Isolamento termico degli edifici: materiali isolanti e applicazioni

Cosa sono i materiali isolanti

I materiali isolanti sono quelli che hanno una bassa conduttività termica, cioè che si oppongono al passaggio del calore. La conduttività termica è espressa dal coefficiente lambda (λ), che indica la quantità di calore che nell’unità di tempo attraversa un materiale con uno spessore di un metro e una superficie di un metro quadrato, quando la differenza di temperatura tra le due facce è di 1°K. Più basso è il valore di lambda, maggiore è la capacità isolante del materiale. Per esempio, il valore λ dell’aria è di circa 0,026 W/mK.

I materiali isolanti possono essere classificati in base alla loro origine (minerale, petrolchimica, vegetale, o animale), alla loro natura (naturale o sintetica, organica o inorganica) e alla loro struttura (fibrosa, cellulare o porosa).

Vediamo ora alcuni esempi di materiali isolanti usati in edilizia con il loro valore λ.

Materiali isolanti di origine minerale

I materiali isolanti di origine minerale sono quelli derivati da rocce o minerali. Hanno una buona resistenza al fuoco e all’umidità, ma possono essere pesanti e fragili. Alcuni esempi sono:

• Lana di roccia: è un materiale fibroso ottenuto dalla fusione di rocce vulcaniche a cui si aggiungono leganti sintetici. Ha una buona capacità isolante sia termica che acustica, una buona resistenza al fuoco e all’umidità e una buona permeabilità al vapore. Si presenta sotto forma di pannelli, rotoli o fiocchi. Ha un valore di λ compreso tra 0,033 e 0,039 W/mK.
• Vermiculite: ottenuta dalla espansione termica di minerali argillosi del gruppo delle miche. Ha una struttura lamellare, con lamelle sovrapposte che formano dei canali d’aria. Ha un valore di λ compreso tra 0,045 e 0,065 W/mK.
• Perlite: ottenuta dalla espansione termica di rocce vulcaniche ricche di silice. Ha una struttura vetrocellulare, con celle irregolari riempite d’aria. Ha un valore di λ compreso tra 0,035 e 0,045 W/mK.

Materiali isolanti di origine petrolchimica

I materiali isolanti di origine petrolchimica sono quelli derivati da prodotti derivati dal petrolio. Hanno una buona capacità isolante termica, una bassa densità e un basso costo. Tuttavia, hanno una scarsa capacità isolante acustica, una scarsa resistenza al fuoco e all’umidità, una bassa permeabilità al vapore e un alto impatto ambientale. Alcuni esempi sono:

• Polistirene espanso (EPS): è un materiale cellulare ottenuto dall’espansione di granuli di polistirene con l’aggiunta di agenti espandenti. Ha una buona capacità isolante termica, una bassa densità e un basso costo. Tuttavia, ha una scarsa resistenza al fuoco e all’umidità e una bassa permeabilità al vapore. Ha una struttura cellulare chiusa, con celle riempite d’aria che costituiscono il 98% del volume. Si presenta sotto forma di pannelli o sfere. Ha un valore di λ compreso tra 0,032 e 0,040 W/mK.
• Polistirene estruso (XPS): è un materiale cellulare ottenuto dall’estrusione di polistirene con l’aggiunta di gas espandenti. Ha una buona capacità isolante termica, una maggiore densità e resistenza meccanica rispetto all’EPS, una buona resistenza all’umidità e una bassa permeabilità al vapore. Tuttavia, ha una scarsa resistenza al fuoco e un costo più elevato rispetto all’EPS. Si presenta sotto forma di pannelli. Ha un valore di λ compreso tra 0,028 e 0,035 W/mK.
• Polietilene reticolato (PEX): è un materiale cellulare ottenuto dall’espansione di polietilene con l’aggiunta di agenti reticolanti. Ha una buona capacità isolante termica, una buona resistenza meccanica e chimica e una buona elasticità. Tuttavia, ha una scarsa resistenza al fuoco e all’umidità, una bassa permeabilità al vapore e un alto impatto ambientale. Si presenta sotto forma di tubi o guaine. Ha un valore di λ che varia tra 0,025 e 0,040 W/mK.
• Poliuretano espanso (PUR): ottenuto dalla reazione tra due componenti liquidi: il poliolo e l’isocianato. Ha una struttura cellulare chiusa, con celle riempite da gas a bassa conduttività termica. Ha un valore di λ compreso tra 0,020 e 0,030 W/mK.

