L’efficienza energetica degli edifici è diventata una priorità per progettisti e costruttori. L’isolamento termico degli edifici è un elemento cruciale per migliorare l’efficienza energetica e ridurre i consumi. A fronte dell’aumento degli interventi di riqualificazione energetica, la scelta del materiale isolante gioca un ruolo fondamentale per assicurare il comfort abitativo e il rispetto delle normative.
Cos'è la Conducibilità Termica?
La conducibilità termica, detta anche conduttività termica, indica l’attitudine di un materiale a trasmettere il calore; minore è il suo valore e maggiore sarà la capacità isolante del materiale preso in considerazione. Al contrario, maggiore sarà il suo valore più bassa risulterà la capacità isolante della struttura.
Studiare il comportamento dell’edificio e progettare adeguatamente l’involucro dal punto di vista energetico mediante l’apposito software per la certificazione energetica è di fondamentale importanza per assicurare il risparmio energetico. Infatti migliore è il comportamento termico di un edificio, maggiore sarà il comfort interno.
La conduttività termica, espressa dal simbolo λ (lambda) o dalla lettera k, è una proprietà fisica dei materiali che misura la capacità di conduzione del calore. Essa dipende solo dalla natura del materiale, non dalla sua forma.
Nello specifico, la conducibilità termica è il rapporto tra:
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- il flusso di calore, cioè la quantità di calore trasferita nell’unità di tempo attraverso l’unità di superficie;
- il gradiente di temperatura che provoca il passaggio del calore nel caso della conduzione termica (ovvero quando i contributi al trasferimento di calore per convezione e per irraggiamento termico siano trascurabili).
Minore è il suo valore, tanto migliore è il potere isolante del materiale. Un isolante termico è un materiale usato in edilizia (e non solo) ed è caratterizzato dal fatto di costituire una barriera al passaggio del calore (ha cioè poca capacità di condurre il calore).
Ad esempio, se consideriamo due isolanti termici dello stesso spessore, uno con conducibilità termica di 0.034 W/mK e l’altro di 0.036 W/mK, l’isolante termico migliore sarà quello con il valore minore di conducibilità termica 0,034 W/mK. Sarà cioè l’isolante che, a parità di spessore, si lascia attraversare da un minore flusso di calore.
Formula della Conducibilità Termica
La conduttività termica viene misurata come quantità di calore, espressa in Watt per ora, che attraversa uno strato di spessore pari a 1 m con un’area di 1 m², quando la differenza di temperatura agli estremi del materiale è di un grado.
Questa grandezza può essere calcolata mediante la seguente formula:
λ = W · h · m / (h · m² · K)
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dove:
- W è la quantità di calore per ora;
- h è il tempo;
- m è lo spessore;
- m2 è l’area;
- K è la differenza di temperatura misurata in gradi Kelvin.
Quanto più il valore di λ è basso, tanto migliore è il potere isolante del materiale. I materiali isolanti tipici hanno all’incirca valori di λ= 0,01 ÷ 0,06 W/m K.
Valori di Conducibilità Termica dei Materiali più Comuni
Di seguito, alcuni valori della conducibilità termica per i materiali più comunemente impiegati nell’ambito delle costruzioni edilizie:
- argilla espansa: λ=0.09 (w/mk);
- lana di vetro/di roccia: λ=0.04 (w/mk);
- polistirolo espanso: λ=0.04 (w/mk);
- polistirolo estruso: λ=0.035 (w/mk);
- poliuretano espanso: λ=0.03 (w/mk).
La conduttività è un parametro caratteristico dei materiali che deve essere indicato nei parametri termo fisici che li caratterizzano. Influenza direttamente il comportamento dell’intera stratigrafia e la sua capacità di non disperdere calore. In inverno, per mantenere una temperatura confortevole negli ambienti interni non basta riscaldare l'aria: è necessario che la temperatura delle pareti sia abbastanza elevata da non diminuire la temperatura interna dell'ambiente. Tale effetto si ottiene riducendo gli scambi termici con l'esterno, e cioè isolando termicamente l'involucro dell'edificio.
