Sviluppo e Innovazione tecnologica degli isolanti termici per l’industria delle costruzioni Christina Conti e Massimo Rossetti Paper 10 Sviluppo e Innovazione tecnologica degli isolanti termici per l’industria delle costruzioni ‐ Christina Conti e Massimo Rossetti Contributo scientifico “Development and Technological Innovation of Thermal Insulators in the Building Industry” presentato in occasione del Convegno internazionale IAPS2008 ‐ Urban diversities, biosphere and well‐being: designing and managing our common environment. 20th IAPS Conference tenutosi a Roma 28 luglio ‐ 1 agosto 2008 I luoghi dove viviamo, lavoriamo e passiamo il nostro tempo libero sono i maggiori responsabili del riscaldamento globale, il nemico pubblico numero uno del pianeta. Quantificando il dato si rileva che il consumo di energia complessivo è assorbito, per quello che riguarda l’Italia, per circa il 22,6% dall'industria, per il 32,3% dai trasporti e per il 2,8% dall'agricoltura mentre il solo settore delle costruzioni consuma circa il 35,2% (dati Cresme). Una percentuale che esplica come il mondo delle costruzioni, rispetto alle altre attività antropiche, sia la causa principale degli attuali cambiamenti climatici. Si tratta di un settore che ha un impatto enorme, considerando che quando si parla di costruzioni è importante ricordare che nella quantità di energia spesa va inserita anche quella necessaria a coprire l’interno ciclo di vita di un manufatto edilizio, dall’estrazione delle materie prime alla lavorazione di materiali e componenti, dalla costruzione vera e propria alla fase di esercizio, fino all’energia necessaria per dismettere, demolire ed eventualmente recuperare parte del costruito. E proprio nell’ambito della fase di esercizio arriva un'altra cattiva notizia, ovvero le prestazioni energetiche di un edificio sono per circa un 30% influenzate dall’isolamento dell’involucro architettonico che, se non opportunamente progettato e dimensionato, diventa il vero punto di fuga dell’energia. Mettendo a sistema questi due fattori, è chiaro quanto un corretto isolamento degli edifici sia importante per ridurre il consumo energetico generale, oltre a risultare determinante per raggiungere un adeguato livello di comfort interno. Ed è questo il motivo per cui il settore degli isolanti sta vivendo una nuova giovinezza, con la contemporanea riscoperta di metodi di coibentazione naturali e l’adattamento verso l’edilizia di diversi prodotti di frontiera messi a punto in altri ambiti industriali e in grado di raggiungere prestazioni non ottenibili coi sistemi tradizionali. Per comprendere lo scenario attuale delle produzioni di isolanti è necessario ripercorrere la loro storia cominciando dal secondo ventennio del secolo scorso quando iniziò la produzione e l'industrializzazione della lana di vetro, dei cellulari polimerizzati e delle resine fenoliche. Produzioni che subirono l’onda d’urto della seconda guerra mondiale che sconvolse il settore delle costruzioni da un lato imponendo la ricostruzione veloce di milioni di metri cubi di case, e dall'altro, meno immediato ma altrettanto importante, la necessità di convertire i risultati delle ricerche effettuate dall’industria bellica: uno sforzo economico che nei decenni successivi si riversa anche nel settore delle costruzioni, immettendo sul mercato un ampio ventaglio di prodotti innovativi e tecnologicamente avanzati. È la diffusa crescita economica degli anni ’50 e ’60 e la contemporanea crescente richiesta di abitazioni sempre più confortevoli a spingere in quel periodo la crescita del mercato degli isolanti, che attingono principalmente dai settori della refrigerazione e dei trasporti. Crescono di numero gli stabilimenti di produzione di lana di roccia e di vetro, mentre diventano di uso comune il polistirene e il poliuretano espanso. Una spinta che la crisi energetica di inizio anni ’70, aiutata dai primi movimenti ambientalisti e dalla crescita dell’inflazione, continuerà a supportare, incentivando ad esempio l’uso dei materiali espansi e successivamente degli estrusi e delle resine sotto forma di schiume. La presa di coscienza dei gravi problemi ambientali dei nostri giorni, la crescita del mercato delle seconde e terze case, la richiesta di un ambiente interno dal livello di benessere adeguato, l’involucro architettonico come fertilissimo terreno di sperimentazione per la ricerca, sono alcuni dei temi con i quali il settore degli isolanti si sta confrontando nei decenni più recenti, tanto da assistere in alcuni casi addirittura allo sdogamento visivo degli stessi. Da sempre invisibili, nascosti nelle intercapedini dei muri, nel sottotetto o dietro a facciate ventilate, gli isolanti termici sono ormai arrivati a confrontarsi anche con uno dei grandi temi contemporanei, l’immagine, dichiarati in facciata come parte integrante dei componenti dell’involucro e come tali in grado di influire sull’aspetto dell’edificio. Nella fase attuale, si fondono almeno tre fattori favorevoli allo sviluppo del settore