Scopri come i materiali a cambiamento di fase (PCM) trasformano i muri in “intelligenti”, assorbendo il calore e migliorando il comfort estivo senza aria condizionata.
Non sempre per raffrescare casa serve l’aria condizionata: ciò di cui davvero abbiamo bisogno è una massa in grado di assorbire il calore e ritardarne l’ingresso negli ambienti. In questo contesto entrano in gioco i PCM in edilizia, materiali intelligenti capaci di accumulare e rilasciare calore sfruttando un principio fisico semplice ma potentissimo.
I PCM (Phase Change Materials) sono materiali (spesso a base di cere paraffiniche o sali idrati) che vengono inseriti nei materiali da costruzione come pannelli, intonaci o lastre di cartongesso tramite pannelli con microcapsule PCM.
Il principio alla base del loro funzionamento è quello del “calore latente”, in cosa consiste? Quando la temperatura ambiente supera una certa soglia (tipicamente tra 23 °C e 25 °C), il materiale contenuto nelle microcapsule cambia fase da solido a liquido. Per compiere questo passaggio, il materiale deve assorbire una grande quantità di calore dall’ambiente, “rubandolo” all’aria interna e impedendo alla stanza di surriscaldarsi.
Di notte, quando l’aria si raffredda e le temperature scendono, il materiale all’interno delle microcapsule si solidifica di nuovo, rilasciando lentamente il calore accumulato che viene smaltito tramite ventilazione naturale aprendo le finestre. Il risultato è un ambiente più stabile e confortevole senza ricorrere a sistemi attivi di climatizzazione.
È un po’ come avere un enorme cubetto di ghiaccio nel muro che non si consuma mai. Infatti assorbe calore d’estate nelle ore più calde e lo rilascia quando la temperatura si abbassa. Grazie a questa capacità di immagazzinare grandi quantità di energia termica, i PCM aumentano l’inerzia termica in casa, contribuendo a ridurre i picchi di temperatura e i consumi energetici. Ma scopriamone di più.
La fisica del “calore latente”: perché il ghiaccio raffredda?
Prima di entrare nella spiegazione termodinamica del “calore latente”, vale la pena capire come e perché questa proprietà fisica consente ai materiali di accumulare energia senza che la temperatura dell’ambiente aumenti drasticamente. In edilizia, l’accumulo del calore latente è usato proprio per ridurre i picchi termici estivi. Infatti integrando PCM in un cartongesso termico o altre componenti murarie, si può migliorare il comfort interno e contribuire al risparmio energetico estivo. Nei prodotti commerciali, ad esempio, si utilizza spesso paraffina microincapsulata, tra i PCM più studiati e diffusi nel settore.
Non è magia, è termodinamica
Il fenomeno del calore latente è un principio noto della termodinamica: per passare da una fase all’altra, come da solido a liquido, una sostanza deve assorbire energia. Tuttavia, questa energia non aumenta la temperatura del materiale, perché viene “spesa” per rompere i legami molecolari che tengono insieme le molecole nel solido. Questo processo è lo stesso che fa sciogliere un cubetto di ghiaccio: l’energia termica servita per fondere il ghiaccio non si vede come aumento di temperatura finché tutto il ghiaccio non si è trasformato in acqua.
Nei PCM l’effetto è analogo ma tarato su temperature più alte e funzionali alla climatizzazione degli spazi abitativi. Quindi a una certa soglia di temperatura, la paraffina microincapsulata (o altri materiali a cambio di fase) assorbe grandi quantità di calore accumulando energia latente proprio durante il passaggio di stato, senza far salire rapidamente la temperatura interna dell’edificio.
Dal punto di vista dell’abitare, ciò significa che un pannello che incorpora PCM (ad esempio un pannello di cartongesso con microcapsule di paraffina contenute nel materiale) può aiutare a “smorzare” le escursioni termiche giornaliere. Quando la temperatura sale, il materiale si fonde e cattura calore. Di notte, quando la temperatura scende, si ricristallizza e rilascia l’energia accumulata.
Questa dinamica è alla base dell’inerzia termica in casa ed è in grado di ridurre la necessità di climatizzazione attiva, contribuendo a un risparmio energetico complessivo.
Alcuni istituti di ricerca, come il Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems (ISE) in Germania, stanno lavorando su emulsioni PCM ad alta densità di accumulo termico per applicazioni anche nel settore edilizio e nei sistemi di climatizzazione. Questi sfruttano proprio le proprietà del calore latente nei cicli di fusione e solidificazione. La rivista Arkitime di Knauf illustra come le lastre in gesso con PCM Smartboard utilizzino microcapsule di paraffina (Micronal/BASF) per accumulare e rilasciare calore, aumentando l’inerzia termica delle pareti con spessori molto ridotti.
