I Caminetti prefabbricati

Anche l’utilizzo quotidiano del camino pone problemi che vanno vagliati in fase di progettazione, ad esempio l’immagazzinamento della legna e la rimozione delle ceneri. L’utilità di un magazzino per la legna interno alla casa sarà evidente la prima volta che dovrete affrontare una notte di pioggia per andare a rifornirvi di legna in giardino o in garage. Trasportare il legno dentro casa significa anche cospargerne di frammenti il pavimento. La soluzione ideale sarebbe un magazzino per la legna costruito attraverso una parete vicino al camino che possa essere rifornito dall’esterno e utilizzato dall’interno. Altrimenti, nel progetto e negli ingombri del camino andrebbe previsto un ripostiglio per la legna a fianco o sotto il focolare stesso.

Un camino in muratura costruito su fondamenta è più pesante e costoso, ma può disporre di un magazzino per la cenere posto sotto il focolare e già collegato all’esterno per la pulizia periodica. Un camino prefabbricato in genere non offre lo stesso vantaggio, e deve essere ripulito dall’interno della casa come una stufa.

Il focolare esterno, previsto dalla norma UNI 10683, è quell’estensione del focolare che serve a proteggere pavimenti combustibili dalle scintille, dal rotolamento dei ciocchi di legna e dall’irraggiamento della fiamma. In qualunque caminetto appoggiato od inserito a parete, il focolare esterno deve estendersi dal bordo del focolare vero e proprio secondo misure stabilite dalla norma e proporzionali alla dimensione della bocca del focolare.

I focolari esterni possono essere realizzati sia a filo pavimento che sollevati da esso. La disponibilità di spazio spesso detta la scelta: stanze piccole probabilmente richiedono un focolare esterno a filo del pavimento, perché sia calpestabile, mentre in stanze più grandi può essere sollevato, anche per dare maggiore importanza al camino. Un focolare esterno notevolmente rialzato può anche provvedere all’immagazzinamento della legna e fornire un caldo strapuntino.

I caminetti prefabbricati sono realizzati secondo un preciso progetto, che prevede generalmente anche norme specifiche per l’installazione. Sono acquistati completi di tutte le parti, in muratura e/o metalliche, ed il lavoro si riduce alla installazione e, per alcuni tipi, al successivo trattamento ‘cosmetico’ del focolare. Si trovano in commercio sia di tipo radiante che convettivo, con focolari sia in metallo che in muratura,.

I camini prefabbricati si trovano in dozzine di differenti modelli, dai più elaborati ai più semplici, con prezzi che variano di conseguenza. Tutti condividono gli stessi vantaggi di base: prezzo relativamente basso, facilità di installazione, peso relativamente leggero. Inoltre hanno in genere una canna fumaria più piccola.

I camini prefabbricati possono a loro volta essere suddivisi in varie categorie:

Caminetti prefabbricati finiti, cioè camini già completi e assemblati in ogni loro parte, sia interna che esterna, che devono solo essere trasportati e posizionati nella loro collocazione definitiva e collegati ad una canna fumaria per poter funzionare.

Sono, ovviamente, i camini più facili da installare, molto simili a stufe come semplicità di posa in opera, e realizzati generalmente in metallo. L’installazione richiede solo il rispetto delle distanze di sicurezza da pareti ed elementi d’arredo e delle istruzioni del costruttore rispetto alla dimensione, altezza e qualità della canna fumaria, mentre non sono richiesti elementi o materiali accessori oltre quelli forniti. In questa categoria rientrano ormai praticamente solo i camini ‘tipo Franklin’.

A destra è fotografato, il modello ‘Colonial’ della Godin, che ricalca quasi perfettamente l’originale disegno settecentesco di Benjamin Franklin, mentre qui a sinistra è fotografato un modello della ‘Ceramiche Savio’, in maiolica di Castellamonte, che, modificando il disegno originale, ha aggiunto due uscite per aria calda di convezione.

Questo tipo di camini, ovviamente, non consentono alcuna personalizzazione, a parte, in alcuni casi, la scelta del colore e della finitura superficiale. Trattandosi di blocchi completi e prefiniti, l’ingombro ed il peso possono costituire un problema per il trasporto e l’installazione. Per la realizzazione del canale da fumo e della canna fumaria andranno scrupolosamente seguite le istruzioni del produttore. La presa d’aria fresca andrà realizzata esternamente, e quasi sempre non potrà essere nascosta dall’involucro del camino, il che potrebbe provocare fastidiose correnti d’aria.

Accessori come la legnaia o un  recipiente per la cenere dovranno anche essere previsti a parte.

Caminetti prefabbricati semifiniti, cioè camini forniti già completi nelle singole parti, anche di finitura ‘estetica’, ma che richiedono comunque un’opera di assemblaggio e collegamento di queste sul posto di installazione.

La posa in opera prevede solo semplici opere edili, ed alcuni materiali accessori, come sigillanti per alte temperature, coibentanti e ferramenta per la sigillatura delle parti.  Come i caminetti finiti,  consentono poche ‘personalizzazioni’. Anche questi sono in gran parte realizzati in metallo, ma alcune parti possono essere in materiale refrattario od in legno, come le cornici.

In questa categoria rientrano molti moderni camini di design, ma anche classicicamini tipo Rumford, come quello fotografato qui a destra, prodotto dalla inglese Stovax, con interno in ghisa, decorazione in mattonelle di ceramica e cornice in legno. In questo tipo di camino la scelta è tra alcuni modelli di cornice, e di interni, ed a diverse serie di mattonelle decorative. Le tre parti principali, cornice, interno e focolare esterno,  possono anche essere acquistate separatamente.

A sinistra, invece, un camino di design di J.C. Bordelet, francese, importato da Zeta Linea, dove la scelta è ristretta esclusivamente al modello, ed, in alcuni casi, ai colori.

L’installazione dei camini prefiniti può essere più o meno complessa a seconda del modello e del produttore scelto, ma in genere richiede l’ausilio di personale esperto e, naturalmente, lo scrupoloso rispetto delle istruzioni del fabbricante.  Trattandosi di camini prefiniti anche dal punto di vista estetico, occorre una buona capacità di prevederne l’impatto architettonico e stilistico in un arredamento esistente.

Caminetti prefabbricati grezzi, cioè interni di camini, o camere di fuoco complete di cappa, ( insomma, la parte puramente ‘tecnica’ del camino) realizzate generalmente in materiale edile di varia natura, ma con parti metalliche (come le valvole, le griglie per la cenere, ed, a volte, un rivestimento in ghisa delle pareti del focolare), suddivisi in vari pezzi per semplicità e sicurezza di trasporto, senza finitura esterna, ma che possono essere finiti esteriormente in qualunque modo.

L’installazione richiede l’impiego di manodopera esperta, opere edili abbastanza impegnative e l’utilizzo di materiali estranei alla confezione, ma che divengono parte integrante del prodotto finito, come malte e cementi refrattari, coibentanti, etc.

Rientrano in questa categoria la maggior parte dei prefabbricati venduti sul mercato, sia classici camini all’italiana, come il modello K75 dell’Edilkamin fotografato qui a destra, sia prefabbricati tipo Rumford, meno diffusi da noi, ma comuni nel mondo anglosassone, come quello disegnato sotto.

I camini all’italiana sono prodotti in una grande varietà di forme e dimensioni. Si tratta generalmente di camini a parete, e possono essere squadrati o curvi,  frontali o ad angolo, con uno, due o anche tre lati aperti, ovvero bifrontali.

Si va dai più semplici ed economici ‘camini da cottura’, realizzati in materiale refrattario di vario tipo , ai più complessi e costosi modelli ‘ da riscaldamento’, con pareti interne rivestite in ghisa, per aumentare l’irraggiamento, oppure con complessi meccanismi di ricircolo e distribuzione di aria calda, ad effetto convettivo.

