XPS, PIR E POLISTIRENE ESPANSO (EPS)

Il polistirene espanso è uno degli isolanti più diffusi al mondo, disponibile in due forme principali: polistirene espanso sinterizzato (EPS) e polistirene espanso estruso (XPS). Sebbene entrambi i materiali siano prodotti a partire dal polistirene, le tecnologie di produzione differiscono notevolmente, il che porta a caratteristiche prestazionali diverse.

L’EPS (Expanded Polystyrene), ovvero il comune polistirene espanso, viene prodotto mediante l’espansione di granuli di polistirene sotto l’azione del vapore. Questo processo forma un materiale con struttura a celle aperte, dove le cavità d’aria non sono completamente isolate l’una dall’altra. Ciò conferisce all’EPS buone proprietà termoisolanti (valore λ tipico 0,035-0,045 W/(m·K)), ma lo rende più sensibile all’assorbimento d’acqua e meno resistente ai carichi meccanici. L’assorbimento d’acqua dell’EPS può raggiungere il 2-5% in volume in caso di immersione prolungata, il che ne limita l’applicazione in condizioni umide. Il coefficiente di diffusione del vapore acqueo μ per l’EPS è generalmente di 20-50, il che indica una permeabilità al vapore moderata.

L’XPS (Extruded Polystyrene), ovvero il polistirene espanso estruso, viene prodotto mediante estrusione, in cui il polistirene fuso viene miscelato con un agente espandente e spinto attraverso una filiera. Ne risulta una struttura omogenea a celle chiuse, che conferisce all’XPS una resistenza meccanica notevolmente superiore (da 200 kPa a 700 kPa a compressione al 10% di deformazione), un basso assorbimento d’acqua (fino allo 0,2% in volume) e una conducibilità termica costantemente bassa (valore λ 0,028-0,034 W/(m·K)). Queste proprietà rendono l’XPS ideale per l’applicazione in condizioni di elevata umidità e carichi meccanici significativi, come l’isolamento di fondazioni, zoccoli, coperture e pavimenti. Il coefficiente di diffusione del vapore acqueo μ per l’XPS è di 80-200, il che indica un’elevata capacità di barriera al vapore, e il valore Sd può raggiungere 4-10 metri per gli spessori tipici. Tenendo conto dei requisiti della DBN V.2.6-31:2021 in materia di resistenza termica, l’XPS consente di raggiungere gli indici necessari con uno spessore di materiale inferiore rispetto all’EPS.

Entrambi i materiali sono leggeri, facili da installare e resistenti alla decomposizione biologica. Tuttavia, le loro differenze strutturali e, di conseguenza, nelle proprietà, richiedono un’analisi accurata nella scelta per uno specifico progetto edilizio in Ucraina, dove le condizioni climatiche possono variare da temperato-continentali a umide, richiedendo agli isolanti la massima resistenza ai fattori esterni.

I pannelli in poliisocianurato (PIR) rappresentano una classe altamente tecnologica di materiali termoisolanti, basata sulla reazione chimica tra isocianati e polioli, con l’aggiunta di ritardanti di fiamma e catalizzatori. La differenza chiave del PIR rispetto ai poliuretani (PUR), con cui viene spesso confuso, è un rapporto più elevato di isocianati, che forma una struttura ad anello più resistente, più stabile alle alte temperature.

I pannelli PIR sono caratterizzati da una conducibilità termica estremamente bassa, con valore λ generalmente compreso tra 0,022 e 0,028 W/(m·K). Ciò rende il PIR uno degli isolanti più efficienti sul mercato, consentendo di raggiungere elevati valori di resistenza termica (R-value) con uno spessore minimo. Ad esempio, per le pareti, dove la DBN V.2.6-31:2021 richiede un R_min di 3,3 m²·K/W per la maggior parte delle regioni dell’Ucraina, un pannello PIR di 120 mm di spessore può essere sufficiente, mentre per raggiungere lo stesso valore con EPS o lana minerale sarebbe necessario uno spessore notevolmente maggiore.

