Stabilità nel tempo delle prestazioni isolanti

EN 13165: il fenomeno di diffusione

Nel marzo del 2003 è terminato il periodo di coesistenza tra le precedenti norme tecniche nazionali e la nuova norma EN 13165 “Isolanti termici per edilizia - Prodotti di poliuretano espanso rigido ottenuti in fabbrica (PUR*)”, che è oggi quindi l’unico strumento normativo utilizzabile, in tutta Europa, ai fini della marcatura CE di questi prodotti.

I lavori, iniziati intorno al 1990, all’interno dello specifico Gruppo di lavoro CEN TC 88 WG 6, hanno richiesto un grande sforzo di coordinamento e mediazione per raccogliere, in un unico testo normativo, tutte le informazioni di carattere tecnico e prestazionale necessarie a soddisfare le esigenze di mercati che utilizzano prodotti e tecnologie applicative molto diverse.

Uno degli aspetti più complessi che il CEN TC 88 WG 6 ha dovuto affrontare è stata la definizione di un metodo di invecchiamento accelerato delle schiume che permettesse di ottenere il valore predittivo del coefficiente di trasmissione termica medio durante 25 anni di esercizio. Come è noto, nelle schiume poliuretaniche rigide, non soggette a costipamento e conseguente variazione di spessore, il fattore che più determina la diminuzione nel tempo delle prestazioni isolanti è il fenomeno di diffusione verso l’esterno di parte degli agenti espandenti contenuti nelle celle.

Per valutare l’entità di questo fenomeno, in precedenza stimata in modo più o meno empirico da alcune regole tecniche nazionali,  il CEN TC 88 WG6 ha previsto nel testo della norma, EN 13165 - Annesso C, due metodi utilizzabili a scelta del produttore. Con entrambe le procedure il produttore dovrà aggiungere al valore ottenuto un fattore di correzione statistica che assicuri un’adeguata rispondenza del valore a quello dell’intera produzione.

Metodo per incrementi fissi

Al valore del lambda iniziale (determinato con tutte e due le procedure alla temperatura di 10 °C con le modalità previste dalle norme EN 12667:2000 e EN 12939)  si somma un incremento stabilito in base alla natura dell’espandente, allo spessore della schiuma e alla natura dei rivestimenti (v. tab. 1). Il metodo che prevede valori di incremento tipici delle curve di invecchiamento del poliuretano potrebbe non essere sufficientemente valido per schiume che presentano fenomeni di diffusione anomali. La norma prevede quindi che per utilizzare questo metodo le schiume debbano superare un pre- test che valuti la “normalità” del loro comportamento: un provino con spessore di 20 mm, ricavato dal cuore del pannello, viene invecchiato per 21 giorni a 70 °C. Se il peggioramento del lambda non supera le soglie previste per il tipo di espandente utilizzato (6mW/mK per il pentano) il coefficiente di trasmissione termica dichiarato ai fini della marcatura CE può essere determinato utilizzando il metodo degli incrementi fissi.

Metodo per invecchiamento accelerato

Il secondo metodo si fonda sul noto effetto di accelerazione dei fenomeni di diffusione dei gas all’aumentare della temperatura. Le schiume, complete dei rivestimenti, vengono invecchiate per la durata di 25 settimane alla temperatura di 70°C.

Al valore di conducibilità misurato dopo l’invecchiamento si somma un ulteriore incremento di sicurezza la cui entità varia in funzione dello spessore del pannello, del tipo di espandente utilizzato e della natura del rivestimento.

L’entità dell’incremento di sicurezza può essere ridotta, fino a giungere al suo annullamento, se il produttore effettua una verifica, opzionale, del fattore di accelerazione. Quest’ultimo si determina valutando la differenza tra le curve di invecchiamento a temperatura ambiente e a 70°C. 

Verifiche sperimentali e modelli matematici 

Parallelamente allo sviluppo della normativa e alle numerose verifiche condotte dai  produttori europei, i laboratori della Società Huntsman, produttrice di materie prime per l’industria dei poliuretani, hanno avviato un progetto di ricerca sperimentale fondata sia sull’analisi puntuale del contenuto gassoso delle celle che sullo sviluppo di un software, “Agesim” che, risolvendo diverse equazioni matematiche (equazione di Wassiliewa, legge di Fick, ecc.) permette di ricostruire la curva di variazione del lambda sulla base delle modifiche che intervengono nella composizione dei gas delle celle.

I risultati del lavoro sono stati presentati da Kristof Dedecker, Marleen Baes e Sachchida N. Singh nel corso delle giornate di studio UTECH 2003.

La ricerca 

Lo studio è stato condotto su otto pannelli in poliuretano rigido, espansi a pentano, di diverso spessore (da 30 a 120 mm) e con diversi tipi di rivestimento (permeabili e impermeabili ai gas), forniti da quattro produttori europei.

Di tutti i campioni è stato calcolato il lambda dichiarato (privo ovviamente dell’incremento statistico) utilizzando i due metodi previsti dalla EN 13165.

Di tutte le schiume è stata poi analizzata la composizione dei gas all’interno delle celle (utilizzando un gascromatografo appositamente modificato) ed è stata determinata la pressione parziale di vapore all’interno delle celle a 10°C.

Queste misure, iniziate da poco più di un anno, avvengono a distanza regolare e permettono già ora di costruire la parte iniziale della curva di invecchiamento.

Il progetto prevede che le misure continuino ad essere ripetute nel corso degli anni fino al raggiungimento di una situazione di equilibrio.

Utilizzando i primi dati sperimentali e il programma Agesim si è ricavato il valore del lambda medio per 25 anni. Questo valore è stato confrontato con quelli ottenuti con i due  metodi previsti dalla norma (v. fig. 1).

Risultati 

I valori di lambda medi per 25 anni oscillano tra 0,025 e 0,028 W/mK per i pannelli con rivestimenti permeabili e tra 0,023 e 0,025 per quelli con rivestimenti impermeabili.

Utilizzando tutti i tre metodi si ottengono valori molto simili con variazioni inferiori a 0,001 W/mK. Il valore di oscillazione dei risultati è quindi molto basso considerando la complessità del fenomeno valutato.

La ricerca conferma quindi la buona validità sia dei metodi di prova europei che dei modelli predittivi sviluppati dal programma Agesim.