Involucro: Strati e Materiali PDF

Progettazione Costruzioni e Impianti Involucro: strati e materiali Prof. E. Costalunga  Progettazione Costruzioni e Impianti Involucro: strati e materiali Prof. E. Costalunga Della...

Progettazione Costruzioni e Impianti Involucro: strati e materiali Prof. E. Costalunga  Progettazione Costruzioni e Impianti Involucro: strati e materiali Prof. E. Costalunga Della vastissima produzione dei materiali isolanti si è scelto di trattare in particolare cinque tipi, tra i più diffusi e più flessibili nelle applicazioni e nella collocazione. Per la scelta di un isolante è indispensabile la conoscenza delle proprietà termoigrometriche, fisiche e meccaniche del materiale; per le scelta di un isolante sostenibile è indispensabile la conoscenza degli indicatori ambientali. Gli isolanti sintetici (EPS, XPS e PUR), energivori e alto-emissivi, sono avversati dalla bioedilizia , che accetta soltanto - e solo per particolari casi - l’utilizzo del polistirene estruso. Il tuareg si protegge dal calore con strati di lana, ottimo isolante naturale. Materiali isolanti  Progettazione Costruzioni e Impianti Involucro: strati e materiali Prof. E. Costalunga 1. Introduzione I materiali isolanti si possono classificare in: materiali fibrosi: la presenza di un reticolo di fibre (naturali oppure artificiali) permette di trattenere aria all’interno del materiale stesso. Appartengono a questa categoria: lana di vetro, lana di roccia, lana e fibra di legno, fibre di poliestere, ecc. materiali cellulari: la presenza di elementi chiusi materiali cellulari (come cellule) che trattengono l’aria al loro interno rende questi materiali leggeri e molto isolanti. Appartengono a questa categoria: polistirene, poliuretano, vetro cellulare, ecc. materiali porosi: la presenza di cavità e cunicoli materiali porosi all’interno del materiale garantisce che l’aria rimanga all’interno permettendo buoni livelli di isolamento. Appartengono a questa categoria: argilla espansa, vermiculite, cemento cellulare, ecc. Materiali isolanti  Progettazione Costruzioni e Impianti Involucro: strati e materiali Prof. E. Costalunga A queste categorie si può aggiungere quella dei materiali riflettenti: essi hanno la capacità di riflettere il calore verso l’ambiente più caldo (l’interno delle abitazioni in inverno, l’ambiente esterno in estate). Al contrario di quelli appartenenti alle altre tipologie, questi materiali non trattengono al loro interno aria ferma, ma isolano mediante la loro differente proprietà fisica. Materiali isolanti  Progettazione Costruzioni e Impianti Involucro: strati e materiali Prof. E. Costalunga I materiali isolanti sono caratterizzati da particolari valori di conducibilità termica. In linea generale è possibile distinguere i materiali in funzione del loro valore di conducibilità termica λ. materiali isolante: λ minore di 0,065 W/mK materiali debolmente isolanti: λ compreso tra 0,065 e 0,090 W/mK materiali non isolanti: λ maggiore di 0,090 W/mK Per quanto riguarda la caratteristica di isolamento si definiscono materiali isolanti o meno a seconda del valore della conduttività del materiale. M MATERIALE a Non isolante Debolmente isolante Isolante > 0,090 W/mK 0,065 - 0,090 W/mK < 0,065 W/mK Materiali isolanti  Progettazione Costruzioni e Impianti Involucro: strati e materiali Prof. E. Costalunga Il valore di λ è indicato in modo chiaro in tutte le schede tecniche. La scelta di un materiale da utilizzare in cantiere dipende da molteplici fattori tra i quali sicuramente il principale è certamente la conducibilità termica. Attenzione: due materiali con lo stesso parametro λ non è detto che siano intercambiabili tra di loro perché la scelta dell’uno o dell’altro dipende anche da fattori differenti come la presenza di umidità, la resistenza al fuoco ecc. Materiali isolanti  Progettazione Costruzioni e Impianti Involucro: strati e materiali Prof. E. Costalunga In questa unità saranno presi in esame solo alcuni isolanti tra quelli più utilizzati per la coibenza dell’involucro edilizio: Fibra di legno (WF) Lana di roccia (MW) Polistirene espanso (EPS) Polistirene estruso (XPS) Poliuretano espanso (PUR) Materiali isolanti  Progettazione Costruzioni e Impianti Involucro: strati e materiali Prof. E. Costalunga Verrà inoltre analizzata un’altra tipologia di materiale isolante: il vetro cellulare e il vetro granulare espanso, anche se hanno limitate applicazioni, meritano comunque un approfondimento perché le loro proprietà di isolamento e resistenza alla compressione li rendono indispensabili in situazioni specifiche. Molte fibre vegetali come canapa, kenaf, lino, cotone e paglia, sono poco diffuse perché, a parità di prestazioni