Le tecnologie costruttive per gli edifici
ad alte prestazioni energetiche
enrico de angelis e andrea mainini
dipartimento BEST
(Building and Environmental
Science and Technology)
Programma del seminario
1. Le resistenze termiche e i
materiali isolanti
2. I sistemi costruttivi
(dove stiamo andando? E
soprattutto: perché?)
3. I ponti termici e il progetto
costruttivo del sistema di
involucro
4. I serramenti
Premessa: le prestazioni energetiche
La prestazione energetica di un edificio non è tutto,
ovviamente, ma è, attualmente, una delle qualità più
importanti che esso ha, per l’utente come la collettività.
La prestazione energetica è la misura di quanto l’edificio
è capace di minimizzare il suo fabbisogno di energia non
rinnovabile per rendere utilizzabile (esclusi gli utilizzi
“produttivi” dell’energia) tale spazio:
– Per riscaldamento
– Per produzione di acqua calda sanitaria
– Per ventilazione
– Per raffrescamento
– Per illuminazione (edifici per servizi)
– Per altri scopi
Il trend in termini di prestazioni energetiche
I valori sono per il fabbisogno di climatizzazione invernale, in Austria.
Noi, che stiamo peggio ma stiamo meglio, ci siamo mossi!!
kWh/m_,a
Anche noi,
sicuramente
entro il 2020
160
140
150
120
100
110
80
60
90
75
40
20
70
65
60
50
30
10
ex
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0
-30
Da: Christiane Egger – O.Ö. Energiesparverband
Linz, Austria www.esv.or.at
Prestazioni energetiche e isolamento
Non c’è un rapporto semplice:
– Isolare non è sufficiente per una buona prestazione
energetica (sistema edificio impianto!!)
– Isolare è una condizione necessaria per ottenere
una prestazione energetica “a costi non elevati”
– Isolare termicamente è sempre comunque richiesto,
almeno per garantire un livello minimo di comfort
La prestazione di isolamento termico di un elemento di
involucro si misura sulla base della sua RESISTENZA
TERMICA R (oppure trasmittanza: U)
1
s1
sn
1
R = # Ri =
+ +K+
+
hl,i $1
$n hl,e
" strato
+ liminari
Prestazioni energetiche e isolamento
Non c’è una risposta univoca alla domanda: “quanto
isolare?”. Tuttavia, indicativamente, …
– Per un edificio in classe A secondo CasaClima, è
necessario installare (oltre alla ventilazione mecc.):
• elementi opachi di involucro U = 0,1÷0,2 W/m2K
• finestre U = 1,3 W/m2K
– Per una casa passiva (passive haus):
• ventilazione meccanica:
• finestre U = 0,8 W/m2K
• elementi opachi di involucro U = 0,1W/m2K
Prestazioni energetiche e isolamento
!=0,24
!=0,12
!=0,08
!=0,04
!=0,025
!=0,011
!=0,006
U=1,0
0,20
0,10
0,07
0,03
0,02
0,01
0,01
U=0,5
0,44
0,22
0,15
0,07
0,05
0,02
0,01
U=0,3
0,76
0,38
0,25
0,13
0,08
0,03
0,02
U=0,2
1,16
0,58
0,39
0,19
0,12
0,05
0,03
U=0,15
1,56
0,78
0,52
0,26
0,16
0,07
0,04
U=0,10
2,36
1,18
0,79
0,39
0,25
0,11
0,06
Spessori necessari di solamento termico (al cm) per
ottenere una trasmittanza termica U (in colonna di sx), al
variare della conduttività del materiale (prima riga in alto),
in una parete perimetrale verticale.
Materiali isolanti
Una cavità, un’intercapedine, uno spazio tra due superfici piane a T diversa:
• Flusso per irraggiamento
Tra le due superfici che
emettono secondo la
leggei di Plank (corretta) si
stabilisce uno scambio
Materiali isolanti
Una cavità, un’intercapedine, uno spazio tra due superfici piane a T diversa:
• Flusso per irraggiamento
• Flusso per conduzione
All’interno dell’aria (se
fosse ferma!) si instaurano
scambi di calore per
conduzione
Materiali isolanti
Una cavità, un’intercapedine, uno spazio tra due superfici piane a T diversa:
• Flusso per irraggiamento
• Flusso per conduzione
• Flusso per convezione
Gli scambi per conduzione
sono arricchiti da uno
scambio per convezione
Materiali isolanti
Una cavità, un’intercapedine, uno spazio tra due superfici piane a T diversa:
• Flusso per irraggiamento
• Flusso per conduzione
• Flusso per convezione
Rinterc=0,11
Rinterc=0,15
Rinterc=0,18
Andamento dei flussi che
interessano un’indercapedine non isolata di spessore diverso (non ventilata).