degli isolanti: la richiesta di livelli di comfort sempre più elevati per residenze, centri direzionali, edilizia commerciale, ambienti per il tempo libero, ecc.; l’urgenza dei problemi legati al consumo energetico e all’inquinamento; un livello tecnologico diffuso sufficientemente alto da poter prelevare innovazione e adattarla al settore delle costruzioni. In questo contesto, il mercato offre un ventaglio di soluzioni che non ha mai avuto eguali da quando costruire è un’industria e non solo un’attività, dove spuntano materiali ad altissima tecnologia e la natura torna nelle abitazioni. Fino all'avvento dei materiali di sintesi conseguente allo sviluppo dell’industria chimica nel XX secolo i sistemi di coibentazione utilizzati erano prevalentemente naturali e il costruire sostenibile era molto più semplicemente il costruire a regola d'arte; dimenticati per un lungo periodo in quanto materiali del passato e quindi contrapposti alla modernità di plastiche, calcestruzzo, acciaio, i materiali naturali sono oggi convenzionalmente adottati grazie anche agli evoluti processi di produzione e di lavorazione industriale che ne hanno migliorato le proprietà di sicurezza al fuoco, asetticità, resistenza alle muffe e ai microorganismi. Sul mercato sono disponibili isolanti realizzati con lana di pecora, con piume d’oca e altri volatili da cortile, con fibra di lino e di cocco, con juta e canapa, fino ad arrivare agli isolanti a base di acido di mais, biodegrabile al 100% in determinate condizioni. Lo stesso prodotto che, accoppiato alla fibra di legno, svolge anche una funzione di isolante acustico. A fianco dei materiali naturali si trovano soluzioni che per l’edilizia rappresentano l’apice della sperimentazione, ma che arrivano da altri settori industriali. Il mondo degli isolanti è tra quelli che attingono maggiormente, adattando tecnologie nate per rispondere a requisiti più selettivi e severi di quelli di un manufatto architettonico; il risultato sono prodotti quali l’aerogel, i PCM, i VIP, i TIM e gli isolanti riflettenti, progettati per condizioni molto più gravose (prevalentemente di derivazione aerospaziale), che offrono prestazioni non comuni e potenzialmente ottimali per abbattere il danno ambientale provocato dall'edilizia. Esemplificativo delle potenzialità adattive degli isolanti è l’aerogel; esistente in realtà come prototipo antecedente alla seconda guerra mondiale, è stato definitivamente messo a punto dalla NASA per la missione Mars Path Finder del 1996, come isolante termico per proteggere le apparecchiature del robot sceso sulla superficie del pianeta rosso. Si tratta del materiale più leggero attualmente noto, composto per oltre il 98% di aria e per il restante di diossido di silicio. Il materiale di partenza è un gel, dal quale viene sottratta l’acqua e sostituita con aria, senza compromettere i legami chimici che tengono insieme le molecole. Il risultato è un materiale estremamente leggero e resistente, in grado di raggiungere livelli di isolamento termico pari a circa 0,017 W/mK. Gli elevatissimi costi non impediscono di vedere la sua progressiva diffusione nel mercato, ad esempio integrato nei vetri camera o in componenti dell’involucro esterno. Lo stesso percorso adattivo lo hanno compiuto i PCM – Phase Change Materials – facenti parte della famiglia dei materiali adattivi, in grado di rispondere alle sollecitazioni esterne mediante un cambiamento di stato. I PCM, materiali a cambiamento di fase, sono in grado di modificare ciclicamente il loro stato da solido a liquido, assorbendo e trattenendo il calore e impedendone la propagazione dall’esterno verso l’interno. Si tratta dello stesso effetto di sfasamento dell’onda di calore tipica di un qualsiasi muro in pietra, con la differenza che grazie ai PCM si possono utilizzare spessori molto inferiori. Anche in questo caso l’innovazione tecnologica arriva al settore aerospaziale: i PCM vengono utilizzati come isolante termico nelle tute degli astronauti, alle quali è richiesto non solo di essere altamente performanti, ma anche di spessore contenuto. E anche in questo caso si sta assistendo alla progressiva diffusione di questi prodotti nel mercato, come testimonia l’edificio LightHouse, presentato dallo studio Kingspan alla fiera Offsite in 2007, presso il Parco dell’Innovazione del British Research Establishment a Watford, in Gran Bretagna (sotto la copertura presenta una serie di pannelli prodotti da BASF contenenti PCM a base di paraffina). Gli isolanti termici forse più performanti al momento sono i VIP – Vacuum Insulation Panels – pannelli isolanti che basano la loro efficacia sulla presenza del vuoto internamente. La loro parte più importante è il nucleo, generalmente in schiuma, dal quale viene sottratta l’aria e quindi racchiuso in un contenitore ermetico di alluminio, che sigilla l’interno e impedisce la penetrazione dell’aria. É ovvio che una lacerazione dell’involucro di alluminio vorrebbe dire la perdita delle prestazioni, ed è per questo motivo che il VIP vero e