Załącznik nr 2. Autoreferat. dr inż. Z. Suchorab

Transkrypt

1 Załącznik nr 2 Autoreferat dr inż. Z. Suchorab 1. Imię i Nazwisko. Zbigniew Suchorab 2. Posiadane dyplomy, stopnie naukowe/ artystyczne z podaniem nazwy, miejsca i roku ich uzyskania oraz tytułu rozprawy doktorskiej. Magister inżynier, Wydział Inżynierii Budowlanej i Sanitarnej, Politechnika Lubelska, Lublin, 2001 r. Politechnika Lubelska, Wydział Elektryczny, Studia podyplomowe Współczesne technologie informatyczne, Lublin, 2003 r. Stopień doktora nauk technicznych w dyscyplinie Inżynieria Środowiska, Wydział Inżynierii Środowiska, Politechnika Lubelska, Lublin, 2006 r. Tytuł rozprawy doktorskiej: Ocena strat ciepła i przepływu wody w przegrodach izolacyjnych 3. Informacje o dotychczasowym zatrudnieniu w jednostkach naukowych/ artystycznych , Instytut Inżynierii Ochrony Środowiska, Zakład Metod Komputerowych, Wydział Inżynierii Budowlanej i Sanitarnej, Politechnika Lubelska, asystent; , Instytut Inżynierii Ochrony Środowiska, Zakład Techniki Cieplnej, Wydział Inżynierii Środowiska, Politechnika Lubelska, asystent ( ), adiunkt ( ); 2012 obecnie, Katedra Zaopatrzenia w Wodę i Usuwania Ścieków, Wydział Inżynierii Środowiska, Politechnika Lubelska, adiunkt. 1

2 4. Wskazanie osiągnięcia 1 wynikającego z art. 16 ust. 2 ustawy z dnia 14 marca 2003 r. o stopniach naukowych i tytule naukowym oraz o stopniach i tytule w zakresie sztuki (Dz. U. nr 65, poz. 595 ze zm.): a) tytuł osiągnięcia naukowego/artystycznego, Zastosowanie techniki reflektometrii w domenie czasu do oceny stanu zawilgocenia przegród budowlanych b) (autor/autorzy, tytuł/tytuły publikacji, rok wydania, nazwa wydawnictwa, recenzenci wydawniczy), Zbigniew Suchorab, Zastosowanie techniki reflektometrii w domenie czasu do oceny stanu zawilgocenia przegród budowlanych, Monografie, vol. 133, Wydawnictwo Komitetu Inżynierii Środowiska PAN, Lublin 2016, ISBN Recenzenci wydawniczy: prof. dr hab. inż. Tomasz Winnicki, dr hab. inż. Agnieszka Montusiewicz, prof. PL. c) omówienie celu naukowego/artystycznego ww. pracy/prac i osiągniętych wyników wraz z omówieniem ich ewentualnego wykorzystania. Przedstawione w punkcie 4a osiągnięcie naukowe dotyczyło problemu pomiaru wilgotności materiałów i przegród budowlanych. Zagadnienie to wpisuje się w dyscyplinę Inżynierii Środowiska, ponieważ stan wilgotnościowy przegród budowlanych oraz jego zmienność w czasie wpływa na jakość powietrza wewnętrznego. Podwyższona wilgotność przegród oznacza zazwyczaj poważne problemy eksploatacyjne budynków. Wywołane są one najczęściej brakiem izolacji przeciwwilgociowej i przeciwwodnej, niewłaściwą obróbką dekarską, awariami instalacji sanitarnych, powodziami, niewłaściwą konstrukcją przegród, a także niewłaściwie działającą wentylacją. Głównym celem naukowym zaprezentowanego osiągnięcia było opracowanie autorskiej metody oceny stanu wilgotnościowego przegród budowlanych z wykorzystaniem techniki reflektometrii w domenie czasu (ang. Time Domain Reflectometry TDR), opracowanie metodyki badawczej pozwalającej na realizacje pomiarów wilgotności przy wykorzystaniu pełnego potencjału tej techniki, a także propozycja jej zastosowania do pomiarów wilgotności w aspekcie wpływu na parametry środowiska wewnętrznego. Moje zainteresowania naukowe poprzez cały okres pracy zawodowej obejmowały zagadnienia związane przepływem wody i ciepła w przegrodach budowlanych pod kątem ich 1 w przypadku, gdy osiągnięciem tym jest praca/ prace wspólne, należy przedstawić oświadczenia wszystkich jej współautorów, określające indywidualny wkład każdego z nich w jej powstanie 2

