Step 20: Un materiale

Isolante termico in edilizia

Nel post precedente, abbiamo visto come il calore si trasmette attraverso la materia, ora vedremo come evitare il passaggio e relative dispersioni grazie all'utilizzo dell’isolante.

L’isolante termico in edilizia è il materiale utilizzato nelle costruzioni per ridurre lo scambio di calore tra l'interno e l'esterno di un edificio e viceversa.

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L'isolante termico che si utilizza per raggiungere l'obiettivo, presenta un elevato livello di prestazioni di resistenza al passaggio del calore e, inserito all'interno di un sistema di involucro edilizio, è in grado di contribuire alla realizzazione della condizione di benessere termico interno e alla riduzione delle dispersioni termiche con la conseguente riduzione del fabbisogno energetico dell'intero edificio.

L'isolamento termico in edilizia è volto, principalmente, al fine di contenere il calore all'interno degli edifici (per la protezione dal caldo estivo è più corretto parlare di "schermatura dal calore").

Il sempre maggior utilizzo di materiali isolanti nell'edilizia, è dovuto anche dalle recenti normative sul risparmio energetico (D.Leg.192/2005 e la successiva integrazione 311/2006) che hanno definito delle prestazioni energetiche minime relative alla trasmittanza dell'involucro edilizio, ad esempio nelle fasi di progettazione, realizzazione e gestione di un green building.

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Materiali isolanti utilizzati in edilizia: 

λ rappresenta l'isolamento termico di un determinato materiale e corrisponde alla sua conducibilità termica (vale a dire maggiore è il valore di λ, meno isolante è il materiale)

ρ rappresenta la "massa volumica" di un determinato materiale (cioè quanti kilogrammi pesa un metro cubo del materiale);

μ rappresenta il fattore di resistenza alla diffusione del vapore acqueo di un determinato materiale; più grande è il parametro μ, maggiore sarà l'impermeabilità al vapore (parametro adimensionale)

Materiali isolanti di origine animale e vegetale
materiale tipo	tipo	applicazione	λ[W/mK]	C	ρ [kg/m³]	μ
argilla cruda	pannello	pareti, soffitti	0,132	1.070	700	18
calce espansa	pannello	pavimenti, pareti, soffitti	0,045	1.116	100	7
canapa	materassino	intercapedini orizzontali	0,040	612	22	2
canna lacustre	pannello	pareti, soffitti	0,056	612	190	1
carta riciclata	sfuso	intercapedini, soffitti	0,040	2.100	30-65	2
cocco	fibre  materassino	intercapedini orizzontali	0,057	1.500	60	1
fibra di legno	materassino	intercapedini orizzontali	0,040	2.088	80	100
fibra di legno intonacabile	pannello	pareti	0,045	2.088	200	10
lana di legno mineralizzata	pannello	portaintonaco	0,100	1.800	400	4
lana di pecora	materassino	intercapedini orizzontali	0,040	1.730	28	2
lino	materassino	intercapedini orizzontali	0,040	1.600	30	1
paglia	pannello	pavimenti, pareti, soffitti	0,058	612	175	1
sughero espanso	pannello	pavimenti, pareti, soffitti	0,040	1.800	100	10
sughero granulato	sfuso	intercapedini orizzontali, verticali	0,040	1.800	120	9

Materiali isolanti minerali
materiale tipo	tipo	applicazione	λ[W/mK]	C	ρ[kg/m³]	μ
lana di roccia	materassino	intercapedini orizzontali	0,040	900	30	1
lana di vetro	materassino	intercapedini orizzontali	0,040	900	30	1
lana di vetro compattata	pannello	pavimenti, pareti, soffitti	0,040	900	100	1
silicato di calcio	pannello	soffitti	0,050	920	230	1
vetro alveolare	pannello	Isolamento, struttura pavimento, pareti	0,045	900	150	∞

 

Materiali isolanti di sintesi, ricavati dal petrolio
materiale tipo	tipo	applicazione	λ[W/mK]	C	ρ[kg/m³]	μ
poliestere	materassino	intercapedini orizzontali	0,040	1600	17	2
polistirene espanso	pannello	intercapedini orizzontali	0,035	1260	25	50
polistirene espanso con grafite	pannello	pavimenti, pareti, soffitti	0,031	1260	35	50/100
polistirene estruso	pannello	pavimenti, pareti, soffitti	0,035	1260	35	80/230
poliuretano	pannello	pavimenti, pareti, soffitti	0,030	1260	35	80

https://it.wikipedia.org/wiki/Isolante_termico_in_edilizia

Step 19: Nella scienza applicata

Termodinamica e trasmissione del calore

La termodinamica è la branca della fisica classica e della chimica che studia e descrive le trasformazioni termodinamiche indotte dal calore e dal lavoro in un sistema termodinamico, in seguito a processi che coinvolgono cambiamenti delle variabili di stato temperatura ed energia (in particolare studia le trasformazioni da calore a lavoro e viceversa).