Caratteristiche Importanti dei Materiali Isolanti
- Conducibilità termica (W/mK): Indica la capacità di trasmettere più o meno bene il calore. Rappresenta la prestazione isolante del singolo materiale.
- Densità (kg/m³): È il peso in una unità di volume di un materiale. D'estate sono preferibili alti valori di massa volumica a parità di spessore e conducibilità termica.
- Calore specifico (J/kgK): È la quantità di calore necessaria per far variare di 1°C la temperatura di 1kg del materiale considerato. Indica l'attitudine di un materiale ad accumulare calore. D'estate sono preferibili alti valori di calore specifico a parità di spessore e conducibilità termica.
- Diffusività (m²/s): È la capacità di un materiale di diffondere il caldo e il freddo.
- Permeabilità al vapore: È un indice (μ) indicante la resistenza alla diffusione del vapore offerta da un materiale. Valori inferiori a 10 indicano una notevole permeabilità al vapore, mentre valori superiori a 500 indicano che il materiale è difficilmente attraversabile dal vapore. La permeabilità al vapore è una proprietà particolarmente influente sul comfort abitativo.
Impatto Ambientale dei Materiali Isolanti
Per una scelta ambientalmente sostenibile del materiale, a parità di prestazioni isolanti è preferibile un materiale con bassa energia inglobata (per energia inglobata si intende l'energia utilizzata per la produzione del materiale). Fonte: L'isolamento ecoefficiente - Guida all'uso dei materiali naturali, di Alessandro Fassi e Laura Maina. Edizioni Ambiente, 2009.
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La scelta del materiale isolante è influenzata da diversi fattori, tra cui:
- Approvvigionamento
- Produzione: Valutare consumo di energia e inquinamento.
- Lavorazione e messa in opera: Alcuni materiali isolanti necessitano, durante la messa in opera, dell'uso di sostanze nocive per l'ambiente come collanti o additivi.
- Fase di esercizio
- Dismissione: Alla fine della vita utile del materiale, come componente dell'involucro, questo può essere riutilizzato, recuperato, riciclato o eliminato.
Nuove Tecnologie: Vacunanex®
Vacunanex® sfrutta la tecnologia Nanex® a base di silice microporosa nanotecnologica; le particelle sferiche microporose hanno dei punti di contatto nanometrici e quindi la conduttività termica per contatto di corpi solidi viene ridotta al minimo possibile. Inoltre, i micropori minimizzano anche la trasmissione termica per convezione.
Il processo di produzione di Vacunanex® utilizza tecnologie o materiali a basso impatto ambientale. Il processo produttivo non prevede l’utilizzo di attrezzature o macchinari alimentati a combustibile, la produzione del core material avviene per semplice compattazione in pressa, dopodiché la lastra (che si chiama MICROBIFIRE, altro prodotto eccellente) viene imbustata sottovuoto.
Se non ci si limita a rispettare i minimi di norma, è facilissimo posare uno spessore più alto (20 mm) e raddoppiare il potere isolante di progetto.
Caratteristiche Chiave dei Materiali Isolanti
Un materiale isolante è un materiale che riduce il trasferimento di calore tra due superfici.
- Bassa conducibilità termica λ: La prima caratteristica di un materiale isolante è la conducibilità termica che deve essere la più bassa possibile. Per definizione un isolante deve condurre poco calore e in fisica tecnica questa caratteristica si indica con la lettera greca λ. Al contrario dei metalli che hanno un λ elevato, gli isolanti sono tanto più di qualità tanto più λ è basso.
