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Materiali a cambiamento di fase per l’edilizia (PCM)

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I PCM, i materiali a cambiamento di fase per l’edilizia

Tra le soluzioni tecnologiche più innovative nell’ambito della edilizia sostenibile ci sono anche i cosiddetti materiali a cambiamento di fase, denominati con l’acronimo PCM (Phase Change Materials), il cui utilizzo fu sperimentato inizialmente dalla NASA per poi essere esteso al campo delle costruzioni.

Cosa sono i materiali a cambiamento di fase per l’edilizia

Uso dei Materiali a cambiamento di fase per l’edilizia (PCM)I Phase Change Materials (PCM) sono materiali di origine naturale o artificiale aventi temperatura relativa al punto di fusione molto vicina a quella di confort termico ottimale per cui, usati in edilizia, sono in grado di garantire un elevato risparmio energetico.

Come funzionano i materiali a cambiamento di fase per l’edilizia

Dal punto di vista fisico i materiali a cambiamento di fase sono considerati accumulatori di calore latente, pertanto sfruttano il fenomeno della transizione di fase per assorbire i flussi energetici entranti, immagazzinando una grande quantità di energia e mantenendo costante la propria temperatura.

In pratica, si presentano allo stato solido ma, al raggiungimento di una certa temperatura, variabile a seconda del materiale, passano allo stato liquido, accumulando il calore di liquefazione che viene sottratto all’ambiente.Viceversa, quando la temperatura si abbassa, il materiale ritorna allo stato solido e cede il calore all’ambiente.

A cosa servono i materiali a cambiamento di fase per l’edilizia

Questi materiali furono infatti studiati dalla NASA negli anni ’60 per realizzare le tute degli astronauti e ovviare al problema degli enormi sbalzi termici a cui sono sottoposti nello spazio.
Nel decennio successivo, a causa della crisi petrolifera, si pensò di veicolarne l’utilizzo al settore edilizio per trovare una soluzione alternativa ai problemi energetici.

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Il loro utilizzo in edilizia risulta interessante perché sono in grado di contenere i picchi di temperatura presenti in casa nella stagione fredda e in quella calda, riducendo il dispendio energetico che servirebbe a contenerli.

Le caratteristiche dei materiali a cambiamento di fase per l’edilizia

Un materiale a cambiamento di fase ideale per l’uso in edilizia dovrebbe avere le seguenti caratteristiche:
temperatura di fusione vicina ai 25 gradi
elevato calore di transizione di fase (passaggio dallo stato liquido a quello solido)
costo sostenibile
non essere tossico, corrosivo o igroscopico
– essere disponibile sul mercato nella quantità sufficiente per queste applicazioni.

I materiali con queste caratteristiche attualmente utilizzati sono soprattutto composti organici paraffinici e idrocarburi ottenibili per polimerizzazione o dalla raffinazione del petrolio, e composti inorganici come sali idrati e materiali metallici.

I PCM organici

PCM Materiali a Cambiamento di FaseI PCM organici sono divisi in due grandi gruppi: cere paraffine e cere non paraffine che, a temperatura ambiente, hanno una consistenza simile a quella della cera.

I PCM inorganici hanno un calore latente che tende a diminuire con il tempo, per cui si riducono anche le loro prestazioni.
L’utilizzo di entrambi i tipi avviene grazie al macro e micro incapsulamento e all’immersione in matrici porose.

L’uso e le applicazioni dei materiali a cambiamento di fase.

In particolare i materiali a cambiamento di fase possono essere utilizzati per la realizzazione di:
pannelli in cartongesso o in legno
intonaci
sistemi di facciata vetrati o in plexiglas
isolanti termici
impianti di riscaldamento e di raffrescamento passivo
collettori solari e scambiatori di calore.

Le applicazioni più comuni prevedono infatti di miscelare capsule di PCM con materiali porosi come cemento e gesso o di inserirli in contenitori rigidi e flessibili in plastica o metallo, con cui possono essere poi realizzate le pareti degli edifici.

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Un’altra applicazione pratica è quella sottoforma di gel, contenuto in sacchetti di plastica, da inserire nelle intercapedini di muri e soffitti. Si ottiene in tal modo lo stesso livello di isolamento termico di pareti di grande spessore, ma riducendolo in maniera considerevole.

Vantaggi e svantaggi dell’uso dei materiali a cambiamento di fase.

Il vantaggio principale legato all’utilizzo di questi materiali è quindi quello di consentire il comfort termico ottimale sia in inverno che in estate, grazie al mantenimento della temperatura vicina a quella di fusione, compresa in genere tra i 18 e i 25 gradi.

Nella pratica ciò si traduce nell’ottenimento di un buon confort climatico anche a impianto spento, mentre a impianto acceso si possono ridurre le potenze o sfruttare le fasce orarie a tariffazione più bassa.

Purtroppo ci sono però anche diversi inconvenienti che, per il momento, ne riducono la diffusione.
Innanzitutto i materiali presentano un elevato rischio di infiammabilità, per cui il loro uso può essere limitato solo a piccole porzioni di componenti. La loro stabilità nel tempo è per ora limitata a circa 20 anni e il costo ancora molto elevato.

Articolo scritto da:

Carmen Granata

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Architetto libera professionista e giornalista pubblicista. Si occupa di progettazione e consulenza immobiliare anche online. Servizi dello Studio di Architettura Granata

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