Coibentazione: termini tecnici e problematiche

Quando parliamo di coibentazione, è fondamentale una breve introduzione tecnica per capire i concetti basilari. Li trovate qui sotto, semplificati e concentrati (senza pretesa di essere esaustivo, omettendo unità di misura e formule matematiche).

Conducibilità e resistenza termica

Quando due corpi di temperatura differente entrano in contatto, quello più caldo cede sempre il calore al più freddo. Il primo cedendo calore si raffredda, il secondo ricevendolo si scalda, e il processo continua fino a quando i due corpi raggiungono la stessa temperatura. Questo è valido sia per i corpi solidi che per quelli liquidi o gassosi (ad esempio tra la carrozzeria del furgone e l’aria all’esterno, o tra la carrozzeria e lo strato di isolante che ci attacchiamo). Di fatto, non è fisicamente corretto dire che “entra freddo dalla finestra”, in realtà è sempre il caldo della stanza che esce e si diffonde all’esterno attraverso il vetro.

Quello che può cambiare è la velocità con cui si trasferisce il calore per contatto: a parte della superficie di contatto stessa (più è grande più è veloce il processo), ogni materiale lo facilita o oppone resistenza in modo diverso. I metalli ad esempio oppongono poca resistenza al passaggio del calore, lo trasmettono e lo diffondono rapidamente, mentre il legno si oppone di più. Per questo motivo se tocchiamo con una mano una superficie di metallo e con l’altra una di legno, anche se entrambe hanno la stessa temperatura iniziale (supponiamo 20 gradi) la prima sembra più fredda: in realtà il metallo sta assorbendo più rapidamente del legno il calore della nostra mano, raffreddandola più in fretta, per questo la percepiamo così.

La conducibilità termica o valore lambda di un materiale è un valore che ci dice con che “facilità” o “velocità” trasmette (assorbe e cede) il calore. Più il valore è basso, più il materiale si oppone al passaggio. Gli isolanti sono semplicemente dei materiali con un valore lambda molto basso, minore di 0,065. A parità di spessore, un isolante con valore lambda minore isola di più.

Occhio, il fatto che oppongano resistenza significa semplicemente che rallentano il passaggio del calore, ma non lo impediscono. Un furgone ben coibentato senza riscaldamento e senza nessuno dentro di notte finirà con la stessa temperatura dentro che fuori. Semplicemente ci metterà qualche ora a cedere il calore all’aria esterna, invece di raffreddarsi quasi istantaneamente come nel caso di un furgone non coibentato. Il riscaldamento lavora in coppia con l’isolamento perché deve introdurre calore nell’ambiente più rapidamente del tempo che impiega l’isolante a cederlo all’esterno. Più il camper è isolato bene, meno dovrà accendersi e lavorare il riscaldamento.

Spesso si sente parlare di resistenza termica o valore R di un materiale. Questo è semplicemente un altro modo di esprimere quanto isola. Si differenzia dal precedente perché funziona al contrario (più è alto il numero più il materiale è isolante) e perché si riferisce sempre a uno spessore specifico. Non ha senso chiedere “qual’è il valore R del polistirolo?”, piuttosto… “qual’è il valore R di un pannello di polistirolo di due centimetri di spessore?”. Si riferisce sempre a uno spessore concreto.

Nessun materiale isolante è cattivo per definizione, dipende tutto dalle condizioni d’uso (tra cui lo spessore utilizzato). Un esempio: il polistirolo estruso o XPS (lambda = 0,034) isola molto meglio del legno (lambda = 0,13). Concretamente, per isolare allo stesso modo (ovvero per ottenere lo stesso valore R) abbiamo bisogno di quasi 4 volte lo spessore in legno che in XPS (0,13 / 0,034 = 3,8). Detto in altro modo, un pannello XPS standard di 4 centimetri di spessore isola allo stesso modo (ha lo stesso valore R) che una tavola di legno di uno spessore di circa 15 centimetri (!!!). Una tavola così spessa, a parte il fatto che non è molto pratica da usare, avrebbe un altro problema d’estate: immagazzinerebbe al suo interno troppo calore di giorno, per liberarlo poi dentro il furgone di notte.

L’aria: buon isolante e bassa capacità termica

L’aria stessa, se non contiene troppa umidità, è un isolante molto buono (lambda = 0,024). Per questa ragione la maggioranza degli isolanti di contatto la includono al loro interno, in forma di piccole bolle. Tutte le spume e il polistirolo stesso la contengono (per questo è così leggero). L’aria è buona anche perché non può immagazzinare molto calore al suo interno. Parlando tecnicamente diciamo che la sua capacità termica (ovvero la quantità di calore che può immagazzinare una porzione data del materiale, ad esempio un metro cubo a pressione ambiente) è molto bassa.

