Perché la schiuma PU offre un'ottima isolamento termico?

Nel suo nucleo, la schiuma in poliuretano (PU) è un isolante straordinario perché contrasta il trasferimento di calore su tre fronti distinti contemporaneamente. Il calore tende sempre a spostarsi da un’area calda verso un’area fredda e dispone di tre modalità principali per farlo: conduzione attraverso materiali solidi, convezione attraverso aria o liquidi in movimento e irraggiamento mediante onde elettromagnetiche. La maggior parte dei materiali isolanti svolge un buon lavoro su uno o due di questi fronti, ma la schiuma in PU possiede una combinazione unica di proprietà che le consente di opporsi efficacemente a tutti e tre con notevole efficienza. Il vero segreto risiede in ciò che accade nel preciso istante in cui si preme il grilletto. Quando i componenti liquidi contenuti nella bomboletta si mescolano e reagiscono, innescano una reazione chimica che genera calore e rilascia anidride carbonica sotto forma di gas. Questo gas rimane intrappolato in milioni e milioni di minuscole bolle; mentre la schiuma si espande e indurisce, tali bolle diventano camere permanenti e sigillate. Non si tratta semplicemente di riempire uno spazio: si tratta di creare una barriera fisica che il calore ha estrema difficoltà a oltrepassare. Una volta compresa questa dinamica, si capisce perché l’inserimento semplice di pannelli in fibra di vetro all’interno di una cavità muraria non potrà mai eguagliare le prestazioni di una tenuta realizzata correttamente con schiuma isolante.

Il segreto delle celle chiuse e il potere del gas intrappolato

Se volete capire perché la schiuma di poliuretano (PU) è una vera superstar dal punto di vista termico, dovete ingrandire l’immagine ed esaminarne la struttura microscopica. Al microscopio, una schiuma di PU di alta qualità appare come un denso alveare, una rete di minuscole celle individuali con pareti costituite da polimero solido di poliuretano. La caratteristica distintiva è che la stragrande maggioranza di queste celle è «chiusa». Ciò significa che ogni minuscola bolla è una tasca autonoma, completamente circondata da pareti polimeriche e isolata dalle celle adiacenti. Questa struttura a celle chiuse costituisce la base di tutte le proprietà che rendono questo materiale eccellente come isolante. Poiché le celle sono sigillate, l’aria non può muoversi liberamente attraverso la schiuma. La convezione, che rappresenta un importante responsabile della dispersione di calore nei materiali soffici come la fibra di vetro o nelle schiume a celle aperte, viene di fatto eliminata. Il gas contenuto all’interno di tali celle rimane semplicemente fermo, incapace di circolare e trasportare via il calore.

Tuttavia, la struttura rappresenta solo metà della storia. L'altra metà è costituita dal gas intrappolato all'interno di quelle celle. Gli agenti espandenti utilizzati per creare la schiuma — tra cui anidride carbonica, pentano o ciclopentano — sono conduttori di calore significativamente peggiori rispetto all'aria normale. Quando si misura con quanta facilità un materiale consente il passaggio del calore, si sta valutando la sua conducibilità termica, spesso indicata con la lettera greca lambda (λ). Più basso è questo valore, migliore è l'isolante. L'aria normale ha una conducibilità termica che conferisce a materiali isolanti tipici come la fibra di vetro o la cellulosa un valore R per pollice compreso nella fascia bassa-media del 3. La schiuma di poliuretano (PU), invece, presenta generalmente una conducibilità termica di circa 0,024 W/m·K, corrispondente a un valore R per pollice di circa R-6–R-7, quasi il doppio rispetto a molte soluzioni convenzionali. Ciò significa che si ottiene la stessa capacità isolante con metà dello spessore, un vantaggio notevole negli spazi ristretti, come quelli dei telai delle finestre o degli stipiti delle porte. È proprio la combinazione di una struttura a celle chiuse e finemente distribuite e di questi gas cellulari a bassa conducibilità termica a conferire alla schiuma rigida di poliuretano le sue eccezionali prestazioni termiche.

