Materiali Coibenti: Isolamento Termico e Materiali a Cambiamento di Fase

MATERIALI COIBENTI

Per limitare il consumo di energia primaria, e quindi per ridurre l'immissione nell'atmosfera di anidride carbonico CO2, occorre limitare le dispersioni termiche attraverso l'involucro. Occorre ridurre le dispersioni attraverso le chiusure d'ambito verticali, il primo calpestio e la copertura dell'edificio. Per conseguire questo obiettivo occorre ridurre la Trasmittanza termica U degli elementi dell'involucro, ovvero aumentare la loro Resistenza termica R. A tal fine possono essere utilizzati i cosiddetti materiali coibenti caratterizzati da valori della conduttività , bassi.

IL RUOLO DELL'ARIA SECCA IN QUIETE

In termodinamica il coibente è un materiale caratterizzato da un basso valore della conduttività e quindi capace di ridurre il flusso termico attraverso una parete di separazione di due ambienti a differente temperatura. Nel campo dell'edilizia, in particolare, si definiscono coibenti, o isolanti termici, i materiali caratterizzati da una conduttività A inferiore a 0,116 W/m K L'isolante termico per eccellenza è l'aria secca in stato di quiete, ed è proprio l'aria in stato di quiete il componente che consente lo sviluppo delle notevoli proprietà isolanti dei materiali coibenti.

CLASSIFICAZIONE DEI MATERIALI COIBENTI

I materiali coibenti si possono classificare, dal punto di vista materica, in

• coibenti minerali,
• coibenti vegetali,
• coibenti sintetici,
• complessi coibenti prefabbricati
• materiali di nuova generazione

PROPRIETÀ DEI COIBENTI

Ai materiali coibenti sono richieste specifiche proprietà. Nella tabella sono indicate le principali proprietà ed i criteri di qualificazione. Materiale Resistenza AC AB F U C [bar] 2 a 20 ℃ [W/m K Legenda AC Agenti chimici U Umidità bn buona AB Agenti biolog. C Compressione sf sufficiente F Fuoco SC scarsa 6

COIBENTI MINERALI

Per isolanti minerali si intendono tutti quei prodotti i cui componenti di base sono totalmente, o in percentuale maggiore, di tipo minerale. La LANA DI ROCCIA è un materiale naturale con proprietà termiche ed acustiche, incombustibile e biosolubile, ed è ottenuta dalla fusione dei componenti minerali, opportunamente selezionati e dosati.

COIBENTI MINERALI: FIBRE DI VETRO

Materiale Resistenza AC AB F U C [bar 2 a 20 °℃ [W/m K] Fibre di vetro bn bn bn bn 0,002 a 0,5 0,032 a 0,040 Vetro cellulare Y = 125kg/m3 bn bn bn bn 0,050 y = 135kg/m3 bn bn bn bn 0,052 Lana di roccia bn bn bn bn 0,015 a 0,060 0,032 a 0,061 Perlite sciolta bn bn bn bn 0,050 Perlite conglomerata bn bn bn bn 15 a 30 0,24 a 0,31 Vermiculite sciolta bn bn bn bn 0,05 a 0,059 Vermiculite conglomerata bn bn bn bn 8 a 15 0,13 a 0,23 Argilla espansa sciolta bn bn bn bn 0,087 8

COIBENTI VEGETALI

I coibenti vegetali sono quei materiali i cui componenti di base sono essenzialmente di origine vegetale Materiale Resistenza AC AB F U C [bar] 2 a 20 °℃ [W/m K] Sughero agglomerato espanso bn sf SC SC 3 0,038 a 0,043 Pannelli in fibre di legno bn sf SC SC 2,3 0,054 a 0,067 Pannelli di particelle lignee bn sf SC SC 2,0 0,15 a 0,16 Pannelli di paglia bn sf SC SC compressa 0,104 a 0,116 Pannelli in fibre di legno e cemento bn sf bn sf 2 a 3 0,093 a 0,151 Cellulosa sf sf bn sf 0,037

COIBENTI VEGETALI: PANNELLI

I pannelli per l'isolamento termico di origine vegetale sono prodotti con sistemi a ridotta emissione di energia utilizzando materiali ecocompatibili e rinnovabili. Pannello in fibra vegetale