Applicazioni pratiche: dove metterli in casa
Una volta compreso il principio fisico, la domanda diventa concreta: dove si possono usare davvero i PCM negli ambienti domestici? Il loro punto di forza è la capacità di migliorare il comfort abitativo passivo senza interventi invasivi e senza aumentare in modo significativo peso e spessori delle strutture. Per questo i materiali a cambiamento di fase trovano spazio soprattutto nelle ristrutturazioni, negli edifici leggeri e in tutti quei contesti in cui serve aumentare la massa termica “virtuale” senza appesantire l’edificio.
Il cartongesso “dopato”
L’applicazione più diffusa e matura dei PCM in edilizia è nelle lastre di cartongesso con materiali a cambiamento di fase integrati. Si tratta di pannelli sottili che contengono microcapsule di paraffina disperse all’interno del gesso: quando la temperatura interna sale, il materiale fonde e assorbe calore, contribuendo a limitare il surriscaldamento degli ambienti.
Queste soluzioni sono particolarmente indicate per ristrutturazioni leggere, controsoffitti, pareti interne e soprattutto mansarde soggette a forti carichi termici estivi, dove l’inerzia delle strutture tradizionali è spesso insufficiente.
Pavimenti e intonaci
Oltre alle lastre in cartongesso, i PCM possono essere integrati anche in intonaci e sistemi per pavimenti, ampliando le possibilità progettuali. In questi casi il materiale a cambiamento di fase viene incorporato in malte o strati funzionali sottili. Così si creano superfici capaci di accumulare e rilasciare calore senza aggiungere massa strutturale significativa.
Queste soluzioni sono interessanti quando non è possibile intervenire sulle pareti o quando si vuole distribuire l’effetto di accumulo su superfici più estese, per migliorare la stabilità termica dell’intero ambiente. Anche qui il vantaggio principale è la possibilità di integrare massa termica senza peso statico, un aspetto fondamentale negli edifici esistenti o nei solai con limitata capacità portante.
Le applicazioni su pavimenti e intonaci sono ancora meno diffuse rispetto al cartongesso, ma rientrano nelle linee di ricerca e sviluppo analizzate da istituti come il Fraunhofer, che studiano l’uso dei PCM in materiali edilizi compositi per aumentare l’efficienza energetica degli edifici, soprattutto in regime estivo.
PCM vs Condizionatore: il confront
Il confronto tra PCM e climatizzazione tradizionale va impostato in modo corretto. I materiali a cambiamento di fase non sostituiscono un condizionatore quando le temperature esterne restano stabilmente intorno ai 40 °C, ma agiscono su un altro piano, quello del controllo dei picchi termici. Il loro ruolo principale è ridurre e ritardare il surriscaldamento degli ambienti interni, rendendo il ricorso all’impianto di raffrescamento meno frequente e meno prolungato.
Numerosi studi sul thermal peak shaving mostrano che l’integrazione dei PCM negli elementi edilizi consente di abbassare le temperature massime interne e di spostare i carichi termici nelle ore serali o notturne, quando la ventilazione naturale è più efficace.
In pratica, in un’abitazione ben progettata, i PCM permettono di tagliare i picchi di calore che fanno scattare l’accensione del condizionatore nelle ore più critiche della giornata. In condizioni climatiche tipiche dell’estate europea (giornate calde e notti più fresche), questo può tradursi in una riduzione significativa delle ore di accensione, che in diversi studi arriva fino a circa il 50%, soprattutto negli edifici leggeri o con bassa inerzia termica.
Il vantaggio rispetto al solo condizionatore è chiaro: i PCM lavorano in modo passivo, senza consumo elettrico e senza manutenzione, mentre il climatizzatore entra in funzione solo quando serve davvero. Non è una soluzione “alternativa”, ma complementare, che punta a ridurre consumi, stress degli impianti e sbalzi termici, migliorando il comfort complessivo dell’abitazione.
Infografica Tecnica: come funziona un muro “PCM”
I materiali a cambiamento di fase mostrano come l’innovazione in edilizia non passi solo da impianti sempre più complessi, ma anche da un uso più intelligente della fisica. Inseriti nel punto giusto e progettati correttamente, i PCM aiutano a rendere gli edifici più resilienti al caldo, più stabili dal punto di vista termico e meno dipendenti dall’energia elettrica.
Non promettono soluzioni miracolose, ma offrono un passo concreto verso un’abitazione più equilibrata, in cui il comfort nasce dalla struttura stessa della casa. È un approccio silenzioso, discreto e duraturo, che guarda al futuro dell’abitare con meno sprechi e più intelligenza progettuale.
