Capitolo 5 – Biblioteca tecnica

Biblioteca tecnica

La Biblioteca tecnica raccoglie i principali riferimenti utili per approfondire la progettazione dell’isolamento termico, interpretare correttamente i parametri dei materiali e consultare documentazione, norme e approfondimenti applicativi.
Dopo aver esaminato nei capitoli precedenti i principi fisici della trasmissione del calore, le tecnologie isolanti, le applicazioni progettuali e le modalità di verifica delle prestazioni, questo capitolo offre uno strumento di consultazione per progettisti, ingegneri, architetti e professionisti dell’edilizia.
La biblioteca è organizzata in cinque sezioni complementari: un glossario dei termini tecnici, le risposte alle domande più frequenti, i principali riferimenti normativi, una raccolta di video di approfondimento e l’accesso alla documentazione tecnica.

5.1 Glossario tecnico

La progettazione dell’isolamento termico richiede la conoscenza di grandezze fisiche, parametri prestazionali e fenomeni che descrivono il trasferimento del calore attraverso i materiali e gli elementi costruttivi.

Alcuni termini, come conducibilità, resistenza termica e trasmittanza, sono comunemente utilizzati nella progettazione energetica degli edifici. Altri, come effetto Knudsen, diffusione Umklapp e resistenza termica interfacciale, assumono particolare interesse nello studio dei materiali nanostrutturati.

Questo glossario raccoglie le principali definizioni tecniche utilizzate nella guida, distinguendo le proprietà intrinseche dei materiali dalle prestazioni dei sistemi costruttivi e dai fenomeni fisici che possono influenzarle.

A

Adduzione termica

Nel linguaggio della fisica tecnica edilizia, indica lo scambio di calore tra una superficie e l’ambiente circostante, comprendendo i contributi della convezione e dell’irraggiamento.

Il coefficiente superficiale di scambio termico, generalmente indicato con h, si esprime in W/(m²·K). Il suo valore dipende dalle condizioni di scambio e non costituisce una proprietà intrinseca del materiale isolante.

Assorbimento d’acqua

Capacità di un materiale di assorbire acqua liquida nelle condizioni definite da una specifica prova. Deve essere distinto dalla permeabilità al vapore acqueo, che riguarda invece il trasporto del vapore attraverso il materiale.

C

Calore specifico (c)

Quantità di energia necessaria per aumentare di un kelvin la temperatura di un chilogrammo di materiale. Si esprime in J/(kg·K).

Insieme alla densità e alla conducibilità termica, contribuisce a determinare il comportamento dinamico dei materiali sottoposti a variazioni di temperatura.

Capacità termica

Quantità di energia necessaria per aumentare di un kelvin la temperatura di un corpo. Si esprime in J/K e dipende dalla massa e dal calore specifico del materiale.

Conducibilità termica (λ)

Grandezza che descrive la capacità di un materiale di trasferire calore per conduzione. Si esprime in W/(m·K).

Per uno strato omogeneo, nelle condizioni in cui è applicabile il modello conduttivo, un valore di λ inferiore corrisponde a una maggiore resistenza termica a parità di spessore.

È necessario distinguere i valori misurati, dichiarati e di progetto, verificando le condizioni alle quali si riferiscono.

Conduzione termica

Modalità di trasferimento del calore all’interno di un materiale o tra corpi a contatto, senza trasporto macroscopico di materia.

Nei solidi il trasferimento energetico può avvenire attraverso diversi meccanismi microscopici, tra cui il trasporto mediante fononi e, nei materiali conduttori, mediante elettroni.

Condensa interstiziale

Fenomeno di formazione di acqua liquida all’interno di una stratigrafia edilizia quando si verificano condizioni favorevoli alla condensazione del vapore acqueo.

La sua valutazione richiede di considerare le condizioni termoigrometriche, le caratteristiche dei materiali e le metodologie di verifica applicabili.

Condensa superficiale

Formazione di acqua liquida su una superficie quando la temperatura e le condizioni igrometriche determinano il raggiungimento della saturazione del vapore in prossimità della superficie stessa.

Convezione termica

Trasferimento di calore associato al movimento di un fluido, come aria o acqua.

Può essere naturale, quando il moto è generato dalle differenze di densità dovute alla temperatura, oppure forzata, quando è provocato da fattori esterni, come vento o ventilazione meccanica.

D

Diffusione Umklapp

Processo di scattering tra fononi nei materiali cristallini, nel quale il bilancio del quasi-momento cristallino coinvolge un vettore del reticolo reciproco.

Queste interazioni contribuiscono a limitare il trasporto del calore nel reticolo cristallino e, in molti materiali e intervalli di temperatura, rappresentano un importante meccanismo di resistenza termica.

Diffusività termica (α)

Grandezza che descrive la rapidità con cui una variazione di temperatura si propaga all’interno di un materiale.

È definita dal rapporto tra conducibilità termica e capacità termica volumica:

α = λ / (ρ × c)

Si esprime in m²/s.

E

Effetto Knudsen

Fenomeno che si manifesta quando le dimensioni caratteristiche dei pori diventano confrontabili con il cammino libero medio delle molecole del gas contenuto al loro interno.

In queste condizioni, le collisioni delle molecole con le pareti dei pori assumono un ruolo rilevante rispetto alle collisioni intermolecolari, contribuendo a ridurre la conducibilità termica della fase gassosa.

Il fenomeno è particolarmente interessante nello studio degli isolanti nanoporousi.

Emissività termica (ε)

Rapporto tra la radiazione termica emessa da una superficie e quella emessa da un corpo nero alla stessa temperatura, nelle condizioni considerate.

È una grandezza adimensionale, compresa tra 0 e 1, che influenza gli scambi radiativi superficiali.

Euroclasse di reazione al fuoco

Classificazione europea che descrive il contributo di un prodotto da costruzione allo sviluppo di un incendio nelle condizioni previste dalle prove applicabili.

Non deve essere confusa con la resistenza al fuoco degli elementi costruttivi.

F

Fonone

Quasiparticella utilizzata per descrivere quantisticamente le vibrazioni collettive del reticolo cristallino.

Nei materiali solidi non metallici i fononi rappresentano importanti portatori di energia termica.

Flusso termico

Quantità di energia termica trasferita nell’unità di tempo, espressa in watt (W).

Quando viene riferito all’unità di superficie si parla di densità di flusso termico, espressa in W/m².

I

Indice di riflettanza solare (SRI)

Indicatore calcolato che combina la riflettanza solare e l’emissività termica di una superficie per descriverne il comportamento rispetto al riscaldamento solare in condizioni convenzionali.

Non costituisce una misura della conducibilità termica o della resistenza termica di uno strato isolante.

Irraggiamento termico

Trasferimento di energia mediante radiazione elettromagnetica.

A differenza della conduzione e della convezione, non richiede necessariamente un mezzo materiale per propagarsi.

N

Numero di Knudsen (Kn)

Rapporto tra il cammino libero medio delle molecole di un gas e una lunghezza caratteristica del sistema, ad esempio la dimensione di un poro.

Kn = ℓ / L

Permette di identificare il regime di trasporto molecolare e di valutare l’importanza degli effetti di confinamento del gas.

Numero di Rayleigh (Ra)

Numero adimensionale che descrive il rapporto tra gli effetti di galleggiamento termico e quelli dissipativi associati a viscosità e diffusione termica.

È utilizzato per valutare le condizioni nelle quali può svilupparsi convezione naturale in un fluido.

Nel caso di cavità di piccole dimensioni, il suo valore può risultare insufficiente a sostenere moti convettivi significativi.

P

Permeabilità al vapore acqueo

Proprietà che descrive la capacità di un materiale di consentire il passaggio del vapore acqueo per diffusione.

Non deve essere confusa con la permeabilità all’acqua liquida né con l’assorbimento d’acqua.

Ponte termico

Zona dell’involucro edilizio nella quale la geometria, la presenza di materiali differenti o una discontinuità dell’isolamento modificano il flusso termico rispetto alle zone circostanti.

I ponti termici possono aumentare le dispersioni e influenzare le temperature superficiali interne.

R

Resistenza alla diffusione del vapore (μ)

Il fattore μ esprime il rapporto tra la resistenza alla diffusione del vapore di un materiale e quella di uno strato d’aria di uguale spessore, nelle condizioni di riferimento.

È una grandezza adimensionale. Valori inferiori indicano una minore resistenza relativa alla diffusione del vapore.

Resistenza termica (R)

Grandezza che descrive la resistenza opposta da uno strato al passaggio del calore.

Per uno strato omogeneo, in regime stazionario e con conducibilità appropriata:

R = s / λ

dove s è lo spessore in metri e λ la conducibilità termica in W/(m·K).

La resistenza termica si esprime in m²K/W.

Resistenza termica interfacciale

Resistenza al trasferimento del calore che si manifesta in corrispondenza dell’interfaccia tra due materiali o fasi.

Può derivare, tra gli altri fattori, da differenze nelle proprietà vibrazionali, dalla struttura dell’interfaccia e dalle caratteristiche del contatto.

Nei materiali compositi e nanostrutturati, l’elevato numero di interfacce può rendere significativo il loro contributo alla resistenza termica complessiva.

Riflettanza solare

Rapporto tra la radiazione solare riflessa da una superficie e quella incidente, considerando lo spettro solare di riferimento.

È una grandezza adimensionale e contribuisce a determinare il riscaldamento di una superficie esposta al sole.

S

Scambio termico superficiale

Trasferimento di calore tra una superficie e l’ambiente circostante mediante convezione e irraggiamento.

Dipende dalle caratteristiche della superficie e dalle condizioni ambientali, comprese temperatura, velocità dell’aria e condizioni radiative.

Spessore d’aria equivalente (sd)

Grandezza che esprime la resistenza alla diffusione del vapore di uno strato mediante lo spessore equivalente di aria:

sd = μ × s

Si esprime in metri.

T

Termografia a infrarossi

Tecnica diagnostica non distruttiva che rileva la radiazione infrarossa proveniente dalle superfici e consente di rappresentarne la distribuzione di temperatura, sulla base delle impostazioni e delle condizioni di misura.

È utile per individuare anomalie termiche, ma non determina direttamente la conducibilità di un materiale.

Trasmittanza termica (U)

Grandezza che descrive il trasferimento di calore attraverso un elemento edilizio per unità di superficie e differenza di temperatura, nelle condizioni di riferimento.

Si esprime in W/(m²·K).

Dipende dalla stratigrafia, dalle proprietà dei materiali e dalle resistenze superficiali pertinenti.

Trasmittanza termica lineica (Ψ)

Grandezza che descrive il contributo di un ponte termico lineare al trasferimento di calore.

Si esprime in W/(m·K) e viene determinata secondo le metodologie di calcolo applicabili.

V

Valore di conducibilità dichiarato (λD)

Valore di conducibilità termica dichiarato dal fabbricante secondo le regole tecniche applicabili al prodotto.

Deve essere distinto dal valore di progetto, che può richiedere adattamenti alle condizioni effettive di utilizzo.

Valore di conducibilità di progetto

Valore di conducibilità utilizzato nei calcoli termici, determinato considerando le condizioni di impiego e i criteri normativi applicabili.

Può differire dal valore dichiarato del prodotto.

Come utilizzare il glossario

Le definizioni riportate costituiscono un riferimento sintetico per la lettura della guida e della documentazione tecnica.

Per approfondire i principi fisici del trasferimento del calore, le caratteristiche dei materiali, le applicazioni progettuali e le prove sperimentali, è possibile consultare i capitoli precedenti.

Il glossario non sostituisce le definizioni contenute nelle norme tecniche, che rimangono il riferimento per l’esecuzione dei calcoli, delle verifiche e delle valutazioni di conformità.

5.2 FAQ tecniche

La scelta di un sistema isolante richiede di valutare numerosi aspetti: prestazioni termiche, spessore disponibile, comportamento igrometrico, ponti termici, compatibilità con il supporto e documentazione sperimentale.

Le domande raccolte in questa sezione affrontano alcuni dei dubbi più frequenti nella progettazione dell’isolamento termico degli edifici, con particolare attenzione alle differenze tra materiali tradizionali e tecnologie nanotecnologiche a basso spessore.

Le risposte forniscono indicazioni tecniche generali e criteri di valutazione. La scelta di una soluzione specifica richiede sempre di considerare le caratteristiche dell’edificio e i requisiti applicabili all’intervento.

Prestazioni termiche e spessore

1. Un isolante termico deve necessariamente avere uno spessore elevato per essere efficace?

No. La prestazione termica di uno strato isolante dipende dalla sua conducibilità termica e dallo spessore applicato.

Per uno strato omogeneo, in condizioni di conduzione stazionaria, la resistenza termica è espressa dalla relazione:

R = s / λ

dove s rappresenta lo spessore in metri e λ la conducibilità termica in W/(m·K).

A parità di spessore, un materiale con conducibilità inferiore offre una resistenza termica maggiore. Materiali con valori di λ molto differenti possono quindi raggiungere resistenze termiche confrontabili attraverso spessori diversi.

Il criterio fondamentale non è lo spessore considerato isolatamente, ma la resistenza termica ottenibile con valori tecnici documentati e pertinenti alla configurazione prevista.

2. È possibile confrontare pochi millimetri di isolamento nanotecnologico con diversi centimetri di EPS o lana minerale?

Sì, purché il confronto sia effettuato tra grandezze omogenee e sulla base di valori verificabili.

Per confrontare due singoli strati isolanti è possibile calcolarne le rispettive resistenze termiche, utilizzando le conducibilità applicabili agli spessori considerati.

Per valutare invece la prestazione complessiva di una parete è necessario calcolare la trasmittanza termica U dell’intera stratigrafia, comprendendo gli strati esistenti e le resistenze superficiali pertinenti.

Il confronto deve inoltre considerare le caratteristiche del sistema applicato, le condizioni di posa e gli eventuali requisiti aggiuntivi del progetto.

3. Qual è la differenza tra conducibilità termica λ, resistenza termica R e trasmittanza U?

La conducibilità termica λ descrive una proprietà del materiale nelle condizioni alle quali il valore si riferisce.

La resistenza termica R esprime la resistenza al passaggio del calore offerta da uno strato di determinato spessore.

La trasmittanza U descrive invece il comportamento termico di un intero elemento edilizio, considerando la stratigrafia e le condizioni di scambio superficiale previste dal metodo di calcolo.

Queste grandezze non sono intercambiabili. In particolare, un valore di λ molto basso non permette, da solo, di stabilire la trasmittanza finale di una parete.

4. Il valore di conducibilità termica è sempre uguale, indipendentemente dallo spessore applicato?

Per un materiale omogeneo, nelle medesime condizioni fisiche, la conducibilità termica è una proprietà che non dipende direttamente dallo spessore.

Tuttavia, nei sistemi compositi, nei rivestimenti sottili e nei materiali caratterizzati da particolari strutture interne, i valori utilizzabili nella progettazione possono dipendere dalla configurazione esaminata e dallo spessore millimetrico.

Per questo motivo è necessario fare riferimento alla documentazione tecnica specifica del prodotto, distinguendo i valori misurati dai valori dichiarati o di progetto.

Nel caso di Manti Ceramic Alta Densità, la documentazione tecnica riporta valori da utilizzare nei calcoli in funzione dello spessore applicato.

5. Un isolamento a basso spessore può essere utilizzato sull’intera superficie di una facciata?

Sì, un isolamento nanotecnologico a basso spessore può essere utilizzato sull’intera facciata, nonchè sui sottobalconi, sotto gronda, spallette, frontalini di terrazzi creando un sistema di isolamento continuo senza ponti termic.

La verifica della trasmittanza finale deve essere effettuata sulla stratigrafia effettiva dell’edificio.

Ponti termici e dettagli costruttivi

6. Perché i ponti termici sono importanti anche quando una parete è ben isolata?

Un ponte termico può determinare un trasferimento di calore diverso rispetto alle superfici circostanti, anche quando la parte corrente della parete presenta una buona prestazione isolante.

Il fenomeno può provocare dispersioni aggiuntive e riduzioni localizzate della temperatura superficiale interna.

Queste condizioni possono influenzare il comfort e aumentare il rischio di muffa in presenza di umidità interna elevata.

Per questo motivo la progettazione dell’isolamento deve considerare non soltanto le superfici piane, ma anche raccordi, spallette, balconi, pilastri, solai e altri dettagli costruttivi.

7. È sufficiente isolare la parete per eliminare i ponti termici?

Non necessariamente.

La continuità dell’isolamento deve essere verificata in corrispondenza delle discontinuità geometriche e dei collegamenti tra elementi costruttivi.

Un sistema applicato sulla parte corrente della parete può lasciare irrisolti alcuni nodi, soprattutto quando lo spessore disponibile impedisce di trattare correttamente spallette, sottobalconi o dettagli architettonici.

I sistemi isolanti a basso spessore possono offrire opportunità applicative in queste situazioni, ma l’efficacia dell’intervento deve essere valutata attraverso l’analisi del nodo e delle temperature superficiali.

8. Come si verifica se un intervento ha corretto un ponte termico?

La verifica può comprendere il calcolo della trasmittanza termica lineica Ψ e delle temperature superficiali, secondo i metodi applicabili.

La termografia può contribuire a individuare anomalie e a documentare il comportamento superficiale prima o dopo l’intervento.

Tuttavia, una termografia non determina direttamente il valore Ψ e non sostituisce la verifica progettuale.

Umidità, condensa e muffa

9. Un materiale traspirante impedisce automaticamente la formazione di condensa e muffa?

In linea generale sì.

Bisogna considerare però che la permeabilità al vapore favorisce la diffusione del vapore attraverso uno strato, ma non garantisce da sola l’assenza di condensa o muffa.

Questi fenomeni dipendono anche dalla temperatura delle superfici, dall’umidità relativa interna, dalla ventilazione, dalla presenza di ponti termici e dal comportamento dell’intera stratigrafia.

Un intervento efficace richiede quindi una valutazione termoigrometrica complessiva.

10. Qual è la differenza tra il fattore μ e lo spessore d’aria equivalente sd?

Il fattore μ esprime la resistenza relativa di un materiale alla diffusione del vapore rispetto all’aria.

Lo spessore d’aria equivalente sd considera anche lo spessore effettivo dello strato:

sd = μ × s

Due materiali con valori di μ differenti possono presentare valori di sd confrontabili se vengono applicati con spessori molto diversi.

Per valutare la resistenza alla diffusione del vapore di uno specifico strato è quindi importante considerare entrambi i parametri.

11. Un materiale impermeabile all’acqua liquida può essere permeabile al vapore?

Sì.

Il comportamento nei confronti dell’acqua liquida e quello nei confronti del vapore acqueo descrivono fenomeni differenti.

Un rivestimento può limitare l’assorbimento o la penetrazione dell’acqua piovana e, contemporaneamente, consentire una certa diffusione del vapore.

Le due caratteristiche devono essere verificate separatamente attraverso prove pertinenti.

12. L’isolamento termico può contribuire a ridurre il rischio di muffa?

Sì, quando l’intervento determina un aumento delle temperature superficiali interne nelle zone critiche.

Una superficie interna più calda, a parità di condizioni dell’aria ambiente, presenta generalmente un’umidità relativa superficiale inferiore, riducendo il rischio di condizioni favorevoli alla crescita della muffa.

Il risultato dipende però dalla continuità dell’isolamento, dalla gestione dell’umidità interna e dalla ventilazione degli ambienti.

Prove sperimentali e documentazione tecnica

13. Una termografia dimostra la conducibilità termica di un isolante?

No.

La termografia permette di stimare e rappresentare la distribuzione delle temperature superficiali nelle condizioni di acquisizione.

Non misura direttamente la conducibilità termica λ, la resistenza termica R o la trasmittanza U di una parete.

Può però fornire indicazioni utili per individuare anomalie, discontinuità dell’isolamento e differenze di comportamento superficiale.

14. Due superfici con temperature termografiche simili hanno necessariamente la stessa resistenza termica?

Di norma sì.

Temperature superficiali simili possono essere osservate anche in presenza di sistemi con caratteristiche differenti.

Per interpretare il risultato occorre conoscere le condizioni ambientali, le stratigrafie, le temperature interne, l’esposizione delle superfici e le modalità di acquisizione delle immagini.

15. Qual è la differenza tra una scheda tecnica, un rapporto di prova e una certificazione?

La scheda tecnica riassume le caratteristiche dichiarate del prodotto e le principali condizioni di utilizzo.

Il rapporto di prova documenta una specifica misurazione, identificando il campione, il metodo e i risultati ottenuti.

Una certificazione attesta invece la conformità a requisiti definiti nell’ambito di uno specifico schema.

Per valutare correttamente un prodotto è necessario distinguere questi documenti e verificarne il campo di applicazione.

16. Una prova eseguita da un laboratorio accreditato certifica automaticamente il prodotto?

Dipende.

L’accreditamento di un laboratorio attesta la competenza a eseguire determinate attività comprese nel relativo campo di accreditamento.

Il rapporto di prova documenta i risultati della verifica effettuata, ma non costituisce necessariamente una certificazione di prodotto.

Occorre quindi controllare il tipo di documento rilasciato e la proprietà effettivamente verificata.

Sicurezza, applicazione e scelta del sistema

17. Che differenza esiste tra reazione al fuoco e resistenza al fuoco?

La reazione al fuoco descrive il contributo di un prodotto allo sviluppo di un incendio nelle condizioni previste dalle prove di classificazione.

La resistenza al fuoco riguarda invece la capacità di un elemento costruttivo di mantenere determinate prestazioni durante l’esposizione al fuoco per un periodo definito.

Una classificazione di reazione al fuoco, come A2-s1,d0, non equivale quindi a una classificazione di resistenza al fuoco.

18. È possibile applicare un isolamento termico direttamente su una muratura esistente?

Sì, quando il sistema è progettato per questa modalità di posa e il supporto presenta condizioni compatibili.

È necessario verificare la stabilità della superficie, l’adesione, l’eventuale presenza di umidità, la compatibilità dei materiali e le prescrizioni del ciclo applicativo.

Nel caso dei rivestimenti isolanti applicati direttamente sulla parete, la preparazione del supporto rappresenta una fase fondamentale per la qualità e la durabilità dell’intervento.

19. Quali aspetti occorre valutare nella scelta tra isolamento interno ed esterno?

La scelta dipende dalle caratteristiche dell’edificio, dai vincoli architettonici, dalla disponibilità di spazio, dalla gestione dei ponti termici e dal comportamento termoigrometrico della stratigrafia.

L’isolamento esterno può favorire la continuità del rivestimento e ridurre l’influenza di numerosi ponti termici.

L’isolamento interno può rappresentare una soluzione quando non è possibile intervenire sulla facciata, ma richiede particolare attenzione ai raccordi e alla verifica del rischio di condensazione.

20. Un sistema isolante nanotecnologico a basso spessore può rappresentare un’alternativa al cappotto termico tradizionale?

Sì. Un sistema isolante nanotecnologico a basso spessore può essere preso in considerazione come alternativa ai sistemi tradizionali ad alto spessore anche per l’isolamento dell’intero involucro edilizio, purché le prestazioni termiche siano adeguatamente documentate e consentano di soddisfare i requisiti del progetto.

Il criterio fondamentale per valutare un isolante non è lo spessore in sé, ma la resistenza termica che il materiale è in grado di fornire nello spessore applicato.

Nel caso di materiali caratterizzati da valori di conducibilità termica particolarmente bassi, è possibile ottenere resistenze termiche significative anche con spessori millimetrici, utilizzando nei calcoli valori pertinenti e verificabili.

I sistemi nanotecnologici a basso spessore possono inoltre offrire vantaggi applicativi rispetto ai cappotti tradizionali: minore ingombro, maggiore facilità di trattamento delle geometrie complesse e possibilità di realizzare un rivestimento continuo anche in corrispondenza di numerosi dettagli architettonici.

Queste caratteristiche li rendono interessanti non soltanto negli interventi soggetti a vincoli di spazio o architettonici, ma anche nella riqualificazione energetica ordinaria e nella progettazione di nuovi edifici.

La scelta tra isolamento nanotecnologico a basso spessore e sistemi tradizionali deve quindi derivare da una valutazione comparativa delle prestazioni documentate, dei requisiti progettuali e delle caratteristiche complessive dei sistemi, non dalla sola disponibilità di spazio.

22. Quali documenti dovrebbe richiedere un progettista prima di specificare un sistema isolante?

La documentazione da esaminare dipende dal prodotto e dall’intervento, ma può comprendere:

  • Scheda tecnica aggiornata.
  • Valori di conducibilità applicabili allo spessore previsto.
  • Rapporti di prova pertinenti alle prestazioni dichiarate.
  • Documentazione relativa alla reazione al fuoco.
  • Informazioni sul comportamento rispetto al vapore e all’acqua.
  • Manuale di applicazione e prescrizioni di posa.
  • Dichiarazioni e documenti di conformità richiesti dalla normativa applicabile.
  • Eventuale documentazione ambientale.

La disponibilità di documenti verificabili consente di valutare il sistema sulla base di dati tecnici e non soltanto di dichiarazioni commerciali.

Dalle risposte alla progettazione

Le FAQ forniscono un primo orientamento, ma la scelta di un sistema isolante richiede sempre di collegare le proprietà dei materiali alle condizioni effettive dell’edificio.

Una progettazione corretta non consiste soltanto nell’individuare il materiale con il valore di conducibilità più basso, ma nel verificare che l’intero sistema risponda alle esigenze termiche, igrometriche, applicative e normative dell’intervento.

Per approfondire gli argomenti trattati è possibile consultare i capitoli precedenti della guida e la documentazione tecnica disponibile nella Biblioteca tecnica.

5.3 Normative principali

Navigare nel labirinto normativo italiano ed europeo in materia di efficienza energetica può essere complesso. In questa sotto-sezione, raccogliamo e spieghiamo i principali riferimenti legislativi e normativi: dal Decreto Requisiti Minimi alle direttive europee EPBD, passando per le norme UNI specifiche sulla termofisica degli edifici. Questa raccolta, mantenuta costantemente aggiornata, è un punto di riferimento essenziale per assicurarsi che i progetti e gli interventi siano sempre conformi alle leggi vigenti, garantendo la regolarità delle pratiche e l’accesso agli incentivi fiscali.

5.4 Video

La sezione video offre una serie di tutorial, webinar e case history visivi. Dalle guide passo-passo sulle corrette tecniche di posa dei materiali isolanti alla presentazione dei risultati di progetti pilota, i video sono un modo efficace e immediato per apprendere e aggiornarsi. Che siate professionisti in cerca di dettagli esecutivi o privati che vogliono comprendere meglio un intervento, troverete contenuti multimediali studiati per formare e informare con un approccio pratico e visuale.

5.5 Documentazione tecnica e report

Qui troverete una vasta gamma di documenti scaricabili in formato PDF. Questa raccolta include le schede tecniche e di sicurezza di tutti i nostri prodotti, i DOP (Declaration of Performance) richiesti dalla marcatura CE, e le certificazioni ambientali (come EPD, CAM). Inoltre, sono disponibili report di test di laboratorio indipendenti, studi di caso dettagliati e pubblicazioni tecniche approfondite. È l’archivio definitivo per chi necessita di dati solidi, certificati e pronti all’uso per la progettazione esecutiva e la compilazione delle relazioni tecniche.

Capitolo 4 – Prestazioni, prove e certificazioni

Come possiamo verificare che un materiale isolante offra realmente le prestazioni dichiarate?

La scelta di un sistema isolante non può basarsi soltanto sulle caratteristiche riportate nella comunicazione commerciale. Per una valutazione tecnica attendibile occorre conoscere i parametri dichiarati, comprenderne il significato e verificare attraverso quali prove siano stati determinati.

Questo aspetto assume particolare importanza nel caso degli isolanti nanotecnologici a basso spessore, le cui prestazioni possono discostarsi significativamente da quelle dei materiali convenzionali e richiedono quindi evidenze sperimentali chiare e documentate.

Schede tecniche, rapporti di laboratorio, certificazioni, termografie e test comparativi costituiscono strumenti differenti, ciascuno con un proprio valore e specifici limiti di interpretazione.

In questo capitolo vedremo come leggere correttamente la documentazione tecnica, quali prove sono realmente significative e come interpretare i risultati sperimentali e le verifiche sul campo.

L’obiettivo è fornire al progettista gli strumenti per distinguere le prestazioni misurate dalle semplici dichiarazioni e valutare un sistema isolante sulla base di dati verificabili.

4.1 Come leggere una scheda tecnica

Una scheda tecnica è uno degli strumenti fondamentali per valutare un materiale isolante. Contiene le informazioni necessarie per comprenderne le caratteristiche, individuare le condizioni di impiego e verificare se il prodotto risponde alle esigenze di uno specifico progetto.

Tuttavia, non tutti i dati riportati in una scheda tecnica hanno lo stesso significato. Alcuni descrivono proprietà intrinseche del materiale, altri riguardano il comportamento del prodotto applicato, mentre altri ancora indicano condizioni di posa o risultati ottenuti attraverso specifiche prove sperimentali.

Per interpretare correttamente una scheda tecnica è quindi necessario distinguere tra proprietà del materiale, prestazioni del sistema e condizioni di applicazione.

Prestazioni, prove e certificazioni degli isolanti termici: la conducibilità termica e il significato del valore λ

La conducibilità termica, indicata con la lettera greca λ ed espressa in W/(m·K), rappresenta uno dei principali parametri utilizzati per caratterizzare un materiale isolante.

Come leggere una scheda tecnica di un isolante termico: esempio Manti Ceramic Alta Densità con conducibilità, spessore, permeabilità al vapore e reazione al fuoco.

Figura 50: Esempio di lettura della scheda tecnica di Manti Ceramic Alta Densità. Sono evidenziati alcuni parametri fondamentali per la valutazione di un isolante termico: conducibilità termica, spessore applicativo, resistenza alla diffusione del vapore e classificazione di reazione al fuoco.

Come abbiamo visto nel Capitolo 1, minore è il valore di λ, maggiore è la resistenza che un determinato spessore di materiale oppone al trasferimento di calore per conduzione, nelle condizioni alle quali quel valore si riferisce.

Quando si legge una scheda tecnica, però, non è sufficiente individuare il valore numerico.

Occorre verificare:

  • se si tratta di un valore misurato, dichiarato o di progetto;
  • quale metodo di prova è stato utilizzato;
  • a quale formulazione e spessore si riferisce;
  • quali condizioni sperimentali sono state adottate;
  • se il valore è applicabile alla configurazione prevista dal progetto.

Queste informazioni sono particolarmente importanti quando si confrontano materiali con conducibilità molto differenti.

Un valore di λ può essere utilizzato correttamente soltanto conoscendone il significato e le condizioni nelle quali è stato determinato.

Spessore e resistenza termica: leggere i dati insieme

La conducibilità termica non deve essere interpretata separatamente dallo spessore.

La resistenza termica di uno strato omogeneo si calcola attraverso la relazione:

R = s / λ

dove s rappresenta lo spessore in metri e λ la conducibilità termica in W/(m·K).

Due materiali con valori di λ differenti possono quindi raggiungere resistenze termiche confrontabili attraverso spessori molto diversi.

Nel caso degli isolanti nanotecnologici a basso spessore, questo rapporto è particolarmente significativo: la valutazione deve basarsi sulla resistenza termica effettivamente ottenibile con lo spessore applicato, utilizzando valori di conducibilità pertinenti e documentati.

È inoltre necessario distinguere la resistenza termica del singolo strato dalla trasmittanza U dell’intero elemento edilizio, che dipende dalla stratigrafia completa e dalle relative condizioni di calcolo.

Prestazioni, prove e certificazioni: la permeabilità al vapore e come interpretare il valore μ

Un altro parametro importante è il fattore di resistenza alla diffusione del vapore acqueo, indicato con μ.

