Stufe per interni ed esterni. Tipologie e caratteristiche

Che cos’è una stufa?

Una stufa è un dispositivo in grado di fornire energia termica (calore) utilizzata per il riscaldamento di una stanza, o anche di una porzione molto localizzata di un ambiente esterno in cui si intende, temporaneamente, soggiornare in maniera confortevole. Ora affinché un qualsivoglia apparato possa fornire calore, per una legge fisica universalmente valida, ossia quella della conservazione dell’energia, esso dovrà essere in grado di trasformare una fonte di energia primaria che lo alimenta.

Volendo entrare nel dettaglio, nel caso della stufa, la fonte energetica primaria può essere:

Il calore prodotto può essere poi ceduto alla stanza o ambiente esterno da riscaldare in due distinte maniere:

Per questo motivo un corpo a temperatura ambiente emetterà onde elettromagnetiche con frequenza inferiore al campo del visibile e quindi nell’infrarosso che l’occhio umano non è in grado di percepire. Se la temperatura cresce e raggiunge circa 700°C la frequenza delle onde elettromagnetiche emesse cresce ed arriva a quella del rosso che è visibile dall’occhio e perciò il corpo riscaldato viene percepito di colore rosso fuoco. Se la sua temperatura cresce ulteriormente ed arriva ai 1200°C le radiazioni emesse cadono nel campo di frequenza del bianco ed il corpo viene percepito dall’occhio come bianco intenso. L’energia trasportata dalle onde elettromagnetiche emesse da un corpo a temperatura T è proporzionale a T4 e perciò cresce smisuratamente all’aumentare di T.

Quando un qualsiasi oggetto viene investito dalla radiazione elettromagnetica che essa ha emesso, si ha trasferimento dell’energia trasportata al corpo che si riscalderà per trasmissione di calore da irraggiamento. E’ questo il motivo per cui, anche con temperature ambientali al di sotto dello 0°C, l’esposizione al sole provoca una sensazione di calore. Ovviamente la trasmissione di calore per irraggiamento non necessita di un mezzo di trasmissione per potersi propagare ed avviene anche nel vuoto dello spazio siderale come accade per la radiazione solare che riscalda la terra.

  • Per convezione termica. La stufa calda è immersa in un fluido che è l’aria che la circonda e che riempie l’ambiente in cui è allocata. L’aria a stretto contatto con la superficie esterna della stufa calda si riscalda e di conseguenza si dilata (aumenta di volume). Per tale effetto la sua densità diminuisce e per la spinta di Archimede sale in alto. Il movimento verso alto dell’aria calda provoca uno spostamento dell’aria fredda che prenderà il suo posto che si è liberato. Si creerà in tal modo un movimento convettivo che gradualmente riscalderà l’intero volume di aria contenuto nell’ambiente e quindi l’ambiente stesso.

Stufe da interno e da esterno.

Naturalmente, tenendo conto di quanto detto, risulta abbastanza evidente che le modalità realizzative di una stufa possono essere amplissime e variano notevolmente in funzione di un gran numero di parametri. Una prima grossa differenziazione viene fatta tra stufe da interno e da esterno.

Stufe da interno.

Come il nome stesso indica le stufe da interno sono progettate e realizzate per riscaldare ambienti chiusi e quindi stanze di appartamenti, locali pubblici, etc. Le stufe da interno hanno generalmente le caratteristiche che seguono:

  • Sono realizzate in maniera che il calore si trasmetta con un mix delle due modalità su descritte. Se, infatti, il calore si trasmette principalmente per irraggiamento sono particolarmente salubri perché non si creano moti convettivi e circolazioni di polveri ma le aree lontane risulteranno fredde e non vi è possibilità di riscaldare stanze vicine. Combinando invece irraggiamento e convenzione si creerà una circolazione di aria calda che in breve riscalderà anche i punti più lontani dalla stufa.

  • Sono realizzate con materiali differenti: in muratura con materiali refrattari, in maiolica o pietra ollare, in ghisa, acciaio. Alcuni di detti materiali (argilla refrattaria, pietra ollare), per loro caratteristiche, sono in grado di accumulare grandi quantità di calore che poi cedono all’ambiente lentamente irraggiandolo con elevata efficienza.