Materiali isolanti
Una cavità, un’intercapedine, uno spazio tra due superfici piane a T diversa:
• Flusso per irraggiamento
• Flusso per conduzione
• Flusso per convezione
100,00
flusso radiativo
90,00
flusso per convezione
80,00
flusso per conduzione
70,00
60,00
Rinterc=0,19
50,00
Rinterc=0,36
40,00
30,00
Rinterc=0,55
20,00
10,00
0,00
spessore = 5 cm
spessore = 10 cm
spessore = 20 cm
Se tratto una superficie
interna dell’intercapedine
con materiali bassoemiss.
ottengo un miglioramento
Materiali isolanti
Una cavità, un’intercapedine, uno spazio tra due superfici piane a T diversa:
• Flusso per irraggiamento
• Flusso per conduzione
• Flusso per convezione
100,00
flusso radiativo
90,00
flusso per convezione
80,00
flusso per conduzione
70,00
60,00
Rinterc=0,80
50,00
Rinterc=2,50
40,00
30,00
Rinterc=5,0
20,00
10,00
0,00
spessore = 5 cm
spessore = 10 cm
spessore = 20 cm
Se inserisco un materiale
isolante (non trasparente)
cancello gli scambi per
irraggiamento e quelli di
convezione e aumento la
conduzione
Isolanti convenzionali (fibre/schiume)
Il meccanismo di
scambio termico
preponderante è
quello della
conduzione
attraverso l’aria
(non c’è convezione,
ma un po’ di
irraggiamento per
trasparenza del
materiale “leggero”)
Fibre di roccia o di vetro
Si parte da vetro di scarto
e qualche minerale aggiunto, o da rocce silicatiche + altri rifiuti: loppe,
ceneri (fly ash) come per i
cementi.
Fibre di roccia
Tossicità delle fibre:
Negli anni ottanta, IARC classifica le fibre sintetiche minerali
come potenzialmente cancerogene: non ci sono evidenze
statistiche di mesoteliomi (polmoni). Non fa male come
l’amianto e basta tenerlo confinato. Tuttavia fa paura … e la
preoccupazione è evidente.
L’industria si attrezza e cambia la formulazione: sulla base
di anni ricerche, produce fibre “bio-solubili”, la cui inalazione
o ingestione non va oltre al provocare irritazione (10 giorni
contro i 20 della polvere comune).
Nel 2001 IARC rimuove la valutazione “potenzialmente
cancerogeno” delle fibre minerali, sulla base di ricerche
(panel statistici) piuttosto vasti.
Fibre minerali isolanti
Confezionati in
– Pannelli più o meno rigidi
– Stuoie in rotolo
– Fiocchi sfusi
Possono essere semplici o
pre-accoppiate ad altri strati
di protezione o finitura:
– barriera al vapore o di
capillarità
– Pannelli in carton gesso
– Impermeabilizzazioni
Le fibre minerali
– Resistono ad alte temperature
Le fibre minerali
– Resistono ad alte temperature
– Discreta resistenza a compressione se addittivate o ad
alto peso specifico (>120-150 kg/m3)
Le fibre minerali
– Resistono ad alte temperature
– Discreta resistenza a compressione se addittivate o ad
alto peso specifico (>120-150 kg/m3)
– Scarsa resistenza a trazione (ortogonale alle fibre!)
Le fibre minerali
– Resistono ad alte temperature
– Discreta resistenza a compressione se addittivate o ad
alto peso specifico (>120-150 kg/m3)
– Scarsa resistenza a trazione
– Dilatazione termica contenuta (2 µm/m·K)
Le fibre minerali
– Resistono ad alte temperature
– Discreta resistenza a compressione se addittivate o ad
alto peso specifico (>120-150 kg/m3)
– Scarsa resistenza a trazione
– Dilatazione termica contenuta (2 µm/m·K)
– Ottima permeabilità al vapore (come se non ci fosse) e
scarso assorbimento capillare
Le fibre minerali
– Resistono ad alte temperature
– Discreta resistenza a compressione se addittivate o ad
alto peso specifico (>120-150 kg/m3)
– Scarsa resistenza a trazione
– Dilatazione termica contenuta (2 µm/m·K)
– Ottima permeabilità al vapore (come se non ci fosse) e
scarso assorbimento capillare
– Buona resistenza al flusso d’aria (assorbimento
acustico)
Le fibre minerali
– Resistono ad alte temperature
– Discreta resistenza a compressione se addittivate o ad
alto peso specifico (>120-150 kg/m3)
– Scarsa resistenza a trazione
– Dilatazione termica contenuta (2 µm/m·K)
– Ottima permeabilità al vapore (come se non ci fosse) e
scarso assorbimento capillare
– Buona resistenza al flusso d’aria (assorbimento
acustico)
– Isolano (termicamente e acusticamente) “con massa”
Conduttività lane minerali
In una prima fase all’aumentare della massa volumica si ha
una diminuzione della conduttività in quanto aumenta
l’opacità della lana di vetro, annullandosi di conseguenza la
trasmissione di calore che avviene mediante il meccanismo
radiativo. A masse volumiche superiori la trasmissione di
calore attraverso il pannello isolante avviene esclusivamente
per via conduttiva.