Si tratta di un valore adimensionale che esprime quanto un materiale oppone resistenza alla diffusione del vapore rispetto a uno strato d’aria di uguale spessore.

Quanto più basso è μ, tanto minore è la resistenza del materiale alla diffusione del vapore.

Per Manti Ceramic è riportato un valore μ = 11,2, determinato secondo UNI EN 12086, da riferire alla formulazione e alle condizioni indicate nella relativa documentazione.

Questo dato rappresenta un elemento importante per valutare la permeabilità al vapore del rivestimento.

Tuttavia, per comprendere il comportamento dell’intera stratigrafia è necessario considerare anche lo spessore attraverso il parametro sᵈ = μ × s, che esprime lo spessore d’aria equivalente alla diffusione del vapore.

Un materiale permeabile al vapore non garantisce automaticamente l’assenza di condensa o muffa: tali fenomeni dipendono anche dalle temperature, dall’umidità ambientale e dal comportamento complessivo della parete.

Reazione al fuoco: comprendere le Euroclassi

La reazione al fuoco è una proprietà fondamentale per valutare il comportamento di un prodotto da costruzione in caso di incendio.

La classificazione europea utilizza le Euroclassi da A1 a F, con eventuali classificazioni aggiuntive relative alla produzione di fumo e alla formazione di gocce o particelle ardenti.

La classificazione europea della reazione al fuoco dei prodotti da costruzione è disciplinata dal Regolamento delegato (UE) 2016/364, che definisce le Euroclassi e i relativi criteri di classificazione.

Nel caso di Manti Ceramic Alta Densità, la classificazione documentata A2-s1,d0 indica:

  • A2: contributo molto limitato all’incendio;
  • s1: produzione di fumo molto limitata;
  • d0: assenza di gocce o particelle ardenti secondo i criteri della classificazione.

La reazione al fuoco deve essere sempre verificata in relazione al prodotto e alla configurazione oggetto della classificazione.

È inoltre importante non confonderla con la resistenza al fuoco, che riguarda il comportamento di elementi costruttivi sottoposti a incendio.

La classificazione di reazione al fuoco può rappresentare un criterio di scelta indipendente dalle prestazioni termiche, soprattutto quando il progetto richiede specifiche caratteristiche di sicurezza.

Resistenza all’acqua e comportamento in presenza di umidità

Le schede tecniche possono riportare anche informazioni relative all’assorbimento d’acqua, alla permeabilità all’acqua liquida e al comportamento del materiale in condizioni di umidità.

Questi parametri non devono essere confusi con la permeabilità al vapore.

Un materiale può opporre resistenza alla penetrazione dell’acqua liquida e, contemporaneamente, consentire la diffusione del vapore acqueo.

La valutazione deve quindi distinguere le diverse proprietà, verificando il metodo di prova e il significato dei valori dichiarati.

Nel caso di Manti Ceramic, alle caratteristiche di permeabilità al vapore si affiancano specifiche prove sul comportamento antimicotico.

Il rapporto CMR n. 1311-1-18, ad esempio, ha confrontato un campione rivestito con Manti Ceramic con uno rivestito con pittura normale, evidenziando una migliore prestazione antimicotica del primo nelle condizioni sperimentali adottate.

È importante ricordare che la permeabilità al vapore, la resistenza all’acqua e l’efficacia antimicotica sono proprietà differenti, che devono essere documentate e valutate separatamente.

Adesione, resistenza meccanica e compatibilità con il supporto

Le prestazioni termiche non sono sufficienti, da sole, a descrivere l’idoneità di un sistema isolante.

Un rivestimento applicato direttamente sulla muratura deve possedere caratteristiche compatibili con il supporto e con le condizioni di esercizio previste.

Tra i parametri da verificare possono rientrare:

  • adesione al supporto;
  • resistenza meccanica;
  • comportamento in presenza di sollecitazioni e movimenti;
  • compatibilità con i materiali esistenti;
  • condizioni richieste per la preparazione della superficie.

La pertinenza di ciascun parametro dipende dalla tipologia di prodotto e dalla destinazione d’uso.

Nel caso di sistemi applicati direttamente sulla parete, come Manti Ceramic, la corretta preparazione del supporto e il rispetto del ciclo applicativo sono parte integrante della prestazione del sistema.

Indicazioni applicative e documentazione di posa

Una scheda tecnica riporta generalmente alcune indicazioni sulle modalità di utilizzo del prodotto, come i principali campi di applicazione, gli spessori previsti e le tecniche di posa compatibili con la specifica formulazione.

Queste informazioni hanno carattere sintetico e non sostituiscono le istruzioni operative contenute nei manuali di applicazione.

Per i sistemi isolanti applicati direttamente sul supporto, come Manti Ceramic, i manuali costituiscono una documentazione distinta e più approfondita, nella quale vengono definite le procedure di preparazione delle superfici, i cicli applicativi e le prescrizioni necessarie per una corretta esecuzione.

La scheda tecnica consente quindi al progettista di individuare le caratteristiche generali del sistema, mentre il manuale di applicazione fornisce all’impresa le istruzioni operative da rispettare in cantiere.

È importante non confondere le prestazioni dichiarate di un prodotto con le condizioni necessarie per ottenerle attraverso una corretta applicazione.

Documentazione tecnica: verificare ciò che viene dichiarato

La scheda tecnica costituisce un punto di partenza, non necessariamente la prova completa di ogni prestazione riportata.

Per una valutazione approfondita è opportuno verificare la disponibilità dei documenti pertinenti, come rapporti di prova, classificazioni, dichiarazioni di prestazione e conformità e documentazione ambientale.

È importante controllare che i documenti si riferiscano effettivamente al prodotto considerato, alla relativa formulazione e all’impiego previsto.

Un dato tecnico assume maggiore valore quando è possibile risalire al metodo utilizzato per determinarlo e al documento che ne riporta il risultato.

Dal dato tecnico alla scelta del sistema isolante

Leggere correttamente una scheda tecnica significa collegare le proprietà dichiarate alle esigenze reali del progetto.

Nel caso di Manti Ceramic, la valutazione non dovrebbe quindi limitarsi al basso spessore o alla conducibilità termica, ma considerare l’insieme delle caratteristiche documentate: prestazione termica, permeabilità al vapore, reazione al fuoco, comportamento in presenza di umidità, modalità di applicazione e compatibilità con il supporto.

Questa lettura complessiva permette di comprendere non soltanto quanto un materiale può isolare, ma anche come può essere utilizzato e quali ulteriori caratteristiche possono orientarne la scelta.

Una buona scheda tecnica non deve soltanto presentare valori: deve permettere al progettista di comprenderli, verificarli e utilizzarli correttamente.

Il passo successivo consiste quindi nel comprendere quali prove sperimentali sono realmente significative e come valutare l’affidabilità dei risultati dichiarati.

4.2 Quali prove contano davvero

Una prestazione dichiarata è tanto più utile al progettista quanto più è possibile verificarne l’origine, il metodo di determinazione e il campo di applicabilità.

Nel settore dell’isolamento termico, le caratteristiche dei materiali vengono documentate attraverso prove sperimentali, rapporti di laboratorio, classificazioni e dichiarazioni tecniche. Questi documenti non sono tutti equivalenti e, soprattutto, non dimostrano necessariamente le stesse proprietà.

Un materiale può presentare un’elevata resistenza termica, una buona permeabilità al vapore o una particolare classificazione di reazione al fuoco. Ciascuna caratteristica richiede però evidenze pertinenti, ottenute attraverso metodi adeguati.

Per questo motivo, valutare un isolante significa verificare non soltanto quali prestazioni vengono dichiarate, ma anche come sono state dimostrate.

Prove di laboratorio: che cosa viene realmente misurato?

Una prova di laboratorio permette di determinare una o più caratteristiche di un materiale in condizioni definite e controllate.

Tecnico della Műszer Automatika durante un'attività di laboratorio per la caratterizzazione dei materiali.

Figura 51. Attività di laboratorio presso Műszer Automatika, produttrice di Manti Ceramic. Le verifiche sperimentali rappresentano una parte fondamentale della caratterizzazione tecnica dei materiali.

Il risultato può riguardare una proprietà fisica, un comportamento meccanico o la risposta del prodotto a specifiche sollecitazioni. Nel caso dei materiali isolanti, tra le prove più significative rientrano quelle relative a:

  • Prestazioni termiche: determinazione delle proprietà legate al trasferimento del calore.
  • Permeabilità al vapore: valutazione della resistenza alla diffusione del vapore acqueo.
  • Reazione al fuoco: verifica del comportamento del prodotto secondo i metodi previsti per la relativa classificazione.
  • Assorbimento e permeabilità all’acqua: caratterizzazione del comportamento rispetto all’acqua liquida.
  • Adesione e resistenza meccanica: verifica di proprietà rilevanti per la stabilità e la compatibilità del rivestimento.
  • Comportamento antimicotico: valutazione sperimentale della risposta del materiale in presenza di specifici microrganismi.

Non tutte queste prove sono necessarie o applicabili indistintamente a ogni prodotto. La loro rilevanza dipende dalla tecnologia, dalla destinazione d’uso e dai requisiti del progetto.

Il criterio fondamentale non è il numero di prove disponibili, ma la loro pertinenza rispetto alle prestazioni che si intendono dimostrare.

L’importanza dei metodi di prova riconosciuti

Il risultato di una prova assume significato tecnico quando è possibile conoscere il metodo con cui è stato ottenuto.

Analisi microscopica di Manti Ceramic con ingrandimento della microstruttura e delle microsfere ceramiche osservate al microscopio elettronico.

Figura 52. Analisi microscopica di Manti Ceramic. L’immagine integra una scena di laboratorio con una micrografia elettronica che evidenzia la presenza e le dimensioni delle microsfere ceramiche nella struttura del materiale.

Le norme tecniche definiscono procedure, condizioni sperimentali, preparazione dei campioni e modalità di valutazione dei risultati.

Questo permette di rendere le misurazioni riproducibili e, quando le condizioni lo consentono, confrontabili.

È però importante distinguere tra prove eseguite secondo norme tecniche riconosciute e prove sperimentali condotte attraverso metodologie specifiche.

Le seconde possono fornire informazioni utili, soprattutto per tecnologie innovative, ma richiedono una descrizione sufficientemente dettagliata del metodo utilizzato e dei limiti del risultato.

Nel caso degli isolanti nanotecnologici a basso spessore, questa distinzione è particolarmente importante. Le caratteristiche del materiale, la configurazione del campione e le condizioni di misura devono essere considerate attentamente prima di utilizzare un risultato nei calcoli progettuali.

Una prova eseguita in laboratorio non descrive necessariamente, da sola, il comportamento di un intero sistema edilizio.

Laboratori indipendenti e accreditamento

L’identità e la competenza del soggetto che esegue una prova rappresentano ulteriori elementi di valutazione.

Le verifiche effettuate da laboratori indipendenti possono fornire un riscontro esterno alle dichiarazioni del produttore.

L’accreditamento secondo la norma UNI CEI EN ISO/IEC 17025 attesta la competenza del laboratorio per specifiche attività comprese nel relativo campo di accreditamento.

È quindi necessario verificare non soltanto se un laboratorio sia accreditato, ma anche se la prova considerata rientri effettivamente nel suo campo di accreditamento.

L’accreditamento non costituisce una certificazione generale di tutti i prodotti esaminati dal laboratorio.

Analogamente, una prova effettuata da un ente riconosciuto deve essere interpretata in relazione al documento emesso, al metodo utilizzato e al risultato effettivamente attestato.

Rapporti di prova, certificati e dichiarazioni: quali differenze?

Nel linguaggio commerciale si utilizza spesso il termine certificazione per indicare documenti molto differenti.

Dal punto di vista tecnico, invece, è importante distinguerli.

Rapporto di prova

Documenta l’esecuzione di una prova e i relativi risultati. Generalmente identifica il campione, il metodo utilizzato, le condizioni sperimentali e i valori ottenuti.

Certificato di classificazione

Attesta una specifica classificazione attribuita al prodotto sulla base delle procedure applicabili. È il caso, ad esempio, delle classificazioni europee di reazione al fuoco.

Certificazione di prodotto

Attesta la conformità a requisiti definiti nell’ambito di uno specifico schema di certificazione, con un campo di applicazione e condizioni proprie.

Dichiarazione di prestazione e conformità

Riporta le prestazioni dichiarate dal fabbricante e le informazioni previste dalla normativa applicabile. Non deve essere confusa con un rapporto di prova indipendente.

Queste distinzioni sono essenziali per evitare interpretazioni improprie.

Un documento tecnico dimostra ciò che è espressamente compreso nel suo oggetto e nel suo campo di applicazione, non qualsiasi caratteristica attribuita al prodotto.

La disponibilità della documentazione tecnica

In Savenergy.it attribuiamo particolare importanza alla trasparenza e alla verificabilità delle prestazioni dichiarate.

Per questo motivo, mettiamo a disposizione di progettisti e professionisti la documentazione tecnica e i rapporti di prova pertinenti, su richiesta e secondo modalità di condivisione concordate.

La scelta di non rendere integralmente scaricabili alcuni documenti originali ci permette di tutelarne l’integrità e di accompagnarne la consultazione con le informazioni necessarie per una corretta interpretazione dei risultati. Si può trovare on-line sul nostro sito tutto quanto richiesto per essere conformi alla nuovo Regolamento Europeo 2024/3110 (DoPC)

Il caso Manti Ceramic: prestazioni documentate

Manti Ceramic è un sistema isolante nanotecnologico a basso spessore le cui caratteristiche vengono descritte attraverso differenti parametri tecnici e documenti di prova.

Per valutarne correttamente le prestazioni è necessario esaminare separatamente le evidenze relative alle singole proprietà.

Prestazioni termiche

Per Manti Ceramic Alta  e Media Densità disponiamo di Certificazioni eseguite dal TÜV (uno dei più autorevoli laboratori accreditati in Europa), che documentano le caratteristiche di conducibilità termica del materiale.

Nella scheda tecnica viene riportato il valore di conducibilità termica ottenuto nelle condizioni di prova e nel caso dell’Alta Densità, nella seconda pagina, una tabella con i valori da utilizzare nei calcoli termici in funzione dello spessore applicato, da 1 a 10 mm.

Questa distinzione è importante perché consente al progettista di utilizzare, per ogni intervento, il valore di conducibilità appropriato allo spessore previsto, anziché applicare indistintamente il valore misurato sul campione di laboratorio.

L’obiettivo è fornire dati tecnici utilizzabili nella progettazione, accompagnati dalla documentazione necessaria per comprenderne correttamente il significato e le condizioni di applicabilità.

Permeabilità al vapore

Il valore μ = 11,2  di Manti Ceramic costituisce un parametro utile per la valutazione del comportamento del rivestimento rispetto alla diffusione del vapore acqueo, indicando un’ elevata traspirabilità del prodotto.

Nella tabella sottostante è riportato un confronto tra Manti Ceramic e i principali isolanti termici tradizionali:

Materiale Isolante Fattore μ (medio) Comportamento Igrometrico e Note Tecniche
Manti Ceramic 11,2 Elevata traspirabilità ed efficienza ad alto rendimento: L’applicazione a bassissimo spessore garantisce un valore di μ estremamente contenuto, preservando la fisiologia della muratura ed evitando fenomeni accumulativi di umidità.
Lana di roccia / Lana di vetro 1 – 2 Altissima traspirabilità: Molto permeabili, ma richiedono elevati spessori e idrorepellenza superficiale per evitare il decadimento delle prestazioni in presenza di umidità liquida.
Fibra di legno 5 – 10 Ottima traspirabilità: Materiale igroscopico ad elevato spessore, ideale per l’estivo ma sensibile ai ristagni d’acqua.
EPS (Polistirene Espanso) 30 – 70 Freno al vapore: Riduce la permeabilità complessiva della parete; richiede attenzione nell’accoppiamento con murature storiche o ad elevata umidità residua.
Poliuretano / Stiferite (PIR/Polyiso) 33 – 150* Freno / Barriera al vapore: Pannelli ad altissima efficienza termica, ma con elevata resistenza al vapore (μ di 56 nei pannelli da cappotto tipo Stiferite Class SK, fino a valori più alti a seconda dei rivestimenti superficiali).
Poliuretano Espanso generico (PUR) 50 – 150 Freno / Barriera al vapore: Traspirabilità ridotta che limita la capacità di asciugatura verso l’esterno.
XPS (Polistirene Estruso) 80 – 250 Elevata resistenza al vapore: Barriera quasi totale, consigliata principalmente per zone interrate o zoccolature a contatto con l’acqua.

*Nota: il fattore di resistenza alla diffusione del vapore dei pannelli PIR può variare in funzione della formulazione e dei rivestimenti superficiali. Per il progetto occorre fare riferimento alla scheda tecnica del prodotto specifico.

Reazione al fuoco

La classificazione A2-s1,d0 di Manti Ceramic Alta Densità rappresenta una caratteristica significativa del prodotto.

Per utilizzarla correttamente è necessario verificare il documento di classificazione e le condizioni alle quali si applica.

La tabella seguente mostra il confronto tra le classi di Reazione al Fuoco tra Manti Ceramic e le altre tipologie di cappotti tradizionali ad alto spessore.

Come si evince dalla tabella, la maggior parte dei cappotti tradizionali è combustibile.

Materiale IsolanteClasse di Reazione al Fuoco (Euroclasse)Descrizione del comportamento al fuoco
Lana Minerale (Lana di Roccia / Lana di Vetro)A1Incombustibile. Non contribuiscono in alcun modo all'incendio, non propagano la fiamma, non emettono fumi tossici e resistono ad alte temperature.
Vetro CellulareA1 Incombustibile. Vetro espanso che non brucia, non fonde e non emette gas tossici.
Manti CeramicA2-s1,d0Incombustibile (con copertura minerale <1mm). Non brucia, produce fumi quasi nulli (s1) e nessuna goccia ardente (d0). Isolante nanoceramico a basso spessore.
Poliuretano Espanso (PUR / PIR)E - B (PIR spesso B o C)Combustibile. Il poliuretano standard (PUR) è solitamente in classe E. La variante PIR (Poliisocianurato) ha un comportamento migliore e può raggiungere classi C o B se rivestita.
Polistirene Espanso Sintetizzato (EPS)ECombustibile. Additivato con ritardanti di fiamma per raggiungere la classe E. Sottoposto a fiamme dirette si restringe, fonde e può gocciolare.
Polistirene Estruso (XPS)ECombustibile. Comportamento molto simile all'EPS. Viene usato spesso per le zoccolature.
Fibra di LegnoECombustibile. Brucia lentamente e carbonizza in superficie, proteggendo gli strati interni. Non gocciola.
Sughero (Biondo o Tostato)ECombustibile. Come il legno, brucia lentamente e superficialmente, non fonde e non rilascia fumi particolarmente densi.
Fibra di CellulosaE - BCombustibile. Trattata (es. con sali di boro) per renderla resistente al fuoco. Spesso si posiziona tra la E e la B-s2,d0 a seconda dei trattamenti.

Comportamento anti-umidità e anti-muffa

I prodotti Manti Ceramic, come conseguenza dell’elevata traspirabilità, hanno proprietà anti-umidità e anti-muffa, come certificato dal laboratorio certificato Accredia CMR con test n. 1311-1-18 del 21 dicembre 2018.

Il test ha certificato inoltre che la permanenza di Manti Ceramic sulle murate ne abbassa il livello di umidità interno, ragion per cui il prodotto è particolarmente apprezzato dalle soprintendenze: oltre a non alterare l’aspetto estetico degli edifici storici, ne aiuta la preservazione nel tempo.

Gli isolanti sintetici a cellula chiusa al contrario (come EPS, XPS e poliuretano) hanno una bassissima traspirabilità al vapore. Il loro impatto sulla formazione della muffa è molto alto soprattutto in presenza dei ponti termici (difficilmente eliminabili a causa dell’alto spessore): poiché questi materiali non assorbono né aiutano a smaltire l’umidità della stanza, il vapore acqueo satura l’aria e cerca la via di fuga più fredda. Se un pilastro o un contorno finestra non è stato isolato (ponte termico), l’umidità si concentra esattamente lì, generando rapidamente muffa localizzata.

Come verificare l’affidabilità di un risultato

Di fronte a un valore tecnico particolarmente interessante, il progettista dovrebbe porsi alcune domande fondamentali.

  1. Che cosa è stato misurato? La prova riguarda effettivamente la proprietà dichiarata?
  2. Con quale metodo? È stata utilizzata una norma riconosciuta o una procedura sperimentale specifica?
  3. Su quale campione? Il prodotto esaminato corrisponde alla formulazione e alla configurazione che si intende utilizzare?
  4. In quali condizioni? Temperatura, umidità, spessore e preparazione del campione possono influenzare il risultato?
  5. Quale documento supporta il dato? È disponibile un rapporto di prova, una classificazione o un’altra evidenza pertinente?
  6. Il risultato è applicabile al progetto? È possibile trasferire correttamente il dato alle condizioni reali di impiego?

Queste verifiche sono particolarmente importanti quando si confrontano tecnologie differenti.

Un confronto attendibile deve basarsi su grandezze omogenee e su condizioni sperimentali compatibili, evitando di attribuire ai risultati significati più ampi di quelli effettivamente dimostrati.

Dalle prove di laboratorio alle prestazioni nell’edificio

Le prove di laboratorio costituiscono un riferimento fondamentale per caratterizzare un materiale, ma non esauriscono la valutazione delle sue prestazioni in opera.

Il comportamento termico di un edificio dipende infatti dall’interazione tra materiali, stratigrafie, geometrie, condizioni ambientali e qualità dell’esecuzione.

Per questo motivo, alle prove sui materiali possono affiancarsi verifiche sul campo, misurazioni delle temperature superficiali, termografie e test comparativi.

Questi strumenti permettono di osservare aspetti del comportamento reale del sistema, purché vengano utilizzati con metodi appropriati e interpretati correttamente.

La credibilità tecnica di un isolante nasce dall’insieme coerente delle evidenze disponibili: dati di laboratorio, documentazione verificabile e risultati applicativi correttamente analizzati.

Nel prossimo paragrafo vedremo come utilizzare e interpretare termografie e test comparativi, distinguendo ciò che le immagini termiche possono effettivamente dimostrare dalle conclusioni che richiedono ulteriori misurazioni.

4.3 Termografie e test comparativi

Le prove di laboratorio costituiscono il riferimento fondamentale per determinare le proprietà termiche di un materiale isolante. Per comprendere come un sistema si comporti una volta applicato a un edificio, è tuttavia utile affiancare ai dati sperimentali indagini termografiche, misurazioni in opera e test comparativi.

Questi strumenti consentono di osservare il comportamento delle superfici nelle condizioni reali di utilizzo, individuare eventuali discontinuità dell’isolamento e documentare gli effetti di un intervento di riqualificazione.

Nel caso degli isolanti nanotecnologici a basso spessore, le verifiche sul campo assumono particolare interesse perché permettono di analizzare il comportamento di soluzioni caratterizzate da spessori molto contenuti rispetto ai sistemi isolanti tradizionali.

È però fondamentale distinguere tra ciò che una termografia permette di osservare e ciò che può essere dimostrato attraverso una misura quantitativa delle prestazioni termiche.

Termografia a infrarossi: che cosa misura realmente?

La termografia è una tecnica diagnostica non distruttiva che utilizza una termocamera per rilevare la radiazione infrarossa proveniente dalle superfici e rappresentarne la distribuzione attraverso un’immagine termica.

La temperatura visualizzata viene ricavata dalla radiazione rilevata, tenendo conto di parametri quali l’emissività della superficie, la temperatura apparente riflessa e le condizioni ambientali.

La termocamera non misura direttamente la conducibilità termica di un isolante né la trasmittanza di una parete. Permette invece di individuare differenze di temperatura superficiale, che possono evidenziare anomalie o comportamenti termici differenti.

In edilizia, la termografia viene utilizzata principalmente per:

  • Individuare ponti termici in corrispondenza di pilastri, travi, balconi, spallette e raccordi tra elementi costruttivi.
  • Rilevare possibili discontinuità o difetti nell’applicazione dell’isolamento.
  • Analizzare la distribuzione delle temperature superficiali interne ed esterne.
  • Individuare anomalie potenzialmente associate alla presenza di umidità, da verificare mediante ulteriori indagini.
  • Documentare il comportamento termico delle superfici prima e dopo un intervento.

La termografia costituisce quindi uno strumento di diagnosi e verifica, ma non sostituisce le prove necessarie per determinare le proprietà termiche dei materiali.

Le condizioni che influenzano i risultati termografici

L’interpretazione di una termografia richiede particolare attenzione alle condizioni nelle quali è stata effettuata la rilevazione.

La distribuzione delle temperature superficiali dipende infatti da numerosi fattori, tra cui:

  • Differenza di temperatura tra interno ed esterno: un gradiente termico adeguato rende generalmente più riconoscibili le anomalie.
  • Emissività delle superfici: materiali e finiture differenti possono influenzare la temperatura apparente rilevata dalla termocamera.
  • Esposizione solare: l’irraggiamento diretto e il calore accumulato possono modificare significativamente le temperature superficiali.
  • Vento e condizioni atmosferiche: gli scambi convettivi influenzano soprattutto le misurazioni effettuate all’esterno.
  • Condizioni di utilizzo dell’edificio: riscaldamento, raffrescamento, ventilazione e temperature interne incidono sul comportamento delle superfici.
  • Geometria e stratigrafia: spigoli, raccordi e materiali differenti possono generare distribuzioni termiche non uniformi.

Anche la scala cromatica utilizzata per rappresentare le temperature deve essere considerata attentamente.

Due immagini termografiche caratterizzate da colori differenti non indicano necessariamente prestazioni diverse, soprattutto quando le scale termiche non coincidono.

Un confronto attendibile richiede quindi condizioni di acquisizione documentate e criteri di interpretazione coerenti.

Ponti termici e temperature superficiali

Uno degli impieghi più significativi della termografia riguarda l’individuazione dei ponti termici.

I ponti termici sono zone dell’involucro edilizio nelle quali la geometria, la presenza di materiali differenti o la discontinuità dell’isolamento determinano un trasferimento di calore diverso rispetto alle superfici circostanti.

Durante la stagione di riscaldamento, questi punti possono presentare temperature superficiali interne inferiori rispetto alle aree adiacenti.

Il fenomeno assume particolare importanza perché una riduzione della temperatura superficiale può favorire condizioni di umidità relativa elevata in prossimità della parete, aumentando il rischio di formazione di muffa.

La termografia consente di individuare le zone critiche e di orientare gli approfondimenti progettuali.

Indagine termografica – Cesena, dicembre 2017. Le immagini evidenziano differenze di temperatura superficiale in corrispondenza delle spallette della porta e dello zoccolo di una facciata isolata con pannelli in EPS grafitato da 12 cm. Le anomalie osservate indicano zone da approfondire nella valutazione dei ponti termici. In questa specifica applicazione al piano superiore sono stati posati 6 mm di Manti Ceramic Alta Densità e a quello inferiore 12 cm di EPS Grafitato.

Termografia di una facciata a Cesena con evidenza di ponti termici in corrispondenza delle spallette della porta e dello zoccolo su una parete isolata con EPS Grafitato

Figura 53. Indagine termografica a Cesena, dicembre 2017. Le immagini evidenziano ponti termici in corrispondenza delle spallette della porta e dello zoccolo di una facciata isolata con EPS grafitato da 12 cm.

 

Per quantificare il comportamento del ponte termico sono invece necessari calcoli specifici, come la determinazione della trasmittanza termica lineica Ψ e la verifica delle temperature superficiali secondo le metodologie applicabili.

Nel caso di Manti Ceramic, la possibilità di realizzare un rivestimento isolante continuo a basso spessore permette di intervenire anche su geometrie complesse, come spallette, sottobalconi, raccordi tra pareti e solai ed elementi architettonici difficilmente trattabili con pannelli tradizionali.

Le verifiche termografiche possono contribuire a documentare la distribuzione delle temperature superficiali dopo l’intervento, integrando le valutazioni progettuali.

Termografie prima e dopo un intervento: come interpretarle

Il confronto tra immagini termografiche acquisite prima e dopo un intervento di isolamento può fornire indicazioni utili sugli effetti della riqualificazione.

Perché il confronto sia significativo, occorre tuttavia considerare le condizioni di acquisizione delle immagini.

In particolare, è importante conoscere le temperature interne ed esterne, le condizioni di riscaldamento o raffrescamento dell’edificio, l’esposizione solare, le caratteristiche delle superfici e le impostazioni della termocamera.

Quando le condizioni sono sufficientemente comparabili, le immagini possono evidenziare variazioni nella distribuzione delle temperature superficiali.

Ad esempio, durante il riscaldamento invernale, un aumento della temperatura superficiale interna dopo l’applicazione dell’isolamento può essere coerente con una riduzione delle dispersioni termiche.

Questo risultato, tuttavia, non permette da solo di quantificare il risparmio energetico conseguito.

La termografia documenta un comportamento termico osservato, mentre la quantificazione delle prestazioni richiede dati e misurazioni aggiuntive.

Test comparativi tra sistemi isolanti

Oltre alle indagini prima e dopo l’intervento, è possibile effettuare confronti tra superfici trattate con materiali isolanti differenti.

Termografia comparativa a Cesena tra 6 mm di Manti Ceramic e 12 cm di EPS grafitato, con temperature superficiali puntuali rilevate sulle due zone della facciata.

Figura 54. Confronto termografico realizzato a Cesena nel dicembre 2017: 6 mm di Manti Ceramic nella porzione superiore e 12 cm di EPS grafitato in quella inferiore, separati da una bandinella metallica. Le temperature superficiali puntuali rilevate nelle due aree risultano molto simili nelle condizioni dell’indagine.

Queste verifiche risultano particolarmente interessanti quando si desidera osservare il comportamento di tecnologie caratterizzate da spessori, composizioni e modalità applicative molto diverse.

Un confronto attendibile deve però considerare le caratteristiche dei supporti, la stratigrafia delle pareti, le condizioni ambientali, la posizione delle aree analizzate e le modalità di acquisizione dei dati.

È inoltre importante distinguere tra confronti qualitativi delle temperature superficiali e misurazioni quantitative delle prestazioni termiche.

Un caso reale: perizia termografica a Uboldo (VA)

Un esempio concreto di verifica sperimentale in opera è rappresentato dall’indagine termografica eseguita l’11 marzo 2022 a Uboldo (VA), su incarico di Savenergy.it Srl.

La perizia è stata redatta da un architetto iscritto all’Albo dei Consulenti Tecnici del Tribunale di Milano  e operatore termografico certificato di secondo livello secondo la norma UNI EN ISO 9712:2012.

L’indagine aveva l’obiettivo di confrontare il comportamento termico superficiale di due differenti sistemi isolanti applicati alla facciata di un edificio esistente:

  • Manti Ceramic, applicato con uno spessore di 8 mm.
  • EPS grafitato, applicato mediante pannelli dello spessore di 12 cm.

La verifica è stata effettuata utilizzando una termocamera FLIR T440, con certificato di calibrazione allegato alla relazione.

Le condizioni ambientali al momento del sopralluogo erano le seguenti:

  • Temperatura interna: 21 °C, mantenuta stazionaria nelle 12 ore precedenti secondo quanto comunicato dal committente.
  • Temperatura esterna: 9 °C.
  • Umidità relativa esterna: 50%.
  • Assenza di soleggiamento diretto sulla facciata nelle sei ore precedenti la rilevazione, con cielo nuvoloso.

Per effettuare il confronto sono state selezionate due aree caratterizzate da temperature superficiali relativamente omogenee e sufficientemente distanti dai bordi, così da limitare l’influenza delle discontinuità geometriche.

