Alla ricerca del superisolante perfetto

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1 MATERIALI HI-TECH Alla ricerca del superisolante perfetto Sottile, resistente e iperisolante, meglio se a basso costo: è questo l identikit del materiale che tutti vorrebbero avere in casa di Carlo Latorre Con i materiali isolanti oggi disponibili sul mercato si possono costruire case a basso consumo energetico, case passive ed edifici in grado di produrre più energia di quanta ne consumano: è sufficiente scegliere il pacchetto coibente adeguato e, entro certi limiti, aumentare lo spessore. Quando bisogna fare i conti con vincoli di spessore, per ragioni tecnologiche o architettoniche, come nel caso della riqualificazione di edifici esistenti o dell isolamento di punti nevralgici dell involucro edilizio, la semplice funzione spessore-isolamento non è più applicabile. In questi casi vengono in aiuto i cosiddetti superisolanti, materiali nati in ambiti diversi da quello edilizio per rispondere ad esigenze particolarmente severe, come nel caso dell industria aerospaziale, dove pesi e ingombri devono essere ridotti all osso. Materiali capaci di fornire un alto potere coibente con spessori inferiori anche dieci volte rispetto agli isolanti tradizionali. Già disponibili sul mercato gli aerogel e i pannelli sottovuoto (VIP), ma potremo vedere presto in azione nuove schiume nanotecnogiche facili da posare e caratterizzate da un buon rapporto costo/ prestazioni, oggetto di progetti di ricerca avanzata. 26

2 QUANDO L ISOLANTE È SUPER Nessuno è perfetto I materiali superisolanti presentano però alcuni limiti, che la ricerca si propone di superare: sono delicati, non sempre facili da applicare in ogni contesto, ancora molto costosi e, in alcuni casi, privi o quasi di inerzia termica. Inoltre, la loro vita utile è inferiore a quella degli isolanti tradizionali, con un decadimento delle prestazioni tempo. Per questa ragione, i superisolanti sono oggi utilizzati in alcuni ambiti specifici, laddove il basso spessore è una variabile critica di progetto: isolamento dall interno di edifici storici o di pregio, sui quali non si può intervenire con la tecnica a cappotto; coibentazione di tetti piani e terrazze; copertura di pilastri e inserti strutturali che devono garantire omogeneità con il pacchetto isolante circostante. Non mancano, in ogni caso, interessanti sviluppi nelle facciate continue, per l isolamento delle parti opache e della struttura metallica, nell applicazione a spruzzo fino ad arrivare ad un vero e proprio capotto in EPS e pannelli sottovuoto, adatti all applicazione su facciate esterne (ETICS). Aerogel: leggero, ma isolante Il suo segreto è l aria, che costituisce il 99,8% della massa, con lo 0,2% di diossido di silicio, la comune silice. Stiamo parlando dell aerogel, un materiale scoperto negli anni trenta, ma che solo da qualche anno ha trovato applicazione concreta nell isolamento termico. Dal punto di vista chimico è un gel in cui la componente acquosa, che occupa gli interstizi della struttura nanoporosa, viene rimpiazzata con un gas. Si ottiene così un materiale solo tre volte più pesante dell aria (ma sono state messe a punto nei laboratori nanoschiume con densità di 1 mg/cm³, contro 1,2 mg/cm³ dell aria) e mille volte meno denso del vetro, capace di sopportare alte temperature e dalle preziose caratteristiche isolanti, grazie a due importanti proprietà del materiale: la struttura stretta del reticolo cristallino impedisce la circolazione dell aria e, di conseguenza, la dispersione del calore per convezione, mentre la bassa conduttività termica della silice abbatte le perdite per conduzione. Con l aggiunta di atomi di carbonio, si ottiene un aerogel di silice modificato al carbonio che offre anche un buon isolamento per irraggiamento. Il risultato è una conducibilità termica tra le più basse oggi conosciute nell ambito dei materiali isolanti: da 0,004 a 0,03 W/mK, con una porosità superiore al 90% e dimensioni dei pori tra i 4 e i 20 micron, anche se i prodotti in commercio presentano 27