3 wpływu na warunki pomieszczeń wewnętrznych. Duży udział w moich pracach badawczych miały zagadnienia dotyczące rozwoju technik pomiarowych dla inżynierii środowiska. Tematyka przedstawionego osiągnięcia naukowego wynika z moich zainteresowań naukowych. Już na etapie przygotowania pracy magisterskiej interesował mnie problem przepływu ciepła w przegrodach budowlanych na potrzeby projektowania instalacji sanitarnych, efektem czego było przygotowanie przeze mnie w 2001 roku pracy magisterskiej zatytułowanej Obliczanie zysków ciepła od nasłonecznienia przez przegrody nieprzezroczyste w ramach której opracowałem uproszczony model przepływu ciepła w wielowarstwowych przegrodach budowlanych i dokonałem jego implementacji w postaci aplikacji komputerowej, która mogła być wykorzystywana przy projektowaniu instalacji wentylacji i klimatyzacji. Po zatrudnieniu mnie na Politechnice Lubelskiej na Wydziale Inżynierii Budowlanej i Sanitarnej w Instytucie Inżynierii Ochrony Środowiska zostałem włączony do zespołu Prof. Henryka Sobczuka i zostałem jednym z wykonawców realizowanego przez niego projektu badawczego KBN nr 4 T09 D , zatytułowanego Opracowanie modelu i zestawu pomiarowego do oceny charakterystyk cieplnych i wodnych materiałów budowlanych narażonych na oddziaływanie czynników klimatycznych w aspekcie ochrony środowiska. W ramach realizacji tego projektu miałem duży udział w przygotowaniu laboratorium technik pomiarowych w inżynierii środowiska, w którym najważniejszymi elementami były komory klimatyczne symulujące warunki zewnętrzne i wewnętrzne. Jednym z istotnych zagadnień związanych z realizacją projektu były pierwsze próby na skalę światową implementacji, stosowanej dotychczas w gruntoznawstwie, techniki pomiarowej TDR do pomiaru wilgotności materiałów i przegród budowlanych. Dodatkowo, w ramach projektu promotorskiego KBN 3 T09D zatytułowanego Modelowanie zjawisk cieplno-wilgotnościowych w przegrodach budowlanych opracowałem model przepływu wody i ciepła w wielowarstwowych przegrodach budowlanych oraz samodzielnie opracowałem aplikację do symulacji tych procesów. Efektem zrealizowanych prac była obrona pracy doktorskiej w roku 2006 zatytułowanej Ocena przepływów wody i strat ciepła w przegrodach izolacyjnych. W trakcie wykonywania badań do pracy doktorskiej stwierdziłem, że technika TDR posiada duży potencjał pomiarowy w odniesieniu do twardych ośrodków porowatych, w tym materiałów budowlanych, przy czym jej zastosowanie jest utrudnione z powodu inwazyjnego charakteru sond pomiarowych wymaganych do prowadzenia pomiaru. Dodatkowo w celu uzyskania prawidłowych odczytów wilgotności, wymagane było ścisłe przyleganie sondy do materiału i równoległe prowadzanie prętów w ośrodku. Nie zawsze było to możliwe do zrealizowania. W trakcie prac nad tą metodą spotkałem się z następującymi sposobami minimalizacji tego problemu: zespół naukowy z Politechniki Czeskiej w Pradze, z którym ściśle współpracuję, prowadził badania przy wykorzystaniu wiotkich sond TDR LP/ms, wprowadzając je w uprzednio nawiercone otwory o średnicy większej od rozstawu prętów pomiarowych, zaś pustkę powietrzną wypełniał zwierciną z materiału macierzystego o zmienionej strukturze w stosunku do badanego materiału. Z kolei zespół z Drezdeńskiego Uniwersytetu Technicznego posługiwał się sondami FP/mts, o sztywniejszych prętach, które wprowadzał pomiędzy dwie próbki materiału z odpowiednio przygotowanymi otworami 3

4 o przekroju pół-okrągłym. Powyższe sposoby wymagały specjalnego przygotowania próbek do badań, były inwazyjne, zmieniały strukturę, a tym samym właściwości materiału i nie zawsze było możliwe ich zastosowanie, szczególnie w warunkach terenowych. W swoich badaniach do pracy doktorskiej precyzyjnie wprowadzałem sondy TDR w materiały o wysokiej porowatości i małej twardości takie jak: materiały termoizolacyjne, betony komórkowe o niskiej gęstości, autoklawizowany silikat wapienny. W przypadku cegieł stosowałem technikę nawiercania próbek wiertłami o odpowiedniej długości i małej średnicy, ewentualne pustki wypełniałem żelem przewodzącym prąd elektryczny (do EKG). Pomimo tych zabiegów, nie gwarantowało to ścisłego przylegania prętów pomiarowych do materiału. Badań terenowych z wykorzystaniem techniki TDR nie prowadziłem. Problemy zastosowaniem techniki TDR były dla mnie motywacją do podjęcia dalszych badań w zakresie zastosowania tej metody do oceny stanów wilgotności materiałów i przegród budowlanych. Po obronie pracy doktorskiej, w latach opracowałem dwa sposoby minimalizacji trudności aplikacyjnych tej techniki, były to: zbudowanie sond pomiarowych o dostatecznie masywnej konstrukcji, rozmiarach i wytrzymałości prętów pomiarowych, dzięki którym będzie możliwe wprowadzenie ich w twarde struktury materiału, zbudowanie sond pomiarowych i opracowanie metodyki pomiaru nie wymagających wprowadzania czujników TDR wewnątrz badanego materiału. Pierwszy sposób minimalizował problem wprowadzania delikatnych czujników do wnętrza twardych ośrodków. Zbudowałem kilka prototypowych sond TDR zbliżonych konstrukcyjnie do tradycyjnych. Metodyka badań była również podobna w zakresie przygotowania próbek i prowadzenia pomiaru. Wadą tego rozwiązania było to, że nie eliminowało ono konieczności wykonywania odwiertów w badanych materiałach. Badania terenowe były również utrudnione. Pomimo to, sondy o powyższej konstrukcji w dalszym ciągu wykorzystuję w pracach naukowych dotyczących określania właściwości wilgotnościowych istniejących lub nowo opracowywanych materiałów budowlanych, a ich wyniki publikowane są również w czasopismach indeksowanych w bazie JCR. Rozwiązanie drugie polegało na opracowaniu konstrukcji sond oraz metodyki pomiarów bezinwazyjnych. W osiągnięciu naukowym przedstawionym w punkcie 4a przedstawiłem kompleksową metodykę wykorzystania techniki TDR do oceny stanów wilgotnościowych materiałów i przegród budowlanych metodą bezinwazyjną za pomocą autorskich sond powierzchniowych, a także możliwość monitoringu procesów transportu wilgoci. Badania literaturowe przedstawione w monografii stanowiącej moje osiągnięcie naukowe, dołączonej do wniosku oparłem o 283 źródła literaturowe, które stanowiły publikacje recenzowane (ponad 200), wytyczne międzynarodowe, normy i akty prawne. Wykazały one istotność problemu zawilgocenia przegród budowlanych oraz jego wpływ na parametry techniczne oraz jakość powietrza wewnętrznego. Jest to szczególnie ważne w dobie popularyzacji nowych trendów w budownictwie i rozwoju budownictwa niskoenergochłonnego i pasywnego, a także rozwoju technik opartych o Odnawialne Źródła Energii. 4

