendere i motivi per i quali è opportuno scegliere combustibili che presentano un basso livello di umidità è necessario fare un passo indietro e spiegare come funziona il processo di combustione del legno.

PROCESSO DI COMBUSTIONE

Il processo di combustione è una reazione chimica mediante la quale una sostanza, detta combustibile (nel caso che ci interessa, legno e derivati), subisce un processo di ossidazione da parte di un'altra sostanza, detta comburente (ossigeno). Come qualsiasi altra materia, infatti, il legno è composto da una serie di sostanze (cellulosa, lignina, carboidrati, grassi ecc), unite tra loro attraverso legami chimici. Quando si innesca un processo di combustione – generato mediante una certa quantità di energia di attivazione – le sostanze si trasformano in anidride carbonica, anidride solforosa, ossidi di azoto, monossido do carbonio, ceneri e altri composti incombusti, mentre l'energia contenuta nei legami chimici tra le sostanze viene liberata sotto forma di luce e calore [1]. 

La combustione del legno. Legna che arde

(legna che arde)

Il legno, tuttavia, contiene anche acqua, in quantità diverse a seconda che si tratti di legna fresca o secca. Durante il processo di combustione, una parte dell'energia liberata servirà per far evaporare l'acqua presente nel legno, motivo per il quale quanta più acqua (cioè umidità) sarà presente nel combustibile, tanta più energia dovrà essere utilizzata per la sua evaporazione. Energia che, in questo modo, non potrà essere utilizzata per la produzione di calore. È questa la ragione per cui è necessario che il combustibile legnoso  contenga la minore quantità di umidità possibile, in modo tale da poter utilizzare la gran parte dell'energia per la produzione di calore, evitando di "sprecarla" per l'evaporazione dell'acqua. 

Di conseguenza, l'umidità incide fortemente sul contenuto energetico del combustibile, cioè su quello che viene definito "Potere Calorifico". 

POTERE CALORIFICO 

Il potere calorifico è la quantità di calore che viene prodotta nella combustione completa dell'unità di peso o di volume di un combustibile. Per  comprendere come valutare il contenuto energetico utilizzabile per la produzione di calore, tuttavia, è necessario fare una distinzione tra Potere Calorifico Superiore (PCS) e Potere Calorifico Inferiore (PCI). Nella misurazione del Potere Calorifico Superiore si tiene conto anche del calore di condensazione, cioè del calore necessario a far evaporare l'umidità. Per contro, il Potere Calorifico Inferiore (misurato in Kcal/kg oppure in kWh/kg) è, invece, la quantità di calore prodotta durante la combustione al netto del calore necessario all'evaporazione dell'acqua.

Per valutare il contenuto energetico di un combustibile utilizzabile per la produzione di riscaldamento, si preferisce, quindi, far riferimento al suo Potere Calorifico Inferiore. A parità di peso, dunque, il potere calorifico di un combustibile sarà maggiore o minore in base alla quantità di umidità presente nel prodotto. Man mano che aumenta la quantità d'acqua, il potere calorifico diminuisce non solo perché una parte dell'energia viene usata per generare vapore, ma anche perché, a parità di peso (ad esempio, 1 kg), all'aumentare dell'acqua diminuisce anche il peso del prodotto utilizzabile come combustibile, cioè la sostanza legnosa. 

Se consideriamo le diverse specie legnose, a parità di umidità il potere calorifico varia poco. Piccole differenze possono esserci in base alla maggiore o minore presenza di lignina o di resina, ma si tratta di variazioni abbastanza trascurabili. In media, il potere calorifico del legno anidro, cioè del legno totalmente privo di acqua, è di 4.420 kcal/kg. Il legno anidro, tuttavia, non esiste. Qualsiasi combustibile legnoso (legna in ciocchi, pellet, bricchetti ecc.) conterrà sempre una percentuale di umidità.  

Nella tabella che segue è possibile osservare la differenza di potere calorifico tra alcune specie legnose che presentano tutte il 15% di umidità:

SPECIE LEGNOSA PCI (Kcal/kg)
Abete rosso    3700-3800
Faggio    3300-3400
Pino Marittimo    3700-3800
Pioppo    3550-3650
Quercia    3500-3600
Robinia    3400-3500

(Differenze di PCI tra specie legnose con umidità al 15%) [2]

Come si vede, il potere calorifico per il legno al 15% di umidità varia poco in base alle specie legnose, con valori compresi fra 3300 e 3800 Kcal/Kg. Naturalmente il potere calorifico non è l'unico parametro di riferimento da prendere in considerazione per la scelta di un combustibile o di una specie legnosa piuttosto che di un'altra. L'abete rosso, ad esempio, pur avendo un alto potere calorifico, non è molto ricercato come combustibile perché rilascia molto fumo, soprattutto nelle prime fasi della combustione [3]. Tuttavia, al momento dell'acquisto di un combustibile legnoso, è comunque consigliabile informarsi sul Potere Calorifico Inferiore di quel prodotto, specie se non si conosce il contenuto di umidità.

