Capitolo 3: materiali, tecnologie e sistemi per involucri innovativi ad alte prestazioni – 5° parte
MATERIALI ISOLANTI TRADIZIONALI E INNOVATIVI - V PARTE
L'INVOLUCRO VERDE
Aree verdi in un contesto urbano portano benefici, come abbassamento della temperatura e formazione di brezze d’aria.
Oltre a questa funzione, possono essere applicate nella copertura e/o nella facciata.
Le coperture a verde possono essere:
- Di tipo estensivo: richiedono ridotto fabbisogno nutritivo ed apporto energetico. Hanno un costo limitato di installazione e gestione
- Di tipo intensivo: richiedono apporto energetico continuo, pesi rilevanti (> 500 kg/mq) e costi più elevati di realizzazione e di gestione
Le differenze delle due tipologie consistono nello spessore della copertura, le tipologie di essenze vegetali disponibile e la periodicità delle manutenzioni da effettuare.
I vantaggi di un sistema di copertura a verde sono:
- Miglioramento microclima esterno
- Incremento della superficie verde
- Miglioramento del potere termoisolante e dell’inerzia termica
- Aumento della durata dell’impermeabilizzazione
Nella progettazione è necessario inserire un sistema di irrigazione, con la possibilità di includere una vasca di raccolta delle acque piovane.
Dall’altro lato non sarà possibile installare impianti fotovoltaici e solari termici.
La vegetazione può variare in base al suo posizionamento, ad esempio negli schermi orizzontali è possibile mettere essenze di tipo rampicante. Questi sistemo creano zone di compensazione termica e filtro tra interno ed esterno presenti su alcuni edifici ma non così diffuse sono le pareti verdi.
PARETE VERDE: facciata (o parte di essa) ricoperta da specie vegetali rampicanti e/o ricadenti aggrappate tramite supporti di sostegno alla muratura.
I benefici sono legati alla protezione dall’irraggiamento solare, evitando lo sbalzo termico e dagli agenti atmosferici.
Una parete verde esposta ad est e ad ovest permette di proteggere dai raggi perpendicolari durante la stagione estiva. Uno svantaggio può esserci esserci nel momento in cui si dovesse intervenire per la manutenzione della finitura di supporto.
Nel caso di vegetazione sempreverde, nella stagione invernale le foglie ricurve l’una sull’altra fanno da manto di protezione da vento, acqua e neve.
Le pareti vegetate, differenti da quelle verdi, sono costituite da una ridotta struttura verticale che mantengono sia gli elementi vegetali che gli impianti di irrigazione.
Di fatto si presenta come una parete ventilata, con una sottostruttura di supporto degli elementi che crea un’intercapedine con la parete.
L'INVOLUCRO TRASPARENTE
Negli anni di studio è cresciuta la necessità di creare involucro trasparenti come filtro dinamico, con le necessità energetiche che variano dall’ambiente esterno. L’evoluzione dei materiali accentua la loro capacità di interagire con la radiazione solare, richiedendo le caratteristiche di trasparenza e la capacità di filtrare il flusso solare.
Nel commercio sono presenti materiali trasparenti capaci di:
- Sfruttare la maggior quantità di energia da irradiamento solare nella stagione invernale ed essere un’ottima schermatura nelle stagioni estive
- Modulare la trasparenza degli interni durante il giorno
- Orientare e distribuire negli ambienti interni per ridurre l’illuminazione artificiale
Nel settore della costruzione vengono impiegati i seguenti involucri trasparenti:
- Vetri assorbenti: vetri normali a cui vengono aggiunti ossidi metallici coloranti nel miscuglio vetrificabile. Controllano l’irraggiamento solare per assorbimento energetico in proporzione allo spessore della lastra.
- Vetri riflettenti: vengono miscelati ossidi metallici su una delle facciate, permettendo una riflessione di una quota di energia solare. Le proprietà ottiche, termiche ed estetiche variano dal tipo di ossido metallico.