  • Spesso sono di grandi dimensioni ed hanno pareti spesse che vengono riscaldate a temperature anche elevate per combustione che come detto si sviluppa in una camera chiusa e che viene controllata regolando il flusso di aria che vi si adduce. Aria necessaria per alimentare la reazione di combustione che è una reazione con l’ossigeno.

  • Possono essere alimentate o elettricamente o con differenti combustibili liquidi, solidi o gassosi.

Stufe per esterno.

Servono a riscaldare, in condizioni di basse temperature, porzioni limitate di un ambiente esterno come può essere una piccola parte di un giardino o un terrazzo in cui in genere è posizionato un tavolo. Le stufe da esterno hanno generalmente tali caratteristiche:

  • Sono progettate per massimizzare la trasmissione di calore per irraggiamento. Poiché l’ambiente in cui è collocata la stufa non è circoscritto risulterebbe inutile la trasmissione di calore per convenzione.

  • Sono realizzate con materiali differenti: in maiolica, in pietra ollare, acciaio o ghisa.

  • Le più comuni sono alimentate a gas gpl contenuto in bombole o collegate ad un impianto fisso a gas metano, ma esistono anche stufe elettriche ad infrarossi (che utilizzano particolari lampade che emettono calore per irraggiamento).

  • Hanno forme innovative e di grande impatto estetico, particolarmente gradevoli sono le stufe a fungo o a piramide.

  • Si riscaldano rapidamente e consentono un notevole risparmio energetico in quanto riscaldano persone ed oggetti, senza riscaldare l’aria circostante.

  • Devono essere collocate al centro dell'ambiente da riscaldare e lasciano fredde le aree lontane come pure gli ambienti contigui.

 Altre tipologie

Esistono altre numerose tipologie in cui si è soliti differenziare le stufe, in base al materiale con cui sono realizzate abbiamo:

Stufe in maiolica.

Sono solitamente alimentate bruciando legna, cippato (trucioli/pezzettini di legno che vanno da qualche millimetro a pochi centimetri), pellet (cilindretti di diametro 6/8 millimetri e lunghezza 10/30 millimetri ottenuti agglomerando legna triturata).

Trasmettono il calore e riscaldano per irraggiamento.

Sono costruite in materiale refrattario (capace di resistere per lunghi periodi a temperature elevate) e ricoperte di maioliche. Sono stufe ad accumulo nel senso che accumulano il calore che gli viene fornito dalla combustione e poi lo cedono in maniera costante per un tempo ragionevolmente lungo. Le modalità costruttive sono antichissime e risalgono addirittura al neolitico.

Sono realizzate in varie parti:

  • Una camera di combustione chiusa in cui viene bruciato il combustibile.

  • Una serpentina che attraversa in altezza la stufa partendo dalla camera di combustione e che è attraversata dai fumi di combustione. Questi partono dalla camera di combustione con una temperatura di circa 600/700°C ed arrivano all’uscita che è l’ingresso della canna fumaria a poco più di 100°C. Durante il tragitto cedono calore al materiale refrattario in argilla o alla steatite che costituiscono il corpo della stufa e che hanno una massa notevole (almeno 800 Kg).

Il calore viene accumulato nel refrattario e lentamente ceduto all’esterno per irraggiamento. La combustione nella camera deve essere lenta e pertanto la stufa per entrare a temperatura date la gran massa può richiedere anche un giorno. Alcune stufe sono realizzate con maioliche di gran pregio e costituiscono delle vere e proprio opere d’arte.

Approfondisci le caratteristiche delle stufe in maiolica.

Stufe in pietra ollare.

Hanno le medesime caratteristiche delle stufe in maiolica ma non richiedono grandi masse di refrattario in quanto la pietra ollare ha ottime proprietà di accumulo del calore. Sono ovviamente ricoperte anziché di maiolica di pietra ollare. Questa è anche nota come steatite ed ha caratteristiche particolarmente adatte alle stufe di accumulo. Essa ha, infatti, una conducibilità termica circa 10 volte superiore al refrattario in argilla, ha capacità di accumulo di calore 3 volte superiore e peso specifico il doppio.

In qualche modello moderno il tradizionale combustibile a biomassa è stato sostituito con gas (metano o gpl).

Stufe in ghisa.