È questa a fare davvero la differenza nella resa energetica di un combustibile legnoso, per i motivi che abbiamo già spiegato. 

Nella prossima tabella sono riportati i valori medi del Potere Calorifico della legna da ardere in base al contenuto di umidità:

UMIDITA' (%) PCI (Kcal/Kg)
     15%     3490
     20%     3250
     25%     3010
     30%     2780
     35%     2450
     40%     2300

(Differenze di PCI in base al contenuto di umidità)[4]

UMIDITA' DELLA LEGNA DA ARDERE, DEI PELLET E DEI BRICCHETTI

Al momento del taglio la legna contiene un alto livello di umidità (di solito è intorno al 50% del suo peso, ma talvolta la percentuale di umidità è anche più elevata). Affinché il legno possa essere utilizzato come combustibile per camini, stufe o caldaie è necessario attuare un processo che permetta di perdere una parte dell'acqua in esso contenuta. È il processo di stagionatura, che consiste nella conservazione per un certo periodo del legname tagliato, al fine di permettere la perdita dell'acqua in eccesso e la sua essiccazione, necessaria per ottenere un prodotto utilizzabile in modo efficace come combustibile. In genere il legno viene fatto stagionare per almeno un anno al coperto e in luoghi ben ventilati per consentire un'essiccazione ottimale. In questo modo si arriva ad ottenere un combustibile con umidità pari a circa il 25% del suo peso. Per ottenere un prodotto ancora più efficiente, è possibile allungare il periodo di stagionatura. Il legname tenuto a stagionare per due anni in buone condizioni di stoccaggio (in luoghi coperti, ben ventilati e soprattutto al riparo dalle intemperie e dalle fonti di umidità) può arrivare ad un contenuto di umidità intorno al 15%, valore ottimale per poter essere utilizzato in modo efficiente come combustibile domestico. 

Stagionatura del legno al coperto e al riparo dalle intemperie

(stagionatura del legno al coperto)

Il problema dell'umidità del legno può essere parzialmente risolto facendo ricorso ai combustibili legnosi densificati, pellet e bricchetti, il cui potere calorifico risulta molto elevato sia a causa della elevata densità di questi materiali (quindi della quantità di materia in rapporto al loro volume), sia grazie alla scarsa presenza di umidità all'interno di questi combustibili. 

Pellet e bricchetti. Due diversi tipi di combustibile legnoso densificato

(pellet e bricchetti)

I pellet hanno in genere contenuto di umidità inferiore al 10%. Per i bricchetti si può arrivare anche a percentuali inferiori, tra il 6 e l'8%. La resa energetica di questi combustibili, in rapporto alla legna da ardere, è molto elevata, essendo più elevato il loro potere calorifico.

Per fare un confronto tra legna da ardere, pellet e bricchetti in relazione al loro potere calorifico, laddove per il legname avremo valori compresi tra 2300 e 3.490 Kcal/kg (in base al contenuto di umidità), per i pellet e i bricchetti avremo valori compresi tra 4.500 e 5.300 Kcal/kg in base alla qualità del prodotto. 

COMBUSTIBILE PCI (Kcal/Kg)
Legna da ardere  2300-3490
Pellet e bricchetti 4500-5300

(Confronto tra Potere calorifico della legna da ardere e Potere calorifico di pellet e bricchetti)

Naturalmente, a incidere sulla resa energetica di un combustibile e sulla sua efficienza in termini di riscaldamento concorre non solo la qualità del sistema di riscaldamento utilizzato, ma anche la qualità stessa del prodotto che si utilizza. Per questo motivo è sempre bene non solo utilizzare prodotti certificati che attestano la qualità del prodotto (per i pellet, ad esempio, si può far riferimento alla normativa DIN tedesca e alla più stringente ÖNORM austriaca, certificazioni che sono diventate un punto di riferimento per la qualità di un prodotto anche tra i consumatori italiani), ma anche confrontare tra loro le etichette che troviamo sui prodotti al momento dell'acquisto. 

Durante il confronto tra le etichette è bene tenere presente che, per quanto concerne il potere calorifico, le unità di misura utilizzate dai produttori non sempre sono omogenee. Alcuni utilizzano come unità di misura le Kcal, altri i Kwh, altri ancora i MJ. In questo caso, nel momento in cui si confrontano i valori di due o più prodotti diversi, si considerino i seguenti fattori di conversione

1kwh=860Kcal 

1MJ = 239 Kcal

[1] P. Paparelli, Note di uso e riciclo delle biomasse, CLEUP, Padova, 2007; A. Brunori, Legno ed energia. Come produrre energia con le biomasse legnose, Edagricole, 2008

[2] A. Brunori, cit. p. 5

[3] P. Caputo, Impianti a biomassa: dal riscaldamento alla trigenerazione, Edizioni Ambiente, 2011, p. 20

[4] Potere Calorifico della legna: Fonte Unical. Tabella da http://www.uniroma2.it/didattica/fre/deposito/C.2-biomassa.pdf , p. 28

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