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Quali sono le principali differenze tra i materiali superisolanti e i materiali isolanti tradizionali? Riescono a fornire buoni rapporti costi/benefici? Per quali tipi di applicazioni e interventi di retrofit energetico sono più adatti tali materiali iperisolanti?
I materiali superisolanti si conoscono da diverso tempo, fin dai primi anni 2000 e la ricerca scientifica internazionale continua imperterrita per migliorarne le prestazioni sia termiche che applicative. Tali isolanti termici hanno valori di conducibilità termica molto bassi rispetto a quelli tradizionali, ma non devono necessariamente essere promotori del superisolamento degli edifici, che in diverse occasioni comporta problemi di comfort e di vivibilità interna agli edifici.
Sicuramente hanno la potenzialità di essere una soluzione efficiente in tutti i casi di riqualificazione energetica di edifici esistenti, laddove siano necessari ridotti spessori per raggiungere i limiti prestazionali imposti dalla legislazione vigente e futura.
Tutti i materiali isolanti tradizionali, fatta eccezione per alcuni tipi di schiume cellulari, si basano ancora sull’incorporamento dell’aria in piccole cavità, pori o cellule che impediscono lo scambio termico per convezione. Per questo motivo la conducibilità termica di tali materiali raggiunge valori minimi fino a 0,023 W/mK.
Per andare oltre questo limite e raggiungere il superisolamento mediante la riduzione della conducibilità termica, possono essere applicate tre strategie principali:
- rimozione del gas: questa tecnica è utilizzata per i pannelli isolanti sottovuoto (VIP)
- cambiare il tipo di gas: come viene fatto per le vetrocamere delle finestre, riempite di Argon o Kritpon
- intrappolare il gas in minuscoli pori che abbiano una dimensione inferiore al percorso medio fatto dal gas intrappolato al fine di limitare il trasferimento di energia tra le molecole. Questa tecnica è utilizzata per gli areogel o altri materiali nano-porosi.
Utilizzando una di queste tre tecniche, la conduttività termica dei materiali superisolanti assume valori generalmente inferiori a 0,015 W/mK e può raggiungere valori ancora più bassi, vicino a 0,005 W/mK. Pannelli isolanti sottovuoto e materiali nanostrutturati tipo aerogel sono già disponibili sul mercato, integrati ad esempio in pannelli in policarbonato.
I materiali super-isolanti restano comunque ancora molto costosi (20-40 €/mq per 1 mqK/W di resistenza termica) rispetto ai materiali isolanti tradizionali (2-10 €/mq per 1 mqK/W di resistenza termica), ma diventano una soluzione economicamente interessante se si considera il ridotto spessore richiesto rispetto a soluzioni tradizionali.
I Materiali Super-Isolanti, quali Benefici possono Apportare alla Prestazione Energetica degli Edifici?
Negli edifici residenziali, il riscaldamento invernale, l’acqua calda sanitaria e il raffrescamento estivo rappresentano circa l’80% del consumo totale di energia. Il modo più efficiente per contenere il consumo energetico degli edifici è quello di ridurre le dispersioni termiche migliorando l’isolamento termico dell’involucro edilizio opaco (tetto, parete e pavimento) e trasparente. Andare oltre l’attuale prestazione termica è fondamentale per raggiungere gli obiettivi di efficientamento energetico della strategia europea 2020.
I valori ottimali di trasmittanza termica U tendono a valori compresi tra 0,15 W/mqK e 0,30 W/mqK, con un valore medio intorno a 0,20 W/mqK. Raggiungere tali trasmittanze termiche con materiali tradizionali come lana minerale o schiume cellulari, implica spessori pari a 15-20 cm.
In caso di riqualificazione energetica di edifici esistenti, lo spessore dell’isolante diventa una questione importante e i materiali superisolanti possono in tal caso essere molto efficaci, con spessori che si aggirano intorno ai 2-5 cm.