Uno dei vantaggi chiave del PIR è la sua elevata resistenza al fuoco. Grazie alla struttura chimica modificata, il PIR, se esposto a fiamma libera, non fonde e non forma gocce, ma carbonizza, formando uno strato protettivo (il cosiddetto ‘strato di char’) che impedisce la propagazione del fuoco e protegge la struttura principale. La classe di resistenza al fuoco dei pannelli PIR raggiunge spesso B-s1,d0 o B-s2,d0 secondo la classificazione europea EN 13501-1, il che supera notevolmente gli indici di EPS (E) e XPS (E). Ciò rende il PIR la scelta prioritaria per oggetti con requisiti elevati di sicurezza antincendio, come edifici industriali, oggetti pubblici e strutture in altezza.

Il PIR presenta inoltre un assorbimento d’acqua molto basso (circa lo 0,5% in volume) grazie alla sua struttura a celle chiuse e un’elevata resistenza alle deformazioni. I suoi elevati valori di resistenza a compressione (fino a 150 kPa) e la stabilità dimensionale per un lungo periodo di esercizio (oltre 50 anni) lo rendono una soluzione affidabile per l’isolamento di coperture piane, facciate ventilate e altre strutture critiche. Unito al basso peso specifico e alla facilità di montaggio, il pannello PIR diventa la scelta ottimale per progetti in cui sono importanti l’efficienza energetica, la sicurezza e lo spessore minimo dello strato isolante.

Comprendere le caratteristiche termotecniche degli isolanti è fondamentale per la progettazione di edifici energeticamente efficienti. Gli indici principali sono il coefficiente di conducibilità termica (λ, lambda) e la resistenza termica (R, o il suo inverso, il fattore U).

Il coefficiente di conducibilità termica (λ) si misura in W/(m·K) e indica la capacità di un materiale di condurre il calore. Minore è il valore di λ, migliori sono le proprietà termoisolanti del materiale.

• EPS: i valori tipici di λ variano da 0,035 a 0,045 W/(m·K) a seconda della densità. I pannelli più densi presentano indici leggermente migliori.
• XPS: grazie alla sua struttura chiusa e omogenea, l’XPS mostra un λ da 0,028 a 0,034 W/(m·K). Ciò lo rende del 20-30% più efficiente dell’EPS a parità di spessore.
• PIR: leader in questo indice, con λ nell’intervallo 0,022-0,028 W/(m·K). Ciò consente di raggiungere un elevato livello di isolamento termico con uno spessore minimo dello strato.

La resistenza termica (R) si misura in m²·K/W ed è l’inverso della trasmittanza termica (fattore U). Indica quanto bene una struttura resiste alle perdite di calore. Valori più elevati di R indicano un migliore isolamento termico. Si calcola come R = d/λ, dove d è lo spessore del materiale in metri.

Le norme edilizie ucraine, in particolare la DBN V.2.6-31:2021 ‘Isolamento termico degli edifici’, stabiliscono i requisiti minimi di resistenza termica per le strutture di tamponamento di edifici residenziali e pubblici. Ad esempio:

• Per le pareti esterne: R_min ≥ 3,3 m²·K/W (per la maggior parte delle zone climatiche dell’Ucraina).
• Per le coperture (solai di sottotetto e tetti piani): R_min ≥ 4,95 m²·K/W.
• Per i solai sopra seminterrati non riscaldati e i pavimenti su terreno: R_min ≥ 3,0 m²·K/W.

Esaminiamo un esempio: per raggiungere R_min = 3,3 m²·K/W per una parete:

• EPS (λ = 0,040): spessore necessario d = R · λ = 3,3 · 0,040 = 0,132 m (132 mm).
• XPS (λ = 0,032): spessore necessario d = R · λ = 3,3 · 0,032 = 0,106 m (106 mm).
• PIR (λ = 0,025): spessore necessario d = R · λ = 3,3 · 0,025 = 0,083 m (83 mm).

Questo calcolo dimostra come la scelta del materiale influisca sullo spessore necessario dello strato isolante, il che ha un impatto significativo sulla superficie complessiva dell’edificio, sul costo dei materiali e sul montaggio. Nella costruzione con pannelli XLAM, dove l’ottimizzazione dello spessore delle pareti è critica, il PIR può diventare una soluzione particolarmente preziosa.