5 Zawilgocenie przegród budowlanych, będące do pewnego stopnia zjawiskiem naturalnym w warunkach klimatu umiarkowanego, może w szczególnych przypadkach prowadzić do pogorszenia charakterystyk cieplnych przegród budowlanych. Woda obecna w strukturach budowlanych podnosi wartość przewodnictwa cieplnego poszczególnych warstw materiałów, zmniejszając tym samym opór cieplny przegrody. Powoduje to obniżenie temperatury po wewnętrznej powierzchni przegrody. W świetle badań fizjologicznych, uważa się temperatura odczuwalna zależy nie tylko od temperatury powietrza, lecz także od temperatury otaczających powierzchni, a najbardziej korzystne są sytuacje, kiedy różnica pomiędzy temperaturą powietrza i poszczególnych przegród nie przekracza 3 C. Utrzymywanie temperatury powietrza na stałym, pożądanym poziomie jest realizowane przy wykorzystaniu systemów HVAC (ang. Heating, Ventilation and Air Conditioning), natomiast za właściwą temperaturę przegród budowlanych odpowiada ich właściwa konstrukcja, eksploatacja, w tym odpowiednie warunki wilgotnościowe. Poważnym problemem, istotnym z punktu widzenia inżynierii środowiska jest obecność wody wewnątrz struktury materiałów budowlanych i jej wpływ na jakość powietrza wewnętrznego. Woda obecna w porach przyczynia się do rozwoju mikroorganizmów będących alergenami lub syntezujących alergeny chemiczne. W ten sposób jakość powietrza wewnętrznego jest obniżana. Szczególny wpływ ma woda zawarta w strukturach budowlanych i powietrzu wewnętrznym na rozwój grzybów pleśniowych, które intensywnie rozwijają się, przy wykorzystaniu substratów odżywczych zawartych zarówno w drewnie budowlanym, jak również w murach, tynkach itp. Zagrzybienie ścian, a tym samym pomieszczeń wewnętrznych jest jedną z głównych przyczyn tzw. syndromu chorego budynku (ang. SBS Sick Building Syndrome), którego przejawami są objawy neurotoksyczne wśród mieszkańców. Należą do nich ból głowy, apatia, spadek koncentracji, zwiększona skłonność do przeziębień, a nawet w skrajnych przypadkach zagrożenie chorobami nowotworowymi. Powyższe problemy wywołane są w znacznej mierze produktami metabolizmu grzybów. Są to tzw. mikrobiologiczne lotne związki organiczne (ang. MVOC - Microbial Volatile Organic Compounds), przechodzące do powietrza w postaci tzw. bioaerozolu. Problemy natury eksploatacyjnej budynków, związane z zawilgoceniem przegród budowlanych mają szeroki zakres oddziaływania na środowisko wewnętrzne, dlatego w kształtowaniu jakości powietrza wewnętrznego, ważny jest rozwój technik detekcji wilgoci, opracowywanie nowych i udoskonalanie istniejących technik pomiaru. Istotną rolę w tym zakresie odgrywa technika TDR. Jest to jedna z dwóch popularnych technik elektrycznych, opartych o pomiar przenikalności dielektrycznej ośrodków porowatych w zależności od ich stanu zawilgocenia (inną techniką jest metoda FD ang. Frequency Domain). Technika ta przez wiele lat stosowana była w pomiarach wilgotności ośrodków gruntowych. W minionym dziesięcioleciu wykorzystano potencjał pomiarowy tej metody również do oznaczania wilgotności ośrodków twardszych od glebowych materiałów i przegród budowlanych. W wielu wypadkach ograniczeniem w procesie adaptacji były problemy dotyczące instalacji czujników w twardej strukturze materiału a także niedostatek 5

6 wypracowanych metod kalibracji czujników do pomiarów wilgotności materiałów budowlanych. Metoda TDR działa w oparciu o pomiar przenikalności dielektrycznej ośrodków trójfazowych, zbudowanych z trzech faz: stałej (szkieletu), gazowej (powietrza) i ciekłej (wody). Każdą z nich charakteryzuje określona wartość przenikalności dielektrycznej. Przenikalność dielektryczna mieszaniny trójfazowej jest wypadkową przenikalności poszczególnych faz, z których zbudowane są ośrodki porowate powietrze: 1 [-], faza stała: 1 15 [-] (w zależności od budowy), woda: 80 [-]. Przenikalność dielektryczna wody jest o rząd wielkości większa od przenikalności pozostałych faz, co stanowi podstawę pomiaru wilgotności tą techniką. Pomiary przenikalności dielektrycznej polegają na pomiarze prędkości propagacji generowanego impulsu elektromagnetycznego wzdłuż prętów pomiarowych umieszczonych wewnątrz badanego ośrodka porowatego. Prędkość propagacji ustalana jest na zasadzie interpretacji echa generowanego impulsu, powracającego do miernika, tzw. reflektogramu, tj. na pomiarze odległości pomiędzy pikami pomiarowymi będącymi odbiciami nieciągłości falowodu wzdłuż którego propaguje impuls początku i końca sondy pomiarowej. W ramach prowadzonych badań zaprojektowałem i wykonałem alternatywne warianty pięciu konstrukcji sond, umożliwiających prowadzenie badań wilgotności w twardych ośrodkach porowatych takich jak materiały budowlane. Zaprojektowane sondy różniły się od tradycyjnych, inwazyjnych czujników konstrukcją i sposobem kontaktu pomiędzy elementami pomiarowymi, a badanym ośrodkiem. Określiłem zasięg oddziaływania każdego czujnika wewnątrz badanego materiału, wykonałem kalibrację czujników dla powszechnie spotykanych materiałów stosowanych we współczesnym budownictwie, w tym wykończeniowych. Wykonałem pomiary testowe za pomocą nowoopracowanych czujników w warunkach laboratoryjnych, a także in-situ. Opracowałem dwa warianty sond powierzchniowych. Pierwszy wariant obejmował cztery prototypy, które oznaczyłem symbolami B1-B4. Były to sondy o sztywnej obudowie i kształcie umożliwiającym wygodne pomiary. Drugi wariant czujników, oznaczony w pracy jako sondy typu C, były to sondy o lekkiej konstrukcji przystosowane do stałego ulokowania czujnika na powierzchni badanej przegrody. Tabela 1. Charakterystyka prototypowych powierzchniowych sond B1-4 oraz C Oznaczenie B1 B2 B3 B4 C Liczba prętów Długość sondy [mm] Rozstaw prętów, szerokość sondy [mm] Materiał Kształt falowodu ertacetal (POM - biały) kątownik (12 12 mm) ertacetal (POM - czarny) płaskownik (2 10 mm) ertacetal (POM - czarny) płaskownik (2 10 mm) ertacetal (POM - czarny) płaskownik (2 10 mm) polichlorek winylu (PCW) kątownik (10 10 mm) 6

