Le proprietà isolanti del legno, esemplificate al meglio dalle case di legno

Il legno ha un comportamento interessante quando viene a contatto con una fonte di calore. Se mettiamo una fiamma libera sotto una catasta di legna secca, questa si incendia e brucia, sprigionando calore. Se, invece, mescoliamo con un cucchiaio di legno una pentola che bolle o friggiamo qualcosa in olio bollente, la coda del cucchiaio non si riscalderà lasciandoci cucinare. Entrambe le manifestazioni sono legate alle proprietà termiche del legno. Queste proprietà sono responsabili della capacità del legno di essere un buon isolante termico naturale, ma anche del suo utilizzo come fonte di energia, che negli ultimi tempi è diventato sempre più popolare.

Le proprietà termiche del legno

Le proprietà termiche del legno sono il potere calorifico, la conducibilità termica, il calore specifico e la diffusività termica.

Potere calorifico è la quantità di calore emessa da un kg di legno durante la combustione. Il legno è un materiale contenente acqua e il suo potere calorifico dipende dal suo contenuto d'acqua, più è secco il legno. Questo perché parte del calore rilasciato viene utilizzato per far evaporare l'acqua contenuta al suo interno. Il legno anidro, completamente secco, fornisce il massimo potere calorifico. Tuttavia, il valore effettivo è molto più basso perché il legno destinato alla combustione ha un contenuto di umidità talvolta superiore a 12-14%. Maggiori informazioni sul potere calorifico dei diversi tipi di legno qui.

Conducibilità termica è la proprietà del legno di condurre il calore. Si esprime in termini di coefficiente di conducibilità termica λ (lambda) e rappresenta la quantità di calore che passa attraverso una parete piana con una superficie di 1 m² e uno spessore di 1 m per un'ora, con una differenza di temperatura tra le due facce della parete di 1°C. In breve, il coefficiente λ ci dice quanto il legno sia un buon isolante. Il suo valore dipende dalla specie, dalla densità, dall'orientamento rispetto all'asse centrale, dall'umidità. Come varia in base a questi elementi, lo vediamo subito.

Calore specifico è la quantità di calore necessaria per aumentare di 1°C la temperatura di un kg di legno. Aumenta con l'aumentare della temperatura e dell'umidità. Il calore specifico del legno è molto più alto di quello dei metalli, cioè a parità di calore ricevuto, la temperatura del legno aumenta molto meno di quella del metallo. Ecco perché non abbiamo problemi quando usiamo un cucchiaio di legno per mescolare il cibo, mentre dobbiamo abbandonare il cucchiaio di metallo molto rapidamente perché si scalda.

Diffusività termica è la capacità di un materiale di aumentare la propria temperatura a una certa velocità sotto l'azione della temperatura. Il coefficiente di diffusività termica è sostanzialmente il rapporto tra la capacità di condurre il calore e la capacità di immagazzinarlo. Nel legno questo rapporto è molto più basso che nel metallo, il che spiega le sue proprietà isolanti. La diffusività termica del legno dipende dall'umidità, dalla temperatura e dalla direzione rispetto all'asse centrale. Il coefficiente di diffusività termica è importante nel processo di essiccazione del legno, nell'incollaggio a caldo, nella cottura a vapore e nella pressatura.

Più è poroso e meno è denso, migliore è l'isolamento termico.

Il legno è un isolante termico naturale grazie alla sua struttura cellulare. I vuoti interni sono responsabili di questa proprietà perché non contribuiscono al trasferimento di calore da una parte all'altra. Pertanto, più il legno è poroso e meno denso, migliore è l'isolamento. Le sue proprietà isolanti lo rendono un buon materiale da costruzione, con un minor consumo energetico laddove viene utilizzato. Ad esempio, il coefficiente di conducibilità termica di legname da costruzione è di 0,13 W/mK, mentre per il cemento armato e la muratura è di 2,30 W/mK.

Le capacità di isolamento non dipendono solo densità del legno ma anche dalla specie, dal contenuto di umidità, dalla direzione rispetto all'asse centrale e dalla temperatura. Più alto è il contenuto di acqua, più alta è la conduttività e meno isolante è il legno. Questo perché l'acqua riempie i vuoti, favorendo il trasferimento di calore. In direzione longitudinale, la conduttività del legno è 2-3 volte superiore a quella in direzione radiale e tangenziale. Essendo lungo la fibra, il calore viene condotto più facilmente e il legno è meno isolante in questa direzione. La conduttività aumenta anche con l'aumentare della temperatura, quando l'espansione in direzione radiale e tangenziale è maggiore. A causa di questa espansione, la quantità di calore trasferita in queste direzioni è maggiore, il che porta a una diminuzione delle proprietà isolanti.

Come ho detto, le capacità isolanti del legno dipendono anche dalla specie. Le diverse densità e strutture cellulari rendono alcune specie più adatte di altre per la pavimentazione, il rivestimento o addirittura la costruzione di case. Studiando queste proprietà, scopriamo che il pioppo canadese (0,090 W/mK) e l'abete (0,110 W/mK) hanno proprietà isolanti molto migliori della quercia (0,197 W/mK) o del prugno (0,179 W/mK). Per saperne di più qui uno studio molto interessante sulle proprietà di isolamento termico di oltre 30 specie di legno.

Perché le case di tronchi sono il miglior esempio delle proprietà isolanti del legno

Il miglior esempio delle proprietà isolanti del legno è rappresentato da case a bușteni. Sono costruiti interamente con tronchi resinosi non lavorati, senza altri strati isolanti. L'unico elemento isolante utilizzato è quello tra i tronchi, che contribuisce soprattutto a migliorare il collegamento tra i tronchi. Se la casa è ben fatta e il legno è stato preventivamente essiccato in modo da non essere lavorato troppo e non ci sono fessure tra i tronchi, la casa si mantiene calda d'inverno e fresca d'estate, e lo si sente appena si entra in casa.

Isolare la casa è fornito solo da tronchi resinosi che, a causa della loro bassa densità, hanno un coefficiente di trasferimento del calore inferiore. La capacità di accumulo del calore è elevata, quindi il legno accumula il calore all'esterno durante il giorno e lo rilascia all'interno durante la notte. Se il legno è stato lasciato asciugare prima della costruzione e la casa è stata lasciata assestare dopo la costruzione, l'umidità del legno sarà bassa e il trasferimento di calore sarà lento.

Sebbene il legno sia un buon materiale isolante, non è più efficace dei materiali isolanti

Ad eccezione delle case di legno, in cui lo spessore del tronco è sufficiente a fornire il necessario isolamento termico, a case a telaio in legno è necessario un materiale isolante. Le proprietà isolanti del legno non sono sufficienti e per ottenere una casa efficiente dal punto di vista energetico è necessario uno strato aggiuntivo. Il vantaggio di queste case è che gran parte dell'isolamento è inserito nelle pareti, il che si traduce in una casa ben isolata con una superficie maggiore.

Le proprietà isolanti del legno vengono sfruttate anche per realizzare materiali isolanti molto efficaci. Materassi e pannelli in fibra di legno non solo hanno ottime proprietà isolanti (0,038 W/mK), ma il vantaggio di essere naturali comporta evidenti vantaggi aggiuntivi.

Spero che le informazioni riportate di seguito siano interessanti e utili. Come sempre, le aggiunte sono benvenute. E se avete domande o dubbi, lasciateli qui sotto nello spazio dedicato. Vi risponderò sicuramente.