In estate è importante che dopo il tramonto la coibentazione non continui a rilasciare calore a lungo, o finiremo per accendere l’aria condizionata per raffreddare l’isolante, mentre fuori fa già più fresco. Al contrario, in inverno è utile lasciare che la luce del sole entri dentro e riscaldi i mobili, il pavimento, etc, perché una parte di quel calore entrerà dentro al legno e farà sì che il furgone non si raffreddi molto velocemente dopo. Il legno tende a immagazzinare il calore che riceve.

La capacità termica dipende dal tipo di materiale e dalla sua quantità. Uno dei migliori materiali per immagazzinare il calore è… l’acqua. Per questo una borsa d’acqua calda messa nel letto sotto a un piumino è un ottimo modo, low cost ma efficace, per immagazzinare il calore e far si che si liberi poco a poco.

Trasferimento di calore per radiazione

Fin’ora abbiamo parlato di trasferimento di calore per contatto, detto anche per conduzione. Esistono altri due modi per trasferire il calore da un corpo a un altro: per radiazione e per convezione.

“E se nello spazio tra 2 oggetti creo il vuoto perfetto, togliendo tutta l’aria? Se non si toccano e non c’è niente tra di loro che possa trasferire il calore per conduzione, avrò creato l’isolante perfetto”… no, sfortunatamente la faccenda non funziona così. Tutti gli oggetti (incluso il nostro corpo) emettono calore anche in forma di radiazione, ovvero onde elettromagnetiche. Di fatto, se ci pensate bene il sole scalda in ogni momento mezzo pianeta, e riesce a farlo anche se tra lui e la terra non c’è nessun mezzo di trasmissione, solo il vuoto dello spazio. Questo succede perché il sole emette una quantità scandalosa di radiazioni elettromagnetiche, e una parte di queste radiazioni (fortunatamente non tutte, grazie all’atmosfera) arriva fino alla superficie terrestre e riscalda la nostra pelle, che la assorbe aumentando la sua temperatura.

Certi materiali, come ad esempio l’alluminio, invece di assorbire le radiazioni termiche che ricevono, la riflettono come uno specchio. Questo vuol dire che se mettiamo un corpo caldo vicino a una lastra di alluminio (o perfino un foglio di alluminio da cucina), facendo in modo che non si tocchino, l’alluminio tende a rispedire al mittente tutto il calore che riceve per radiazione, attuando come un isolante.

Per fare in modo che questo funzioni è necessario che tra di loro ci sia uno spazio vuoto (o aria). Se i due corpi entrano in contatto, poiché l’alluminio conduce il calore incredibilmente bene (ha un lambda = 237!!!), non isolerebbe per niente. Di fatto, otterremmo l’effetto contrario. Il semplice fatto di verniciare l’alluminio annulla il suo effetto “specchio”. La vernice non è un buon riflettente, tende a assorbile le radiazioni e emettere il calore. Per fare in modo che funzioni l’alluminio dovrebbe rimanere scoperto, anche se esistono dei trattamenti per cambiare il suo colore naturale grigio senza che perda la sua proprietà riflettente.

Un parasole per il parabrezza dell’auto funziona così: ha uno strato esterno di alluminio che riflette tutta la radiazione del sole all’esterno. Gli isolanti riflessivi multistrato funzionano con lo stesso principio, e proprio per questo hanno bisogno di una camera d’aria davanti per funzionare. Ho visto video di persone che lo usano come isolante di contatto nei campervan… così isolano molto meno. Lo usano a contatto perché è difficile creare una camera d’aria nelle pareti di un furgone perché non sono verticali né piane, con nervature nel mezzo… ma proprio per questo motivo non è una buona idea usarli.

La convezione

Una camera d’aria chiusa ha un altro problema. Lo strato d’aria a contatto con la parete più calda tende a espandersi, riducendo la sua densità, e questo fa sì che salga verso l’alto. Nello stesso momento lo strato d’aria a contatto con la parete più fredda si contrae, aumentando la sua densità e muovendosi verso il basso. I due fenomeni insieme fanno sì che si formi una corrente di ricircolo (o cella di convezione) percorsa dall’aria tra le due pareti: l’aria calda dopo essere salita scende per il lato più freddo, cedendole il suo calore, e risale riscaldandosi a contatto con il lato più caldo. L’effetto finale è che si trasferisce il calore dalla parete più calda a quella fredda in modo molto più veloce di quello che lascerebbe supporre la capacità isolante dell’aria in se, che come abbiamo visto è molto buona.