7 Od strony konstrukcyjnej sondy charakteryzowały się następującymi cechami: wykonane były z dielektryków z tworzyw sztucznych, elementami pomiarowymi były mosiężne falowody. Różnice obejmowały szerokość rozstawu prętów, ilość prętów pomiarowych, kształt przekroju prętów i sposób ich umieszczenia na dielektryku dystansującym. Dodatkowo sondy B2-B4 wyposażono w rezystory, celem wygenerowania wymuszonego odbicia na wejściu impulsu do sondy, co w założeniu miało stabilizować pozycję i wielkość piku wejściowego. W tabeli 1 przedstawiono podstawowe parametry zaprojektowanych sond Pierwszy etap badań obejmował określenie głębokości zasięgu impulsu elektromagnetycznego poszczególnych czujników wewnątrz badanego materiału. Głębokość zasięgu sondy TDR jest istotnym parametrem technicznym czujników i dla osoby prowadzącej pomiar, stanowi informację jakich warstw przegrody dotyczą uzyskane wyniki. Ponadto, w aspekcie prowadzenia badań laboratoryjnych wartość tego parametru mówi o minimalnych wymiarach próbek do badań kalibracyjnych oraz monitoringowych. Badanie zasięgu prowadzono poprzez pomiary przenikalności dielektrycznej próbek betonu komórkowego w stanie maksymalnego nasycenia. Eksperyment prowadzono w oparciu o założenie, że na odczyty przenikalności dielektrycznej daną sondą TDR mają wpływ właściwości badanego ośrodka oraz jego otoczenia (powietrza). Wzrost grubości wilgotnej próbki powoduje wzrost odczytanej wartości przenikalności dielektrycznej. Przy pewnej, krytycznej grubości próbki wzrost efektywnej przenikalności dielektrycznej nie będzie zauważalny. Grubość ta określa głębokość zasięgu impulsu czujnika. Przenikalność dielektryczną mierzono dla różnych grubości próbek w zakresie 0 cm (brak próbki) do 10 cm, zestawianych z płytek materiału o grubości 10 mm. Uzyskane wyniki przedstawiono w postaci wykresów na rysunku 1 dla dwóch wybranych sond powierzchniowych różniących się od siebie rozstawem prętów pomiarowych (B2 i B4). sonda B2 sonda B4 Rys. 1. Zmiany wartości średniej efektywnej przenikalności dielektrycznej wraz z grubością badanej próbki dla prototypowych sond B2 i B4 Do analizy wyników zastosowano jednoczynnikową analizę wariancji (ang. analysis of variance ANOVA) oraz testy post-hoc, mające na celu wykazanie istotnych statystycznie 7

8 różnic pomiędzy poszczególnymi grupami (grubościami próbek). Przeprowadzono testy: NIR Fishera, Tukeya oraz Scheffego. W wyniku przeprowadzonych analiz stwierdzono, że sondy B1, B2 oraz C, o węższym rozstawie prętów pomiarowych charakteryzują się zasięgiem impulsu o głębokości 40 mm, zaś sondy B3 i B4 o szerszym rozstawie, charakteryzują się zasięgiem impulsu elektromagnetycznego o głębokości 50 mm. Tym samym ilościowo potwierdzono doniesienia literaturowe, że pole oddziaływania sond TDR zależy głównie od szerokości rozstawu prętów pomiarowych czujnika. Kolejny etap badań obejmował kalibrację prototypowych czujników pod kątem pomiarów wilgotności dostępnych na polskim rynku materiałów budowlanych: betonu komórkowego, cegły ceramicznej, klinkierowej, silikatowej oraz autoklawizowanego silikatu wapiennego i wykończeniowych: gładzi wapiennej (tynk A), tynków maszynowych (tynk B i C), tynku mineralnego na bazie cementu (tynk D) i tynku ręcznego cementowo-wapiennego (tynk E). Pomimo tego, że w literaturze światowej dostępnych jest wiele formuł kalibracyjnych, modelujących zależność pomiędzy odczytaną przenikalnością dielektryczną ośrodka, a wilgotnością ośrodka porowatego, zastosowanie nowych konstrukcji sond, o nietypowej konstrukcji i sposobie oddziaływania z badanym ośrodkiem wymagało wykonania badań tego typu. Dodatkowym czynnikiem wskazującym na konieczność wykonania indywidualnej kalibracji był fakt, że literatura światowa jest uboga w formuły kalibracyjne do pomiarów wilgotności materiałów budowlanych metodą TDR. Założono również, że opracowanie indywidualnych formuł kalibracyjnych dla każdego opracowanego czujnika i materiału korzystnie wpłynie na cechy pomiarowe czujników, w tym na niepewność pomiarową. W celu wykonania badań kalibracyjnych opracowano odpowiednią metodykę badawczą. Polegała ona na stopniowym nasycaniu próbek materiałów budowlanych wodą począwszy od stanu powietrznie suchego do stanu maksymalnego zawilgocenia. Każdy etap pomiaru polegał na zważeniu próbki i określeniu wilgotności metodą bezpośrednią grawimetryczną oraz pięciokrotnym odczycie przenikalności dielektrycznej za pomocą danej sondy powierzchniowej. W wyniku przeprowadzonych badań, dla każdego czujnika i materiału uzyskano zależności pomiędzy efektywną przenikalnością dielektryczną, odczytaną metodą TDR, a wilgotnością materiału. Uzyskane wyniki poddano obróbce statystycznej. Do opisu matematycznego uzyskanych zależności przyjęto model regresji wielomianowej (II stopnia) oparty o ogólną formułę: θ = β 0 + β 1 ε eff + β 2 ε 2 eff [cm 3 /cm 3 ] (1) gdzie: θ wilgotność objętościowa wyznaczona w oparciu o model wielomianowy; ε eff średnia wartość efektywnej przenikalności dielektrycznej w próbie z pomiarów reflektometrycznych [-]. W celu określenia jakości przyjętego modelu regresji, cech mierniczych zestawu TDR oraz poszczególnych czujników, ustalono następujące parametry: współczynnik determinacji R 2, RSE (residual standard error), statystykę F, krytyczne poziomy istotności poszczególnych estymatorów β w równaniu (1). Dla każdego równania określono RMSE (pierwiastek 8

