Progettazione di Edifici WikiShare il settore edile knowledgewww.designingbuildings.co.regno unito

• 1 Introduzione
• 2 Come lavori di isolamento
  • 2.1 Radiazioni
  • 2.2 Conduzione
  • 2.3 Convezione
• 3 Prestazioni
  • 3.1 conducibilità Termica
  • 3.2 resistenza Termica
  • 3.3 U-valore
• 4 a celle Aperte, prodotti
• 5 celle Chiuse prodotti
• 6 Installazione vs prestazioni
• 7 Sostenibilità
• 8 Conclusione
• 9 articoli Correlati alla Progettazione di Edifici Wiki
• 10 riferimenti Esterni

Introduzione

prodotti per l’Isolamento hanno sviluppato notevolmente con il progresso tecnologico. La legislazione ha agito da catalizzatore per lo sviluppo, dai requisiti di base della parte L dei regolamenti edilizi, al rispetto degli obiettivi di riduzione del carbonio del governo, guidato da programmi avanzati come il Codice per le case sostenibili e BREEAM.

I prodotti isolanti variano in termini di colore, finitura superficiale e consistenza, composizione del nucleo e, soprattutto, prestazioni. La specifica dei materiali che isolano è una decisione basata sulla scienza, ma una specifica di successo si basa sullo specificatore che comprende non solo le prestazioni matematiche, ma i fattori periferici che possono influenzare l’installazione finale.

La specifica dei prodotti isolanti si basa spesso sul requisito minimo del Regolamento edilizio AD (Documento approvato) Parte L e sul loro rapporto con i dati sulle prestazioni dei produttori, ed è stato suggerito che la legislazione sta guidando la produzione di una gamma di prodotti che “funzionano”, presentando poche apparenti differenze tra loro.

Per specificare correttamente l’isolamento, tuttavia, lo specificatore deve comprendere i motivi per cui funziona e applicare la tecnologia corretta a qualsiasi dettaglio di costruzione. Nel comprendere meglio i processi che fanno funzionare l’isolamento, e in effetti i fattori che ne impediscono il funzionamento, gli specificatori saranno in una posizione molto più forte per specificare il materiale corretto per la corretta applicazione.

Le prestazioni installate di un prodotto isolante dipendono non solo dalle caratteristiche prestazionali e dall’aderenza degli appaltatori ai produttori e ai requisiti generali di lavorazione delle best practice, ma anche dall’idoneità dell’isolante specificato alla sua posizione installata.

Come funziona l’isolamento

I prodotti isolanti sono progettati per frustrare il trasferimento di calore attraverso il materiale stesso. Esistono tre metodi di trasferimento del calore: radiazione, conduzione e convezione.

Radiazione

Qualsiasi oggetto la cui temperatura è superiore alle superfici che lo circondano perderà energia come scambio radiante netto. Il calore radiante può viaggiare solo in linee rette. Introdurre un oggetto solido tra i punti A e B e non scambieranno più direttamente il calore radiante. La radiazione è l’unico meccanismo di trasferimento del calore che attraversa i vuoti.

Conduzione

La conduzione dipende dal contatto fisico. Se non c’è contatto, la conduzione non può avvenire. Il contatto tra due sostanze di temperatura diversa provoca uno scambio termico dalla temperatura più alta alla sostanza a temperatura più bassa. Maggiore è il differenziale di temperatura, più veloce è lo scambio di calore.

Convezione

La convezione è il trasferimento di energia attraverso fluidi (gas e liquidi). È questo metodo che svolge il ruolo più importante nella liberazione e nel trasferimento di calore negli edifici. La propagazione più comune di questo effetto è da solido a gas, cioè oggetto all’aria e poi di nuovo, tipicamente come l’aria incontra con il tessuto esterno dell’edificio.

Il processo è in realtà avviato da un trasferimento di energia dovuto alla conduzione ed è complicato dal livello di vapore acqueo supportato dall’aria. Le molecole d’acqua immagazzinano il calore dato loro attraverso la conduzione da superfici calde. Il vapore acqueo e l’aria non possono essere separati come gas. Si separano solo quando viene raggiunta la pressione di vapore saturo, cioè la quantità di acqua (anche se in forma di vapore) supera il livello di calore disponibile per mantenerla come gas (vapore), e quindi si condensa.

