Materiali innovativi per l’isolamento termico: i PCM (Phase Change Materials)

Elisa Carrozza - C2R ENERGY CONSULTING 06/11/2018 578

I PCM (Phase Change Materials) 

L’accumulo latente

praffinaTra i materiali isolanti termici più interessanti degli ultimi anni vi sono i PCM – Phase Change Materials, ovvero materiali a cambiamento di fase. I PCM sono anche detti materiali ad accumulo latente, infatti hanno la proprietà di cambiare il proprio stato, da liquido a solido e viceversa, rilasciando e assorbendo calore.

Al raggiungimento della temperatura di fusione, infatti, il materiale inizia a fondere utilizzando il calore esterno per passare dallo stato solido allo stato liquido, mantenendo la propria temperatura costante. Allo stesso modo il PCM può rilasciare il calore accumulato passando dalla fase liquida alla fase solida.

Caratteristiche dei PCM

I PCM si dividono in organici (paraffine e acidi grassi) e inorganici (sali idrati). Un buon materiale a cambiamento di fase presenta i seguenti requisiti:

-        Alto valore del calore di fusione;

-        Alto valore del calore specifico;

-        Alta conducibilità termica;

-        Punto di fusione alla temperatura di funzionamento;

-        Fusione congruente;

-        Piccole variazioni di volume nel cambiamento di fase;

-        Velocità di nucleazione e crescita dei cristalli sufficientemente elevate;

-        Stabilità chimica nel tempo;

-        Scarsa infiammabilità, atossicità e comportamento non corrosivo.

In edilizia la scelta ottimale consiste nelle paraffine, materiali chimicamente stabili, non tossici né corrosivi, hanno temperature di fusione compatibili con le applicazioni edili e possono essere utilizzati in abbinamento alla maggior parte dei materiali da costruzione.

Applicazioni dei PCM in edilizia

I PCM vengono incorporati all’interno dei materiali edili attraverso varie tecniche tra cui l’impregnazione e il micro-incapsulamento. La funzione principale dei Phase Change Materials in edilizia riguarda il funzionamento estivo dell’involucro. Grazie ai PCM è possibile limitare lo scambio termico dall’esterno verso l’interno dell’edificio nelle ore più calde. Quando la temperatura esterna torna ad essere inferiore alla temperatura di fusione del PCM questo rilascia il calore immagazzinato in parte verso l’interno dell’edificio, dove può essere asportato con la ventilazione, e in parte verso l’esterno.

Le applicazioni invernali sono basate sull’accumulo di calore durante le giornate soleggiate e il rilascio notturno, quando il carico sul sistema di riscaldamento è maggiore a causa delle basse temperature.

I materiali a cambiamento di fase hanno quindi la capacità di stabilizzare la temperatura all’interno dell’edificio andando a limitare le fluttuazioni termiche attraverso la riduzione dei picchi giornalieri.

Questa soluzione risulta particolarmente vantaggiosa se applicata all’edilizia leggera: edifici in legno o acciaio che hanno un minore impatto ambientale rispetto all’edilizia pesante (muratura, calcestruzzo), ma presentano una bassa inerzia termica.