termiche, sono mediamente più costose, di altri materiali, di difficile applicazione per ditte non specializzate e più difficilmente reperibili sul mercato. Esistono comunque parecchi esempi di coibentazione ese- guita con materiala naturali, soprattutto nel Nord Europa dove sono più diffusi gli edifici costruiti con criteri di bioedilizia. FIG. 1: Esempio di casa in legno e paglia. Materiali isolanti  Progettazione Costruzioni e Impianti Involucro: strati e materiali Prof. E. Costalunga Altri isolanti, per quanto validi, hanno un utilizzo limitato a specifiche applicazioni (prodotti sfusi). Per esempio l’argilla espansa, che si presenta in granulo di varie pezzature, è utilizzata come isolante solo in intercapedine, per pareti, coperture, sottofondi, sottotetti non praticabili (FIGURA 2) e canne fumarie. Anche i pannelli di fibra di legno mineralizzata (FIGURA 3) possono essere utilizzati per l’isolamento termoacustico e per la protezione dal fuoco di pareti perimetrali e divisorie, controsoffitti, coperture e solai; talvolta sono anche impiegati nell’isolamento dei pilastri di cemento armato e nel risanamento di murature umide, mentre le fibre sfuse possono essere inserite in sottofondi e massetti alleggeriti. FIGURA 2 FIGURA 3 Materiali isolanti  Progettazione Costruzioni e Impianti Involucro: strati e materiali Prof. E. Costalunga Dei materiali isolanti considerati saranno presi in esame il processo produttivo, con le principali fasi di lavorazione; la tipologia di prodotto, con le modalità di commercializzazione (pannelli, lastre, granuli); le applicazioni, con le modalità di collocazione del materiale nell’involucro edilizio. Le proprietà fisiche, termo-igrometriche e meccaniche, illustrate nella precedente unità, sono riportate nella (TABELLA 2). Il problema dell’impatto ambientale sarà illustrato nel paragrafo 9. Materiali isolanti  Progettazione Costruzioni e Impianti Involucro: strati e materiali Prof. E. Costalunga 2. Fibra di legno - WF La fibra di legno è un materiale naturale, di origine biologica, con ottime proprietà di isolamento termico e acustico. L’elevato calore specifico del materiale gli permette di avere un buon comportamento estivo raggiungendo valori di sfasamento e smorzamento degni di nota. Il materiale è assai poroso e possiede un’elevata capacità termica, permettendo una regolazione dell’umidità. In particolare i prodotti più leggeri possono assorbire e rilasciare umidità in modo rapido ma possono tendere facilmente al rigonfiamento. Le fibre con elevata densità resistono a elevate sollecitazioni a compressione, ma posseggono peggiori proprietà isolanti. Le principali tipologie di prodotto disponibili sul mercato sono: Pannellature con dimensioni variabili comprese tra 56÷78 cm x 100÷250 cm con spessori compresi tra 2 cm e 18÷20 cm; Fibre di legno sfuse da insufflaggio. Materiali isolanti  Progettazione Costruzioni e Impianti Involucro: strati e materiali Prof. E. Costalunga Molto diffusa nel Nord Europa, si sta affermando anche in Italia, soprattutto per la forte espansione delle costruzioni di legno. Anche se non è indispensabile che una casa in legno sia coibentata con fibra di legno, l’elevata densità di questo materiale conferisce a una struttura leggera come il legno un elevato comfort anche nella stagione estiva. A differenza dei pannelli fibrosi minerali, i pannelli in lana di legno non sono vulnerabili all'umidità, e mantengono buone caratteristiche isolanti anche se presentano umidità al loro interno. Materiali isolanti  Progettazione Costruzioni e Impianti Involucro: strati e materiali Prof. E. Costalunga La fibra di legno viene prodotta utilizzando scarti di legname di conifere e latifoglie provenienti da segherie, da silvicoltura sostenibile e da sfoltimento di boschi. Per una maggiore ecologicità, dovrebbe possedere il marchio FSC, che assicura la provenienza da boschi tutelati da una politica ambientale sostenibile e controllata. Gli scarti del legno vengono tagliati, macinati e sfibrati mediante opportuni trattamenti meccanici. I pannelli possono essere prodotti tramite un processo a umido, dove le fibre ricavate vengono impastate con acqua calda (4÷5%), emulsioni idrorepellenti (paraffina 0,5%÷1,5%) e solfato di alluminio (0,5%÷2%). Questo tipo di procedimento garantisce sia le proprietà leganti date dalla resina naturale del legno, sia le prestazioni del materiale dal punto di vista antitarmico e antiparassitario. Per ottenere pannelli idrorepellenti (resistenti all’acqua) può essere aggiunto all’impasto il 10% di una sostanza impermeabilizzante, come: lattice, cera colofònia e altre resine naturali. Materiali isolanti  Progettazione Costruzioni e Impianti Involucro: strati e materiali Prof. E. Costalunga L’impasto viene steso in stampi e, dopo aver asportato l’acqua di processo, viene sottoposto a compressione proporzionale alla densità voluta ed essiccato a 180°C in forni appositi. Con questo tipo di lavorazione si possono ottenere pannelli ad altà densità: da 100 a 300 kg/m³, con un consumo di energia abbastanza ridotto. Per i pannelli di spessori elevati si prevede l’incollaggio di singoli strati con un collante atossico a base di acetato di polivinile. La realizzazione dei pannelli può avvenire anche tramite processo a secco, senza l’utilizzo di acqua o vapore, ma con impiego di diversi leganti: viene aggiunto il 4% di legante poliuretanico (PMDI), prima di sottoporre l’impasto a compressione. viene aggiunta in percentuale variabile fibra sintetica, senza l’utilizzo di legante a base di formaldeide. I pannelli vengono cotti in forni appositi (termofissaggio). Con questo tipo di lavorazione si possono ottenere pannelli a bassa densità: da 45 a 100 kg/m³. Materiali isolanti  Progettazione Costruzioni e Impianti Involucro: strati e materiali Prof. E. Costalunga I pannelli vengono utilizzati per l’isolamento termico e acustico in cappotti interni ed esterni ventilati, intercapedini di strutture in legno, coperture in legno, solai e sottopavimenti a secco per pavimenti di tutti i tipi. L’alta permeabilità al vapore ne preclude invece ogni applicazione a contatto con il terreno, cioè in pareti contro terra o in solai su terreno. Materiali isolanti  Progettazione Costruzioni e Impianti Involucro: strati e materiali Prof. E. Costalunga 3. Lana di roccia - MW La lana di roccia è un materiale di origine minerale, facile da lavorare, impermeabile all’acqua ma non al vapore. Non infiammabile è dotata di un alto punto di fusione (> 1000°C), la lana di roccia è anche un ottimo isolante acustico. Le sue fibre sono resistenti alla muffa, alla putredine e agli insetti. Le principali tipologie di prodotto disponibili sul mercato sono: Pannelli con dimensioni variabili comprese tra 40÷62,5 cm x 80÷200 cm con spessori compresi tra 1,2 cm e 18÷20 cm; Stuoie con dimensioni variabili comprese tra 40÷62,5 cm x fino a 1000 cm con spessori compresi tra 1,5 cm e 7 cm; Rotoli con dimensioni variabili comprese tra 60÷120 cm x fino a 900 cm x 7÷24 cm; Fibre sfuse per imbottiture in sacchi. Materiali isolanti  Progettazione Costruzioni e Impianti Involucro: strati e materiali Prof. E. Costalunga La lana di roccia è un materiale inorganico a base di fibre, generalmente di colore grigio-verde oliva, viene prodotta da diversi tipi di rocce, come diabase, dolomia e calcare. Materiali isolanti  Progettazione Costruzioni e Impianti Involucro: strati e materiali Prof. E. Costalunga Oltre l’utilizzo in edilizia, prodotti speciali a base di lana di roccia a densità e resistenza a compressione elevate vengono utilizzati nelle grandi infrastrutture come isolamento acustico nelle pareti fonoassorbenti e per ridurre le vibrazioni sotto le rotaie ferroviarie. Le materie prime vengono sfuse in bacini a 1400÷1500°C poi condotte in una macchina sfibratrice, che opera diversamente a seconda del produttore. Nel processo di centrifugazione, il liquido scorre su dischi rotanti o tamburi e viene estratto mediante centrifugazione ai lati in forma di fibre. Un processo alternativo avviene per soffiaggio, grazie al quale il liquido viene soffiato fino a formare una sottile fascia e poi sfibrato. Durante questi processi viene aggiunto il legante sciolto in acqua che serve anche a ridurre la formazione di polveri. L’acqua evapora e le fibre si raffreddano con tale rapidità da irrigidirsi come vetro. Successivamente le fibre vengono disposte a strati su un nastro trasportatore e fatte passare attraverso forni a tunnel per l’indurimento del legante, a temperatura di 200÷250°C. Materiali isolanti  Progettazione Costruzioni e Impianti Involucro: strati e materiali Prof. E. Costalunga Il processo permette la stabilizzazione del prodotto. In seguito gli elementi vengono tagliati a misura ed eventualmente rivestiti con bitume o pellicole riflettenti. La lana di roccia può essere applicata su pareti, tetti e solai, a eccezione delle parti contro terra. Materiali isolanti  Progettazione Costruzioni e Impianti Involucro: strati e materiali Prof. E. Costalunga I pannelli, che possono essere tagliati con un’apposita lama o con un taglierino, sono applicabili a tassello. Il materiale deve essere conservato e immagazzinato in luoghi asciutti, al riparo dalle intemperie e posizionato in orizzontale per prevenire deformazioni. L’insufflaggio deve essere effettuato preferibilmente da ditte specializzate e certificate, dotate di macchinari secondo normativa. 