9 średniego błędu kwadratowego), będący miarą niepewności pomiarowej, stosowaną w wielu opracowaniach literaturowych poświęconych technice TDR. Ponadto określono niepewność pomiarową całkowitą, której wartość zależy nie tylko od przyjętego modelu regresji (niepewność typu A), ale także od niepewności pomiarowej stosowanego urządzenia (niepewność typu B). Dodatkowo wyznaczono niepewność pomiarową rozszerzoną. Obliczenia niepewności na podstawie wytycznych EA (ang. European cooperation for Accreditation, Europejska współpraca w dziedzinie akredytacji) zawartych w EA, 2001, a także Guide to the expression of Uncertainty in Measurement, GUM (JCGM 100:2008). Ze względu na ograniczoną pojemność autoreferatu, na rysunku 2 przedstawiono przykładowe (wykorzystywane w dalszych badaniach laboratoryjnych i in-situ) wyniki uzyskane sondami prototypowymi B2 i C. sonda B2, cegła ceramiczna pełna sonda B2, autoklawizowany silikat wapienny sonda B2, beton komórkowy sonda B2, tynk A sonda C autoklawizowany silikat wapienny 9 sonda C beton komórkowy Rys. 2. Zależność odczytów efektywnej przenikalności dielektrycznej od wilgotności materiału dla prototypowych sond B2 i C

10 W celu porównania zależności ε θ uzyskanych z badań z zależnościami typowymi dla sond tradycyjnych, na wykresach przedstawiono dodatkowo modele Topp a oraz Malickiego. Różnice pomiędzy przebiegami krzywych formuł kalibracyjnych i pomiarów eksperymentalnych wskazują na konieczność indywidualnej kalibracji czujników powierzchniowych pod kątem wybranego materiału. Przykładowe modele regresji dla sond B2 i C i materiałów badanych w dalszej części pracy przedstawiono w tabeli 2. Tabela 2. Przykładowe formuły kalibracyjne uzyskane dla sond TDR B2 i C Materiał Sonda B2 Sonda C Beton komórkowy 2 θ = -0, ,0669ε eff - 0,0015ε eff 2 θ= 0, ,076 ε eff -0,0027 ε eff Cegła ceramiczna 2 θ = -0, ,1082ε eff -0,0034ε eff 2 θ = - 0,474+ 0,2948ε eff -0,0265ε eff Cegła silikatowa 2 θ = - 0, ,0969ε eff -0,0034ε eff 2 θ = - 0,341+ 0,2199ε eff -0,019ε eff A. Silikat Wap. 2 θ= -0, ,0695ε eff -0,00007ε eff 2 θ = -0, ,0669ε eff - 0,0015ε eff Modele regresji opracowane w wyniku powyższych badań, będące jednocześnie formułami kalibracyjnymi do pomiarów wilgotności ze względu na indywidualny charakter oraz duży reżim prowadzonych badań kalibracyjnych charakteryzują się korzystnymi parametrami. Współczynniki determinacji (R 2 ) większości opracowanych modeli regresji przekraczają wartość 0,97, co oznacza, że wyjaśniają one opisywaną zależność w ponad 97%. Wyjątek stanowiły niektóre modele dla sond B1, B2 i B4, w których wartości R 2 były niższe od 0,97. Jednak nawet w skrajnych przypadkach wartość współczynnika determinacji nie była niższa od 0,90. W tabeli 3 przedstawiono współczynniki determinacji uzyskane dla wybranych materiałów i dwóch sond stosowanych w dalszej, testowej części pracy. Tabela 3. Współczynniki determinacji (R 2 ) dla modeli regresji ustalonych dla sond B2 i C Materiał B2 C Cegła ceramiczna pełna 0,979 0,988 Autoklawizowany silikat wapienny 0,992 0,991 Beton komórkowy 0,992 0,991 Cegła silikatowa 0,981 0,973 Wartości RMSE, wyrażone w [cm 3 /cm 3 ] dla sond B2 i C oraz wybranych materiałów przedstawiono w tabeli 4. Dla wszystkich opracowanych modeli zawierają się one w przedziale od 0,005 do 0,33 cm 3 /cm 3. Najniższe wartości (0,005 0,007 cm 3 /cm 3 ) odnotowano dla cegły klinkierowej oraz tynków C i D. Dla większości materiałów i czujników wartość RMSE wahała się od 0,012 do 0,02 cm 3 /cm 3. W przypadku autoklawizowanego silikatu wapiennego, niezależnie od rodzaju sensora przekraczała ona 0,025 cm 3 /cm 3, a maksymalną wartość tego parametru 0,33 cm 3 /cm 3 odnotowano dla modelu regresji estymowanego dla sondy B4. Porównując dane uzyskane w drodze eksperymentu z wartościami dostępnymi w literaturze przedmiotu zauważono, że w większości przypadków wartości RMSE uzyskane w badaniach są niższe lub porównywalne z danymi literaturowymi (ok. 0,02 cm 3 /cm 3 ). W przypadku cegły klinkierowej oraz tynków C i D uzyskane wartości RMSE są wyraźnie niższe niż podawane w źródłach. W przypadku autoklawizowanego silikatu wapiennego 10

