Materiali a Cambiamento di Fase per l’Edilizia: Applicazioni, Pregi e Difetti

L’utilizzo dei Phase Change Materials in edilizia si sta espandendo, non solo in via sperimentale, ma anche nell’edilizia convenzionale, destinata alla vendita. Difficilmente vengono usati “sciolti”, ma il più delle volte vengono incapsulati in contenitori oppure con tecnologie diverse, a seconda del tipo di utilizzo che i materiali a cambiamento di fase sono destinati ad avere.

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Le funzioni svolte in edilizia dai PCM sono molteplici e vi sono molte tipologie di prodotti in commercio, molte volte sconosciute o poco utilizzate.

Ecco un approfondimento sui contenitori per PCM e sui loro utilizzi.

In comparto edilizio i PCM possono venire utilizzati:

• sfusi,
• con microincapsulamento,
• con macroincapsulamento,
• immersi in matrici porose.

Le modalità di utilizzo sono invece molteplici, a seconda delle finalità che si vogliono ottenere. Una prima grande distinzione riguarda l’applicazione. Si sono distinte le seguenti principali applicazioni edilizie:

• involucro opaco: PCM inseriti in aggiunta ai normali isolanti, nell’interfaccia tra interno ed esterno oppure in alcuni casi (molto rari) nelle pareti interne;
• controsoffittatura o in pavimenti radianti: elementi inseriti in controsoffitti o pavimenti radianti, che permettono di ottenere da questi sistemi di climatizzazioni risultati migliori;
• involucro trasparente: in sostituzione dell’intercapedine d’aria presente tra lastre di vetro oppure in aggiunta ad essa, con opportune lastre schermanti o riflettenti;
• sistemi tecnologici e di climatizzazione: PCM inseriti all’interno di scambiatori di calore a fascio tubiero che ne incrementano le prestazioni, oppure inseriti direttamente nella parte terminale dell’impianto di ventilazione nel caso di impianti a tutt’aria.

Queste sono le principali applicazioni ora presenti in edilizia, ma non sono le uniche. Sono infatti in corso numerose sperimentazioni per applicare i PCM in molte altre parti dell’edificio, non citate nell’elenco precedente in quanto non ancora direttamente utilizzate.

Curiosità sui PCM

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Una prima casa contente PCM venne costruita nel 1946 e completata nel 1948, negli Stati Uniti, in una tenuta a 5 km da Boston. Villetta con una superficie di 135 metri quadrati, si sviluppava solo su un piano.

L’energia solare era raccolta grazie a 18 collettori solari composti da pannelli costituiti da sottili lastre zincate verniciati di nero. Il calore generato da tali pannelli era trasferito tramite un ventilatore a tre bidoni di stoccaggio situati su entrambi i lati della camere.

Nei bidoni erano contenuti 21 tonnellate di sale Glauber aventi una capacità di accumulo pari a 11 MJ. Questo era in grado di accumulare calore per ben 12 giorni e la temperatura di fusione di tali sali era di 32 gradi centigradi. I risultati furono molto positivi e la temperatura interna era costantemente di 21 gradi, senza l’ausilio di sistemi di riscaldamento aggiuntivi.

Pregi e Difetti dei Materiali a Cambiamento di Fase (PCM)

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Dopo aver descritto in breve le caratteristiche dei PCM e i loro principali utilizzi in edilizia, concludo con quelli che sono i pregi e i difetti riscontrati dallo studio di questi materiali:

VANTAGGI

• Materiali facilmente reperibili sul mercato
• Presenza di molte case produttrici e svariate tipologie di incapsulamento
• Risultati teorici sperimentali molto buoni
• Riduzione delle spese di riscaldamento e raffrescamento teoriche, nell’ordine del 5 – 10%
• Possibilità di utilizzo sia sulle nuove costruzione che nei casi di recupero edilizio
• Applicazione in sistemi tecnologici e di climatizzazione, oltre che in sistemi solari passivi.

SVANTAGGI

• Assenza di risultati reali affidabili e di applicazioni che giustifichino l’utilizzo
• Scarsa informazione sui prezzi e sulla convenienza economica di un tale investimento
• Scarsa diffusione sul mercato italiano
• Possibilità, dopo svariati cicli di utilizzo, di variazione delle capacità di accumulo termico
• Necessità di incapsulamento per il contenimento durante la fase liquida
• Assenza di capacità portante.

A cura di Paolo Albertino

Approfondimenti

• Introduzione ai materiali a cambiamento di fase
• Materiali a cambiamento di fase incapsulati
• Caratteristiche e applicazioni di alcuni materiali a cambiamento di fase
• Programma di pianificazione e simulazione per l’utilizzo di materiali a cambio di fase (PCM)

BIBLIOGRAFIA

Austin R. TES Systems limited. UK : s.n., 1994. p. 2.

Albertino Paolo. Materiali a cambiamento di fase (PCM) in edilizia. Sperimentazioni sull’involucro a blocchi portanti e su rivestimenti ad intonaco. Politecnico di Torino, Torino ,: 2009. p. 2.

Bonacina C., Cavallini A., Mattarolo L. Trasmissione del calore. Bologna : CLEUP editore, 1993.

McKay.E.M, Bromley.A.K.R &. Incorporating Phase Change Materials into the Building Fabric. CIBSE Conference 1994.

Serway Raymond A. Principi di fisica. James Madison University, Pomona : EdiSES, 2002.