4. Polistirene espanso - EPS Il materiale possiede caratteristiche isolanti da buone a molto buone ma non offre una buona resistenza alle sollecitazioni a compressione. L’EPS non è un materiale igroscopico e non permette scambi di vapore con l’ambiente esterno; inoltre, è praticamente impermeabile all’acqua. Le principali tipologie di prodotto disponibili sul mercato sono: Lastre con dimensioni variabili comprese tra 50 cm x 100 cm con spessori compresi tra 1 cm e 30 cm. Materiali isolanti  Progettazione Costruzioni e Impianti Involucro: strati e materiali Prof. E. Costalunga L’EPS è un prodotto polimerico, rigido, di peso ridotto, costituito da carbonio, idrogeno e nel 96÷99% da aria chiusa in celle di dimensioni tali da impedire moti convettivi di scambio termico (pertanto infiammabili e inadatti per l’isolamento acustico). Materiali isolanti  Progettazione Costruzioni e Impianti Involucro: strati e materiali Prof. E. Costalunga Il materiale viene prodotto con stirene: monomero ricavato dal petrolio, agente schiumogeno, ritardante di fiamma HBDC e stabilizzatori. Partendo dallo stirene, in una prima fase di produzione, con l’aggiunta di un agente schiumogeno, grazie ad un processo di polimerizzazione, si ottengono i granuli di polistirene. In una fase successiva il granulato di perle vetrose, di diametro fino a 3 mm, viene espanso con gas pentano inducendo nel materiale un aumento volumetrico pari a 20÷50 volte il volume originario. Il processo avviene tramite un trattamento a base di vapore acque a 90°C, durante il quale l’agente schiumogeno evapora. In questo modo si forma una struttura a celle chiuse, che trattengono l’aria. Nella fase di raffreddamento le perle, plastiche e leggermente collose, vengono sottoposte a un ulteriore trattamento con vapore acqueo a 110÷120°C, detto sinterizzazione, con il quale si forma un materiale della consistenza omogenea. Dopo un ulteriore essiccazione i blocchi di grande formato vengono tagliate in lastre e profilate. Materiali isolanti  Progettazione Costruzioni e Impianti Involucro: strati e materiali Prof. E. Costalunga I prodotti presentano un’ampia gamma di qualità diverse, che dipendono dalla densità e dal grado di saturazione delle perle nel pannello. Le lastre, infatti, possono avere perle grandi, legate con pochi punti di contatto ed essere ricoperte con bitume come materiale impermeabilizzante oppure avere perle piccole con saldature tra cui non resta alcun spazio vuoto. Alcuni prodotti possono essere addizionati con materiali non trasparenti all’infrarosso (R-absorber) che migliorano la resistenza del materiale al passaggio di calore per irraggiamento. Il polistirene espanso (EPS) può essere applicato su pareti, tetti e solai; a cappotto, in intercapedine delle pareti. La bassa resistenza al vapore ne preclude l’utilizzo a diretto contatto con il terreno. Le lastre più sottili possono essere tagliate con cutter, mentre quelle più spesse con sega circolare o a nastro. Durante il taglio si possono rompere alcune particelle, per un taglio preciso si consiglia l’uso di termoseghe o machine a filo caldo. Materiali isolanti  Progettazione Costruzioni e Impianti Involucro: strati e materiali Prof. E. Costalunga Le lastre più sottili possono essere taglia Esempi di applicazioni dell’EPS in edilizia. Materiali isolanti  Progettazione Costruzioni e Impianti Involucro: strati e materiali Prof. E. Costalunga Per la lavorazione in cantiere è consigliabile allestire un’area per la preparazione dei pannelli. Il materiale deve essere conservato ed immagazzinato in luoghi asciutti ad evitare contatto prolungato con liquidi o intemperie e stoccaggio in luoghi ventilati al riparo da fonti di calore, in posizione opportuna a seconda del tipo di prodotto per prevenire deformazioni. Il polistirene espanso immediatamente dopo la formatura può rilasciare quantità elevate di pentano con rischio di esplosione se esposto in spazi chiusi. 5. Polistirene estruso - XPS Il materiale unisce tre caratteristiche importanti: bassa conducibilità termica, elevata resistenza alla compressione e insensibilità rispetto all’umidità. L’XPS è un materiale impermeabile, che in caso di stoccaggio subacqueo non ha bisogno di strati protettivi anche sotto pressione idrica. Il materiale non è idoneo all’isolamento acustico. Materiali isolanti  Progettazione Costruzioni e Impianti Involucro: strati e materiali Prof. E. Costalunga Le principali tipologie di prodotto disponibili sul mercato sono: Lastre con dimensioni variabili comprese tra 60 cm x 125÷250 cm con spessori compresi tra 2 cm e 18 cm. Materiali isolanti  Progettazione Costruzioni e Impianti Involucro: strati e materiali