- Alta Capacità termica: La capacità termica ci da utili indicazioni del comportamento estivo di un materiale isolante. Viene espressa in termini di calore specifico (J/KG/K) valore che indica la quantità di calore necessaria per far variare di 1°C la temperatura di 1kg del materiale considerato. Più alto è tale valore e migliore sarà il comportamento estivo del materiale.
- Alta Densità ρ: La densità del materiale, che viene espressa con il simbolo greco ρ esprime il peso specifico del materiale e tanto più è elevato questo valore, tanto migliore sarà il comportamento estivo dell'isolante.
- Alta traspirabilità μ: Il valore μ esprime il grado di traspirabilità di un materiale isolante, quindi il comportamento in presenza di umidità e vapore. Se questo valore è elevato significa che il materiale isolante è in grado di traspirare.
- Alta resistenza al fuoco: La resistenza al fuoco di un materiale isolante è la sua capacità di resistere ad un incendio. In questo caso contano le classi europee di resistenza al fuoco che vanno da A1 ad F. Va detto che sono pochi i materiali isolanti in grado di resistere al fuoco in modo ottimale.
- Buon comportamento acustico: Generalmente un buon comportamento acustico si ottiene con una bassa rigidità dinamica, cosa che riduce le frequenze di risonanza.
Classificazione dei Materiali Isolanti
Gli isolanti si distinguono in varie tipologie di prodotti a seconda della natura del materiale impiegato. Per le loro caratteristiche molti prodotti hanno proprietà isolanti sia termiche che acustiche.
I materiali isolanti si possono anche classificare in isolanti a celle aperte, quando la massa di cui sono costituiti è formata da pori o celle comunicanti tra loro. Mentre si diranno "a celle chiuse" i materiali isolanti in cui le celle non sono comunicanti. In generale tutti i materiali espansi di origine sintetica rientrano nella categoria a celle chiuse.
Dimensioni degli isolanti:
I materiali isolanti per edilizia si presentano in differenti configurazioni morfologiche:
- pannelli piani rigidi e semi-rigidi
- materassini flessibili
- in forma granulare, cioè di piccole sfere irregolari
- in forma di schiuma che viene proiettata allo stato fluido ed indurisce al contatto con l'aria
- in forma di fibre sfuse
Tipi di Isolanti
In linea di massima la maggior quota di mercato degli isolanti è detenuta dai materiali sintetici, in particolare i pannelli di poliuretano e di polistirene la fanno da padroni. Anche se ultimamente, grazie anche alle agevolazioni fiscali ed ai bonus concessi in caso di interventi di isolamento, si stanno diffondendo le fibre minerali che hanno un costo più elevato.
Ma vediamo i diversi tipi di isolanti ed i loro principali utilizzi.
- Argilla espansa: L'argilla espansa (λ = 0,09): è costituita da sfere di argilla cotta a 1200 °C, leggera e abbastanza resistente alla pressione, con buona resistenza al fuoco e ai parassiti; la sua porosità la rende anche un isolante acustico. È impiegata in intercapedini, massetti, pannelli prefabbricati e calcestruzzi leggeri.
- Perlite espansa: La perlite espansa (λ = 0,04): è ricavata da una roccia vulcanica, frantumata e riscaldata fino a 1000°C, con conseguente rigonfiamento causato dal vapore interno agli alveoli; leggera e granulare, è usata in intercapedini, malte e intonaci isolanti.
- Vermiculite espansa: La vermiculite espansa (λ = 0,07): è ricavata da rocce vulcaniche, frantumate e riscaldate in modo da far espandere il vapore interno; commercializzata in diverse granulometrie, è impiegata per massetti, coperture, malte e intonaci isolanti.
- Vetro cellulare: Il vetro cellulare (λ = 0,040): ricavato da vetro riciclato (66%), sabbia quarzosa e altri additivi, viene cotto a 1250 °C, con formazione di bolle di gas che espandono la miscela. Commercializzato in pannelli e lastre facilmente lavorabili, è impermeabile e pertanto viene impiegato in rivestimenti di esterni. La sua produzione richiede un notevole dispendio energetico.