- Vetri bassoemissivi: sono presenti metalli e/o ossidi di metalli che mantengono un’alta trasmissione luminosa e riducono le dispersioni di calore. Questo sistema viene inserito in uno a vetrocamera. È consigliato usarlo in luoghi con climi freddi e temperati. In quelli più caldi è consigliata avere questi esposti verso nord.
- Vetri a controllo solare: hanno una buona trasmissione luminosa, riflettendo l’energia solare verso l’esterno, evitando così il surriscaldamento negli ambienti interni. È spesso consigliato nei climi caldi, riducendo la climatizzazione degli ambienti.
- Vetri selettivi: si ottengono tramite deposizione sottovuoto di più strati di metalli su un vetro e si caratterizzano per l’elevata trasmissione luminosa, il limitato apporto generico e i bassi valori di emissività. Consigliato in climi particolarmente variabili durante l’anno.
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Capitolo 3: materiali, tecnologie e sistemi per involucri innovativi ad alte prestazioni – 4° parte
MATERIALI ISOLANTI TRADIZIONALI E INNOVATIVI - IV PARTE
PCM (PHASE CHANGE MATERIALS)
PCM: italiano “materiali ad accumulo termico variabile”
I PCM non sono propriamente materiali isolanti, ma simulano l’inerzia termica modificando il proprio stato (da liquido a solido e viceversa) in base alla temperatura dell’ambiente. I materiali più utilizzati sono costituiti da paraffine o Sali idrati contenuti in capsule di polimetilmetacrilato.
Il cambio del loro stato avviene tramite la cessione del calore; questo permette di stabilire passivamente la temperatura degli ambienti interni.
Le microcapsule vengono generalmente inglobati negli intonaci di finitura, nelle miscele di calcestruzzo o in pannelli di gesso.
Di fatti sono consigliati in ambienti dove c’è ridotta inerzia termica (soluzione leggere e stratificate a gesso); questi contribuiscono ad una leggera fluttuazione della temperatura degli ambienti, mantenendola negli standard di comfort abitativo (20-26°C).
I PCM possono essere utilizzati:
- Su superfici esterne per ridurre gli effetti di carichi termici estivi
- Su superfici interne per permettere la trasmissione del calore nelle ore notturne durante l’accumulo in quelle diurne.
LE PARETI VENTILATE
Le pareti ventilate sono le soluzioni più tecnologicamente più innovative.
Vengono impiegate sia nelle nuove costruzioni, sia per il recupero architettonico – prestazionale di edifici esistenti.
Viene applicato alle pareti esterne con sistemi a secco, cioè con fissaggi meccanici o chimico – meccanici, il lato non in vista rimane separato dal fronte di parete retrostante, al quale viene applicato uno strato di termoisolante (di solito non idrofilo) tramite un’intercapedine sottile che permette la circolazione dell’aria dentro al rivestimento.
Sul mercato sono presenti:
- Pareti ventilate: dotate di griglie di presa ed evacuazione aria. Nella stagione estiva permette un’efficiente ventilazione nell’intercapedine permettendo di smaltire una buona parte di calore ed evitare l’eccessivo ingresso nell’edificio nella stagione invernale la chiusura completa delle griglie e la formazione di un’intercapedine “cuscinetto” consente una ridotta trasmittanza termica della facciata.
- Pareti microventilate: sono caratterizzate da un rivestimento a giunti aperti che permette la copertura dagli agenti atmosferici del retrostante pacchetto di chiusura restando nella posizione di perfetto funzionamento.
A livello di prestazioni, le pareti ventilate hanno una minore sensibilità all’acqua battente e alla combinazione acqua e vento; hanno una minore probabilità di insorgenza di difetti.
Adatti per edifici alti e isolati.