Il tecnico ha inoltre escluso dalle zone analizzate alcune anomalie riscontrate nella posa dei pannelli in EPS.

Il risultato della perizia ha evidenziato una differenza di circa 0,4 °C tra le temperature superficiali medie delle due aree esaminate.

Il dato documenta, nelle specifiche condizioni della rilevazione, temperature superficiali molto vicine tra due sistemi isolanti caratterizzati da spessori notevolmente differenti.

Confronto termografico a Uboldo tra Manti Ceramic da 8 mm ed EPS grafitato da 12 cm, con temperature superficiali medie di 8,8 °C e 9,2 °C.

Figura 55. Perizia termografica eseguita a Uboldo (VA) l’11 marzo 2022 da un architetto del Tribunale di Milano. Il confronto tra 8 mm di Manti Ceramic e 12 cm di EPS grafitato ha rilevato una differenza di circa 0,4 °C tra le temperature superficiali medie delle aree analizzate.

La termografia non consente, da sola, di determinare la conducibilità termica dei materiali o di dimostrare l’equivalenza delle rispettive resistenze termiche. Tali valutazioni richiedono prove specifiche e l’analisi delle caratteristiche dell’intera stratigrafia.

Il valore della perizia consiste nel fornire un riscontro strumentale indipendente sul comportamento superficiale dei due sistemi in un’applicazione reale, integrando le prestazioni documentate attraverso le prove di laboratorio.

12 cm di EPS con grafite ( λ = 0,031 w/mk ) equivalgono in applicazione a 8 mm di Manti Ceramic , confermandone quindi la λ di 0,002 W/mK.

Infatti 8 mm sono la quindicesima parte di 12 centimetri e dividendo 0,031 per 15 si trova 0,0020

L’indagine rappresenta quindi un elemento utile per il progettista che desideri approfondire le possibilità applicative degli isolanti nanotecnologici a basso spessore.

Misurazioni quantitative in opera

Quando l’obiettivo è determinare quantitativamente la prestazione termica di un elemento edilizio, è possibile ricorrere a metodologie di misura specifiche.

Tra queste rientra il metodo termoflussimetrico, che utilizza sensori per rilevare il flusso termico attraverso una parete e misurazioni delle temperature sui due lati dell’elemento.

La norma UNI ISO 9869-1 rappresenta un riferimento per la determinazione in opera della resistenza termica e della trasmittanza mediante il metodo termoflussimetrico. Questo metodo è però adatto solo per gli solanti termici tradizionali che lavorano sullo safasamento.

Perchè la Termoflussimetria tradizionale non può essere applicata per determinare le proprietà termiche di un rivestimento nanoceramico

Applicare la termoflussimetria tradizionale alla valutazione di un rivestimento nanoceramico può produrre risultati non rappresentativi, per tre ragioni fisiche e metodologiche principali.

– Diverso principio fisico di valutazione

La termoflussimetria misura il flusso termico che attraversa una stratigrafia e ricava la trasmittanza secondo un modello prevalentemente conduttivo, basato sulla legge di Fourier e su condizioni quanto più possibile stazionarie.Un rivestimento nanoceramico, invece, dichiara la propria efficacia soprattutto attraverso fenomeni complessi: riduzione dell’assorbimento, modifica dell’emissività e riflessione della radiazione infrarossa, creazione di interfacce, abbattimento dei moti convettivi.

Una misura che lo forza dentro un modello esclusivamente conduttivo non descrive correttamente il comportamento reale dell’isolante.

– Spessore ridottissimo rispetto alla scala di misura

I rivestimenti nanoceramici hanno spessori molto contenuti, spesso millimetrici. In queste condizioni, l’applicazione di una piastra termoflussimetrica introduce una perturbazione significativa: la sonda ha una propria massa, una propria resistenza termica e modifica localmente il contatto con la superficie.

Il problema è che la misura non legge il comportamento effettivo del rivestimento, ma una condizione alterata dall’interfaccia sonda-superficie, con risultati poco sensibili o non proporzionati allo spessore reale del materiale. Per questo il termoflussimetro si utilizza solamente con isolanti di spessore oltre i 3 cm.

– Alterazione dello scambio radiativo e convettivo superficiale

Per funzionare, il termoflussimetro deve essere applicato a contatto con la superficie. Tuttavia, coprendo il rivestimento con la piastra di misura, si altera proprio l’interfaccia con l’ambiente, cioè il punto in cui il nanoceramico dovrebbe esprimere la propria funzione termoriflettente.

La sonda riduce o annulla localmente lo scambio radiativo e convettivo con l’ambiente e costringe il materiale a essere valutato quasi esclusivamente come uno strato conduttivo. In questo modo, il valore di trasmittanza ottenuto penalizza il rivestimento e non rappresenta l’efficacia nelle condizioni reali.

Per un materiale nanoceramico servono quindi test complessi che permettano di rilevare la somma dei differenti contributi all’inibizione del passaggio del calore a livello microscopico: resistenza termica interfacciale, effetto Knudsen, diffusione Umklapp, termoriflettanza e abbattimento dei coefficienti di adduzione per citare i principali.

Infografica sui cinque meccanismi di trasferimento del calore nei materiali nanoceramici: resistenza interfacciale, effetto Knudsen, diffusione dei fononi, termoriflettanza e scambi superficiali.

Figura 56. Rappresentazione schematica dei principali fenomeni fisici che possono contribuire al comportamento termico dei materiali nanoceramici e dell’importanza di valutarne gli effetti combinati attraverso prove sperimentali.

Le verifiche in opera rappresentano un complemento importante alla caratterizzazione di laboratorio di Manti Ceramic.

Le indagini termografiche possono essere particolarmente utili per documentare il comportamento delle superfici trattate, osservare le temperature nei punti critici dell’involucro e analizzare situazioni nelle quali l’isolamento tradizionale ad alto spessore presenta difficoltà applicative.

La perizia termografica effettuata a Uboldo costituisce un esempio concreto di questo approccio: il confronto tra superfici trattate con materiali differenti ha permesso di rilevare un comportamento superficiale molto simile nelle condizioni esaminate.

Per il progettista, tuttavia, la valutazione complessiva deve integrare più livelli di informazione:

  • Le proprietà del materiale determinate attraverso prove di laboratorio.
  • I valori tecnici applicabili agli spessori e alle configurazioni previste.
  • Le caratteristiche della stratigrafia e dei dettagli costruttivi.
  • Le osservazioni e le misurazioni effettuate sull’edificio reale.

La credibilità tecnica di un sistema isolante non dipende da una singola immagine o da un singolo risultato, ma dalla coerenza tra le prestazioni documentate, i calcoli progettuali e le verifiche sperimentali.

Dalle immagini ai dati verificabili

Le termografie hanno il vantaggio di rendere immediatamente visibili fenomeni termici che attraverso i soli valori numerici possono risultare meno intuitivi.

La loro utilità è particolarmente evidente nell’individuazione dei ponti termici, nella verifica delle discontinuità dell’isolamento e nell’osservazione delle temperature superficiali.

I test comparativi, quando correttamente documentati, aggiungono ulteriori informazioni sul comportamento dei sistemi nelle condizioni esaminate.

Le misurazioni quantitative consentono invece di determinare specifiche prestazioni attraverso metodi appropriati.

Una termografia rappresenta una distribuzione di temperature superficiali; un test comparativo documenta le differenze osservate; una prova quantitativa determina una prestazione secondo un metodo definito.

Distinguere questi strumenti e integrarli correttamente permette di valutare gli isolanti termici sulla base di evidenze tecniche verificabili, evitando sia interpretazioni riduttive sia conclusioni non supportate dai dati.

Capitolo 3 – Guida alla scelta dei materiali isolanti

Guida alla scelta dei materiali isolanti

I criteri tecnici da valutare quando ci si chiede come scegliere il materiale isolante più adatto ad ogni progetto.

3.1 I criteri di valutazione

La scelta di un materiale isolante non dovrebbe basarsi su un’unica caratteristica.

La conducibilità termica è certamente un parametro fondamentale, ma la prestazione di un isolamento dipende dall’interazione tra proprietà del materiale, spessore, caratteristiche dell’edificio, continuità dell’intervento, modalità di posa e condizioni di esercizio.

Per questo due soluzioni isolanti non dovrebbero essere confrontate semplicemente sulla base del prezzo, dello spessore o della consuetudine con cui vengono utilizzate.

Una valutazione corretta parte invece da una domanda:

Quali prestazioni deve garantire l’isolamento e quali vincoli deve rispettare nello specifico progetto?

Solo dopo aver definito questi requisiti è possibile confrontare correttamente materiali e tecnologie differenti.

Infografica con i principali criteri per valutare un sistema isolante: prestazione termica, spessore, continuità, comportamento termoigrometrico, fuoco, posa, durabilità, documentazione e costo.

Figura 38. La scelta di un sistema isolante richiede una valutazione complessiva: prestazione termica, spessore e ingombro, compatibilità con il supporto, continuità dell’isolamento, comportamento termoigrometrico, reazione al fuoco, posa, durabilità, documentazione tecnica e costo complessivo.

Prestazione termica

Il primo parametro da considerare è la capacità del materiale di limitare il trasferimento di calore.

Come abbiamo visto nel Capitolo 1, la conducibilità termica λ esprime la capacità di un materiale di condurre calore: a valori inferiori corrisponde, a parità delle altre condizioni, una minore conduzione termica.

Per uno strato omogeneo, la resistenza termica è legata a conducibilità e spessore dalla relazione:

R = s / λ

Di conseguenza, λ, resistenza termica R e spessore non possono essere valutati separatamente.

Un materiale con una conducibilità molto bassa può raggiungere una determinata resistenza termica con uno spessore inferiore rispetto a un materiale caratterizzato da una λ maggiore.

Questo è un principio essenziale per confrontare tecnologie isolanti differenti e sarà approfondito nel §3.3 dedicato agli spessori a confronto.

Lo spessore, da solo, non misura la capacità isolante di un materiale.

Spessore e ingombro

Lo spessore non ha però soltanto una funzione termica. È anche una variabile progettuale.

Aumentare lo spessore di una facciata può rendere necessario intervenire su davanzali, soglie, lattonerie, pluviali, balconi, serramenti, cornici o altri elementi architettonici.

Nell’isolamento interno, invece, l’ingombro può ridurre lo spazio disponibile e modificare imbotti, nicchie e raccordi.

In alcuni punti dell’edificio — come spallette, marcapiani, cornici e dettagli costruttivi — lo spazio disponibile può essere estremamente limitato.

Per questo la valutazione dovrebbe considerare non soltanto la prestazione ottenibile, ma anche quanto spazio è necessario per ottenerla e quali conseguenze quello spessore produce sull’edificio.

Continuità dell’isolamento e dettagli costruttivi

Una parete reale non è una superficie uniforme.

Serramenti, pilastri, travi, solai, balconi e variazioni geometriche possono creare zone nelle quali il flusso termico differisce rispetto alle superfici circostanti.

Per questo un altro criterio importante è la capacità del sistema di proseguire nei raccordi e nei punti geometricamente più complessi.

Un materiale molto performante sulla superficie principale non risolve automaticamente il comportamento dei nodi costruttivi se l’isolamento deve essere interrotto o diventa difficile da applicare in quei punti.

La continuità dell’intervento deve quindi essere considerata insieme alla prestazione del materiale.

Particolare attenzione meritano:

  • spallette e imbotti dei serramenti;
  • raccordi parete-solaio;
  • pilastri e travi;
  • balconi e sottobalconi;
  • cornici e marcapiani;
  • nicchie;
  • superfici curve o irregolari.

La possibilità di adattare il sistema a queste geometrie può diventare un criterio progettuale determinante.

Comportamento termoigrometrico

Isolare un edificio significa modificare non soltanto il flusso termico, ma anche la distribuzione delle temperature all’interno della stratigrafia.

Per questo devono essere considerate anche le proprietà legate al trasporto del vapore e all’interazione con l’acqua.

Tra i parametri da verificare, in funzione dell’applicazione, possono rientrare:

  • fattore di resistenza alla diffusione del vapore μ;
  • spessore equivalente d’aria Sd;
  • assorbimento d’acqua;
  • permeabilità al vapore;
  • comportamento in presenza di acqua;
  • posizione dell’isolante nella stratigrafia.

Come abbiamo visto nel Capitolo 1, conducibilità termica e permeabilità al vapore sono proprietà differenti.

Un materiale può quindi presentare ottime caratteristiche termiche e, contemporaneamente, un comportamento al vapore che deve essere valutato all’interno della specifica stratigrafia.

La verifica assume particolare importanza negli interventi dall’interno, dove la modifica del profilo delle temperature può influenzare il rischio di condensazione interstiziale.

Reazione al fuoco

La sicurezza costituisce un ulteriore criterio di scelta.

I materiali isolanti possono avere comportamenti molto differenti quando vengono esposti al fuoco. È quindi necessario verificare la classificazione di reazione al fuoco prevista per il prodotto o il sistema e la sua adeguatezza rispetto all’applicazione.

Nel sistema europeo la classificazione può fornire informazioni anche sulla produzione di fumo e sulla formazione di gocce o particelle incandescenti.

Non è sufficiente, quindi, sapere che un materiale “isola”: occorre verificare quali prestazioni di sicurezza siano documentate e quali requisiti siano richiesti per lo specifico intervento.

Nel Capitolo 4 vedremo più nel dettaglio come leggere prove, classificazioni e certificazioni.

Compatibilità con il supporto

L’isolante deve essere integrato in un elemento costruttivo esistente o di nuova realizzazione.

Muratura, calcestruzzo, intonaco, pietra, legno e altre superfici presentano caratteristiche differenti e possono richiedere modalità di preparazione specifiche.

Occorre quindi valutare:

stabilità del supporto – adesione – presenza di umidità – preparazione necessaria – compatibilità tra materiali – eventuali trattamenti preliminari.

Questo aspetto è particolarmente importante negli interventi di riqualificazione, dove le condizioni reali della superficie possono essere molto diverse da quelle di un supporto nuovo.

Una prestazione elevata del materiale non può compensare un supporto non idoneo o preparato in modo scorretto.

Modalità di posa e adattabilità geometrica

Infografica sul percorso dalla prestazione del materiale alla prestazione finale dell’intervento: spessore, continuità, posa e risultato in edificio.

Figura 39. La conducibilità termica λ è una proprietà del materiale, ma la prestazione finale dell’isolamento dipende anche dallo spessore applicato, dalla continuità nei dettagli costruttivi, Figura 39. dalla corretta posa e dalle condizioni reali dell’edificio.

Le tecnologie isolanti possono richiedere modalità di installazione molto diverse.

Alcuni sistemi sono costituiti da elementi prefabbricati che devono essere tagliati, accostati e fissati; altri possono essere applicati direttamente sulla superficie mediante spatola, rullo o spruzzo.

La modalità di posa influenza:

  • continuità dello strato;
  • trattamento dei dettagli;
  • adattabilità alle superfici irregolari;
  • numero delle lavorazioni;
  • tempi di cantiere;
  • attrezzature necessarie;
  • possibilità di controllare lo spessore;
  • qualità finale dell’intervento.

Su superfici ampie e regolari le differenze possono essere meno determinanti. In presenza di geometrie articolate, curve, raccordi, nicchie o elementi decorativi, invece, la capacità del materiale di seguire direttamente il supporto può assumere maggiore rilevanza.

La posa non è quindi un elemento secondario rispetto alla prestazione:

il materiale viene provato in laboratorio, ma l’isolamento viene realizzato in cantiere.

Peso

Anche il peso del sistema può essere un criterio progettuale.

L’importanza di questo parametro dipende naturalmente dall’intervento, ma la massa aggiunta può diventare rilevante in alcune riqualificazioni, su elementi costruttivi leggeri o quando si vogliono limitare i carichi aggiuntivi.

Spessore e densità determinano la quantità di materiale necessaria per unità di superficie e devono quindi essere considerati insieme.

Un sistema sottile può inoltre ridurre non soltanto il proprio ingombro, ma anche alcune lavorazioni accessorie necessarie per adattare l’edificio al nuovo spessore.

Durabilità e manutenzione

Una prestazione iniziale elevata è realmente significativa se il sistema è in grado di conservarla nel tempo.

In funzione dell’applicazione devono essere considerate l’esposizione a:

  • umidità;
  • acqua;
  • cicli termici;
  • radiazione solare e UV;
  • sollecitazioni meccaniche;
  • condizioni ambientali.

Adesione al supporto, stabilità, protezione superficiale e manutenzione richiesta contribuiscono quindi alla valutazione complessiva.

La durabilità incide anche sul costo dell’intervento: un materiale non dovrebbe essere valutato soltanto al momento della posa, ma lungo la vita utile prevista del sistema.

Prestazioni documentate

Due materiali possono dichiarare caratteristiche apparentemente simili, ma la qualità dell’informazione tecnica disponibile può essere molto diversa.

Quando una prestazione è importante ai fini della progettazione, è opportuno chiedersi:

Che cosa è stato misurato? Con quale metodo? Secondo quale norma? Su quale campione? Da quale laboratorio? Il risultato è riferibile al prodotto che verrà realmente utilizzato?

Questo vale per la conducibilità termica, ma anche per reazione al fuoco, permeabilità al vapore, comportamento all’acqua, proprietà radiative e altre caratteristiche.

La documentazione diventa quindi essa stessa un criterio di selezione.

Non basta che una prestazione venga dichiarata: per essere utilizzabile tecnicamente deve essere supportata da dati e documentazione adeguati.

Questo aspetto sarà centrale nel Capitolo 4, dedicato a prestazioni, prove e certificazioni.

Sostenibilità

Anche la sostenibilità dovrebbe essere valutata attraverso dati e non soltanto attraverso la natura apparente del materiale.

Materie prime, processo produttivo, quantità di materiale necessaria, trasporto, durata, manutenzione e fine vita contribuiscono all’impatto complessivo della soluzione.

Quando disponibili, strumenti come le EPD – Environmental Product Declaration permettono di disporre di informazioni ambientali strutturate. Per gli interventi soggetti ai relativi requisiti devono inoltre essere considerate le prescrizioni dei CAM – Criteri Ambientali Minimi.

Definizioni come naturale, ecologico, innovativo o nanotecnologico non rappresentano, da sole, una misura dell’impatto ambientale.

Il costo complessivo dell’intervento

Infine, il confronto economico non dovrebbe limitarsi al prezzo del materiale.

Il costo effettivo di un isolamento può comprendere:

materiale + preparazione del supporto + posa + ponteggi + fissaggi + finiture + modifiche a soglie, davanzali e lattonerie + tempi di cantiere + manutenzione.

La distribuzione di questi costi può essere molto diversa tra una tecnologia e l’altra.

Un materiale con un costo unitario superiore può, per esempio, richiedere meno lavorazioni o evitare alcune modifiche agli elementi esistenti. Viceversa, un materiale relativamente economico può comportare maggiori costi accessori.

Per questo il parametro più significativo è il costo complessivo dell’intervento necessario per raggiungere la prestazione richiesta, non il prezzo al metro quadrato del solo isolante.

DAL CRITERIO DI SCELTA AL PRODOTTO REALE – Il caso Manti Ceramic

I criteri descritti in questo paragrafo permettono anche di comprendere perché un sistema isolante non dovrebbe essere valutato soltanto in funzione dello spessore o della famiglia di materiali alla quale appartiene.

Manti Ceramic rappresenta un esempio particolarmente significativo. È un sistema isolante nanotecnologico applicabile in spessori molto contenuti, ma il basso spessore non è, da solo, l’elemento che ne determina il valore tecnico.

La valutazione deve partire dalle prestazioni documentate del materiale e proseguire considerando le caratteristiche del sistema nel suo complesso: conducibilità termica, spessore applicato, continuità dell’isolamento, comportamento termoigrometrico, reazione al fuoco, modalità di posa, adattabilità alle geometrie e documentazione disponibile.

Nel caso di Manti Ceramic, la conducibilità termica λ è stata determinata attraverso prove di laboratorio e il sistema dispone inoltre di documentazione relativa ad altre caratteristiche rilevanti per l’impiego in edilizia. Questi aspetti saranno analizzati nel dettaglio nel Capitolo 4, dedicato a prove e certificazioni.

Ma è soprattutto quando le proprietà del materiale vengono trasferite all’edificio che emerge il significato progettuale del sistema: la possibilità di realizzare uno strato isolante continuo di pochi millimetri, applicabile anche su spallette, raccordi, elementi architettonici e superfici complesse, consente di affrontare contemporaneamente prestazione termica e vincoli geometrici.

I casi reali presentati nel Capitolo 2 — dall’isolamento interno di Via Vincenzo Monti a Milano all’intervento esterno della villa di Menaggio sul Lago di Como — mostrano proprio questo passaggio dalla proprietà del materiale alla soluzione costruita.

Manti Ceramic non dovrebbe quindi essere valutato semplicemente perché “è sottile”, ma attraverso la combinazione tra prestazioni documentate, basso spessore, continuità applicativa e adattabilità all’edificio.

Manti Ceramic dal materiale al sistema applicato: microstruttura a microsfere ceramiche cave, posa a spatola e continuità dell’isolamento nei dettagli costruttivi.

Figura 40. Manti Ceramic rappresenta un esempio di sistema isolante da valutare nel suo insieme: microstruttura del materiale, prestazioni documentate, applicazione continua e adattabilità ai dettagli costruttivi. Il basso spessore è solo una parte del valore tecnico del sistema.

Valutare il sistema, non un singolo parametro

Possiamo quindi riassumere la scelta attraverso una sequenza:

PRESTAZIONE → SPESSORE → CONTINUITÀ → COMPORTAMENTO TERMOIGROMETRICO → SICUREZZA → POSA → DURABILITÀ → DOCUMENTAZIONE → COSTO COMPLESSIVO

È l’insieme di questi elementi a determinare il valore tecnico di una soluzione.

Questo metodo assume particolare importanza quando si confrontano tecnologie costruttivamente molto differenti. Un sistema isolante che richiede centimetri di materiale e una tecnologia nanotecnologica applicabile in pochi millimetri non possono essere confrontati guardando semplicemente lo spessore o il costo della materia prima.

Occorre verificare quale prestazione viene ottenuta, con quale ingombro, quali interventi accessori sono necessari, come vengono trattati i dettagli dell’involucro, quale modalità di posa è richiesta e quali prestazioni sono supportate da documentazione tecnica.

È proprio applicando questi criteri che, nei prossimi paragrafi, confronteremo le principali tecnologie isolanti e analizzeremo quando il basso spessore rappresenta un vantaggio concreto per il progetto.

3.2 Confronto tra i principali materiali isolanti

l mercato dell’isolamento termico comprende materiali molto differenti per composizione, struttura, conducibilità termica, densità, spessore di utilizzo, comportamento all’acqua e al fuoco, modalità di posa e campo di applicazione.

EPS, XPS, lane minerali, fibre naturali, poliuretani e sistemi nanotecnologici appartengono a famiglie tecnologiche diverse e raggiungono la prestazione termica attraverso materiali e strutture differenti.

Confronto tra le principali tecnologie isolanti: EPS e XPS, lane minerali, fibre naturali, aerogel e Manti Ceramic con le rispettive strutture interne.

Figura 41. I materiali isolanti possono avere strutture e modalità applicative molto differenti: cellulari, fibrose, porose o basate su microsfere ceramiche. Conoscere queste differenze è il primo passo per confrontarne correttamente le prestazioni.

Per questo non è sufficiente chiedersi quale sia il materiale più utilizzato o quale abbia il minor costo al metro quadrato.

Il confronto deve partire dalle prestazioni richieste dal progetto e considerare contemporaneamente i criteri analizzati nel paragrafo precedente.

Materiali appartenenti a famiglie differenti possono svolgere la stessa funzione — ridurre il trasferimento di calore — ma farlo con proprietà, spessori e modalità applicative profondamente diversi.

Isolanti sintetici

Tra gli isolanti sintetici più utilizzati in edilizia troviamo EPS (polistirene espanso), XPS (polistirene estruso) e poliuretani, disponibili prevalentemente sotto forma di pannelli.

La loro capacità isolante deriva in larga misura dalla struttura cellulare del materiale, che limita il trasferimento di calore attraverso la presenza di numerose celle di piccole dimensioni.

L’EPS è ampiamente utilizzato nei sistemi di isolamento termico a cappotto e presenta un rapporto tra prestazione e costo che ne ha favorito una grande diffusione.

L’XPS possiede una struttura cellulare chiusa e viene utilizzato soprattutto nelle applicazioni nelle quali è richiesta una maggiore resistenza all’umidità e alla compressione, per esempio zoccolature, coperture e parti controterra.

I poliuretani, come PUR e PIR, presentano generalmente conducibilità termiche inferiori rispetto a molti isolanti convenzionali e permettono quindi di ridurre lo spessore necessario rispetto, per esempio, a EPS o lane minerali, pur rimanendo nell’ambito di sistemi isolanti a pannello.

Dal punto di vista progettuale, questi materiali richiedono comunque di considerare spessore complessivo del sistema, giunti tra pannelli, fissaggi, raccordi con serramenti ed elementi architettonici e trattamento dei nodi costruttivi.

Su superfici ampie e regolari questi aspetti possono essere gestiti attraverso una corretta progettazione e posa. In presenza di geometrie molto articolate o di spazi estremamente ridotti, invece, possono diventare elementi determinanti nella scelta.

Isolanti minerali

Gli isolanti minerali più diffusi comprendono soprattutto lana di roccia e lana di vetro.

La loro struttura è costituita da una rete di fibre che ingloba una grande quantità di aria e ostacola il trasferimento di calore.

Sono disponibili in pannelli, feltri e altri formati e vengono utilizzati in facciate, coperture, pareti leggere, contropareti e numerose altre applicazioni.

Una caratteristica importante delle lane minerali è il loro comportamento al fuoco, che può rappresentare un elemento particolarmente rilevante in edifici o applicazioni soggetti a specifici requisiti di sicurezza.

La struttura fibrosa può inoltre offrire caratteristiche interessanti dal punto di vista acustico, anche se isolamento termico e isolamento acustico sono prestazioni differenti e devono essere valutate attraverso parametri e prove specifiche.

Anche in questo caso la prestazione finale dipende dallo spessore installato e dalla corretta continuità dello strato isolante.

Isolanti di origine naturale

Sughero, fibra di legno, cellulosa e altre fibre vegetali appartengono a una famiglia molto eterogenea di materiali di origine naturale o prevalentemente naturale.

Le loro caratteristiche variano considerevolmente in funzione della materia prima, della densità, del processo produttivo e della configurazione del prodotto.

Alcuni di questi materiali presentano una capacità termica relativamente elevata, caratteristica che può assumere interesse nel comportamento dinamico dell’involucro e nella progettazione estiva.

Non bisogna tuttavia confondere l’origine naturale con la prestazione.

Anche questi materiali devono essere valutati attraverso dati misurabili relativi a:

conducibilità – densità – comportamento all’umidità – reazione al fuoco – durabilità – spessore necessario – documentazione ambientale.

Analogamente, la definizione naturale non costituisce da sola una misura dell’impatto ambientale complessivo del sistema.

Aerogel e altri materiali isolanti ad alte prestazioni

Lo sviluppo dei materiali ha portato anche alla diffusione di soluzioni caratterizzate da conducibilità termiche particolarmente basse rispetto agli isolanti convenzionali.

Tra queste troviamo i materiali basati su aerogel, utilizzati anche sotto forma di materassini, pannelli o componenti integrati in altri sistemi.

Il loro interesse progettuale risiede soprattutto nella possibilità di ottenere prestazioni termiche significative con spessori inferiori rispetto a numerosi materiali convenzionali.

Il costo del materiale può tuttavia essere sensibilmente superiore e la valutazione deve quindi considerare l’applicazione specifica e il costo complessivo dell’intervento.

La presenza sul mercato di queste tecnologie dimostra un principio importante:

non esiste una relazione universale tra “molti centimetri” e “buon isolamento”. Lo spessore necessario dipende dalle proprietà termiche del materiale utilizzato.

Confronto tra isolamento a pannelli con giunti e uno strato isolante continuo a basso spessore che segue spallette, imbotti e dettagli della facciata.

Figura 42. I sistemi a pannelli richiedono giunti, tagli e adattamenti in corrispondenza dei dettagli costruttivi. Uno strato isolante continuo a basso spessore può invece seguire direttamente spallette, imbotti, cornici e geometrie articolate, permettendo la continuità dell’isolamento.

Isolanti nanotecnologici a basso spessore

Un approccio differente è rappresentato dai sistemi isolanti micro- e nanostrutturati applicabili in strati molto sottili.

Come abbiamo visto nel Capitolo 2, in questi materiali assume particolare importanza l’architettura interna.

Nel caso dei sistemi basati su microsfere ceramiche cave, la presenza di cavità, superfici e numerose interfacce modifica il percorso attraverso il quale l’energia termica si trasferisce nel materiale.

La microstruttura può contribuire alla riduzione della conducibilità termica attraverso una combinazione di fenomeni che abbiamo già analizzato:

  • discontinuità dei percorsi conduttivi;
  • percorsi termici più complessi e tortuosi;
  • cavità interne;
  • numerose superfici e interfacce;
  • interazione della microstruttura con la radiazione termica.

La caratteristica progettualmente più evidente è la possibilità di raggiungere determinate prestazioni attraverso spessori molto inferiori rispetto a quelli normalmente associati ai sistemi isolanti in pannelli o materassini, quando ciò è supportato dalle prestazioni misurate dello specifico prodotto.

Questa differenza cambia anche il modo in cui l’isolamento può essere integrato nell’edificio.

Un sistema applicabile a spatola, rullo o spruzzo può seguire direttamente la superficie, senza essere necessariamente vincolato alla geometria di un pannello.

Questo consente di proseguire il trattamento su:

spallette – imbotti – cornici – marcapiani – sottobalconi – superfici curve – raccordi – geometrie irregolari.

Il basso spessore, quindi, non rappresenta soltanto una riduzione dell’ingombro.

Può modificare il rapporto tra isolamento e geometria dell’edificio.

Manti Ceramic: un sistema nanotecnologico a basso spessore

Manti Ceramic appartiene a questa famiglia tecnologica ed è costituito da formulazioni isolanti contenenti microsfere ceramiche cave disperse all’interno della matrice del materiale.

Microstruttura a microsfere ceramiche cave di Manti Ceramic, materiale isolante e strato continuo applicato sulla parete.

Figura 43. Dalla microstruttura a microsfere ceramiche cave allo strato isolante applicato: l’architettura interna del materiale è alla base della tecnologia Manti Ceramic, mentre la prestazione termica deve essere verificata attraverso dati misurati e documentati.

Nel Capitolo 2 abbiamo osservato la microstruttura attraverso immagini SEM e analizzato i principi fisici che possono contribuire al comportamento termico del sistema.

La caratteristica che interessa maggiormente in questa fase della Guida è però il passaggio dalla proprietà del materiale alla possibilità progettuale.

Manti Ceramic permette infatti di realizzare un isolamento continuo attraverso strati dell’ordine di pochi millimetri, con formulazioni differenti in funzione dell’applicazione.

Nel sistema per edilizia, per esempio, Manti Ceramic Alta Densità viene utilizzato per realizzare lo strato isolante principale, mentre la Media Densità consente di intervenire anche in punti nei quali lo spazio disponibile è estremamente ridotto, come spallette, raccordi ed elementi geometricamente complessi.

Questo permette di affrontare uno dei problemi che abbiamo già incontrato più volte nella Guida: la continuità dell’isolamento nei dettagli dell’involucro.

Il basso spessore non deve però essere utilizzato come argomento sufficiente per dimostrare una prestazione.

È necessario verificare la conducibilità termica documentata, lo spessore previsto, le condizioni di applicazione e le altre caratteristiche richieste dal progetto.