La condensazione provoca il rilascio di questo calore latente; il rapporto temperatura / vapore acqueo si altera e, una volta che si è alterato abbastanza, il processo ricomincia. I sistemi meteorologici del mondo seguono un ciclo molto simile.

Se l’aria potesse essere mantenuta ferma e asciutta, funzionerebbe come isolante altamente efficiente. Tuttavia, se l’aria viene riscaldata, la sua struttura molecolare si espande e diventa meno densa rispetto all’aria che la circonda, e quindi aumenta. Mentre progredisce ulteriormente dalla fonte di calore, inizia a raffreddarsi. Le molecole si contraggono e aumentano di densità e affondano di nuovo. Molecole d’aria sono in uno stato costante di flusso, dipende dalla temperatura ambiente, e interferenze da qualsiasi punto, o fonti di calore di fondo.

Questo processo di “convezione” del trasferimento di calore è complicato dal fatto che l’aria si raffredda ad una velocità dipendente dalla quantità di saturazione del vapore acqueo. Maggiore è la saturazione, più lento è il raffreddamento.

Prestazioni

I materiali isolanti limitano il flusso di energia (calore) tra due corpi che non sono alla stessa temperatura. Una maggiore prestazione di isolamento è direttamente attribuibile alla conduttività termica dell’isolante. Cioè, la velocità con cui una quantità fissa di energia trasferisce attraverso uno spessore noto del materiale.

L’inverso diretto (reciproco) di questa misura è la resistenza termica del materiale, che misura la capacità del materiale di resistere al trasferimento di calore.

Conducibilità termica

La conducibilità termica, spesso indicata come valore ” K ” o ” λ ” (lambda), è una costante per un dato materiale e viene misurata in W/mK (watt per metro kelvin). Maggiore è il valore λ, migliore è la conduttività termica. I buoni isolanti avranno un valore il più basso possibile. L’acciaio e il calcestruzzo hanno una conducibilità termica molto elevata e quindi una resistenza termica molto bassa. Questo li rende poveri isolanti.

Il valore λ per qualsiasi materiale diventerà più alto con un aumento della temperatura. Anche se l’aumento di temperatura dovrà essere significativo per questo si verifichi, e le varianti di temperatura nella maggior parte degli edifici sono generalmente entro le tolleranze che renderebbero qualsiasi cambiamento nel valore lambda trascurabile.

Resistenza termica

La resistenza termica, indicata come valore ” R ” di un materiale, è un prodotto di conducibilità termica e spessore. Il valore R è calcolato dallo spessore del materiale diviso per la sua conducibilità termica ed espresso nelle unità m2K / W (metro quadrato kelvin per watt). Maggiore è lo spessore del materiale, maggiore è la resistenza termica.

Valore U

In termini di costruzione, mentre un valore U può essere calcolato e attribuito a un singolo spessore di qualsiasi materiale, è più usuale calcolarlo come prodotto risultante dall’assemblaggio di materiali diversi in qualsiasi forma di costruzione. È una misura della trasmissione del calore attraverso un’area predeterminata del tessuto dell’edificio-questo è 1 mq. m.

Le misure dell’unità sono quindi W/m2K (watt per metro quadrato kelvin) e descrivono il trasferimento di calore, in watt, attraverso un metro quadrato di un elemento dell’edificio (come una parete, un pavimento o un tetto). Questo viene utilizzato per calcolare il trasferimento di calore, o la perdita, attraverso il tessuto dell’edificio. Ad esempio, se una parete avesse un valore U di 1 W/m2K-con un differenziale di temperatura di 10°, ci sarebbe una perdita di calore di 10 watt per ogni metro quadrato di superficie della parete.

Prodotti a celle aperte

L’isolamento a celle aperte include prodotti come l’isolamento in lana minerale e di pecora. Gli isolanti in polistirene espanso (EPS) sono tecnicamente “a celle chiuse” nella loro struttura, ma le loro prestazioni sono simili a quelle di un materiale a celle aperte a causa del collegamento attraverso la struttura delle sacche d’aria che circondano le perle a celle soffiate che sono l’essenza della sua composizione.