Come vedremo parlando di riscaldamento in un altro articolo, si può sfruttare il movimento dell’aria per convezione per riscaldare in modo uniforme uno spazio. Non sono tutte cattive notizie. 😉

Condensazione e barriera al vapore

L’aria contiene sempre una piccola quantità d’acqua sotto forma di umidità (allo stato gassoso). Quando la quantità di umidità aumenta, si arriva al punto in cui l’aria non riesce più a immagazzinare altra acqua al suo interno, e questo fa sì che ritorni allo stato liquido sotto forma di piccole gocce che si depositano a terra, sulle pareti e sopra gli oggetti con cui entra in contatto. Questo processo si chiama condensazione. Qual’è la quantità massima di umidità che l’aria riesce a immagazzinare senza creare condensazione? Dipende dalla temperatura dell’aria stessa. Più l’aria è calda, più umidità può assorbire.

Questo fenomeno è visibile chiaramente nella vita quotidiana quando tiriamo fuori una lattina di birra fredda dal frigo. Dopo poco tempo si ricopre di piccole gocce di condensazione. Questo succede perché lo strato di aria a contatto con la lattina si raffredda, e quando la sua temperatura scende non può più immagazzinare tanta umidità al suo interno, per cui la cede sotto forma di condensazione. La stessa cosa succede la mattina con la rugiada: l’umidità che assorbe l’aria di giorno, quando di notte la temperatura scende si condensa al suolo.

In generale per evitare la condensazione bisogna garantire tre cose: che l’aria si mantenga a una temperatura sufficientemente alta per reggere la quantità d’acqua che contiene, che tale quantità non cresca molto e che l’aria stessa non entri in contatto con oggetti molto più freddi.

Quest’ultimo punto è essenziale anche per non avere problemi di ossido nella carrozzeria del furgone. Se avete dormito almeno una volta in un furgone non coibentato in inverno, soprattutto nelle zone con clima umido, vi sarete svegliati con le pareti e il pavimento bagnati. Se mettete uno strato del miglior isolante sul mercato ma lasciate uno spazio aperto tra quest’ultimo e la carrozzeria, con il ricircolo dell’aria le pareti finiranno per bagnarsi lo stesso con la differenza che non ve ne accorgerete, e con il tempo avrete problemi di ruggine e muffe (la prima distruttiva per la salute del veicolo, le seconde per la vostra).

Per questa ragione è importante creare quello che si definisce una “barriera al vapore“, ovvero una barriera che eviti che l’umidità interna arrivi a toccare la carrozzeria fredda. Fondamentalmente si tratta di mettere uno strato di qualunque isolante che sia anche impermeabile all’acqua attaccato alla carrozzeria, senza lasciare spazi vuoti. È importante che sia isolante, perché se finisce per diventare freddo come la carrozzeria stessa solo sposta il problema qualche centimetro verso l’interno del veicolo, senza risolverlo.

Occhio, parliamo sempre di umidità interna. Ho visto video su YouTube dove si afferma che la barriera di vapore serve per evitare che entri l’umidità da fuori… come se la carrozzeria di un veicolo fosse traspirante.

Le finestre e gli oblò

Il problema delle finestre è che il vetro non è molto spesso e il materiale in sé non è un buon isolate (lambda = 0,8). Le due cose insieme fanno si che abbiano un valore R basso, ovvero che in inverno cedono facilmente il calore all’esterno e d’estate lo lasciano entrare. La stessa cosa succede con le finestre di plastica trasparente. Purtroppo il problema non finisce lì. In inverno, poiché sono la parte interna meno isolata e quindi più fredda del furgone, finiranno per riempirsi di condensazione. In estate, il vetro lascerà passare tutta la radiazione solare all’interno, facendo si che la temperatura interna sia maggiore di quella esterna. Una volta entrato, la coibentazione non lascerà uscire facilmente il calore e, come abbiamo visto, questo finisce per immagazzinarsi nei mobili.

Gli oblò complicano ulteriormente il problema, soprattutto se sono grandi, per il semplice fatto di essere montati sul tetto. In estate il tetto è la parte che riceve più radiazione solare, e lasciarla entrare non aiuta. In inverno, come abbiamo già visto, l’aria calda tende a salire per convezione, e questo fa si che il calore del camper finisca per filtrare all’esterno attraverso l’oblò. Lo avete già capito: quei furgoni con 500 finestre sono luminosi e belli ma sono molto difficili da coibentare bene.

Questo è tutto, spero che vi sia utile. Se mi avete seguito fino qui dovreste avere le idee più chiare su come si muove il calore, come leggere le etichette dei materiali isolanti e che problemi bisogna affrontare per isolare bene un furgone. Nel prossimo post parleremo di come risolverli e di quali sono i migliori materiali per coibentare una campervan.

In caso di dubbi, come sempre, lasciate un commento qui sotto!