Argilla espansa
Si cuoce l’argilla in forni a 1200
°C rotativi, dove alcune sostanze
subiscono un processo di trasformazione, vetrificazione e
generazione di gas.
La superficie delle sferette è
vetrificata (molto resistenti) ma
non liscia e l’interno ha una
struttura cellulare (leggerezza e
isolamento termico).
Assorbe bene anche le vibrazioni, è incombustibile.
La struttura porosa non la rende
impermeabile: capacità di
ritenzione idrica.
Densità: 300÷500 kg/mc
Conduttività: 0,11÷0,15 W/mK
Perlite espansa
È bianca, relativamente
impermeabile termoisolante e
fonoassorbente.
Si prende la perlite, una roccia
vetrosa, la si frantuma e la si
lavora ad alte temperature 8001.000°C.
Si ottiene un materiale molto
leggero incombustibile e con una
buona resistenza meccanica.
Densità: 80÷120 kg/mc
Conduttività: 0,05÷0,06 W/mK
Pannelli e coppelle in perlite
Densità: 200÷250 kg/mc
Conduttività: 0,07÷0,11 W/mK
Vermiculite espansa
Minerale di origine micacea,
che contiene silicati e
alluminati di magnesio e ferro
idratati
Densità: 80÷100 kg/mc
Conduttività: 0,06÷0,09 W/mK
Vermiculite espansa
Il minerale viene sottoposto ad un
processo di riscaldamento ad alta
temperatura (>1.000°C).
Le molecole d’acqua nella struttura
dei cristalli, quando il materiale è
scaldato ad alte temperature,
espandono e modificano il volume
L’esfoliazione incrementa il volume
di 10-20 volte.
Come per tutti I materiali minerali
c’è il rischio di un po’ di radio-attività
naturale. Qui c’è anche il rischio di
qualche fibra di amianto.
Ma il problema è più occupazionale
che per l’utenza
Densità: 80÷100 kg/mc
Conduttività: 0,06÷0,09 W/mK
Vermiculite espansa
Exfoliated Vermiculite is great for thermal
insulation and can withstand
temperatures over 1000 degrees Celsius.
Vermiculite is easy and clean to handle,
odorless, sound absorbent, non-abrasive,
and will not decay.
Vermiculite is used as a packing material
because it is lightweight , it can form
around objects, it takes shock well, it can
absorb leaks, and it is not a fire hazard.
Vermiculite is used as a packing material
because it is lightweight , it can form
around objects, it takes shock well, it can
absorb leaks, and it is not a fire hazard.
Vermiculite of medium grade will improve
drainage when added to heavy soils.
Fine grade mixed with peat is a great
compost for growing seeds.
Vermiculite also helps fertilizers release
more nutrients which is more economical
and efficient.
Used also in friction industry
http://www.hoben.com/vermiculite/index.htm
http://www.dspinspections.com/vermiculite_insulation.htm
Pomice
Lipari
Densità: 400÷900 kg/mc
Conduttività: 0,1÷0,2 W/mK
Foam glass (vetro cellulare)
Con la silice fusa (vetro) si
può fare anche una schiuma!
I pori di questa schiuma sono
ben poco comunicanti tra loro:
si ottiene un materiale a
tenuta praticamente perfetta,
nei confronti della diffusione
dei gas. Può stare a contatto
col suolo senza problemi.
Densità: 100÷180 kg/mc
Conduttività: 0,04÷0,05 W/mK
Il vetro cellulare sfuso
Non solo blocchi e pannelli. Si può realizzare un materiale
sfuso, in forma di ghiaia grossa o sferette (granulato),
utilizzabile come riempitivo. È molto resistente (rispetto ad
altri isolanti, plastici, per esempio) pesa tra 100 e 200 kg/mc,
ha una conduttività inferiore a 0,1 W/mK
– Come inerte per i rilevati stradali e opere geotecniche:
è leggero e drenante (ma non assorbe acqua!)
