Materiali isolanti per le coibentazioni

Caratteristiche dei diversi tipi di materiali isolanti
 

PANORAMICA DEI MATERIALI ISOLANTI PER LE COIBENTAZIONI

Come abbiamo visto nella pagina dedicata alle coibentazioni e infissi, i materiali impiegabili come isolanti possono essere naturali o sintetici. Ciascuno di essi ha specifiche peculiarità e prestazioni, strettamente connesse alla capacità di isolare la casa dalla temperatura esterna.

Tra i numerosi parametri che descrivono le prestazioni dei materiali isolanti, particolarmente importanti risultano la conducibilità termica λ (si legge lambda), la permeabilità e lo sfasamento temporale.

Nella seguente tabella, vi offriamo una panoramica dei principali materiali isolanti e delle relative proprietà, assieme a materiali non isolanti impiegati nella costruzione degli edifici, al fine di mettere in evidenza le maggiori prestazioni di isolamento termico dei primi rispetto ai secondi. Si tenga presente che i dati si riferiscono ad uno spessore di 10 cm e che si tratta di dati orientativi, da cui i prodotti commerciali si possono discostare.

 

Tipo di isolante termico λ (W/mK) Permeabilità (kg/msPa) Sfasamento temporale
Fibra di legno mineralizzata 0,09 8 2 h
Fibra di legno 0,046 37,4 3 h 35′
Fibra minerale 0,045 187,52 1 h
Polistirene 0,035 0,94 33′
Cellulosa in fiocchi 0,039 2 2 h
Polistirolo 0,04 4,17 27′
Sughero 0,043 12,46 2 h
Lana di vetro 0,045 1,5 h
Lana di pecora 0,04 54′
Pietra 1,8 11 h
Calcestruzzo 2,3 11 h
Mattone pieno 0,7 10 h
Blocco laterizio 0,45 8 h 28′
Mattone porizzato 0,2 7 h 6′

 

Il parametro λ descrive la conducibilità termica del materiale, ovverosia la quantità di calore che attraversa un materiale nell’unità di tempo e per unità di superficie, quando questo si trova interposto tra due ambienti che presentano una differenza di temperatura di 1 K. In altri termini, la conducibilità esprime l’attitudine di un materiale a trasferire calore. Nel caso dei materiali isolanti, quindi, si cercherà di ottenere una conduttività termica piccola, al fine di ridurre le perdite di calore della nostra abitazione.

La permeabilità invece è una misura del comportamento di un materiale al passaggio dell’umidità. Indica cioè la quantità di vapore d’acqua che attraversa, per unità di tempo, un’unità di superficie del materiale avente spessore unitario, quando vi è una differenza di pressione di vapore unitaria tra i due ambienti delimitati dal materiale stesso. Si tratta di un parametro molto importante dal momento che valori elevati di permeabilità possono essere vantaggiosi o fortemente svantaggiosi a seconda che siano accompagnati da una bassa igroscopicità del materiale isolante o da una sua elevata igroscopicità. Nel primo caso infatti si favorisce il trasferimento dell’umidità da un ambiente all’altro, tenuto conto che tipicamente l’umidità assoluta è maggiore dentro le abitazioni rispetto all’esterno. D’altra, per materiali molto permeabili e altrettanto igroscopici, com’è il caso di materiali isolanti fibrosi (lana di vetro, lana di roccia, fibra minerale, fibra di legno, lana di pecora), può comportare l’assorbimento del vapore d’acqua, con la conseguenza di aumentare la conducibilità termica del materiale e con il rischio di formare condensazioni. La ragione risiede nel fatto che il vapore d’acqua ha una conducibilità termica equivalente di 0,56 W/m K, ben superiore a quella dei materiali isolanti descritti nella tabella soprastante, dunque anche una piccola percentuale di vapore acqueo assorbito dal materiale isolante può aumentare in maniera importante la conducibilità. Uno studio dell’Università Politecnica delle Marche ha evidenziato l’aumento della conducibilità termica dei materiali isolanti naturali fibrosi ad opera del vapore d’acqua, come anche l’effetto di “moisture buffering” (trattenimento dell’umidità) da parte del laterizio, quando usato come elemento costruttivo degli edifici.

