Chi vuole valutare l’isolamento termico di un edificio non può prescindere da un unico parametro: il coefficiente di trasmissione termica, in breve valore U. Per il polistirolo espanso, comunemente noto nel settore edile come Styropor, questo valore è da decenni uno strumento fondamentale nella progettazione. Il valore U del polistirolo descrive la quantità di calore che attraversa al secondo un metro quadrato di materiale isolante quando tra i suoi due lati vi è una differenza di temperatura di un kelvin. Chi comprende questo valore, comprende non solo il materiale, ma l’intero principio dell’edilizia efficiente dal punto di vista energetico.
- Cosa significa fisicamente il valore U e in che modo si differenzia dal coefficiente di conducibilità termica
- Qual è la conducibilità termica del polistirolo espanso e perché varia a seconda del tipo di prodotto
- Come si calcola il valore U del polistirolo espanso per un elemento costruttivo specifico
- Quali valori U sono prescritti dalla legge sull’energia degli edifici e dalle norme riconosciute
- Dove viene tipicamente utilizzato il polistirolo espanso come materiale isolante e dove incontra i suoi limiti
- Come si comporta il polistirolo espanso rispetto ad altri materiali isolanti
- Quali dettagli costruttivi ed errori di posa peggiorano nella pratica il valore U calcolato
- In che modo la sostenibilità, la protezione antincendio e la riciclabilità influenzano la valutazione del polistirolo espanso
Valore U e conducibilità termica: cosa significano questi parametri
Il valore U, detto anche coefficiente di trasmissione termica, indica quanta energia termica, espressa in watt all’ora, attraversa un metro quadrato di un elemento costruttivo quando la differenza di temperatura tra l’interno e l’esterno è esattamente di un kelvin. L’unità di misura è W/(m²K). Più basso è questo valore, migliore è l’isolamento dell’elemento costruttivo. Un valore U di 0,20 W/(m²K) indica quindi un isolamento termico nettamente migliore rispetto a un valore U di 0,35 W/(m²K). Questo parametro si riferisce sempre all’intero elemento costruttivo, ovvero all’intera struttura della parete, al soffitto o al tetto, non al solo materiale isolante.
Da questo va distinta la conducibilità termica, indicata nella norma come valore lambda (λ) ed espressa in W/(mK). Si tratta di una proprietà del materiale che descrive quanto bene o male una sostanza conduca il calore. Il polistirolo espanso, in quanto materiale isolante, possiede una conducibilità termica molto bassa, il che significa che trasporta male il calore e quindi isola bene. La relazione tra conducibilità termica e valore U è diretta: chi conosce lo spessore dello strato di un materiale isolante e il suo valore lambda può calcolare la resistenza termica di tale materiale, espressa come valore R in m²K/W. Il valore U di un elemento costruttivo risulta quindi dall’inverso della somma di tutte le resistenze termiche degli singoli strati, comprese le resistenze di trasferimento termico alle superfici.
In pratica ciò significa che, a rigor di termini, il valore U del polistirolo espanso non esiste di per sé come parametro caratteristico del materiale. Ciò che esiste è il valore lambda del materiale, dal quale si ricava, in funzione dello spessore di posa, il valore R e infine il valore U dell’intero elemento costruttivo. Quando gli esperti parlano comunque del valore U del polistirolo espanso, di solito intendono il valore U raggiunto da un elemento costruttivo con uno specifico spessore dello strato di polistirolo espanso, oppure si riferiscono alla resistenza termica del materiale isolante stesso. Questa imprecisione terminologica è diffusa nella pratica edilizia quotidiana e porta talvolta a malintesi; per questo motivo, la distinzione tra parametro del materiale e parametro dell’elemento costruttivo dovrebbe essere chiara fin dall’inizio.
Conducibilità termica del polistirolo: tipologie di prodotto e valori tipici
Il polistirene espanso (EPS), nome corretto del materiale comunemente noto come polistirolo, è una plastica espansa costituita da microsfere di polistirene che vengono gonfiate sotto l’azione del vapore e sinterizzate in pannelli o elementi sagomati. Il nome commerciale «polistirolo» è un marchio registrato della BASF SE, ma si è affermato come termine generico. Nel settore edile, l’EPS è disponibile in una vasta gamma di tipologie che si differenziano per densità apparente, resistenza alla compressione e conducibilità termica.