COIBENTI SINTETICI

I coibenti sintetici sono il prodotto della chimica moderna e derivano, per la massima parte, dalla lavorazione dei distillati del petrolio Materiale Resistenza AC AB F U C [bar 2 a 20 °℃ [W/m K] Polistirolo espanso da blocchi ad umido bn bn sf SC 0,6 a 0,9 0,037 a 0,044 stabilizzato bn bn sf SC 1,2 0,034 a 0,040 termo-compresso bn bn sf bn 0,4 a 0,6 0,036 a 0,040 estruso bn bn sf bn 1,9 a 3,9 0,027 a 0,029

COIBENTI SINTETICI: POLIURETANO

Materiale Resistenza AC AB F U C [bar 2 a 20 ℃ [W/m K] Poliuretano y = 35 kg/m3 bn bn sf sf 1,8 0,030 y = 50 kg/m3 bn bn sf sf 3 0,032 y= 60 kg/m3 bn bn sf sf 4 0,034 y = 70 kg/m3 bn bn sf sf 6 0,044 Policloruro di vinyle in schiuma rigida bn bn sf sf 2 a 12 0,031 a 0,033 Formofenolo in schiuma bn bn sf SC 2 a 6 0,037 a 0,041 Fornurea in schiuma bn bn sf 0,031

COIBENTI SINTETICI: PANNELLI

Pannelli in poliuretano con rivestimento flessibile. Pannelli in polistirene espanso sinterizzato.

COMPLESSI COIBENTI PREFABBRICATI

I complessi isolanti sono quei prodotti prefabbricati costituiti dall'insieme di un isolante termico e di altri materiali. Materiale Peso specifico [kg/m3] 2 a 20 K [W/m K] Calcestruzzo alleggerito con argilla espansa 1000 0,30 800 0,25 con polistirolo 800 0,25 500 0,11 con pomice 1000 0,30 800 0,25

COMPLESSI COIBENTI PREFABBRICATI: CALCESTRUZZO CELLULARE

Materiale Peso specifico [kg/m3] λ a 20 K [W/m K] Calcestruzzo cellulare prodotto in stabilimento celcon 496 a 800 0,084 durox 592 a 832 0,11 siporex 496 0,10 termolite 452 0,16 siltong 600 a 800 0,12 Calcestruzzo cellulare prodotto in cantiere tipo leggero 300 a 600 0,06 a 0,11 tipo medio 700 a 1100 0,12 a 0,24 tipo pesante 1200 a 1600 0,25 a 0,50

INNOVAZIONE TECNOLOGICA

L'innovazione tecnologica si è sviluppata secondo due indirizzi: Evoluzione dei materiali tradizionali Evoluzione delle tecniche costruttive e miglioramento delle caratteristiche prestazionali Materiali innovativi Ricerca e sperimentazione di prodotti con caratteristiche prestazionali elevate J

• Termoblocchi in laterizio alveolato
• Blocchi LECA (Light Expanded Clay Aggregate)
• PCM (Phase change Materials)
• TIM (Transparent Insulation Materials)
• VIP (Vacuum Insulation Panels)

EVOLUZIONE DEI MATERIALI TRADIZIONALI

Le prestazioni complessive sono state migliorate con l'aumento delle caratteristiche di leggerezza, con la riduzione degli spessori e con nuove qualità funzionali ed estetiche. Termoblocchi con elevate prestazioni di isolamento termico Blocchi rettificati in laterizio alveolato con fori saturati di perlite. Impiegato per murature monostrato. Laterizi alveolati ad alte prestazioni termiche per murature portanti laterizio alveolato - perlite Spessore = 30 cm U = 0.25 W/m2K

EVOLUZIONE DEI MATERIALI TRADIZIONALI: BLOCCHI PLURISTRATO

Blocchi pluristrato solidarizzati industrialmente blocco di calcestruzzo di argilla espansa Leca + un pannello isolante di polistirene ad alta densità arricchito con grafite + un secondo blocco esterno di calcestruzzo Leca a protezione del pannello isolante. blocco in cls di argilla espansa LECA polistirene ad alta densità con grafite Spessore = 30 cm U = 0.27 W/m2K