Hanno un corpo interno di materiale refrattario e sono rivestite esternamente in ghisa. Sono tipicamente alimentata a legna. Negli anni tra le due guerre nel secolo scorso ebbero una gran diffusione per loro praticità, robustezza e contenuto costo di gestione. Le stufe in ghisa sono cadute in disuso per il diffondersi di tecniche di riscaldamento più efficienti e con meno problemi di quelli che comporta l’uso del legno come combustibile.

Una tipologia particolarmente nota in America negli anni 30 ma anche in Italia, perché fu concessa una licenza di produzione ad una fonderia Italiana, fu la Warm mornig.

Puoi approfondire il funzionamento delle stufe in ghisa.

Anche in funzione del tipo di alimentazione le stufe possono suddividersi in un gran numero di modelli di cui i più comuni sono:

Stufe elettriche.

Trasformano l’energia elettrica in calore. Sono generalmente di dimensioni contenute e servono a riscaldare piccoli ambienti o a integrare un riscaldamento esistente. E’ una tipologia di stufa pratica ed economica, non richiede manutenzione, non sporca e per installarla basta una semplice presa di corrente elettrica. Per contro non è il sistema di riscaldamento più economico anzi è uno dei più cari ed inoltre per produrre energia elettrica si bruciano combustibili fossili che immettono gas serra in atmosfera contribuendo al riscaldamento globale del pianeta. Esistono varie tipologie di stufe elettriche e precisamente:

  • Ad effetto Joule. Dell’effetto Joule si è già parlato in precedenza. Dal punto di vista realizzativo sono delle resistenze elettriche (dispositivi che dissipano energia trasformandolo in calore quando percorsi da corrente) che trasformano l’energia elettrica in calore.

  • Alogene. Utilizzano lampade alogene che percorse da corrente si illuminano e producono calore. Le lampade alogene sono speciali lampade ad incandescenza che contengono all’interno del bulbo di vetro che sigilla il filamento oltre ai gas inerti anche lo iodio che è appunto un alogeno. In tal modo si riesce a portare il filamento a temperature molto elevate.

  • A quarzo. Utilizzano come elemento riscaldante delle lampade a quarzo. Le lampade a quarzo sono simili a quelle alogene con la differenza che sono racchiuse in un bulbo di quarzo che ha la proprietà di schermare i pericolosi ultra violetti che la lampada può emettere. Il quarzo è un minerale la cui composizione chimica è SiO2 ossido di silicio.

  • Ad infrarosso. Sono lampade alogene in cui la temperatura del filamento è tale da emettere nell’infrarosso (vedi sopra). Trasmettono il calore per irraggiamento quindi non riscaldano l’aria circostante ma solo i soggetti, sono l’ideale come stufe da esterno.

Stufe a legno.

Sono quelle classiche e derivano direttamente dal camino. Ovviamente usano come combustibile il legno e richiedono una canna fumaria per le espulsione dei fumi. I modelli più moderni hanno una camera di combustione chiusa e sistemi di regolazione dell’apporto di comburente per controllare la combustione. Le moderne stufe a legna hanno una combustione più pulita ed un maggior rendimento grazie ai moderni sistemi che consentono di sdoppiare la combustione in una primaria ed una secondaria.

Nella combustione primaria il legno riscaldato libera i gas di pirolisi: idrogeno, monossido di carbonio, idrocarburi e vapor d’acqua. In quella secondaria si investe questi gas con un opportuno quantitativo di aria (ottenuto regolando in maniera opportuna il flusso di aria comburente che alimenta la stufa) e questi si incendiano liberando ancora calore. In tal modo la combustione sarà completa e libererà soltanto acqua ed anidride carbonica.

Le stufe a legno hanno molti vantaggi:

  • hanno i costi di gestione più bassi in assoluto,

  • non contribuiscono al rilascio in atmosfera di gas serra (l’anidride carbonica immessa è esattamente quella che la pianta aveva sottratto per crescere) e se la combustione è ben controllata inquinano in maniera trascurabile.

Per contro il legno sporca è scomodo da maneggiarsi e se la combustione non è ben controllata può produrre monossido di carbonio che è letale, necessitano di canna fumaria.

Stufe a Pellet.

Bruciano cilindretti di legno triturato ed agglomerato delle dimensioni di poche decine di millimetri di altezza tra 10 e 30.

