Long term performance of super-insulating materials for thermal retrofitting of buildings

The research investigates the performance behaviour over time of thermally super-insulating materials. The objective of this research is to prove the reliability of the new insulating systems for improving the buildings energy efficiency through the envelope retrofitting. The focus is on the inner retrofitting in case of traditional walls, namely solid masonry and cavity masonry, which represent the typical constructions for the building stock in Europe, built between 1930 and 1970 and with high heat energy demand. The use of insulations with low and very low thermal conductivity could affect the behaviour over-time of the overall wall. In other words, an evaluation of benefits and drawbacks in terms of hygro-thermal performance, at material and at component scale, is necessary in case of using more efficient but more expensive advanced “nano-structured material”. Aerogel-based, and perlite-based, prototype retrofit solutions have been designed, developed and purpose-built. The hygro-thermal properties characterized in laboratory have been fundamental to forecast the performance limit of the material. The prototyped retrofit solutions has been applied and tested on a demo wall in Milan, Italy. A monitoring campaign has been carried out in-situ, before and after retrofitting, in order to determine the thermal transmittance of the assemblies. To evaluate the hygro-thermal behaviour and to define the parameters which affect the performances of the wall after retrofitting, it was possible to perform heat and moisture transport simulations (HMT). A sensitivity analysis has been carried out in order to fit the models of the retrofit kits to the monitored data. At a later stage, the modelled retrofit kits have been supposed to be installed also on a different masonry type and in different climatic conditions in order to define and test the response over time of the retrofits and which assembly shows a better behaviour. Finally, the methodological procedure has been summarize together with the observed critical parameters, to obtain a protocol for the long-term performance prediction of the nano-structured materials.

La ricerca indaga il comportamento delle prestazioni termiche nel tempo dei materiali super isolanti. L'obiettivo è quello di verificare l'affidabilità dei nuovi sistemi isolanti per migliorare l'efficienza energetica degli edifici attraverso il retrofitting. Il lavoro di ricerca è strettamente correlato al progetto europeo EASEE e l'argomento è di interesse per il progetto IEA dell'allegato 65 " Long-Term Performance of Super-Insulation in Building Components & Systems L'attenzione è rivolta all'installazione interna di materiali isolanti in caso di pareti tradizionali, cioè muratura piena e con intercapedine, che rappresentano le tipiche costruzioni del patrimonio edilizio in Europa, costruito tra il 1930 e il 1970 e con una forte domanda di energia per il riscaldamento. L'uso di isolanti a bassa conduttività termica potrebbe influire sul comportamento nel tempo della parete. In altre parole, una valutazione dei vantaggi e svantaggi in termini di prestazioni igro-termiche, alla scala del materiale e del componente, è necessario in caso di utilizzo di più efficienti ma più costosi "materiale nano-strutturati" . Sono state progettate ad hoc soluzioni di retrofit, a base di aerogel e di perlite. I materiali sono stati testati e caratterizzati in laboratorio ottenendo risultati utili per prevedere il decadimento prestazionale nel tempo dovuto alla diminuzione di resistenza termica con l’aumento dell’umidità all’interno del materiale. Le soluzioni retrofit prototipate sono state installate e monitorate su una parete tipo presso il Politecnico di Milano. Il monitoraggio è stato effettuato prima e dopo il retrofit al fine di determinare la trasmittanza termica. Per valutare il comportamento igro-termico e definire i parametri che influenzano le prestazioni della parete dopo retrofitting, è stato possibile effettuare simulazioni di trasporto di calore e umidità (HMT). Una analisi di sensitività è stata condotta per valutare i parametri più incidenti e la corrispondenza con i dati di monitoraggio. Lo scopo finale è determinare il comportamento nel tempo delle soluzioni per il retrofit e, per definire un protocollo per la previsione delle prestazioni a lungo termine dei materiali nanostrutturati.