Più complesso è il camino, maggiore perizia è richiesta nell’installazione, e più importante diventa la cura con cui parti accessorie generalmente non fornite, ad esempio la controcappa esterna, debbono essere realizzate per ottenere il massimo risultato previsto dal progetto.

Come già accennato, tutti i camini prefabbricati presentano una serie di vantaggi rispetto ai camini artigianali, il principale dei quali è che il problema tecnico del camino è già stato risolto dal produttore e che tutto quello che occorre fare è seguire alla lettera le istruzioni di posa in opera per ottenere un buon risultato.

I camini prefabbricati, a parità di qualità del prodotto finito, sono in media più economici dei camini artigianali, più leggeri e facili da collocare, più semplici da installare.

D’altra parte, poiché acquistando un prefabbricato, si acquista anche un progetto, che prescrive le dimensioni dell’ambiente in cui il camino andrà collocato, l’altezza, il tipo e la sezione di canna fumaria, etc. etc., questo generale vantaggio può trasformarsi in un limite in alcuni casi particolari in cui, nonostante la grande varietà di prefabbricati presenti in commercio, sia difficile trovarne uno che si adatti perfettamente alle proprie esigenze.

Inoltre, un camino prefabbricato è, appunto, inequivocabilmente ‘prefabbricato’, specie nei prodotti più economici, il che può essere insopportabile per chi, in un camino, ricerchi anche un particolare ‘glamour’ architettonico, a parte alcuni prodotti di altissimo design, peraltro non facili da collocare, ed in genere estremamente costosi.

Camini a gas.

Un’alternativa vista con sempre maggior da chi vuole sia riscaldare gli ambienti che godere dell’atmosfera romantica del caminetto, ma senza troppe noie, è il camino prefabbricato a gas.

Questi camini somigliano a quelli convenzionali, ma hanno ciocchi artificiali di legna mineralizzata, e ugelli del gas nascosti che accendono la fiamma con un comune interruttore.

Un catalizzatore inserito nell’impasto dei ciocchi fa virare il colore della fiamma dal blu del gas al rosso della legna, rendendo un focolare a gas ben costruito quasi indistinguibile da un autentico focolare a legna.

L’installazione deve essere però assolutamente eseguita da un tecnico professionista e certificata in base alla L. 46/90, e non possono mai essere installati in camere da letto.

Come funziona un caminetto

Non è un caso che, nella lingua italiana, la parola che indica il focolare aperto sia anche la stessa che indica la canna fumaria: camino, appunto. In effetti, praticamente e funzionalmente, le due cose sono inscindibili: un caminetto aperto è una canna fumaria con una appendice inferiore costituita dal focolare.

Capire come funziona un camino significa principalmente capire come funziona una canna fumaria: per questo rimandiamo subito alla lettura della sezione sulle canne fumarie, come informazione propedeutica alla lettura degli argomenti seguenti.

Come funziona una canna fumaria

Se la sezione sulle canne fumarie è stata chiara, dovrebbe essere evidente che un caminetto aperto non è un qualunque pezzo di arredamento, come un divano o un televisore, che si possa piazzare a piacere nella casa, dove l’estro dell’arredatore o la comodità del proprietario consigliano.

Non si può installare un camino aperto gettando il tubo dei fumi a caso fuori di casa, con la stessa disinvoltura con cui si allaccia la presa di corrente ad un impianto hi-fi.

Un camino aperto è sopratutto una canna fumaria, cioè un elemento strutturale e non accessorio dell’impiantistica domestica, cui dovrebbe essere dedicata la stessa attenzione e considerazione progettuale dedicata agli altri impianti fondamentali della casa, come le scale interne di comunicazione o la rete dei termosifoni.

Se la canna fumaria non è nata con il progetto originale della casa, ma viene aggiunta successivamente, a questa modifica va dedicata l’attenzione adeguata ad un intervento strutturale, pari a quella che viene dedicata ad una ristrutturazione della casa.

Molti invece ritengono che l’acquisto di un focolare prefabbricato risolva al 90% per cento il problema, e che il resto venga poi da sé. Non è così.

In altri termini:

Questo è un caminetto	Questo no

Occorre pensare il camino come un tutto unico, dal piano del focolare, anzi, dalla ceneriera, sino alla sommità del comignolo ed occorre, per di più, pensarlo integrato con l’ambiente che lo ospita.  Solo così potremo farlo funzionare correttamente.

Perchè i caminetti “fanno fumo”…?

In realtà, avendo letto la sezione sulle canne fumarie, sappiamo già ‘come funziona’ un camino, dato che, come già detto, camini e canne fumarie sono praticamente la stessa cosa.

Quello che dobbiamo capire, e quello che interessa la maggior parte della gente, è perché i camini ‘fanno fumo’ assai più spesso e facilmente di una stufa o di una caldaia a gas, e quali sono i principi da seguire per installare un camino che eviti questo problema.

Per semplificare, possiamo dividere il problema in tre parti: il primo è la canna fumaria vera e propria, il secondo è il focolare, il terzo il rapporto tra il camino e l’ambiente che lo ospita, ovvero il cosiddetto ‘sistema casa-camino’.

La canna fumaria

Il punto che differenzia principalmente un camino aperto da una stufa è che è, appunto, aperto. Le stufe hanno uno sportello che durante il funzionamento è chiuso, e la valvola di alimentazione consente solo un minimo passaggio di aria, quella indispensabile alla combustione. Con la valvola dell’aria chiusa, possiamo considerare ai fini pratici la stufa quasi stagna, rispetto all’ambiente. Con a disposizione solo l’aria sufficiente alla combustione, la temperatura nella stufa, e quindi nella canna fumaria, è molto alta, e stabilire un buon tiraggio è più semplice, mentre i ritorni di fumo sono quasi impossibili, se non in condizioni del tutto eccezionali.

Un caminetto, al contrario, ha una bocca molto più grande di una stufa, e non ha una regolazione dell’aria di combustione ( la valvola della canna fumaria ha un’altro scopo). Nella bocca di un camino entra molta più aria di quella necessaria alla combustione, il che rende i fumi molto più freddi, e stabilire un buon tiraggio più difficile.

Mentre l’andatura di combustione di una stufa può essere regolata agendo sulla valvola dell’aria, la regolazione dell’andatura di un caminetto è difficile, ed affidata largamente al caso. La valvola posta sulla canna fumaria può agire come limitatore solo se il tiraggio è eccessivo, nel qual caso non avremmo comunque problemi di fumo. L’andatura della combustione può essere in qualche modo regolata soltanto aggiungendo o sottraendo legna alla combustione, cosa macchinosa e non facile.

La canna fumaria di un camino aperto, perciò, deve in genere accontentarsi di un tiraggio disponibile compreso tra i 10 ed i 20 Pascal, cioè tra un e due decimillesimi della pressione esterna, poiché raramente questo tipo di impianti riesce ad ottenere di più. Pertanto, tutte le raccomandazioni segnalate per una corretta costruzione vanno ancor di più tenute in conto: la canna deve essere quanto più possibile verticale, priva di curve e cambiamenti di sezione, deve essere liscia e possibilmente di sezione interna circolare, adeguatamente alta e comunque più alta del colmo del tetto, protetta da un comignolo antivento, deve essere estremamente ben coibentata e di sezione adeguata. Tutto questo serve ad evitare cadute di pressione ed ostacoli ai fumi, insomma le cosiddette ‘perdite di carico’.

Il focolare

Nella letteratura sui camini si trovano molte ‘regole d’oro’ per impostare la giusta forma della bocca del focolare, tale da impedire la fuoriuscita dei fumi.

In realtà, il ‘motore’ del camino è la canna fumaria, e una volta che questa sia stata studiata per assicurare la depressione necessaria all’espulsione dei fumi, il compito del focolare è semplicemente quello di ospitare il fuoco e di avere una forma interna tale da facilitare al massimo lo scorrimento dei fumi, abbastanza a prescindere dalla forma della bocca vera e propria.