Sono economiche nella gestione, ecologiche, sicure, completamente automatizzate ed il combustibile che è il pellet è facile e pulito da maneggiarsi. Hanno però alcuni svantaggi: un prezzo di acquisto elevato, richiedono l’alimentazione elettrica, sono un meccanismo complesso e quindi necessarie di periodica assistenza, necessitano di canna fumaria.

Per coloro interessati a maggior dettagli consigliamo l’articolo dedicato.

Approfondisci caratteristiche e funzionamento delle stufe a pellet.

Stufe a gas.

Usano ovviamente come combustibile un gas. Sono di due tipi:

  • A gpl.Dove gpl è l’acronimo di gas di petrolio liquefatto ossia butano e/o propano. Il gas come il nome stesso indica si ricava per raffinazione del petrolio e viene liquefatto a pressione elevata. Viene stivato in apposite bombole che sono allocate in un apposito vano contenuto nel corpo della stufa. Le stufe alimentate da gpl contrariamente a quanto si crede sono alquanto sicure e dotate di due controlli di sicurezza. Di questi uno sorveglia che la fiamma non si spenga accidentalmente facendo defluire il gas incombusto. Se ciò si verifica aziona una valvola che immediatamente blocca l’erogazione del gas. Il secondo dispositivo misura la percentuale di CO2 (anidride carbonica) presente nella stanza se questa travalica determinati livelli aziona la valvola che blocca l’erogazione di gas. Le stufe a gpl sono essenzialmente di 2 tipi e precisamente:
    • Catalizzate. Dispongono di un pannello radiante che fa da catalizzatore alla reazione di combustione del gas. Esso è costituito da una sorta di nido d’api di speciali materiali (i migliori sono metalli nobili come platino o iridio o rodio ma possono essere usati anche alcuni ossidi che sono meno costosi). Il pannello (pannello radiante che fa da catalizzatore) viene riscaldato a circa 200 gradi ed investito dalla miscela di gas e comburente. Il catalizzatore accelera la reazione di ossidazione e fa si che essa avvenga completamente ed a temperatura più bassa. In tale maniera i sottoprodotti della reazione saranno solo acqua ed anidride carbonica con percentuali irrisorie del pericoloso monossido di carbonio. Date tali caratteristiche le stufe catalizzate non necessitano di canne fumarie. Inoltre la bassa temperatura di combustione e quindi del pannello radiante fa si che questo emetta radiazioni nello spettro dell’infrarosso che riscalderanno i corpi in prossimità della stufa per irraggiamento.

    • Catalizzate con pannello ad infrarossi. Sono simili alle catalizzate ma con un pannello radiante in materiale ceramico. Questo ha la capacità di funzionare da accumulatore di calore e disperderlo poi lentamente per irraggiamento in tal maniera aumenta l’efficienza termica.

  • A metano. Utilizzano come gas combustibile il metano pertanto richiede che il sito in cui va installata l’apparato sia raggiunto dalla rete di metanizzazione. Anche queste tipologie di stufe sono dotate di pannello catalizzatore e quindi non richiedono canna fumaria.

Le stufe a gas sono comode e semplici da usarsi, hanno costi di gestione abbastanza contenuti, sono dispositivi non costosi, non richiedono canna fumaria, non sono inquinanti. Le loro controindicazioni sono: richiedono allacciamento alla rete del metano o l’uso di bombole, sono alimentate da prodotti che si ottengono da combustibili fossili e quindi contribuiscono alle emissioni di CO2 in atmosfera e sono risorse non rinnovabili.

Stufe a bioetanolo.

Bruciano il bioetanolo o semplicemente etanolo. Questo è un alcool che si ottiene per fermentazione di amidi e zuccheri ma anche da lavorazione di biomasse come scarti di potature e colture su terreni marginali. Le stufe a bioetanolo sono semplici da installarsi, infatti, non richiedono canna fumaria in quanto la combustione dell’alcool dà come sottoprodotto solo acqua e anidride carbonica ed il costo di gestione dell’apparato non è elevato ma possono scaldare solo ambienti contenuti e quindi vanno abbinati ad altri sistemi di riscaldamento.

Informazioni Sugli Autori: Dottor Giuseppe Travaglione

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