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Come scegliere l’isolante termico giusto

Prestazioni meccaniche, resistenza all'acqua, comportamento acustico, resistenza al fuoco: sono molti i parametri da considerare per scegliere l'isolante termico giusto. Il focus tecnico

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I materiali presentano caratteristiche e prestazioni funzionali molto diverse tra loro. Spesso accade che, per abitudine, limitata conoscenza, paura di non sbagliare o costi del materiale, si utilizzi lo stesso prodotto con le medesime modalità applicative. Un buon progettista deve saper confrontare le peculiarità di materiali e isolanti per farne un uso appropriato e raggiungere così l’obiettivo del progetto: comfort e soddisfazione di chi abiterà quell’ambiente.

Scegliere l’isolante termico
La conducibilità termica λ [W/mK] esprime l’attitudine di un materiale a condurre il calore. Il potere isolante è tanto migliore quanto più basso è il valore di λ. Tuttavia la scelta dell’isolante, oltre che dalla sua conducibilità, dipende dai requisiti funzionali che deve assolvere nella struttura. In certi contesti il requisito prevalente potrebbe essere la massa per privilegiare l’elevato sfasamento termico, in altri la reazione al fuoco, oppure la resistenza a compressione o una maggiore diffusione al vapore. È di estrema importanza conoscere caratteristiche e dati tecnici dei materiali isolanti per poter effettuare le scelte più adeguate al contesto specifico di applicazione.

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Prestazioni meccaniche
La resistenza meccanica a compressione è uno dei principali requisiti da valutare. L’isolante schiacciandosi, per effetto dei carichi, offre una resistenza termica minore (R=s/λ) e può causare fessurazioni in altre parti della struttura. Si pensi, ad esempio, agli impieghi sotto massetto e in copertura in cui l’uso di pannelli portanti è fondamentale per garantire la pedonabilità o carrabilità. O ancora alla zoccolatura dei sistemi a cappotto dove è richiesta una resistenza maggiore agli urti. La resistenza a compressione al 10% di deformazione è un indice del carico diffuso che il prodotto è in grado di sopportare con una deformazione massima del 10%. In determinate applicazioni, come l’isolamento delle platee di fondazione o nelle coperture adibite a parcheggio per automezzi, è importante conoscere la resistenza a compressione a lungo termine con deformazione (schiacciamento) del 2% in 50 anni. Questo perché, in relazione ai carichi permanenti agenti sulla struttura e alla vita utile della struttura, la sostituzione del pannello nel tempo non è cosa semplice. Un terzo parametro che caratterizza il comportamento a compressione dell’isolante è la resistenza al carico concentrato Fp (a punzonamento) che può essere determinato dal carico pedonale, da assi e da altri materiali impiegati negli interventi di installazione. Anche la resistenza a trazione assume una certa rilevanza, specialmente per le applicazioni a cappotto.