I pannelli isolanti in EPS standard presentano una conducibilità termica nominale compresa tra circa 0,035 e 0,040 W/(mK). I prodotti di qualità superiore, i cosiddetti pannelli in EPS grigio o in EPS grafite, contengono particelle di grafite che riflettono la radiazione infrarossa all’interno del materiale isolante, riducendo così il trasferimento di calore per irraggiamento all’interno della struttura della schiuma. Questi prodotti raggiungono valori lambda compresi tra 0,030 e 0,032 W/(mK). La differenza può sembrare minima, ma a parità di spessore di posa ha un’influenza tangibile sul valore U ottenibile: Con l’EPS alla grafite è possibile ottenere un valore U notevolmente inferiore a parità di spessore isolante oppure, viceversa, ottenere lo stesso effetto isolante con uno spessore dello strato inferiore, il che è rilevante in caso di spazi ristretti.
La densità apparente dei pannelli in EPS varia, a seconda del tipo, tra circa dieci e trenta chilogrammi per metro cubo. Densità apparenti più elevate sono solitamente accompagnate da una maggiore resistenza alla compressione, il che è determinante per applicazioni soggette a carichi, come nell’isolamento perimetrale o nell’isolamento del pavimento. La conducibilità termica non migliora necessariamente con l’aumentare della densità apparente; essa dipende in misura maggiore dalla struttura cellulare e dagli additivi. Per il calcolo del valore U del polistirolo espanso in un elemento costruttivo specifico occorre quindi sempre fare riferimento al valore lambda specifico del prodotto, dichiarato nella scheda tecnica o nella dichiarazione di prestazione del produttore, e non a un valore indicativo generico.
Calcolo del coefficiente U del polistirolo espanso: passo dopo passo
Il calcolo del valore U di un elemento da costruzione coibentato segue una procedura chiaramente definita, disciplinata dalla norma europea EN ISO 6946. La base di calcolo è data dalla somma di tutte le resistenze termiche presenti nella sezione trasversale dell’elemento. Per ogni strato omogeneo, la resistenza termica risulta dal quoziente tra lo spessore dello strato (in metri) e la conducibilità termica del materiale (in W/(mK)). A ciò si aggiungono le resistenze al trasferimento termico alle superfici dell’elemento costruttivo, stabilite dalla norma: solitamente 0,13 m²K/W per il lato interno e 0,04 m²K/W per il lato esterno nel caso di elementi costruttivi esterni.
Un esempio di calcolo chiarisce il principio. Una parete esterna costituita da 24 centimetri di muratura (conducibilità termica 0,79 W/(mK)) con uno strato interno di 1,5 centimetri di intonaco interno (conducibilità termica 1,0 W/(mK)) e un isolamento esterno in EPS di 14 centimetri (lambda 0,035 W/(mK)), oltre a un intonaco esterno di 1 centimetro (conducibilità termica 1,0 W/(mK)), presenta le seguenti resistenze termiche specifiche: intonaco interno 0,015/1,0 pari a 0,015 m²K/W; muratura 0,24/0,79 pari a circa 0,304 m²K/W; isolamento in EPS 0,14/0,035 pari a 4,0 m²K/W; intonaco esterno 0,01/1,0 pari a 0,010 m²K/W. La somma di tutte le resistenze, comprese quelle superficiali, è pari a 0,13 più 0,015 più 0,304 più 4,0 più 0,010 più 0,04, ovvero circa 4,50 m²K/W. Il valore U, come inverso, risulta pari a circa 0,22 W/(m²K). Questo valore rientra nei requisiti previsti dalla legge sull’energia degli edifici per le pareti esterne nelle nuove costruzioni.
Da questo calcolo risulta immediatamente chiaro perché lo strato isolante sia determinante per il valore U: con una resistenza termica di 4,0 m²K/W, lo strato di EPS in questo esempio rappresenta circa il novanta per cento della resistenza totale. La muratura contribuisce in misura minima, con circa 0,30 m²K/W. Chi desidera migliorare il valore U di una costruzione in polistirolo espanso deve innanzitutto aumentare lo spessore dello strato isolante oppure scegliere un materiale con un valore lambda inferiore. Le modifiche apportate all’elemento portante stesso hanno un’influenza minima sul risultato.