Prof. E. Costalunga L’XPS è un materiale polimerico, rigido, di peso ridotto, prodotto con polistirene liquido, agenti espandenti (biossido di carbonio o fluorocarburi), coloranti e ritardanti di fiamma (esabromociclododecano). Partendo dallo stirene, in una prima fase di produzione, con l’aggiunta di un agente schiumogeno, grazie ad un processo di polimerizzazione, si ottengono i granuli di polistirene. Il granulato lattiginoso e opaco di polistirene viene fuso a temperatura di 200°C all’interno di un estrusore, miscelato con aggregati e trasportato continuamente attraverso una testa di estrusione piana grazie ad un nastro trasportatore. Sotto la pressione, la massa fusa si espande fortemente assumendo una struttura omogenea a celle chiuse che costituiscono il 98% del prodotto con una pellicola plastica su entrambi i lati. Successivamente, dopo un processo di raffreddamento, il materiale plastico viene tagliato nelle dimensioni desiderate e profilato agli spigoli. Materiali isolanti  Progettazione Costruzioni e Impianti Involucro: strati e materiali Prof. E. Costalunga Il polistirene estruso (XPS) può essere applicato in ambienti umidi o a contatto con il terreno, in situazioni di forte sollecitazione da compressione, nella realizzazione di pannellature sandwich isolanti. Nell’isolamento termico di solai, pareti, coperture piane e inclinate, si dimostra assolutamente affidabile e duraturo. Trova particolare applicazione nel tetto rovescio, sistema che prevede la posa dell’isolante sopra il manto impermeabile. Inoltre può essere usato da solo o in accoppiata con cartongesso, pannelli di legno o laminati in plastica o metallici per isolare anche pavimenti, pareti o soffitti. Grazie alle sue proprietà il polistirene estruso è accettato, per applicazioni limitate anche in edifici costruiti con criteri di bioedilizia: negli edifici isolati con materiali altamente igroscopici, come lana di roccia o fibra di legno, è sempre opportuno prevedere a contatto con il terreno una fascia di gocciolamento di circa 60 cm di XPS. Prestazioni dell’involucro e proprietà dei materiali  Progettazione Costruzioni e Impianti Involucro: strati e materiali Prof. E. Costalunga Le lastre più sottili possono essere tagliate con cutter, mentre quelle più spesse con sega circolare o a nastro; per un taglio preciso si consiglia l’utilizzo di termoseghe o macchine a filo caldo. I prodotti con densità elevate possono essere perforati o fresati senza problemi e fissati con chiodi, viti e tasselli. La superficie del polistirene estruso può essere rivestita di tessuto non tessuto (per drenaggi), incisa o piallata. Per la lavorazione in cantiere è consigliabile allestire un’area per la preparazione dei pannelli. I pannelli non temono l’acqua, ma devono essere conservati ed immagazzinati in luoghi riparati dalla luce solare, in quanto i raggi UV possono danneggiare la superficie del prodotto. Prestazioni dell’involucro e proprietà dei materiali  Progettazione Costruzioni e Impianti Involucro: strati e materiali Prof. E. Costalunga 6. Poliuretano espanso - PUR Il poliuretano espanso possiede ottime proprietà di termico ma scarse proprietà di isolamento acustico. Il materiale è permeabile ma nella maggioranza dei prodotti, solitamente, si applicano pellicole che aumentano la resistenza alla diffusione dei gas e del vapore. Il materiale, inoltre, presenta una buona resistenza alla compressione. Il materiale viene commercializzato, soprattutto, in pannellature rivestite con tessuto non tessuto, fibra di vetro, guaine bituminose leggere o strati di rivestimento in alluminio. Prestazioni dell’involucro e proprietà dei materiali  Progettazione Costruzioni e Impianti Involucro: strati e materiali Prof. E. Costalunga Pannellature con dimensioni variabili comprese tra 50÷102 cm x 60÷240 cm con spessori compresi tra 2 cm e 30 cm; Bombolette di schiuma autoespandente per applicazioni di sigillatura puntuale. Prestazioni dell’involucro e proprietà dei materiali  Progettazione Costruzioni e Impianti Involucro: strati e materiali Prof. E. Costalunga Per la produzione del poliuretano si utilizzano principalmente due composti chimici: i polioli e i polisocianati. I polioli sono sostanzialmente degli zuccheri complessi e possono derivare dal petrolio ma anche dalla canna da zucchero, dal mais o dalle patate. Come agenti espandenti si utilizzano prevalentemente miscele di pentano e anidride carbonica in diversa concentrazione. Può essere addizionato anche con TCPP (triclopolifosfato) come ritardante di fiamma. Al gruppo delle schiume poliuretaniche appartengono anche i poliuretani PIR (polisocianurati), che provengono principalmente dagli isocianurati. La produzione dei