Resistenza meccanica: normative uni e codici di designazione

1. Resistenza a compressione al 10% di schiacciamento
La normativa di riferimento è la UNI EN 826 “Isolanti prodotti in fabbrica – Determinazione del comportamento a compressione”. Fornisce come risultati della prova la sollecitazione alla quale il pannello si deforma con schiacciamento del 10%, o la resistenza a compressione massima raggiunta quando la deformazione a snervamento o rottura è minore del 10%. Nelle schede tecniche e nelle etichette CE deve essere riportato il più piccolo valore secondo le seguenti modalità:
• CS(10)100 = sollecitazione che provoca la deformazione del 10% è di 100 kPa (ed è minore della resistenza massima a compressione);
• CS(Y)100 = è la resistenza a compressione e vale 100 kPa (si tenga conto che non tutti gli isolanti arrivano elasticamente al 10% della deformazione ma possono rompersi prima);
• CS(10\Y)100 = non è possibile individuare il valore minimo tra i due sopra descritti ed entrambi valgono 100 kPa.
2. Resistenza a compressione a lungo termine con una deformazione massima del 2%
La normativa di riferimento è la UNI EN 1606 “Isolanti termici per edilizia – Determinazione dello scorrimento viscoso a compressione”. Il metodo di calcolo permette in base alla durata della prova (122, 304, 608 giorni) di estrapolare il comportamento rispettivamente a 10, 25 e 50 anni e di valutare il livello di carico che il corrispondente manufatto può sopportare nel periodo di vita mantenendo caratteristiche fisico-meccaniche e dimensionali sostanzialmente simili a quelle del campione iniziale e adeguate ai requisiti dell’applicazione. Nelle schede tecniche e nelle etichette CE il comportamento viscoso viene indicato con la sigla CC(i1/i2/y)σc dove i1 è la deformazione totale (espressa in % o mm), i2 è la deformazione viscosa (espressa in % o mm) dopo y anni e #c è il valore della pressione (in kPa) permanente costante. Esempio:
• CC(2/1,5/50)250 = durante un tempo di applicazione di 50 anni di un carico costante di 250 kPa, il pannello mostra una deformazione viscosa dell’1,5% con una riduzione complessiva di spessore del 2%.
3. Resistenza a carico concentrato
La normativa di riferimento è la UNI EN 12430 “Determinazione del comportamento sotto carico concentrato”. Fornisce come risultati i millimetri di deformazione a seguito dell’applicazione di un carico concentrato (in Newton). Nelle schede tecniche e nell’etichetta CE viene indicato con la sigla:
• PL(i)s, dove i rappresenta la deformazione in mm e s il carico massimo in intervalli di 50 N.
4. Resistenza a trazione
La normativa di riferimento è la UNI EN 1607 “Determinazione della resistenza a trazione perpendicolare alle facce del prodotto”. Viene riportata nelle schede tecniche e nell’etichetta CE con il codice:
• TR50, dove il numero rappresenta la sollecitazione espressa in kPa.

Influenza dell’acqua sulle prestazioni e sulla durabilità
L’acqua è il nemico numero uno degli isolanti. Con un lambda da 10 a 20 volte maggiore determina un peggioramento del potere isolante e delle prestazioni a lungo termine (durabilità e resistenza meccanica). Per questo motivo, nelle applicazioni quali zoccolature dei sistemi a cappotto, tetti rovesci o platee di fondazione, è fondamentale scegliere un isolante resistente all’umidità e all’acqua.
Nella Figura 1 si può notare come una piccolissima percentuale d’acqua (5-10% del volume complessivo) porti a un peggioramento della conducibilità termica che nel caso di materiali igroscopici tende a essere doppia rispetto a quella iniziale. Quanto più l’assorbimento di umidità è basso, tanto minore è il degrado delle prestazioni isolanti. Gli isolanti a celle chiuse aiutano il materiale a resistere alla penetrazione di umidità.

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Figura 1 – Variazione della conducibilità termica in funzione dell’aumento del contenuto di umidità del materiale [fonte UNI 10456 – tratto da articolo di Andrea Ursini Casalena “Assorbimento d’Acqua e Conduttività Termica dei Materiali Isolanti]

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Comportamento acustico
Potrebbe essere necessario associare alle caratteristiche termiche quelle acustiche (ad esempio pareti di separazione tra diverse unità abitative, isolamento acustico di facciata, ecc.). In generale l’isolamento acustico presenta differenti necessità da quelle termiche: un ottimo isolante termico come il polistirene si comporta con il suono in modo d’amplificarlo. Gli isolanti acustici, che sono in generale materiali a cellule aperte, sono spesso pessimi isolanti termici e viceversa. Gli isolanti fibrosi come le fibre minerali, i poliuretani espansi a celle aperte, le fibre vegetali, le fibre di poliestere, sono materiali fonoassorbenti (cioè dissipano nelle loro cavità d’aria l’energia trasportata dal suono in attrito viscoso determinando un impercettibile aumento di temperatura). Tra i parametri da prendere in considerazione la resistività al flusso d’aria dei materiali porosi, caratteristica intrinseca del materiale indipendente dalle dimensioni e dallo spessore, rappresenta la proprietà dei materiali di lasciarsi penetrare dall’aria e di impedirne il passaggio dal lato opposto e consente di valutare indirettamente le proprietà di assorbimento e attenuazione acustico.

