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

Il legno si comporta in modo interessante quando entra in contatto con una fonte di calore. Se si mette una fiamma libera sotto una catasta di legna secca, questa si incendia e brucia, rilasciando calore. Se invece mescoliamo con un cucchiaio di legno in una pentola dove qualcosa bolle o frigge in olio bollente, la coda del cucchiaio non si scalda, lasciandoci continuare a 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 e del suo uso sempre più diffuso come fonte di energia.

Quali sono le proprietà termiche del legno

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

Potere calorifico è la quantità di calore emessa da un chilogrammo di legno durante la combustione. Il legno è un materiale contenente acqua e il suo rendimento termico dipende dal contenuto d'acqua: più il legno è secco, più il rendimento termico è elevato. 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 valore di calore. Ma il valore reale è molto più basso perché la legna da ardere ha un contenuto di umidità talvolta superiore a 12-14%. Per saperne di più sul potere calorifico delle diverse specie di legno qui.

Conducibilità termica è la proprietà del legno di condurre il calore. È espressa dal coefficiente di conducibilità termica λ (lambda) e rappresenta la quantità di calore che passa attraverso una parete piana di 1 m² di superficie e 1 m di spessore per un'ora, con una differenza di temperatura tra i due lati della parete pari a 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 vedremo tra poco.

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

Diffusività termica è la capacità del 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.

Quanto più è poroso e meno denso, tanto 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. Per 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 isolanti non dipendono solo da 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 umidità, più alta è la conduttività e meno isolante è il legno. Questo perché l'acqua riempie gli interstizi, favorendo il trasferimento del calore. In direzione longitudinale, la conduttività del legno è 2-3 volte superiore a quella in direzione radiale e tangenziale. Essendo lungo la venatura, il calore viene condotto più facilmente, poiché 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 proprietà isolanti del legno dipendono anche dalla specie. La diversa densità e la struttura cellulare rendono alcune specie più adatte di altre per la pavimentazione, il rivestimento o addirittura la costruzione di case. Studiando queste proprietà si scopre 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 su oltre 30 specie legnose in merito alle loro proprietà di isolamento termico.

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

L'esempio più eloquente delle proprietà isolanti del legno è rappresentato da case a bușteni. Sono costruiti interamente con tronchi di conifera non lavorati, senza altri strati isolanti. L'unico elemento isolante utilizzato è quello tra i tronchi e contribuisce in particolare a una migliore connessione tra i tronchi. Se si tratta di una casa ben fatta e se il legno è stato preventivamente essiccato in modo da non essere eccessivamente lavorato e da non far comparire crepe tra i tronchi, la casa mantiene il calore in inverno e il fresco in estate, e questo si avverte non appena si entra in casa.

Isolamento termico della casa è fornito solo da tronchi di conifere che, a causa della loro bassa densità, hanno un coefficiente di trasferimento del calore inferiore. La capacità di accumulo del calore è elevata, per cui 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 dopo la costruzione la casa è stata lasciata riposare, l'umidità del legno sarà bassa e il trasferimento di calore sarà lento.

Anche se il legno è un buon materiale isolante, non è più efficace di altri materiali isolanti.

Ad eccezione delle case in legno, in cui lo spessore del tronco è sufficiente a fornire il necessario isolamento termico, a case su struttura 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 un ulteriore rivestimento. Il vantaggio di queste case è che la maggior 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 nello spazio sottostante. Sono certo che vi risponderò.