Il grafico che segue mostra un’immagine centrale in sezione di un tipico prodotto in lana di vetro sovrapposto a una rappresentazione dei milioni e milioni (per metro quadrato) di sacche d’aria “a celle aperte” che si creano durante la fabbricazione. Mentre il processo di fabbricazione costringe l’aria nel nucleo delle fibre di vetro, viene attivato un legante introdotto in precedenza per formare una matrice che blocca insieme la composizione. Questo produce il “carico a molla” che è associato all’isolamento in lana minerale, permettendogli di riacquistare la sua forma e spessore dopo la compressione.

La natura a celle aperte della matrice consentirà la migrazione dell’aria attraverso il suo nucleo, ma il percorso è tortuoso e quindi la perdita di calore dovuta alla convezione è minima. Il principio di funzionamento è la formazione di sacche d’aria così piccole che il movimento dell’aria viene portato a un arresto virtuale, ma non completo.

Un materiale sarà in grado di irradiare solo il calore che è in grado di assorbire. I fili di vetro e il loro legante sono poveri conduttori di calore, quindi la perdita di calore attraverso la radiazione è considerata trascurabile.

L’aria secca è un buon gas isolante. Quindi, con i prodotti a celle aperte, se la contaminazione dell’aria del nucleo da parte del vapore acqueo può essere prevenuta (utilizzando barriere di controllo del vapore), le sacche d’aria ultra piccole limiteranno significativamente il movimento dell’aria.

Prodotti a cellule chiuse

Gli isolanti a cellule chiuse includono prodotti come polistirene estruso e pannelli di schiuma chimica. La tecnologia a celle chiuse utilizza l’introduzione controllata di gas (agenti espandenti) durante la produzione che formano una matrice molto più densa di singole celle rispetto alla lana di vetro o all’EPS. Le celle si formano come bolle del gas la cui conduttività termica è significativamente inferiore a quella dell’aria. Combina questo con l’incapacità del vapore acqueo di contaminare prontamente le cellule, e questo fornisce un isolante significativamente più performante. (NB: La matrice di alcuni isolanti chimici a schiuma può essere suscettibile di degradazione nel tempo per la presenza di acqua o vapore acqueo.)

Le pareti cellulari sono estremamente sottili che limitano la conduzione, ma sono a tenuta di gas. La composizione cellulare densa limita ulteriormente il potenziale di movimento del gas, in quanto può muoversi solo entro i confini della sua cellula contenente e non tra le cellule. Così come con i materiali a celle aperte, il processo di trasferimento di calore dai lati caldi a quelli freddi è influenzato da una combinazione di conduzione attraverso le pareti cellulari e convezione limitata tramite il gas cellulare.

L’efficienza del materiale è molto elevata ed efficace sull’area di un pannello ininterrotto, ma è significativamente ridotta dalla scarsa lavorazione nel taglio e nella giunzione del pannello.

Nel tentativo di migliorare le prestazioni a lungo termine, i produttori affrontano in particolare i prodotti in schiuma, con uno strato di lamina lucido. Questo agisce per ridurre al minimo la contaminazione da vapore acqueo agendo come barriera al vapore, riflettendo al contempo l’energia radiante nell’edificio. La nastratura di pannelli in lamina con un nastro di lamina può migliorare il controllo del vapore, anche se avrà un impatto limitato su un giunto mal costruito che non è costantemente stretto.

Installazione vs prestazioni

I produttori di isolamento producono documentazione tecnica e promozionale che incorpora una vasta gamma di cifre che possono essere confuse e non tutti i produttori presentano le loro prestazioni allo stesso modo.

Le misure delle prestazioni sono generalmente basate sui risultati dei test di laboratorio. Tali risultati sono accettati su tutta la linea, dai progettisti di edifici e dagli organi legislativi come le autorità di controllo degli edifici.

Tuttavia, questo non è lo stesso di un test in loco. Non esistono due situazioni “in loco” che forniscano esattamente le stesse condizioni, pertanto i test possono essere effettuati solo per fornire un confronto tra diversi prodotti isolanti, utilizzando esattamente le stesse condizioni. Di conseguenza, i produttori illustrano le prestazioni nella letteratura commerciale e tecnica descrivendo l’installazione perfetta, dove le giunture sono perfettamente realizzate, l’isolamento è uniformemente continuo e tutte le tolleranze sono perfette al millimetro. Chiunque sia stato in un cantiere saprà che questo non riflette la realtà.