pannelli avviene per laminazione. Si realizzano blocchi interi, lunghi fino a 5 metri, con un procedimento nel quale la schiuma passa da una testa di miscelazione ad una vasca. Prestazioni dell’involucro e proprietà dei materiali  Progettazione Costruzioni e Impianti Involucro: strati e materiali Prof. E. Costalunga Successivamente, la miscela dei due componenti viene spruzzata attraverso ugelli su un nastro, dove ha modo di espandersi incollandosi, se richiesto dal prodotto finale, a uno strato superiore o inferiore di materiale aggiunto, quale: tessuto non tessuto, guaina bituminosa, pellicola metallica o materiali compositi. Infine, al termine della catena si procede al taglio dei pannelli o alla sagomatura di profili speciali. I pannelli di poliuretano, possono essere applicati su pareti o su solai; all’interno, a cappotto e in intercapedine. Possono essere tagliati, segati o fresati con mezzi tradizionali (seghe o cutter) o, per un taglio più preciso, con la termosega o il filo a caldo. Per la lavorazione in cantiere è consigliabile allestire un’area per la preparazione dei pannelli. I pannelli non temono l’acqua, ma devono essere conservati ed immagazzinati in luoghi riparati dalla luce solare, in quanto i raggi UV possono danneggiare la superficie del prodotto. Prestazioni dell’involucro e proprietà dei materiali  Progettazione Costruzioni e Impianti Involucro: strati e materiali Prof. E. Costalunga Le schiume poliuretaniche, commercializzate in bombolette, sono utilizzate per sigillature lineari o puntuali, come riempimento nel montaggio di porte, finestre, cassonetti per tapparelle. Possono essere spruzzate su pareti o superfici orizzontali, con funzione impermeabilizzante. Pur avendo bassi valori di conducibilità termica, le schiume non raggiungono spessori sufficienti a fornire un efficace isolamento termico. 7. Vetro cellulare - CG Il vetro cellulare possiede buone proprietà termo-isolanti; è impermeabile all’acqua ai gas (radon) e al vapore; la materia prima degli isolanti di vetro è prevalentemente vetro riciclato. Inoltre è caratterizzato da un’elevata resistenza alla compressione, rigidezza, fragilità e durezza. Data la sua origine minerale il materiale è incombustibile e resiste a variazioni di alta temperatura (refrattario). Prestazioni dell’involucro e proprietà dei materiali  Progettazione Costruzioni e Impianti Involucro: strati e materiali Prof. E. Costalunga Le principali tipologie di prodotto disponibili sul mercato sono: Lastre con dimensioni variabili comprese tra 30÷60 cm x 45÷60 cm con spessori compresi tra 4 cm e 18 cm; Blocchi con dimensioni variabili; Elementi sagomati con spessore variabile tra i 4÷10 cm; Ghiaia sfusa. Prestazioni dell’involucro e proprietà dei materiali  Progettazione Costruzioni e Impianti Involucro: strati e materiali Prof. E. Costalunga Il vetro cellulare espanso è composto da sabbia quarzifera (silice pura), dolomia e carbonato di calce e di azoto. Spesso viene addizionata una porzione di vetro riciclato in quantità variabile tra il 65÷70%. Come agente schiumogeno (espandente) viene aggiunto solitamente il carbonio. Le materie prime vengono fuse a 1400°C diventando vetro, in seguito vengono nuovamente raffreddate, sminuzzate e macinate in polvere di vetro. La polvere di vetro con l’aggiunta di carbonio viene portata in forni di espansione ad una temperatura di circa 1000°C, dove il gas che si forma internamente espande la massa di circa 15 volte rispetto al volume originario. Il processo di raffreddamento avviene in forni, gradualmente, per non indurre tensioni interne che renderebbero il materiale eccessivamente fragile. Infine si opera il taglio nelle dimensioni richieste. A causa dell’elevata fragilità del materiale, che può facilmente lesionarsi in caso di sollecitazioni non uniformi ed urti, viene solitamente alettato in bitume fuso per realizzare una superficie di appoggio uniforme. Prestazioni dell’involucro e proprietà dei materiali  Progettazione Costruzioni e Impianti Involucro: strati e materiali Prof. E. Costalunga Per ottenere la ghiaia, invece, il materiale vetroso (generalmente ottenuto da riciclo durante il processo produttivo) con l’aggiunta di inerti minerali puri viene macinato, polverizzato e addizionato con additivo aerante. La miscela ottenuta viene sottoposta ad un processo di fusione ed espansione in forno a 900°C e successivamente frantumata in diverse granulometrie. Il materiale viene utilizzato soprattutto in applicazioni nelle quali risulta necessaria la totale impermeabilità all’acqua e al vapore: solai e pareti controterra dal lato esterno, al di sotto di strutture portanti in calcestruzzo e in coperture piane, curvilinee o a