Per capire quale sia la forma interna più adatta ad un focolare, bisogna studiarne l’aerodinamica.

I problemi termodinamici ed aerodinamici che riguardano un focolare possono essere classificati in 3 categorie:

1. Il flusso dell’aria comburente verso, attraverso e oltre il letto di combustibile, e l’ascesa dei gas caldi prodotti dalla combustione nel camino stesso. Il flusso di combustione dipende dal genere di grata che alloggia il combustibile, dal disegno del caminetto e dalla sistemazione del letto di combustibile. Il flusso dell’aria di combustione governa il rateo di combustione, cioè la rapidità con cui avviene la combustione, il che determina la temperatura dei fumi, che è uno dei fattori che influenzano il tiraggio.
2. Il flusso di immissione di aria ambiente fredda e la quantità di questa che si mischia con i gas di combustione nel focolare, producendo il flusso misto di aria e gas nella gola e nella canna fumaria, il buon andamento del quale dipende dal disegno, dalle dimensioni e dal metodo di costruzione. Le inversioni di tiraggio, che provocano l’emissione di fumo da un caminetto, dipendono principalmente da questa parte del flusso.
3. L’efficienza della combustione, con particolare riguardo alla quantità di residui incombusti, e quindi inquinanti, che sporcano le canne fumarie e deteriorano l’ambiente.

1. Il flusso dell’aria attraverso il letto di combustibile

L’aria è sempre in grado di scambiare l’intero suo contenuto di ossigeno con il combustibile, e quindi il quantitativo dei prodotti di combustione nei gas residui dipende dalla quantità di aria disponibile, indipendentemente dal quantitativo del combustibile.

La combustione di un solido è regolata, in larga misura, dalla corrente d’aria che fluisce attraverso o sopra il letto di combustibile e che quindi entra in reazione con la sua superficie. Il movimento dell’aria attraverso il letto è causato dalla pressione esercitata dall’aria fredda di maggior densità rispetto ad una colonna di gas caldi di densità minore. Se questi due gas a differente densità sono separati l’uno dall’altro dallo strato di combustibile, come mostrato in Figura 1, l’aria trova accesso solo dal di sotto, e tutta l’aria disponibile si trova ad attraversare il letto di combustibile. La quantità di aria totale che entra nel sistema non è grande, ed è evidente che, regolandone il flusso in ingresso, si può regolare facilmente il rateo di combustione. Il caso in figura 1 è lo schema di una camera di combustione chiusa, ad esempio una stufa. In questo caso, tanto maggiore è il tiraggio, tanto maggiore sarà la quantità d’aria immessa nel sistema, tanto maggiore il rateo di combustione.

Se l’aria entra in contatto con il combustibile anche da sopra, come nel caso evidenziato in Figura 2, nel sistema entra una maggiore quantità totale di aria , ma solo una quantità più piccola attraversa in realtà il letto di combustibile. Questo caso corrisponde ad un camino aperto con una grata di appoggio per il combustibile sollevata dal fondo. Dell’aria che passa sopra il letto di braci, solo una piccola parte viene effettivamente a contatto col combustibile o con i gas di combustione e prende quindi parte alla combustione. E’ sempre l’aria che passa dal di sotto della grata che è determinante. In questo caso, maggiore è il tiraggio, più alta è la velocità dell’aria, maggiore ne è la quantità che è forzata ad attraversare il letto di combustibile, maggiore è il rateo di combustione. Anche in questo caso, dunque, regolando il flusso dell’aria che passa sotto la griglia, si può regolare la combustione, anche se con minor precisione. Abbassare il limite superiore della bocca del camino, in questo caso, ha l’effetto di schiacciare verso il basso il flusso di aria in ingresso, aumentando la quota d’aria costretta a passare sotto la griglia, aumentando di conseguenza il rateo di combustione, ma anche la possibilità di regolarlo. Stesso risultato si ottiene sollevando la griglia dal fondo del camino, aumentando lo spazio inferiore

Se il combustibile non poggia su una grata sollevata, che consenta il passaggio dell’aria da sotto, ma giace sul fondo del camino, Figura 3, allora l’intera quantità d’aria che entra nel camino passa sopra il fuoco. Questo caso è presente solo nei caminetti aperti. E’ sorprendente che una quantità sufficiente di aria raggiunga il combustibile per mantenere la combustione. L’accesso dell’aria al combustibile è in realtà limitato al quantitativo necessario a rimpiazzare i gas di combustione che lasciano il letto di brace. Perciò, in questo caso, non è il rateo di combustione ad essere determinato dal flusso di aria, ma, al contrario, è il flusso di aria che è determinato dal rateo di combustione, che è esclusivamente una funzione dipendente dalla natura del combustibile, dal suo taglio e dimensione, dalla sua sistemazione, e dalla sua temperatura. La legna o il carbone bruciano in una sorta di ‘zona morta’ che è largamente indifferente all’enorme quantità di aria che passa sopra il letto di braci senza prendere parte in alcun modo alla combustione. Praticamente il combustibile brucia come se stesse all’aperto, ed è quindi impossibile regolarne la combustione, se non intervenendo materialmente su di esso.

Aumentare o diminuire il limite superiore della bocca del camino non ha, in questo caso, alcun effetto sul rateo di combustione, che è anche del tutto indifferente al maggiore o minore tiraggio della canna fumaria. La variazione del tiraggio ha effetto solo sulla quantità di aria di ventilazione che è risucchiata dall’ambiente.

Questi tre diversi metodi di alloggiare il combustibile all’interno di un focolare hanno conseguenze sul tipo di combustibile utilizzabile e sull’utilità o meno di una valvola che regoli il flusso di aria e gas.

Come già detto, nel caso evidenziato in figura 3, il combustibile giace in una zona morta, appena lambita dal flusso di aria di ventilazione. Il rateo di combustione dipende quindi dalla rapidità con cui i gas prodotti dalla prima fase della combustione vengono rilasciati, emergono dal letto di combustibile e sono investiti dallo strato più basso e confinante di aria di ventilazione. La combustione è in effetti un processo di ‘confine’, che avviene al limite tra la massa solida e quella fluida. Tanto maggiore è la quantità di sostanze volatili rilasciate dal combustibile, tanto più rapida sarà la combustione. Questa rapidità dipende sia dalla temperatura del letto di braci, sia dalla natura stessa del combustibile. Combustibili con una alta percentuale di sostanze volatili, come legno, torba, tavolette di lignite o cilindri di segatura pressata, bruciano in questa situazione assai meglio del carbone, come l’antracite, o peggio ancora, il coke. Anche la temperatura del combustibile influenza notevolmente il processo di combustione. Tanto più alta la temperatura, tanto maggiore il rilascio di sostanze volatili. La temperatura del combustibile è data anche dal rapporto tra la sua massa e la superficie esposta, che produce irraggiamento. Tanto meno esposta è la superficie del combustibile, tanto minore sarà la perdita di temperatura per irraggiamento. Se il combustibile è molto disperso sul piano del focolare, la perdita di calore per irraggiamento, e per il raffreddamento dovuto al contatto con l’aria di ventilazione, può essere tale da far scendere la temperatura al di sotto del valore necessario a sostenere la combustione. Questo avviene più facilmente con il carbone. In sostanza, in un focolare senza grata sollevata si può bruciare solo legna. Sistemare più o meno strettamente il letto di braci ed i ciocchi di legno è l’unico metodo per regolare in qualche modo il rateo di combustione prodotto, e quindi la quantità di calore prodotta e di legna bruciata.