Ed è proprio questo il punto che distingue un isolante nanotecnologico con prestazioni misurate e documentate da una semplice pittura alla quale vengono attribuite genericamente proprietà termiche.

La presenza di microsfere o la definizione “nanotecnologico” non dimostrano una prestazione isolante. È la prestazione misurata del prodotto a consentirne la valutazione tecnica.

Questa distinzione è particolarmente importante perché prodotti esteticamente simili possono avere formulazioni, concentrazioni di componenti funzionali e prestazioni termiche profondamente differenti.

Materiali diversi, criteri di confronto uguali

Possiamo quindi ricondurre le principali famiglie a logiche costruttive differenti:

Famiglia Struttura tipica Forma di applicazione Caratteristica progettuale
EPS / XPS Struttura cellulare Pannelli Sistema consolidato per superfici regolari
Lane minerali Struttura fibrosa Pannelli / feltri Prestazione termica e caratteristiche al fuoco
Fibre naturali Struttura fibrosa/cellulare Pannelli / insufflaggio Proprietà termiche e comportamento dinamico variabili
Aerogel Struttura altamente porosa Materassini / pannelli / sistemi compositi Elevata prestazione con spessori ridotti
Nanotecnologie a microsfere ceramiche Microstruttura con microsfere cave Spatola / rullo / spruzzo Basso spessore, continuità e adattabilità geometrica

La tabella non è una classifica. Serve invece a evidenziare che materiali diversi possono richiedere modalità di progettazione molto differenti.

Ed è proprio per questo che un confronto basato soltanto sulla domanda:

“Quanti centimetri di isolante devo mettere?”

rischia di essere fuorviante.

La domanda tecnicamente più utile è:

“Quale prestazione devo raggiungere e quale sistema mi permette di ottenerla nelle condizioni reali del mio edificio?”

Confronto tra EPS e XPS, lane minerali, fibre naturali, aerogel e Manti Ceramic per spessore, continuità, posa, reazione al fuoco e documentazione.

Figura 44. I principali materiali isolanti presentano caratteristiche molto diverse per forma, spessore, continuità nei dettagli, posa, reazione al fuoco e documentazione. Il confronto deve quindi considerare l’intero sistema e le esigenze dello specifico progetto.

Nel prossimo paragrafo entreremo quindi nel punto probabilmente più importante quando si confrontano tecnologie convenzionali e isolanti nanotecnologici.

3.3 Spessori a confronto

Quando si confrontano materiali isolanti differenti, lo spessore è uno dei parametri più immediati da osservare, ma anche uno dei più facili da interpretare in modo scorretto.

Nel linguaggio comune dell’isolamento termico siamo abituati a ragionare in centimetri: 5, 8, 10, 12 o 15 cm. Da qui può nascere l’idea intuitiva che a uno spessore maggiore corrisponda necessariamente un isolamento migliore.

Questo principio è valido se aumentiamo lo spessore dello stesso materiale. Non può invece essere utilizzato per confrontare direttamente materiali caratterizzati da proprietà termiche differenti.

Un pannello cellulare, una lana minerale, un aerogel e un isolante nanotecnologico possono infatti richiedere quantità di materiale e spessori molto diversi per ottenere una determinata prestazione.

Lo spessore indica quanto materiale occupa spazio. Non indica, da solo, quanto quel materiale isola.

Spessore e conducibilità devono essere valutati insieme

Come abbiamo visto nel Capitolo 1, per uno strato omogeneo la resistenza termica è legata allo spessore e alla conducibilità termica dalla relazione:

R = s / λ

dove:

  • R è la resistenza termica dello strato;
  • s è lo spessore;
  • λ è la conducibilità termica del materiale.

La relazione mostra un principio fondamentale.

A parità di materiale, aumentando lo spessore aumenta la resistenza termica.

Quando invece confrontiamo materiali differenti, dobbiamo considerare contemporaneamente spessore e conducibilità.

Un materiale caratterizzato da una conducibilità termica inferiore può raggiungere una determinata resistenza con uno spessore inferiore rispetto a un materiale con conducibilità maggiore.

Possiamo esprimere lo stesso concetto invertendo la formula:

s = R × λ

Se fissiamo la resistenza termica da raggiungere, lo spessore teoricamente necessario dipende quindi dalla conducibilità del materiale.

A parità di resistenza termica, materiali con valori λ differenti richiedono spessori differenti.

Confronto degli spessori isolanti: EPS grafitato da 12 cm e Manti Ceramic da 8 mm a parità di resistenza termica calcolata.

Figura 45. A parità di resistenza termica calcolata, materiali con conducibilità termica differente possono richiedere spessori molto diversi. Nell’esempio, 12 cm di EPS grafitato sono confrontati con 8 mm di Manti Ceramic sulla base dei rispettivi valori di λ.

È per questo che confrontare due isolanti dicendo semplicemente che uno misura 10 cm e l’altro pochi millimetri non consente ancora di stabilire quale sia la loro prestazione.

Occorre conoscere anche le caratteristiche termiche documentate dei due materiali.

Un semplice esempio numerico

Consideriamo, a titolo puramente esemplificativo, un materiale con conducibilità termica:

λ = 0,040 W/mK

applicato con uno spessore di:

100 mm = 0,10 m

La sua resistenza termica teorica sarà:

R = 0,10 / 0,040 = 2,5 m²K/W

Se disponessimo di un materiale con una conducibilità dieci volte inferiore e se per entrambi fossero applicabili le medesime modalità di calcolo, per raggiungere la stessa resistenza termica sarebbe teoricamente necessario uno spessore dieci volte inferiore.

Non significa che tutti i materiali possano essere confrontati automaticamente attraverso una semplice proporzione.

Significa però una cosa molto importante:

la prestazione non è contenuta nei centimetri, ma nella relazione tra proprietà termiche e spessore del materiale.

Ed è proprio per questo che l’evoluzione tecnologica dei materiali isolanti può consentire di ottenere prestazioni elevate attraverso quantità e spessori di materiale differenti.

Perché materiali diversi possono richiedere spessori molto diversi

Nel §3.2 abbiamo visto che le principali famiglie di isolanti presentano strutture profondamente differenti.

Gli isolanti cellulari utilizzano una struttura costituita da numerose celle; quelli fibrosi organizzano il materiale attraverso reti di fibre; gli aerogel presentano strutture estremamente porose; i sistemi nanotecnologici possono utilizzare architetture interne basate su microsfere, cavità, superfici e interfacce.

Non stiamo quindi confrontando semplicemente materiali più o meno spessi.

Stiamo confrontando differenti architetture del materiale e differenti modalità di limitare il trasferimento termico.

Come abbiamo approfondito nel Capitolo 2, modificare la struttura interna significa poter intervenire sui meccanismi attraverso i quali l’energia termica attraversa il materiale.

La ricerca sui materiali isolanti non procede quindi soltanto aumentando gli spessori. Una delle direzioni più interessanti consiste proprio nel ridurre la conducibilità attraverso strutture sempre più evolute, così da concentrare la prestazione in quantità inferiori di materiale.

Quando pochi millimetri possono isolare

Uno degli errori più frequenti è considerare automaticamente trascurabile la capacità isolante di uno strato soltanto perché il suo spessore è molto ridotto.

È un ragionamento incompleto.

Se un materiale viene applicato in pochi millimetri, la domanda corretta non è:

“Come possono pochi millimetri isolare?”

ma:

“Qual è la prestazione termica misurata di quei pochi millimetri?”

Naturalmente vale anche il principio opposto.

Il semplice fatto che un prodotto venga definito isolante sottile, termico, nanotecnologico o che contenga microsfere non dimostra automaticamente che possieda elevate capacità isolanti.

Per valutarlo occorre conoscere almeno:

  • conducibilità termica;
  • spessore al quale la prestazione è riferita;
  • metodo di prova;
  • condizioni di prova;
  • laboratorio che ha effettuato la misurazione;
  • documentazione tecnica disponibile.

“Basso spessore” descrive una caratteristica geometrica. È la prestazione misurata a stabilirne il valore come isolante.

Questa distinzione è particolarmente importante nel settore dei rivestimenti termici, dove prodotti apparentemente simili possono avere formulazioni e prestazioni molto differenti.

Manti Ceramic: prestazione concentrata in pochi millimetri

Manti Ceramic rappresenta un esempio particolarmente significativo di come il confronto tra materiali isolanti non possa essere basato esclusivamente sullo spessore.

La tecnologia è stata sviluppata per ottenere prestazioni isolanti attraverso strati di pochi millimetri, grazie alle caratteristiche della formulazione e della microstruttura a microsfere ceramiche cave che abbiamo approfondito nel Capitolo 2.

Il basso spessore non deve quindi essere interpretato come un compromesso rispetto a un sistema di maggiore spessore.

È una caratteristica propria della tecnologia.

Nel caso di Manti Ceramic Alta Densità, per gli spessori previsti dal sistema sono disponibili valori di conducibilità termica documentati molto inferiori a quelli comunemente associati agli isolanti convenzionali.

Il valore certificato dal TÜV di λd raggiunge 0,0010 W/(m·K) (Manti Ceramic Alta densità Test TÜV R 1995870  – Manti Ceramic Media Densità Test TÜV R1274851-2) 

È questo dato, insieme alle condizioni nelle quali è stato determinato e alla relativa documentazione tecnica, a rendere significativo il fatto che il materiale possa essere utilizzato in pochi millimetri.

In altre parole:

Manti Ceramic non deve essere scelto perché “non c’è spazio per un cappotto”. Può essere scelto perché consente di realizzare un isolamento termico attraverso una tecnologia caratterizzata da prestazioni documentate e da spessori molto contenuti.

La disponibilità di spazio può certamente rendere questo vantaggio ancora più importante, ma non è la condizione che giustifica l’utilizzo della tecnologia.

Come confrontare correttamente gli spessori equivalenti

Quando disponiamo di valori di conducibilità utilizzabili e confrontabili, possiamo calcolare quale spessore di due materiali corrisponde alla stessa resistenza termica.

Ponendo:

R₁ = R₂

otteniamo:

s₁ / λ₁ = s₂ / λ₂

e quindi:

s₂ = s₁ × λ₂ / λ₁

Questo consente di trasformare una generica affermazione come:

“pochi millimetri equivalgono a molti centimetri”

in un confronto tecnicamente più preciso.

L’equivalenza deve sempre indicare quali materiali vengono confrontati, quali valori di conducibilità vengono utilizzati e a quali specifici spessori si riferisce il calcolo.

Non è quindi corretto affermare genericamente che:

“1 mm di isolante nanotecnologico equivale sempre a X centimetri di isolamento tradizionale”.

Materiali diversi possiedono λ differenti e anche all’interno della stessa famiglia possono esistere prodotti con prestazioni diverse.

La formulazione tecnicamente corretta è invece:

A parità di resistenza termica calcolata e utilizzando i valori di conducibilità documentati dei due specifici materiali, è possibile determinare lo spessore necessario per ciascuna soluzione.

In questo modo l’equivalenza non è uno slogan commerciale, ma un calcolo verificabile.

Il basso spessore è anche una prestazione progettuale

Il vantaggio di ridurre lo spessore non termina però con il calcolo termico.

Due sistemi che raggiungono una determinata prestazione occupando spazi molto differenti interagiscono in modo diverso con l’edificio.

Lo spessore può infatti influire su:

  • davanzali e soglie;
  • spallette e imbotti;
  • lattonerie;
  • pluviali;
  • balconi e parapetti;
  • serramenti;
  • cornici e marcapiani;
  • raccordi con coperture e sottogronda;
  • impianti;
  • superficie utile degli ambienti negli interventi interni.
Confronto tra isolamento ad alto e basso spessore nel nodo finestra: effetti su imbotti, davanzali e geometria dell'edificio.

Figura 46. Lo spessore dell’isolamento incide anche sulla geometria dell’edificio. Un sistema ad alto spessore può richiedere l’adeguamento di imbotti, davanzali e raccordi; un isolamento a basso spessore riduce l’interferenza con i dettagli costruttivi.

Ridurre lo spessore significa quindi poter ridurre anche l’interferenza dell’isolamento con la geometria esistente.

Questo vantaggio non riguarda soltanto gli edifici nei quali non sia possibile utilizzare spessori maggiori.

È valido anche quando lo spazio è disponibile.

Se la prestazione richiesta può essere ottenuta con uno strato molto più sottile, diventa infatti possibile valutare anche i benefici derivanti dalla minore modifica dell’edificio, dalla riduzione delle lavorazioni accessorie e dalla quantità inferiore di materiale necessaria per realizzare lo strato isolante.

Basso spessore e continuità dell’isolamento

Lo spessore influenza anche la possibilità di seguire i dettagli costruttivi.

Un edificio reale non è costituito soltanto da grandi superfici piane.

Finestre, spallette, travi, pilastri, balconi, cornici, marcapiani, nicchie e raccordi interrompono continuamente la geometria della facciata.

Un sistema applicabile in pochi millimetri direttamente sul supporto può seguire queste superfici e proseguire anche nei dettagli, favorendo la continuità dello strato isolante.

Questo rappresenta un vantaggio progettuale indipendentemente dal fatto che sia o meno possibile installare un sistema di maggiore spessore sulla superficie principale.

La differenza è importante.

Non stiamo dicendo:

“dove c’è spazio utilizziamo molti centimetri e dove lo spazio manca utilizziamo pochi millimetri”.

Stiamo dicendo:

“se una tecnologia permette di ottenere la prestazione richiesta con pochi millimetri, il basso spessore diventa una caratteristica dell’intero progetto, non soltanto la soluzione dei punti in cui manca spazio”.

Il costo geometrico dello spessore

Quando si confrontano due sistemi isolanti si considera spesso il costo del materiale al metro quadrato.

Molto meno frequentemente viene considerato quello che potremmo definire il costo geometrico dello spessore.

Aumentare di diversi centimetri la dimensione dell’involucro può richiedere lavorazioni che non appartengono direttamente all’isolante ma sono conseguenza della sua presenza.

Allungare un davanzale, modificare una lattoneria, spostare un pluviale o adattare un raccordo significa utilizzare materiali, manodopera e tempo di cantiere.

Negli interventi interni, lo spessore occupa invece direttamente spazio dell’edificio.

Per questo il confronto economico tra due tecnologie non dovrebbe limitarsi a:

€/m² del materiale

ma considerare:

materiale + posa + spessore + dettagli + lavorazioni accessorie + tempi di cantiere.

Un sistema a basso spessore può quindi avere un valore economico che non emerge dal semplice confronto del prezzo della materia prima.

Confrontare due materiali o due interventi?

Questo ci porta a una distinzione fondamentale.

Se confrontiamo soltanto due campioni di materiale, possiamo analizzarne λ, densità, spessore e altre proprietà.

Ma quando dobbiamo scegliere come isolare un edificio, non stiamo acquistando semplicemente un materiale.

Stiamo progettando un intervento.

Il confronto dovrebbe quindi diventare:

PRESTAZIONE TERMICA
+
SPESSORE NECESSARIO
+
CONTINUITÀ SUI DETTAGLI
+
MODALITÀ DI POSA
+
MODIFICHE ALL’EDIFICIO
+
QUANTITÀ DI MATERIALE
+
TEMPI DI CANTIERE
+
COSTO COMPLESSIVO

Solo considerando questi elementi insieme possiamo comprendere il reale significato della differenza tra centimetri e millimetri.

Il confronto più utile non è tra due spessori, ma tra due sistemi capaci di raggiungere un determinato obiettivo progettuale.

Il basso spessore come scelta, non come ripiego

Arrivati a questo punto possiamo superare definitivamente un equivoco.

Un isolante sottile non deve essere considerato necessariamente una soluzione da utilizzare quando non è possibile fare altro.

Se possiede prestazioni adeguate e documentate, il basso spessore può rappresentare una scelta progettuale di prima intenzione.

Nel caso di Manti Ceramic significa poter valutare insieme:

prestazione termica documentata – pochi millimetri di spessore – continuità dello strato – adattabilità alle geometrie – limitato ingombro – modalità di applicazione.

Queste caratteristiche possono essere interessanti in un edificio storico con vincoli geometrici, ma possono esserlo anche su una normale facciata priva di particolari limitazioni, perché consentono comunque di realizzare l’isolamento modificando in misura molto contenuta la geometria dell’edificio.

Il vincolo di spazio è quindi uno dei possibili motivi per apprezzare il basso spessore, non il presupposto per utilizzarlo.

La domanda non è: “posso installare un isolamento di molti centimetri?”.
La domanda è: “quale sistema mi permette di ottenere la prestazione richiesta con le caratteristiche più adatte al progetto?”.

È su questa base che nei prossimi paragrafi analizzeremo quando utilizzare supporti tradizionali e quando scegliere un isolante sottile, senza considerarli semplicemente come una soluzione principale e una soluzione alternativa.

3.4 Quando usare supporti tradizionali

I sistemi isolanti tradizionali — come pannelli in EPS, XPS, lane minerali, fibre naturali o altri materiali — rappresentano tecnologie consolidate e ampiamente utilizzate nell’isolamento degli edifici.

La loro scelta può essere legata a diversi fattori: abitudini progettuali e di cantiere, disponibilità dei materiali, caratteristiche specifiche richieste al sistema, integrazione con determinate stratigrafie o preferenza per soluzioni costruttive a pannelli o feltri.

In questi sistemi la prestazione termica viene generalmente ottenuta attraverso materiali caratterizzati da conducibilità differenti e da spessori dell’ordine dei centimetri, che devono essere integrati correttamente nell’involucro e nei suoi dettagli costruttivi.

Questo non significa però che un sistema tradizionale rappresenti la soluzione di riferimento e che un isolante nanotecnologico a basso spessore debba essere considerato soltanto quando il primo non è applicabile.

Come abbiamo visto nei paragrafi precedenti, si tratta di tecnologie differenti, che possono essere confrontate sulla base delle prestazioni documentate e delle caratteristiche complessive dell’intervento.

La scelta di un supporto tradizionale è quindi una scelta tecnologica, non il punto di partenza obbligato di un progetto di isolamento.

Quando una tecnologia nanotecnologica a basso spessore permette di raggiungere le prestazioni richieste, può essere presa in considerazione fin dall’inizio del progetto, anche in assenza di particolari vincoli di spazio o di geometria.

Questo ci porta al criterio opposto e più interessante per la nostra guida: quali caratteristiche possono portare a scegliere intenzionalmente un isolante sottile. È il tema del prossimo paragrafo.

3.5 Quando scegliere un isolante sottile

Scegliere un isolante a basso spessore non significa necessariamente cercare una soluzione per un edificio nel quale non sia possibile utilizzare un isolamento tradizionale.

Può essere una scelta progettuale fin dall’inizio, basata sulle caratteristiche della tecnologia, sulle prestazioni documentate e sul modo in cui il sistema si integra con l’edificio.

Il vantaggio più evidente è la possibilità di concentrare la prestazione termica in uno spessore molto contenuto, ma il valore progettuale di questa caratteristica va oltre il semplice risparmio di spazio.

Ridurre lo spessore significa infatti intervenire sull’involucro modificandone molto meno geometrie, raccordi e dettagli costruttivi.

Il basso spessore non è soltanto meno ingombro: è un modo diverso di progettare l’isolamento.

Vantaggi dell'isolamento termico a basso spessore Manti Ceramic: prestazioni in pochi millimetri, traspirabilità, reazione al fuoco, continuità e semplicità di applicazione.

Figura 47. Un isolante a basso spessore non si valuta soltanto per l’ingombro: prestazioni termiche, continuità dell’isolamento, traspirabilità, reazione al fuoco, semplicità di applicazione e adattabilità alle geometrie sono criteri che possono orientare la scelta progettuale.

Quando il basso spessore diventa un vantaggio progettuale

Una tecnologia isolante sottile è particolarmente interessante quando il progetto richiede una combinazione di prestazione termica, continuità e ridotta interferenza con l’edificio.

Questo può avvenire sia negli interventi di riqualificazione sia nelle nuove costruzioni.

Il basso spessore permette infatti di limitare l’incidenza dell’isolamento su elementi quali spallette, imbotti, davanzali, soglie, balconi, cornici, marcapiani, sottogronda e raccordi, ma questo non significa che il suo utilizzo debba essere limitato agli edifici che presentano questi vincoli.

Anche su una facciata regolare e priva di particolari criticità, ottenere la prestazione richiesta con pochi millimetri significa aggiungere meno materiale e modificare in misura molto contenuta la geometria dell’involucro.

Il basso spessore diventa quindi una caratteristica da valutare al pari della conducibilità, della posa, della durabilità o del comportamento termoigrometrico.

Quando è importante la continuità dell’isolamento

Uno dei principali vantaggi dei sistemi applicati direttamente sulla superficie è la possibilità di seguire la geometria dell’edificio senza essere vincolati alla forma di pannelli o feltri, come mostrato nella seguente Figura 48.

Manti Ceramic applicato in continuità su facciata, sottobalcone, spallette, imbotti ed elementi architettonici complessi.

Figura 48. L’applicazione diretta di Manti Ceramic consente di proseguire lo strato isolante su facciate, sottobalconi, spallette, imbotti ed elementi architettonici complessi, facilitando la continuità dell’isolamento anche nei punti geometricamente più articolati.

Pareti, spallette, imbotti, sottobalconi, raccordi, superfici curve ed elementi architettonici possono essere trattati proseguendo lo strato isolante sui diversi elementi costruttivi.

Questo può facilitare la continuità dell’isolamento nei punti geometricamente più complessi e contribuire alla correzione delle discontinuità termiche.

Non significa che l’applicazione di un isolante sottile elimini automaticamente i ponti termici: ogni nodo deve essere valutato nella sua specifica configurazione.

Il vantaggio consiste nella maggiore libertà di seguire il dettaglio costruttivo con lo stesso sistema isolante.

Quando si vuole preservare la geometria dell’edificio

Il basso spessore assume un valore particolarmente evidente negli edifici caratterizzati da elementi architettonici che si desidera mantenere leggibili.

Cornici, fregi, marcapiani, modanature, imbotti e altri dettagli possono essere fortemente influenzati dall’aggiunta di diversi centimetri alla superficie della facciata.

Una tecnologia applicabile in pochi millimetri consente invece di non alterare le proporzioni e le geometrie esistenti.

Questo vantaggio è particolarmente rilevante nel patrimonio storico e nelle facciate articolate, ma non è limitato a questi edifici: preservare geometrie e dettagli può essere un obiettivo progettuale anche nell’edilizia contemporanea.

Quando si interviene dall’interno

Negli interventi di isolamento interno, ogni centimetro aggiunto alla parete viene sottratto direttamente allo spazio dell’ambiente.

Ma il problema non riguarda soltanto la superficie utile.

Aumentando lo spessore cambiano anche la profondità delle finestre, i raccordi con tramezzi e soffitti, la posizione di prese e impianti e l’interazione con altri elementi presenti sulla parete.

Un isolante a basso spessore eliminare queste interferenze.

Quando sono importanti traspirabilità e comportamento igrometrico

La scelta di un isolante non riguarda soltanto il trasferimento di calore. Negli edifici è importante considerare anche il comportamento del sistema rispetto al passaggio del vapore acqueo.

Manti Ceramic presenta un fattore di resistenza alla diffusione del vapore μ = 11,2, determinato secondo UNI EN 12086. Questo valore indica una buona permeabilità al vapore e permette al sistema di essere valutato anche sotto il profilo della traspirabilità della stratigrafia.

È un aspetto particolarmente interessante negli interventi nei quali si vuole coniugare isolamento termico e gestione dell’umidità, soprattutto su pareti esistenti e negli interventi dall’interno.

La traspirabilità non deve tuttavia essere confusa con l’assenza automatica di condensa o muffa: il comportamento termoigrometrico dipende dall’intera stratigrafia e dalle condizioni ambientali.

Nel caso di Manti Ceramic esiste però anche un’evidenza sperimentale: come da  Test CMR n. 1311-1-18 (laboratorio certificato ACCREDIA) Manti Ceramic avere un’azione anti-muffa quando applicato sulle murature.

I cappotti tradizionali come l’EPS o la Stiferite al contrario favoriscono la formazione della muffa per differenti motivi:

1. Elevata resistenza alla diffusione del vapore (Bassa traspirabilità)

L’EPS ad esempio è un materiale plastico sintetico a celle chiuse con un elevato fattore di resistenza al vapore (μ tra 30 e 70). I pannelli di stiferite possono arrivare ad un valore di resistenza al vapore di 150 (molto bassa traspirabilità)

  • Rispetto a materiali traspiranti, l’EPS riduce drasticamente la capacità della parete di traspirare verso l’esterno.

  • L’umidità prodotta all’interno della casa (respirazione, docce, cottura cibi) non riesce più a smaltirsi naturalmente attraverso la muratura e resta bloccata nell’aria indoor.

2. Accentuazione dei ponti termici non risolti

Quando si applica un cappotto esterno, le superfici isolate diventano molto calde. Tuttavia, se alcuni nodi costruttivi non vengono isolati (es. mazzette delle finestre, nicchie dei cassonetti, giunzioni tra travi e pilastri o balconi):

  • Il calore della stanza si concentra nei punti rimasti scoperti (ponti termici).

  • La differenza di temperatura tra la parete isolata calda e il punto non isolato freddo crea la cosiddetta “condensa superficiale”. L’umidità accumulata nell’aria si deposita proprio su questi punti freddi, creando l’habitat perfetto per le spore della muffa.

3. Effetto “Sacchetto di Plastica” (Aumento delle sigillature)

Spesso l’installazione del cappotto si accompagna alla sostituzione dei vecchi infissi con serramenti moderni a tenuta stagna. Il risultato è un edificio completamente sigillato: senza un’adeguata ventilazione manuale o meccanica, l’umidità relativa interna sale rapidamente oltre la soglia critica per la proliferazione dei funghi.

Quando la reazione al fuoco è un criterio di scelta

Anche la reazione al fuoco deve entrare tra i criteri con cui confrontare i sistemi isolanti.

I materiali isolanti non si comportano tutti allo stesso modo in presenza di incendio: la prestazione dipende dalla natura del materiale e dalla configurazione del prodotto o sistema sottoposto a classificazione.

Per questo non è sufficiente distinguere genericamente tra isolanti tradizionali e nanotecnologici: occorre verificare la classe di reazione al fuoco documentata dello specifico prodotto.

Nel caso di Manti Ceramic Alta Densità, la classificazione A2-s1,d0 rappresenta quindi un ulteriore elemento tecnico da considerare nella scelta del sistema.

La classe esprime tre informazioni differenti:

A2 → contributo molto limitato all’incendio
s1 → produzione di fumo molto limitata
d0 → assenza di gocce o particelle ardenti nella prova prevista dalla classificazione.

In un progetto nel quale la sicurezza antincendio costituisce un requisito rilevante, questa caratteristica può quindi rappresentare un motivo di scelta indipendente dal basso spessore.

Ad eccezione della lana di roccia che presenta una classe di reazione al fuoco A1 o A2-s1, do, Eps e stiferite sono caratterizzate da una classe di reazione E, sono cioè materiali infiammabili/combustibili. Per approfondimenti sul significato delle classi di reazione al fuoco è possibile consultare EUR-Lex – Regolamento delegato (UE) 2016/364 della Commissione.

Quando semplicità e rapidità di applicazione sono importanti

La prestazione di un sistema isolante deve essere valutata insieme alle modalità con cui viene applicato. Manti Ceramic viene posato direttamente sul supporto, senza richiedere la realizzazione di un sistema a pannelli.

A seconda della formulazione, l’applicazione può avvenire a spatola, a rullo o a spruzzo, consentendo al materiale di seguire direttamente la geometria della superficie.

Applicazione a spatola di Manti Ceramic direttamente sulla parete per realizzare uno strato isolante continuo a basso spessore.

Figura 49. Manti Ceramic viene applicato direttamente sul supporto, senza pannelli isolanti. A seconda della formulazione, la posa può avvenire a spatola, rullo o spruzzo, realizzando uno strato continuo che segue la geometria della superficie.

Questo comporta vantaggi progettuali e operativi: non è necessario tagliare e sagomare pannelli, realizzare giunti tra gli elementi isolanti o adattare il materiale alle geometrie più complesse. Lo stesso sistema può proseguire su pareti, spallette, imbotti, raccordi, sottobalconi, cornici e altri dettagli costruttivi.

La semplicità di applicazione non è soltanto un vantaggio di cantiere: contribuisce alla possibilità di realizzare uno strato isolante continuo anche sulle geometrie più articolate.

Manti Ceramic: quando il basso spessore è parte della tecnologia

Manti Ceramic permette di applicare questi principi attraverso un sistema isolante nanotecnologico basato su una microstruttura a microsfere ceramiche cave.

A seconda della formulazione e dell’applicazione prevista, il sistema può essere utilizzato in spessori dell’ordine di pochi millimetri, mantenendo la possibilità di seguire direttamente la superficie sulla quale viene applicato.

La scelta di Manti Ceramic può quindi essere vincente quando si ricercano contemporaneamente:

  • prestazioni termiche documentate in pochi millimetri;
  • ridotto ingombro e limitata modifica della geometria dell’edificio;
  • possibilità di realizzare uno strato continuo, adattabile anche ai dettagli costruttivi;
  • permeabilità al vapore, con μ = 11,2 secondo UNI EN 12086;
  • comportamento anti-umidità e anti-muffa verificato sperimentalmente;
  • elevata classe di reazione al fuoco, A2-s1,d0;
  • applicabilità su superfici interne ed esterne;
  • adattabilità a superfici e geometrie complesse.

Queste caratteristiche non identificano una serie di situazioni nelle quali Manti Ceramic rappresenta un ripiego perché un’altra tecnologia non può essere utilizzata.

Definiscono invece le caratteristiche proprie del sistema sulle quali il progettista può basare la propria scelta.

La domanda non è “quando sono costretto a utilizzare un isolante sottile?”, ma “quali vantaggi progettuali posso ottenere scegliendo una tecnologia isolante a basso spessore?”.

Una scelta che deve partire dalle prestazioni

Il basso spessore, da solo, non è comunque sufficiente per scegliere un isolante.

Come per qualsiasi altro materiale, devono essere valutati prestazioni termiche documentate, spessore applicato, comportamento termoigrometrico, reazione al fuoco, modalità di posa, durabilità e documentazione tecnica.

È proprio questo il criterio che distingue una tecnologia isolante a basso spessore documentata da una generica pittura o rivestimento commercializzato con riferimenti al risparmio energetico.

La scelta deve quindi seguire la stessa logica utilizzata per qualsiasi sistema isolante:

PRESTAZIONE DOCUMENTATA → CARATTERISTICHE DEL SISTEMA → ESIGENZE DEL PROGETTO → SOLUZIONE

 

Capitolo 2 – Nanotecnologie applicate all’isolamento

Nanotecnologie applicate all’isolamento

Come funzionano le nanotecnologie per l’isolamento termico e perché migliorano le prestazioni dei materiali isolanti.

2.1 Cosa sono le nanotecnologie

Le nanotecnologie comprendono l’insieme di conoscenze e tecniche che consentono di studiare, progettare e controllare materiali e strutture su scale estremamente ridotte, fino alla scala nanometrica, con l’obiettivo di ottenere proprietà e funzioni specifiche.

Un nanometro (nm) corrisponde a un miliardesimo di metro:

1 nm = 10⁻⁹ m

Per comprendere quanto sia piccola questa dimensione può essere utile procedere per ordini di grandezza:

  • 1 metro = 1.000 millimetri;
  • 1 millimetro = 1.000 micrometri;
  • 1 micrometro = 1.000 nanometri.

In altre parole, in un solo millimetro ci sono un milione di nanometri.