Materiali isolanti di origine vegetale

I materiali isolanti di origine vegetale sono quelli derivati da piante o parti di esse. Hanno una buona capacità isolante sia termica che acustica, una buona permeabilità al vapore e un basso impatto ambientale. Tuttavia, possono essere sensibili al fuoco e all’umidità. Tra i più diffusi ci sono:

• Fibra di legno: ottenuta dalla triturazione e dall’agglomerazione del legno con leganti naturali o sintetici. Ha una struttura fibrosa, con fibre orientate parallelamente al piano del pannello. Ha un valore di λ compreso tra 0,038 e 0,050 W/mK.
• Fibra di canapa: ottenuta dalla lavorazione della canapa industriale, una pianta che cresce rapidamente e che non richiede pesticidi o fertilizzanti. Ha una struttura fibrosa, con fibre lunghe e resistenti, che le conferiscono una buona traspirabilità e una buona capacità di assorbimento acustico. Ha un valore di λ compreso tra 0,040 e 0,045 W/mK.
• Fibra di cellulosa: ottenuta dal riciclo della carta, che viene triturata e trattata con sali borati per renderla ignifuga e antiparassitaria. Ha una struttura fibrosa, con fibre sottili e irregolari, che le conferiscono una buona capacità di adattarsi agli spazi vuoti. Ha un valore di λ compreso tra 0,035 e 0,040 W/mK.
• Sughero: ottenuto dalla scorza della quercia da sughero, che viene raccolta periodicamente senza danneggiare l’albero. Ha una struttura cellulare chiusa, con celle riempite da una sostanza cerosa chiamata suberina. Ha un valore di λ compreso tra 0,035 e 0,045 W/mK.

Materiali isolanti di origine animale

I materiali isolanti di origine animale sono quelli derivati da prodotti o da scarti di origine animale. Sono materiali organici, biodegradabili e riciclabili, tuttavia, hanno una bassa resistenza al fuoco, all’umidità e agli agenti biologici, come muffe, funghi e insetti. Per questo motivo, devono essere trattati con additivi ignifughi, idrorepellenti e antiparassitari, che possono ridurre la loro naturalità e la loro salubrità. Inoltre, hanno una bassa densità e una bassa massa termica, una scarsa disponibilità sul mercato e un costo elevato rispetto ad altri materiali isolanti di origine sintetica o minerale. Tra i più diffusi ci sono:

• Lana di pecora: ottenuta dalla tosatura delle pecore, che viene poi lavata e cardata per formare dei pannelli o dei rotoli. Ha una struttura fibrosa, con fibre ricche di cheratina, una proteina che le rende elastiche e resistenti. Ha un valore di λ compreso tra 0,035 e 0,040 W/mK.
• Piuma d’oca: ottenuta dalla raccolta delle piume delle oche allevate per la produzione di carne o di foie gras. Ha una struttura fibrosa, con fibre cave che trattengono l’aria. Ha un valore di λ compreso tra 0,025 e 0,030 W/mK.

Pannelli sandwich

I pannelli sandwich sono una valida opzione per l’isolamento termico e acustico degli edifici. Sono composti da due strati resistenti, chiamati pelli o facce, che racchiudono uno strato di materiale isolante, chiamato core. Il nome sandwich deriva dal fatto che la struttura ricorda quella di un panino.

Vantaggi dei pannelli sandwich:

• Leggerezza: hanno un peso specifico inferiore rispetto ad altri sistemi costruttivi tradizionali, come il laterizio o il calcestruzzo. Questo permette di ridurre le sollecitazioni sulle fondazioni e sulle strutture portanti, e di facilitare il trasporto e la posa dei pannelli.
• Resistenza: hanno una buona resistenza meccanica, sia a compressione che a flessione, grazie alla collaborazione tra le facce e il core. Inoltre, hanno una buona resistenza al fuoco, all’umidità e agli agenti biologici, grazie ai materiali usati e ai trattamenti applicati.
• Versatilità: possono essere realizzati con diversi materiali, come metallo, legno, polistirene, poliuretano, lana di roccia, sughero e altri. Possono anche avere diverse forme, dimensioni, colori e finiture, in base alle esigenze progettuali ed estetiche. Possono essere usati per isolare le pareti, i tetti o i pavimenti di edifici privati o industriali.
• Economicità: hanno un costo inferiore rispetto ad altri sistemi costruttivi tradizionali, sia per il materiale che per la manodopera. Infatti, i pannelli sono prefabbricati in fabbrica e richiedono una posa semplice e rapida, senza bisogno di opere murarie o intonaci. Inoltre, i pannelli garantiscono un elevato risparmio energetico, grazie al loro alto potere isolante.
• Sostenibilità: sono ecologici, in quanto riducono il consumo di energia e le emissioni di gas serra. Inoltre, alcuni materiali usati per i pannelli sono riciclabili o biodegradabili, come il legno o il sughero.