11 wartości RMSE uzyskane w badaniach kalibracyjnych są wyższe od przytaczanych przez źródła literaturowe). Tabela 4 Zestawienie niepewności pomiarowych RMSE sond B2 i C dla wybranych materiałów Materiał Wilgotność B2 C maksymalna Cegła ceramiczna pełna 0,36 0,016 0,012 Autoklawizowany silikat wapienny 0,92 0,026 0,028 Beton komórkowy 0,42 0,011 0,011 Cegła silikatowa 0,27 0,013 0,016 Kolejnym parametrem, wyznaczanym w ramach prowadzonych analiz była niepewność pomiarowa. Wyznaczono niepewności całkowitą (u) i rozszerzoną (U). Nie były to wartości stałe, a jak widać na diagramach przedstawionych na rysunku 3, są one zależne od stopnia wilgotności badanego materiału, co w głównej mierze było konsekwencją przyjętego modelu regresji, który najsłabiej odwzorowuje zależność ε θ w stanach bliskim suchemu i nasyconemu. Wyróżniono zatem, trzy zakresy niepewności pomiarowej w zależności od poziomu wilgotności zakres dolny, środkowy i górny. sonda B2 cegła ceramiczna pełna sonda B2 autoklawizowany silikat wapienny sonda B3 autoklawizowany silikat wapienny sonda C autoklawizowany silikat wapienny Rys. 3. Całkowita i rozszerzona niepewność pomiarowa prototypowych sond B2, B3 i C dla wybranych materiałów 11

12 Najniższe wartości niepewności rozszerzonej w środkowym zakresie pomiarowym zaobserwowano dla cegły klinkierowej (w każdym przypadku 0,009 cm 3 /cm 3 dla czujników B1-B4), betonu komórkowego (sondy B2-B4), tynku B (B1, B2) oraz tynku C (sondy B1- B3). Najwyższymi niepewnościami pomiarowymi obarczone są pomiary wilgotności autoklawizowanego silikatu wapiennego, których wartości przekraczają 0,02 cm 3 /cm 3 w przypadku sond B1-B3, zaś w przypadku sond B4 i C przekraczają 0,03 cm 3 /cm 3. Podobnie jak w przypadku RMSE, według źródeł literaturowych, niepewności pomiarowe czujników opracowanych do pomiarów inwazyjnych w ośrodkach gruntowych zawierają się średnio w przedziale 0,022 0,023 cm 3 /cm 3. Według niektórych doniesień są to wartości niższe 0,018 cm 3 /cm 3, a nawet 0,011 0,013 cm 3 /cm 3. Niepewności pomiarowe ustalone na podstawie przeprowadzonego są w większości przypadków niższe lub porównywalne do danych z literatury, dotyczących tradycyjnych sond inwazyjnych. Jedynie modele opracowane dla autoklawizowanego silikatu wapiennego charakteryzują się mniej korzystną wartością niepewności pomiarowej od podawanej w literaturze przedmiotu. W tabeli 5 przedstawiono rozszerzone niepewności U sond B2 i C dla wybranych materiałów, w środkowym zakresie pomiarowym. Tabela 5. Rozszerzone niepewności pomiarowych U sond w środkowym zakresie pomiarowym dla poszczególnych materiałów Materiał Wilgotność maksymalna B2 C Cegła ceramiczna pełna 0,36 0,008 0,019 Autoklawizowany silikat wapienny 0,92 0,020 0,032 Beton komórkowy 0,42 0,009 0,016 Cegła silikatowa 0,27 0,012 0,023 Kolejny etap badań obejmował testy opracowanych czujników w warunkach laboratoryjnych. W tym celu opracowano metodykę prowadzenia następujących badań: badań dyskretnych transportu wody za pomocą powierzchniowych sond typu B2 w materiałach i modelowych przegrodach budowlanych w: o próbce betonu komórkowego, o modelowej ściance z cegły ceramicznej pełnej, o modelowej ściance z cegły silikatowej, badań ciągłych (monitoringu) procesów wilgotnościowych za pomocą powierzchniowych sond typu C w materiałach i modelowych przegrodach budowlanych: o próbce autoklawizowanego silikatu wapiennego, o modelowej ściance z cegły ceramicznej pełnej, o modelowej ściance z cegły silikatowej. W celu prowadzenia badań przygotowano próbki materiałów lub wymurowano modelowe ścianki, następnie wysuszono je do stałej masy i położono izolację przeciwwilgociową. Próbki i ścianki umieszczono w pojemniku ze stałym zwierciadłem wody i wystawione na jej działanie przez określony okres czasu. Badania dyskretne polegały na przyłożeniu czujnika w określonych punktach pomiarowych (na określonych wysokościach względem zwierciadła wody w przypadku 12