Convenzionalmente, la nanoscala viene generalmente associata a dimensioni dell’ordine di 1–100 nanometri, almeno in una delle dimensioni considerate.

Ma concentrarsi esclusivamente sulle dimensioni rischia di far perdere il concetto più importante.

Non conta soltanto di cosa è fatto un materiale

Uno degli aspetti più interessanti delle nanotecnologie è la possibilità di intervenire non soltanto sulla composizione chimica, ma sull’organizzazione interna della materia.

Quando le strutture diventano estremamente piccole, aumenta infatti il rapporto tra superficie e volume. Una parte crescente della materia si trova in prossimità di superfici e interfacce e questo può modificare significativamente alcune proprietà del materiale. La presentazione richiama, tra gli esempi, conducibilità termica, comportamento meccanico e attività chimica.

Questo porta a un principio fondamentale:

Non conta soltanto di cosa è fatto un materiale, ma anche come è organizzato internamente.

È un concetto particolarmente importante per comprendere i materiali isolanti avanzati e le nanotecnologie nell’isolamento termico. La presentazione stessa passa dalla tradizionale attenzione alla composizione chimica al ruolo della microstruttura, delle cavità, dei pori, delle celle e delle interfacce.

Scala dimensionale dalla misura macroscopica al nanometro, con confronto tra metro, millimetro, micrometro e nanometro.

Figura 26. Dal metro al nanometro, ogni passaggio riduce la scala di 1.000 volte. Alla nanoscala il rapporto tra struttura e proprietà del materiale può assumere caratteristiche differenti rispetto alla scala macroscopica.

Ridurre la scala non significa soltanto ridurre le dimensioni: può cambiare il rapporto tra struttura e proprietà del materiale.

Nanomateriale e nanotecnologia non sono sinonimi

È utile distinguere due concetti spesso utilizzati in modo intercambiabile.

Un nanomateriale è caratterizzato dalla presenza di strutture riconducibili alla nanoscala secondo le definizioni tecniche e normative applicabili.

La nanotecnologia è un concetto più ampio: riguarda la capacità di progettare, controllare o utilizzare strutture e fenomeni a queste scale per ottenere determinate funzioni.

La semplice presenza di componenti estremamente piccoli non permette quindi di concludere automaticamente che un materiale possieda una determinata prestazione.

Per valutarlo tecnicamente dobbiamo porci almeno quattro domande:

  1. Com’è strutturato il materiale?
  2. Quale fenomeno fisico viene influenzato dalla sua struttura?
  3. Quale proprietà macroscopica ne dovrebbe derivare?
  4. Quella proprietà è stata effettivamente misurata?

“Nanotecnologico” descrive una tecnologia. Non costituisce, da solo, una certificazione di prestazione.

Dalla nanoscala alla prestazione macroscopica

Un edificio, una parete o una tubazione appartengono alla scala macroscopica. Come può allora una struttura microscopica o nanometrica influenzarne il comportamento?

La risposta sta nell’architettura interna del materiale.

Nel caso dei materiali termicamente isolanti, il calore non attraversa un materiale astratto e perfettamente omogeneo: incontra una struttura composta da materia solida, eventuali cavità, pori, particelle, superfici e interfacce.

Modificando questa architettura è possibile intervenire sui percorsi attraverso i quali l’energia viene trasferita.

La presentazione introduce, per esempio, un concetto particolarmente interessante: una struttura complessa può creare un percorso termico tortuoso, nel quale il flusso incontra ripetutamente pori, particelle e interfacce.

È proprio qui che cominciamo a passare dalla semplice definizione di nanotecnologia alla fisica dell’isolamento.

Nanotecnologie e trasporto del calore

Nel Capitolo 1 abbiamo visto che il trasferimento termico avviene attraverso tre meccanismi fondamentali:

conduzione, convezione e irraggiamento.

Nella realtà questi fenomeni possono essere contemporaneamente presenti e il loro peso relativo dipende dal sistema considerato. La stessa presentazione evidenzia, ad esempio, come nelle murature prevalga la conduzione, mentre nelle coperture e nelle facciate esposte al sole possa assumere particolare importanza anche il contributo radiativo.

La progettazione della struttura interna di un materiale può quindi avere l’obiettivo di ostacolare uno o più meccanismi di trasporto dell’energia.

Nei materiali isolanti micro- e nanostrutturati possono entrare in gioco, a seconda della tecnologia, fenomeni quali:

  • riduzione dei percorsi continui di conduzione nel solido;
  • confinamento di gas in cavità molto piccole;
  • limitazione dei moti convettivi;
  • moltiplicazione delle superfici e delle interfacce;
  • diffusione delle vibrazioni reticolari;
  • interazione con la radiazione termica.

Non tutti questi fenomeni sono necessariamente presenti, né hanno la stessa importanza, in ogni materiale nanotecnologico.

Non esiste quindi un unico “effetto nano” responsabile dell’isolamento termico.

Questo secondo me è un altro concetto molto forte da evidenziare.

Dal macro al micro: un materiale può avere una struttura gerarchica

Dalla presentazione prenderei anche il concetto di struttura gerarchica, perché è perfetto per spiegare ciò che verrà dopo.

Un materiale tecnologicamente avanzato può essere organizzato contemporaneamente su più scale:

macroscopica → lo strato applicato;

microscopica → particelle, microsfere, pori e cavità;

nanometrica → superfici, interfacce e componenti della struttura.

La presentazione descrive proprio questa organizzazione multiscala come un’architettura gerarchica.

Questo ci permette anche di chiarire un equivoco importante.

Nanotecnologico non significa semplicemente “sottile”

Un rivestimento applicato con uno spessore di pochi millimetri rimane, dimensionalmente, uno strato macroscopico.

La definizione di nanotecnologia riguarda invece ciò che accade a scale enormemente inferiori all’interno della struttura del materiale.

Di conseguenza:

basso spessore dell’applicazione e nanostruttura del materiale sono due concetti differenti.

Il primo descrive quanto materiale viene applicato.

Il secondo riguarda come quel materiale è organizzato internamente e quali fenomeni fisici ne derivano.

Schema dell’architettura interna di un materiale isolante nanotecnologico, dallo strato macroscopico alla microstruttura con microsfere fino alle strutture e interfacce su scala nanometrica.

Figura 27. Un materiale isolante avanzato può essere organizzato su più scale: lo strato applicato costituisce il livello macroscopico, mentre microsfere, cavità, superfici e interfacce definiscono una struttura interna su scale progressivamente inferiori.

Come valutare una nanotecnologia

La parola nanotecnologia non dovrebbe essere utilizzata come sinonimo automatico di elevate prestazioni.

Per una valutazione tecnica è più utile seguire una sequenza logica:

STRUTTURA → MECCANISMO FISICO → PRESTAZIONE → VERIFICA

Struttura
Come è organizzato internamente il materiale?

Meccanismo fisico
In che modo questa struttura dovrebbe modificare il trasferimento di energia?

Prestazione
Quale proprietà macroscopica viene dichiarata?

Verifica
Come è stata misurata? Con quale metodo? Da quale laboratorio? In quali condizioni?

Questa struttura concettuale la manterrei per tutto il Capitolo 2.

DAL LABORATORIO ALL’APPLICAZIONE

Perché osservare la microstruttura

Nello studio dei materiali isolanti micro- e nanostrutturati, l’osservazione della struttura reale rappresenta un passaggio fondamentale. Le immagini ottenute mediante microscopia elettronica a scansione (SEM) permettono di osservare caratteristiche non visibili a occhio nudo e di analizzare morfologia, dimensioni, distribuzione e integrità delle strutture presenti nel materiale.

Micrografia SEM reale di Manti Ceramic con microsfere di diverse dimensioni distribuite nella matrice del materiale.

Figura 28. Micrografia SEM reale di Manti Ceramic. L’immagine mostra la microstruttura del materiale, con microsfere di differenti dimensioni distribuite nella matrice. Le misure riportate evidenziano strutture dell’ordine delle decine di micrometri.

Nell’esperienza di ricerca e selezione dei materiali utilizzati da Savenergy.it, questo tipo di analisi consente di collegare ciò che viene dichiarato sulla struttura del materiale a ciò che è effettivamente presente al suo interno.

È il primo passaggio di un metodo più ampio:

osservare la struttura → comprenderne il possibile ruolo fisico → misurarne la prestazione.

Da ricordare

  • Un nanometro corrisponde a 10⁻⁹ metri.
  • Le nanotecnologie permettono di intervenire non soltanto sulla composizione, ma anche sull’architettura interna dei materiali.
  • Alle piccole scale aumenta fortemente il rapporto superficie/volume e possono assumere maggiore importanza superfici e interfacce.
  • Nanotecnologia e basso spessore non sono sinonimi.
  • Un materiale può presentare un’organizzazione gerarchica su scala macroscopica, microscopica e nanometrica.
  • Nei materiali isolanti avanzati la struttura interna può influenzare diversi meccanismi di trasporto termico.
  • Non esiste un unico “effetto nano” valido per tutti i materiali.
  • La presenza di una nanotecnologia non dimostra automaticamente una prestazione: la prestazione deve essere misurata e documentata.

2.2 Come funzionano le microsfere ceramiche

Le microsfere ceramiche cave sono uno degli elementi caratterizzanti dei sistemi isolanti nanotecnologici Manti Ceramic e dei prodotti sviluppati per applicazioni industriali.

Per comprenderne il ruolo non è sufficiente immaginarle come piccole particelle disperse in un materiale. La loro presenza modifica profondamente l’architettura interna dello strato isolante e, di conseguenza, i percorsi attraverso i quali l’energia termica può propagarsi.

Una microsfera è costituita da una sottile parete ceramica che racchiude una cavità interna vuota. Quando un numero elevatissimo di queste strutture viene distribuito all’interno di una matrice, il materiale non si comporta più come un mezzo solido omogeneo, ma presenta una microstruttura costituita da:

  • matrice;
  • pareti ceramiche;
  • cavità vuote;
  • superfici;
  • numerose interfacce tra strutture differenti.

La micrografia SEM reale di Manti Ceramic mostrata nel §2.1 permette di osservare direttamente questa organizzazione e la presenza di microsfere di differenti dimensioni all’interno della matrice.

Le microsfere non devono essere immaginate come piccoli “scudi” che fermano individualmente il calore: la loro presenza modifica l’architettura complessiva attraverso cui l’energia termica deve propagarsi.

Una microstruttura che modifica il percorso del calore

Consideriamo, per semplicità, un materiale solido omogeneo.

In presenza di una differenza di temperatura, il calore può propagarsi attraverso la fase solida seguendo percorsi relativamente continui.

Introducendo un numero elevato di microsfere cave, questa continuità viene modificata: una parte del volume non è più costituita dalla matrice solida e il flusso termico incontra continuamente materiali, superfici e discontinuità differenti.

Il percorso diventa quindi molto più articolato:

matrice → interfaccia → parete ceramica → cavità → parete ceramica → nuova interfaccia → matrice

e questa configurazione viene ripetuta moltissime volte all’interno dello strato.

Questo fenomeno può essere descritto attraverso il concetto di percorso termico tortuoso: microsfere, cavità, particelle e interfacce modificano e rendono più complessi i percorsi disponibili per il trasferimento dell’energia.

Confronto tra il percorso del calore in un materiale omogeneo e in un materiale con microsfere ceramiche cave.

Figura 29. Le microsfere ceramiche cave modificano la microstruttura del materiale: rispetto a un mezzo omogeneo, il trasferimento termico incontra cavità, superfici e interfacce che rendono il percorso più complesso e tortuoso.

La microstruttura modifica i percorsi disponibili per il trasferimento termico.

Il ruolo della cavità interna

Una caratteristica fondamentale delle microsfere utilizzate in Manti Ceramic e nei sistemi industriali considerati in questa Guida è la presenza di una cavità interna vuota.

Non si tratta quindi di una piccola intercapedine contenente aria o di una cella riempita con un gas isolante.

Questa distinzione è importante dal punto di vista fisico.

In assenza di materia all’interno della cavità non può avvenire trasferimento termico mediante conduzione molecolare attraverso un gas, né possono svilupparsi moti convettivi.

Rimane invece possibile il trasferimento di energia per irraggiamento, che, come abbiamo visto nel Capitolo 1, non necessita della presenza di un mezzo materiale.

La cavità vuota introduce quindi una discontinuità nella materia attraverso cui il calore potrebbe propagarsi per conduzione.

Questo non significa tuttavia che una microsfera possa essere considerata semplicemente come una “bolla di vuoto isolante”: la parete ceramica, le superfici, le interfacce con la matrice e l’interazione con la radiazione termica concorrono al comportamento della struttura.

Schema della struttura di una microsfera ceramica cava, con parete ceramica, cavità interna vuota e interfaccia con la matrice.

Struttura schematica di una microsfera ceramica cava: la parete ceramica racchiude una cavità interna vuota e si inserisce nella matrice creando superfici e interfacce che modificano la continuità del percorso termico.

La cavità vuota interrompe la continuità materiale all’interno della microstruttura.

Una rete di superfici e interfacce

La presenza delle microsfere non introduce nel materiale soltanto delle cavità. Ogni microsfera crea anche numerose superfici di separazione tra strutture differenti.

Possiamo individuare, in particolare:

  • la superficie esterna della microsfera a contatto con la matrice;
  • la parete ceramica;
  • la superficie interna della parete;
  • il confine con la cavità interna vuota.

Quando un numero molto elevato di microsfere è distribuito all’interno del materiale, queste superfici si moltiplicano, creando una vera e propria rete di interfacce. La documentazione tecnica descrive infatti ogni microsfera attraverso la presenza della parete ceramica, della cavità interna, della superficie esterna e del contatto con la matrice.

Perché un’interfaccia è importante per il trasferimento del calore?

In un materiale omogeneo, l’energia termica può propagarsi attraverso una struttura relativamente continua. Quando invece incontra il confine tra strutture differenti, le condizioni di propagazione cambiano.

A questa discontinuità può essere associata una resistenza termica interfacciale, cioè una resistenza aggiuntiva al trasferimento dell’energia in corrispondenza dell’interfaccia.

Per comprenderne l’origine occorre scendere, ancora una volta, di scala.

Nei solidi non metallici, una parte importante del trasporto dell’energia termica è associata alle vibrazioni della struttura atomica del materiale. Nella descrizione quantistica, queste vibrazioni vengono rappresentate mediante quasiparticelle chiamate fononi.

Quando i fononi raggiungono l’interfaccia tra strutture differenti, non necessariamente proseguono indisturbati: possono essere trasmessi, riflessi o modificare le proprie modalità di propagazione.

A questo fenomeno è associato il concetto di resistenza termica interfacciale, nota anche come resistenza di Kapitza.

Schema della resistenza termica interfacciale tra due materiali differenti, con fononi incidenti, riflessi e trasmessi attraverso l’interfaccia.

Figura 31. Quando il trasporto di energia incontra l’interfaccia tra due materiali differenti, una parte dei fononi può essere riflessa e una parte trasmessa. La discontinuità tra le due strutture può introdurre una resistenza aggiuntiva al trasferimento termico, detta resistenza termica interfacciale o resistenza di Kapitza.

Un’interfaccia non è quindi soltanto un confine geometrico tra due strutture: può rappresentare una discontinuità anche per il trasferimento dell’energia termica.

Dalla singola interfaccia alla microstruttura

Il concetto diventa particolarmente interessante quando non consideriamo più una singola microsfera, ma l’intera microstruttura del materiale.

Ogni microsfera introduce diverse superfici e interfacce. Quando le microsfere sono presenti in numero elevato, il flusso termico incontra ripetutamente queste discontinuità durante il proprio percorso.

Le microsfere possono quindi essere interpretate anche come una rete di interfacce distribuite all’interno della matrice.

Questo fenomeno si combina con quello già descritto nella Figura 39: il flusso termico non attraversa un mezzo perfettamente uniforme, ma incontra continuamente matrice, pareti ceramiche, cavità e interfacce, seguendo un percorso più complesso e tortuoso.

Percorso tortuoso e rete di interfacce sono quindi due aspetti collegati della stessa architettura microstrutturale.

Dalla spiegazione fisica alla prestazione reale

È importante, tuttavia, distinguere ancora una volta il meccanismo fisico dalla prestazione misurata.

La presenza di numerose interfacce permette di individuare un possibile contributo al comportamento termico del materiale, ma non consente da sola di quantificare quanto la resistenza interfacciale incida sulla conducibilità termica complessiva.

L’effetto finale dipende dalla microstruttura reale, dalle caratteristiche delle microsfere e della matrice, dal numero e dalla natura delle interfacce e dall’interazione con gli altri meccanismi di trasferimento dell’energia.

Per questo la prestazione complessiva deve essere determinata attraverso misure sperimentali sul materiale reale.

Microsfere ceramiche e radiazione termica

Le microsfere non intervengono soltanto sull’architettura attraverso cui avviene il trasferimento per conduzione. Un altro fenomeno da considerare è l’interazione delle loro superfici con la radiazione termica.

Come abbiamo visto nel Capitolo 1, tutti i corpi a temperatura superiore allo zero assoluto emettono energia sotto forma di radiazione elettromagnetica. Alle temperature normalmente considerate nell’edilizia e in numerose applicazioni industriali, una parte rilevante di questa emissione ricade nell’infrarosso.

Quando la radiazione termica incontra una superficie ceramica, l’energia incidente può essere in parte:

  • riflessa;
  • diffusa in direzioni differenti;
  • assorbita.

Questi tre fenomeni contribuiscono alla riduzione del contributo radiativo al trasferimento termico.

In un materiale contenente un numero molto elevato di microsfere, inoltre, non esiste una sola superficie ceramica macroscopica. La microstruttura contiene una molteplicità di superfici con geometrie e orientamenti differenti, con le quali la radiazione termica può interagire.

Una parte della radiazione incidente può quindi essere riflessa, una parte diffusa e una parte assorbita dalle strutture ceramiche.

La riflessione della radiazione termica non riguarda quindi necessariamente soltanto la superficie esterna del rivestimento: l’interazione con la radiazione può avvenire anche sulle numerose superfici ceramiche presenti nella microstruttura.

È però importante evitare una semplificazione.

Le microsfere non sono piccoli specchi

Dire che le microsfere interagiscono con la radiazione non significa che ogni microsfera si comporti come uno specchio che rimanda semplicemente il calore nella direzione da cui proviene.

La risposta dipende dalle caratteristiche della superficie, dalla geometria, dalla lunghezza d’onda della radiazione e dalle proprietà del materiale.

È quindi più corretto parlare di riflessione, diffusione e assorbimento della radiazione termica e della loro combinazione all’interno di una microstruttura complessa.

Questo permette anche di evitare un’altra semplificazione frequente:

le microsfere ceramiche non isolano semplicemente perché “riflettono il calore”.

L’interazione con la radiazione rappresenta uno dei fenomeni che concorrono al comportamento termico complessivo.

Schema dell’interazione della radiazione termica con microsfere ceramiche attraverso riflessione, diffusione e assorbimento.

Figura 31. Le superfici delle microsfere ceramiche possono interagire con la radiazione termica attraverso fenomeni di riflessione, diffusione e assorbimento. In una microstruttura ricca di microsfere, queste interazioni possono ripetersi su numerose superfici.

Non un singolo effetto, ma un’architettura multiscala

A questo punto possiamo ricomporre i diversi fenomeni.

La presenza delle microsfere introduce contemporaneamente:

DISCONTINUITÀ DELLA FASE SOLIDA
↓
la struttura non presenta percorsi solidi uniformi

CAVITÀ INTERNE VUOTE
↓
assenza di materia nella cavità per conduzione molecolare e convezione

MOLTEPLICITÀ DI SUPERFICI E INTERFACCE
↓
il trasferimento incontra continuamente strutture differenti

PERCORSI TERMICI TORTUOSI
↓
la propagazione attraverso il materiale diventa più complessa

INTERAZIONE CON LA RADIAZIONE TERMICA
↓
riflessione, diffusione e assorbimento sulle superfici ceramiche

La struttura risultante può quindi essere interpretata come un’architettura multiscala, nella quale caratteristiche macroscopiche, microscopiche e delle interfacce concorrono al comportamento complessivo. La documentazione tecnica descrive questa organizzazione come una struttura gerarchica.

Non esiste quindi un unico “effetto microsfera”: la prestazione termica deriva dal comportamento dell’intera microstruttura e dall’interazione tra differenti meccanismi di trasferimento dell’energia.

Schema dei principali meccanismi di trasferimento termico in una microstruttura con microsfere ceramiche cave: percorso tortuoso, cavità vuote, interfacce e radiazione termica.

Figura 32. Il comportamento termico di una microstruttura con microsfere ceramiche cave deriva dall’interazione di più fenomeni: percorsi conduttivi tortuosi, cavità interne vuote, rete di interfacce e interazione delle superfici ceramiche con la radiazione termica.

Dalla microsfera alla prestazione del materiale

Comprendere questi meccanismi non significa però poter dedurre automaticamente la prestazione termica di un prodotto dalla semplice presenza di microsfere ceramiche.

Nel materiale reale entrano in gioco numerose variabili:

  • caratteristiche e geometria delle microsfere;
  • dimensioni e distribuzione;
  • rapporto tra microsfere e matrice;
  • caratteristiche della matrice;
  • proprietà delle superfici;
  • interazione tra i diversi componenti;
  • struttura finale del materiale dopo applicazione ed essiccazione.

Per questo motivo la capacità isolante deve essere misurata sul materiale reale attraverso specifiche prove, nelle condizioni previste dal metodo utilizzato.

La microstruttura aiuta a comprendere perché un materiale può presentare determinate proprietà. La prova sperimentale stabilisce quale prestazione il materiale raggiunge effettivamente.

DAL LABORATORIO ALL’APPLICAZIONE

Le microsfere di Manti Ceramic osservate al SEM

Nel §2.1 abbiamo mostrato una micrografia SEM reale di Manti Ceramic, nella quale sono osservabili microsfere di dimensioni differenti distribuite all’interno della matrice.

Nell’immagine sono riportate, tra le altre, dimensioni di 19,2 µm, 60,9 µm e 86,4 µm.

L’osservazione permette di passare dalla rappresentazione teorica alla microstruttura effettivamente osservata nel materiale: le microsfere non costituiscono uno strato separato, ma sono distribuite all’interno della matrice, contribuendo a creare una struttura eterogenea caratterizzata da cavità, superfici e numerose interfacce.

Questa immagine costituisce quindi un’evidenza della morfologia del materiale.

Non costituisce, da sola, una misura della sua capacità isolante.

DALLA MICROSTRUTTURA ALLA PRESTAZIONE

Il caso Manti Ceramic

Nel caso di Manti Ceramic possiamo quindi distinguere due tipi di evidenza.

La microscopia elettronica permette di osservare la microstruttura e la presenza delle microsfere.

Le prove termiche permettono invece di misurare la prestazione del materiale.

Per Manti Ceramic Alta Densità la conducibilità termica dichiarata è λd = 0,0010 W/(m·K), certificata attraverso Test R 1995870 dal TÜV

Il percorso logico corretto è quindi:

OSSERVARE LA STRUTTURA
↓
SEM e caratterizzazione della microstruttura

COMPRENDERE I MECCANISMI FISICI
↓
conduzione, cavità, interfacce, irraggiamento

MISURARE LA PRESTAZIONE
↓
prove termiche sul materiale reale

Una micrografia non certifica una conducibilità termica e la presenza di microsfere non dimostra, da sola, una determinata prestazione. Struttura, meccanismo fisico e misura sperimentale sono tre livelli distinti che devono essere messi in relazione.

Da ricordare

  • Le microsfere ceramiche modificano l’architettura interna del materiale.
  • Nelle microsfere utilizzate per Manti Ceramic e i prodotti industriali Savenergy.it la cavità interna è vuota.
  • Le cavità introducono discontinuità nella fase materiale attraverso cui può avvenire la conduzione.
  • La presenza di un numero elevato di microsfere crea numerose superfici e interfacce e rende più complessi i percorsi del trasferimento termico.
  • Le superfici ceramiche possono interagire con la radiazione termica attraverso riflessione, diffusione e assorbimento.
  • La riflessione della radiazione è importante, ma non costituisce da sola la spiegazione dell’isolamento.
  • Il comportamento deriva dall’interazione tra microstruttura e diversi meccanismi di trasferimento dell’energia.
  • La prestazione finale deve essere misurata sul materiale reale.

2.3 Perché le nanotecnologie per l’isolamento termico isolano di più

La capacità di un materiale di limitare il trasferimento del calore non dipende soltanto dalla sua composizione chimica o dalla quantità di materia utilizzata. Come abbiamo visto nei paragrafi precedenti, un ruolo fondamentale può essere svolto anche dalla sua architettura interna.

È proprio su questo principio che si basa l’impiego delle nanotecnologie nell’isolamento termico: intervenire sulla struttura del materiale a scale molto piccole per modificare i meccanismi attraverso i quali l’energia termica si propaga.

Cavità, particelle, superfici e interfacce possono interrompere la continuità della materia, rendere più complessi i percorsi della conduzione, introdurre resistenze aggiuntive al trasferimento dell’energia e modificare l’interazione con la radiazione termica.

La prestazione non deriva quindi da un generico “effetto nano”, ma dall’architettura del materiale e dalla sua capacità di intervenire sui diversi meccanismi di trasferimento dell’energia.

Dalla struttura microscopica alla prestazione macroscopica

Consideriamo inizialmente un materiale relativamente omogeneo.

In presenza di una differenza di temperatura, l’energia termica può propagarsi attraverso una struttura sostanzialmente continua. Se la struttura interna viene modificata introducendo cavità, particelle e interfacce, anche i percorsi disponibili per il trasferimento dell’energia cambiano.

Nei materiali micro- e nanostrutturati è quindi possibile intervenire sulla microstruttura per influenzare proprietà che vengono poi misurate a scala macroscopica.

Il passaggio può essere rappresentato così:

ARCHITETTURA DEL MATERIALE
↓
cavità + particelle + superfici + interfacce

MECCANISMI FISICI
↓
conduzione + resistenze interfacciali + interazione con la radiazione

TRASFERIMENTO TERMICO COMPLESSIVO
↓
riduzione del flusso di energia attraverso il materiale

PRESTAZIONE MISURABILE
↓
conducibilità termica λ

Questo collegamento tra microstruttura e proprietà macroscopiche rappresenta uno degli aspetti fondamentali dell’applicazione delle nanotecnologie all’isolamento termico.

Agire contemporaneamente su più meccanismi

Uno degli aspetti più interessanti di una microstruttura complessa è che il suo comportamento non deve necessariamente essere ricondotto a un solo fenomeno.

Nel caso dei sistemi a microsfere ceramiche analizzati nel §2.2, abbiamo individuato diversi meccanismi che possono concorrere al comportamento termico.

Percorsi conduttivi più complessi

La presenza delle microsfere interrompe l’omogeneità della matrice e costringe il trasferimento termico a confrontarsi con una successione di strutture differenti.

Il percorso attraverso il materiale diventa quindi più tortuoso e discontinuo rispetto a quello di un mezzo omogeneo.

Cavità interne vuote

Le microsfere utilizzate nei sistemi Manti Ceramic e nei prodotti industriali considerati in questa Guida presentano una cavità interna vuota, priva di aria o gas.

La cavità introduce quindi una zona priva di materia attraverso la quale non può avvenire conduzione molecolare attraverso un gas e non possono svilupparsi moti convettivi.

Rete di interfacce

Un numero elevato di microsfere determina anche la presenza di un numero elevato di superfici e interfacce.

Come abbiamo visto nel §2.2, quando il trasporto dell’energia incontra il confine tra strutture differenti può manifestarsi una resistenza termica interfacciale.

A scala microscopica, una parte dell’energia associata alle vibrazioni del reticolo può essere trasmessa attraverso l’interfaccia e una parte riflessa. Questo fenomeno è descritto attraverso il concetto di resistenza di Kapitza.

La presenza di numerose interfacce può quindi contribuire alla complessità del trasferimento termico all’interno del materiale.

Interazione con la radiazione termica

Le superfici ceramiche possono inoltre interagire con la radiazione infrarossa attraverso fenomeni di riflessione, diffusione e assorbimento.

In una microstruttura contenente numerose microsfere, la radiazione può incontrare ripetutamente superfici con geometrie e orientamenti differenti.

Il comportamento termico complessivo può quindi derivare dall’azione contemporanea di più fenomeni.

Percorso tortuoso + cavità + interfacce + interazione radiativa: non quattro isolanti differenti, ma quattro aspetti della stessa microstruttura.

Perché una bassa conducibilità permette di ridurre lo spessore

Il passaggio dalla fisica del materiale alla sua applicazione diventa particolarmente evidente considerando la relazione tra conducibilità, resistenza termica e spessore.

Per uno strato omogeneo:

R = s / λ

dove:

  • R è la resistenza termica;
  • s è lo spessore del materiale;
  • λ è la sua conducibilità termica.

Se vogliamo ottenere una determinata resistenza termica, possiamo riscrivere la relazione:

s = R × λ

Ne deriva una conseguenza importante: a parità di resistenza termica richiesta, un materiale caratterizzato da una conducibilità più bassa necessita di uno spessore inferiore (come esemplificato in Figura 33.)

Questo permette di comprendere correttamente il rapporto tra nanotecnologie e basso spessore.

Il piccolo spessore non costituisce, di per sé, il meccanismo isolante. È la prestazione termica del materiale che può consentire di raggiungere una determinata resistenza utilizzando uno strato più sottile.

Non è il basso spessore a produrre la prestazione: è una bassa conducibilità termica a rendere possibile il basso spessore.

Schema del rapporto tra microstruttura, conducibilità termica e spessore: una λ più bassa consente di ottenere la stessa resistenza termica con uno spessore inferiore.

Figura 33. La microstruttura del materiale può influenzare il trasferimento dell’energia e quindi la conducibilità termica λ. A parità di resistenza termica, una conducibilità più bassa consente di raggiungere la prestazione richiesta con uno spessore inferiore.

Di conseguenza, confrontare materiali isolanti esclusivamente sulla base dei centimetri utilizzati può essere fuorviante. Il confronto deve partire dalle prestazioni termiche documentate.

DAL PRINCIPIO FISICO AL PRODOTTO REALE

Manti Ceramic e pitture termiche: perché non sono la stessa cosa

Un esempio concreto permette di capire perché la sola presenza di microsfere non sia sufficiente a determinare la capacità isolante di un prodotto.

Sul mercato sono presenti numerosi rivestimenti indicati come pitture termiche, termoisolanti o termoriflettenti. Possono contenere microsfere ceramiche o altri additivi e vengono normalmente applicati in strati molto sottili.

Questo può portare a considerarli equivalenti a qualsiasi altro materiale a base di microsfere.

Non è così.

La presenza delle microsfere costituisce soltanto uno degli elementi della formulazione. La prestazione finale dipende dalla struttura che esse formano insieme alla matrice, dalla loro quantità e distribuzione, dalle caratteristiche delle cavità e delle interfacce e dal comportamento complessivo del materiale.

L’approfondimento tecnico pubblicato da Manti Ceramic Italia evidenzia proprio questa differenza: le pitture termiche vengono generalmente applicate in spessori dell’ordine di 0,5–1 mm e possono utilizzare microsfere o componenti funzionali, ma non per questo devono essere automaticamente assimilate a un sistema isolante a basso spessore con una prestazione termica specificamente documentata.

La differenza non si vede dal secchio

Due prodotti possono apparire simili durante l’applicazione: entrambi possono essere fluidi o pastosi, entrambi possono essere applicati in strati sottili ed entrambi possono contenere microsfere.

Queste caratteristiche, però, non permettono di stabilire quanto isolino.

La domanda tecnicamente significativa è un’altra:

Qual è la conducibilità termica del materiale e come è stata determinata?