I modi di alloggiare il combustibile descritti nelle figure 1 e 2, invece, consentono più facilmente di utilizzare combustibili più ‘duri’. Costringere l’aria di ventilazione ad attraversare, almeno in parte, il letto di combustibile consente di aumentare la superficie di contatto tra le braci e l’ossigeno dell’aria, senza diminuire eccessivamente la dispersione di calore per irraggiamento, e quindi la temperatura di combustione. In una griglia del tipo in figura 2 possono essere bruciati carboni ‘leggeri’, in quella in figura 1 anche carboni ‘pesanti’. Se si brucia legna, il rateo di combustione può diventare eccessivo, e la regolazione del tiraggio diventa indispensabile, tanto più che in questo tipo di sistemazione ha più effetto.

Una valvola di limitazione posta sopra una griglia del tipo in figura 1 ha un effetto determinante nel regolare il rateo di combustione. Poiché tutta l’aria è costretta ad attraversare il letto di braci, diminuire la sezione di uscita ne rallenta fortemente il flusso, con conseguente minore ossigenazione del letto di braci e riduzione della combustione.

Nel caso in figura 2, invece, l’utilizzo di una valvola ha scarso influsso sulla combustione se il camino ha una bocca di altezza normale e grata piuttosto bassa. La maggior parte dell’aria continua a passare sopra il letto di combustibile, e chiudere la valvola influenza pochissimo l’andamento della combustione. Diverso l’effetto se si riesce ad aumentare la quota di aria che passo sotto la griglia, sia sollevando la grata verso la parte superiore della bocca, sia, viceversa, abbassando la bocca di entrata del camino. Tutto questo, comunque, è piuttosto macchinoso, e per niente bello da vedere.

Nel caso in figura 3, infine, la valvola dell’aria non ha alcun effetto sul rateo di combustione, in nessun caso. Chiudere la valvola ha effetto solo sulla quantità di aria ambiente che viene risucchiata all’esterno attraverso la canna fumaria, ma non influisce in alcun modo sulla combustione.

Tutto questo discorso è servito, in sostanza, a giustificare le seguenti osservazioni:

Se il camino fa fumo, il motivo può essere lo scarso tiraggio disponibile. Aumentare il rateo di combustione significa inviare più calore in canna fumaria, e quindi aumentare il tiraggio, che, come abbiamo visto nella sezione sulle canne fumarie, dipende anche dalla temperatura dei fumi.

Poiché un eccesso di aria di ventilazione raffredda eccessivamente i fumi e provoca un fortissimo attrito in canna fumaria, chiudere la valvola ha l’effetto di aumentare la temperatura dei fumi, aumentando il tiraggio positivo, e di diminuire le perdite di carico diminuendo il volume di aria forzato a passare in canna fumaria. Tuttavia la stessa presenza di una valvola, strozzando i fumi, costituisce di per sé una fortissima perdita di carico. Non è detto quindi che il suo impiego sia risolutivo, anche se è comunque raccomandabile. Molto dipende dal tipo e dalla forma di valvola utilizzata.

L’altro modo per aumentare la temperatura dei fumi, e quindi il tiraggio, è aumentare il rateo di combustione. Nei camini aperti questo è possibile solo intervenendo sulla qualità del combustibile e sulla sua sistemazione. Tagli di legno più piccoli aumentano la superficie di scambio tra il combustibile e l’aria, accelerando la combustione, tagli di legno più grandi la rallentano. Legna molto secca produce più calore della legna verde. Sollevare la legna su una griglia accelera sicuramente il rateo di combustione, aumentando notevolmente il tiraggio. Tuttavia, tutti questi metodi aumentano notevolmente anche il consumo di legna.

Se si vuole evitare di trasformarsi in fuochisti costantemente impegnati nell’alimentazione di un focolare, il modo migliore è costruire un camino che abbia delle perdite di carico così basse da non richiedere un fortissimo tiraggio per funzionare.

Di questo parliamo nel prossimo paragrafo.

2. Il flusso dell’aria e dei fumi nel focolare

Nel 1937 il professor P. O. Rosin utilizzò la tecnica dei modelli per studiare il comportamento aerodinamico dei caminetti aperti. Il risultato dei suoi studi fu pubblicato nel 1938 col titolo ” The aerodynamics of domestic open fires”. Quanto segue è basato fedelmente sulle sue osservazioni.

L’immagine a fianco è ricavata dall’osservazione di uno dei modelli utilizzati, ed è quella che rivela il miglior risultato aerodinamico ottenuto. E’ un’immagine completa, con tutte le linee di flusso dell’aria ricavate dall’osservazione diretta.

Una cosa salta immediatamente agli occhi: in un focolare aerodinamicamente corretto, il flusso dell’aria e dei gas di combustione è un flusso decisamente laminare, con gli strati più alti dell’aria ambiente che aderiscono al lato interno della parete frontale del camino ed i fumi di combustione che salgono verticalmente aderendo strettamente alla parete di fondo del focolare e della canna fumaria.

La maggior parte degli strati d’aria più bassi, che si muovono vicino al pavimento, cominciano a salire verso la verticale prima di aver raggiunto lo strato di combustibile. Il fuoco, quindi, brucia in uno spazio quasi morto e del tutto indifferente al flusso di aria di ventilazione proveniente dall’ambiente.

La densità delle linee di flusso aumenta man mano che la gola si restringe, indicando la particolare importanza aerodinamica della cappa e dell’allaccio alla canna fumaria.

Più o meno all’altezza delle spalle, solo una parte dell’aria ambiente viene risucchiata verso il basso ed entra nel focolare. L’aria rimanente sale lungo la facciata della cappa e crea un vortice circolare contro il soffitto della stanza. Questo indica che, a meno che l’ingresso di aria fresca nell’ambiente non avvenga all’altezza del soffitto, il ricambio di aria prodotto da un camino, di per sé, non è per niente ideale. Se, in particolare, l’aria esterna entra nell’ambiente all’altezza del pavimento, tramite una presa d’aria bassa, o sotto le porte, i piedi e le gambe dovranno sopportare una sensazione di fresco, mentre gli organi respiratori si troveranno in una zona di aria stagnante, che si muove in circolo nella metà superiore della stanza, ma senza rinnovarsi. Ne segue che l’affermazione che un camino provoca, poniamo, quattro ricambi d’aria per ora in un ambiente non implica che l’aria della stanza sia effettivamente rinnovata, ma solo che un quantitativo di aria corrispondente a quattro ricambi l’ora viene risucchiata dalla canna fumaria. Per ottenere un effettivo ricambio di aria fresca bisogna dunque ricorrere a qualche accorgimento, che sarà illustrato in un’altra sezione.

Se la velocità dell’aria di immissione aumenta di molto, il flusso è spinto ancora più in verticale, e la zona morta in cui brucia il fuoco si allarga, provocando qualche mulinello di fumo.

Questo mostra, che, con la legna giacente sul fondo del camino e non sollevata su una griglia, anche un forte tiraggio non è in realtà in grado di aumentarne sensibilmente il rateo di combustione.

Più aria di ventilazione raffredda i fumi e la parete di fondo del focolare, tuttavia la laminarità del flusso viene in generale mantenuta, anche se la creazione di qualche vortice all’interno del focolare è possibile.

La laminarità del flusso di aria e gas che entrano nel focolare è stata anche recentemente testata.
La McNear Brick, un costruttore americano di caminetti tipo Rumford ( un tipo di camino la cui sezione è illustrata a fianco) ha condotto un test di temperatura nel laboratorio di prova del Virginia Politechnical Institute, sistemando due termocoppie nei punti indicati come 5 (la parete interna della cappa) e 6 ( più o meno al centro del flusso di aria e gas) distanti tra di loro non più di 6/7 cm. in profondità.

Con una temperatura del fuoco stabilita a circa 930 °C, la termocoppia sistemata nel punto 5 registrava non più di 25 °C, mente quella nel punto 6 registrava quasi 380 °C.

Il flusso di aria e gas nel camino è decisamente laminare.