- Lana di vetro: La lana di vetro (λ = 0,035): è ottenuta da vetro miscelato a sabbia quarzosa, filato a 1400 °C; con l'aggiunta di un legante, che le conferisce la tipica colorazione gialla, può essere confezionata in feltri o materassini di vari spessori, in pannelli racchiusi da foglio di alluminio o materiale sintetico. Durevole e inattaccabile da aggressivi chimici, richiede però un alto dispendio energetico per la produzione.
- Lana di roccia: La lana di roccia (λ = 0,035) è del tutto analoga alla lana di vetro, è però ricavata da una miscela di rocce (diabase, dolomite e basalto).
- Sughero: Il sughero (λ = 0,040): ricavato dalla corteccia della quercia da sughero, viene granulato e assemblato in fogli o pannelli; è leggero, lavorabile ed ecologico.
- Canapa: Canapa (λ = 0,040): dalle fibre della canapa, talvolta miste a lana di pecora, trattate con sostanze ignifughe, si ottengono materassini o pannelli, resistenti ai parassiti e con buona capacità di accumulo del calore.
- Fibra di legno: La fibra di legno (λ = 0,04) si ottiene dal legno, mescolando le fibre con allume e poi comprimendo il tutto si ottengono pannelli/materassini impiegati in ambienti interni.
- Polistirolo: Il polistirolo espanso o estruso (λ = 0,035) è un derivato dal petrolio, ridotto in pannelli o lastre è leggerissimo, lavorabile ed economico, ma la sua produzione ha un notevole impatto ambientale.
- Poliuretano: Poliuretano (λ = 0,030): ottenuto dal petrolio con processi chimici complessi a base di sostanze pericolose, è un materiale poroso, con buona rigidità di forma; può essere disponibile sotto forma di schiume per intercapedini. In caso di incendio può sprigionare sostanze tossiche.
Come Scegliere l'Isolante Giusto
La scelta di un isolante richiede un incontro tra il committente, il progettista/direttore dei lavori ed uno dei nostri tecnici del settore edilizia. Assieme si valutano le esigenze in base alla destinazione degli isolanti ed alle caratteristiche della casa, alle stratigrafie dell'involucro e agli obiettivi non solo termici ma anche acustici che si vogliono ottenere. Si passa all'analisi delle alternative che soddisfano le richieste e quindi all'analisi economica che considera il costo dell'isolante ed una stima dei costi di installazione/posa in opera. A quel punto conoscerai i pro ed i contro dei differenti prodotti e potrai orientarti tra i prezzi dei differenti materiali e scegliere, assieme al tuo progettista, l'isolante perfetto per casa tua.
Ecco una tabella del costo degli isolanti al metro quadrato ipotizzando uno spessore di 10 centimetri. I costi sono molto indicativi, non tengono conto dei costi di progettazione, degli oneri per la sicurezza, dell'impalcatura necessaria e di altri eventuali oneri di cantiere. A fianco della colonna dei costi di posa indichiamo la densità (ρ) e il valore lambda (λ). Più basso è il valore λ e migliori saranno le caratteristiche isolanti (invernali).
