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Conducibilità termica materiali

Il mondo dei serramenti abbraccia molteplici settori. Dall’architettura alla fisica, dal design alle scienze dei materiali. Tra questi argomenti troviamo la conducibilità termica materiali. Si tratta di un tema importante per capire quale serramento scegliere anche in virtù delle detrazioni fiscali.

Infatti, conoscere la conducibilità termica materiali ci permette di scegliere un telaio piuttosto che un altro. Ma anche considerare la parte vetrata e tutti gli altri elementi che compongono il serramento.

Inoltre, capire quali sono i valori trasmittanza termica dei nostri infissi ci fornisce elementi chiari per ottenere un bilancio energetico attendibile. In altre parole, la conducibilità termica materiali che compongono le finestre della nostra casa è la chiave per risparmiare.

Conduzione, conduttanza, conducibilità

Prima di iniziare la nostra rassegna nel mondo della trasmissione del calore è bene precisare alcuni dilemmi linguistici. Vediamo spesso i termini conducibilità e conduttività termica, conduttività e conduzione, senza capire qual è la differenza.

Per questo motivo, è bene ricordare quali siano le loro definizioni e capire quali termini siano in realtà sinonimi. Vediamoli insieme.

Cos’è la conduzione termica?

La conduzione termica è lo scambio di energia termica tra corpi in contatto tra di loro, senza movimento macroscopico di materia. Il concetto è sempre lo stesso e si basa sul secondo principio della termodicanica. Quando ci sono differenze di temperatura, il corpo più caldo cede spontaneamente il proprio calore verso il corpo più freddo.

L’attitudine di un materiale a trasmettere il calore viene definita conducibilità o conduttività termica ?. Si tratta di una proprietà specifica di ogni materiale ed è in grado di spiegarne il comportamento. Inoltre, questo valore non dipende dalla forma del materiale, ma soltanto dalla sua natura.

La conduttività termica si misura in W/(m⋅K), ovvero Watt metro Kelvin.

Cos’è il coefficiente di conduttività termica L?

La conduttività termica L è una caratteristica fisica di un materiale. Viene anche definita come valore del coefficiente di conduzione termica e si misura, nel sistema internazionale, in W/(m⋅K).

Tale valore dipende dalle diverse sostanze. Ad esempio, il diamante ha una conducibilità termica L pari a 1600 WmK. Il vetro 1 Wmk; il poliuretano 0,025 Wmk. La sostanza con migliore conducibilità termica è l’aerogel con un valore di 0,0013 WmK.

Dalla conduttività termica possiamo ottenere la resistenza termica.

Cos’è la resistenza termica?

La resistenza termica identifica quanto un elemento sia in grado di opporsi al passaggio del calore. Ciò dipende dalla conducibilità L e dallo spessore dell’elemento costruttivo. Pertanto, la formula della resistenza è spessore fratto conducibilità.

R= d/ ?.

Ad esempio, dieci centimetri di polistirolo, che ha una conducibilità termica pari a 0,040 WmK, avrà una resistenza termica R pari a 2,50 m2K/W. Ovvero:

R = 0,10/0,0040 = 2,50 m2K/W

Maggiore è la resistenza migliore sarà la capacità del materiale di resistere al passaggio del calore.

Dalla resistenza possiamo ottenere la trasmittanza termica U.

Trasmittanza termica materiali

Spesso ci siamo imbattuti nella trasmittanza termica materiali che compongono i nostri serramenti. In special modo, in relazione alle norme a sostegno del risparmio energetico e del contenimento degli sprechi. Infatti, questi temi sono legati ai nostri risparmi. Ciò perché riducendo i valori di trasmittanza termica riduciamo costi in bolletta.

Quando parliamo di trasmittanza termica ci riferiamo a quanto un serramento è in grado di trattenere calore o perderlo. Ad esempio, il legno è il materiale più tradizionale impiegato per i serramenti, non soltanto perché in passato era l’unico disponibile.

Infatti, il legno utilizzato per i telai degli infissi ha una trasmittanza termica U compresa tra 1,5 e 1,8 W/m2K. La sua conducibilità o conduttività termica ? è 0,126 WmK, nel caso in cui il legno fosse quello di abete. Se il telaio in legno avesse uno spessore di 30 centimetri, la resistenza termica del legno sarebbe:

R = 0,30/0,126 = 2,38 m2K/W

Grazie a questo valore possiamo ottenere la trasmittanza termica di questo telaio in legno. Ovvero:

U= 1/R = 0,42 W/m2K

Come abbiamo detto, più piccolo è il valore di U e migliore sarà l’isolamento termico del materiale.

