Isolanti termici: cosa sono e perché si usano?

In inverno e in estate ci si pone questa domanda molto spesso: come isolare gli ambienti? Tutti abbiamo in mente a cosa servono gli isolanti, ma forse non sappiamo bene come funzionano e perché. In questo articolo parleremo di calore e temperatura e vedremo alcuni esempi di isolanti termici utilizzati nell'edilizia.

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Che cos'è un isolante termico?

Un isolante termico è una sostanza che limita il passaggio di calore. Sono materiali che hanno una bassa conducibilità termica e che quindi fungono da barriera per la trasmissione di calore. Tanto più sarà bassa la conducibilità del materiale, tanto più efficiente sarà l'isolamento. Nota bene: non c'è in assoluto un isolante migliore dell'altro perché dipende dall'impiego e dal tipo di scambio di calore che si vuole bloccare.

Come funzionano gli isolanti termici?

Torniamo a noi: cosa avviene da un punto di vista fisico o meglio, termodinamico?
In parole povere se la temperatura di un corpo è elevata allora le sue particelle vibrano intensamente, se invece la temperatura è bassa le particelle si muovono meno intensamente.
Il calore tende a trasferirsi dal corpo a maggior temperatura verso quello a minor temperatura (potremmo dire "agitandolo" o "eccitandolo"), ma non può avvenire il contrario, come ci insegnano le leggi della termodinamica.

Ma ora basta parlare di teoria e andiamo al sodo, facendo un esempio! Che succede se in inverno apro le finestre di casa? Se la temperatura interna è elevata mentre quella esterna è bassa, il calore tenderà ad uscire. Questo fatto non avviene solamente quando apriamo le finestre perché il calore si muove senza sosta tendendo all'equilibrio termico: il calore infatti entra ed esce anche dai muri se non isolati correttamente, ecco perché è importante "bloccare" il passaggio di calore usando materiali isolanti che limitino la comunicazione tra i due sistemi (interno ed esterno in questo caso).

L'aria come isolante termico

Le proprietà isolanti dell'aria sono dovute alle sue molecole che sono molto distanti e spaziate tra loro, rendendo difficile la trasmissione del calore. Se le molecole sono piuttosto distanti le une dalle altre il calore non riesce ad agitarle tutte assieme e non è in grado di trasferire questa vibrazione facilmente. Ovviamente il trasferimento di calore avverrà comunque, ma più lentamente.

Per rendere l'aria un eccellente isolante bisogna però confinarla ed evitare che questa si muova, evitando la dispersione del calore per convezione, perché l'aria è pur sempre un fluido che tende a muoversi. Ecco perché spesso nelle case antiche l'isolamento è scarso: una volta si usava costruire due pareti parallele con un'intercapedine d'aria nel mezzo, ma se lo spessore dell'intercapedine è troppo elevato si creano dei moti convettivi d'aria che fanno disperdere il calore.
Si può risolvere il problema diminuendo lo spessore dell'intercapedine rendendolo, nel complesso, spesso pochi centimetri  e quindi limitando il movimento dell'aria. Insomma, se l'aria è ferma o "impacchettata" otteniamo un signor isolante. In alternativa si può riempire il tutto con schiume espanse che anch'esse inglobano gas.

Ecco un paio di esempi di isolamento termico con l'aria!

• Igloo: le "case degli eschimesi" sono costruite con mattoni di neve compattata contenente tanta aria, che ha la funzione di isolante termico. Grazie ad un'architettura ingegnosa che mostriamo in questo video ad hoc, l'aria fredda esce e si mantiene all'interno solamente l'aria calda che può raggiungere i 15°C in presenza di più persone
• Infissi a doppi vetri: sono formati da due o più pannelli di vetro distanziati da una camera riempita con aria o altri gas isolanti (più isolanti dell'aria), come argon, krypton, xeno. Sono usati per la creazione di ante, finestre e porte vetrate, garantendo l'isolamento termico e acustico.

Tipologie di isolanti termici nell'edilizia

Ecco una breve lista dei maggiori isolanti termici usati in campo edile, specialmente per limitare il trasferimento di calore per conduzione e/o convezione:

• Argilla espansa: aggregati leggeri usati come additivi a malte e calcestruzzo;
• Lana di roccia e di vetro: usata principalmente come riempimento per intercapedini murarie;
• Fibre di legno e sughero: usate per pavimentazione e pareti;
• Poliuretano: usato sia sotto forma di schiuma che in pannelli per pareti e pavimenti;
• Polistirolo: usato generalmente sotto forma di pannelli per isolare muri e riempire intercapedini;
• Gomma e silicone: usati per guarnizioni, cornici di finestre e vetrate.

Avete notato che tra gli esempi riportati molti di questi contengono aria? Come abbiamo anticipato, è un ottimo isolante termico!