I vantaggi dell’utilizzo delle pareti ventilate, che permettono la realizzazione di edifici “a energia zero” sono:
- nella stagione estiva di ridurre il carico termico grazie alla parziale riflessione della radiazione solare sulla facciata da parte del rivestimento ed alla ventilazione dell’intercapedine tra isolante e rivestimento. L’energia assorbita viene trasmessa da facciata esterna ad interna con un ritardo dipendente dalle caratteristiche dello schermo esterno.
- Realizzazione isolamento omogeneo e continuo, che permettono un controllo dei ponti termici sulle varie facciate
- Incremento spessore senza particolari difficoltà tecniche ed economiche, permettendo un comportamento energetico conservativo e riducendo ai minimi il fabbisogno energetico.
Lo spessore che di solito viene impiegato per le pareti ventilate sono 15-25 cm, che possono ridursi a 10cm secondo le particolari geometrie dell’edificio in questione.
Maggiore è la distanza tra lo strato isolante e gli elementi di finitura della muratura maggiore sarà il peso che dovrà avere per resistere all’azione del vento. L’utilizzo di pannelli sottili, quali in aerogel o sottovuoto, sono raccomandabili in quanto più sottili.
LE CHIUSURE STRATIFICATE A SECCO
Le soluzioni tradizionali nell’edilizia sono i blocchi in laterizio o in calcestruzzo e isolanti termici; questo fa sì che le chiusure raggiungono anche 40cm di spessore.
La tecnologia a secco si propone come alternativa, soluzione diversa dalla costruzione blocco su blocco e cassero e riempimento con una soluzione in latero – cementizio.
Una costruzione a secco è formata da:
- Struttura
- Involucro esterno
- Partizioni interne con predisposizione impiantistica
Le pareti multistrato a secco hanno valori di massa sufficientemente bassi, ma una forte resistenza termica, isolamento acustico e resistenza al fuoco. La bassa trasmittanza è dovuta dalla tipologia dei vari strati della parete.
Questo metodo innovativo guarda l’ecosostenibilità, in quanto minimizza l’impiego di materiale per la creazione in confronto alle prestazioni fornite; generalmente si usano materiali biocompatibili e in parti riciclabili.
In cantiere, in fase di installazione degli elementi a secco, è necessario a volte seguire solo le istruzioni di montaggio in grado di integrare involucro, struttura e impianti.
Altro scopo è quello di minimizzare le operazioni in cantiere; questo significa creare pannelli preassemblati e collegarli successivamente in cantiere.
La poca diffusione di questa tecnologia è dovuta dalla convinzione che la durata dei materiali sia inferiore rispetto ai sistemi tradizionali; inoltre, le operazioni di manutenzione o di modifica sono più facili, oltre che ad avere costi ridotti per i rinnovi degli ambienti e la destinazione d’uso.
I tempi di costruzione sono più rapide in quanto non richiedono i tempi di evaporazione dell’acqua come nei sistemi ad umido.
Inoltre, in zone sismiche, il sistemo a secco permette di avere una struttura elastica, resistente e dal peso contento limitando gli effetti di deformazione, riducendo la possibilità di avere cedimenti.
Le strutture a secco permettono una rapida ispezione degli impianti, lo smaltimento di aree che hanno concluso il ciclo di vita e poterle eventualmente riciclare.
Per avere un ottimo isolamento termico è necessario combinare un buon involucro; le chiusure vanno ben analizzate per avere una buona tenuta dell’aria e una buona insonorizzazione.
Per la tenuta dell’aria è necessario utilizzare dei teli per l’isolamento acustico c’è bisogno di creare una parete, sempre leggera, ma che rispetti 3 parametri:
- Spessore e tipologie di lastre di rivestimento
- Spessore intercapedine
- Coibentazione dell’intercapedine stessa
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Capitolo 3: materiali, tecnologie e sistemi per involucri innovativi ad alte prestazioni – 3° parte
MATERIALI ISOLANTI TRADIZIONALI E INNOVATIVI - III PARTE
VIP (VACUUM INSULATION PANELS)
I pannelli VIP hanno una conducibilità termica di 0,003 – 0,005 W/mK, grazie al vuoto atmosferico all’interno dei pannelli riducendo la trasmissione di calore per conduzione e per convenzione.
