Da questa reazione di combustione teorica si producono circa 34.020 kJ (pari a 8127 kcal.).

Tale valore rappresenta il potere calorifico inferiore (P.C.I.) del metano.

Facendo condensare il vapore acqueo, è possibile ottenere un'ulteriore quantità di calore (detto calore latente di evaporazione o condensazione): condensando 1m³ di vapore si ottengono circa 1885 kJ (450 kcal) per cui nel caso del metano otteniamo circa 3770 kJ (900 kc 525j92f al).

Il valore energetico della reazione di combustione teorica (1) sommato a tale ulteriore quantità di calore latente di evaporazione, si chiama potere calorifico superiore (P.C.S.) del metano.

Tale potere calorifico superiore del metano sarà quindi = P.C.I. + 3770 kJ = 37790 kJ (9027 kcal)

Questo valore è puramente teorico per una combustione stechiometrica con solo ossigeno. In realtà per diversi motivi tecnico pratici la combustione avviene con aria comburente in eccesso rispetto al valore stechiometrico.

L'eccesso d'aria "e" è calcolato mediante l'Aria reale (necessaria alla combustione) e l'Aria teorica (stechiometrica):

Aria _reale - Aria _teorica

e

Aria _teorica

Nelle caldaie tradizionali l'eccesso d'aria comporta delle perdite di calore al camino ed una difficoltà nella condensazione dei fumi.

Grazie alla tecnologia della pre-miscelazione la caldaia a condensazione lavora ad un basso valore di eccesso d'aria (tale valore generalmente è di 1,3 cioè del 30% in più rispetto alla Aria teorica) e questo permette una condensazione più facile dei fumi .

Ciò è possibile facendo raggiungere ai fumi la temperatura del PUNTO DI RUGIADA, temperatura alla quale il valore d'acqua contenuto nei gas di combustione si trasforma in acqua liquida (condensa) cedendo calore (calore latente di trasformazione).

1.2 Rendimenti nelle caldaie a condensazione

Come noto il rendimento di una caldaia a gas è dato dal rapporto tra l'energia resa disponibile all'acqua e l'energia fornita con il combustibile; sostanzialmente tale rendimento è fortemente influenzato dalle perdite di calore al camino Q, a loro volta influenzate dal valore dell'eccesso d'aria e dalla temperatura dei fumi.

La formula generale del rendimento  di una caldaia risulta quindi:

 % = [100 - Q] = 100 - [( 0,42 / CO₂ + 0,01) (T_f - T_a)]

con CO₂: concentrazione anidride carbonica in % in volume determinate dall'analisi di combustione

(T_f - T_a): temperatura fumi - temperatura aria comburente

Da quanto sopra, si può dedurre che il rendimento aumenta al diminuire della quantità di CO₂ e al diminuire della Temperatura dei fumi: dal diagramma seguente si nota che il rendimento, superato il "punto di rugiada" ("ginocchio" della curva REND%) in cui si recupera il calore del vapore acqueo contenuto nei fumi, aumenta per i fattori caratteristici della caldaia a condensazione, cioè bassa temperatura fumi, bassa produzione di CO₂ e bassa temperatura di ritorno dell'acqua dell'impianto T_rit, quest'ultima ottenibile maggiormente negli impianti di riscaldamento a pavimento.

(1)   Calore di combustione del metano (111%)

(2)   Calore di condensazione non utilizzato (latente) perso al camino (circa. 3%)

(3)   Calore utilizzato (circa 106%)

(4)   Perdite al camino (circa. 2%)

I diagrammi seguenti mostrano i confronti delle % di calore perso ed utilizzato, tra caldaie tradizionali e caldaie a condensazione

In virtù del principio di funzionamento della caldaia a condensazione (premiscelazione con eccesso d'aria costante), il rendimento è costante su tutto il campo di modulazione con un alto rendimento stagionale.

Questo fatto, abbinato all'effetto condensante porta ad rendimento medio stagionale molto elevato, con un risparmio energetico fino al 30% utilizzando impianti a pannelli (temperatura dell'acqua di mandata e ritorno 40°/30° durante tutto l'anno).

Anche utilizzando impianti convenzionali (temperatura dell'acqua di mandata e ritorno 60°/80°C) è conveniente l'utilizzo della caldaia a condensazione abbinata alla sonda esterna, poiché nei periodi di prima stagione (circa dal 30 al 50% del periodo di riscaldamento) l'impianto automaticamente lavora a più bassa temperatura, permettendo la condensazione dei fumi e migliorando il comfort in riscaldamento.

1.3 Cenni sulle tipologia di impianti: fabbisogni termici / curve delle temperature / temperature esterne

I Fabbisogni delle potenze termiche delle caldaie, richieste dai corpi scaldanti per il mantenimento delle temperature ambiente prefissate, non sono costanti ma variano in funzione delle temperature esterne: la caldaie cioè modulerà la percentuale di potenza termica ceduta all'impianto, in funzione appunto della temperatura esterna in quel momento

Bisogna notare che inoltre che differenti tipi di impianti termici hanno bisogno di differenti temperature di mandata: se per gli impianti tradizionali (radiatori in ghisa/ventilconvettori) le temperature di mandata variano dai 70°C agli 90 °C, per gli impianti a bassa temperatura (impianti a pannelli immersi), le temperature di mandata per avere dei rendimenti ottimali devono variare tra i 40°C e i max. 50°C, con un salto termico di max 10°C tra mandata e ritorno.

(1)   mandata

(2)   ritorno

(a)   impianti convenzionali

(b)   impianti a bassa temperatura (pannelli)

La resa ottimale degli impianti a bassa temperatura dipende anche dal fatto che i valori di temperatura tra mandata e ritorno impianti siano i più costanti possibili.

1.4 Condensa nelle caldaie a condensazione.

La quantità dell'acqua di condensa Q_condensa teorica prodotta dalle caldaie a condensazione può essere calcolata dalla seguente formula:

Q_condensa [lt/anno]    = Consumo gas metano annuo C * P.C.S. metano * Portata acqua condensa =

= C [m³/anno] * 11,46 [kWh/ m³] * 0,12 [lt/kWh]

Il valore pratico di tale quantità, visto che il funzionamento della caldaie non sarà mai costante durante tutto l'anno, andrà ridotto di circa la metà: posiamo dire che per un consumo medio annuo di gas di circa 1.500 m³ (appartamento unifamiliare) il valore teorico di acqua condensata prodotta all'anno sarà di circa 2.000 lt, praticamente avremo circa 1.000 lt/anno di condensa prodotta.

Tale acqua di scarico è generalmente acida (PH da 3,5 a 4,5), ma tale acidità è abbondantemente neutralizzata dagli scarichi domestici, generalmente neutri o basici, con un PH risultante di circa 6,5: lo scarico di tale acqua può essere collegato quindi all'impianto di smaltimento reflui domestici in rete fognaria, nel rispetto della legislazione vigente in materia (D.L. n.152 del 11/05/99).

Tale scarico comunque deve essere realizzato in modo da impedire la fuoriuscita dei prodotti gassosi della combustione in ambiente o in fognatura: ciò viene ottenuto mediante l'apposito sifone (vedere paragrafo successivo).

1.5 Emissioni fumi nelle caldaie a condensazione