In effetti il flusso aria ambiente agisce come uno scudo invisibile che trattiene il fumo dietro di sé, mentre entrambi salgono nel focolare e nella canna fumaria. L’aria di ventilazione, insomma, preme il fumo verso la parete di fondo del camino, tanto più quanto è maggiore l’afflusso dell’aria. La pressione dell’aria è minore in basso, appena sopra il fuoco, lasciando più spazio alla fiamma, ma a livelli più alti il gas di combustione è ridotto ad una strato sottile schiacciato contro la parete di fondo. Questo è un fenomeno riscontrabile con ogni disegno di focolare, ed in particolare, con ogni disegno della parete di fondo del focolare, e deve essere tenuto presente in qualsiasi studio della forma, posizione, dimensione e manifattura dei materiali da costruzione del focolare.

Per chi sia ancora interessato ad un camino aperto come fonte di riscaldamento, questo schema di funzionamento non è in realtà molto favorevole. A parte il minimo irraggiamento offerto dalla fiamma, il restante calore, più del 75%, viene trasportato dai fumi verso l’alto e lungo la parete posteriore del camino, che in genere è una parete perimetrale della casa, mentre la parete frontale del camino, rivolta verso l’interno dell’ambiente, è in pratica raffreddata dal flusso di ventilazione immesso nel focolare.

Le varie linee di flusso illustrate in Fig. 4 possiedono anche diverse velocità. La velocità più alta, nel modello rappresentato, è a circa 30/40 cm. da terra, il che spiega perché si ha la sensazione di avere i piedi freddi di fronte ad un camino. La velocità del flusso naturalmente aumenta con l’ingresso dell’aria nella bocca del focolare e con l’approssimarsi alla gola, con un punto di particolare accelerazione intorno al limite superiore della bocca e poi nell’ingresso in canna fumaria, che fanno di questi due punti quelli aerodinamicamente più delicati. Nella gola vera e propria, la velocità del flusso è, in media, sei volte superiore alla velocità di ingresso nella bocca del focolare, in dipendenza, comunque, delle dimensioni effettive della gola.

Vediamo adesso cosa accade se ci si allontana dal modello sopra descritto.

In Figura 6 è evidenziato un camino con la gola troppo ampia.

In un camino del genere, anche se il focolare è per gli altri aspetti ben conformato, la temperatura e la velocità dei fumi sono troppo basse, il flusso dell’aria di ventilazione diventa incerto, ed alle spalle della cappa possono formarsi dei vortici che, mescolando l’aria di ventilazione con i gas di combustione, tendono ad invertirne almeno parzialmente il flusso e a provocare degli sbuffi di fumo nell’ambiente.

Questo effetto è accentuato nel caso che anche la canna fumaria sia molto ampia. I fumi tendono sempre ad addossarsi alla parete di fondo e non riescono a riempire l’intero volume a disposizione.

Di conseguenza, una difforme distribuzione di temperature e velocità può facilmente provocare una separazione dei flussi: una corrente di aria calda sale verso l’alto appoggiata al fondo del camino, mentre una corrente di aria fredda precipita verso il basso sul lato frontale della canna fumaria e del camino, e penetra nell’ambiente mista a fumo (vedi Figura 7).

Questo avviene più facilmente se l’accesso di aria fresca nell’ambiente dove è posizionato il camino è impedito dalla mancanza di una presa d’aria, o da finestre e porte a tenuta stagna: l’aria segue sempre il percorso di minor resistenza, ed una camino sufficientemente ampio finisce per ospitare entrambe le colonne d’aria, cioè entrambi i ‘vasi comunicanti’ di cui si è parlato nella teoria dei camini, escludendo l’aria ambiente.

Restringere la gola e la canna fumaria favorisce l’aumento della temperatura e la velocità ascensionale dell’aria di ventilazione fornita dall’ambiente, il che rende molto più difficile la penetrazione dell’aria esterna attraverso il comignolo ed elimina il pericolo di inversione del tiraggio e di contro-correnti discendenti.

Un altro fattore che si è rivelato fondamentale è la forma del limite superiore della bocca del camino.

Nella Figura 4 si vede bene che questa forma è arrotondata. Gli esperimenti sul modello hanno dimostrato che una forma dotata di spigoli acuti in questo punto provoca dei vortici violenti, persino nella gola, come descritto in Figura 8.

Restringere la gola del camino per accelerare la velocità dei fumi aiuta a moderare questo vortice, ma non è in grado di estirparlo completamente, per lo meno non prima del limite in cui un eccessivo restringimento della gola rende impossibile smaltire l’intero volume dei fumi.

Se inoltre la bocca del camino viene rifinita con un elemento sottile, verticale o inclinato verso l’esterno, come, ad esempio, un foglio di metallo, il vortice diviene addirittura catastrofico, come illustrato in Figura 9, e nessun altro accorgimento, neanche la diminuzione dello spessore della gola del camino, riesce ad eliminarlo né ridurlo.

Anche in questo caso, l’indebolimento della spinta verticale dell’aria di ventilazione, prodotto dai vortici, può lasciare spazio al formarsi di contro correnti discendenti in grado di spingere sbuffi di fumo negli ambienti.

Nessun camino di produzione italiana, né di serie né artigianale, sembra tener conto di questo aspetto aerodinamico, dato che sempre presentano un limite superiore della bocca squadrato. Pure, non dovrebbe essere particolarmente complicato arrotondare questa parte, tanto più che può essere fatto senza incidere sull’aspetto esteriore del rivestimento.

Un altro aspetto che incide negativamente sull’aerodinamica interna dei camini aperti è la presenza di quella che viene a volte definita ‘camera dei fumi’ o ‘camera di calma’, cioè un brusco allargamento orizzontale della sezione della gola prima dell’immissione dei fumi in canna fumaria, presente anche in molti camini di produzione italiana, in modo più o meno pronunciato.

La sua presenza provoca dei violenti vortici dei gas di combustione che, se anche di per sé non sempre sono sufficienti a provocare ritorni di fumo, tuttavia costituiscono una notevole perdita di carico, cioè di spinta verticale, e provocano gravi depositi di fuliggine in un punto, per di più, difficilmente raggiungibile e praticamente impossibile da pulire.

Infine, l’ultimo aspetto da considerare è l’inclinazione in avanti della parete di fondo del focolare.

L’utilizzo di questo particolare accorgimento, piuttosto diffuso, trova giustificazione nella consapevolezza che l’unico calore fornito da un camino aperto è il calore radiante: inclinando in avanti, con uno specifico angolo, il fondo del focolare, si intercettano e si riflettono verso l’ambiente le radiazioni verticali prodotte dal letto di braci e dalla fiamma, che altrimenti si perderebbero in canna fumaria.

In effetti questo è quello che accade, tuttavia non ci sembra che una simile pratica sia realmente utile, né dal punto di vista termico, né tantomeno dal punto di vista aerodinamico.

Dal punto di vista del rendimento termico, c’è da considerare che l’inclinazione in avanti del fondo del camino obbliga a realizzare una valvola od una gola particolarmente ampia, che rende più difficile regolare l’efflusso di aria in canna fumaria, finendo per aumentare notevolmente la quantità di aria sottratta all’ambiente.

In cambio di un minimo aumento dell’irraggiamento frontale (e locale) del camino, si finisce per favorire il più rapido raffreddamento del resto degli ambienti, richiamando una maggiore quantità di aria fredda dall’esterno.