I pannelli sono costituiti da un nucleo in perossido di silicio o in aerogel rivestito da un foglio in plastico in alluminio. A uno spessore da 5 a 10 volte inferiore a quello di un isolante tradizionale. Il loro impiego principale sono negli interventi di riqualificazione o di ristrutturazione, dove lo spazio per isolante termico è sempre ridotto. L’alterazione del vuoto, dovuto a una rottura, riduce drasticamente le prestazioni termiche; quindi, è richiesta particolare attenzione durante la fase di posa. Una soluzione per evitare eventuali rotture e la posa di quelli prefabbricati (all’interno di pannelli sandwich) per garantire la protezione.
ISOLANTI SOTTILI MULTISTRATO RIFLETTENTI
Sono composti da una o più superfici abbassa emissive età con uno o più intercapedini d’aria. I materiali agiscono sulla riduzione dell’energia trasmessa per irraggiamento da una superficie all’altra in un’intercapedine con moti convertivi in atto. Garantiscono una limitazione di flussi di calore tramite il controllo degli effetti conduttivi, convettivi e radioattivi nella stagione sia calda che fredda. I film riflettenti metallici sono assemblati con strati intermedi in ovatta e sintetiche e naturali, schiume, pellicole in polietilene,… Che intrappolano dell’aria ferma. I materiali isolanti tradizionali sfruttano l’aria ferma racchiusa all’interno; i sistemi isolanti e riflettenti operano su tutte le modalità di trasferimento del calore. Le pellicole metalliche li riducono lo scambio termico per radiazione; la formazione di camere d’aria ferma all’interno e all’esterno delle cavità riducono la trasmissione del calore per conduzione/convenzione.
La caratteristica di questi materiali è la loro predisposizione ad interventi edili, dove lo spazio per inserire isolante è estremamente ridotto; la sua fase di montaggio è estremamente delicata e può influenzare il corretto funzionamento ipotizzato nel progetto. Nella scheda tecnica del prodotto viene riportata la presenza di due lame d’aria, che consentono di lavorare su entrambe le facce dell’isolante, riducendo gli scambi termici radiativi, migliorando il comportamento termico della parete. Una pratica comune per la posa di questi isolanti e l’utilizzo di listelli in legno, per la tesatura e il fissaggio dello strato coibente, che viene con graffette metalliche. L’uso del legno serve per non mettere in contatto gli elementi di tipo metallico e il parametro murario, garantendo la funzionalità del sistema.
L’intercapedine tra muratura isolante deve contenere aria ferma e non deve comunicare con l’ambiente esterno, altrimenti la coibentazione avrà effetti ridotti. L’utilizzo di nastri adesivi bassoemissivi in alluminio aiuterà ulteriormente a sigillare.
Gli isolanti multistrato riflettenti hanno un comportamento simile alla barriera vapore. La formazione di condensa sulla faccia calda dell’isolante nella stagione invernale altera i valori di remissività dei fogli riflettenti causerà deterioramento nel tempo.
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Capitolo 3: materiali, tecnologie e sistemi per involucri innovativi ad alte prestazioni – 2° parte
MATERIALI ISOLANTI TRADIZIONALI E INNOVATIVI - II PARTE
AEROGEL
Aerogel è un materiale leggero, con elevata coibenza termica e trasparente; è formato da 96/98% di aria il restante 2/4% da matrice porosa a struttura microcellulare aperta. Le sue proprietà sono assimilabili a quelli del vetro. Oltre alla sua elevata resistenza è anche un materiale fragile: sostiene un massimo di 1000 volte il suo peso, ma si rompe se maneggiato in modo errato. Assicura una buona trasmissione e diffusione della radiazione luminosa. Se esposto all’acqua, può subire modifiche strutturali con il suo deterioramento; per ovviare questo rischio si applicano trattamenti chimici.