3 LOTTA A CONDUZIONE, CONVEZIONE E IRRAGGIAMENTO una conducibilità introno ai 0,012 W/mK. Ciò significa che anche in pacchetti non troppo spinti, si può raggiungere lo stesso potere coibente degli isolanti tradizionali, più che dimezzando lo spessore. Fragile e costoso Uno dei limiti dell aerogel è la fragilità del materiale, dovuta alla presenza della silice, nonostante la buona resistenza alla compressione. Per superare questo limite, il gel aeriforme può essere rinforzato con fibre di vetro o altre cariche (tra cui lana di roccia) che forniscono una maggiore resistenza meccanica al materiale. Un secondo limite è l elevato costo di produzione, che oggi relega gli aerogel ad applicazioni di nicchia. Sono però in corso alcuni progetti di ricerca europei che dovrebbero attenuare i punti di debolezza ed esaltarne quelli di forza, come nel caso del programma Hipin, che studia la dispersione di aerogel in un mezzo liquido per la formulazione di rivestimenti, malte e intonaci superisolanti. Costi e comportamento meccanico sono anche le due sfide del progetto Aircoins, coordinato dalla spagnola Tecnalia: i ricercatori puntano in questo caso a nanostrutturare aerogel di silice e cellulosa o, in alternativa, a rinforzare l aerogel con nanofibre cellulosiche; nel contempo si studieranno metodi produttivi in continuo più economici degli attuali. VIP: sotto vuoto isola di più La base è sempre minerale, acido silicico microporoso, ma l aspetto cambia: una schiuma incapsulata sotto vuoto (per abbattere le conduttività termica), rivestita da un film barriera con uno strato più esterno in alluminio per ridurre la trasmissione per irraggiamento. Stiamo parlando dei pannelli sottovuoto, o VIP (Vacuum Insulation Panels), da qualche tempo disponibili per l isolamento sottile dell involucro edilizio, soprattutto di coperture piane e terrazze. La conducibilità termica dei pacchetti VIP è oggi la più bassa raggiungibile a livello commerciale, fino a 0,003 W/mK, ovvero 5-10 volte inferiore rispetto ai materiali convenzionali, anche se queste prestazioni si pagano con un maggior costo e allo stato attuale con una vita utile più corta. Il basso spessore li rende ideali per interventi di riqualificazione, qualora sia necessario un alto isolamento termico in bassi spessori. Tetti, terrazze, pavimenti o tramezze, con l isolante interposto all interno della struttura per evitare danni accidentali, sono tipici casi di impiego. Un altra interessante applicazione riguarda l isolamento puntuale di elementi architettonici come pilastri e aggetti, per evitare la formazione di ponti termici dovuti all assottigliamento dello spessore del pacchetto isolante convenzionale, ad esempio un cappotto con EPS. 28

4 PESO SPECIFICO E CONDUCIBILITÀ TERMICA Delicati e invecchiano prima Come già visto per gli aerogel, il limite dei pannelli sottovuoto è ancora una volta la bassa resistenza del pacchetto, che una volta danneggiato si pensi alle condizioni logistiche di un cantiere perde gran parte della sua capacità isolante (cessando l effetto del vuoto al suo interno). Ciò potrebbe creare vuoti nella continuità dell isolamento, aprendo così dei ponti termici nell involucro edilizio. Una soluzione utilizzata nel caso di coperture piane consiste nel disporre due strati sfalsati di pannelli, in modo tale da ridurre il rischio di danno puntuale, pagando lo scotto di un incremento di costi e spessori. Secondo uno studio condotto nei laboratori svizzeri dell EMPA, la vita utile di un pannello sottovuoto si aggirerebbe tra i 30 e i 50 anni, superiore quindi ai 25 previsti dalle norme europee sui materiali di isolamento utilizzati negli edifici (EN e EN 13171). Il decadimento prestazionale sembra legato in larga parte al deterioramento fisico del rivestimento metallizzato o, in rari casi, all aggressione chimica in ambienti alcalini. La ricerca verte quindi sulla messa a punto di rivestimenti sempre più performanti, caratterizzati da superiore resistenza meccanica, bassa permeabilità e miglior comportamento all invecchiamento (umidità, calore, contatto con prodotti chimici e adesivi), al fine di aumentare la durata e il mantenimento nel tempo della capacità isolante. Sul versante economico, se è vero che il materiale presenta un costo intrinseco superiore, considerando il risparmio energetico e il valore della superficie NEW calpestabile che si guadagna rispetto ad isolanti convenzionali, si ottiene un beneficio netto nei bassi spessori, che si annullerebbe secondo alcuni studi sopra i 50 mm. Schiume, ma con nanopori Interessanti sviluppi tecnologici sono attesi anche dalle nanoschiume superisolanti, materiali facili da applicare e sostenibili sotto il profilo ambientale, grazie NUOVO!