L’ultimo parametro che abbiamo riportato in tabella è lo sfasamento. Questo parametro è particolarmente importante per descrivere il comportamento del materiale nel periodo estivo, dal momento che descrive il ritardo con il quale il calore esterno viene trasmesso dentro casa. Valori elevati dello sfasamento infatti riducono le necessità di raffrescamento degli ambienti. La cosa è particolarmente interessante se lo sfasamento è tale da comportare l’ingresso del calore solo in serata, quando è possibile aprire le finestre per arieggiare la casa. Lo sfasamento può risultare comunque utile anche in inverno nelle facciate di un edificio rivolte a sud, sud-est e sud-ovest, che vengano colpite dal sole e quindi riscaldate e che possono trasferire il calore all’interno nel tardo pomeriggio e di sera, quando tipicamente vi è maggiore necessità di riscaldamento.

 

 

CARATTERISTICHE SPECIFICHE DEI MATERIALI ISOLANTI

Nel seguito descriveremo le caratteristiche specifiche dei singoli materiali isolanti, in modo da evidenziarne i pregi e i difetti.

Anzitutto, ricordiamo che i materiali isolanti possono essere distinti in isolanti vegetali, minerali  e sintetici.

Prima di procedere con la loro descrizione è importante evidenziare che lo spessore di un isolante incide sulla sua conducibilità termica, nel senso che a spessori maggiori corrispondono conducibilità termiche inferiori e quindi un maggiore isolamento. Per questa ragione è consigliabile quando possibile scegliere spessori sufficientemente grandi, pur tenendo conto che questo si traduce in un aumento dei costi.

 

ISOLANTI  VEGETALI

Sughero. Il sughero è un materiale isolante vegetale relativamente costoso. Si ottiene dalla corteccia esterna della quercia da sughero, con una tecnica che non danneggia la quercia permettendo alla corteccia di rigenerarsi. Come materiale isolante viene commercializzato sia in pannelli, sia in rotoli, sia in granuli. Nel primo caso è particolarmente adatto per le coibentazioni esterne o interne, nel secondo è più indicato per le coibentazioni interne o per i pavimenti, nel terzo caso è più indicato per le coibentazioni interstiziali.

Il sughero ha il pregio di essere traspirabile, imputrescibile, indeformabile, di essere autoestinguente e, quando viene trattato con sali borici, è anche inattaccabile dai roditori. La struttura è caratterizzata da una superficie granulosa, è resistente ed elastica e il materiale non richiede trattamenti, tranne nel caso in cui sia usato come pavimento.

L’ecologicità del materiale essere limitata se è stato trattato con sostanze sintetiche o rinforzato con collanti vinilici.

Il sughero ha una conducibilità termica di circa 0,043 W/mK.

Isolanti naturali a base di cellulosa. Gli isolanti a base di cellulosa si ottengono dalla carta di giornale di recupero, opportunamente macinata e compressa. Anche in questi isolanti vengono aggiunti i sali borici per circa il 15% del loro peso, in modo da ridurne l’infiammabilità. Il consumo di energia per la loro produzione è esiguo, pari a circa 110 kWh – 190 kWh per metro cubo di materiale.

Gli isolanti sono disponibili in fiocchi, trucioli o lana e possono essere applicati con diverse modalità, di cui la più diffusa prevede l’utilizzo di una macchina insufflatrice per applicazioni in intercapedine. Può essere applicato sia a pareti in legno, che in cemento che in metallo, con l’aggiunta di un apposito materiale legante. L’applicazione deve essere effettuata da personale specializzato, sia per garantire un’applicazione uniforme del materiale senza la formazione di vuoti, sia per adottare i corretti presidi di sicurezza volti a tutelare i lavoratori dalle polveri sollevate durante il lavoro.

Talvolta la fibra di cellulosa viene addizionata con un 15% di fibra di poliestere che conferisce maggiore rigidità al materiale.

Infine, al fine di proteggerli dall’umidità, che è critica anche per il rischio di rimozione dei sali borici, questi isolanti possono essere rivestiti con carta oleosa.

La cellulosa in fiocchi ha una conducibilità di circa 0,039 W/mK.

Isolanti in fibra di canapa. Gli isolanti in fibra di canapa vengono tipicamente commercializzati come pannelli o rotoli, talvolta con l’aggiunta di poliestere (85% fibra di canapa, 15% poliestere) oppure di fibre legno e di kenaf. Presentano una bassa conducibilità termica, una buona igroscopicità, una buona traspirabilità e una buona resistenza all’attacco degli insetti. Tra gli svantaggi invece abbiamo una bassa resistenza a compressione e una bassa resistenza al fuoco. Quest’ultimo aspetto può essere migliorato con l’aggiunta di sali di boro.