| Materiale | Costi (10 cm.) | ρ (kg/m³) | λ |
|---|---|---|---|
| COTONE | 140 €/m² | 20 - 60 | 0,035 |
| EPS (pol. espanso) | 55 €/m² | 15 - 20 | 0,035 |
| LINO | 140 €/m² | 20 - 160 | 0,04 |
| FIBRA DI LEGNO | 95 €/m² | 130 - 300 | 0,045 |
| CALCIO SILICATO | 160 €/m² | 200 - 290 | 0,07 |
| SUGHERO | 150 €/m² | 90 - 200 | 0,04 |
| FIBRA DI VETRO | 80 €/m² | 10 - 60 | 0,035 |
| PERLITE | 80 €/m² | 150 - 210 | 0,05 |
| PUR (poliuretano) | 90 €/m² | 22 - 60 | 0,025 |
| LANA DI PECORA | 150 €/m² | 25 - 30 | 0,035 |
| VETRO CELLULARE | 150 €/m² | 100 - 200 | 0,045 |
| XPS (pol. estruso) | 70 €/m² | 25 - 45 | 0,03 |
| CELLULOSA | 45 €/m² | 30 - 100 | 0,045 |
| VACUUM 1 cm | 125 €/m² | 400 - 1800 | 0,005 |
| ARGILLA | 95 €/m² | 300 - 800 | 0,085 |
| CANAPA | 100 €/m² | 20 - 190 | 0,04 |
| MINERALE | 110 €/m² | - | 0,045 |
Marcatura CE nei Materiali Isolanti
La marcatura CE negli isolanti è fondamentale per poterli utilizzare in cantiere. Questo marchio consente di identificare la fabbrica ed essere certi che il materiale rispetti certe caratteristiche generali di produzione. La mancanza del marchio rende illegale l'utilizzo in cantiere.
Isolamento del Tetto
Isolare termicamente un tetto richiede un’accurata scelta del materiale, in grado di ridurre le dispersioni invernali ed impedire l’ingresso del calore estivo. La conduttività termica λ [W/mK]: indica la capacità di un materiale di trasmettere il calore. In pratica minore è il valore di λ e più efficace sarà l’isolamento ottenuto.
Il primo è rappresentato dalla trasmittanza termica (U), ovvero la quantità di calore che attraversa una struttura di un edificio (sia esso una copertura, o una parete o un solaio) a causa della differenza di temperatura esistente tra i due estremi (interno ed esterno) di tale struttura. In sostanza rappresenta un’indicatore dell’efficienza di questo elemento dal punto di vista energetico. Più piccolo è questo valore, migliore sarà la prestazione e quindi l’efficacia dell’elemento considerato.
Il secondo elemento è rappresentato dallo Sfasamento termico (ϕ). Questo numero, espresso in ore, rappresenta il tempo necessario affinché il picco dell’onda termica estiva entri dall’esterno all’interno di un edificio. Maggiore sarà questo numero, maggior comfort avrai nel tuo ambiente. Questo valore dipende fortemente dalla densità ρ [kg/mc] dei vari materiali che definiscono la copertura e dal loro calore specifico Cp [J/kg K].
Altro parametro di riferimento per il benessere estivo è rappresentato dalla Trasmittanza termica periodica (Yie). Rappresenta la capacità di una struttura opaca di sfasare e attenuare il flusso termico che la attraversa nell’arco delle 24 ore.
Nei nostri progetti cerchiamo di bilanciare nel modo più appropriato le scelte dei vari materiali, privilegiando l’impiego di quelli naturali, che siano anche altamente traspiranti. E’ chiaro che, anche la struttura portante di un solaio di copertura gioca un ruolo fondamentale. Un materiale che utilizziamo frequentemente per isolare un tetto è la fibra di legno.
Ultimo aspetto da prendere sempre più in considerazione per costruire in modo intelligente in ottica futura è quello dalla sostenibilità. Questo principio ci deve guidare in modo consapevole nelle scelte che compiamo alla pari della valutazione delle caratteristiche fisiche e tecnologiche del materiale stesso. Da questo punto di vista la fibra di legno è un materiale che impiega risorse rinnovabili, è riciclabile e riutilizzabile a fine vita.
La scelta della stratigrafia migliore di un tetto non si ferma a quella del miglior isolante termico, ma coinvolge poi anche una serie di elementi, tra cui le membrane traspiranti e i freni a vapore. Il primo passo che devi compiere quindi è affidarti a tecnici di tua fiducia qualificati e specializzati dal punto di vista energetico e termo-tecnico.