La resistenza al fuoco degli isolanti è uno degli indicatori di sicurezza più importanti per un edificio, in particolare nel contesto di strutture pubbliche e residenziali. In Ucraina si applicano gli standard di classificazione europei, in particolare la EN 13501-1 ‘Classificazione al fuoco dei prodotti e degli elementi da costruzione. Parte 1: Classificazione in base ai risultati delle prove di reazione al fuoco’. Questo standard definisce le classi di reazione al fuoco (Euroclassi) da A1 (non combustibili) a F (facilmente infiammabili).

• Classe A1, A2: materiali non combustibili.
• Classe B, C, D, E: materiali combustibili con diversi gradi di combustibilità e rilascio di calore.
• Classe F: materiali che non hanno superato le prove o non soddisfano i requisiti per la classe E.

Oltre alla classificazione letterale principale, vengono aggiunti indici che caratterizzano ulteriori parametri:

• s (smoke, fumo): s1 (assenza/quantità minima di fumo), s2 (quantità media di fumo), s3 (grande quantità di fumo).
• d (droplets, gocce/particelle): d0 (assenza di gocce), d1 (quantità minima di gocce), d2 (quantità significativa di gocce).

Esaminiamo come XPS, PIR ed EPS vengono classificati secondo questi criteri:

EPS (Polistirene espanso sinterizzato): la maggior parte dell’EPS standard senza additivi speciali è classificata come Classe E. Ciò significa che è facilmente infiammabile e sostiene la combustione. Durante la combustione, l’EPS rilascia una quantità significativa di fumo tossico (s3) e forma gocce infiammate (d2), che possono favorire la propagazione del fuoco. Esistono versioni modificate di EPS con ritardanti di fiamma, che possono raggiungere la classe E-s2,d2, ma la loro efficacia è comunque limitata.

XPS (Polistirene espanso estruso): anche l’XPS standard è generalmente classificato come Classe E. La sua combustibilità e il comportamento in caso di incendio sono simili a quelli dell’EPS, sebbene grazie alla struttura più densa possa esserci un certo ritardo nell’accensione. Anche il rilascio di fumo (s3) e la formazione di gocce (d2) sono caratteristici.

PIR (Poliisocianurato): i pannelli PIR mostrano indici di resistenza al fuoco notevolmente migliori grazie alla loro struttura chimica. Possono raggiungere le classi B-s1,d0 o B-s2,d0. Ciò significa che sono difficilmente combustibili, hanno un rilascio limitato di fumo (s1 o s2) e non formano gocce infiammate (d0). Alle alte temperature, il PIR forma uno strato carbonizzato che protegge gli strati interni e rallenta la propagazione del fuoco. Questa proprietà rende il PIR indispensabile per oggetti con requisiti elevati di sicurezza antincendio, come stabilimenti industriali, centri commerciali, edifici residenziali in altezza e strutture sanitarie. L’utilizzo del PIR nelle case modulari ne aumenta notevolmente la sicurezza.

È sempre importante verificare i certificati di conformità e i protocolli di prova per la specifica marca di isolante, poiché i produttori possono offrire versioni modificate con indici di resistenza al fuoco migliorati.

L’efficacia dell’isolamento termico di un edificio non dipende solo dalle proprietà del materiale stesso, ma anche dalla qualità della progettazione e dell’esecuzione del montaggio dei nodi critici. È proprio nei punti di giunzione di diversi elementi costruttivi (angoli, aderenze a vani finestra e porta, zoccoli, parapetti) che si formano i cosiddetti ‘ponti termici’, che possono vanificare tutti i vantaggi di un isolamento di alta qualità. La DBN V.2.6-31:2021 sottolinea la necessità di evitare tali ponti e di raggiungere un indice ottimale di omogeneità termica.

Isolamento dello zoccolo e delle fondazioni: per questa zona, a contatto con il terreno e l’umidità, è fondamentale l’utilizzo di materiali a basso assorbimento d’acqua e alta resistenza a compressione. L’XPS è la scelta ottimale. La sua struttura a celle chiuse impedisce la risalita capillare dell’umidità, e la sua resistenza consente di sopportare la pressione del terreno e i carichi dell’edificio. La progettazione del nodo prevede la posa di pannelli XPS sul lato esterno della fondazione, sovrapponendo lo strato impermeabilizzante e proteggendo dai danni meccanici (ad esempio uno schermo in geomembrana o intonaco su rete di armatura). È importante garantire la continuità del contorno termoisolante, evitando fessure tra i pannelli.