Valori trasmittanza termica: materiali a confronto

Ma quali sono i valori di U per ogni materiale? Ogni serramento è composto di diverse parti e ogni parte ha una propria conducibilità termica.

Per questo motivo, il calcolo della trasmittanza termica dei serramenti è molto complicato. Tant’è che ENEA ha messo a punto due software per aiutare gli utenti al calcolo del risparmio energetico con l’acquisto di serramenti e schermature ad alta efficienza energetica.

Ma torniamo ai materiali e alla loro capacità di disperdere o trattenere calore.

Trasmittanza termica dei telai Uf
MaterialiTrasmittanza U (W/m2 · K)
Legno1,5 – 1,8
Legno (mm 20-50)1,90 – 2,60
Alluminio a taglio freddo5,2 – 7
Alluminio a taglio termico2,4 – 3,9
PVC (una camera)2,8
PVC (2-3 camere)2,0 – 2,2
Materiali compositi (Alluminio-Legno)1,7
Poliuretano con anima di metallo2,6
Poliuretano con una camera2,4

Ricordiamo che minore è il valore di U e migliore sarà l’isolamento termico del materiale.

Ad esempio, non conviene acquistare un serramento in alluminio a taglio freddo, poiché ci sarà troppa dispersione di calore. Al contrario un infisso in alluminio-legno è perfetto per contenere i consumi. Ciò perché il legno è un cattivo materiale conduttore.

Conducibilità termica materiali omogenei

Abbiamo visto che la conduzione è lo scambio termico tra due corpi, che possono essere solidi, liquidi o gassosi. Il corpo più caldo cede energia termica a quello più freddo.

La conduttività termica materiali ? è un valore che si misura in W/(m⋅K) e spiega il comportamento dell’oggetto considerato. Definito anche coefficiente di conducibilità termica, questo valore deriva dal rapporto tra flusso di calore e gradiente di temperatura provocata dal passaggio del calore.

Nella seguente tabella possiamo ricavare i valori di conduttività termica materiali omogenei più comuni.

Materiale? (W/mK)
Argento418
Alluminio203
Legno0,23
Lana di vetro0,046
Polistirolo espanso0,034

Conduttanza termica materiali non omogenei

Quando l’oggetto che stiamo considerando non presenta delle proprietà termiche uniformi si parla di conduttanza termica dei materiali.

La conduttanza C si riferisce a tutti quei materiali da costruzione non omogenei. Ad esempio, i solai oppure i giunti di un serramento. Si tratta di elementi dove si insinua l’aria e, per questo motivo, risentono di altri fattori.

I valori di conduttanza sono ricavabili in diversi modi:

  • Dalle apposite norme di riferimento (UNI 10355:1994, UNI EN 1745:2002)
  • Dalle prove di laboratorio o simulazioni i cui risultati vengono riportati nei certificati dagli stessi produttori.

La conducibilità termica materiali: conclusioni

In questo articolo abbiamo parlato di conducibilità termica materiali, ma anche di conduttanza e trasmittanza. Si tratta di concetti legati alla fisica e, in particolare, alla termodinamica. L’idea di base è che tutti i corpi disperdono calore, alcuni di più e altri di meno. Ma se isoliamo questi corpi possiamo ridurre il dispendio energetico.

Il caso del legno è quello più eclatante, ma ci sono anche altri materiali che fungono da isolante. Ad esempio, la lana di vetro oppure il poliuretano espanso che serve per isolare l’alluminio a taglio termico.

Ma tutti questi concetti ci servono per capire in che modo ottimizzare il bilancio energetico della nostra casa. Scegliere serramenti dalle alte prestazioni energetiche, isolare le pareti della casa con un cappotto termico, eliminare i punti termici. Tutti questi accorgimenti devono essere premiati e lo sono! Grazie alle agevolazioni fiscali che ci danno modo di detrarre le spese sostenute dal 50% in poi.

I bonus fiscali sono molteplici. Ma questa è un’altra storia.