Vetrocamera: che cos’è e quali sono i tipi di vetrata isolante

La vetrata isolante (o vetrocamera) è, per definizione normativa, un “assemblaggio costituito da almeno due lastre di vetro separate da un distanziatore, ermeticamente sigillate lungo il perimetro, meccanicamente stabile e durevole”

In questa definizione l’idea di “ermeticamente sigillato” (ermetico: chiusura che impedisce qualsiasi passaggio di fluidi tra ambienti separati dalla chiusura stessa) è utilizzata impropriamente in quanto si scontra con le caratteristiche fisico-chimiche dei polimeri usati per la sigillatura che risultano essere, in qualche misura, permeabili sia ai gas che all’umidità, caratteristiche influenzate anche dalle condizioni ambientali (variazioni di temperatura e umidità); la definizione rende tuttavia ben chiara l’idea di “solidità” che il giunto di sigillatura deve avere per poter offrire prestazioni accettabili.

La condizione di permeabilità dei sigillanti e le possibili variabili ambientali determinano la necessità di valutare in modo standard le prestazioni dei sistemi vetrata; la norma di prodotto, EN 1279, impone questa verifica mediante test:

  • Per la misura della penetrazione di umidità, invecchiamento di n. 4 settimane con ciclo alternato (56 cicli di 12 ore, da -18°C a +53°C con u.r. >95%) + n.7 settimane ciclo continuo (1176 ore a +58°C con u.r. >95%), a seguire determinazione dell’indice di penetrazione di umidità I%. Limiti di norma: I% medio <20%; nessun valore >25%
  • Per la misura della velocità di perdita di gas, invecchiamento di n. 2 settimane con ciclo alternato (28 cicli di 12 ore, da -18°C a +53°C con u.r. >95%) + n.4 settimane ciclo continuo (a +58°C con u.r. >95%), a seguire determinazione della velocità di perdita di gas Li% e della concentrazione di gas C%. Limiti di norma: Li,av≤ 1,0 % ; nessun valore > 1,20%

In entrambi i casi le esposizioni ai cicli di invecchiamento avvengono in condizione “peggiorativa” ovvero senza alcuna protezione ai bordi della vetrata isolante. I sistemi di vetrata isolante sono distinti per tipologia di installazione; l’istallazione tipica è identificata dal Tipo A (vedi 3.1.1 EN1279-1): senza carico trasversale sul sigillante e bordo protetto dall’esposizione UV.

Vi sono poi:

  • Tipo B, almeno un bordo non è protetto dagli agenti atmosferici (U.V.) e non c’è carico trasversale sul sigillante (ma il sigillante deve resistere ai raggi U.V. e rispondere ai requisiti di EN13022-1, per applicazioni strutturali).
  • Tipo C, vetrate per porte, finestre e facciate continue (strutturali) con possibile carico trasversale sul sigillante, con o senza diretta esposizione ai raggi U.V. (ma il sigillante deve resistere ai raggi U.V. e rispondere ai requisiti di EN13022-1, per applicazioni strutturali, e al carico del vento).

Gli invecchiamenti imposti dalla norma per verificare la “durabilità” sono attuati senza differenziazione tra i vari sistemi.

Per la valutazione della velocità di perdita di gas (Li%), sono fissati i limiti di Li,av≤1,0%a-1 , come media dei risultati, e  Li,av≤1,20%a-1come limite assoluto dei singoli valori.

L’Allegato B di EN 1279-3 “relazione tra invecchiamento artificiale e naturale con riferimento all’isolamento termico ed acustico” di EN1279-3 indica che: “la misura della velocità di perdita di gas, su vetrate installate da 10 anni, è risultata più bassa di 10 volte rispetto ai valori determinati, su vetrate dello stesso tipo, dopo invecchiamento artificiale…con questa esperienza, si presume che una vetrata isolante con perdita di gas  Li,av≤1,0%a-1, dopo invecchiamento, perda meno del 5% relativo di gas in oltre 25 anni se installata in un edificio (es. Concentrazione gas iniziale 90%, concentrazione gas finale 85,5%); per questa stima, per rimanere in sicurezza, è stato presunto che, nelle vetrate istallate in un edificio, la velocità di perdita di gas raddoppi ogni 10 anni”.

Considerando quanto indicato nell’allegato B, possiamo valutare la variazione di concentrazione di gas nel tempo; i dati di riferimento considerati sono:

-temperatura 20°C

-pressione costante

-vetrate isolanti di dimensioni 350 x 500 mm

-volume interno delle vetrate 1928,256 cm3

-concentrazione di gas iniziale 90%

-densità del gas Argon a 20°C = 1,640 kg/m3 equivalente a 0,001640 g/cm3(vedere EN673)

-massa di gas equivalente alla concentrazione 90%=2,846 g

-massa di gas equivalente alla variazione del 5% assoluto= 0,158 g (da 90% a 85%)

 

Valutiamo la variazione di concentrazione su vetrocamera:

-con perdita di gas Li=0,50%, equivalente ad una perdita misurata di 0,00000166 g/

-con perdita di gas Li=0,96%, equivalente ad una perdita misurata di 0,0000032 g/h.