È questo il punto che distingue la presenza di una tecnologia dalla dimostrazione della sua prestazione.

Nel caso di Manti Ceramic, le microsfere ceramiche cave costituiscono parte dell’architettura del materiale isolante che abbiamo analizzato nel §2.2. La micrografia SEM mostrata in precedenza permette di osservare la loro presenza e distribuzione nella matrice; la capacità isolante, invece, deve essere verificata attraverso le specifiche prove termiche effettuate sul materiale.

La distinzione è fondamentale:

PRESENZA DELLE MICROSFERE
non significa automaticamente
ELEVATA CAPACITÀ ISOLANTE

così come:

ASPETTO SIMILE A UNA PITTURA
non significa necessariamente
STESSA TECNOLOGIA E STESSA PRESTAZIONE

È la prestazione documentata del materiale, non il suo aspetto né la semplice presenza di microsfere, a determinarne la capacità di isolamento termico.

Confronto schematico tra Manti Ceramic, con elevata concentrazione di componenti isolanti, e una pittura termica con una quantità inferiore di microsfere.

Figura.34 Rappresentazione schematica della differenza tra Manti Ceramic e una pittura termica: la presenza di microsfere non rende equivalenti le due formulazioni. Quantità e organizzazione dei componenti isolanti concorrono alla struttura del materiale, mentre la capacità isolante deve essere verificata attraverso le prestazioni termiche misurate.

Come confrontare correttamente Manti Ceramic e una pittura termica

Un confronto tecnico non dovrebbe quindi partire dal nome attribuito al prodotto.

Dovrebbe verificare almeno:

Cosa verificare Perché è importante
Conducibilità termica λ Quantifica la capacità del materiale di condurre calore
Spessore a cui si riferisce la prestazione Permette di collegare proprietà del materiale e applicazione
Metodo di prova Indica come è stato ottenuto il dato
Condizioni di prova Permettono di interpretare correttamente il risultato
Laboratorio / organismo Permette di valutare l’origine dell’evidenza
Documentazione disponibile Consente di verificare il dato anziché affidarsi al claim commerciale

Questo metodo permette di superare categorie commerciali spesso poco precise come pittura termica, vernice isolante o rivestimento nanotecnologico e di riportare il confronto sul terreno delle prestazioni misurabili e documentabili.

Ed è un principio valido non soltanto per Manti Ceramic, ma per qualsiasi materiale isolante.

Nanotecnologico non significa automaticamente più isolante

A questo punto è necessaria una precisazione.

L’impiego delle nanotecnologie non garantisce automaticamente una conducibilità termica inferiore.

Due materiali definiti nanotecnologici possono avere microstrutture, composizioni e prestazioni molto differenti.

Cavità, interfacce, microsfere e fenomeni radiativi permettono di comprendere come una determinata architettura possa ostacolare il trasferimento dell’energia. Non consentono però di dedurre automaticamente quanto il materiale isoli.

La spiegazione fisica e la verifica sperimentale devono quindi rimanere distinte.

Un meccanismo fisico spiega perché una prestazione può verificarsi. Una prova sperimentale determina quale prestazione è stata effettivamente raggiunta.

Dalla microstruttura alla misura

Possiamo quindi ricomporre l’intero percorso affrontato finora:

COME È FATTO
↓
microstruttura, microsfere, cavità, superfici e interfacce

COME TRASFERISCE L’ENERGIA
↓
conduzione, percorso tortuoso, resistenze interfacciali, irraggiamento

QUALE EFFETTO PRODUCE
↓
riduzione del trasferimento termico complessivo

QUANTO È EFFICACE
↓
misura sperimentale delle proprietà termiche

Questi quattro livelli non devono essere confusi.

Una micrografia SEM può documentare la struttura.

La fisica può spiegare i meccanismi.

Una prova termica misura la prestazione.

La documentazione tecnica permette infine di stabilire come e in quali condizioni quel dato possa essere utilizzato nella progettazione.

Da ricordare

Le nanotecnologie possono aumentare le prestazioni dell’isolamento perché permettono di progettare l’architettura interna del materiale, intervenendo sui percorsi attraverso i quali l’energia termica si trasferisce.

Nei sistemi a microsfere ceramiche analizzati in questo capitolo concorrono diversi fenomeni:

  • percorsi conduttivi complessi e tortuosi;
  • cavità interne vuote;
  • numerose superfici e interfacce;
  • resistenza termica interfacciale;
  • interazione con la radiazione termica.

La loro presenza, tuttavia, non costituisce da sola una misura della capacità isolante.

Non tutte le formulazioni contenenti microsfere sono equivalenti. Non tutti i prodotti definiti nanotecnologici hanno le stesse prestazioni. E prodotti apparentemente simili possono presentare proprietà termiche profondamente differenti.

Il criterio conclusivo rimane quindi:

MICROSTRUTTURA → MECCANISMO FISICO → PRESTAZIONE MISURATA → VERIFICA DOCUMENTALE

Ed è proprio questo percorso che consente alle nanotecnologie di essere valutate come materiali ingegnerizzati e misurabili, anziché sulla base di etichette commerciali.

2.4 Limiti e falsi miti

Nonostante l’enorme potenziale, attorno all’uso delle nanotecnologie nell’isolamento edilizio sono nati diversi fraintendimenti che è bene chiarire:

  • Mito: “Un isolante efficace deve necessariamente avere molti centimetri di spessore”

    Falso. Lo spessore, da solo, non misura la capacità isolante. La resistenza termica di uno strato dipende infatti dal rapporto tra spessore e conducibilità termica:

    R = s / λ

    Per questo materiali con conducibilità termiche molto differenti possono raggiungere determinate prestazioni attraverso spessori molto diversi. I sistemi nanotecnologici a basso spessore devono quindi essere valutati sulla base delle prestazioni misurate e documentate, non assimilati automaticamente ai materiali isolanti convenzionali né giudicati in funzione del solo spessore.

  • Resistenza meccanica e posa: Richiedono superfici perfettamente preparate e protocolli di applicazione rigorosi; un’applicazione errata o con spessori non omogenei rischia di comprometterne l’efficacia.

  • Costo iniziale: Il prezzo al litro o al metro quadro delle materie prime nanotecnologiche è superiore a quello dei materiali tradizionali, pur compensato dal minor costo di installazione e dalla mancata modifica dei volumi dell’edificio.

2.5 Nanotecnologie in edilizia per isolamento termico

Applicare le nanotecnologie all’isolamento termico degli edifici significa trasferire i principi analizzati nei paragrafi precedenti dalla scala del materiale alla scala dell’involucro edilizio.

Una bassa conducibilità termica può consentire di ottenere resistenze termiche significative utilizzando spessori contenuti. Ma, in edilizia, il vantaggio del basso spessore non riguarda soltanto lo spazio occupato.

Uno strato isolante sottile e continuo può seguire geometrie, raccordi ed elementi architettonici sui quali l’impiego di sistemi di maggiore ingombro può richiedere soluzioni costruttive più articolate.

Spallette delle finestre, imbotti, pilastri, travi, marcapiani, cornici, nicchie e superfici curve sono alcuni esempi nei quali continuità dell’isolamento e geometria dell’edificio diventano strettamente collegate.

In edilizia il basso spessore non significa soltanto occupare meno spazio: può cambiare il modo in cui l’isolamento viene integrato nell’architettura dell’edificio.

Dalla prestazione del materiale alla prestazione dell’involucro

La conducibilità termica λ è una proprietà del materiale. L’edificio, però, non è costituito da un materiale isolante isolato.

Una parete comprende diversi strati e presenta raccordi con solai, pilastri, serramenti, balconi, coperture e altri elementi costruttivi. La prestazione dell’involucro dipende quindi dalla stratigrafia complessiva e dalla continuità con cui l’isolamento può essere realizzato.

Questo passaggio è fondamentale.

Un materiale caratterizzato da una bassa conducibilità può ridurre il flusso termico attraverso la superficie sulla quale viene applicato, ma il risultato dell’intervento dipende anche da:

  • spessore effettivamente applicato;
  • caratteristiche della parete esistente;
  • continuità dello strato isolante;
  • trattamento dei raccordi e dei ponti termici;
  • condizioni termoigrometriche;
  • qualità del supporto;
  • corretta applicazione del sistema.

Per questo prestazione del materiale e prestazione dell’intervento non sono sinonimi.

La progettazione deve mettere in relazione le proprietà misurate del prodotto con le caratteristiche reali dell’edificio.

Schema comparativo dell’applicazione di Manti Ceramic all’esterno e all’interno della parete, con lo stesso strato isolante da 1 a 10 mm.

Figura 35. Manti Ceramic può essere applicato sia sul lato esterno sia sul lato interno dell’involucro. La stessa tecnologia isolante, con spessori da 1 a 10 mm, può essere adattata alle condizioni del supporto e del progetto, mantenendo la continuità dell’intervento e con la necessaria verifica termoigrometrica.

Isolare dall’esterno

L’isolamento esterno permette di intervenire sulla superficie dell’involucro esposta alle condizioni climatiche.

Un sistema nanotecnologico a basso spessore può essere applicato in continuità sulla facciata seguendone la geometria, compresi raccordi ed elementi architettonici compatibili con il sistema.

Questo aspetto può assumere particolare rilevanza quando la facciata presenta cornici, marcapiani, imbotti, fregi o altri elementi che devono essere conservati.

La possibilità di seguire superfici complesse senza introdurre spessori elevati permette infatti di affrontare l’isolamento come uno strato integrato nella geometria esistente, anziché come un elemento che necessariamente ne modifica in modo rilevante dimensioni e profili.

DAL CAMPO – Isolamento esterno a basso spessore sul Lago di Como

Un caso reale particolarmente significativo di applicazione esterna, visualizzabile in Figura 35.,  è l’intervento realizzato nel 2019 su una villa a Menaggio, affacciata sul Lago di Como.

La richiesta progettuale era complessa: migliorare le prestazioni termiche dell’edificio preservandone l’architettura, caratterizzata da facciate tradizionali, porzioni in pietra a vista e dettagli costruttivi nei quali gli spessori disponibili erano limitati.

La soluzione è stata progettata utilizzando differenti formulazioni della tecnologia Manti Ceramic in funzione delle caratteristiche delle diverse superfici.

Sulle facciate principali sono stati applicati 8 mm di Manti Ceramic Alta Densità. In corrispondenza dei punti termicamente più critici — tra cui spallette, nodi strutturali e sottobalconi — è stata utilizzata Manti Ceramic Media Densità, applicabile in spessori molto più contenuti. Le porzioni in pietra a vista sono state invece trattate con Manti Ceramic Bassa Densità Trasparente, mantenendo visibile il materiale originario.

Villa a Menaggio sul Lago di Como dopo l’intervento di isolamento termico esterno a basso spessore, con facciate intonacate e porzioni in pietra a vista.

Figura 35. Villa a Menaggio, Lago di Como, isolata esternamente con 8 mm di Manti Ceramic Alta Densità sulle facciate, Media Densità nei punti critici e Bassa Densità Trasparente sulla pietra a vista. L’intervento, realizzato nel 2019, ha registrato negli anni successivi una riduzione media dei consumi energetici del 36%.

Un unico edificio, tre differenti formulazioni: l’isolamento è stato adattato alle caratteristiche delle superfici e dei dettagli costruttivi, anziché applicare indistintamente la stessa soluzione in ogni punto.

Questo approccio ha permesso di estendere il trattamento anche a zone nelle quali l’aumento dello spessore avrebbe interferito maggiormente con la geometria dell’edificio, migliorando la continuità dell’isolamento e intervenendo sui punti critici senza alterare in modo significativo l’estetica originaria.

Il dato più interessante: i consumi reali

Il valore di questo caso non risiede però soltanto nella soluzione costruttiva adottata.

Il monitoraggio dei consumi dell’edificio ha evidenziato, negli anni successivi all’intervento, una riduzione media dei consumi energetici annui del 36% rispetto alla situazione precedente.

Si tratta di un dato particolarmente utile perché porta la valutazione fuori dal solo laboratorio e la trasferisce su un edificio reale in esercizio.

Naturalmente, una riduzione dei consumi rilevata su un singolo edificio non può essere assunta come prestazione universale del materiale. I consumi dipendono anche dalle condizioni climatiche, dalle temperature impostate, dall’utilizzo dell’edificio, dagli impianti e dalle condizioni precedenti all’intervento.

Il dato del -36% deve quindi essere letto per ciò che rappresenta: il risultato misurato di questo specifico intervento, non una percentuale di risparmio automaticamente trasferibile ad altri edifici.

Perché questo caso è interessante dal punto di vista progettuale

Menaggio mostra bene che il vantaggio del basso spessore in edilizia non consiste semplicemente nell’utilizzare meno centimetri.

La possibilità di differenziare il sistema in funzione della superficie consente di affrontare nello stesso progetto pareti estese, dettagli costruttivi, punti critici e materiali che devono rimanere a vista.

È il passaggio dalla proprietà del materiale alla progettazione dell’involucro:

prestazione termica + basso spessore + continuità nei dettagli + compatibilità con l’architettura esistente.

Ed è proprio in applicazioni di questo tipo che le nanotecnologie per l’isolamento termico possono offrire possibilità progettuali difficilmente descrivibili considerando soltanto il valore di λ o lo spessore nominale del materiale.

Isolare dall’interno

L’isolamento dall’interno pone problemi progettuali differenti.

Lo spazio sottratto agli ambienti diventa immediatamente percepibile e assumono particolare importanza i raccordi tra pareti esterne, divisori, solai e serramenti.

In questo contesto, uno strato isolante di pochi millimetri può consentire di intervenire limitando la riduzione della superficie utile e seguendo con maggiore facilità spallette, nicchie e geometrie interne.

Ma il basso spessore non elimina la necessità della verifica termoigrometrica.

Temperatura superficiale, diffusione del vapore, caratteristiche della muratura e condizioni di umidità devono essere considerate nel progetto, come abbiamo visto nel Capitolo 1.

Particolare attenzione deve inoltre essere dedicata allo stato del supporto. Eventuali infiltrazioni, umidità di risalita o altre patologie della muratura devono essere individuate e trattate alla loro origine prima di realizzare l’isolamento.

Isolare una parete non significa nasconderne le patologie: significa intervenire su un supporto correttamente diagnosticato e preparato.

DAL CAMPO – Isolamento interno in un edificio storico di Via Vincenzo Monti a Milano

Un esempio concreto delle possibilità offerte dall’isolamento nanotecnologico a basso spessore è rappresentato da un intervento realizzato in Via Vincenzo Monti, a Milano, all’interno di un edificio storico caratterizzato da una facciata di pregio.

La scelta progettuale è stata quella di intervenire dall’interno, migliorando l’isolamento termico dell’involucro senza modificare l’architettura esterna dell’edificio.

Edificio storico in Via Vincenzo Monti a Milano e applicazione interna di Manti Ceramic anche sulle spallette dei serramenti.

Figura 36. Intervento di isolamento termico interno in Via Vincenzo Monti a Milano: Manti Ceramic Alta Densità sulle pareti e Media Densità sulle spallette e nei punti critici, per proseguire il trattamento anche dove lo spazio disponibile è ridotto.

Sulle pareti è stato applicato Manti Ceramic Alta Densità con uno spessore di 8 mm. In corrispondenza dei punti nei quali lo spazio disponibile era molto più limitato, come spallette e raccordi dei serramenti, il sistema è stato integrato con Manti Ceramic Media Densità nello spessore di circa 1 mm.

Questa differenziazione è particolarmente significativa dal punto di vista progettuale.

Nell’isolamento interno, infatti, non è sufficiente considerare soltanto la superficie principale della parete. I raccordi con serramenti, imbotti e altri elementi costruttivi possono rappresentare zone di discontinuità e ponti termici, ma sono anche i punti nei quali gli spessori disponibili sono spesso minimi.

L’utilizzo di uno strato di Media Densità di circa 1 mm ha permesso, in questo caso, di proseguire il trattamento anche nei punti critici, raccordandolo all’isolamento realizzato sulle pareti con Alta Densità.

8 mm sulle pareti + circa 1 mm nei dettagli: il basso spessore permette di adattare l’isolamento alla geometria dell’edificio e di trattare anche zone critiche per la continuità termica.

Il caso mostra quindi un aspetto importante delle nanotecnologie applicate all’edilizia: la possibilità di combinare formulazioni e spessori differenti all’interno dello stesso intervento, in funzione delle caratteristiche dei diversi elementi costruttivi.

Il vantaggio non consiste soltanto nel ridurre l’ingombro dell’isolamento interno. Consiste anche nella possibilità di estendere il trattamento a spallette, raccordi e zone geometricamente complesse, dove uno spessore maggiore potrebbe risultare difficilmente compatibile con il dettaglio esistente.

Questo non significa che uno strato sottile “elimini automaticamente il ponte termico”. La correzione deve essere valutata sulla configurazione reale del nodo. Il caso di Via Vincenzo Monti mostra però come il basso spessore possa facilitare la continuità dell’intervento proprio nei punti nei quali questa è più difficile da ottenere.

Ponti termici e continuità dell’isolamento

Uno degli aspetti più interessanti dell’applicazione di sistemi a basso spessore riguarda i dettagli costruttivi.

Come abbiamo visto nel §1.7, un ponte termico è una zona dell’involucro nella quale il flusso termico differisce rispetto alle parti circostanti a causa della geometria, della presenza di materiali differenti o della discontinuità dell’isolamento.

In molti casi il problema non consiste soltanto nell’isolare la superficie principale, ma nel riuscire a proseguire l’isolamento nei punti geometricamente più difficili.

Pensiamo, per esempio, a una finestra.

La parete può essere isolata efficacemente, ma il raccordo con le spallette presenta uno spazio disponibile molto più limitato. Interrompere completamente l’isolamento in quel punto può determinare una discontinuità termica.

Un materiale applicabile in spessori contenuti permette invece di proseguire il trattamento sulla spalletta e di raccordarlo alla superficie principale.

Schema del nodo finestra con isolamento Manti Ceramic applicato in continuità su parete, spalletta e imbotti per ridurre i ponti termici.

Figura 37. Schema del nodo finestra con Manti Ceramic applicato in continuità sulla parete e sulle spallette. Il basso spessore consente di trattare anche i raccordi e gli imbotti, dove lo spazio disponibile è ridotto, migliorando la continuità dell’isolamento.

Lo stesso principio può essere applicato, a seconda della configurazione dell’edificio, a:

imbotti → travi → pilastri → raccordi parete-solaio → nicchie → elementi architettonici.

Questo non significa che il materiale “elimini automaticamente i ponti termici”.

Significa qualcosa di tecnicamente più preciso:

Il basso spessore può facilitare la continuità dell’isolamento in corrispondenza di geometrie nelle quali lo spazio disponibile costituisce un vincolo progettuale.

La verifica dell’effettiva correzione del ponte termico deve essere effettuata sulla configurazione reale.

Edifici storici e facciate articolate

Negli edifici storici il problema dello spessore assume una dimensione ulteriore.

Cornici, fregi, marcapiani, modanature, imbotti e rapporti dimensionali tra gli elementi costituiscono parte dell’architettura della facciata.

Un intervento di isolamento deve quindi confrontarsi non soltanto con una prestazione termica richiesta, ma anche con la conservazione della geometria dell’edificio e con gli eventuali vincoli applicabili.

È uno dei contesti nei quali le nanotecnologie a basso spessore possono offrire possibilità progettuali particolarmente interessanti: la riduzione dell’ingombro permette di limitare l’alterazione geometrica e di seguire superfici che difficilmente potrebbero accogliere forti aumenti di spessore.

Questo non rende automaticamente qualsiasi prodotto nanotecnologico adatto a un edificio storico.

Devono comunque essere valutati supporto, compatibilità dei materiali, permeabilità al vapore, comportamento all’acqua, finitura, requisiti normativi ed eventuali prescrizioni di tutela.

Il vantaggio del basso spessore deve quindi essere inserito all’interno di una valutazione progettuale complessiva.

Temperatura superficiale, comfort e rischio di condensa

L’effetto dell’isolamento non riguarda soltanto la quantità di energia che attraversa una parete.

Come abbiamo visto nel §1.9, la temperatura delle superfici interne influenza direttamente il comfort percepito.

In inverno, una superficie interna molto fredda aumenta lo scambio radiativo tra il corpo umano e la parete e può inoltre avvicinarsi alla temperatura di rugiada dell’aria interna.

Ridurre il trasferimento termico attraverso l’involucro può contribuire a mantenere temperature superficiali interne più favorevoli, con due conseguenze potenzialmente importanti:

maggiore uniformità delle temperature superficiali → migliore comfort radiante

e

temperatura superficiale più distante dal punto di rugiada → riduzione del rischio di condensa superficiale

È però importante mantenere correttamente il rapporto causa-effetto.

Un isolante non “elimina la condensa” per definizione. Il rischio dipende dalla temperatura superficiale, dalla temperatura e dall’umidità dell’aria, dalla geometria del nodo e dalle condizioni di utilizzo dell’ambiente.

La verifica deve quindi essere termoigrometrica, non commerciale.

Non soltanto inverno: il comportamento estivo

L’applicazione delle nanotecnologie all’involucro può essere rilevante anche durante la stagione estiva.

In questo caso entrano in gioco, oltre alla conduzione attraverso la stratigrafia, radiazione solare, proprietà superficiali, inerzia dell’edificio, ventilazione e condizioni climatiche.

Per superfici fortemente esposte alla radiazione solare — in particolare coperture e facciate — le proprietà radiative della superficie possono assumere un ruolo significativo nel bilancio energetico.

Parametri come riflettanza solare, emissività e Solar Reflectance Index (SRI) descrivono aspetti differenti da λ e non devono essere confusi con la conducibilità termica.

Un materiale può quindi presentare contemporaneamente proprietà relative alla conduzione attraverso lo strato e proprietà relative all’interazione della superficie con la radiazione solare.

Sono fenomeni diversi e devono essere misurati con parametri e metodi differenti.

Questo tema sarà ripreso nel Capitolo 4 dedicato a prestazioni, prove e certificazioni.

Continuità, forma e applicazione

C’è infine una caratteristica dell’isolamento applicato in forma continua che merita attenzione.

Un materiale applicato a spatola, rullo o spruzzo può seguire direttamente la superficie sulla quale viene posato. Non presenta necessariamente la stessa logica di giunti e raccordi di un sistema costituito da elementi prefabbricati.

Questo può facilitare la realizzazione di uno strato continuo anche su superfici irregolari o geometricamente complesse, purché il supporto sia adeguatamente preparato e siano rispettati spessori e modalità di posa previsti dal sistema.

La continuità geometrica dell’applicazione non deve però essere confusa con una garanzia automatica di prestazione.

La qualità finale dipende dalla corretta esecuzione:

preparazione del supporto → applicazione → controllo dello spessore → continuità → essiccazione → finitura.

In un prodotto applicato in opera, quindi, la posa fa parte del sistema prestazionale.

Dalla tecnologia al progetto

Le nanotecnologie introducono nell’isolamento edilizio una possibilità progettuale che va oltre il semplice concetto di materiale più sottile.

Una microstruttura capace di ottenere basse conducibilità può consentire di concentrare la prestazione in spessori contenuti. Quando questa caratteristica viene trasferita all’edificio, può diventare possibile seguire geometrie complesse, mantenere la continuità nei raccordi, limitare l’ingombro interno e intervenire su elementi architettonici sensibili allo spessore.

Ma il percorso corretto rimane sempre:

PRESTAZIONE DEL MATERIALE → STRATIGRAFIA → DETTAGLIO COSTRUTTIVO → POSA → PRESTAZIONE DELL’INTERVENTO

È questo passaggio che trasforma una proprietà misurata in laboratorio in una soluzione di isolamento termico realmente progettata per l’edificio.

Capitolo 1 – Fondamenti dell’isolamento termico

Fondamenti fisici dell’isolamento termico

Introduzione

Il trasferimento del calore è uno dei fenomeni fisici più importanti che interessano il mondo che ci circonda. Ogni volta che esiste una differenza di temperatura tra due corpi o tra due ambienti, l’energia termica tende a trasferirsi spontaneamente dalla zona più calda verso quella più fredda. Conoscerlo significa comprendere appieno i fondamenti dell’isolamento termico.

Questo principio governa un numero enorme di applicazioni: dall’isolamento degli edifici alla coibentazione di impianti industriali, dalla protezione termica di tubazioni e serbatoi fino al controllo della temperatura nei processi produttivi, nei mezzi di trasporto e nelle imbarcazioni.

L’obiettivo di qualsiasi sistema di isolamento termico è rallentare questo trasferimento di energia, riducendo gli scambi di calore senza impedirli completamente. Comprendere i meccanismi fisici che regolano tale fenomeno è quindi il primo passo per interpretare correttamente il comportamento dei materiali isolanti e valutare in modo consapevole le diverse tecnologie disponibili.

In questo capitolo verranno analizzati i principi fondamentali della trasmissione del calore, le principali grandezze utilizzate per descrivere le prestazioni termiche dei materiali e alcuni fenomeni che influenzano direttamente l’efficienza di un sistema isolante, come i ponti termici, la condensa e l’inerzia termica.

Le conoscenze acquisite costituiranno la base per comprendere i capitoli successivi dedicati alle nanotecnologie, ai materiali isolanti, alle certificazioni e alle applicazioni nei diversi settori.

1.1 Come si trasmette il calore

Il calore è una forma di energia in continuo movimento. Ogni volta che due corpi si trovano a temperature differenti, tra essi si instaura spontaneamente un trasferimento di energia che tende a ridurre tale differenza.

Questo fenomeno interessa qualsiasi materiale e qualsiasi settore applicativo. Le stesse leggi fisiche regolano infatti il comportamento termico di una parete, di una tubazione industriale, di una copertura metallica, di uno scafo navale, di un serbatoio o di una cella frigorifera. Cambiano i materiali, cambiano le condizioni di esercizio e cambiano gli obiettivi progettuali, ma i principi che governano il trasferimento del calore rimangono gli stessi.

Per comprendere il funzionamento di un materiale isolante è quindi necessario partire da questi principi fondamentali, che costituiscono anche i fondamenti dell’isolamento termico.

Calore e temperatura non sono la stessa cosa

Nel linguaggio comune i termini calore e temperatura vengono spesso utilizzati come sinonimi. Dal punto di vista della fisica, però, rappresentano due grandezze profondamente differenti.

La temperatura descrive lo stato energetico di un corpo ed è legata all’energia cinetica media delle particelle che lo costituiscono. Maggiore è l’agitazione degli atomi e delle molecole, maggiore sarà la temperatura del materiale.

Il calore, invece, è energia in transito. Esso esiste soltanto quando vi è una differenza di temperatura tra due corpi e consiste nel trasferimento spontaneo di energia dal corpo più caldo a quello più freddo.

Infografica che spiega la differenza tra temperatura e calore: la temperatura misura lo stato energetico di un corpo, mentre il calore è energia che si trasferisce tra due corpi a temperatura diversa.

Figura 1. Temperatura e calore non sono sinonimi: la temperatura descrive lo stato energetico di un corpo, mentre il calore è l’energia che si trasferisce spontaneamente da un corpo più caldo a uno più freddo. Comprendere questa differenza è fondamentale per interpretare correttamente i principi dell’isolamento termico.

Questa distinzione è fondamentale perché un sistema di isolamento termico non elimina il calore né impedisce il raffreddamento di un corpo. Il suo compito è rallentare il trasferimento dell’energia termica, riducendo la velocità con cui avvengono gli scambi.

La direzione del flusso termico

Uno dei principi fondamentali della termodinamica afferma che il calore si trasferisce spontaneamente da una zona a temperatura maggiore verso una zona a temperatura minore fino al raggiungimento dell’equilibrio termico.

La direzione del flusso dipende quindi esclusivamente dalla differenza di temperatura esistente tra i due sistemi.

Fondamenti dell'isolamento termico: Schema del flusso del calore in ambienti confinati abitabili: in inverno il calore si trasferisce dall'interno verso l'esterno, mentre in estate dall'esterno verso l'interno.

Figura 2. Negli ambienti confinati abitabili, come edifici, cabine nautiche, container e camper, la direzione del flusso di calore dipende dalla differenza di temperatura tra interno ed esterno: in inverno il calore tende a uscire, mentre in estate tende a entrare. L’isolamento termico rallenta questo trasferimento in entrambe le condizioni.

Ad esempio:

  • in inverno il calore tende a disperdersi dall’interno di un edificio verso l’ambiente esterno;
  • in estate il flusso si inverte e il calore proveniente dall’esterno tende a entrare nell’edificio;
  • in una tubazione che trasporta un fluido caldo il calore tende a propagarsi verso l’ambiente circostante;
  • in una cella frigorifera il calore esterno tende continuamente a penetrare all’interno.
Infografica che mostra la direzione del flusso del calore in tubazioni, serbatoi e impianti industriali: il calore entra quando il fluido è più freddo dell'ambiente ed esce quando è più caldo.

Figura 3. Negli impianti industriali il calore si trasferisce spontaneamente dalla zona a temperatura maggiore verso quella a temperatura minore. Se il fluido contenuto in una tubazione o in un serbatoio è più freddo dell’ambiente, il calore tende a entrare; se è più caldo, tende a disperdersi verso l’esterno. L’isolamento termico riduce questi scambi in entrambe le condizioni.

L’isolamento termico agisce rallentando questo trasferimento, indipendentemente dalla direzione del flusso.

Le tre modalità di trasmissione del calore che definiscono i fondamenti dell’isolamento termico

Il trasferimento del calore può avvenire attraverso tre differenti meccanismi fisici:

  • conduzione, tipica dei materiali solidi;
  • convezione, dovuta al movimento di fluidi come aria e acqua;
  • irraggiamento, che avviene mediante onde elettromagnetiche e non richiede un mezzo materiale.

Nella pratica questi tre fenomeni sono quasi sempre contemporaneamente presenti e contribuiscono, in misura diversa, al comportamento termico di un sistema.

Nei paragrafi successivi verranno analizzati singolarmente per comprenderne il funzionamento e il ruolo nei diversi ambiti applicativi.

Perché è importante comprendere questi fenomeni

Quando si confrontano due sistemi di isolamento è frequente concentrarsi esclusivamente sullo spessore del materiale o sul valore della conducibilità termica dichiarato dal produttore.

In realtà il comportamento termico di un sistema dipende dall’interazione di numerosi fenomeni fisici che agiscono contemporaneamente.

Comprendere come si trasmette il calore significa interpretare correttamente le prestazioni dei materiali, valutarne i limiti e scegliere la soluzione più adatta alle specifiche esigenze progettuali, indipendentemente dal settore di applicazione.

1.2 Conduzione termica

La conduzione termica è il meccanismo di trasmissione del calore che avviene all’interno di un materiale o tra due corpi a contatto diretto, senza che vi sia uno spostamento macroscopico della materia.

In altre parole, come illustrato in Figura 4., durante la conduzione le particelle che costituiscono il materiale non si muovono da una zona all’altra, ma trasferiscono energia alle particelle adiacenti attraverso le loro interazioni microscopiche. Il risultato è un flusso continuo di calore dalla zona a temperatura maggiore verso quella a temperatura minore.

Schema della conduzione termica in un materiale solido: il calore si propaga dalla zona a temperatura maggiore verso quella a temperatura minore attraverso le interazioni tra particelle adiacenti, senza spostamento della materia.

Figura 4. Nella conduzione termica il calore si trasferisce attraverso un materiale solido mediante le interazioni tra particelle adiacenti, senza movimento macroscopico della materia. Il flusso termico è sempre diretto dalla zona più calda verso quella più fredda.

La conduzione interessa principalmente i solidi, nei quali gli atomi sono strettamente legati tra loro e possono trasmettere energia con grande efficacia. Nei materiali metallici il fenomeno è ulteriormente favorito dalla presenza di elettroni liberi, che contribuiscono al trasporto dell’energia termica.