Progetti di Ricerca Europei sui Materiali Superisolanti
Sono diversi i progetti europei che puntano allo sviluppo dei materiali innovativi iperisolanti:
- la Commissione Europea sostiene la ricerca sui materiali superisolanti tramite ingenti investimenti nel 7° programma quadro dell’UE
- il progetto AEROCOINS mira a sviluppare un nuovo materiale aerogel composito-ibrido organico-inorganico
- l’obiettivo del progetto HIPIN è lo sviluppo di una produzione sostenibile ed economica di un rivestimento a base di aerogel nanostrutturato
- un altro progetto di ricerca, NANOINSULATE, sta lavorando a un nuovo tipo di pannello isolante sottovuoto (VIP) opaco e trasparente, durevole, robusto, economico, incorporando nuovi materiali a base di nanotecnologie come nano-schiume, aerogel compositi e fogli altamente schermanti
- il progetto FOAMBUILD, ha recentemente iniziato lo sviluppo di una schiuma di particelle termoplastiche utilizzando materie prime di nuova concezione, additivi per la produzione di schiume neon-cellulari.
Iniziative Internazionali Volte alla Promozione dei Materiali Superisolanti
Dall’inizio dell’anno 2000 vi è un crescente interesse in tutto il mondo per i materiali superisolanti. Ogni due anni, a partire dal 2001, viene organizzato un simposio internazionale sui materiali iperisolanti (IVIS).
L’Agenzia Internazionale per l’Energia (IEA), nell’annex 39, ha studiato l’applicazione dei pannelli isolanti sottovuoto (VIP) nel settore edilizio. Il nuovo annex 65, Long-Term Performance of Super Insulation Materials in Building Components and Systems, sarà operativo da metà anno 2014.
L’obiettivo principale di tali studi sui materiali superisolanti è quello di fornire dati affidabili (proprietà e durabilità) e tecniche di installazione sicure.
Norme Tecniche Armonizzate e Valutazioni Tecniche Europee per i Materiali Superisolanti
Le caratteristiche prestazionali dei materiali da costruzione sono spesso individuate da norme tecniche armonizzate (vedi EN 13164:2012 per il Poliuretano Espanso ed EN 13165:2013 per il Polistirene Espanso Estruso XPS) o in mancanza di esse, da valutazioni tecniche europee volontarie (Documento di Benestare Tecnico Europeo BTE), sulla base dei quali ogni fabbricante fa le proprie dichiarazioni di prestazione.
In Europa sono pochi ancora i materiali superisolanti coperti da valutazioni tecniche europee, tanto meno da norme tecniche armonizzate. Attualmente i gruppi di lavoro CEN e ISO stanno preparando delle proposte di norme tecniche per i materiali iperisolanti. Negli Stati Uniti c’è invece lo standard ASTM che copre i requisiti generali per i pannelli isolanti sottovuoto (VIP).
Tu hai mai utilizzato i materiali superisolanti, aerogel o pannelli sottovuoto? Fammi sapere la tua esperienza in merito nei commenti.
Approfondimenti
- Simposio internazionale sui materiali superisolanti (Slide PDF)
- WEBINAR: Superisolamento, stato dell’arte, applicazioni e prestazioni a lungo termine
Slide dei relatori
- Il progetto FOAMBUILD
Photo credit: jsbarrie
Ciao, avevo già cominciato ad informarmi su materiali superisolanti e ti ringrazio per il tuo aggiornamento. In quello che sto affrontando ora per la progettazione di edifici altamente performanti il problema non è la coibentazione termica, ma acustica, se non ho massa faccio fatica a raggiungere quello che è richiesto.
Grazie, ciao, rino
Ciao ho avuto modo di conoscere i superisolanti dal vivo in uno dei convegni casa passiva un paio di anni fa, ma i costi ancora erano proibitivi dal punto di vista applicativo. Non ho seguito da vicino il percorso di studio in merito a questi materiali, ma lo ritengo un argomento di vero interesse, con la speranza che però non diventi un’altro carico ambientale eccessivo dal punto di vista della sostenibilità.
Grazie per l’approfondimento.
Ciao Andrea, ho visto l’articolo e volevo chiederti se questi isolanti (areogel) sono adatti su una parte che presenta della muffa?
Ciao Grazie
Ciao Rino, hai ragione, il problema acustico è potenzialmente l’aspetto vulnerabile per questo tipo di materiali.
Ciao Paolo il problema della muffa sulle pareti è spesso causata da uno scarso isolamento termico della stessa, a parità di condizioni igrometriche interne (Vedi umidità relativa).