MATERIALI INNOVATIVI: PCM (PHASE CHANGE MATERIALS)

PCM (phase change materials) Sono materiali che cambiano il proprio stato da solido a liquido e viceversa in funzione di piccole escursioni termiche, assorbendo e trattenendo il calore

MATERIALI A CAMBIAMENTO DI FASE APPLICATI ALL'EDILIZIA: ORGANICI

Organici Paraffine Sono miscele di idrocarburi saturi derivate dalla distillazione del petrolio VANTAGGI E SVANTAGGI - chimicamente stabili - non corrosive - non tossiche - bassa conduttività termica - calore di fusione elevato - costose - combustibili (poco infiammabili) - elevate dilatazioni volumetriche

PCM (PHASE CHANGE MATERIALS): INORGANICI

PCM (PHASE CHANGE MATERIALS) Sono materiali che cambiano il proprio stato da solido a liquido e viceversa in funzione di piccole escursioni termiche, assorbendo e trattenendo il calore

MATERIALI A CAMBIAMENTO DI FASE APPLICATI ALL'EDILIZIA: SALI IDRATI

Inorganici Sali idrati Sono composti chimici costituiti da molecole di sale combinate con molecole di acqua VANTAGGI E SVANTAGGI - bassa conduttività termica - economici - non infiammabili - elevato calore di fusione - corrosivi per alcuni metalli - si deteriorano nel tempo - occorre un contenimento a tenuta d'aria

TRAPUNTE CON PCM

PCM, inizialmente sviluppati dalla NASA , da alcuni anni sono in fase di studio e di sviluppo d'applicazione nell'architettura ecosostenibile Trapunte formate da bustine in polimero con all'interno PCM e inserite fra due lastre in gesso rivestito Occorre assicurare la resistenza alla foratura e la tenuta delle bustine.

PANNELLI E TRAPUNTE PCM

Pannelli con Micronal PCM (microcapsule) pronti all'uso costituiti per il 30 % da PCM Trapunte formate da bustine in polimero con all'interno PCM e inserite fra due lastre in gesso rivestito

FACCIATA PLURISTRATO GLASS X

GLASS X PCM La facciata pluristrato prodotta da Glass X è costituita da quattro lastre di vetro con tre intercapedini contenenti, pannelli frangisole, gas nobili e pannelli a cambiamento di fase. 1. pannelli frangisole 2. gas nobili 3. pannelli a cambiamento di fase Garantisce un'illuminazione naturale interna diffusa; è dotata di un'elevata inerzia termica e una bassa conduttività termica. Per uno spessore totale di 78 mm si ha U = 0,48 W/m2K. 1 2 3

TIM (TRANSPARENT INSULATION MATERIALS)

I Materiali Isolanti Trasparenti (TIM) presentano una capacità isolante pari a quella delle fibre di vetro. La loro applicazione nell'involucro rende possibile:

• un notevole risparmio energetico, grazie allo sfruttamento passivo dell'energia solare;
• un miglioramento del comfort termico e visivo dell'ambiente interno, grazie al basso valore di trasmittanza termica e all'elevato valore di trasmissione della luce. La facciata di questa scuola è interamente rivestita con pannelli TIM.

TIM (TRANSPARENT INSULATION MATERIALS): APPLICAZIONI

I materiali isolanti trasparenti sono applicati principalmente in due modi:

• come strato esterno di un muro opaco per ridurne le dispersioni di calore,
• come componente trasparente per migliorare le condizioni di illuminazione (grazie alla possibilità di ampliare la superficie finestrata senza aumentare le dispersioni termiche e quindi i consumi energetici).

CLASSIFICAZIONE DEI TIM

I materiali isolanti trasparenti possono essere classificati in due categorie:

• Gli aerogel omogenei e granulari, di natura inorganica (ad es. aerogel di silice: materiale caratterizzato da una struttura porosa costituita da sfere microscopiche di silice, prodotto in lastre monolitiche 60x60)
• I policarbonati con struttura a nido d'ape, di natura organica. La struttura a nido d'ape è costituita da parallelepipedi di lato 4-5 mm e di altezza 10 cm. Tim a nido d'ape .