MATERIALI HI-TECH
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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
C
on 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
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n.39
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.
QUANDO L’ISOLANTE È SUPER
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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).
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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
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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
n.39
27
LOTTA A CONDUZIONE, CONVEZIONE E IRRAGGIAMENTO
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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.
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n.39
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.
PESO SPECIFICO E CONDUCIBILITÀ TERMICA
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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 13162 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 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.
NEW
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!
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all’impiego di agenti espandenti non dannosi per l’ozono, come la COy 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 (150x104s m), mentre nei laboratori tedeschi si stanno formulando materiali
espansi con celle di 150 nanometri (150x104v 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
LA RICERCA NON SI FERMA
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di carbonio (COy), polioli e isocianati con pressioni di 200 bar e l’ausilio di tensioattivi. Il
processo forma una microemulsione, costituita da nanoparticelle riempite di COy e incapsulate nella sostanza tensioattiva; riducendo la pressione, la COy 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.
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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 50-60 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 (h = 0,005-0,007 W/mK), confezionati in un film
multistrato ad alta barriera, proposti con differenti finiture superficiali,
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n.39
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 10 0 50 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.
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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 CO2, già nel corso della
prima stagione di riscaldamento.
Trasmittanza termica U=0,2 W/m2K
Resistenza Termica R = 5,0 m2K/W
Stiferite Class SK ȜD=0,026 W/mk
130 mm
Polistirene con grafite ȜD=0,031 W/mk
155 mm
Polistirene espanso o estruso ȜD=0,036 W/mk
180 mm
Lane minerali ȜD=0,038 W/mk
190 mm
Lana di legno ȜD=0,042 W/mk
210 mm
Sughero biondo ȜD=0,043 W/mk
215 mm
main partner
Per maggiori informazioni chiama il numero verde 800-840012 o collegati al sito www.stiferite.com
Stiferite Srl - Viale Navigazione Interna, 54 - 35129 Padova (I) - tel. 049 8997911 - fax 049 774727
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 1.300 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.
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