Aerogel può essere integrato negli intonaci o come supporto di rinforzo con geosintetici in poliestere feltrati.
L’uso di queste tecniche riduce le quantità dei materiali utilizzati, rispetto a isolanti tradizionali. Il risparmio lo si nota negli interventi di riqualificazione edilizia per gli spazi ridotti disponibili che con l’impiego di materiali tradizionali modificherebbe le soluzioni costruttive con tecnologie innovative. Questo materiale è utilizzato anche negli ambienti interni, dato il poco spessore impegnato alla posa, incrementando le prestazioni delle chiusure. Infatti, non è necessario smontare o modificare davanzali e serramenti.
L’aerogel viene impiegato anche per soluzioni in involucri trasparenti ad alte prestazioni. Per questo utilizzo sono presenti sul mercato:
- in forma granulare, che permette di riempire l’intercapedine delle vetrocamere. Da utilizzare nel momento in cui è necessario un elevato isolamento termico e non è necessaria l’illuminazione naturale per l’ambiente
- in forma monolitica, costituita da lastre da inserire tra due vetri come isolante. Offrono un buon equilibrio tra trasmissione della radiazione luminosa ed isolamento termico. Questa soluzione resta la più indicata nell’edilizia residenziale
L’aerogel può essere utilizzato nei pannelli in policarbonato di tipo alveolare, migliorando la trasmittanza e mantenendo una buona trasmissione luminosa. Il materiale non ingiallisce nel tempo ed è completamente riciclabile nel caso di smaltimento.
Un utilizzo particolare di questo materiale è come materassino, al posto dell’isolante tradizionale, riducendo lo spessore del pannello solare termico.
Unico svantaggio di questo materiale è il costo della produzione.
TIM (TRANSPARENT INSULATIONS MATERIALS)
T.I.M. (in italiano Materiali Isolanti Trasparenti) sono materiali di ultima generazione che stanno riscuotendo successo negli edifici situati in luoghi climatici freddi. Il materiale di base è di tipo sintetico, ha una buona trasmissione e diffusione della radiazione solare e si può lavorare formando una struttura a nido d’ape. Questa forma consente di limitare la trasmissione di calore per convenzione irraggiamento.
Hanno proprietà simili ai componenti opachi (bassi valori di conducibilità termica e buoni livelli di trasmissione delle radiazioni solari); i valori trasmissione con TIM a nido d’ape possono superare il 90% (con incidenza normale) o l’80% (con incidenza diffusa).
Possono essere utilizzati come:
- Pannelli isolanti trasparenti
- Pannelli esterni di sistemi di accumulo termico passivo
- Componenti trasparenti in grado di migliorare la qualità dell’illuminazione
- Sistemi integrati in grado di aumentare la captazione solare di collettori solari termici
- Sistema di buona trasmittanza termica all’interno di sistemi a vetrocamera
CAPTAZIONE TERMICA: tecniche passive di costruzione di un edificio, che utilizza materiali isolanti per ottimizzare le condizioni termiche interne di una costruzione.
CAPTAZIONE SOLARE (O MURO SOLARE): tecnica che prevede un controllo del flusso di calore, controllato dall’uomo tramite un isolante termico, che ha bocchette d’aria che permettono di gestire l’ingresso del calore solo quando viene deciso di farlo entrare.
Nei sistemi di accumulo solare il TIM permette l’accumulo termico con la successiva trasmissione di calore alla retrostante massa muraria che lo rilascerà nell’ambiente interno gradualmente (funzione di magazzino dell’energia termica).
In luoghi con clima mediterraneo c’è il rischio del surriscaldamento nella stagione calda. Per ridurre questo pericolo è necessario un buon sistema di schermatura.