Svantaggi dei pannelli sandwich:

• Traspirabilità: possono avere una scarsa traspirabilità, a seconda del materiale isolante usato. Questo può causare problemi di condensa interstiziale o di muffe, se non si garantisce una adeguata ventilazione dell’edificio. Per questo motivo, si consiglia di scegliere materiali isolanti altamente traspiranti e di abbinare un sistema di ventilazione meccanica controllata.
• Estetica: possono richiedere un adeguamento estetico dell’edificio, a seconda del materiale delle facce. Infatti, alcuni materiali possono avere un aspetto poco gradevole o poco armonico con il contesto architettonico. Per questo motivo, si consiglia di scegliere materiali delle facce con colori e finiture adatti all’edificio o di ricorrere a rivestimenti aggiuntivi.
• Deformazioni: i pannelli sandwich possono essere soggetti a deformazioni o danneggiamenti in caso di sollecitazioni eccessive, come urti, carichi concentrati o variazioni termiche. Per questo motivo, si consiglia di verificare la resistenza dei pannelli alle sollecitazioni previste e di proteggerli con appositi sistemi di fissaggio o rinforzo.

I pannelli sandwich conviene utilizzarli quando si vuole ottenere un elevato isolamento termico e acustico con una soluzione semplice, rapida ed economica. Possono essere applicati su pareti, tetti o pavimenti di edifici privati o industriali, sia in fase di costruzione che di ristrutturazione.

Applicazioni

I materiali isolanti per gli edifici possono essere applicati in diversi modi a seconda della tipologia di superficie da isolare e delle esigenze progettuali.

Le principali modalità di applicazione sono:

• Isolamento interno: consiste nell’applicare i materiali isolanti sul lato interno delle pareti perimetrali o dei solai. Questa soluzione è adatta quando non si vuole modificare l’aspetto esterno dell’edificio o quando non si dispone di spazio sufficiente all’esterno. Svantaggi: riduce lo spazio abitabile interno; crea un ponte termico tra la parete isolata e il solaio; aumenta il rischio di condensa interstiziale; rallenta lo smaltimento del calore accumulato dall’edificio durante il giorno.
• Isolamento in intercapedine: consiste nell’inserire i materiali isolanti nello spazio vuoto tra due pareti o tra due solai. Questa soluzione è adatta quando si dispone di una intercapedine adeguata e accessibile. Svantaggi: richiede la verifica dello stato della parete interna; richiede la realizzazione di fori per l’inserimento del materiale isolante; richiede la sigillatura dei fori per evitare infiltrazioni d’aria; non elimina i ponti termici esistenti.
• Isolamento esterno: consiste nell’applicare i materiali isolanti sulle facciate (cappotto termico) o sui solai. Questa soluzione è la più efficace dal punto di vista termico ed energetico, in quanto: aumenta lo spazio abitabile interno; elimina i ponti termici tra le superfici isolate; riduce il rischio di condensa interstiziale; favorisce lo smaltimento del calore accumulato dall’edificio durante il giorno. Svantaggi: richiede un adeguamento dell’aspetto estetico dell’edificio; richiede una maggiore attenzione alla posa e alla protezione dei materiali isolanti; richiede una maggiore spesa iniziale.

Per scegliere la modalità di applicazione più adatta, bisogna valutare le caratteristiche dell’edificio, le prestazioni termiche desiderate, il budget disponibile e le normative vigenti. In generale, si consiglia di preferire l’isolamento esterno quando possibile, in quanto offre i maggiori vantaggi in termini di comfort, risparmio e sostenibilità.