Influenza dello spessore dell’isolante sul valore U
La relazione tra spessore dell’isolante e valore U non è lineare, ma segue una curva iperbolica. Con spessori di isolante ridotti, ogni centimetro in più comporta un miglioramento significativo del valore U. Quando gli spessori dell’isolante sono già elevati, la curva si appiattisce: un aumento da dieci a venti centimetri di EPS dimezza approssimativamente il valore U, mentre un aumento da venti a trenta centimetri comporta solo un miglioramento di un terzo. Questa legge è fondamentale per l’ottimizzazione economica degli interventi di isolamento e spiega perché, a partire da un determinato spessore dell’isolante, il costo aggiuntivo sia in rapporto sfavorevole rispetto al beneficio ottenuto.
Requisiti normativi: cosa prescrive la legge sull’energia degli edifici
In Germania, la legge sull’energia degli edifici (GEG) disciplina i requisiti energetici minimi per le nuove costruzioni e le ristrutturazioni sostanziali. Essa non prescrive valori U diretti per i singoli elementi costruttivi, ma richiede il rispetto di un fabbisogno energetico complessivo o di una procedura di riferimento per gli edifici. Tuttavia, la GEG contiene nei suoi allegati valori U massimi per i singoli elementi costruttivi, che devono essere rispettati in caso di ristrutturazioni e per determinati metodi di verifica. Per le pareti esterne nelle nuove costruzioni, questo valore massimo è pari a 0,28 W/(m²K); per i tetti e i solai dell’ultimo piano è pari a 0,20 W/(m²K); per i solai delle cantine e gli elementi costruttivi a contatto con il terreno è pari a 0,30 W/(m²K). Questi valori vanno intesi come standard minimi; standard energetici più ambiziosi, come le «case ad alta efficienza» della KfW o lo standard della casa passiva, richiedono valori U nettamente inferiori.
Lo standard della casa passiva, sviluppato dall’Istituto della casa passiva di Darmstadt, raccomanda per le pareti esterne valori U compresi tra 0,10 e 0,15 W/(m²K). Per raggiungere tali valori con l’EPS, sono necessari spessori dello strato isolante compresi tra venti e trenta centimetri o superiori. Ciò è tecnicamente possibile senza problemi, ma pone requisiti particolari dal punto di vista costruttivo e progettuale, ad esempio per quanto riguarda la realizzazione di intradossi delle finestre, tettoie e dettagli dello zoccolo. La norma europea EN 13162 disciplina i requisiti relativi ai materiali isolanti termici in lana minerale prodotti industrialmente; per l’EPS si applica la norma EN 13163, che stabilisce, tra l’altro, la dichiarazione della conducibilità termica e delle proprietà meccaniche.
In caso di risanamento di edifici esistenti si applica la GEG con norme specifiche per la sostituzione di elementi costruttivi e l’ampliamento dello strato isolante. Chi rifà l’intonaco di una facciata o costruisce ex novo una parete esterna è tenuto a rispettare i valori U minimi vigenti. Sono previste eccezioni per gli edifici sottoposti a tutela dei beni culturali e per i casi in cui il rispetto dei requisiti non sia economicamente giustificabile. Tali casi di deroga sono definiti in modo restrittivo nel GEG e devono essere dimostrati caso per caso.
Campi di applicazione del polistirolo espanso come materiale isolante
L’EPS viene impiegato nel settore edile in una vasta gamma di applicazioni, che differiscono notevolmente nei requisiti richiesti al materiale. Il campo di applicazione di gran lunga più diffuso è il sistema di isolamento termico a cappotto (WDVS), noto anche come isolamento esterno o isolamento termico completo. In questo caso, i pannelli in EPS vengono fissati alla parete esterna con colla e tasselli e successivamente rivestiti con un intonaco di supporto armato e un intonaco di finitura. Questo sistema è diffuso in Germania sin dagli anni ’60 e si è affermato come metodo economicamente efficiente per l’isolamento delle facciate. Il valore U del polistirolo espanso nel WDVS dipende direttamente dallo spessore dell’isolante scelto e dal valore lambda dei pannelli in EPS utilizzati.
Un altro importante campo di applicazione è l’isolamento perimetrale, ovvero l’isolamento di elementi costruttivi a contatto con il terreno, come le pareti esterne delle cantine e le solette. In questo caso vengono utilizzati tipi speciali di EPS resistenti alla compressione, che mantengono la loro efficacia isolante anche in presenza di umidità permanente e carichi meccanici. L’EPS standard non è adatto a questa applicazione, poiché può assorbire acqua, con conseguente peggioramento della sua conducibilità termica. Per l’isolamento perimetrale vengono quindi utilizzati tipi di EPS a struttura cellulare chiusa o polistirene estruso (XPS), che presenta un assorbimento d’acqua ancora minore.