13 próbek materiałów budowlanych lub na określonej warstwie cegieł w przypadku modelowych ścianek) i odczycie efektywnej przenikalności dielektrycznej. Następnie uzyskane odczyty przeliczano na wilgotność na podstawie modelu regresji (1) przyjętego dla sondy B2 i danego materiału z tabeli 2. Każdy pomiar powtórzono trzykrotnie, z uwagi na obróbkę statystyczną uzyskanych odczytów i ustalenie odchyleń standardowych z pomiaru. Pomiary prowadzono ze stałą częstotliwością (trzykrotnie w ciągu doby) do osiągnięcia stanu nasycenia przez próbkę lub do stanu w której dalszy wzrost wilgotności nie był notowany. W przypadku próbki betonu komórkowego, równolegle do badań TDR, w celach porównawczych przeprowadzono na niej pomiary zmian wilgotności za pomocą sondy FD. W wyniku przeprowadzonych badań uzyskano krzywe reprezentujące zmiany wilgotności materiałów na określonej wysokości względem zwierciadła. Przedstawiono je na poniższych rysunkach. Rys. 4. Przebieg podciągania kapilarnego w próbce betonu komórkowego określony za pomocą sondy B2 Rys. 5. Przebieg podciągania kapilarnego w próbce betonu komórkowego określony za pomocą sondy FD Rys. 6. Dynamika podciągania kapilarnego wody w ściance modelowej z cegły ceramicznej pełnej za pomocą sondy pomiarowej TDR B2 Rys. 7. Przebieg podciągania kapilarnego wody przez ściankę z cegły silikatowej wyznaczony za pomocą sondy powierzchniowej TDR B2 Badania ciągłe polegały na zamontowaniu na próbce na stałe czujników typu C na określonych wysokościach względem zwierciadła wody i odczycie przenikalności dielektrycznej za pomocą sond tej konstrukcji. Odczyty te następnie przeliczono na 13

14 wilgotność według równań kalibracyjnych z tabeli 2, zgodnych z przyjętym modelem regresji (1). W wyniku przeprowadzonych badań uzyskano krzywe przedstawiające w sposób ciągły zmiany wilgotności materiałów na określonej wysokości względem zwierciadła. Na rysunkach 8 i 9 przedstawiono je dla ścianek z cegły ceramicznej pełnej i silikatowej. Rys. 8. Proces podciągania kapilarnego wilgoci przez modelową ściankę z cegły ceramicznej pełnej monitorowany za pomocą czujników TDR typu C Rys. 9. Przebieg podciągania kapilarnego wilgoci przez modelową ściankę z cegły silikatowej monitorowany za pomocą czujników TDR typu C Dodatkowo, przed rozpoczęciem i po zakończeniu każdego eksperymentu, próbki lub ścianki zważono, w celu ustalenia ilościowego przyrostu masy wody w próbce w trakcie obserwowanego zjawiska. Pozwoliło to na porównanie odczytów za pomocą metody pośredniej (TDR i FD) z pomiarami metodą bezpośrednią (wagową). Podstawowe wielkości uzyskane z pomiarów laboratoryjnych przedstawiono w tabeli 6. Tabela 6. Podstawowe wielkości uzyskane z pomiarów laboratoryjnych Średnie Szacowany Różnica w Masa Masa Przyrost odchylenia przyrost badaniach Badanie próbki próbki masy standardo masy bezpośrednich suchej nasyconej (wagowy) we met. (B2/C/FD) i pośrednich pośredniej Sonda Materiał [kg] [kg] [kg] [kg] [%] [cm 3 /cm 3 ] B2 B2 B2 C C C Beton komórkowy Cegła ceramiczna Cegła silikatowa Silikat wapienny Cegła ceramiczna Cegła silikatowa 13,69 18,24 4,55 4,10 (B2) 4,71 (FD) -10 (B2) +4 (FD) 0,008 (B2) 0,004 (FD) 36,81 39,64 2,83 2,74-3 0,017 43,71 45,66 1,95 1,93-1 0,008 1,93 9,30 7,37 7,29-1 0,001 36,86 40,07 3,21 2, ,001 43,74 45,95 2,21 2,05-7 0,001 14

15 Przeprowadzone badania laboratoryjne pozwoliły na ocenę przydatności prototypowych sond TDR do oceny zmian zawilgocenia materiałów budowlanych w warunkach laboratoryjnych. Wykazano możliwość wykorzystania sond do bezinwazyjnych badań dyskretnych jak i monitoringu procesów transportu wilgoci. Stwierdzono również, że przy braku właściwych zabezpieczeń przeciwwilgociowych lub przeciwwodnych, wilgotność materiału bardzo szybko osiąga poziom materiałów mokrych, które mogą stanowić dobre podłoże do rozwoju grzybów, stanowiących obciążenie dla środowiska wewnętrznego. Ostatnim etapem prowadzonych badań było przeprowadzenie testów w warunkach terenowych. W tym celu wykorzystano prototypową sondę TDR B2, zaprojektowaną do badań dyskretnych oraz przenośny miernik TDR. W celu prowadzenia badań zaproponowano siatkę pomiarową, określającą w których punktach należy przykładać sondę TDR i odczytywano efektywną przenikalność dielektryczną, którą następnie, korzystając z formuł kalibracyjnych przeliczono na wilgotność. Do pomiarów wybrano dwie przegrody rzeczywiste z widocznymi oznakami podwyższonego poziomu wilgotności. Jedną z przegród była ściana z cegły ceramicznej budynku mieszkalnego w zabudowie bliźniaczej wybudowanego w latach 90. XX wieku. Badany obiekt jest zaniedbany, charakteryzuje go brak warstwy izolacji termicznej oraz przypuszczalnie brak izolacji przeciwwodnych lub przeciwwilgociowych. Efektem tego jest widoczna korozja i niszczenie dolnych warstw przegrody. Dzięki zastosowaniu siatki pomiarowej, sporządzono mapy wilgotności dla trzech terminów pomiarowych w roku Przedstawiono je na rysunku 10. Rysunek 10. Mapy wilgotności przegrody wyznaczone za pomocą powierzchniowych sond TDR typu B2 w murze z cegły ceramicznej pełnej Drugą badaną przegrodę stanowi fragment ścianki kominowej stanowiącej element funkcjonalny (wywiew) wentylacji naturalnej w budynku wielorodzinnym. Cechą charakterystyczną obiektu jest spadzisty dach z poddaszem użytkowym w postaci antresoli. Ocenę wilgotności ścianki przeprowadzono na poddaszu. Pomieszczenie jest niewłaściwie wentylowane, co jest konsekwencją szczelnej skorupy budynku, szczelnej stolarki okiennej oraz niewłaściwie działającej wentylacji naturalnej. Nisko wyprowadzony komin z wyrzutnią umieszczoną poniżej linii kalenicy pokrycia dachowego wywołuje odwrotny ciąg kominowy. 15