Dal punto di vista aerodinamico, inoltre, l’inclinazione del fondo può avere effetti catastrofici. Oltre al fatto spesso obbliga, per motivi di semplicità costruttiva, a realizzare una camera dei fumi i cui aspetti negativi sono già stati illustrati (Figura 10), l’inclinazione in avanti avvicina pericolosamente i fumi alla bocca del camino, facendo incontrare il flusso dei gas di combustione ed il flusso di aria di ventilazione con un angolo sfavorevole che facilita la formazione di vortici, oltre a rendere molto più facile il ritorno di fumi nell’ambiente in presenza di altri difetti aerodinamici, come quelli illustrati più sopra, con le figure da 5 a 9. La forma della valvola lunga e stretta è aerodinamicamente pessima e provoca una perdita di carico assai maggiore di una valvola rotonda o quadrata. Per di più, rischia di essere intasata dall’aria di ventilazione, ostacolando l’uscita dei fumi. Inoltre, almeno una parte degli strati più bassi di aria di ventilazione in ingresso vengono deviati verso il basso dall’inclinazione del fondo, producendo dei vortici che raffreddano il letto di brace abbassandone il rateo di combustione, diminuendo la temperatura dei gas emessi e riducendo quindi il tiraggio (Figura 11).

Tutto sommato, considerando che l’utilizzo attuale di un camino aperto ha assai meno a che fare col riscaldamento di un tempo, riteniamo che questo aspetto possa serenamente essere messo da parte a favore di un miglior funzionamento e di una migliore qualità dell’aria.

Tutti i vortici osservati all’interno del focolare sono provocati da una resistenza al flusso dei fumi e dell’aria di ventilazione conosciuta come ‘resistenza di forma’. Questa resistenza è prodotta dall’attrito di un fluido che attraversa un corpo.

Ad esempio, i vortici prodotti dalla forma squadrata della bocca del camino sono dovuti al fatto che un flusso laminare non può ruotare intorno ad un angolo di 90°. Un movimento con un raggio di curvatura infinitamente piccolo produce una forza centrifuga infinitamente grande. Per evitare questo genere di vortici, è necessario che lo strato di fluido a diretto contatto del corpo non sia sottoposto ad un cambio di direzione superiore ai 10° o 12°.

Soltanto un restringimento estremamente graduale della sezione del camino, dalla bocca alla canna fumaria, e la completa assenza di angoli acuti, perciò, possono evitare la formazione di vortici e consentire la formazione di un flusso laminare uniformemente diretto. La formazione di vortici è inevitabile se la superficie solida lungo cui scorre il fluido si interrompe o cambia direzione bruscamente.

Sebbene la formazione di vortici sia desiderabile, e spesso artificialmente prodotta, per intensificare la velocità di combustione ( la presenza di vortici favorisce il più intimo mescolamento dei gas di combustione con l’ossigeno dell’aria), in ogni caso di ‘trasporto’ di un fluido è sempre dannosa ed aumenta la resistenza e le perdite di carico. Nel caso di un camino aperto è particolarmente intollerabile dato che il tiraggio disponibile è spesso al limite della sufficienza, e la formazione di vortici nel flusso può portare, al minimo cambiamento di vento o di correnti d’aria interne alla casa, al riflusso di fumo nell’ambiente.

Le perdite di carico dovute ad un focolare di cattiva forma e concezione possono essere altissime, e determinanti nel vanificare anche un buon tiraggio. Di più, una aerodinamica interna mal concepita può creare ritorni di fumo anche in presenza di un tiraggio di per sé teoricamente sufficiente all’evacuazione dei prodotti della combustione, ovvero imporre un eccesso di tiraggio tale da produrre un consumo insostenibile di legna.

3. L’efficienza della combustione

  Si è molto discusso, ed ancora si discute, sui reciproci vantaggi e svantaggi delle stufe e dei focolari aperti riguardo il grado di completezza della combustione ed il conseguente rilascio nell’ambiente di residui inquinanti.

Perché una combustione sia completa, e non rilasci inquinanti, occorrono tre cose: il combustibile, una quantità sufficiente di aria comburente ed una temperatura sufficientemente elevata. 

I gas volatili rilasciati dalla prima fase della combustione contengono idrocarburi ‘pesanti’ che richiedono una temperatura di ignizione pari a circa 650 °C.

D’altra parte, il carbonio contenuto nella legna ha una combustione complessa, nella cui prima fase viene prodotto ossido di carbonio, che solo poi, per successiva riossigenazione, brucia ad anidride carbonica. La combustione in carenza di ossigeno non è solo pericolosamente inquinante, dato che l’ossido di carbonio è un veleno potente, ma anche scarsamente efficiente, dato che la maggior parte del calore è prodotto proprio dalla reazione dell’ossido di carbonio con l’ossigeno.

In un camino aperto c’è un tale eccesso d’aria da garantire una percentuale di ossido di carbonio praticamente nulla nei residui di combustione. D’altra parte, questo stesso eccesso d’aria tende a raffreddare la temperatura di combustione ed a lasciare almeno una grossa parte degli idrocarburi pesanti incombusti.

In una stufa, il confinamento della combustione in uno spazio ristretto ed il controllo dell’aria di ventilazione garantiscono una alta temperatura di combustione, che brucia più facilmente gli idrocarburi, e tuttavia la scarsità di ossigeno può essere tale da aumentare sensibilmente la produzione di ossido di carbonio, mentre la  presenza di un forte tiraggio, che aumenta la velocità dei fumi e ne diminuisce il tempo di permanenza in camera di combustione, può comunque lasciar sfuggire qualche idrocarburo incombusto. Si cerca di rimediare a questo problema prevedendo una seconda immissione di aria preriscaldata e ricca di ossigeno in una zona predisposta della camera di combustione, dove i fumi vengono temporaneamente confinati per aumentarne la temperatura, resi artificialmente turbolenti per consentirne un più profondo contatto con l’ossigeno e quindi bruciati più completamente (post-combustione). Tuttavia il rilascio di incombusti e di una minima quantità di ossido di carbonio è inevitabile.

In un camino aperto di imperfetta conformazione aerodinamica, le turbolenze che mischiano fumi ed aria di ventilazione garantiscono certamente l’eliminazione dell’ossido di carbonio, ma assai difficilmente riescono a bruciare gli idrocarburi pesanti, dato che le turbolenze raffreddano decisamente i fumi impedendo la combustione secondaria. In un camino aerodinamicamente corretto, invece, l’eccesso di aria non si mescola in maniera turbolenta con i fumi di combustione, ma questi restano isolati e caldi molto a lungo dietro lo schermo prodotto dal flusso laminare dell’aria di ventilazione, abbastanza a lungo da avviare almeno parzialmente la combustione secondaria, dato che comunque l’aria non manca. E’ importante, a questo proposito, che le pareti del focolare siano assai ben coibentate, in modo da non disperdere calore e mantenere i fumi caldi. Una parete di fondo in acciaio o meglio in ghisa, che raggiunge e mantiene rapidamente alte temperature, può aiutare.

Il sistema casa-camino

Il terzo aspetto da considerare è l’ambiente  nel quale il camino è inserito.

Un caminetto aperto è come una porta che metta in comunicazione l’interno della casa con l’esterno, sia che la fiamma sia accesa, sia che sia spenta.

Dalla teoria dei camini sappiamo che la differenza di pressione tra due vasi necessaria ad attivare il ‘tiraggio’ è davvero minima; talmente minima, che si può dire che non esista una canna fumaria in equilibrio statico con l’ambiente. Una canna fumaria sarà sempre in pressione o in depressione rispetto a qualunque altro ‘vaso’ circostante, esterno o interno alla casa, a prescindere dal fatto che si sia avviata la combustione. Non è raro, infatti, sperimentare l’inversione del tiraggio di una canna fumaria spenta.

Le condizioni ambientali sono dunque determinanti nell’influenzare il comportamento di un caminetto, dato che l’ambiente in cui è posto non è altro che il ‘vaso comunicante’ che fornisce aria fredda, indispensabile al funzionamento del suo motore. Qualunque perturbazione di questo vaso avrà immediato effetto sull’altro.