falda inclinata realizzate con struttura in lamiera grecata e latero- cemento ad adibire a giardino, terrazza o parcheggio. Inoltre i blocchi in vetro cellulare sono largamente utilizzati per realizzare tagli termici in strutture in cemento o in muratura. Le lastre, molto fragili, sono facilmente danneggiate da sollecitazioni non uniformi e da urti; per questo, e per ottenere una superficie di appoggio liscia e piana, sono solitamente spalmate di bitume caldo. Prestazioni dell’involucro e proprietà dei materiali  Progettazione Costruzioni e Impianti Involucro: strati e materiali Prof. E. Costalunga Esempi di applicazioni del vetro cellulare in edilizia. Prestazioni dell’involucro e proprietà dei materiali  Progettazione Costruzioni e Impianti Involucro: strati e materiali Prof. E. Costalunga 8. Vetro granulare espanso Il vetro granulare espanso possiede discrete proprietà termo-isolanti e di isolamento acustico. L’aggregato di granuli è altamente traspirante, ma il singolo granulo è impermeabile all’acqua e al vapore. E’ un materiale a bassa densità ed elevata rigidità ma dotato di una buona resistenza alla compressione. Data la sua origine minerale il materiale è incombustibile e refrattario. Le principali tipologie di prodotto disponibili sul mercato sono: Granuli sfusi con granulometrie variabili, generalmente pari a 2÷4, 4÷8, 8÷16 mm, disponibili in sacchi, big bag o silos; Granuli sfusi con granulometrie fini variabili, generalmente pari a 0,04÷0,125, 0,1÷0,3, 0,25÷0,5, 0,5÷11÷20 mm, disponibili in sacchi, big bag o silos; Pannelli con dimensioni variabili comprese tra 62,5÷225 cm x 41,5÷125 cm con spessore di 1,8 cm. Materiali isolanti  Progettazione Costruzioni e Impianti Involucro: strati e materiali Prof. E. Costalunga Il vetro granulare espanso si presenta sottoforma di granuli sferici in varie granulometrie, di colore bianco. La materia prima è composta principalmente da vetro riciclato da industria, tipicamente viene utilizzato il vetro che non può essere riciclato per la produzione di materiali più pregiati. I pezzi di vetro vengono puliti e macinati e ridotti in fine farina, ai quali si aggiungono acqua, agenti leganti e di espansione. La miscela viene poi divisa in granuli che vengono sottoposti a essiccazione e ad espansione in forni girevoli a temperature di 900°C. Il materiale viene posto su nastro scorrevole e ridotto a diverse granulometrie durante la fase di raffreddamento oppure lavorato con un piatto granulatore fino ad ottenere granuli sferici di vetro espanso. I pannelli vengono generalmente ottenuti grazie ad un processo di presso-fusione con l’eventuale aggiunta di leganti. Prestazioni dell’involucro e proprietà dei materiali  Progettazione Costruzioni e Impianti Involucro: strati e materiali Prof. E. Costalunga Il vetro granulare espanso viene applicato sfuso in intercapedine di pareti, coperture, sottofondi di pavimenti, sottotetti non praticabili, canne fumarie. Gli isolanti applicati per insufflaggio in intercapedine dovrebbero essere eseguiti preferibilmente da ditte specializzate e certificate, dotate di macchinari secondo normativa. I prodotti con granulometria fine possono essere utilizzati per intonaci termoisolanti e fonoassorbenti, resistenti al fuoco. Il materiale, inoltre, viene utilizzato per realizzazione di pannelli autoportanti per facciate continue. Il vetro granulare espanso non ha particolari prescrizioni riguardo all’immagazzinamento o allo stoccaggio in cantiere. Prestazioni dell’involucro e proprietà dei materiali  Progettazione Costruzioni e Impianti Involucro: strati e materiali Prof. E. Costalunga 9. Il problema della sostenibilità Gli indicatori ambientali PEI, GWP e AP dei materiali isolanti trattati nei paragrafi precedenti sono riportati nella (TABELLA 3). Si aggiungono, nel seguito informazioni sulle modalità di smaltimento, sul comportamento al fuoco e sulla biocompatibilità degli stessi materiali. Materiali isolanti  Progettazione Costruzioni e Impianti Involucro: strati e materiali Prof. E. Costalunga  Prodotti di fibra di legno Possono essere in generale smaltiti in discarica in base alle normative locali, oppure bruciati nei termovalorizzatori. Gli scarti di cantiere possono essere riusati per la produzione di nuovi materiali isolanti. I pannelli prodotti con processo ad umido sono biodegradabili e riciclabili come combustibile naturale. Possono anche essere destinati al compostaggio, per ricavare concimi: mentre i pannelli di fibra di legno addizionata con fibre e colle sintetiche non sono idonei a tale trattamento e devono essere smaltiti in discarica o i termovalorizzatore. Anche se il materiale è infiammabile, in caso di incendio non si producono