Per cui migliorare l’isolamento termico della parete, con materiali tradizionali o materiali superisolanti, è sicuramente una strategia da applicare.
Ciao Andrea,
i materiali termici innovativi altamente isolanti come AEROGEL e VIP, li ho utilizzati e li utilizzo ancora, soprattutto l’Aerogel con risultati significativi per quanto riguarda il puro isolamento per abbassare drasticamente il K termico di un edificio.
Utilizzo anche il VIP ma con molta attenzione, questo prodotto è molto delicato soprattutto quando lo si utilizza in cantiere, basta un niente e va a “puttane” come si suol dire tutto il lavoro di isolazione. Scrivo questo perchè questi pannelli sottovuoto, personalmente ho utilizzato della fibra di legno con un involucro di foglio d’alluminio a tenuta, va tutto bene quanto utilizzi il pannello intero 600 x 1200 mm, ma quando hai una misura fuori dal modulo diventa un grosso problema, nonostante il mio concetto di costruzione sia basato sul modulo, principalmente 1500 x 1500 mm, ora per dei lavori interessanti che ho acquisito per la Germania utilizzo il modulo cosidetto “europeo”, 1200 x 1200 mm, invece di andare avanti sono ritornato indietro agli anni 70.
Pertanto utilizzare il VIP con interventi in cantiere non lo trovo personalmente efficacie.
L’Aerogel lo utilizzo invece ormai come elemento di miglioramento del K termico, in quanto insieme ad altri elementi della stratificazione isolante mi porta a dei risultati ottimali per il risparmio energetico senza dimenticare anche l’isolazione acustica.
Per il risparmio energetico, non mi stancherò mai di scriverlo, non basta un buon isolamento termico, ma è necessario anche un buon scambio termico interno. Con la stratificazione dell’isolazione e le camere ventilate, esterna (gestita ON /OFF) e l’interna con circolazione naturale per lo scambio termico, ho raggiunto il PLATINUM + (LEED) per una villetta nel comune di Folgaria TN, il massimo risultato e l’unico fino ad oggi nel Trentino Alto Adige.
Pertanto è doveroso utilizzarli per migliorare gli isolamenti termici in generale, ma utilizzarli con con il dovuto sapere anche perchè hanno un costo notevole. Questo solo per informazione, se utilizzassi una camera esterna ventilata ma gestita (aperta d’estate e chiusa d’inverno), otterrei già un ottimo risultato in quanto il risparmio energetico annuo sarebbe del 53,8%, questo risultato è stato provato e funziona ancora nell’edificio Tavolare di Bolzano.
Saluti, Toribio
I costi sono ancora proibitivi e non ne giustificano l’utilizzo per interventi “ordinari”; per particolari situazioni e necessità di spessori ridotti opterei per gli aerogel, non sicuramente per il V.I.P. troppo delicato (nel tempo siamo sicuri che il vuoto “tenga”? con il costo che ha si rischiano spiacevoli sorprese!).
No, non li conoscevo; grazie per avermeli presentati!
In verità ieri parlavo con un docente universitario che si occupa di studiare le cause più frequenti di controversia in tribunale nel campo delle costruzioni (per inciso, si tratta principalmente di impermeabilizzazioni errate, la mancanza di sporti in facciata e interrati mal progettati).
Secondo lui i materiali innovativi da questo punto di vista sono molto pericolosi! Non se ne conosce il comportamento nel tempo… meglio andare sul sicuro (leggi: prodotti noti e ben testati sul campo) prima di affidarsi a materiali “nuovi” (aspetterebbe almeno 10 anni prima di fidarsi!).
Ciao Paola, nei link di approfondimento che ho inserito nell’articolo, si fa anche riferimento a delle ricerche che studiano la durabilità di questi materiali, come anche soluzioni di applicabilità e riduzione dei costi.
Questi materiali possono venir utilmente impiegati negli edifici storici ristrutturati dove non è possibile isolare col cappotto esterno per motivi architettonici ed estetici e talvolta all’interno non si può abbondare con lo spessore perché si riduce l’area calpestabile e una stanza potrebbe diventare non più abitabile (ad esempio se diventa inferiore ai 9 m2).
Ho esempi in provincia di Bolzano su edificio del 1870 ristrutturato nel 1990.
Saluti
Dario