Cos’è un materiale isolante?

Con la sempre maggiore visibilità dei concetti di risparmio energetico e di Casa Passiva, si sente sempre più spesso parlare di isolamento degli edifici.

In questo articolo, illustriamo cos’è un materiale isolante, cercando di fare chiarezza sull’argomento, e di sfatare alcuni luoghi comuni.

L’efficienza energetica di un edificio, così come il comfort all’interno dei suoi ambienti, derivano in primo luogo dalla qualità del suo involucro termico. Questo vale sia in termini di riscaldamento invernale, che di raffrescamento estivo.

Il primo principio per ottenere questo, è di disaccoppiare l’ambiente interno da quello esterno, in modo da poter controllare le condizioni interne (temperatura e umidità), con il minimo dispendio di energia.

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Schema esemplificativo di un edificio passivo: in giallo, l’isolamento delle strutture dell’involucro termico

Al di là della compattezza dell’edificio, che rimane di primaria importanza, questo disaccoppiamento termico viene eseguito inserendo uno o più materiali isolanti nelle strutture dell’involucro (pareti, tetto, serramenti). In aggiunta a questo, l’involucro deve essere realizzato a tenuta all’aria.

DA COSA CI ISOLIAMO?

In primo luogo, occorre distinguere da cosa vogliamo isolare l’ambiente interno.

I tre principali fenomeni esterni dai quali ci si vuole isolare sono:

– il freddo;

– il caldo;

– il rumore.

Ai fini dell’efficienza energetica dell’edificio, le strutture che vanno isolate sono quelle che costituiscono l’involucro termico del fabbricato, ossia che racchiudono la porzione riscaldata/raffrescata dell’edificio.

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La Casa Passiva di Andrew Michler nei pressi di Fort Collins, in Colorado

In questo articolo, affrontiamo il primo punto, ossia l’isolamento termico invernale (dal freddo), mentre dedicheremo successivi articoli alla performance estiva delle strutture opache (“isolamento” dal caldo), e all’isolamento acustico.

TIPI DI MATERIALI ISOLANTI

I materiali isolanti si distinguono sostanzialmente in due famiglie: materiali che isolano per conduzione (ossia, i materiali che ritardano il passaggio di calore per conduzione), e materiali che isolano per irraggiamento (ovvero, che riducono le dispersioni per irraggiamento). Questo articolo è dedicato al primo gruppo.

Il funzionamento termico delle vetrocamere (vetri doppi, tripli ecc.) è sostanzialmente diverso, e avremo modo di dedicare un articolo specifico sull’argomento.

ISOLAMENTO PER CONDUZIONE

Fondazione perfettamente isolata da isolamento continuo

Un esempio di materiale isolante per conduzione: il vetro cellulare, sotto forma di pannelli (neri, in verticale) e di ghiaia

Per tutti i materiali che isolano per conduzione, ad isolare non è tanto il materiale in sè, bensì l’aria ferma che in questo viene intrappolata (o l’assenza di questa, nel caso dei pannelli sottovuoto).

In generale, quindi, un materiale isolante è un materiale leggero, perchè deve contenere molta aria.

ANIT insulation

Schematizzazione del flusso di calore all’interno di un materiale isolante: la trasmissione avviene con una combinazione di conduzione, convezione e irraggiamento all’interno del materiale stesso (fonte: ANIT)

La capacità di un materiale di isolare è descritta dal suo valore lambda (che rappresenta in realtà l’inverso, ossia la capacità del materiale di disperdere calore).

In generale, la capacità isolante varia in base al tipo di materiale (sughero, lana di roccia ecc.), ma anche in base alla sua densità, che può variare dai 20 ai 250 kg/m3 in base al tipo di materiale e alla destinazione d’uso del singolo elemento.

Lambda and density

La conducibilità termina di un materiale isolante (EPS), in base alla sua densità (fonte: MAICO)

Tanto più è basso il valore lambda del materiale, tanto più questo risulta “isolante”. Tenendo questo in mente, valori tipici di lambda (*) sono i seguenti, dal più performante al meno performante:

PUR: 0,024 W/mK;

EPS con grafite: 0,031 W/mK;

Lana di roccia: 0,036 W/mK;

Fibra di legno: 0,039 W/mK;

Sughero: 0,045 W/mK.

(*) Quelli riportati sono valori di lamba dichiarato: in un nostro articolo, avremo modo di illustrare la differenza tra lambda dicharato e lambda di progetto.

LUOGHI COMUNI SUI MATERIALI ISOLANTI

In generale, si considera “materiale isolante” un materiale in cui lambda si aggira attorno ai 0,040 W/mK.

Un primo luogo comune, molto diffuso tra i non addetti ai lavori, è che le case “vecchie” in muratura o sasso siano già molto “isolate”. Con un lambda equivalente indicativo di 1,4 W/mK, una muratura di pietra “disperde” 35 volte più calore di un materiale isolante medio!

Per rispettare i soli limiti di legge (Emilia Romagna, zona E, ottobre 2015),  lo spessore di questa muratura dovrebbe essere di almeno quattro metri, e di oltre nove metri per raggiungere il livello di una Casa Passiva.

Nuraghe

L’unico edificio in pietra sufficientemente isolato: il nuraghe sardo

IL LEGNO E’ UN MATERIALE ISOLANTE?

Un secondo luogo comune, molto diffuso anche tra i tecnici, è che il legno sia un materiale isolante. Con un lambda medio di 0,13 W/mK (legno di abete), il legno conduce oltre tre volte di più il calore rispetto ad un materiale isolante.

Il legno non è un materiale isolante.

Come luogo comune secondario, molti credono che gli elementi strutturali in legno non rappresentino un ponte termico, quando attraversano uno strato di isolante

Thermal bridge wooden balcony

Il ponte termico dato da un balcone in legno su una struttura in X-Lam con isolamento esterno in lana di roccia. A destra, l’andamento delle isoterme

Vedete le isoterme, a destra? Vedete che si curvano in corrispondenza del balcone in legno? Quello è un ponte termico.

Come illustrato nell’analisi agli elementi finiti qui sopra, un elemento in legno che interrompe uno strato isolante, costituisce ponte termico. L’entità di questo ponte è senza dubbio inferiore rispetto a quanto avverrebbe se l’elemento fosse in metallo o in calcestruzzo, ad esempio.

Nel caso di edifici ad alta efficienza energetica o Case Passive, tuttavia, occorre tenere conto anche dei ponti termici costituiti dagli elementi in legno: tanto più performante è l’edificio, tanto più preciso deve essere il calcolo. Nel caso del balcone in legno di cui sopra, il ponte termico non crea problemi dal punto di vista delle temperature interne (fRsi = 0,94); tuttavia il valore PSI del ponte termico è pari a 0,0247 W/mK: questo valore non è trascurabile ai fini energetici, e va tenuto in considerazione nel bilancio energetico dell’edificio.

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