5 all impiego di agenti espandenti non dannosi per l ozono, come la CO in condizioni supercritiche. La ricerca oggi più avanzata parte dalle schiume poliuretaniche, con l obiettivo di ottenere una struttura microcellulare in grado di incrementare proprietà isolanti e ridurre gli spessori. Su questo fronte sta lavorando il gruppo tedesco Bayer, che punta sulla riduzione delle dimensioni dei pori, o nanocelle, all interno del quale sono imprigionati aria o gas. Le schiume poliuretaniche oggi in commercio presentano una dimensione delle celle intorno a 150 micron di diametro (150x10 m), mentre nei laboratori tedeschi si stanno formulando materiali espansi con celle di 150 nanometri (150x10 m) che potrebbero assicurare un isolamento termico doppio a parità di spessore. Il segreto sono speciali microemulsioni che reagiscono sotto condizioni supercritiche : la loro sintesi avviene miscelando diossido

6 LA RICERCA NON SI FERMA 31

7 di carbonio (CO ), polioli e isocianati con pressioni di 200 bar e l ausilio di tensioattivi. Il processo forma una microemulsione, costituita da nanoparticelle riempite di CO e incapsulate nella sostanza tensioattiva; riducendo la pressione, la CO si espande formando microbolle di dimensione nanometrica. Allo stesso tempo, poliolo e isocianato reagiscono dando origine a una struttura poliuretanica tridimensionale. Aerogel: cosa c è in giro In attesa di nuovi prodigi in ambito scientifico e industriale, ci si può accontentare dei prodotti oggi in commercio, che possiedono in molti casi un pedigree di utilizzo in cantiere ormai pluriennale. Tra i produttori di questa classe di materiali, il più importante è Cabot, presente sul mercato con il marchio Lumira; la società americana fornisce inoltre alcuni produttori di pacchetti isolanti a base di questo materiale dall elevato potere isolante. Di recente, Cabot ha presentato sul mercato un aerogel in particelle molto fini (Enova) formulato da Tnemec per il coating di condotte, pipeline, serbatoi e altre superfici in acciaio caratterizzate da elevate temperature. Destinato più prettamente alle costruzioni è Aerorock presentato l anno scorso da Rockwool. Si tratta di un pannello rigido, con conducibilità termica di 0,019 W/mK, costituito da lana di roccia, aerogel (fornito da Cabot) e uno specifico legante che tiene insieme i due materiali; la superficie del pannello viene poi rivestita con una sottile pelle che previene danni al pacchetto isolante. La società propone diversi elementi, con dimensioni e spessori differenziati, per uso all interno e all esterno dell edificio, dall isolamento di stipiti di finestre e nicchie di radiatori, fino al rivestimento di pareti perimetrali, con spessori fino a 50 mm. Nella versione Aerorock ID-VP, il pannello viene abbinato con una lastra di gessofibra da 10 mm e con una barriera al vapore. Di recente introduzione è anche StoTherm in Aevero di STO, un pannello in aerogel (anche in questo caso fornito da Cabot) prodotto dalla consociata StoVertec in diversi spessori, da 10 a 40 mm. La superficie del panello è protetta da fibre di vetro sminuzzate, per garantire la necessaria resistenza meccanica. Oltre ad essere tre volte più isolante dell espanso minerale (la conducibilità termica è pari a 0,016 W/mK), StoTherm in Aevero viene applicato con una speciale malta per incollaggio e armatura (StoLevell In Aevero), che grazie alla sua struttura aperta e capillare immagazzina temporaneamente l umidità per poi rilasciarla gradualmente, evitando così l utilizzo di una barriera al vapore. 32

8 ISOLAMENTO TERMICO A CAPPOTTO CI AIUTA a RIPARTIRE! GRAZIE da ISOLA e VALORIZZA LA TUA CASA! Sistema prefinito per cappotti a lastre termoisolanti ECAP TRADIZIONALE Grande varietà cromatica di finiture colorate FACILE VELOCE * SCEGLI LA TUA FINITURA *posa in opera + veloce del 60% rispetto ai cappotti tradizionali ECAP GT = 0,031 W/mK ECAP L = 0,035 W/mK di VALORE RIVESTIMENTO in pietra ricostruita INCREMENTO DEL POTERE FONOISOLANTE DELLA PARTIZIONE R w = 9 db UNI EN ISO :2010 EDILTECO S.p.A. - Via dell Industria, San Felice s/p (MO) - Italia - Tel: Fax: edilteco.it