– Come materiale isolante sfuso in cavità
– Come inerte per conglomerati cementizi alleggeriti
(attenzione che gli inerti leggeri si rompono
nell’impastatrice)e per certi intonaci (microsfere)
– Come isolante termico per campi sportivi
– Riempimento terreno intorno e sotto ad una piscina
– Stadio del ghiaccio, altri impianti sportivi
Vantaggi del vetro cellulare sfuso
Dalla pubblicità di un
produttore:
Aerated Autoclaved Concrete - AAC (gasbeton)
Nel 1914, gli svedesi si accorsero che se si mescolava
polvere di alluminio a silice e calce, i materiali producevano
una reazione che generava idrogeno. All’interno del
materiale, che lievitava come una torta, si generavano
microbolle che lo facevano espandere oltre 5 vv e lo
rendevano leggero come il legno (e anche di più), ma privo
dei tanti problemi del legno:
– Incombustibilità
– Resistenza all’attacco biologico (insetti, funghi).
Il prodotto veniva stagionato in autoclave, come il materiale
non espanso e si otteneva un materiale con ottima
resistenza anche a basse densità.
Soprattutto un materiale eccezionale nei confronti delle
azioni termomeccaniche e chimiche di un incendio: stabile
per temperature dell’ordine dei 1000°C
Aerated Autoclaved Concrete - AAC (gasbeton)
http://www.ecspa.org/
Aerated Autoclaved Concrete - AAC (gasbeton)
I blocchi in AAC non hanno delle classi di densità
caratteristiche definite in sede europea come per i mattoni.
Alcuni prodotti raggiungono conduttività (dichiarate) inferiori
a 0,06 W/m·K e vengono venduti in pannelli sottili come un
qualsiasi altro isolante. Si tratta di prodotti estremamente
fragili e poco resistenti ma inclusi in due fogli di acciaio
possono garantire resistenze al fuoco elevatissime.
Come isolanti termici, si ricordi che la loro conduttività è
fortemente influenzata dall’umidità
Aerated Autoclaved Concrete - AAC (gasbeton)
Densità: 200÷500 kg/mc
Conduttività: 0,07÷0,15 W/mK
Aerated Autoclaved Concrete - AAC
Densità: 80÷200 kg/mc
Conduttività: 0,05÷0,09 W/mK
Pannelli, mattoni non portanti,
coppelle per tubazioni
Aerated Autoclaved Concrete - AAC (gasbeton)
Proprietà
– Non è permeabile all’aria (lo è ai gas)
– Ha una buona capacità portante (ma dipende dalla
densità!)
– Le caratteristiche termiche sono ottime (accoppia massa
e isolamento), ma anche quelle acustiche e soprattutto
la sua resistenza al fuoco
– È straordinariamente facile da lavorare
– Purtroppo è fortemente igroscopico e al variare del suo
contenuto di umidità cambia le sue dimensioni in
maniera sensibile
Schiume sintetiche
Qualsiasi polimero può essere prodotto in forma di schiuma,
con proprietà isolanti e altre caratteristiche variabili, grazie
ad un agente espandente generato o inserito durante la sua
polimerizzazione.
– Polistirene
– Poliuretano (poliisocianurato)
– Polietilene
– PVC
– Resine fenoliche
Polystyrene EPS-XPS
Le sfere sono usate come aggregato nella realizzazione di
intonaci isolanti, alternativamente ad altri materiali sfusi a
bassa conducibilità (vetro cellulare, perlite …)
Densità: 15-50 kg/mc
Conduttività: 0,035÷0,05 W/mK
Conduttività polistirene/olo
Il polistirolo ha un comportamento analogo alle lane di
vetro e minerali. Gli estrusi hanno un basso assorbimento
idrico, pertanto vengono utilizzati dove l’isolante è soggetto
a costante bagnamento, per es. al di sopra della
membrana impermeabilizzante (es. tetto rovescio).
Riciclabilità del PSE
http://www.styromelt.com/
Poliuretano
Le resine poliuretaniche sono molto varie. Sono tutte caratterizzate da
un particolare legame chimico ma ce ne sono tantissimi tipi. Sono
composti eccezionali, utilizzati per produrre colle, pitture, lastre e oggetti
in materiale più o meno pesante e rigido. Il processo di espansione e
polimerizzazione può essere riprodotto in cantiere, su un tetto o contro
una parete. In funzione dell’agente espandente, il materiale raggiunge
conduttività anche molto basse. In funzione degli additivi e del processo
di catalizzazione della reazione, il materiale diventa molto resistente,
autoestinguente, impermeabile …
Oggi si producono poliuretani e poliisocianurati anche a partire da
prodotti naturali (olio di soia) e per questo il PU viene “venduto” come
prodotto naturale.