L’EPS trova impiego anche nell’isolamento dei tetti piani, nell’isolamento tra le travi, nell’isolamento dei pavimenti sotto il massetto e nell’isolamento interno, tenendo conto in ciascun caso dei requisiti specifici del prodotto in termini di resistenza alla compressione, comportamento al fuoco e proprietà di diffusione del vapore. Nell’isolamento interno è necessaria particolare cautela: un isolamento interno in EPS modifica la distribuzione della temperatura nella sezione trasversale della parete e, in condizioni sfavorevoli, può portare alla formazione di condensa all’interno della struttura muraria. In tali casi è indispensabile la verifica della protezione dall’umidità secondo il metodo Glaser o mediante strumenti di simulazione igrotermica.
Il polistirolo espanso (EPS) a confronto con altri materiali isolanti
Rispetto alla lana minerale (lana di roccia o lana di vetro), l’EPS si colloca su un livello simile in termini di conducibilità termica; i prodotti standard di entrambi i gruppi di materiali si attestano tra 0,032 e 0,040 W/(mK). La lana minerale presenta tuttavia un vantaggio decisivo in termini di protezione antincendio: è incombustibile (classe di materiale da costruzione A1 secondo la norma DIN 4102), mentre l’EPS appartiene alla classe di materiale da costruzione B2 (normalmente infiammabile) o, se trattato con ritardanti di fiamma, alla classe B1 (difficilmente infiammabile). Per applicazioni con requisiti di protezione antincendio più elevati, ad esempio nei grattacieli o in determinate costruzioni speciali, la lana minerale è quindi spesso l’unica scelta ammessa. La schiuma rigida di poliuretano (PUR/PIR) raggiunge valori lambda compresi tra 0,022 e 0,028 W/(mK) e consente quindi spessori di strato notevolmente inferiori a parità di effetto isolante, ma è più costosa e più problematica da smaltire. I materiali isolanti in fibra di legno e in cellulosa offrono vantaggi ecologici e buone proprietà di regolazione dell’umidità, ma presentano valori lambda più elevati, compresi tra 0,038 e 0,050 W/(mK).
Dettagli costruttivi, errori di posa e loro effetti sul valore U
Il valore U del polistirolo espanso di un elemento costruttivo, determinato mediante calcolo, è valido solo per la sezione trasversale omogenea e non alterata. In pratica, l’isolamento termico effettivo spesso si discosta dal valore di calcolo, poiché i dettagli costruttivi e gli errori di posa generano ponti termici che peggiorano il valore U effettivo dell’elemento costruttivo. I ponti termici si formano ovunque lo strato isolante venga interrotto, attraversato o ridotto di spessore. Esempi tipici sono i tasselli di fissaggio che attraversano lo strato isolante, archi di finestre con isolamento insufficiente, solette dei balconi che, in quanto lastre di calcestruzzo a sbalzo, perforano il livello isolante, nonché raccordi con il basamento in cui l’isolamento non viene portato fino a sotto il livello del terreno.
Nel sistema di isolamento termico esterno (SITE), la corretta posa dei pannelli in EPS a fascio, ovvero con giunti sfalsati, è fondamentale. I giunti verticali continui generano ponti termici lineari che, sebbene possano sembrare irrisori nel singolo caso, riducono sensibilmente l’isolamento termico complessivo se presenti in modo sistematico. Altrettanto importante è l’incollaggio senza lacune dei pannelli: le cavità tra il pannello e il sottofondo consentono la circolazione dell’aria dietro lo strato isolante, riducendo notevolmente la resistenza termica. I sistemi di isolamento termico a cappotto (ETICS) realizzati a regola d’arte vengono quindi sia incollati su tutta la superficie sia fissati con tasselli, i quali, se possibile, vengono dotati di cappucci termoisolanti per ridurre al minimo i ponti termici puntuali.
Un errore spesso sottovalutato è l’insufficiente isolamento di intradossi, architravi e zoccoli. Anche se la superficie della facciata è isolata in modo eccellente, gli intradossi delle finestre realizzati male possono causare notevoli perdite di calore e condensa sulle superfici degli intradossi. La regola empirica è la seguente: lo strato isolante dovrebbe estendersi il più possibile attorno all’apertura della finestra, per ridurre al minimo l’effetto di ponte termico del telaio e dell’intradosso. Nella pratica, ciò rappresenta spesso un compromesso tra l’efficacia dell’isolamento e le esigenze estetiche relative all’aspetto delle finestre.