A tal fine gli specificatori possono prendere atto dell’attuazione delle valutazioni del Green Deal. Il diktat qui è quello di rispettare la “regola d’oro” che il costo delle misure di risparmio energetico proposte non deve superare i risparmi previsti realizzati con il conseguente utilizzo di meno energia. In pratica, per assicurarsi di ciò, i valutatori Green Deal (GDA) stanno adottando una linea molto conservativa sui risparmi previsti e risparmi previsti che comportano calcoli sull’uso dell’isolamento al 75% dei dati sulle prestazioni del produttore.

Inoltre, mentre i produttori si concentrano sulle prestazioni del prodotto, possono ignorare altre questioni chiave che influenzano direttamente le prestazioni, come la specifica del prodotto isolante corretto all’interno di aree di costruzione che potrebbero generare un ambiente freddo e potenzialmente umido, ad esempio i vuoti sotto il pavimento.

Isolamento e acqua non si mescolano. Tutti i tipi di prodotti isolanti saranno interessati in un intervallo da trascurabile, (come il polistirene estruso (XPS)), a gravemente compromesso (come gli isolanti di lana). Il grado di compromesso sarà correlato al grado di contaminazione. Quindi qualsiasi ambiente in cui il vapore acqueo possa esistere senza minaccia di evaporazione rapida e totale, o la presenza di goccioline d’acqua fisiche, ridurrà le prestazioni di isolamento. Una volta all’interno della matrice dell’isolante, l’acqua condurrà l’energia che l’isolamento sta cercando di contenere. Più grande è la goccia d’acqua, maggiore è la conduzione.

Ad esempio, dove la lana di vetro è installata in una parete della cavità di riempimento completo, se uno dei lati della cavità in muratura è stato esposto alla pioggia immediatamente prima dell’installazione dell’isolante, vi sarà una riduzione delle potenziali prestazioni di isolamento della parete della cavità completata. Se l’isolamento è stato permesso di bagnarsi, le prestazioni potrebbero diventare negative.

Sostenibilità

Gli odierni costruttori di ambienti sono sempre più sotto pressione; essere più green, progettare un ambiente a basse emissioni di carbonio e muoversi verso una maggiore sostenibilità. I più grandi produttori di isolamento hanno messo in atto misure significative per:

• Ridurre la dipendenza dalle materie prime.
• Riciclare pre e post-produzione.
• Ridurre l’imballaggio e garantire che l’imballaggio rimanga riciclabile.
• Ridurre il consumo di energia nella produzione e nei trasporti.
• Hanno zero rifiuti alle politiche di discarica.

I produttori commercializzano i loro prodotti come “sostenibili” con la premessa che i loro prodotti isolanti risparmieranno molto più energia/carbonio, durante la durata dell’installazione di quanto abbia costi di produzione.

Conclusione

I materiali isolanti dipendono dalla loro intrinseca composizione molecolare, per ridurre al minimo le tre forme di trasferimento di calore: radiazione, conduzione e convezione. Le maggiori perdite di calore dell’edificio derivano dal movimento dell’aria. Qualsiasi corpo d’aria in movimento estrarrà calore da un oggetto o da una superficie su cui passa. La perdita di calore è proporzionale alla velocità dell’aria in movimento, alla quantità di acqua presente e al differenziale di temperatura tra fonte di calore e aria.

Più veloce è il movimento dell’aria su una fonte di calore, più veloce è il trasferimento di calore. La presenza di gocce d’acqua fungerà da accelerante per questo processo, anche se il controllo sulla saturazione del vapore acqueo di solito dovrà essere esercitato per evitare problemi causati dalla condensazione.

La condensazione può essere controllata in larga misura assicurando che il vapore acqueo presente nell’aria sia contenuto nell’ambiente interno caldo. Gli strati di controllo del vapore sul lato caldo dell’isolamento, sigillando efficacemente l’involucro alla migrazione dell’aria tra zone calde e più fredde sono la soluzione teorica.