È meno riciclabile del PSE (non come isolante, almeno) e per avere !
molto basse si è prodotto per anni con agenti espandenti a rischio ozono
Poliuretano
Densità: 15-50 kg/mc
Conduttività: 0,025÷0,05 W/mK
Poliuretani espansi – in situ
Poliuretani espansi – in situ
Poliuretani espansi – in situ
Conduttività poliuretani
Nelle cellette del poliuretano ci sono di gas leggeri, che
abbassano la trasmittanza termica del fluido contenuto. La
prestazione iniziale decade nel tempo, sino a tornare lineare
quando tutto il gas è transitato all’esterno. La variazione di
pendenza avviene in corrispondenza del cambiamento di
stato del gas (assorbimento o cessione di energia)
Invecchiamento del PU
0,042
Thermal conductivity PUR [W/(m*K)]
0,040
0,038
0,036
0,034
0,032
0,030
CO2 - DN 150/250
CP - DN 150/250
0,028
CFC-11 - DN 150/250
CO2 - DN 25/90
0,026
CP - DN 25/90
CFC-11 - DN 25/90
0,024
0
5
10
15
20
Year of lifetime
25
30
Thermal resistivity versus aging time for a 25mm-thick, typical polyurethane-foam
specimen. 1) Encapsulated. 2) Air is allowed
to enter. 3) Previous case plus the effect of
the absorption of the blowing agent by the
polymeric matrix. 4) Previous case plus the
effect of the outward diffusion
In reality, if urethane insulation is a little less than what the book says it is, what does it
matter? It is still so much better than the next best insulation that there is no comparison.
Poliisocianurato
È simile al PU, con
migliore resistenza
meccanica chimica e
termica.
Usato soprattutto per
pannelli e container
frigoriferi, piping
insulation.
Oppure per
realizzare pannelli
prefabbricati.
Resine fenoliche
I pori sono piccoli e chiusi.
Le proprietà igrotermiche
sono eccezionali.
Se ne fanno dei blocchi,
successivamente tagliati in
pannelli rigidi, spesso accoppiati a finiture metalliche
o plastiche.
Praticamente non brucia.
Applicazioni:
– pipe insulation
– duct insulation
– roofing, flooring, cavity walls
– Sandwich panels
Pannelli in resine fenoliche
Eccezionale:
– conduttività 0,018-0,022 W/mK
– Resistenza alle alte temperature e
alle fiamme
– Resistenza meccanica
– Poco permeabile al vapore
Corrosione? Sì se c’è acqua.
Attenzione alle tubazioni in rame e
lamiere in acciaio (se si forma
condensa!)
Urea-formaldeide (UFFI)
Presentano:
– Bassa conduttività
– Autoestinguenti (elevata temperatura di ignizione)
– Durevoli (trattati con minerali ossidi di ferro, argilla e sali
di boro) resistono alle muffe e alle tarme senza pesticidi
– Costi confrontabili con i materiali tradizionali.
Erano utilizzate nel recupero-riqualificazione energetica.
In pratica non sono più utilizzate. Ora sui materiali da
costruzione (e sugli isolanti) si scrive:
Contains NO Urea Formaldehyde
Formaldeide
In base a nuovi studi epidemiologici condotti su lavoratori
addetti alla sintesi di formaldeide, lo IARC, l’Agenzia
internazionale per la ricerca sul cancro, nel 2004 ha
classificato la formaldeide nel gruppo 1 dei cancerogeni,
cioè cancerogeni certi per l’uomo.
La formaldeide è irritante (tipico bruciore agli occhi).
L’effetto più preoccupante non è per piccole esposizioni ma
la correlazione con tumori nasofaringei per via inalatoria è
certa. Dubbi sulle leucemie anche per l’ingestione. Ma si
tratta sempre di esposizioni “occupazionali”
L’Unione europea non la riconosce come cancerogeno. Il
prodotto è molto usato: Industria dei mobili e della carta
come collante
Sughero
Grande rigidità statica
e dinamica (acustica),
per conduttività bassa
(0,045-0,06 W/mK).
Ottimo per ridurre la
trasmissione di
vibrazioni.
Molto costoso, spesso
sostituito da prodotti di
riciclo vari materiali
(per es. copertoni)
Fibre di legno mineralizzate
Trucioli e fibre impregnate
con cemento o magnesite
(MgO2):
– Condutt. 0,09-0,15
W/mK
– Densità 300-600 kg/m3
– Buona resistenza
meccanica
– Ottima reazione al fuoco
e resistenza al degrado
per umidità (funghi)
Pannelli in fibra di legno
Per una buona
resistenza meccanica …
Per una buona
resistenza termica …
Pannelli in fibra di legno
Pannelli prefiniti gesso/fibra di
legno: capacità termica, isolamento
e assorbimento acustico
Ottima compatibilità con varie
finiture “tradizionali” ma utilizzabile
anche così com’è per fonoassorbimento e isolamento acustico
Fibre di legno “naturali”
Si possono realizzare dei pannelli in fibre di
legno relativamente leggeri, resistenti
meccanicamente e a bassa conduttività.