Una casa, anche se di moderna costruzione, ben coibentata e sigillata da infissi a tenuta, presenta sempre delle ‘falle’, cioè dei punti in cui l’involucro che separa l’interno dall’esterno può essere attraversato da correnti d’aria, se non altro perché un minimo di ricambio d’aria negli ambienti è imposto dai regolamenti edilizi. Aperture di ventilazione, fessure sotto le porte, guarnizioni degli infissi vecchie o danneggiate, abbaini, coperture approssimative e mille altri motivi producono spifferi in entrata o in uscita. Questo movimento d’aria, insieme alla differenza di temperatura tra l’interno e l’esterno, trasformano la casa in un camino.

“L’effetto camino”

L’effetto camino induce una pressione superiore a quella atmosferica ai livelli alti della casa ed una pressione inferiore a quella atmosferica al livelli più bassi. Esattamente come in un vero camino, maggiore è la differenza di temperatura fra l’esterno e l’interno, e maggiore è l’altezza della casa, maggiore è l’effetto camino prodotto.

Se le falle sono uniformemente distribuite, il livello di pressione neutra, cioè il livello in cui la pressione interna è uguale a quella esterna, si troverà, più o meno, a metà altezza dell’edificio, come nell’esempio a fianco.

Se invece la casa ha un piano interrato, avrà la maggior parte delle sue falle ai livelli alti, e quindi il suo livello di pressione neutra tenderà ad essere più alto, come nell’esempio qui sotto.

In pratica, nella maggior parte degli edifici, le falle sono concentrate ai piani alti e poiché il livello di pressione neutra tende ad approssimarsi alla quota delle falle più alte, sarà generalmente più alto del punto medio della casa, anche perché normalmente si tende a sigillare con cura le falle ai piani inferiori, dalle quali si avverte l’ingresso di fastidiosi ‘spifferi’ di aria fredda, mentre più facilmente si ignorano le falle in uscita ai piani superiori, dato che le perdite di aria calda non vengono avvertite e sono meno fastidiose.

Una finestra aperta ai piani superiori rappresenta una notevole ‘falla’, ed il livello di pressione neutra sale immediatamente alla sua quota, producendo una sensibile depressione ai piani inferiori, che può essere sufficiente a creare un ritorno di fumo in un camino. Se invece viene aperta una finestra al livello inferiore, il livello di pressione neutra scende alla sua quota, riducendo la depressione in quell’ambiente. Questo spiega perché, a volte, per correggere il cattivo funzionamento di un camino basti aprire una finestra nella stanza. Se entrambe le finestre sono aperte, il livello di pressione neutra tenderà a riposizionarsi a mezza altezza.

Tanto per fare un esempio pratico, proviamo a misurare l’effetto camino in una casa di 3 piani, quindi alta circa 9 m, con una temperatura esterna di -5°C ed una temperatura interna di +20°C. Le formule sono le stesse che abbiamo già utilizzato nella sezione Teoria dei Camini per misurare la depressione in canna fumaria. Utilizzando quelle formule, scopriamo che la densità dell’aria interna è di circa 1,2 Kg/mc, mentre la densità dell’aria esterna a -5°C è di circa 1,324 Kg/mc (poniamo che la casa sia al livello del mare). La formula per misurare la depressione in Pascal é sempre la stessa:

Sostituendo si avrà:

P_h = 9 * 9,8 * (1,324 – 1,2)

cioè ben 10,9 Pascal.

Considerando che la maggior parte dei caminetti devono accontentarsi di un tiraggio disponibile compreso fra i 10 ed i 20 Pascal, si vede come “l’effetto camino” possa essere determinante.

Una casa di due piani, quindi alta 6 metri, con una temperatura esterna di 0°C ed una interna sempre di +20°C, sperimenterà un effetto camino di circa 6 Pascal, non molto, ma del tutto sufficiente a provocare l’inversione del tiraggio in un impianto che si trovi già vicino ad un punto critico.

Infine, gli amanti delle alte temperature domestiche tengano conto che, se la casa del primo esempio fosse mantenuta ad una temperatura di +25°C, dovrebbe sopportare un effetto camino del valore di 13,6 Pascal, abbastanza da ostacolare seriamente il funzionamento della maggior parte degli impianti.

L’inversione del tiraggio

Una lamentela molto comune tra i proprietari di camini è che una corrente di aria fredda, portatrice anche di cattivi odori, penetra in casa dalla bocca del camino, quando non è utilizzato. Questo è ciò che viene generalmente chiamato ‘inversione del tiraggio’.

Quando una canna fumaria è in funzione, contiene gas più caldi dell’aria esterna, che quindi salgono verso l’alto. Questo è il funzionamento normale di un camino. Vi sono però casi in cui la casa produce un ‘effetto camino’ migliore del camino stesso, il che accade assai più facilmente quando il fuoco non è acceso nel focolare, e l’aria fredda precipita giù per il condotto e penetra nella casa.

Si possono individuare due distinti motivi per cui questo accade.

Il caso più comune di inversione di tiraggio è quando il focolare è installato al di sotto del livello di pressione neutra ed è servito da una canna fumaria costruita all’esterno della casa. A fuoco spento, l’aria contenuta nella canna fumaria esterna può facilmente precipitare ad una temperatura inferiore a quella dell’ambiente interno, divenendo quindi più pesante. Poiché il focolare si trova al disotto del livello di pressione neutra, è esposto ad una leggera depressione, sufficiente però a risucchiare l’aria fredda contenuta nella canna fumaria.

Una volta che l’inversione di tiraggio è iniziata, è difficile correggerla, dato che la canna fumaria è continuamente raffreddata dall’aria esterna che penetra attraverso il comignolo. L’inversione di tiraggio, quindi, si stabilizza, per cui diventa difficile accendere un fuoco senza spillare fumo negli ambienti.

Questo tipo di inversione di tiraggio può essere evitato soltanto installando la canna fumaria all’interno degli ambienti. Anche il perfetto isolamento termico di una canna fumaria molto ben coibentata, ma esterna, non è in grado di prevenire il raffreddamento dell’aria contenuta al suo interno, dato il lungo periodo di tempo che in genere intercorre tra una accensione ed un’altra.

Al contrario, una canna fumaria inserita all’interno della casa non sarà influenzata dalla pressione negativa degli ambienti più bassi dovuta all’effetto camino perché si troverà sempre ad una temperatura pari o superiore a quella della casa.

Per di più, poiché il livello di pressione neutra segue la quota delle falle, l’apertura relativamente grande del comignolo fa sì che il livello di pressione neutra della canna fumaria sia più alto di quello della casa. Il risultato è sempre un consistente flusso ascensionale di aria , anche a fuoco spento.

Il secondo caso di inversione di tiraggio è illustrato nella figura a fianco.

Si può notare come il comignolo sia più basso della parte più alta dell’edificio. Se il solaio dell’ultimo piano è mal sigillato, la casa può, anche in questo caso, essere un camino migliore del camino vero e proprio. Nella figura, la canna fumaria è posta all’interno, ma se fosse invece posta all’esterno, il problema sarebbe ancora più grave.

Per evitare l’inversione del tiraggio è necessario che il comignolo sia più alto della parte più alta della casa.

Prolungare la canna fumaria potrebbe essere una soluzione, come illustrato a sinistra, ma con qualche controindicazione, come l’estetica certo non esaltante, i problemi di stabilità ed il fatto che una canna fumaria con un tratto esterno così esposto sarebbe comunque soggetta ad un certo raffreddamento.

Meglio, dunque, sarebbe ricollocare il camino in una zona più centrale della casa, dove può essere più alto senza problemi estetici o di stabilità, più caldo ed anche più efficace per l’eventuale riscaldamento degli ambienti.

Il maggior costo dell’operazione troverebbe compenso in un impianto efficace e definitivo.

Se tuttavia, per inevitabili ostacoli architettonici, fosse indispensabile mantenere la canna fumaria  all’esterno, una soluzione può essere rivestirla con un cavedio a sua volta isolato e posto in comunicazione con l’ambiente interno da feritoie adeguatamente posizionate.