L’attuale tecnologia dei materiali e la lavorazione attentamente monitorata nell’assemblaggio di tali materiali possono ottenere perdite d’aria quasi nulle attraverso l’involucro isolato, e in effetti il design Passivhaus dipende da questo, mentre si utilizza la ventilazione controllata per rimuovere l’aria contaminata, principi di progettazione che dipendono dalla lavorazione per avere successo.

Affrontando la costruzione cellulare di materiali isolanti dedicati, l’obiettivo intrinseco è quello di prevenire il movimento di gas all’interno della matrice del nucleo isolante, in tal modo si ridurrà anche la perdita di calore conseguente a tale movimento.

Sebbene i prodotti isolanti “a celle aperte”, come la lana, consentano una migrazione molto maggiore dell’aria attraverso di essi, e questo ne limita le prestazioni, la loro costruzione flessibile offre un vantaggio molto maggiore in termini di controllo di qualità della lavorazione dell’installazione. A causa della natura del materiale, la giunzione produce un risultato molto simile al materiale stesso. Considerando che i prodotti rigidi del bordo portano una penalità premio onerosa dell’installazione per raggiungere gli standard di precisione “della prova di laboratorio” del produttore di giunzione.

I materiali isolanti con una composizione cellulare più densa e autonoma forniranno una conduttività termica inferiore (valore λ) e quindi una resistività termica più elevata (valore R) per superare i materiali “a celle aperte”, che si basano sul mantenimento dell’aria secca all’interno dei loro nuclei per le massime prestazioni.

Sono disponibili prodotti schiumati a celle aperte che, grazie alla loro composizione della matrice di base, hanno una conduttività termica maggiore rispetto ai loro cugini a celle chiuse, ma presentano vantaggi con maggiore flessibilità per accogliere il movimento degli edifici e qualsiasi deterioramento delle pareti cellulari non comporterà la liberazione del contenuto di gas.

Nello specificare i prodotti isolanti, il progettista dell’edificio dovrebbe considerare il potenziale di contaminazione dell’acqua e la possibilità di migrazione del gas all’interno della matrice di base e il conseguente compromesso nelle prestazioni, che potrebbero deteriorarsi ulteriormente nel corso della vita dell’edificio, non visto e non controllato.

Esistono tecnologie più performanti sul mercato con “aerogel” e “pannelli evacuati”, ma le prestazioni dipendono dagli stessi principi del trasferimento di calore e per il momento hanno una nicchia di specifiche limitata, rimanendo in gran parte proibitivi per la stragrande maggioranza delle applicazioni.

Questo articolo è stato originariamente scritto da Mark Wilson MCIAT, con copyright trasferito a Henry Stewart Publications ai fini della pubblicazione. E ‘ stato il vincitore del nostro Chartered Institute of Building-backed articolo concorso nel mese di giugno 2013.

Una versione più lunga dell’articolo è stata pubblicata per la prima volta su Journal of Building Survey, Appraisal & Valuation, Volume 2 Number 1, aprile 2013, pubblicato da Henry Stewart Publications, Londra.

Articoli correlati su Designing Buildings Wiki

• Accredited construction details ACDs.
• Documento approvato D.
• Isolamento aerogel per edifici.
• Isolamento BREEAM.
• Regolamenti edilizi.
• Isolamento della parete della cavità
• Isolamento di Celotex RS5000 PIR.
• Codice per case sostenibili.
• Condensazione.
• Conduzione.
• Convenzioni per il calcolo del valore U (edizione 2006) BR 443.
• Progettazione di conseguenze non intenzionali quando si applica l’isolamento a parete solida FB 79.
• Bottiglia di vetro pavimento fondazione.
• Guadagno di calore.
• Perdita di calore.
• Trasferimento di calore.
• Calcestruzzo di canapa.
• Umidità.
• Isolamento per piani terra.
• Materiali a cambiamento di fase.
• Schiuma poliuretanica a spruzzo in pannelli strutturalmente isolati e strutture composite.
• Isolamento a parete solida.
• Isolamento acustico.
• Il mercato dell’isolamento degli edifici.
• Comfort termico.
• Isolamento trasparente.
• Tipi di isolamento.
• Valore U.
• Convenzioni di valore U in pratica: esempi funzionanti usando BR 443.