Sostenibilità, protezione antincendio e riciclaggio del polistirolo espanso
Il dibattito sulla sostenibilità dell’EPS come materiale isolante è complesso. Da un lato vi è il notevole contributo al risparmio energetico durante il ciclo di vita di un edificio: un edificio ben isolato consuma nettamente meno energia per il riscaldamento nel corso di decenni, il che di norma ammortizza in pochi anni l’energia impiegata per la produzione del materiale isolante. D’altro canto, l’EPS è una plastica a base di petrolio, la cui produzione comporta il consumo di risorse fossili e il cui smaltimento alla fine del ciclo di vita pone delle sfide.
La riciclabilità dell’EPS è tecnicamente possibile in linea di principio: l’EPS raccolto separatamente può essere trasformato in granulato e utilizzato nella produzione di nuovi prodotti in EPS o come riempitivo in altri materiali da costruzione. In pratica, tuttavia, il riciclaggio dei pannelli per sistemi di isolamento termico a cappotto (SITC) spesso fallisce perché, una volta installato, l’EPS è legato a colla, intonaco, tasselli e ritardanti di fiamma, rendendo la separazione per tipo di materiale complessa o antieconomica. I ritardanti di fiamma a base di ciclododecano esabromurato (HBCD), utilizzati nei pannelli isolanti in EPS fino alla metà degli anni 2010, sono ormai vietati e sono stati sostituiti da altri ritardanti di fiamma. I pannelli obsoleti contenenti HBCD devono essere smaltiti come rifiuti pericolosi, il che aumenta i costi di smantellamento in caso di ristrutturazioni.
La protezione antincendio rappresenta un altro punto critico. L’EPS della classe di reazione al fuoco B2 è normalmente infiammabile e, in caso di incendio, può bruciare, fondersi e formare gocce incandescenti. Nei sistemi di isolamento termico a cappotto (WDVS), il comportamento al fuoco è influenzato dallo strato di intonaco e dalle barriere antincendio orizzontali in lana minerale, che devono essere installate nello strato isolante in EPS a determinate distanze in altezza. I requisiti precisi dipendono dalla classe dell’edificio e dalle rispettive normative edilizie regionali. Per gli edifici delle classi 4 e 5, ovvero per gli edifici con un’altezza superiore a sette metri dal bordo superiore del pavimento del locale di soggiorno più alto, si applicano requisiti più severi che possono escludere o limitare fortemente l’uso dell’EPS senza barriere antincendio.
Il polistirolo espanso e il valore U nel contesto dell’edilizia contemporanea
Il valore U del polistirolo espanso non è un numero astratto, bensì uno strumento concreto di progettazione che architetti, consulenti energetici e committenti utilizzano quotidianamente per sviluppare progetti di isolamento termico, calcolare il fabbisogno energetico e valutare gli interventi di risanamento. L’EPS si è dimostrato un materiale isolante affidabile nel corso di molti decenni, poiché combina un buon effetto isolante con una facile lavorabilità, un peso ridotto e costi contenuti. Queste caratteristiche lo hanno reso il materiale isolante più utilizzato nell’edilizia residenziale tedesca.
Allo stesso tempo, l’analisi tecnica del materiale dimostra che il valore U da solo non è un criterio di qualità sufficiente. La protezione antincendio, la protezione dall’umidità, l’assenza di ponti termici nella struttura, la durata nel tempo e la questione della gestione del ciclo di vita alla fine del ciclo di vita sono aspetti che devono essere inclusi in una valutazione completa. Nessun materiale isolante è ottimale contemporaneamente in tutti questi ambiti; la scelta del materiale giusto dipende sempre dal caso specifico di applicazione, dai vincoli costruttivi e dai requisiti del progetto.
In pratica ciò significa che chi calcola o valuta il valore U del polistirolo espanso per un elemento costruttivo dovrebbe sempre considerare il valore calcolato come punto di partenza, non come punto di arrivo. L’accurata realizzazione dei dettagli, la prevenzione dei ponti termici, la corretta scelta del tipo di EPS per il rispettivo luogo di installazione e il rispetto dei requisiti previsti dalle norme edilizie determinano se l’isolamento termico previsto venga effettivamente raggiunto nella realtà. Da questo punto di vista, un edificio è valido quanto il suo dettaglio più debole, e nessun valore U della superficie, per quanto buono, può compensare un intradosso mal realizzato o una barriera antincendio trascurata.