La Legge di Fourier

Parlando di fondamenti dell’isolamento termico, non si può prescindere dalla Legge di Fourier.

La conduzione termica è descritta dalla Legge di Fourier, formulata dal matematico e fisico francese Jean-Baptiste Joseph Fourier nel XIX secolo. Essa rappresenta una delle equazioni fondamentali della trasmissione del calore.

q = -k ∇T

dove:

  • q è il flusso termico [W/m²];
  • k è la conducibilità termica del materiale [W/m⋅K]
  • ∇T rappresenta il gradiente di temperatura, cioè la variazione della temperatura nello spazio.

Il segno negativo indica che il flusso di calore è sempre diretto verso temperature inferiori, in accordo con il secondo principio della termodinamica.

fondamenti dell'isolamento termico: Infografica della Legge di Fourier che descrive la conduzione termica: il flusso di calore è proporzionale al gradiente di temperatura ed è diretto dalla zona a temperatura maggiore verso quella a temperatura minore.

Figura 5. La Legge di Fourier descrive la conduzione termica nei materiali: il flusso di calore è proporzionale al gradiente di temperatura ed è sempre diretto dalla zona a temperatura maggiore verso quella a temperatura minore.

Da cosa dipende la conduzione termica?

L’intensità del flusso di calore per conduzione dipende da diversi fattori:

  • la differenza di temperatura tra le due zone;
  • la conducibilità termica del materiale, che esprime la sua capacità di trasmettere il calore;
  • lo spessore attraversato dal flusso termico;
  • l’area della superficie attraverso cui il calore si trasferisce.

A parità delle altre condizioni, un materiale con elevata conducibilità termica trasmette il calore più rapidamente rispetto a un materiale con bassa conducibilità.

fondamenti dell'isolamento termico: Infografica che confronta la conducibilità termica (λ) di rame, alluminio, acciaio, vetro, legno, lana minerale, aerogel e isolanti nanotecnologici a basso spessore, mostrando come materiali con valori di λ più bassi rallentino maggiormente il trasferimento del calore.

Figura 6. Confronto qualitativo della conducibilità termica (λ) di materiali metallici, materiali tradizionali e materiali isolanti. All’aumentare della conducibilità il calore si trasmette più facilmente; al diminuire della conducibilità aumenta la capacità del materiale di rallentare il flusso termico.

Buoni e cattivi conduttori

Non tutti i materiali conducono il calore con la stessa efficacia.

I metalli, come rame, alluminio e acciaio, sono generalmente ottimi conduttori termici e vengono impiegati quando è necessario favorire lo scambio di calore, ad esempio negli scambiatori di calore o nei dissipatori.

Materiali come il legno, il sughero, le fibre minerali, le schiume polimeriche e molti materiali isolanti presentano invece una conducibilità molto più bassa e rallentano il trasferimento del calore.

È importante sottolineare che nessun materiale è un isolante perfetto: tutti conducono il calore, ma con intensità molto diversa.

DAL CAMPO

Riduzione della temperatura superficiale in una centrale termica

In una centrale termica a Milano, le tubazioni presentavano una temperatura superficiale di circa 80 °C, con conseguente dispersione di calore verso l’ambiente circostante.

Per limitare lo scambio termico senza ricorrere a un isolamento di elevato spessore, sulla superficie della tubazione è stato applicato AES TECH, isolamento termico nanotecnologico applicabile a spruzzo, con uno spessore di circa 3 mm.

Dopo l’intervento, la temperatura superficiale rilevata è risultata pari a circa 31 °C.

Dati dell’intervento

  • Temperatura superficiale iniziale: 80 °C
  • Spessore applicato: 3 mm
  • Temperatura superficiale finale: 31 °C
  • Riduzione della temperatura superficiale: 49 °C

Il caso mostra concretamente come la conduzione attraverso uno strato isolante influenzi la temperatura della superficie esterna. Il dato non rappresenta una prestazione generalizzabile a qualsiasi applicazione: il risultato dipende dalle condizioni operative, dalla temperatura del fluido, dalla geometria, dal supporto, dallo spessore applicato e dagli scambi termici con l’ambiente.

Dalla teoria alla pratica: la conducibilità termica descrive una proprietà del materiale; il comportamento reale di un sistema isolato deve invece essere valutato nelle specifiche condizioni di esercizio.

Tubazioni di centrale termica trattate con 3 mm di AES Tech nel caso reale con riduzione della temperatura superficiale da circa 80 °C a 31 °C.

Tubazioni della centrale termica trattate con 3 mm di AES Tech: nel caso reale la temperatura superficiale è passata da circa 80 °C a 31 °C.

La conduzione nell’isolamento termico

La conduzione rappresenta uno dei principali meccanismi attraverso cui il calore attraversa una parete, una tubazione, una copertura, uno scafo navale o qualsiasi altro elemento solido.

Per questo motivo la conducibilità termica (λ) costituisce uno dei parametri fondamentali utilizzati per valutare le prestazioni di un materiale isolante. Tuttavia, come vedremo nei prossimi paragrafi, essa non è l’unico fattore che determina il comportamento termico di un sistema: convezione e irraggiamento contribuiscono infatti al trasferimento del calore e devono essere considerati insieme alla conduzione.

1.3 Convezione

La convezione termica è il meccanismo di trasmissione del calore che avviene attraverso il movimento di un fluido, come un gas o un liquido. A differenza della conduzione, nella quale l’energia viene trasmessa tra particelle adiacenti senza spostamento della materia, nella convezione è il fluido stesso a trasportare il calore durante il suo movimento.

Questo fenomeno interessa principalmente aria e acqua, ma può verificarsi in qualsiasi fluido, naturale o artificiale, ed è uno dei tre meccanismi fondamentali della trasmissione del calore.

Come avviene la convezione

Quando una porzione di fluido viene riscaldata, la sua temperatura aumenta e, nella maggior parte dei casi, la sua densità diminuisce. Il fluido più caldo tende quindi a salire, mentre quello più freddo, essendo più denso, tende a scendere come mostrato in Figura 7.

Fondamenti dell'isolamento termico: Infografica che illustra il meccanismo della convezione naturale: l'aria riscaldata diventa meno densa e sale verso l'alto, mentre l'aria raffreddata, più densa, scende verso il basso formando correnti convettive che trasportano il calore.

Fig. 7 Nella convezione naturale il calore viene trasportato dal movimento del fluido. L’aria riscaldata si espande, diminuisce di densità e sale verso l’alto; l’aria più fredda, più densa, scende verso il basso generando correnti convettive che trasferiscono energia termica.

Questo movimento genera correnti convettive che trasportano continuamente energia termica da una zona all’altra.

Il calore non si propaga quindi esclusivamente per contatto tra particelle, come avviene nella conduzione, ma viene trasferito insieme al movimento del fluido.

Convezione naturale e convezione forzata

Infografica che confronta la convezione naturale e la convezione forzata, illustrando il movimento del fluido, le correnti convettive e alcuni esempi applicativi come radiatori, acqua in ebollizione, ventilatori, pompe e scambiatori di calore.

Figura 8. La convezione può essere naturale, quando il moto del fluido è generato spontaneamente dalle differenze di temperatura e densità, oppure forzata, quando il fluido viene messo in movimento da dispositivi esterni come ventilatori, pompe o compressori.

La convezione può avvenire secondo due modalità, come mostrato in Figura 8.

Convezione naturale

La convezione naturale si sviluppa spontaneamente per effetto delle differenze di temperatura e di densità presenti all’interno del fluido.

Sono esempi di convezione naturale:

  • l’aria calda che sale sopra un radiatore;
  • l’acqua che circola all’interno di una pentola durante l’ebollizione;
  • le correnti atmosferiche generate dal riscaldamento del suolo.

In tutti questi casi il movimento del fluido è prodotto esclusivamente dalle forze di galleggiamento dovute alle differenze di densità.

Convezione forzata

Nella convezione forzata il movimento del fluido è invece provocato da un’azione esterna, come una pompa, un ventilatore o un compressore.

Ne sono esempi:

  • l’aria movimentata da un ventilatore;
  • l’acqua spinta da una pompa in un circuito;
  • i fluidi che circolano all’interno di uno scambiatore di calore.

Poiché il fluido si muove più rapidamente, lo scambio termico risulta generalmente più intenso rispetto alla convezione naturale.

Da cosa dipende la convezione

L’intensità dello scambio termico per convezione dipende da numerosi fattori, tra cui:

  • la differenza di temperatura tra la superficie e il fluido;
  • la velocità del fluido;
  • le proprietà fisiche del fluido (densità, viscosità, calore specifico e conducibilità termica);
  • la geometria della superficie interessata;
  • il tipo di moto del fluido (laminare o turbolento).
Fondamenti dell'isolamento termico: Infografica che illustra i principali fattori che influenzano la convezione: differenza di temperatura, velocità del fluido, proprietà fisiche del fluido, geometria della superficie e tipo di moto (laminare o turbolento).

Figura 9. L’intensità dello scambio termico per convezione dipende da diversi fattori, tra cui la differenza di temperatura tra superficie e fluido, la velocità del fluido, le sue proprietà fisiche, la geometria della superficie e il regime di moto. L’insieme di questi parametri determina il coefficiente di scambio termico convettivo (h).

L’insieme di questi fattori viene generalmente descritto attraverso il coefficiente di scambio termico convettivo (h), che esprime la capacità di una superficie di scambiare calore con il fluido circostante.

La Legge di Newton del raffreddamento

Lo scambio termico per convezione è descritto dalla Legge di Newton del raffreddamento, secondo la quale il flusso di calore è proporzionale alla differenza di temperatura tra la superficie e il fluido.

La relazione può essere espressa come:

q= hA(Ts − Tf)

dove:

  • q è il flusso termico [W/m²];
  • h è il coefficiente di scambio termico convettivo[W/(m²·K)];
  • A è l’area della superficie di scambio [m²]
  • Tₛ è la temperatura della superficie;
  • Tf è la temperatura del fluido.

A parità delle altre condizioni, maggiore è il coefficiente h, maggiore sarà lo scambio di calore tra la superficie e il fluido.

Il ruolo della convezione nell’isolamento termico

Parlando di fondamenti dell’isolamento termico, è bene sottolineare come la convezione influenzi il comportamento termico di qualsiasi sistema nel quale sia presente un fluido, sia esso aria o liquido.

Infografica sui fondamenti dell'isolamento termico che mostra come la riduzione della temperatura superficiale diminuisca gli scambi di calore per convezione tra una superficie e il fluido circostante.

Figura 10. Uno dei fondamenti dell’isolamento termico consiste nel ridurre la temperatura superficiale dei materiali. Una minore differenza di temperatura rispetto al fluido circostante limita le correnti convettive e riduce il trasferimento di calore.

Per questo motivo, nella progettazione di sistemi di isolamento termico non è sufficiente considerare esclusivamente la conduzione all’interno dei materiali. Anche gli scambi convettivi che avvengono sulle superfici possono incidere in modo significativo sulle prestazioni complessive.

Nei capitoli successivi vedremo come la convezione contribuisca alla determinazione della trasmittanza termica e perché il controllo dei moti convettivi sia fondamentale per migliorare l’efficienza energetica e il comfort.

1.4 Irraggiamento

L’irraggiamento è il meccanismo di trasmissione del calore che avviene mediante l’emissione e l’assorbimento di radiazione elettromagnetica.

A differenza della conduzione e della convezione, l’irraggiamento non richiede il contatto diretto tra i corpi né la presenza di un mezzo materiale. L’energia termica può infatti propagarsi anche nel vuoto, come dimostra il calore proveniente dal Sole che raggiunge la Terra attraversando lo spazio.

Ogni corpo con una temperatura superiore allo zero assoluto (0 K) emette continuamente energia sotto forma di radiazione termica. Contemporaneamente, ogni superficie assorbe parte della radiazione proveniente dall’ambiente circostante. Lo scambio termico per irraggiamento dipende quindi dal bilancio tra energia emessa ed energia assorbita.

Infografica che spiega come avviene l’irraggiamento termico: due superfici a temperature diverse emettono radiazione infrarossa, con un flusso netto di calore dalla superficie più calda verso quella più fredda.

Figura 11. Entrambe le superfici emettono radiazione termica. Poiché la superficie più calda emette una quantità di energia maggiore rispetto a quella più fredda, il flusso netto di calore avviene dalla temperatura maggiore verso quella minore. L’irraggiamento può propagarsi anche nel vuoto.

Come avviene l’irraggiamento

L’energia irradiata si propaga sotto forma di onde elettromagnetiche. Alle temperature normalmente presenti negli edifici, negli impianti industriali e nella maggior parte delle applicazioni tecniche, la radiazione emessa appartiene prevalentemente alla banda dell’infrarosso.

Quando la radiazione incontra una superficie possono verificarsi tre fenomeni contemporaneamente:

  • una parte dell’energia viene assorbita dal materiale;
  • una parte viene riflessa;
  • una parte può essere trasmessa attraverso il materiale, se questo è parzialmente trasparente alla radiazione.

La somma delle tre componenti è sempre pari all’energia incidente.

Emissività e riflettanza

La capacità di una superficie di emettere energia per irraggiamento è descritta dall’emissività (ε), un coefficiente adimensionale compreso tra 0 e 1.

  • ε = 1 identifica il corpo nero ideale, che emette la massima quantità di radiazione possibile alla propria temperatura.
  • Valori di emissività prossimi a 0 indicano superfici che emettono poca energia e riflettono gran parte della radiazione incidente.

In generale, le superfici metalliche lucide presentano emissività molto basse e un’elevata riflettanza, mentre superfici opache, scure o ossidate tendono ad avere emissività elevate e assorbono una maggiore quantità di energia radiante.

La Legge di Stefan-Boltzmann

La potenza irradiata da una superficie è descritta dalla Legge di Stefan-Boltzmann, secondo la quale l’energia emessa è proporzionale alla quarta potenza della temperatura assoluta della superficie.

La relazione fondamentale è:

q = εσT⁴
dove:
  • q = potenza irradiata [W/m²]
  • ε = emissività della superficie
  • σ = costante di Stefan-Boltzmann (5,67×10−8  W/(m²·K⁴
  • T = temperatura assoluta della superficie [K]

Questa equazione descrive l’energia emessa da una singola superficie.

Quando invece si considera lo scambio radiativo tra due superfici a temperature differenti, il flusso termico netto è espresso da:

q = εσ(Tₛ⁴ − Tₐ⁴)

dove:

  • Tₛ è la temperatura assoluta della superficie;
  • Tₐ è la temperatura assoluta dell’ambiente o della superficie con cui avviene lo scambio.

Poiché la temperatura compare elevata alla quarta potenza, anche piccole variazioni di temperatura possono produrre differenze significative nello scambio di calore per irraggiamento.

Da cosa dipende l’irraggiamento

L’intensità dello scambio termico per irraggiamento dipende principalmente da:

  • la temperatura delle superfici coinvolte;
  • la differenza di temperatura tra i corpi;
  • l’emissività delle superfici;
  • la riflettanza dei materiali;
  • la geometria reciproca delle superfici (fattore di vista).

L’insieme di questi parametri determina la quantità di energia che viene emessa, riflessa e assorbita durante lo scambio radiativo.

Il ruolo dell’irraggiamento nell’isolamento termico

L’irraggiamento rappresenta uno dei tre meccanismi fondamentali della trasmissione del calore e può contribuire in modo significativo agli scambi termici tra superfici.

A differenza della conduzione, che dipende principalmente dalle proprietà del materiale, e della convezione, che è influenzata dal movimento del fluido, l’irraggiamento è fortemente legato alle caratteristiche superficiali dei materiali, in particolare alla loro emissività e alla capacità di riflettere la radiazione termica.

Per questo motivo, alcuni sistemi di isolamento non agiscono esclusivamente riducendo la conduzione del calore, ma limitano anche gli scambi radiativi attraverso superfici a bassa emissività, migliorando l’efficienza complessiva del sistema.

Nei paragrafi successivi

Nei capitoli dedicati ai materiali isolanti vedremo come le proprietà radiative delle superfici possano influenzare in modo significativo le prestazioni energetiche di edifici, impianti industriali, tubazioni, serbatoi, coperture e numerose altre applicazioni nelle quali l’irraggiamento rappresenta una componente importante degli scambi termici (approfondendo i fondamenti dell’isolamento termico nei diversi settori).

1.5 λ, U e R spiegati bene

Dopo aver compreso i tre meccanismi fondamentali della trasmissione del calore – conduzione, convezione e irraggiamento – è possibile introdurre i principali parametri utilizzati per descrivere il comportamento termico dei materiali e delle strutture.

Tra questi, i più importanti sono:

  • λ (lambda), la conducibilità termica del materiale;
  • R, la resistenza termica;
  • U, la trasmittanza termica.

Questi tre parametri sono strettamente collegati, ma descrivono aspetti differenti del fenomeno. Comprenderne il significato è fondamentale per interpretare correttamente le schede tecniche dei materiali, confrontare soluzioni costruttive e valutare le prestazioni di un sistema di isolamento.

Schema dei fondamenti dell'isolamento termico che mostra la differenza tra conducibilità termica (λ), resistenza termica (R) e trasmittanza termica (U), dal materiale al singolo strato fino all'intero elemento costruttivo.

λ, R e U descrivono tre livelli diversi dello stesso fenomeno fisico: λ è una proprietà del materiale, R dello strato e U dell’intero elemento costruttivo. Comprendere questa gerarchia è fondamentale per interpretare correttamente le prestazioni di un sistema di isolamento termico.

La conducibilità termica (λ)

La conducibilità termica, indicata con il simbolo λ (lambda), è una proprietà fisica caratteristica di ogni materiale.

Essa esprime la capacità del materiale di trasmettere il calore per conduzione.

Dal punto di vista fisico, λ rappresenta la quantità di calore che attraversa un materiale dello spessore di 1 metro, con una superficie di 1 m², quando tra le due facce esiste una differenza di temperatura di 1 Kelvin (o 1 °C).

L’unità di misura è:

W/(m·K)
Più il valore di λ è elevato, maggiore sarà la capacità del materiale di trasmettere il calore.

Al contrario, materiali con valori di λ molto bassi ostacolano il passaggio dell’energia termica e risultano quindi più efficaci come isolanti, come mostrato nella sottostante Figura 14.

Infografica sui fondamenti dell'isolamento termico che confronta un materiale ad alta conducibilità termica (λ elevata) con un isolante nanotecnologico a bassissima conducibilità (λ molto bassa), evidenziando il diverso flusso di calore per conduzione.

Figura 14. La conducibilità termica (λ) misura la capacità di un materiale di trasmettere il calore per conduzione. Più il valore di λ è basso, minore sarà il flusso di calore che attraversa il materiale e migliori saranno le sue prestazioni isolanti.

È importante ricordare che λ dipende esclusivamente dal materiale e non dallo spessore del componente.

La resistenza termica (R)

La resistenza termica, indicata con la lettera R, misura la capacità di uno strato di materiale di opporsi al passaggio del calore.

A differenza della conducibilità, la resistenza termica dipende sia dal materiale sia dal suo spessore.

La relazione è:

R = s / λ

dove:

  • R = resistenza termica [m²·K/W]
  • s = spessore del materiale [m]
  • λ = conducibilità termica [W/(m·K)]

L’unità di misura della resistenza termica è:

m²·K/W

Maggiore è il valore di R, maggiore sarà la capacità dello strato di limitare il passaggio del calore.

Due materiali con la stessa conducibilità possono quindi avere resistenze termiche molto differenti se vengono utilizzati con spessori diversi.

La trasmittanza termica (U)

La trasmittanza termica, indicata con la lettera U, descrive invece il comportamento termico di un elemento costruttivo completo.

Non riguarda quindi un singolo materiale, ma l’intera stratigrafia di una parete, di una copertura, di un pavimento o di un serramento.

La trasmittanza esprime la quantità di calore che attraversa 1 m² di elemento costruttivo quando tra i due lati esiste una differenza di temperatura pari a 1 Kelvin.

L’unità di misura è:

W/(m²·K)

La trasmittanza è pari all’inverso della resistenza termica complessiva:

U = 1 / RT

dove RT rappresenta la resistenza termica totale della struttura, ottenuta sommando:

  • la resistenza superficiale interna;
  • le resistenze dei singoli strati;
  • la resistenza superficiale esterna.

Minore è il valore della trasmittanza, migliori saranno le prestazioni di isolamento dell’elemento.

Come sono collegati λ, R e U

I tre parametri descrivono livelli diversi dello stesso fenomeno fisico.

  • λ descrive il materiale.
  • R descrive un determinato spessore di quel materiale.
  • U descrive il comportamento dell’intera struttura composta da uno o più materiali.

In altre parole:

  • λ è una proprietà del materiale;
  • R è una proprietà dello strato;
  • U è una proprietà dell’elemento costruttivo.

Un esempio pratico

Immaginiamo due pannelli realizzati con lo stesso materiale.

Entrambi possiedono:

λ = 0,040 W/(m·K)
Il primo pannello ha uno spessore di 5 cm, mentre il secondo ha uno spessore di 10 cm.

Il secondo avrà una resistenza termica doppia rispetto al primo, perché la resistenza aumenta proporzionalmente allo spessore.

Se questi pannelli vengono inseriti all’interno di una parete, contribuiranno a diminuire la trasmittanza complessiva della struttura, migliorandone l’isolamento termico.

Gli errori più comuni

Uno degli errori più frequenti consiste nel confrontare esclusivamente il valore della conducibilità λ, trascurando lo spessore del materiale.

Un materiale con una conducibilità leggermente migliore non garantisce necessariamente prestazioni superiori se viene applicato con uno spessore significativamente inferiore.

Per valutare correttamente una soluzione isolante è quindi necessario considerare contemporaneamente:

  • la conducibilità del materiale (λ);
  • lo spessore applicato;
  • la resistenza termica ottenuta (R);
  • la trasmittanza finale della struttura (U).

Solo analizzando questi parametri nel loro insieme è possibile confrontare correttamente sistemi di isolamento differenti e scegliere la soluzione più adatta alle specifiche esigenze progettuali.

1.6 Inerzia termica e capacità termica

Quando un corpo riceve o cede calore, la sua temperatura non varia istantaneamente. La rapidità con cui avviene questa variazione dipende dalla quantità di energia che il corpo è in grado di accumulare e dalle modalità con cui scambia calore con l’ambiente circostante.

Per comprendere questo comportamento è necessario distinguere due concetti strettamente collegati ma non equivalenti: capacità termica e inerzia termica. Questi concetti sono particolarmente importanti per comprendere i fondamenti dell’isolamento termico ad alto spessore.

La capacità termica

La capacità termica indica la quantità di energia necessaria per aumentare di un grado la temperatura di un corpo.

La relazione fondamentale è:

Q = C · ΔT

dove:

  • Q è la quantità di calore scambiata [J];
  • C è la capacità termica del corpo [J/K];
  • ΔT è la variazione di temperatura [K].

Maggiore è la capacità termica di un corpo, maggiore è la quantità di energia necessaria per modificarne la temperatura.

La capacità termica, spiegata graficamente in Figura 15. ,  dipende dalla massa del corpo e dal calore specifico del materiale:

C = m · c

dove:

  • m è la massa [kg];
  • c è il calore specifico [J/(kg·K)].

Due corpi costituiti dallo stesso materiale, ma con masse differenti, possiedono quindi capacità termiche differenti.

Infografica sui fondamenti dell’isolamento termico che spiega la capacità termica C = m·c, mostrando come massa e calore specifico influenzino la variazione di temperatura di un corpo a parità di energia ricevuta.

Figura 15. La capacità termica dipende dalla massa del corpo e dal calore specifico del materiale. A parità di energia fornita, un corpo con maggiore capacità termica subisce una variazione di temperatura minore.

Il calore specifico

Il calore specifico è una proprietà caratteristica del materiale e indica quanta energia è necessaria per aumentare di un grado la temperatura di un chilogrammo di quel materiale.

Un materiale con elevato calore specifico può assorbire una quantità relativamente grande di energia subendo una variazione di temperatura contenuta.

È quindi importante distinguere:

calore specifico → proprietà del materiale

capacità termica → proprietà del corpo, dipendente dal materiale e dalla sua massa

Questa distinzione è analoga, per certi aspetti, a quella già incontrata tra conducibilità e resistenza termica: una proprietà caratterizza il materiale, mentre l’altra dipende anche dalla quantità di materiale considerata.

Che cos’è l’inerzia termica

Con inerzia termica si indica, in termini generali, la tendenza di un sistema a opporsi alle variazioni della propria temperatura.

Un corpo con elevata inerzia termica tende a riscaldarsi e raffreddarsi lentamente. Al contrario, un corpo con bassa inerzia termica modifica più rapidamente la propria temperatura quando cambiano le condizioni esterne.

L’inerzia termica non deve però essere considerata semplicemente un sinonimo di capacità termica.

La capacità termica descrive quanta energia deve essere accumulata o ceduta per ottenere una determinata variazione di temperatura. L’inerzia termica riguarda invece il comportamento dinamico nel tempo del sistema e dipende sia dalla sua capacità di accumulare energia sia dalla velocità con cui tale energia viene scambiata.

Un corpo può quindi possedere una notevole capacità di accumulo termico, ma la rapidità con cui la sua temperatura varia dipende anche dalle condizioni di scambio con l’ambiente.

Infografica sui fondamenti dell’isolamento termico che confronta bassa ed elevata inerzia termica e mostra con un grafico come varia nel tempo la temperatura di due sistemi sottoposti alla stessa sollecitazione termica.

Figura 16. Un sistema a bassa inerzia termica reagisce rapidamente alle variazioni delle condizioni esterne, mentre un sistema a elevata inerzia termica modifica più lentamente la propria temperatura. Il grafico mostra la diversa evoluzione della temperatura nel tempo.

Accumulo e rilascio del calore

Quando un corpo è esposto a un ambiente più caldo, assorbe energia e la sua temperatura aumenta progressivamente. Quando le condizioni si invertono, può cedere all’ambiente parte dell’energia precedentemente accumulata.

Si crea quindi un processo di accumulo e successivo rilascio dell’energia termica.

Questo comportamento è particolarmente importante quando la temperatura esterna varia nel tempo, come avviene nei cicli giorno-notte (ecco perchè è strettamente connesso ai fondamenti dell’isolamento termico tradizionale ad alto spessore, mentre non lo è per gli isolanti nanotecnologici a basso spessore), nei processi industriali intermittenti o nei sistemi sottoposti a riscaldamenti e raffreddamenti periodici.

In questi casi non è sufficiente sapere quanto calore viene trasferito in una determinata condizione: diventa importante conoscere anche come il sistema reagisce nel tempo.

Massa e inerzia termica

A parità di materiale, aumentando la massa aumenta anche la capacità termica del corpo.

Per questo motivo elementi massivi possono generalmente accumulare quantità maggiori di energia prima di subire variazioni significative di temperatura.

Un elemento molto leggero, invece, contiene una quantità minore di materia e tende generalmente a reagire più rapidamente alle variazioni delle condizioni termiche.

La massa, tuttavia, non è l’unico parametro da considerare: il comportamento dinamico dipende anche dal calore specifico dei materiali, dalla conducibilità termica, dalla geometria del sistema e dalle condizioni di scambio con l’ambiente.

Inerzia termica e isolamento non sono la stessa cosa

Un’altra distinzione fondamentale riguarda inerzia termica e isolamento termico.

Un materiale isolante ha la funzione di limitare il trasferimento di calore. Un sistema dotato di elevata inerzia termica, invece, tende a modificare lentamente la propria temperatura grazie alla capacità di accumulare e rilasciare energia nel tempo.

Si tratta quindi di due fenomeni differenti:

isolamento termico → rallenta il trasferimento di energia

inerzia termica → rallenta la variazione della temperatura del sistema

I due effetti possono naturalmente interagire. Riducendo gli scambi termici con l’ambiente, l’isolamento può contribuire a mantenere più a lungo determinate condizioni termiche; la capacità termica determina invece quanta energia il sistema può accumulare per una determinata variazione di temperatura.

Il caso degli isolanti nanotecnologici a basso spessore

Gli isolanti termici nanotecnologici a basso spessore  introducono un principio particolarmente utile per comprendere questa distinzione. Il loro obiettivo non è aumentare in modo significativo la massa o la capacità termica del sistema, ma limitare gli scambi di calore attraverso uno strato di spessore molto ridotto.

Un materiale applicato in pochi millimetri possiede infatti una massa limitata e fornisce generalmente un contributo contenuto alla capacità termica complessiva della struttura. La sua funzione deve quindi essere valutata principalmente in relazione alla capacità di ridurre il trasferimento di energia termica, mentre l’inerzia termica dipende dal comportamento dinamico dell’intero sistema.

Ne deriva una distinzione importante:

Una buona prestazione isolante non implica necessariamente un’elevata inerzia termica, così come un’elevata inerzia termica non implica necessariamente una buona capacità isolante.

Isolamento e inerzia possono contribuire entrambi al comportamento termico di un sistema, ma lo fanno attraverso meccanismi fisici differenti.

Il comportamento in regime variabile

Molte delle grandezze considerate nella trasmissione del calore possono essere descritte facendo riferimento a condizioni stazionarie, nelle quali le temperature non variano nel tempo.

Nella realtà, tuttavia, moltissimi fenomeni termici avvengono in regime variabile, o transitorio.

La temperatura dell’ambiente cambia, una superficie viene riscaldata dal Sole, un impianto viene acceso o spento, un fluido caldo comincia a circolare in una tubazione oppure un serbatoio viene riempito con un prodotto a temperatura differente da quella dell’ambiente.

In queste condizioni entra in gioco una nuova variabile fondamentale: il tempo.

Capacità termica e inerzia termica permettono quindi di comprendere non soltanto quanto calore viene scambiato, ma anche quanto rapidamente un sistema reagisce alle variazioni delle condizioni termiche.

Da ricordare

Conducibilità, capacità termica e inerzia termica descrivono fenomeni differenti.

La conducibilità termica indica quanto facilmente il calore si propaga per conduzione attraverso un materiale.

La capacità termica indica quanta energia è necessaria per modificarne la temperatura.

L’inerzia termica descrive invece la tendenza di un sistema a reagire più o meno lentamente alle variazioni delle condizioni termiche.

L’isolamento termico nanotecnologico a basso spessore, infine, agisce limitando il trasferimento di energia e non deve essere confuso con la capacità di accumularla, come evidenziato in Figura 17.

Infografica sui fondamenti dell’isolamento termico che confronta isolamento e inerzia termica: il primo riduce il trasferimento di calore, la seconda rallenta la variazione della temperatura nel tempo.

Figura 17. Isolamento termico e inerzia termica descrivono due fenomeni diversi: l’isolamento limita il flusso di calore attraverso un elemento, mentre l’inerzia termica determina la rapidità con cui un sistema modifica la propria temperatura.

Comprendere queste differenze è fondamentale per analizzare correttamente il comportamento termico di materiali e sistemi, soprattutto quando le temperature cambiano nel tempo.

1.7 Ponti termici

In un elemento costruttivo o in un sistema termico il flusso di calore non si distribuisce sempre in modo uniforme. In alcune zone, infatti, la geometria, la presenza di materiali differenti o una discontinuità dello strato isolante possono determinare una maggiore concentrazione del flusso termico.

Queste zone vengono definite ponti termici.

Un ponte termico rappresenta quindi una porzione localizzata del sistema nella quale il trasferimento di calore risulta differente rispetto alle zone circostanti, generalmente più intenso.