Se i giunti sono adeguatamente disegnati
garantiscono una buona tenuta all’aria e anche
all’acqua (quelli trattati e solo per bagnamenti
casuali, ovviamente):
– Condutt. 0,05-0,06 W/mK
– Densità 200-250 kg/m3
Fibre di legno “naturali”
Oppure si possono
realizzare materassini
“leggeri” sempre a partire
da fibre di legno, con
conduttività termica ancora
più bassa. Si producono
con spessori fino a oltre 10
cm, i facilmente regolabili
nelle loro dimensioni e
inseribili tra travetto e
travetto:
– Condutt. 0,04 W/mK
– Densità 60-100 kg/m3
Cappotti con
isolanti in fibre di
legno e fill in
cellulosa
Pannelli isolanti e finiture
interne con integrazione di
tubi capillari per
climatizzazione radiante
cellulosa
Polpa di legno sbiancata
(ossigenazione) con fibre sintetiche
(5-10% viscosa)
oppure
Fibre provenienti dal riciclo della
carta di giornale o simili
! Condutt. 0,04-0,07 W/mK
! No res. meccanica, fuoco
! Degrado per umidità
(oppure pesticidi …)
! Aumenta la tenuta all’aria degli
elementi che va a riempireisolare: un problema nei telai
in legno …
Cellulosa
Fibers attach to the sheathing and studs,
forming a seamless bond inside the wall
cavity.
Cellulose Insulation Fills Wall Cavities and
Removing Excess Insulation
Lana di pecora
Conduttività termica:
0,04-0,06 W/mK
Elevatissima
permeabilità al
vapore, al contempo
elevata capacità di
assorbimento (in
massa).
Buona reazione al
fuoco e buona
resistenza al
degrado per umidità
(se trattata con
pesticidi naturali…)
www.secondnatureuk.com
Lana di pecora
Viene prodotta in
fiocchi, per
riempimento
http://www.greendragonbarn.co.uk/
Pannelli isolanti in lana
www.secondnatureuk.com
78
Oppure in pannelli
morbidi e
facilmente
lavorabili
Isolanti in “cotone”
Da riciclo indumenti, da
fiocco e con trattamento
termico-chimico di
formazione pannelli
http://www.energy-innovation.com/
Paglia
La paglia la abbiamo tutti “sottocasa”. Si può usare come vero e proprio
materiale da costruzione, senza bisogno di processi industriali o
artigianali particolarmente complessi.
– Scarsa resistenza meccanica
e al fuoco (oltre che ai lupi)
– Conduttività 0,045-0,06 W/mK
Può essere usata sfusa, come riempimento. Mescolata con l’argilla è
quasi incombustibile. Oppure preparata in balle opportunamente
compattate utilizzabili come grandi “mattoni”
Oppure ancora legata in stuoie
e pannelli di un certo spessore …
Una costruzione in balle …
Balle intonacate
Intonacatura in argilla – con e senza
rete – per una casa “naturale”
Harrison Residence
Excellence in Structural Engineering Award, 2002
Structural Engineers Association of Northern
California
Load bearing wall construction,
Straw-bale shearwalls in EQ country
Vaulted straw-bale roof structure
straw-bale walls
carry vertical and
lateral loads
external mesh
encapsulates
bales, providing
vertical and
horizontal
reinforcement
Structural
Mechanisms
stucco shell and/or straw
carries compression,
creates couple with tension
mesh
tension mesh
coupled with
stucco shell
and/or straw
Flexure
Engineering innovation and
destructive testing allowed
unique vaulted straw-bale
roof structure
wire cross-ties link
straw struts
(function like
stirrups)
wire cross-ties
prevent
delamination
stucco shell
and/or straw
compression
struts
internal straw
compression
struts
Shear
Seismic Wall Testing
Concept
Specimen
Wall E - Stucco/Mid
20
15
10
Load, k
5
0
-5
-4
-3
-2
-1
0
-5
TMA led research effort
funded by the California
Department
of Agriculture
-10
-15
Design Data
-20
Disp, in
1
2
3
4
5
Housing in Rural China
Over 600 units of safe, super insulated
housing built to date,
Construction cost $4.00/sf
Structural Decisions in a
Sustainability Context
seismic system
floor
system
excavation
foundation
system
La prima casa italiana in paglia
la prima casa di
paglia in Italia
fatta in
autocostruzione
sotto la guida di
Barbara Jones
e Bee Rowan.
