Isolamento termico: barra di risparmio energetico riempita

Sono ancora meglio nascoste delle viti, di cui si possono almeno vedere le teste, ma sono altrettanto onnipresenti: le ragnatele isolanti sono incastrate all'interno di profili di alluminio e metallo per finestre e vetrate di facciate - come separatori termici tra l'esterno e l'interno, perché altrimenti il freddo o il calore scorrerebbero incontrollati attraverso il metallo. Un componente poco appariscente, quindi, che sta diventando ancora più importante con il riscaldamento globale e la necessità di ridurre le emissioni di CO2.

Ma anche se è stato stabilito da oltre quattro decenni, il web isolante ha un potenziale di miglioramento. Un team dell'Empa guidato da Michel Barbezat e Giovanni Terrasi del dipartimento di ingegneria dei sistemi meccanici sta lavorando ad un nuovo tipo di prodotto - insieme agli esperti dell'azienda di costruzioni metalliche Hochuli di Wigoltingen, che ha fondato a questo scopo una propria consorella "hochuli advanced".

Il clou della barra isolante "Alpet": all'interno della plastica rinforzata con fibra di vetro c'è una striscia di schiuma fatta di polietilene tereftalato - PET, in altre parole, da bottiglie riciclate. I numerosi pori d'aria in questo strato isolano in modo efficiente: la conduttività termica dei prototipi è in media, a seconda della larghezza del nastro, di circa 0,1 W/mK - molto meno di un nastro isolante standard fatto di poliammide plastica (circa 0,25 W/mK) e anche significativamente inferiore ai prodotti di fascia alta disponibili oggi.

Messa a punto di molti dettagli

Un approccio semplice, come sembra a prima vista - ma per trasformare l'idea in un prodotto, era necessario nell'ambito di un Innosuisse-Il progetto ha richiesto molto lavoro concettuale. Per esempio, il metodo di produzione: dopo prove con diversi processi, gli esperti hanno deciso per la cosiddetta estrusione, in cui la plastica riscaldata e fusa viene premuta come un impasto morbido attraverso una fessura e quindi formata - intorno alla striscia di PET. Ma questo a sua volta ha sollevato domande, per esempio sulla proporzione dei vuoti d'aria in questo "riempimento".

La risposta è "il maggior numero possibile" per ottenere un elevato effetto isolante. Solo: "Troppi" avrebbero messo in pericolo la stabilità del filo di PET preparato, perché il suo rivestimento con la plastica nera avviene a temperature fino a 300 gradi e ad alta pressione. I ricercatori hanno anche adattato lo spessore di questo "guscio" alle necessità: il più stretto possibile per un buon effetto isolante - ma abbastanza spesso in modo che il web possa poi sopportare bene i carichi meccanici; compreso il post-trattamento del profilo complessivo finito, come il rivestimento a polvere o l'anodizzazione.

Da numerosi campioni, gli sviluppatori hanno distillato sette varianti per i test - un totale di circa 1.000 metri lineari di nastro isolante - e da questo finalmente il prototipo finale come base per i prodotti finiti. Lungo la strada, è stato fatto un passo importante nel processo di produzione: Il web si salda virtualmente da solo attraverso il calore - senza bisogno di una "cucitura" da incollare. "Questo è già un grande vantaggio", dice l'ingegnere di costruzioni metalliche Frank Hochuli del partner industriale. "Non ci sono punti deboli locali dove il materiale potrebbe staccarsi. E meno fasi di lavoro ci sono, più economico è il prodotto".

Un processo lungo che alla fine ne è valsa la pena, come rileva anche il ricercatore dell'Empa Barbezat. "Tecnicamente, abbiamo certamente ottime possibilità", dice. I valori misurati e il prodotto, che può essere facilmente riciclato nonostante l'uso di due materiali, sono già convincenti. E gli esperti sono anche sicuri della necessaria stabilità a lungo termine per molti anni, che il suo team ha cercato di stimare con esperimenti e l'innovativo "metodo di isostress a gradini".

Revisioni indipendenti in Germania

Naturalmente, Barbezat vede una sfida nel convincere una grande casa di sistemi che produce e vende profili per i produttori di finestre a collaborare con lui. "Dopotutto, rispetto alle grandi aziende, noi non siamo nessuno", dice. Quindi, per conquistare i clienti, è necessaria anche una benedizione indipendente dall'alto - e così i partner hanno inviato la loro barra isolante "Alpet" all'istituto di test ift di Rosenheim, in Baviera, che è un riferimento nel settore da decenni.

Gli esperti lì non solo hanno ripetuto i test svizzeri, ma hanno anche sottoposto i prototipi a prove di fuoco, prove di frattura e altre sollecitazioni - per esempio, a microfratture invisibili dopo 1000 ore di stoccaggio in olio o acido leggero, o a una forte tensione in direzione trasversale. Secondo Frank Hochuli, le certificazioni ufficiali per il comportamento al fuoco e la capacità di carico statico sono ora disponibili; solo il certificato per l'isolamento termico è ancora in sospeso - a causa di piccole differenze nei singoli valori misurati, che naturalmente non cambierebbero nulla nei risultati positivi, secondo l'ingegnere.

Più ecologico con poco sforzo

Che effetto avrebbe la nuova barra isolante sul sistema complessivo della "finestra", comprese le lastre di vetro, i profili di alluminio, le guarnizioni e tutti gli altri dettagli? Rispetto ai progetti di fascia alta di oggi, Hochuli stima che l'isolamento termico in un nuovo edificio per uffici, per esempio, potrebbe essere migliorato fino a un quinto. E poiché il web con la sua "coda di rondine" come connessione di montaggio è compatibile con tutti i sistemi comuni, le soluzioni esistenti possono essere aggiornate relativamente facilmente - per esempio, per requisiti elevati secondo gli standard della casa passiva. "Con i profili in alluminio, lo si può fare solo con grande difficoltà al giorno d'oggi", dice, "il nostro sistema lo renderebbe certamente più facile".

I test dettagliati verrebbero poi eseguiti anche dai produttori stessi, nei loro laboratori con i loro sistemi di profilo. I colloqui su questo sono già in corso, secondo lo sviluppatore: "Sono decisamente ottimista! "Altrimenti difficilmente avrei fondato una società per portare la nostra idea sul mercato". Tuttavia, l'ulteriore percorso non sarà uno sforzo solitario: gli esperti dell'Empa continueranno ad accompagnare il ponte isolante con il loro know-how dopo anni di sostegno.

Il metodo dell'isostress a gradini

Come si deforma un componente di plastica per un periodo di 30 o più anni - sotto carico continuo e grandi differenze di temperatura? Le comuni "prove di creep" in laboratorio per oltre 1000 ore sotto carichi combinati termico-meccanici non permettono di fare affermazioni serie. Per poter fare previsioni a lungo termine, tuttavia, negli ultimi anni sono stati sviluppati e perfezionati nuovi metodi, tra cui il "Stepped Isostress Method" (SSM), che gli esperti dell'Empa hanno applicato al nuovo nastro isolante. In parole povere, le deformazioni di numerose prove individuali con carichi crescenti vengono sommate per formare una "curva master" che fornisce informazioni su periodi di tempo più grandi. Questa procedura può anche essere eseguita con una singola corsa di misurazione con carichi gradualmente crescenti - e rende più facile indagare i campi di temperatura critici allo stesso tempo.