Le feritoie avrebbero il compito di mantenere la temperatura della canna fumaria uguale a quella della casa, ottenendo più o meno lo stesso risultato di una canna fumaria interna.

L’inversione del tiraggio dovuta all’effetto camino è spesso male interpretata come una incapacità dell’impianto di ottenere aria sufficiente da una casa con una buona tenuta stagna. In realtà, l’effetto camino dipende esclusivamente dalla differenza di temperatura e dall’altezza dell’edificio, restando largamente indifferente alla dimensione complessiva delle falle esistenti. Ad una data temperatura esterna corrisponde una certa differenza di pressione tra la base e il tetto della casa: semplicemente, una casa con poca tenuta scambierà con l’esterno un volume d’aria maggiore di una casa meglio sigillata.

Un camino soggetto ad inversione di tiraggio ‘a freddo’ può avere grossi problemi anche con il fuoco acceso, e se pure riesce a compiere adeguatamente il suo dovere con fuochi molto caldi, l’inversione può nuovamente manifestarsi non appena la temperatura si abbassi, come nel caso di braci morenti, che sono ancora in grado produrre residui pericolosamente inquinanti.

La depressurizzazione artificiale degli ambienti

Oltre all’effetto camino, che è un fenomeno naturale ed inevitabile, negli ambienti domestici può essere indotta una forte depressurizzazione da tutta una serie di apparati tecnici considerati ormai indispensabili al comfort di una casa.

Le più comuni cause di depressurizzazione sole le cappe da cucina ventilate, i ventilatori di espulsione dei bagni, le asciugabiancheria, e, seppure meno diffusi in Italia, gli impianti aspirapolvere centralizzati. Ognuno di questi impianti, quando è in funzione, espelle dall’interno dell’abitazione un certo volume di aria. Se uno o più di questi impianti sono in funzione all’interno di una casa fortemente sigillata, è improbabile che la somma delle falle esistenti sia in grado di restituire all’ambiente “in tempo reale” la stessa quantità di aria che viene espulsa. Il risultato è una maggiore o minore depressurizzazione degli ambienti domestici, in ragione della potenza e del numero di impianti di espulsione attivi in un certo momento e della sezione totale delle falle esistenti.

Valutare esattamente la depressurizzazione di una casa dovuta a ventilatori meccanici è dunque molto difficile. Si tenga comunque presente che il problema è sicuramente maggiore in case strettamente sigillate ( porte e finestre a tenuta, intonaci plastici, tetti coibentati e impermeabilizzati con guaine, etc.) in cui il valore della pressione negativa può arrivare a 10 Pascal.

La presa d’aria esterna

La depressurizzazione degli ambienti dovuta all’effetto camino o a ventilatori meccanici entra direttamente in competizione col tiraggio del camino. Se il tiraggio del camino è più forte, i fumi usciranno dal comignolo; se è la depressurizzazione degli ambienti ad avere la meglio, il fumo uscirà dal focolare.

Poiché la depressurizzazione ambientale è largamente legata al bilancio fra aria in ingresso ed aria in uscita attraverso l’involucro della casa, si è ritenuto che la realizzazione di una presa d’aria che mettesse in comunicazione diretta il focolare, ovvero l’ambiente dove il focolare è inserito, con l’esterno, aumentando l’aria in ingresso, fosse sufficiente a risolvere il problema.

Il principio è sensato e spesso efficace, ma non sempre.

La presa d’aria che viene comunemente utilizzata è una presa d’aria passiva, cioè non aiutata da un ventilatore. In sostanza, si tratta di un buco nel muro, che si comporta in maniera non diversa di qualunque altra ‘falla’ nell’involucro domestico.

Una presa del genere immette aria nella casa, in assenza di vento, solo se la pressione interna è minore della pressione esterna. Se l’apertura non è sufficientemente grande la quantità di aria in ingresso non sarà in grado di compensare la depressione interna. Ad esempio, un foro del diametro di 12 cm, in presenza di una depressione interna di circa 5 Pascal, consente il passaggio di circa 17/18 metri cubi l’ora, del tutto insufficienti ad alimentare il fabbisogno d’aria di un caminetto aperto. Una quantità di aria teoricamente sufficiente ad alimentare un caminetto potrebbe passare attraverso un condotto così piccolo solo se l’interno della casa fosse fortemente depressurizzato, il che probabilmente provocherebbe comunque un ritorno di fumi dal camino. Un condotto così piccolo può ridurre la depressurizzazione, ma certamente non eliminarla.

In realtà, la maggioranza degli impianti richiederebbe, per compensare anche una depressurizzazione non eccessiva, un foro del diametro di almeno 25 o 30 cm, che la maggior parte dei proprietari non è affatto disposta a tollerare. Camini molto grandi potrebbero richiedere prese d’aria ancora sensibilmente maggiori. Infine, per contrastare efficacemente l’effetto camino, ed abbassare il livello di pressione neutra al livello del focolare, se posto ai piani inferiori, senza intervenire sulla canna fumaria, la presa d’aria da realizzare potrebbe dover essere enorme.

C’è anche un’altra considerazione da fare. Una presa d’aria passiva produce un flusso d’aria in risposta ad una differenza di pressione. In inverno, se la presa d’aria è posta al disotto del livello di pressione neutra della casa, e non c’è vento, l’aria entrerà nella casa. Ma se la presa d’aria è collocata sopra il livello di pressione neutra, l’aria uscirà dalla casa.

Anche l’effetto del vento va tenuto in considerazione nel funzionamento di una presa d’aria passiva. Come abbiamo già visto nella sezione sui comignoli, un vento che incontri un ostacolo ad esempio una casa, crea una zona di surpressione nel lato esposto ed una zona di depressione nel lato riparato. Se la presa d’aria è posta nella zona di pressione, il vento forzerà l’ingresso dell’aria all’interno della casa, ma se la presa d’aria è posta sul lato riparato della casa, la zona di depressione prodotta dal vento molto probabilmente risucchierà l’aria fuori, contribuendo a depressurizzare la casa.

Considerando che la depressurizzazione sul lato riparato della casa può raggiungere i 100 Pascal in caso di venti molto forti, se la presa d’aria è collegata direttamente con l’interno del focolare, il risucchio può essere tale da invertire non solo il tiraggio, ma anche la direzione dei fumi e delle fiamme verso l’esterno della casa, attraverso la presa d’aria, con reale pericolo di incendio.

Insomma, una presa d’aria esterna, di per sé, non dà garanzia di buon funzionamento del camino. A seconda del suo posizionamento può in alcuni casi risolvere i problemi di tiraggio, ma il altri può addirittura aggravarli.

La realizzazione di una presa d’aria esterna è comunque imposta dai regolamenti edilizi. Poiché non è indispensabile che si trovi nel locale dove è posto il focolare, si abbia cura di posizionarla sempre sulle pareti perimetrali maggiormente esposte al vento. Se la stanza dove è posta la presa d’aria non è la stessa che ospita il focolare, bisognerà prendere accorgimenti perché il flusso di aria non sia impedito, neanche accidentalmente, realizzando altre feritoie che mettano in comunicazione i vari ambienti, anche a porte chiuse, ed in punti che non possano essere ostruiti, ad esempio, dallo spostamento di mobili. Se, infine, la presa d’aria è collegata con l’interno del focolare, si abbia cura di isolare termicamente il condotto dalle strutture circostanti e, potendo, si installi una valvola tagliafuoco.

Se nessun altra soluzione si rivela efficace nel risolvere il problema dell’inversione del tiraggio, naturale od artificiale, e non si vuole rinunciare ad utilizzare il camino, l’unica soluzione possibile è, oltre all’installazione di una valvola che blocchi l’inversione di tiraggio a freddo, la pressurizzazione artificiale dell’ambiente dove è posto il focolare per mezzo di un ventilatore di immissione, da utilizzare al momento dell’accensione del camino.

Fonti: Alfredo Neri