9 dalla classica riflettente in alluminio a prodotti più complessi, prefiniti con un rivestimento gommoso granulare, uno strato protettivo in polistirene espanso estruso (XPS), o una lastra per l isolamento acustico. I pannelli sono proposti in diversi formati negli spessori di mm. Esiste anche una versione ad alta densità, rinforzata con filamenti di silicato, resistente alle alte temperature. Con il marchio QASA, anche la tedesca Variotec propone pannelli sottovuoto inseriti in strutture sandwich pronte all uso, sia per l interno (QASAflex), che per applicazione in facciate (QASAmax), nei formati fino 1,25x3 metri con spessori da 10 a 40 mm. Un interessante applicazione di questa tecnologia riguarda un ala del Karolinska Institutet di Stoccolma, dove è in fase di costruzione un auditorium da oltre mille posti. Attiva nelle nanotecnologie è anche l italiana Aktarus, che distribuisce in Italia prodotti a base di aerogel di silice Spaceloft di Aspen. La società statunitense ha messo a punto il primo pannello in aerogel rinforzato con fibre alla fine degli anni 90 e dall inizio del secolo opera con una società dedicata, Aspen Aerogel. Disponibile negli spessori di 5 e 10 mm, Spaceloft possiede una conducibilità termica di 0,014 W/ mk, è traspirante e, secondo il produttore, si caratterizza per una buona resistenza all invecchiamento, che assicura il mantenimento delle prestazioni isolanti per almeno anni. Le principali applicazioni riguardano l isolamento di tetti, terrazze e balconi, coibentazione di pareti interne e correzioni di ponti termici. Nel nostro paese, Aktarus propone Aeropan, un pannello costituito da un aerogel di silice accoppiato con una membrana traspirante in polipropilene termoformato, rinforzato con fibra di vetro e speciali additivi. Il tutto in uno spessore di soli 10 mm, con conducibilità termica di 0,013 W/mK. La struttura prefinita è stata progettata per garantire buona resistenza meccanica agli urti, stabilità dimensionale e mantenimento delle prestazioni nel tempo, agevolando la logistica di cantiere e la posa. Isolamento da VIP Cercando bene, si trovano sul mercato anche pannelli sottovuoto per applicazioni nelle costruzioni. La tedesca Porextherm, per esempio, propone Vacupor S, una famiglia di prodotti con bassissima conducibilità termica ( = 0,005-0,007 W/mK), confezionati in un film multistrato ad alta barriera, proposti con differenti finiture superficiali, 34

10 Class SK la SOLUZIONE per tutti i cappotti più sottile più leggero più efficiente Il pannello Stiferite Class SK in schiuma polyiso permette, a parità di isolamento termico, di utilizzare spessori e pesi ridotti rispetto a quelli richiesti da altri materiali. Un vantaggio importante sia per limitare costi e tempi di posa in opera sia per ridurre l impatto ambientale determinato dalla produzione e dal trasporto del materiale. Le risorse ambientali sotratte all ambiente per produrre e trasportare il pannello Stiferite Class SK vengono ammortizzate, grazie al risparmio energetico e alla riduzione delle emissioni di CO 2, già nel corso della prima stagione di riscaldamento. Trasmittanza termica U=0,2 W/m 2 K Resistenza Termica R = 5,0 m 2 K/W Stiferite Class SK D =0,026 W/mk Polistirene con grafite D =0,031 W/mk Polistirene espanso o estruso D =0,036 W/mk Lane minerali D =0,038 W/mk Lana di legno D =0,042 W/mk Sughero biondo D =0,043 W/mk 130 mm 155 mm 180 mm 190 mm 210 mm 215 mm main partner Per maggiori informazioni chiama il numero verde o collegati al sito Stiferite Srl - Viale Navigazione Interna, Padova (I) - tel fax

11 Cappotto supersottile Con i panelli sottovuoto che, ricordiamo, sono difficili da sagomare dato che vengono forniti in un pacchetto chiuso si possono anche realizzare isolamenti a cappotto di tipo ETICS, come dimostra il progetto Clear-Up basato sul sistema weber. therm LockPlate messo a punto da Saint-Gobain Weber, dove con uno spessore di 10 cm si è ottenuta una trasmittanza termica (U) di 0,15 W/m²K, che con un capotto tradizionale a base di EPS avrebbe richiesto uno spessore tre volte maggiore. Il sistema è stato impiegato a Monaco di Baviera per isolare una facciata di metri quadrati, con buoni risultati. Al momento non viene però commercializzato nel nostro paese. Particolarmente indicato per interventi di riqualificazione energetica di edifici esistenti, weber.therm LockPlate si compone di pannelli in polistirene espanso dove solo la parte centrale è imbottita con il pacchetto superisolante sotto vuoto, mentre alle estremità, per circa 40 cm su ogni lato, il modulo è composto solo da EPS, con uno spessore più sottile: ciò consente la sovrapposizione degli elementi, il fissaggio meccanico (senza forare il VIP) e l eventuale sagomatura bidimensionale. Con soli tre formati, è possibile completare un rivestimento a cappotto integrale, anche nei punti difficili come in prossimità delle aperture. Per semplificare le operazioni di posa, è stato messo a punto un software, LockPlate Planner, che calcola numero e formato dei pannelli necessari a completare il rivestimento di facciata, indicando come installarli per evitare la formazione di ponti termici. AEROGEL ULTRA RESISTENTE DAI LABORATORI NASA 36

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