In via teorica  vetrate isolanti che rispettino i requisiti di perdita di gas indicati dalla norma potrebbero arrivare ad avere una concentrazione di gas pari a 85% dopo 25 anni, rispettando in pieno l’assunto normativo indicato nella EN 1279-1:2018, pag.4, che prevede che il vetrocamera “per 25 anni non subisca significativi cambiamenti prestazionali”, fatto salvo che “nessuna garanzia può derivare dalla varietà di differenti progettazioni di vetrate isolanti, procedure di produzione e in particolare per le situazioni delle vetrazioni; per garantire la piena idoneità e la durata di un nuovo progetto di vetrata isolante o di varianti speciali del prodotto, possono essere necessari ulteriori test sui componenti e/o sulla vetrata isolante stessa”. Il rispetto di questa condizione (concentrazione di gas a 85% dopo 25 anni), sempre secondo quanto indicato nell’Allegato B della norma, porta a una differenza prestazionale in termini di trasmittanza termica (valore Ug) ipotizzata inferiore a 0,04 W/m2K (DU<0,04 W/m2K).

La durata del vetrocamera nel tempo

Le vetrate isolanti offrono prestazioni straordinarie, ci proteggono dalle intemperie fornendo nello stesso tempo trasparenza e isolamento termico, isolamento acustico e sicurezza oltre ad una importante “durabilità” che permette di mantenere quasi inalterate le prestazioni nel tempo.

Queste prestazioni sono garantite dalle tipologie di vetro, dai sigillanti, dai distanziatori, dai disidratanti, dal tipo di gas nella cavità, dal corretto assemblaggio (quindi dalla lavorazione dei materiali) e dalla corretta installazione.

Oggettivamente è difficile prevedere quanto la vetrata isolante potrà realmente essere durevole nel tempo senza che intervengano problematiche di appannamento e/o perdita eccessiva di gas, i fattori esterni sono determinanti nel cambiare significativamente il risultato; permanenza di umidità a contatto con i sigillanti, incompatibilità chimica tra sigillanti diversi utilizzati nelle fasi di assemblaggio del sistema finestra, variazioni di temperatura e pressione, esposizione ai raggi ultravioletti, sono tutti fattori che portano inevitabilmente ad una variazione prestazionale che altera la “durabilità” del prodotto così come intesa nella norma e la sua prestazione nel tempo.

Tutte queste problematiche possono però in qualche modo essere preventivate in fase di progetto, adottando soluzioni che possano attenuare gli effetti esterni indesiderati.

(Im)Possibili innovazioni delle vetrate isolanti

La spinta all’evoluzione del vetrocamera arriva dalla necessità basilare di ottenere prestazioni maggiori o diverse al fine di ridurre i costi energetici degli edifici, diminuzioni che si traducono in minori emissioni, quindi minor inquinamento ed una maggiore sostenibilità ambientale.

A riguardo invito i lettori di RdV a leggere un esempio di ricerca innovativa presente nella pubblicazione Challenging Glass Conference Proceedings (che raccoglie gli articoli presentati alla conferenza internazionale biennale Challenging Glass la quale ha come obiettivo riunire progettisti, ingegneri, ricercatori e partner industriali di livello mondiale per discutere sull’uso architettonico e strutturale del vetro), la troverete al seguente indirizzo: https://proceedings.challengingglass.com/index.php/cgc/article/view/385

La ricerca è relativa a “Esame del comportamento sotto carico di una guarnizione per bordi incollata per unità di vetro isolante riempite di fluido”, questo studio è il risultato del progetto di ricerca “fluidIGU”, finanziato all’interno della rete KLEBTECH attraverso il Programma Centrale di Innovazione (ZIM) del Ministero Federale Tedesco per gli Affari Economici e l’Energia (BMWi). L’obbiettivo della ricerca (cito il testo) “è creare involucri edilizi multifunzionali per la costruzione di case a bassissimo consumo energetico…” sostituendo il fluido gas (aria o argon) con il fluido acqua, additivata con sostanze chimiche, che possiede una capacità termica specifica maggiore…un punto di vista creativo sul quale si possono muovere molte osservazioni, ma che sicuramente è sintomatico di una impellente necessità determinata dai tempi che stiamo vivendo. Il miglioramento della prestazione o l’aggiunta di prestazioni si ottiene ricercando nuovi spunti, anche inusuali, che possono essere oggetto di ricerca o di indagini: pensiamo alla compensazione di pressione in continuo della cavità del vetrocamera o alla possibilità di parziale compensazione della pressione di vetrate a cavità multiple, alla sostituzione dei fluidi di riempimento (in questo caso mi riferisco al gas) o alla progettualità del complesso sistema facciata, ma anche alla riprogettazione della filiera che oggi soffre l’elevato prezzo energetico.