Il gruppo Strawbale Building Training nasce dall'incontro europeo ESBG
(European Strawbale Building Gathering) a SiebenLinden in Germania
nell'Agosto 2007. Si veda anche il sito del Centro di Permacultura LA BOA,
un centri per la formazione all’uso di questo materiale, sito a Belfiore di
Pramaggiore (VE) in Italia nel Dicembre 2007: http://www.laboa.org/
Attenzione alle alluvioni …
Dal sito: http://www.laboa.org/
– Ore 13.00: l’acqua è uscita dal salotto, ma non ancora dalla cucina.
Il pavimento in costruzione (avevamo appena finito di asciugarlo!) è
diventato una sabbia mobile, impraticabile. In salotto il pavimento in
terra cruda già finito ha tenuto bene (almeno per ora non dà segni di
cedimento). Gli intonaci non erano fatti per andare sotto acqua…
– Ore 16.00 l’acqua ha lasciato la casa. …Tutto il pomeriggio abbiamo
spazzato fuori fango e acqua dal pavimento.… Ora stiamo
asciugando i muri con un soffiatore (gentilmente prestato da Franco)
e deumidificatori; la balla di paglia di base è completamente
inzuppata, speriamo in bene; dovremo rifare molti lavori per la
seconda volta: gli intonaci, parte dei pavimenti; dovremo riparare e/o
sostituire alcuni elettrodomestici, le librerie e i mobili … Dovremo poi
pensare a come evitare che tutto questo accada una seconda volta.
Un altro edificio in paglia … solare
LANA (BZ) Esserhof (Margareta Schwartz et al.)
http://www.esserhof.com/it/strohballenhaus.html
Pannelli prefabbricati a base di paglia
http://www.agriboard.com/
Le caratteristiche
ecologiche del pannello
sono ovvie. Le prestazioni
meno (purtroppo pesa):
– High mechanical res.
– Impact resistance
(blasting, wind debris)
– Higher airtightness
– High fire resistance
– Quick mounting
– Regionally produced
and low energy need
– Fungi resistent
Canapa e altre fibre (juta, cocco …)
! Resistenza al degrado anche alta (cocco) Materiali abbastanza combustibili
! Condutt. 0,04-0,06 W/mK Densità 20-80 (cocco fino a 160) kg/m3
Fibre di lino
Le fibre sono tenute insieme da
collanti naturali non putrescibili
Altre volte le fibre naturali sono
mescolate con una minima
percentuale di fibre in resine
termoplastiche
– Densità: 150-200 kg/m3
– Conduttività: 0,04 W/mK
– Fortemente permeabile al
vapore, assorbe buone
quantità di umidità senza
problemi
“Asciuga il legno” dicono i
venditori” e non lo fa marcire),
come la lana, il cotone, … altri
materiali naturali.
Alghe!!
Posidonia (seagrass)
Le norme di qualificazione dei prodotti
Norme europee di qualificazione dei principali prodotti normati
per l’isolamento termico
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
EN 13162
EN 13163
EN 13164
EN 13165
EN 13166
EN 13167
EN 13168
EN 13169
EN 13170
EN 13171
mineral wool (MW)
expanded polystyrene (EPS)
extruded polystyrene foam (XPS)
rigid polyurethane foam (PUR)
phenolic foam (PF)
cellular glass (CG)
wood wool (WW)
expanded perlite (EPB)
expanded cork (ICB)
wood fibre (WF)
– ISO 9774:2004 Thermal insulation for building applications –
Guidelines for selecting properties.
Scelta di un isolante?
–
–
–
–
–
–
Conduttività termica ! (W/m.K)
Capacità termica
Reazione al fuoco
Permeabilità al vapore
Comportamento/resistenza all’umidità (funghi)
Ambiente ... (costo energetico e di risorse per la sua
produzione)
– Resistenza meccanica (per certe applicazioni)
Isolanti convenzionali
Abbiamo visto che il
principale
meccanismo di
scambio termico
all’interno di un buon
materiale isolante è
quello della
conduzione
attraverso l’aria e
che, al ridursi della
massa volumica, per
trasparenza, prende
piede anche la
trasmissione per
irraggiamento.
NB qui non compare
la convezione, che si
suppone non
influente per strutture
cellulari molto
piccole.