Gli isolanti in fibra di canapa hanno una conducibilità termica di 0,039-0,040 W/mK.

Lana di pecora. La lana di pecora è un materiale isolante con bassa conducibilità e buona igroscopicità. La sua produzione richiede un basso consumo di energia ed è ottenuta dalla combinazione di lavorazioni artigianali e industriali (tosatura, lavaggio, cardatura, formatura in feltri e materassini). Tuttavia, come per altri materiali naturali, al fine di conferirne la giusta resistenza spesso viene rinforzata con reti di poliestere, che arrivano a costituire il 25% del totale del materiale isolante. L’aggiunta del poliestere riduce la sostenibilità ambientale e la riciclabilità del materiale, pertanto sono in corso diversi studi e ricerche volte a sostituire il poliestere come materiali naturali come il fieno e la calce idrata.

La lana di pecora ha una conducibilità termica di circa 0,040 W/mK.

 

ISOLANTI MINERALI

Gli isolanti minerali generalmente sono ottenuti dalle rocce, mantengono buone prestazioni anche in presenza di umidità, sono resistenti alle muffe e non sono combustibili.

Tra gli isolanti minerali vi sono la lana di vetro, la lana di roccia, l’argilla espansa, la perlite espansa e i feltri.

Come altri materiali minerali, soprattutto di origine vulcanica, possono presentare bassi valori di radioattività naturale. Inoltre le fibre di cui sono composti isolanti quali lana di vetro e di roccia pongono dubbi sulla loro salubrità, con il rischio di irritazioni alle vie respiratorie e alla pelle e con il rischio di una maggiore tossicità per l’uomo.

Inoltre talvolta anche questi materiali vengono additivati con materiali di origine sintetica che ne abbassano le prestazioni.

Lana di roccia. La lana di roccia ha una elevata resistenza a compressione e non contribuisce né alla formazione né alla propagazione di incendi. Ha una bassa permeabilità che la rende resistente all’umidità e alla formazione di muffe. D’altro canto, essendo un materiale fibroso, sussiste il rischio che assorba l’umidità perdendo così il proprio potere isolante. Come materiale isolante, è disponibile sia in feltri, sia in pannelli sia in rotoli.

La lana di roccia ha una conducibilità termica di circa 0,035 – 0,040 W/mK.

 

Perlite espansa. Ha una buona traspirabilità e una bassa conducibilità termica. Inoltre è particolarmente leggera, inerte e incombustibile, è resistente alla compressione ed è esente da radioattività naturale. Viene commercializzata sia come pannelli sia in forma sfusa. Nel secondo caso è impiegata per le coibentazioni interstiziali tramite insufflaggio.

La perlite espansa ha una conducibilità termica di circa 0,048 – 0,052 W/mK.

Lana di vetro. Viene realizzata con vetro riciclato, è ignifuga, resiste all’acqua e all’umidità e ha una bassa conducibilità termica. 

La lana di vetro ha una conducibilità termica di circa 0,040 – 0,045 W/mK.

 

ISOLANTI SINTETICI

Gli isolanti sintetici comprendono la fibra di poliestere, il polistirene espanso sinterizzato (EPS) o estruso, il poliuretano espanso, il polietilene espanso e le schiume.

Una peculiarità degli isolanti sintetici e la loro maggiore economicità rispetto a quelli vegetali e minerali. Inoltre in genere sono facili da applicare e hanno una bassa permeabilità al vapore acqueo.

Per contro, questi materiali tendono ad avere un impatto ambientale maggiore e il loro ciclo produttivo è più energivoro. Inoltre, studi recenti evidenziano i rischi alla salute e alla qualità dell’aria indoor dovuti al loro impiego come materiali isolanti. Al proposito, si veda lo studio “L’uso del polistirene espanso in edilizia. Riflessioni critiche su un materiale non ecologico”, di Adriano Paolella e Roberta Cocci Grifoni, 2012.

Il polistirene ha una conducibilità termica di circa 0,035 W/mK, il polistirolo ha una conducibilità termica di circa 0,04 W/mK.