Reazione al fuoco
La reazione al fuoco indica il comportamento dell’isolante quando è esposto direttamente a una fiamma di innesco. È una proprietà molto complessa che dipende da vari parametri, di cui i principali sono:
– infiammabilità: intesa come capacità di un materiale di entrare e permanere in stato di combustione, con emissione di fiamme e/o durante l’esposizione a una sorgente di calore;
– velocità di propagazione delle fiamme: intesa come la velocità con la quale il fronte di fiamma si propaga in un materiale;
– gocciolamento: inteso come la capacità di un materiale di emettere gocce di materiale fuso dopo e/o durante l’esposizione a una sorgente di calore;
– post-incandescenza: presenza di zone incandescenti dopo lo spegnimento della fiamma (ad esempio brace) che potrebbero innescare nuovamente il fuoco;
– sviluppo di calore nell’unità di tempo: inteso come la quantità di calore emessa nell’unità di tempo da un materiale in stato di combustione (potere calorifico);
– produzione di fumo: intesa come la capacità di un materiale di emettere un insieme visibile di particelle solide e/o liquide in sospensione nell’aria risultanti da una combustione incompleta in condizioni definite;
– produzione di sostanze nocive: intesa come capacità di un materiale di emettere gas e/o vapori in condizioni definite di combustione.

La prestazione di reazione al fuoco viene definita dal sistema delle Euroclassi (norma UNI EN 13501-01) sulla combinazione di diversi test armonizzati (UNI EN 11925-2 e UNI EN 13823). Secondo tale norma gli isolanti sono raggruppati in 7 classi (vedi Tabella 1) come qui di seguito descritto.
• La classe al fuoco F è attribuita a prodotti per i quali non si determina la reazione al fuoco. Possono appartenere a questa classe anche materiali che, pur essendo costituiti da prodotti che hanno un’ottima reazione al fuoco, sono accoppiati o rivestiti con materiali combustibili.
• Le classi di reazione al fuoco dalla E alla B s(x) d(x) sono attribuite a prodotti di natura organica o inorganica a elevato contenuto organico. La classe al fuoco E si attribuisce eseguendo un test di piccola fiamma, mentre le classi dalla D alla B si attribuiscono sulla base del metodo di prova definito dalla norma armonizzata UNI EN 13823 (SBI), eseguendo un pre-test di piccola fiamma della durata di 30 secondi.
• La classe di reazione al fuoco A1 e A è attribuita a prodotti di natura inorganica. In questo caso il test SBI è integrato con la misura del potere calorimetrico (UNI EN 1716) e la prova di incombustibilità (UNI EN 1182).

Oltre alla classe di reazione al fuoco, sono attribuiti ai materiali il livello di produzione di fumo (indicato con il simbolo “s” (smoke) seguito da un numero) e l’attitudine a rilasciare gocce incandescenti (indicata con la lettera “d” (drops) seguita da un numero vedi Tabella 2). Così si potrà apprezzare la differenza tra due prodotti entrambi di classe B aventi il primo s1, d0 e il secondo s1, d1: il primo potrà essere applicato a soffitto nelle vie di esodo, il secondo no.