Isolanti non convenzionali
Gli isolanti convenzionali riducono ulteriormente il trasporto di calore:
– Utilizzando gas espandenti (che rimangono nelle porosità del
materiale) a bassa conduttività (tipicamente CFC o HCFC): PU
– Rendendo il più possibile opachi i materiali: PSE+Black Carbon
Gli isolanti non convenzionali, oltre al limitato trasporto di calore per
convezione al loro interno, lavorano sugli altri due meccanismi di
trasporto:
– Selettività e caratteristiche di emissività dei materiali variabili al
variare della lunghezza d’onda (come per i vetricamera
bassoemissivi, isolanti riflettenti etc)
– Conduzione all’interno del gas: oltre alla rarefazione del gas
contenuto nelle celle, quando queste hanno dimensioni
nanometriche, la conduttività scende ancora.
PSE “nero”
Mescolando grafite alla resina in fase di espansione si
ottiene un PSE scuro, nero-argento, contrariamente alla
colorazione bianca tipica.
Le particelle di grafite sono riflettenti e, per la loro
caratteristica emissività riducono i flussi termici per
irraggiamento tra cella e cella.
Ovviamente aumenta la massa volumica e il costo.
Isolanti non convenzionali
ISOLANTI TRADIZIONALI:
la conduttività minima è sempre, da decenni (salvo alcune speciali resine
espanse), intorno ai 0,04 W/mK; L’innovazione di prodotto va verso altre
prestazioni (xes fuoco), più che per l’isolamento termico.
VETRAZIONI INNOVATIVE:
le parti trasparenti, tradizionalmente punto critico del sistema, hanno
migliorato molto di più le proprie prestazioni. Si è partiti da U " 3,0 negli
anni ’60 per arrivare a U " 1,0 per un vetrocamera ad altissime
prestazioni (0,5 W/m2K per un vetro triplo – doppia vetrocamera).
Come conseguenza di ciò e della sistematica crescita delle esigenze di
contenimento dei disperdimenti energetici, lo spessore dell’isolante è
passato dai due centimetri degli anni sessanta, ai quindici del prossimo
decennio (35 cm per le case VeLE: Very Low Energy).
Isolanti riflettenti
La resistenza termica di un intercapedine dipende dagli
scambi radiativi e convettivi che si instaurano tra le pareti
della stessa. Quando gli scambi radiativi sono molto più
importanti degli scambi convettivi (quando la differenza di
temperatura in gioco è molto alta) è fondamentale tagliare
questi. Ma rimane sempre la trasmissione per convezione
(a meno che non tolga anche l’aria o la si sostituisca con
gas a bassa conducibilità).
Anche in facciata
103
È un’ottima soluzione
quando già devo
realizzare strati di tenuta
all’aria o schermi al
vapore…
Varie tipologie di prodotto
Ma rimane sempre il
modo di scambio per
convezione!
Che succede se tolgo l’aria??
Che succede se tolgo l’aria??
Un pannello
evacuato ha
una conduttività
molto bassa già
a pressioni
inferiori alla
atmosferiche;
fino a 50 mBar
1 atm " 0,1
MPa
1 bar " 0,1 MPa
1 bar " 10
ton/m2
High performance insulation
IL VUOTO: con gli isolanti sottovuoto, si
passa a conduttività potenzialmente nulle,
praticamente un decimo: 4 mW/m K (nei
punti migliori). È abbastanza facile creare il
vuoto all’interno di un materiale poroso
DURABILITA’?
Uno studio su
pannelli attuali
ritiene stimabile un
aumento di 0,0025
W/mK in 25 anni
(ma ci sono dati
reali solo su
invecchiamenti
naturali di un anno)
IN PRATICA:
Usare !"6-8
mW/m K
All’interno del
pannello lo scambio
termico è solo per
irraggiamento e
conduzione
Simmler, Brenner, EMPA-CH
Pannelli sotto vuoto
VACUUM INSULATING
PANELS (VIPs)
Si prende un materiale isolante
sufficientemente rigido.
Lo si riveste con un foglio di
alluminio adeguatamente
risvoltato e sigillato. Si tira fuori
tutta l’aria che c’è dentro. Si
ottengono pannelli con una
conduttanza equivalente dell’ordine di 0,004 W/mK: dieci volte
minore del buon isolante
termico commerciale.
Pannelli evacuati (oggi)
Load bearing
core material
Simmler, Brenner, EMPA-CH
“Pannelli evacuati” o “sottovuoto” (VIPs)
Non solo micro e nano-polveri anche aerogel
Aerogel is the lightest and lowest-density solid that has
ever been produced. It is a superstrong nanoporous
material made from the same material as glass and is 5099% air.
Aerogel
Aerogel
Center for Space, Titusville, FL
HOK Architects Panel-Unit Wall System
Flexible aerogel blankets