Il fenomeno non riguarda esclusivamente gli edifici. Discontinuità termiche possono essere presenti anche in strutture metalliche, impianti industriali, serbatoi, tubazioni, veicoli, imbarcazioni e, più in generale, in qualsiasi sistema nel quale materiali, geometrie o condizioni di isolamento determinino percorsi preferenziali per il trasferimento del calore.

Schema sui fondamenti dell’isolamento termico che mostra come un ponte termico modifica le isoterme e concentra localmente il flusso di calore.

Figura 18. In un elemento omogeneo il flusso termico presenta un andamento regolare. In presenza di una discontinuità ad alta conducibilità, le linee di flusso e le isoterme si deformano, modificando localmente il campo di temperatura.

Perché si forma un ponte termico

In una superficie piana, omogenea e sufficientemente estesa, il trasferimento di calore può essere rappresentato in prima approssimazione come un fenomeno monodimensionale: il flusso attraversa l’elemento prevalentemente in direzione perpendicolare alla superficie.

In presenza di una discontinuità, questa rappresentazione non è più sufficiente.

Il campo di temperatura viene perturbato e il flusso termico può assumere una distribuzione bidimensionale o tridimensionale.

Le linee di flusso non rimangono quindi parallele, ma possono deviare e concentrarsi in determinate zone.

Un ponte termico può essere generato principalmente da:

  • discontinuità geometriche, come angoli, spigoli e variazioni di forma;
  • discontinuità dei materiali, quando materiali con proprietà termiche differenti sono collegati tra loro;
  • discontinuità dello strato isolante, dovute a interruzioni, riduzioni di spessore o attraversamenti;
  • elementi strutturali o di collegamento caratterizzati da una conducibilità termica maggiore rispetto ai materiali circostanti.

In tutti questi casi cambia localmente la modalità con cui il calore attraversa il sistema (come mostrato in Figura 18.)

Ponti termici geometrici

Un ponte termico geometrico nasce dalla forma stessa dell’elemento.

Un esempio classico è rappresentato dall’angolo tra due pareti. In corrispondenza dell’angolo, la geometria delle superfici attraverso cui viene scambiato calore è differente rispetto a quella presente nella parte centrale della parete.

Il campo termico diventa quindi bidimensionale e le isoterme e le linee di flusso assumono un andamento differente.

Il ponte termico geometrico può essere presente anche quando i materiali sono perfettamente omogenei e lo strato isolante è continuo.

Ponti termici dovuti ai materiali

Un secondo caso si verifica quando il flusso termico incontra materiali con conducibilità termiche differenti.

Se all’interno di un elemento prevalentemente isolante è presente, per esempio, un componente molto più conduttivo, una quota maggiore del flusso termico tenderà ad attraversare quella zona.

Si crea così un percorso termicamente preferenziale.

Il fenomeno è particolarmente evidente in presenza di elementi metallici, perché i metalli possiedono generalmente una conducibilità termica molto maggiore rispetto ai comuni materiali isolanti.

Il principio, tuttavia, è generale e riguarda qualsiasi accostamento tra materiali con proprietà termiche significativamente differenti.

Ponti termici dovuti alla discontinuità dell’isolamento

Un ponte termico può formarsi anche quando uno strato isolante viene interrotto oppure presenta localmente uno spessore inferiore.

In questa zona la resistenza termica diminuisce e il flusso di calore può aumentare.

È quindi importante distinguere tra presenza dell’isolamento e continuità dell’isolamento: anche un materiale caratterizzato da buone proprietà termiche può perdere parte della propria efficacia complessiva se non forma uno strato sufficientemente continuo nei punti critici.

Questo concetto introduce un principio fondamentale nella progettazione termica:

la prestazione di un sistema non dipende soltanto dalle proprietà del materiale isolante, ma anche dalla continuità con cui esso viene applicato.

Infografica sui fondamenti dell’isolamento termico che mostra le principali cause dei ponti termici: geometria, materiali con diversa conducibilità e discontinuità dell’isolamento.

Figura 18. I ponti termici possono derivare dalla geometria dell’elemento, dalla presenza di materiali con diversa conducibilità termica o dalla discontinuità dello strato isolante. In tutti i casi viene modificata localmente la distribuzione del flusso di calore.

Come cambia la temperatura superficiale

 

Schema sui fondamenti dell’isolamento termico che mostra la diminuzione della temperatura superficiale interna in corrispondenza di un ponte termico.

Figura 19. In corrispondenza di un ponte termico aumenta localmente il flusso di calore e, sul lato caldo, la temperatura superficiale può risultare più bassa rispetto alle zone circostanti.

La presenza di un ponte termico non modifica soltanto la quantità di calore trasferita.

Come rappresentato in Figura 19. , modifica anche la distribuzione delle temperature all’interno dell’elemento e sulle sue superfici.

Consideriamo, per esempio, un ambiente caldo separato da un ambiente più freddo. Nella zona caratterizzata da maggiore dispersione termica, la temperatura della superficie sul lato caldo può risultare più bassa rispetto alle zone circostanti.

Si genera quindi una disomogeneità della temperatura superficiale.

Questo aspetto è particolarmente importante perché la temperatura superficiale influenza anche gli scambi per convezione e irraggiamento con l’ambiente circostante.

Il ponte termico deve quindi essere interpretato come un fenomeno che modifica localmente l’intero campo termico, non semplicemente come un punto attraverso il quale “passa più calore”.

Ponti termici e condensazione superficiale

Quando la temperatura superficiale di una zona diminuisce sufficientemente, può aumentare il rischio di condensazione superficiale.

L’aria contiene infatti una determinata quantità di vapore acqueo. Se entra in contatto con una superficie sufficientemente fredda, può raggiungere condizioni nelle quali il vapore condensa.

La formazione di condensa non dipende quindi dal ponte termico in sé, ma dall’interazione tra:

temperatura superficiale + temperatura dell’aria + umidità relativa.

Per questo motivo la valutazione dei ponti termici è importante non soltanto dal punto di vista delle dispersioni energetiche, ma anche per il controllo delle condizioni termoigrometriche delle superfici.

Il ponte termico come fenomeno multidimensionale

Dal punto di vista della fisica tecnica, uno degli aspetti più importanti dei ponti termici è il passaggio da un modello di trasmissione del calore prevalentemente monodimensionale a uno bidimensionale o tridimensionale.

In una parete omogenea lontana dalle discontinuità, le linee di flusso possono essere considerate approssimativamente parallele.

Vicino a un angolo, a un elemento strutturale o a una variazione dei materiali, invece, le linee di flusso cambiano direzione.

Per descrivere correttamente il fenomeno occorre quindi analizzare il campo di temperatura e la distribuzione del flusso termico nella zona interessata.

È proprio questa caratteristica a rendere il ponte termico un fenomeno locale che non può essere descritto completamente considerando soltanto la trasmittanza termica della parte corrente dell’elemento.

Ponti termici lineari e puntuali

A seconda della geometria della discontinuità, i ponti termici possono essere distinti in lineari e puntuali.

Un ponte termico lineare si sviluppa lungo una linea del sistema, come può avvenire in corrispondenza di una giunzione tra elementi.

Il suo effetto viene generalmente caratterizzato attraverso la trasmittanza termica lineica ψ, espressa in:

W/(m·K)

Un ponte termico puntuale è invece associato a una discontinuità localizzata nello spazio e può essere caratterizzato attraverso la trasmittanza termica puntuale χ, espressa in:

W/K

Queste grandezze permettono di quantificare il contributo aggiuntivo al trasferimento termico determinato dalle discontinuità rispetto al comportamento delle parti uniformi del sistema.

Continuità dell’isolamento e sistemi a basso spessore

Il controllo dei ponti termici richiede innanzitutto di limitare le discontinuità e creare, quando possibile, uno strato isolante continuo.

In questo contesto gli isolanti termici a basso spessore, compresi alcuni sistemi nanotecnologici, presentano una caratteristica progettuale interessante: possono essere applicati anche in zone nelle quali lo spazio disponibile è molto limitato o dove geometrie complesse rendono difficile mantenere la continuità con sistemi isolanti di maggiore spessore.

Uno strato continuo di pochi millimetri può, per esempio, consentire di seguire superfici, raccordi, spigoli o elementi geometricamente complessi senza introdurre ingombri rilevanti.

Ciò non significa che il basso spessore elimini automaticamente un ponte termico. La sua efficacia deve essere valutata considerando le proprietà termiche del materiale, lo spessore applicato, la geometria del nodo e il comportamento complessivo del sistema.

Il principio generale rimane quindi lo stesso:

per limitare un ponte termico non conta soltanto quanto isola un materiale, ma anche se l’isolamento riesce a mantenere la propria continuità nella zona critica.

Schema sui fondamenti dell’isolamento termico che confronta assenza di isolamento continuo, isolamento tradizionale interrotto e isolamento continuo a basso spessore in corrispondenza di un ponte termico.

Figura 20. La continuità dello strato isolante è fondamentale nel controllo dei ponti termici. I sistemi a basso spessore possono facilitare la continuità dell’isolamento in corrispondenza di raccordi, geometrie complesse e spazi ridotti.

Da ricordare

Un ponte termico è una discontinuità nel comportamento termico di un sistema che modifica localmente la distribuzione delle temperature e del flusso di calore.

Può essere determinato dalla geometria, dalla presenza di materiali differenti o dalla discontinuità dell’isolamento.

I suoi effetti possono comprendere aumento degli scambi termici, variazioni della temperatura superficiale e, in determinate condizioni, maggiore rischio di condensazione.

La corretta gestione dei ponti termici richiede quindi di considerare non soltanto le proprietà dei materiali, ma anche geometria, continuità dell’isolamento e comportamento termico dell’intero nodo.

1.8 Condensa superficiale e interstiziale

L’aria contiene sempre una certa quantità di vapore acqueo. La quantità effettivamente presente e la quantità massima che l’aria può contenere prima di raggiungere la saturazione dipendono, tra gli altri fattori, dalla temperatura.

Quando l’aria si raffredda, la quantità di vapore che può essere presente senza raggiungere la saturazione diminuisce. Se il raffreddamento prosegue fino a raggiungere una determinata temperatura, detta temperatura di rugiada, si raggiunge la condizione di saturazione.

Se la temperatura scende ulteriormente, una parte del vapore acqueo può passare allo stato liquido: avviene la condensazione.

È quindi importante comprendere che la condensa non è determinata semplicemente dalla presenza di umidità nell’aria, ma dall’interazione tra temperatura, contenuto di vapore e condizioni termiche delle superfici o degli strati attraversati dal vapore.

Umidità assoluta e umidità relativa

Per descrivere il contenuto di vapore acqueo dell’aria possono essere utilizzate diverse grandezze.

L’umidità assoluta esprime la quantità effettiva di vapore acqueo presente in un determinato volume d’aria.

Nello studio delle condizioni ambientali viene però utilizzata molto frequentemente l’umidità relativa, che esprime il rapporto tra la quantità di vapore presente nell’aria e quella corrispondente alla saturazione alla stessa temperatura.

In termini di pressione di vapore può essere espressa come:

UR = pᵥ / pₛₐₜ × 100

dove:

  • UR = umidità relativa [%];
  • pᵥ = pressione parziale del vapore acqueo;
  • pₛₐₜ = pressione di saturazione del vapore alla stessa temperatura.

Un’umidità relativa del 60%, per esempio, indica che la pressione parziale del vapore è pari al 60% della pressione di saturazione alla temperatura considerata.

La pressione di saturazione dipende fortemente dalla temperatura. Per questo motivo l’umidità relativa può cambiare anche senza aggiungere o sottrarre vapore acqueo.

Se una massa d’aria viene raffreddata mantenendo invariato il proprio contenuto di vapore, la sua umidità relativa aumenta. Se viene riscaldata, l’umidità relativa diminuisce.

La temperatura di rugiada

La temperatura di rugiada è la temperatura alla quale, per una determinata quantità di vapore presente nell’aria, viene raggiunta la saturazione (ved. Figura 21.)

Consideriamo aria inizialmente non satura che venga progressivamente raffreddata senza modificarne il contenuto di vapore.

Al diminuire della temperatura aumenta l’umidità relativa fino a raggiungere:

UR = 100%

La temperatura corrispondente rappresenta il punto di rugiada.

Il concetto è fondamentale perché permette di comprendere la formazione della condensa sulle superfici.

Se una superficie presenta una temperatura inferiore o uguale alla temperatura di rugiada dell’aria che la lambisce, possono verificarsi le condizioni per la condensazione superficiale.

In forma semplificata:

Tₛ ≤ Tᵣ → possibile condensazione superficiale

dove:

  • Tₛ = temperatura della superficie;
  • Tᵣ = temperatura di rugiada.

La temperatura di rugiada non è quindi una proprietà della superficie, ma dipende dallo stato termoigrometrico dell’aria, in particolare dalla sua temperatura e dal contenuto di vapore.

Schema del punto di rugiada: raffreddando aria a 20 °C e 60% di umidità relativa fino a circa 12 °C si raggiunge la saturazione e può iniziare la condensazione.

Figura 21. Raffreddando l’aria senza modificarne il contenuto di vapore, l’umidità relativa aumenta fino alla saturazione. Nell’esempio, aria a 20 °C e UR 60% raggiunge il punto di rugiada a circa 12 °C.

Condensa superficiale

La condensa superficiale si verifica quando il vapore acqueo presente nell’aria entra in contatto con una superficie la cui temperatura è sufficientemente bassa da raggiungere le condizioni di saturazione dell’aria in prossimità della superficie.

Un esempio intuitivo è quello di una superficie fredda esposta ad aria calda e umida.

Lo strato d’aria immediatamente a contatto con la superficie si raffredda. Se la sua temperatura raggiunge il punto di rugiada, l’aria diventa localmente satura e una parte del vapore può condensare sulla superficie.

Il fenomeno dipende quindi principalmente dall’interazione tra tre grandezze:

temperatura dell’aria + umidità dell’aria + temperatura superficiale.

Una superficie più fredda non produce necessariamente condensa. Se l’aria contiene poco vapore, la sua temperatura di rugiada può essere sufficientemente bassa da non essere raggiunta.

Allo stesso modo, una superficie che non sarebbe critica in condizioni di bassa umidità può diventarlo quando il contenuto di vapore dell’ambiente aumenta.

Il ruolo dell’isolamento termico

L’isolamento termico modifica la distribuzione delle temperature all’interno di un sistema e, di conseguenza, anche le temperature delle sue superfici.

Consideriamo un ambiente riscaldato separato da un ambiente esterno più freddo.

Se la resistenza termica dell’elemento di separazione è insufficiente, la temperatura della superficie interna può risultare sensibilmente inferiore alla temperatura dell’aria interna.

Un isolamento adeguato può contribuire a mantenere più elevata la temperatura della superficie sul lato caldo, riducendo il rischio che essa raggiunga la temperatura di rugiada.

Questo principio aiuta anche a comprendere quanto visto nel paragrafo precedente sui ponti termici: una discontinuità termica può provocare una diminuzione locale della temperatura superficiale e rendere quella zona più critica rispetto alle superfici circostanti.

La formazione di condensa, tuttavia, non dipende esclusivamente dall’isolamento: devono essere considerate contemporaneamente anche le condizioni di temperatura e umidità dell’ambiente.

Condensa interstiziale

La condensazione può verificarsi non soltanto sulla superficie di un elemento, ma anche all’interno della sua stratigrafia.

In questo caso si parla di condensa interstiziale.

Per comprendere il fenomeno occorre considerare che il vapore acqueo può attraversare molti materiali per diffusione, muovendosi in presenza di differenze di pressione parziale del vapore.

Contemporaneamente, attraversando una parete o un altro elemento che separa ambienti a temperature differenti, cambia anche la temperatura all’interno dei vari strati.

Si sviluppano quindi due fenomeni contemporanei:

  • una distribuzione della temperatura attraverso l’elemento;
  • una distribuzione della pressione parziale del vapore.

Se, in una determinata posizione della stratigrafia, le condizioni termoigrometriche raggiungono la saturazione, può verificarsi condensazione all’interno dell’elemento.

La differenza fondamentale rispetto alla condensa superficiale è quindi il luogo nel quale avviene il fenomeno.

Condensa superficiale → sulla superficie dell’elemento

Condensa interstiziale → all’interno della stratigrafia

Confronto tra condensa superficiale sulla parete interna e condensa interstiziale all’interfaccia tra isolante termico e struttura.

Figura 22. La condensa superficiale si forma sulla superficie dell’elemento quando questa raggiunge o scende sotto la temperatura di rugiada dell’aria. La condensa interstiziale può invece formarsi all’interno della stratigrafia, anche in corrispondenza dell’interfaccia tra due strati.

Diffusione del vapore

Il movimento del vapore attraverso un materiale non deve essere confuso con il trasferimento di calore.

Si tratta di fenomeni fisici differenti.

La capacità di un materiale di opporsi alla diffusione del vapore viene frequentemente descritta attraverso il fattore di resistenza alla diffusione del vapore μ.

Un valore di μ elevato indica una maggiore resistenza alla diffusione del vapore; un valore basso indica che il materiale permette al vapore di diffondere più facilmente.

Per uno strato di materiale è particolarmente utile la grandezza:

sᵈ = μ · s

dove:

  • sᵈ = spessore equivalente d’aria [m];
  • μ = fattore di resistenza alla diffusione del vapore;
  • s = spessore dello strato [m].
Schema della diffusione del vapore acqueo attraverso una stratigrafia, dalla zona a maggiore pressione parziale di vapore verso quella a pressione minore.

Figura 23. Il vapore acqueo può diffondere attraverso i materiali porosi in presenza di una differenza di pressione parziale. La resistenza al passaggio del vapore dipende dalle proprietà dei materiali e dallo spessore dei diversi strati.

Questa relazione evidenzia un concetto importante: il comportamento di uno strato nei confronti della diffusione del vapore dipende sia dalle proprietà del materiale sia dal suo spessore.

Due strati realizzati con lo stesso materiale ma con spessori differenti presentano quindi una diversa resistenza complessiva alla diffusione del vapore.

Temperatura e pressione di vapore all’interno di una stratigrafia

Per valutare il rischio di condensazione interstiziale non è sufficiente conoscere la temperatura dell’aria interna ed esterna.

Occorre comprendere ciò che avviene all’interno dell’elemento.

Procedendo dal lato caldo verso quello freddo, la temperatura varia in funzione delle resistenze termiche dei diversi strati.

Anche la pressione parziale del vapore varia attraversando materiali caratterizzati da differenti resistenze alla diffusione.

Il punto critico si verifica quando la pressione parziale del vapore raggiunge la pressione di saturazione corrispondente alla temperatura locale.

In termini concettuali:

pᵥ ≥ pₛₐₜ(T) → condizioni per la condensazione

Questo è il principio fisico alla base delle verifiche termoigrometriche delle stratigrafie.

Condensa superficiale e interstiziale non sono lo stesso fenomeno

Sebbene entrambe derivino dal raggiungimento delle condizioni di saturazione del vapore, condensa superficiale e interstiziale devono essere considerate separatamente.

La distinzione è importante perché un elemento può risultare adeguato rispetto al rischio di condensazione superficiale ma presentare condizioni critiche all’interno della stratigrafia, o viceversa.

Isolanti a basso spessore e comportamento termoigrometrico

Anche nel caso di isolanti termici a basso spessore, compresi i sistemi nanotecnologici, isolamento termico e comportamento nei confronti del vapore devono essere considerati come proprietà distinte.

Una bassa conducibilità termica riguarda la capacità del materiale di limitare il trasferimento di calore per conduzione; non determina automaticamente la sua permeabilità al vapore.

Un materiale può quindi possedere elevate prestazioni termiche e, contemporaneamente, presentare differenti livelli di resistenza alla diffusione del vapore in funzione della propria composizione e dello spessore applicato.

Nei sistemi a basso spessore questo aspetto è particolarmente interessante perché, come abbiamo visto, la resistenza alla diffusione del vapore di uno strato dipende anche dal suo spessore.

La valutazione termoigrometrica deve tuttavia essere effettuata considerando l’intera stratigrafia, non il solo materiale isolante.

Questo permette di mantenere distinti due concetti fondamentali:

La conducibilità termica descrive il trasferimento di calore. La permeabilità al vapore descrive il trasporto di vapore attraverso il materiale.

Un buon comportamento rispetto a uno dei due fenomeni non implica automaticamente un buon comportamento rispetto all’altro.

Da ricordare

La condensazione si verifica quando il vapore acqueo raggiunge condizioni di saturazione.

Nella condensa superficiale, il parametro determinante è la temperatura raggiunta dalla superficie in rapporto alle condizioni termoigrometriche dell’aria.

Nella condensa interstiziale, invece, occorre considerare contemporaneamente l’andamento della temperatura e della pressione di vapore all’interno dei diversi strati.

Isolamento termico, diffusione del vapore e controllo dell’umidità sono quindi fenomeni strettamente collegati, ma fisicamente distinti.

Comprenderne le differenze è essenziale per interpretare correttamente il comportamento termoigrometrico di qualsiasi sistema di separazione tra ambienti caratterizzati da condizioni differenti.

1.9 Comfort estivo e invernale

Quando si parla di isolamento termico, il comfort degli ambienti viene spesso associato esclusivamente alla temperatura dell’aria interna. In realtà, due stanze con la stessa temperatura dell’aria possono essere percepite in modo molto diverso.

Il benessere termico dipende infatti dall’equilibrio degli scambi di calore tra il corpo umano e l’ambiente circostante. In questo equilibrio intervengono non soltanto la temperatura dell’aria, ma anche la temperatura delle superfici che delimitano l’ambiente, il movimento dell’aria, l’umidità e le condizioni personali di chi occupa lo spazio.

Per questo motivo, valutare il comfort significa andare oltre il semplice valore indicato dal termostato.

La temperatura dell’aria non racconta tutto

Immaginiamo due ambienti nei quali l’aria interna sia mantenuta a 20 °C.

Nel primo, pareti, pavimento e superfici vetrate presentano temperature relativamente vicine a quella dell’aria. Nel secondo, una parete esterna è sensibilmente più fredda.

Anche se il termometro indica 20 °C in entrambi gli ambienti, la sensazione percepita può essere diversa.

Il motivo è che il corpo umano scambia continuamente energia anche per irraggiamento con le superfici circostanti. Una superficie molto fredda modifica questo equilibrio e può aumentare la sensazione di discomfort.

È quindi importante considerare anche la temperatura media radiante, che rappresenta in forma sintetica l’effetto termico delle superfici che circondano una persona.

Tutto ciò ci fa comprendere l’importanza dell’isolamento termico in edilizia (edifici a basso consumo o NZEB) e il motivo per cui l’efficienza energetica migliora la qualità dell’abitare oltre a ridurre i consumi.

Confronto tra due ambienti con la stessa temperatura dell’aria ma diverso comfort termico, dovuto alle differenti temperature superficiali e agli scambi radiativi.

Figura 24. Due ambienti con la stessa temperatura dell’aria possono offrire un comfort diverso. Superfici più fredde aumentano gli scambi radiativi del corpo e possono ridurre il comfort percepito.

Il ruolo della temperatura superficiale

L’isolamento termico modifica il flusso di calore attraverso l’involucro e, di conseguenza, può influenzare anche le temperature delle superfici interne.

Durante l’inverno, una parete esterna scarsamente isolata può presentare una temperatura superficiale interna sensibilmente inferiore a quella dell’aria della stanza.

Migliorando il comportamento termico dell’elemento, la temperatura della superficie interna può avvicinarsi maggiormente a quella dell’ambiente.

Questo produce due effetti distinti:

  • riduce lo scambio termico attraverso l’involucro;
  • può migliorare le condizioni radianti percepite dagli occupanti.

È un concetto importante perché risparmio energetico e comfort termico sono correlati, ma non sono la stessa cosa.

Un intervento può infatti essere valutato sia per la riduzione delle dispersioni sia per gli effetti che produce sulle condizioni termoigrometriche e sulle temperature superficiali degli ambienti.

DALLA TEORIA ALL’APPLICAZIONE

Non basta chiedersi quanto calore attraversa una parete. È utile chiedersi anche quale temperatura raggiungerà la superficie rivolta verso l’ambiente occupato.

Il comfort invernale

Durante la stagione fredda, il calore tende a fluire dagli ambienti riscaldati verso l’esterno.

Un involucro termicamente efficace limita questo trasferimento e contribuisce a mantenere condizioni interne più stabili.

Ma il comfort invernale non dipende soltanto dalla quantità di energia necessaria per mantenere l’aria a una determinata temperatura.

Sono importanti anche:

Temperature superficiali interne. Pareti molto fredde possono peggiorare le condizioni radianti e, come abbiamo visto nel paragrafo precedente, aumentare localmente anche il rischio di condensazione superficiale.

Uniformità delle temperature. Ponti termici e discontinuità dell’isolamento possono creare zone con temperature superficiali sensibilmente differenti.

Movimenti d’aria. Infiltrazioni e correnti possono aumentare la dispersione di calore dal corpo e peggiorare la sensazione di comfort.

Umidità relativa. Influenza la percezione dell’ambiente e deve essere considerata insieme alla temperatura e alla ventilazione.

L’obiettivo non è quindi semplicemente “avere aria calda”, ma ottenere un ambiente nel quale aria, superfici e condizioni termoigrometriche contribuiscano a un equilibrio confortevole.

Il comfort estivo

In estate il problema si inverte.

L’obiettivo diventa limitare l’ingresso del calore e contenere il surriscaldamento degli ambienti interni.

In questo caso entrano in gioco diversi fenomeni contemporaneamente:

  • conduzione attraverso pareti e coperture;
  • irraggiamento solare sulle superfici esterne;
  • capacità delle strutture di accumulare calore;
  • ventilazione;
  • apporti termici interni;
  • dimensione e orientamento delle superfici vetrate;
  • sistemi di ombreggiamento.

Una superficie esterna esposta al sole può raggiungere temperature notevolmente superiori a quella dell’aria esterna. Una parte dell’energia assorbita viene successivamente trasferita verso gli strati interni dell’elemento edilizio.

Per questo motivo, il comportamento estivo dell’involucro non può essere descritto dal solo valore di conducibilità termica λ.

Devono essere considerati anche l’assorbimento della radiazione solare, le proprietà superficiali, la stratigrafia, la capacità termica e l’andamento delle condizioni climatiche nel tempo.

Confronto del comportamento termico dell’edificio in inverno e in estate: dispersione di calore verso l’esterno e ingresso di calore dovuto anche alla radiazione solare.

Figura 25. In inverno l’obiettivo è limitare la dispersione di calore verso l’esterno; in estate occorre limitare l’ingresso di calore e il surriscaldamento, considerando anche radiazione solare, inerzia, ventilazione e proprietà delle superfici.

Isolamento e inerzia nel comportamento estivo

Come abbiamo visto nel § 1.6, isolamento termico e inerzia termica sono fenomeni differenti.

L’isolamento limita il trasferimento di calore.

L’inerzia descrive invece la capacità di un sistema di opporsi alle variazioni di temperatura attraverso l’accumulo e il rilascio di energia.

In estate questa distinzione assume particolare importanza.

Una struttura dotata di elevata capacità termica può assorbire una parte dell’energia e ritardarne gli effetti sulla temperatura interna. Un materiale isolante agisce invece principalmente limitando il flusso termico che attraversa l’elemento.

I due effetti possono quindi coesistere e contribuire in modo diverso al comportamento complessivo dell’edificio.

Il ruolo delle superfici esposte al sole

Nel comportamento estivo assume particolare importanza anche ciò che avviene prima che il calore attraversi la struttura.

Quando la radiazione solare raggiunge una superficie, una parte viene riflessa e una parte assorbita. L’energia assorbita contribuisce all’aumento della temperatura superficiale e può successivamente essere trasferita verso l’interno.

Per coperture e facciate fortemente esposte alla radiazione solare, le proprietà radiative della superficie esterna possono quindi contribuire in modo significativo al comportamento termico estivo.

Questo introduce concetti come riflettanza solare ed emissività termica, che verranno approfonditi nei capitoli successivi della Guida.

Questa frase è importante perché ci prepara perfettamente al successivo discorso sulle nanotecnologie senza anticiparlo in modo commerciale.

Tecnologie isolanti a basso spessore e comfort

Il comfort termico dipende dal comportamento complessivo dell’involucro e, in particolare, dagli scambi di calore e dalle temperature delle superfici che delimitano l’ambiente.

In questo contesto, i sistemi isolanti nanotecnologici a basso spessore rappresentano una specifica tecnologia per il controllo dello scambio termico, caratterizzata dalla possibilità di ottenere prestazioni isolanti attraverso strati di spessore molto contenuto.

La riduzione del flusso termico può contribuire a modificare le temperature superficiali e a rendere più uniformi le condizioni termiche dell’ambiente, con effetti che devono essere valutati in relazione alla specifica applicazione e alla stratigrafia dell’elemento edilizio.

Il basso spessore assume inoltre rilevanza progettuale perché consente di seguire con continuità geometrie, raccordi, spallette, elementi architettonici e superfici complesse, mantenendo limitato l’ingombro dell’intervento.

La valutazione della soluzione non deve tuttavia basarsi sul solo spessore: devono essere considerate le prestazioni termiche documentate, il comportamento termoigrometrico, le condizioni di applicazione e, quando rilevanti, le proprietà radiative del sistema.

DAL CAMPO

Quando il comfort migliora senza intervenire sulla facciata

In un’abitazione condominiale di Via Mauro Macchi, a Milano, la proprietaria desiderava migliorare il comfort termico dell’appartamento, ma non era possibile procedere con un intervento di isolamento della facciata perché gli altri condomini non intendevano effettuare i lavori.

La scelta è stata quindi quella di intervenire dall’interno dell’abitazione, applicando un sistema isolante a basso spessore sulle pareti disperdenti.

Prima dell’intervento erano inoltre presenti fenomeni di muffa, che sono stati trattati prima dell’applicazione del sistema isolante.

Il caso evidenzia un aspetto frequente negli interventi sull’esistente: la soluzione tecnicamente ideale deve confrontarsi anche con i vincoli reali dell’edificio e con la possibilità concreta di intervenire sulle diverse superfici.

In situazioni di questo tipo, poter modificare il comportamento termico delle pareti dall’interno, limitando la perdita di spazio utile, può rappresentare un criterio progettuale determinante.

Applicazione a spatola di Manti Ceramic su una parete interna e risultato finale dell’intervento di isolamento termico a basso spessore.

Figura 26. Applicazione a spatola di Manti Ceramic sulle pareti interne e risultato finale dell’intervento di isolamento a basso spessore realizzato in un appartamento a Milano.

Comfort ed efficienza energetica non sono sinonimi

È possibile migliorare il comfort percepito senza che questo possa essere descritto semplicemente attraverso un unico parametro energetico.

Allo stesso modo, il rispetto di un determinato valore di trasmittanza non descrive automaticamente tutte le condizioni di comfort di un ambiente.

Una valutazione completa deve mettere in relazione:

involucro + superfici + impianti + condizioni climatiche + modalità d’uso dell’edificio.

Il comfort termico è quindi il risultato dell’interazione tra edificio, ambiente e persone.

Da ricordare

  • La temperatura dell’aria non è sufficiente, da sola, a descrivere il comfort termico.
  • Le temperature delle superfici influenzano gli scambi radiativi con il corpo umano.
  • In inverno l’isolamento contribuisce a limitare le dispersioni e a mantenere temperature superficiali interne più favorevoli.
  • In estate devono essere considerati anche radiazione solare, proprietà superficiali, inerzia e ventilazione.
  • Isolamento e inerzia termica sono fenomeni differenti, anche se entrambi influenzano il comportamento dell’edificio.
  • Il comfort e l’efficienza energetica sono strettamente collegati, ma non sono sinonimi.
  • Negli edifici esistenti, geometria, spazio disponibile e possibilità concreta di intervenire possono diventare parte integrante della scelta della soluzione isolante.