gas tossici in concentrazioni pericolose, ma solo fumi tipici della combustione del legno. Nelle applicazioni a cappotto, l’utilizzo di alcuni collanti può provocare il rilascio di sostanze tossiche. Materiali isolanti  Progettazione Costruzioni e Impianti Involucro: strati e materiali Prof. E. Costalunga  Prodotti di lana di roccia Possono essere smaltiti in discarica in base alle normative locali, come macerie minerali. I resti della lavorazione in cantiere possono essere reimmessi nel ciclo produttivo per la produzione di nuovo materiale isolante, di tegole e di piastrelle. Il materiale non è infiammabile. Tuttavia, in caso di incendio, può produrre gas tossici in concentrazioni pericolose nel caso di un elevato contenuto di collanti e resine fenoliche o melamminiche, che volatizzano a temperature elevate. Nelle applicazioni a cappotto, l’utilizzo di alcuni collanti può provocare il rilascio di sostanze tossiche comunque non imputabili direttamente al materiale ma al collante stesso. Anche le lane minerali che utilizzano resine fenoliche possono rilasciare, a lungo termine, elevate concentrazioni di formaldeide. Il materiale va sempre maneggiato con guanti di protezione; in fase di lavorazione è consigliato anche l’uso di mascherine e occhiali, perché si possono produrre polveri sottili. Materiali isolanti  Progettazione Costruzioni e Impianti Involucro: strati e materiali Prof. E. Costalunga  Prodotti di polistirene Il materiale non è riciclabile e la sua produzione implica elevati costi di energia e di risorse naturali: la materia prima è un derivato del petrolio e, come tale, ha un impatto fortemente negativo, dovuto ai processi di trasformazione del petrolio negli idrocarburi. I pannelli non sono biodegradabili e devono essere smaltiti in discarica in base alle normative locali, oppure possono essere bruciati in termovalorizzatori. I resti della lavorazione in cantiere possono essere reimmessi nel ciclo produttivo come aggregato per calcestruzzo, laterizi, muratura, malta e intonaco. La combustione del polistirene, espanso o estruso, produce quantità notevoli di idrocarburi che, una volta rilasciati nell’atmosfera, aumentano l’effetto serra. La combustione di eventuali collanti sintetici presenti nei pannelli emette idrocarburi volatili, anch’essi responsabili di sgradevoli odori dei fumi, di irritazione delle vie respiratorie e di possibili danni al sistema nervoso. Materiali isolanti  Progettazione Costruzioni e Impianti Involucro: strati e materiali Prof. E. Costalunga Anche se il prodotto finito è stabile e non nocivo, è sconsigliato l’uso del polistirene come rivestimento interno. Il taglio a caldo può causare il rilascio di particelle di stirene, tossiche se inalate in elevate quantità.  Prodotti di poliuretano Il consumo energetico del poliuretano, molto elevato, è dovuto all’origine della materia prima (non rinnovabile) e al processo produttivo altamente energivoro. I pannelli non sono biodegradabili e devono essere bruciati nei termovalorizzatori; la combustione del poliuretano produce quantità notevoli di idrocarburi che, una volta rilasciati nell’atmosfera, aumentano l’effetto serra. I resti della lavorazione in cantiere possono essere reimmessi nel ciclo produttivo in diverse modalità. Materiali isolanti  Progettazione Costruzioni e Impianti Involucro: strati e materiali Prof. E. Costalunga Anche se il prodotto finito è stabile e non nocivo, i prodotti di poliuretano possono contenere quantità elevate di TCPP, nocivo per l’ambiente e per le acque di falda superficiali. In caso di incendio, possono liberare fumi tossici, ossido di carbonio e di azoto, acido cianidrico.  Prodotti di vetro Il vetro, cellulare o granulare, deriva principalmente da materiale riciclato, con basso consumo di risorse naturali. Più elevato è invece il consumo di energia, dovuto ai processi di fusione e di espansione a elevate temperature. I prodotti possono essere smaltiti in discarica in base alle normative locali. I resti della lavorazione in cantiere possono essere reimmessi nel ciclo produttivo, per la produzione di graniglia (destinata a sottofondi stradali) o di aggregati per malte e calcestruzzi. Materiali isolanti  Progettazione Costruzioni e Impianti Involucro: strati e materiali Prof. E. Costalunga Il materiale non è infiammabile ed in caso di incendio, se non trattato con bitume, non produce gas tossici in concentrazioni pericolose. Anche se i prodotti finiti non sono assolutamente tossici, alcune lavorazioni, come il taglio, possono causare il sollevamento di polveri fini, irritanti per gli occhi e per le vie respiratorie (uso consigliato di mascherine, occhiali e guanti di protezione). Materiali isolanti