proprio viene spesso a sua volta inglobato in una sorta di capsula protettiva, in modo da realizzare un VIS – Vacuum Insulation Sandwich. Nati nell’industria della refrigerazione, non sono ancora molto diffusi a causa degli elevatissimi costi e della delicatezza nel loro impiego, ma sono in grado di raggiungere un livello di isolamento pari a circa 0,003 W/mK (valore inaccessibile per qualsiasi altro isolante). Un altro particolare caso di trasferimento di tecnologie è quello che riguarda i TIM – Transparent Insulation Materials. Come dice il nome stesso, sono materiali che associano il fatto di essere isolanti a quello di essere – parzialmente – trasparenti. Sono generalmente costituiti da doppi vetri nella cui intercapedine viene inserito uno strato di elementi fibrosi (PMMA, fibre di vetro, ecc.). La presenza di questi filamenti contribuisce a isolare termicamente l’interno e nello stesso tempo funziona come filtro diffusore della luce, rendendo i TIM particolarmente indicati per ambienti dove non sia richiesta la possibilità di guardare all’esterno ma che necessitino di illuminazione naturale e di una buona coibentazione. I Transparenti Insulation Materials non raggiungono livelli di isolamento equivalenti agli altri materiali – un valore medio si attesta attorno a 1,3 W/mK – ma possono sfruttare la loro caratteristica di essere contemporaneamente isolanti e semitrasparenti. Sempre dalla ricerca spaziale arrivano gli isolanti riflettenti, messi a punto dalla NASA più di 40 anni fa come protezione dalla radiazione solare per le navicelle. La loro sempre maggiore applicazione in edilizia nasce dall’analisi di alcuni dati: fino al 93% della trasmissione del calore dall’alto verso il basso, dal 50 al 75% della trasmissione di calore dal basso verso l’alto e dal 65 all’80% della trasmissione di calore lateralmente è dovuta all’irraggiamento. A questo bisogna aggiungere che i comuni isolanti agiscono in particolare su conduzione e convezione ma non sull’irraggiamento. La presenza quindi di un isolante riflettente, associata a un’intercapedine d’aria, senza la quale l’effetto riflettente non può innescarsi, permette di intervenire anche su quella parte di calore radiante, arrivando a livelli di isolamento pari a 0,03 W/mK. L’innovazione tecnologica che sta investendo il mondo degli isolanti termici per l’edilizia è quindi tra le più all’avanguardia tra quelle che riguardano i prodotti da costruzione. Un’innovazione in quanto tale però non è sufficiente per parlare di benefici: il rischio di una deriva tecnicista, di un utilizzo autoreferenziale e compiaciuto della tecnologia, utilizzata solo per il fatto di essere disponibile, è tanto più vero quando più la stessa innovazione cresce senza essere controllata. La richiesta di prodotti dalle prestazioni sempre migliori dovrebbe essere accompagnata anche da un’altra domanda: quanto è costato, in termini di energia consumata, produrre questo elemento? Nel caso specifico degli isolanti la domanda specifica potrebbe essere: qualche decimale in meno di trasmittanza, è accompagnato anche da un processo produttivo che riduce al minimo i consumi? Che tradotto in altri termini significa: l’energia che risparmio nell’usare quel prodotto più innovativo o più performante, sono sicuro che non sia già stata sprecata durante il processo di produzione? In questo contesto, rimane lo spazio per almeno un paio di punti aperti: il primo è che l’applicazione dei prodotti che il livello elevato di innovazione tecnologica mette sul mercato dovrebbe essere accompagnata da un altrettanto alto livello di consapevolezza nel loro utilizzo e sulle sue implicazioni (sia in fase di produzione, che in fase di esercizio e di dismissione). Il secondo è che l’isolante termico non dovrebbe essere un prodotto da scegliere a catalogo e sulla base di un indice prestazionale, ma dovrebbe essere oggetto di progettazione come altre parti dell’organismo edilizio (pensiamo ad esempio ai brise‐soleil, che dovrebbero essere progettati e dimensionati sulla base dei parametri ambientali e non un elemento standard giustapposto alla facciata). Senza un’adeguata consapevolezza affiancata alle ormai pressoché illimitate potenzialità tecnologiche e senza un processo progettuale che includa la voce isolamento termico tra le parti più critiche e delicate, il rischio è quello di adottare materiali con ottime prestazioni che però non soddisfano gli specifici requisiti richiesti e, quindi, non permettono di ottenere soluzioni energeticamente adeguate. Referenze AA.VV. (2000). Isolamento esterno a cappotto : sistema di rivestimento esterno con intonaco sottile su isolante. Milano BE‐MA. Carattin E., Marco F., Sebastiano L. (2006). Materiali isolanti. Nuove tendenze in architettura ‐ IUAV Venezia, Archivio delle Tecniche e dei Materiali per l’architettura e il disegno industriale. Conti C., Rossetti M. (2007). “I materiali isolanti. Invisibili alla ribalta”, in Costruire n. 293 (2007). pp. 110‐
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