Isolamento della copertura (tetto piano): anche qui l’elevata resistenza a compressione e la resistenza all’umidità sono critiche, in particolare per le coperture praticabili. I pannelli PIR sono leader grazie alle loro elevate proprietà termoisolanti e alla resistenza. Consentono di ridurre lo spessore del ‘pacchetto’ di copertura, aspetto importante per ridurre il carico sulla struttura. La progettazione prevede la posa dei pannelli PIR direttamente sulla base portante (ad esempio lamiera grecata o cemento armato), uno strato barriera al vapore, e sopra — una membrana impermeabilizzante. Si tiene conto anche della formazione di pendenze per il deflusso dell’acqua.

Isolamento delle pareti: per le pareti si utilizza spesso l’EPS nei sistemi a cappotto ‘a umido’ (ETICS), grazie alla sua accessibilità economica e facilità di lavorazione. Tuttavia, nella progettazione dei nodi, in particolare angoli, aperture e aderenze ad altri materiali, è necessario incollare accuratamente tutti i giunti dei pannelli, utilizzare profili angolari di rinforzo e garantire un fissaggio affidabile con tasselli. Dove esiste un rischio di umidità elevata (ad esempio la zona dello zoccolo o le aree intorno ai pluviali), può essere opportuno combinare EPS con XPS per queste zone specifiche, poiché il valore Sd dell’EPS (20-50) è notevolmente diverso da quello dell’XPS (80-200).

Ponti termici: per minimizzare i ponti termici, che possono causare condensazione dell’umidità e formazione di funghi, è necessario:

• garantire la sovrapposizione dei pannelli agli angoli e la sfalsatura dei giunti.
• isolare gli stipiti di finestre e porte, utilizzando materiali con elevate proprietà termoisolanti.
• progettare interruzioni termiche nelle solette dei balconi e in altri elementi che attraversano il contorno termoisolante.

Una corretta progettazione e definizione dei dettagli dei nodi, tenendo conto delle particolarità di XPS, PIR ed EPS, è la garanzia della durabilità e dell’efficienza energetica dell’edificio, in conformità con gli attuali standard edilizi dell’Ucraina.

Nella scelta dei materiali termoisolanti è importante considerare non solo il costo iniziale del materiale e del montaggio, ma anche il costo totale di possesso (Total Cost of Ownership, TCO) lungo l’intero ciclo di vita dell’edificio. Il TCO comprende le spese in conto capitale (CAPEX) e le spese operative (OPEX), il che consente di ottenere un quadro più completo dell’efficienza economica degli investimenti in isolamento.

Componenti del TCO per l’isolamento:

1. Spese iniziali in conto capitale (CAPEX):
   • Costo del materiale (XPS, PIR, EPS).
   • Costo del trasporto.
   • Costo dei lavori di montaggio (adesivi, tasselli, rete di armatura, intonaco, manodopera).
   • Costi aggiuntivi legati alla riduzione dello spessore delle pareti (risparmio sulla superficie delle fondazioni, della copertura, di altri elementi, se il progetto lo consente).
2. Spese operative (OPEX) e risparmi:
   • Costo di riscaldamento/raffrescamento (fattore principale di risparmio grazie alla riduzione delle perdite di calore).
   • Costi di riparazione o sostituzione dell’isolamento termico (rilevante per materiali con vita utile o resistenza inferiori).
   • Costi per la risoluzione delle conseguenze dei ponti termici (condensa, muffa), se causati da un isolamento di scarsa qualità.

Modello finanziario comparativo (valori indicativi per l’Ucraina, periodo di 30 anni):

*L’NPV è una grandezza di calcolo complessa che dipende da molti fattori (prezzi dell’energia, tasso di sconto, superficie, clima). Nella tabella è fornita solo una valutazione qualitativa.