Riempire i vuoti che altri materiali isolanti non riescono a raggiungere

È una cosa avere un materiale con ottime prestazioni riportate in un rapporto di laboratorio, ma è tutt’altra cosa che quel materiale funzioni efficacemente nel mondo reale della costruzione, caratterizzato da irregolarità e complessità. È proprio in questo contesto che la schiuma poliuretanica (pu foam) si distingue nettamente dagli altri isolanti. I materiali isolanti tradizionali, come i pannelli in fibra di vetro o le lastre rigide in schiuma, sono eccellenti per coprire ampie superfici piane e aperte, ma risultano estremamente inefficaci nel gestire gli spazi piccoli e complessi da cui il calore tende a disperdersi. Si pensi, ad esempio, allo spazio tra il telaio di una finestra e l’apertura grezza nel muro, al foro attraverso cui passano tubazioni o cavi elettrici nel pavimento, o alle fessure e ai giunti irregolari tra pareti e soffitti. Se avete mai provato a inserire della fibra di vetro in uno spazio ristretto intorno a una finestra, saprete bene che si tratta di una battaglia persa: o la comprimete eccessivamente, compromettendone le proprietà isolanti, oppure lasciate piccoli vuoti che diventano vere e proprie autostrade invisibili per le perdite d’aria.

La schiuma in PU risolve questo problema diventando letteralmente la forma perfetta per qualsiasi interstizio su cui viene applicata. Poiché viene applicata come liquido che successivamente si espande, penetra in ogni anfratto, fessura e superficie irregolare, aderendo saldamente ai materiali circostanti e creando una tenuta monolitica e stagna all’aria. Questa capacità di adattarsi e riempire uniformemente gli interstizi è ciò che la rende indispensabile per l’installazione di porte e finestre, la sigillatura delle perforazioni dei tubi e l’isolamento di aree di difficile accesso, come i bordi del tetto e le crepe nelle fondazioni. Quando si eliminano queste piccole perdite d’aria, non si blocca semplicemente un colpo d’aria: si interrompe il ciclo convettivo che estrae dall’edificio l’aria condizionata, sostituendola con aria esterna che il sistema HVAC dovrà quindi riscaldare o raffreddare con maggiore sforzo. Proprio questa sigillatura stagna all’aria è spesso la fonte dei maggiori risparmi energetici, poiché le perdite d’aria possono rappresentare una percentuale significativa del carico totale di riscaldamento e raffreddamento di un edificio. Una bomboletta di schiuma applicata nei punti giusti può avere un impatto sorprendentemente rilevante sulla bolletta mensile dell’energia.

Prestazioni a lungo termine che resistono per decenni

Una delle domande più comuni che le persone si pongono riguardo a qualsiasi materiale isolante è se continuerà a svolgere la sua funzione tra dieci o vent'anni. Alcuni materiali si assestano nel tempo, altri assorbono umidità e perdono efficacia, mentre altri semplicemente si degradano. Con la schiuma di poliuretano a celle chiuse, le prospettive a lungo termine sono decisamente positive. Studi hanno dimostrato che la schiuma rigida di poliuretano ha una vita utile di 50 anni o più e mantiene la sua bassissima conducibilità termica per tutto questo periodo. Ciò è dovuto in larga misura alla struttura a celle chiuse di cui abbiamo parlato in precedenza. Poiché le celle sono sigillate, agiscono da barriera contro l’ingresso di umidità. La schiuma non assorbe acqua come una spugna, quindi non diventerà una massa zuppa e inefficace né un terreno fertile per la formazione di muffe.

Esiste un fenomeno noto come "invecchiamento della schiuma", per il quale la conducibilità termica della schiuma aumenta leggermente nel tempo, poiché i gas espandenti a bassa conducibilità diffondono lentamente all’esterno e vengono sostituiti dall’aria ambiente. Si tratta tuttavia di un processo lento, ben compreso dagli ingegneri e già tenuto in conto nelle valutazioni delle prestazioni a lungo termine utilizzate nei regolamenti edilizi. In termini pratici, una parete o un telaio di finestra isolati con schiuma garantiscono prestazioni elevate per l’intera vita utile di un edificio tipico. Campioni prelevati da un tetto inclinato in Germania dopo 28 anni di servizio non presentavano danni, fori né perdita di prestazioni. La conducibilità termica misurata dopo quasi tre decenni era addirittura leggermente migliore rispetto al valore dichiarato originariamente. Confrontando questa durata con quella dei pannelli in fibra di vetro, che possono afflosciarsi lasciando interstizi nella parte superiore della cavità muraria, o con quella della cellulosa, che può sedimentare e compattarsi nel tempo, il vantaggio offerto da una schiuma rigida e permanentemente aderente diventa estremamente evidente. Si tratta di un investimento che continua a generare benefici in termini di risparmio energetico e comfort anno dopo anno, decennio dopo decennio.