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Ciò è importante poichè le prescrizioni legislative per le attività sottoposte a prevenzione incendi prevedono, sia per i prodotti da costruzione sia per i materiali isolanti, diversi livelli prestazionali in funzione della destinazione d’uso dell’edificio, del tipo di ambiente dove sono installati (vie di esodo o altri ambienti) e del tipo di applicazione (pavimento, parete o copertura). Nel caso degli isolanti è prevista un’ulteriore differenziazione sulla base delle modalità di installazione: a vista (applicazione poco comune nella normale pratica edilizia) o protetti da altri materiali. In Tabella 3 si riportano le prescrizioni italiane per gli edifici sottoposti a prevenzione incendi previste dal D.M. 15 marzo 2005, parzialmente modificato dal D.M. 16 febbraio 2009. Si segnala che negli ambienti diversi dalle vie di esodo, possono essere installati materiali isolanti in Euroclasse E purché siano protetti da materiali aventi resistenza al fuoco EI30, come ad esempio i laterizi forati da 8 cm e il cartongesso. Infine, le norme armonizzate per la marcatura CE degli isolanti prevedono la possibilità di valutare la reazione al fuoco di strutture contenenti isolanti termici nelle reali condizioni d’impiego (end use condition). Nel caso dell’applicazione dell’isolamento a cappotto i benestare tecnici europei ETA prevedono, ad esempio, il test dell’intero kit applicato a una parete campione.

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Caratteristiche igrometriche
Alcuni isolanti sono più traspiranti di altri. Il parametro che definisce la capacità di resistere al flusso di vapore è il coefficiente μ “fattore di resistenza al vapore”. Più basso è μ, più traspirante è il materiale. Per confrontare materiali diversi si utilizza lo spessore equivalente d’aria Sd pari al prodotto di μ per lo spessore.

Conducibilità termica dichiarata e di progetto
Per tutti gli isolanti soggetti a marcatura ce, vedi elenco in tabella 4, il produttore deve riportare il valore di conducibilità termica, detta “conducibilità dichiarata (λd)”, ottenuta mediante una prova di laboratorio a una temperatura media di riferimento di 10 °c con campioni stagionati in un ambiente a 23 °c e 50% di umidità relativa e testati in condizioni di invecchiamento (vedi figura 2).

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In linea generale le condizioni di laboratorio rispecchiano il comportamento dell’isolante nella stagione invernale (in una parete con cappotto, l’isolante, in mezzeria, si troverà a una temperatura circa pari a quella di prova). Poiché la conducibilità è influenzata sia dalla temperatura sia dall’umidità, qualora il progettista preveda condizioni di esercizio diverse da quelle di laboratorio, il valore λD deve essere corretto e trasformato in conducibilità di progetto (λd), per tener conto delle reali condizioni d’uso dell’isolante. I fattori di correzione della temperatura (fT) e dell’umidità (fm) sono riportati, in funzione della natura dell’isolante, nella norma UNI EN 10456. La conducibilità di progetto (λD) riferita alla nuova condizione 2 di temperatura T2 e umidità relativa u2 (se espressa come rapporto massa su massa) oppure ψ2 (se espressa come rapporto volume su volume) si ricava dalla λD riferita alla condizione 1, caratterizzata da temperatura T1 e umidità relativa u1 o ψ1 attraverso la formula:

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Ad esempio, nell’isolamento dall’interno con isolanti igroscopici, il contenuto di umidità porta a un peggioramento della conducibilità termica. In Figura 3 un esempio di calcolo di λd per una lana di legno il cui valore dichiarato 0,065 W/mK (relativo alle condizioni 10 °C e UR 50%) diventa 0,069 W/mK di progetto ipotizzando una condizione di esercizio di 10 °C e UR 80%. Per quanto riguarda gli isolanti non soggetti a una norma armonizzata, il progettista deve conoscere le condizioni di prova effettuate dal fabbricante per capire se il dato riportato nella scheda tecnica possa essere assimilato a una conducibilità termica dichiarata o meno. In caso negativo, attraverso la formula sopra riportata deve riportarsi prima a un valore “dichiarato” e da questo a quello di “progetto”.

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Questo articolo è tratto dal nuovo Quaderno Tecnico Bigmat “Isolamento termico in edilizia”, l’ultimo pubblicato nella collana rivolta ai progettisti. Ogni quaderno tecnico riporta sempre la teoria e la normativa di riferimento, ma anche le soluzioni più idonee per ogni problematica del costruire.

Per consultare o scaricare il quaderno tecnico, visita questa pagina.

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