Conclusione TCO: sebbene PIR e XPS abbiano costi iniziali in conto capitale più elevati, la loro eccezionale efficienza termoisolante, durabilità e resistenza ai fattori esterni garantiscono un risparmio notevolmente maggiore sui costi operativi nel lungo periodo. Ciò porta a un migliore indice TCO e a un valore attuale netto dell’investimento più elevato. Nel contesto del continuo aumento dei prezzi dell’energia in Ucraina, la scelta di materiali più efficienti, anche se più costosi nella fase iniziale, diventa strategicamente giustificata. Prima della scelta del terreno per la costruzione, vale la pena considerare anche i futuri costi di riscaldamento.

L’Ucraina è caratterizzata da un clima temperato-continentale con inverni freddi ed estati calde, il che crea un carico significativo sulle strutture di tamponamento degli edifici. Ciò richiede agli isolanti elevate caratteristiche termoisolanti, resistenza agli sbalzi di temperatura, all’umidità e un’adeguata permeabilità al vapore o barriera al vapore a seconda del tipo di struttura.

Zone climatiche e requisiti della DBN V.2.6-31:2021: secondo le DBN vigenti, l’Ucraina è suddivisa in due zone termiche, per le quali sono stabiliti diversi valori minimi di resistenza termica (R) per le strutture di tamponamento. Per la maggior parte delle regioni dell’Ucraina (Prima zona termica), questi requisiti sono piuttosto elevati, il che sottolinea la necessità di utilizzare isolanti efficienti.

• L’EPS nelle condizioni ucraine: grazie alla sua accessibilità e semplicità di montaggio, l’EPS è ampiamente utilizzato per l’isolamento delle pareti esterne nei sistemi ETICS (External Thermal Insulation Composite System). Tuttavia, a causa del suo moderato assorbimento d’acqua e permeabilità al vapore (Sd = 1-2 m per uno spessore di 100 mm), è importante garantire un’adeguata impermeabilizzazione e ventilazione della facciata, in particolare nelle regioni umide. Non è raccomandato per zoccoli e parti interrate senza una protezione aggiuntiva dall’umidità.
• L’XPS nelle condizioni ucraine: è ideale per l’isolamento di fondazioni, zoccoli, pavimenti su terreno e coperture piane, dove è richiesta un’elevata resistenza all’umidità e ai carichi meccanici. Il suo assorbimento d’acqua praticamente nullo e l’elevata resistenza a compressione garantiscono la durabilità di questi elementi critici in terreni umidi e con carichi da neve significativi. Anche gli efficaci sistemi di ventilazione sono importanti per garantire un microclima confortevole. Il valore Sd dell’XPS (circa 4-10 m per uno spessore di 100 mm) indica la sua elevata capacità di barriera al vapore, aspetto da considerare nella progettazione di pareti ‘traspiranti’.
• Il PIR nelle condizioni ucraine: grazie al più basso coefficiente di conducibilità termica (λ = 0,022-0,028 W/(m·K)), il PIR è una soluzione eccellente per oggetti con elevati requisiti di efficienza energetica, dove è necessario minimizzare lo spessore dell’isolante. Ciò è particolarmente rilevante per l’edilizia urbana, dove ogni metro quadrato è prezioso. La sua elevata resistenza al fuoco lo rende una scelta sicura per edifici in altezza, oggetti industriali e strutture con grande affluenza di persone. Il PIR è adatto anche per coperture e facciate, garantendo elevata efficienza e durabilità nelle diverse condizioni climatiche dell’Ucraina. Il valore Sd del PIR (circa 10 m per uno spessore di 100 mm) indica anch’esso la sua elevata capacità di barriera al vapore.

Raccomandazioni:

• Nella progettazione, attenersi sempre alla DBN V.2.6-31:2021, tenendo conto delle specificità della zona climatica e della destinazione funzionale dell’edificio.
• Combinare i materiali: ad esempio XPS per lo zoccolo e le fondazioni, e PIR o EPS per pareti e copertura, ottimizzando il rapporto ‘prezzo-qualità-efficienza’.
• Prestare particolare attenzione ai dettagli di montaggio, garantendo la tenuta dei giunti e l’assenza di ponti termici.
• Utilizzare materiali certificati, conformi agli standard ucraini ed europei di qualità e sicurezza.