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La termodinamica classica si basa sul concetto di sistema macroscopico, ovvero una porzione di massa fisicamente o concettualmente separata dall'ambiente esterno, che spesso per comodità si assume non perturbato dallo scambio di energia con il sistema (sistema isolato): lo stato di un sistema macroscopico che si trova in condizione di equilibrio è specificato da grandezze dette variabili termodinamiche o funzioni di stato come temperatura, pressione, volume e composizione chimica.

La trasmissione del calore (o scambio termico) è un fenomeno di trasporto in cui è coinvolta energia termica tra due sistemi termodinamici. E’ causato da una differenza di temperatura tra i due sistemi. Se durante tale processo non viene prodotto calore (ad esempio attraverso reazione chimica), il calore ceduto da un sistema viene acquistato dal secondo sistema, in accordo con la legge di conservazione dell'energia.

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La trasmissione del calore può avvenire secondo tre modalità: 

· Conduzione termica: avviene in presenza di un gradiente di temperatura in un mezzo stazionario, il quale può essere un solido oppure un liquido;

· convezione: avviene tra una superficie e un fluido in movimento, tra i quali si ha un gradiente di temperatura; 

· irraggiamento: avviene tra due superfici con un gradiente di temperatura, tramite emissione di energia sotto forma di Radiazione elettromagnetica; l'irraggiamento avviene anche senza la presenza di un mezzo interposto, ovvero con le due superfici in questione separate dal vuoto.

Il propagarsi del calore tramite tutti e due i meccanismi di convezione e irraggiamento contemporaneamente, viene chiamato "adduzione" o "conduzione esterna".

Conduzione

La conduzione termica è originata dall'attività molecolare e atomica; infatti può essere vista come un trasferimento di energia dalla particella di materia più energetica a quella minore, attraverso interazioni tra le particelle stesse. Il meccanismo fisico della conduzione è spiegabile considerando un gas, in cui è presente un gradiente di temperatura e dove si ipotizza l'assenza di moti macroscopici. Il gas occuperà lo spazio tra le due superfici mantenute a differente temperatura. Ad ogni punto si associa la temperatura con l'energia delle molecole del gas in prossimità del punto. Questa energia è riferita al moto casuale di traslazione, nonché a quelli di rotazione e di vibrazione delle molecole. La temperatura alta è associata all'alta energia delle molecole: quando queste molecole ad alta energia entrano in collisione con quelle contigue, si ha un trasferimento di energia dalle molecole più energetiche a quelle meno. Alla presenza di un gradiente lo scambio avverrà in direzione della diminuzione di temperatura. Questo discorso può essere esteso ai liquidi e ai solidi, dove la collisione delle molecole è più frequente in quanto avviene in uno spazio ancor più ridotto.

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Convezione

La convezione riguarda essenzialmente i fluidi, e si verifica soprattutto per differenza tra le densità dei fluidi stessi al variare della temperatura; comprende due meccanismi di trasmissione dell'energia. Oltre al moto casuale delle molecole, il trasferimento si ha con moti macroscopici del fluido, con le molecole che si comportano come se facessero parte di un unico aggregato.

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L'Irraggiamento

L'irraggiamento è un meccanismo di trasmissione diverso, perché avviene anche in assenza di materia. Per esempio, l'energia emessa dal Sole sotto forma di radiazioni elettromagnetiche si propaga nello spazio interplanetario prima di giungere sulla Terra. O anche le vecchie lampadine a incandescenza.

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La trasmissione del calore è studiata per tre attività fondamentali che sono di uso comune quasi in tutti gli impianti: 

· la conservazione di calore;

· la dissipazione di calore;

· il raffreddamento libero.

https://it.wikipedia.org/wiki/Termodinamica

https://it.wikipedia.org/wiki/Trasmissione_del_calore