16 Kierunek przepływu powietrza zależy od rozkładu ciśnień po dwóch stronach budynku i siły wiatru. W przypadku, gdy wiatr wieje od strony wschodniej, w kominie obserwowany jest ciąg wsteczny, skutkujący napływem zimnego powietrza do budynku, nawet przy próbach poprawy efektywności wentylacji naturalnej poprzez rozszczelnienie lub uchylenie okien. W dniu pomiaru zaobserwowano napływ zimnego powietrza zewnętrznego (o temperaturze ok. -20 C) do pomieszczenia, co spowodowało wychłodzenie silikatowej ścianki kominowej (pozbawionej izolacji termicznej), a w konsekwencji do kondensacji pary wodnej na powierzchni powłoki tynkowej. Rysunek 11. Mapa wilgotności fragmentu ścianki kominowej wyznaczona za pomocą powierzchniowych sond TDR typu B2 Wyniki pomiarów przedstawione w formie graficznej na rysunku 11 potwierdzają podwyższone stany wilgotności ocenianego fragmentu przegrody budowlanej w warstwie tynku. Z mapy wilgotnościowej można wywnioskować, że wilgotności przegrody zawierają się w przedziale od 0,15 do 0,33 cm 3 /cm 3. Tym samym można stwierdzić, że powierzchnia całej badanej przegrody dotknięta jest zjawiskiem zawilgocenia. Uzyskane wyniki wskazują na podwyższony stan wilgotności muru, będący skutkiem nieprawidłowości w działaniu wentylacji w budynku. W wyniku niewłaściwego kierunku przepływu zimnego powietrza zewnętrznego (o temperaturze zbliżonej do -20 C), przy podwyższonej wilgotności względnej powietrza wewnątrz badanego pomieszczenia (RH=65%) wystąpiło zjawisko kondensacji pary wodnej na powierzchni. Wilgotność powłoki tynkowej na całym badanym obszarze osiągnęła prawie 50% maksymalnej wilgotności materiału, co przy długo utrzymującym się stanie może prowadzić do rozwoju niebezpiecznych mikroorganizmów, porażenia biologicznego i obniżenia jakości powietrza wewnętrznego. Zjawisko to jest powszechne w nowowznoszonych budynkach, w których w celu podniesienia efektywności energetycznej zastosowano zbyt szczelną skorupę zewnętrzną i stolarkę okienną, a w rezultacie zaburzono wymianę powietrza. Przeprowadzone przeze mnie studia literaturowe, pomiary laboratoryjne i terenowe umożliwiły rozszerzenie potencjału pomiarowego techniki reflektometrii w domenie czasu 16

17 pod kątem oceny wilgotnościowej przegród budowlanych i ich wpływu na jakość powietrza wewnętrznego. Wnioski sformułowane na podstawie uzyskanych wyników badań są następujące: - zasięg oddziaływania impulsu elektromagnetycznego autorskich, prototypowych czujników zawiera się w przedziale mm w zależności od szerokości rozstawu prętów pomiarowych. Sondy o mniejszym rozstawie prętów (B1, B2 i C) charakteryzowały się zasięgiem 40 mm, zakres sond o większym rozstawie prętów pomiarowych (B3 i B4) wynosił 50 mm. - zasięg oddziaływania czujnika jest parametrem właściwym dla każdej z sond, a odczyty sondy są miarodajne jedynie dla danej grubości muru; podczas badań kalibracyjnych należy tak dobierać wymiary próbek, aby ich grubość była większa od zasięgu danego czujnika, - nietypowa budowa czujników wymusza konieczność ich indywidualnej kalibracji; tradycyjne formuły kalibracyjne typowe dla sond inwazyjnych nie mogą być w tym przypadku stosowane, - przyjęty model regresji, oparty o równania wielomianowe drugiego stopnia dobrze oddaje zależność pomiędzy wilgotnością badanego ośrodka, a efektywną przenikalnością dielektryczną odczytaną z wykorzystaniem aparatury TDR, potwierdzają to wysokie wartości współczynnika determinacji (średnia wartość ze wszystkich pomiarów 0,980) oraz niskie wartości pierwiastka średniego błędu kwadratowego (średnia wartość ze wszystkich pomiarów 0,0145 cm 3 /cm 3 ) oraz niepewności rozszerzonej (średnia wartość ze wszystkich pomiarów 0,0134 cm 3 /cm 3 ), - najkorzystniejsze parametry miernicze (R 2, RMSE oraz U) uzyskały sondy powierzchniowe typu B2 i typu C, dlatego wykorzystano je w badaniach laboratoryjnych i terenowych, - zaproponowane prototypy sond pozwoliły na prowadzenie bezinwazyjnych badań procesów transportu wody w przegrodach budowlanych i ocenę stopnia ich zawilgocenia zarówno w warunkach laboratoryjnych, jak i terenowych, - odchylenia standardowe odczytów wykonanych za pomocą prototypowych sond powierzchniowych TDR były porównywalne do uzyskanych innymi metodami (np. FD), przesłanką wskazującą na potrzebę kontynuacji badań nad rozwojem sensorów TDR jest ich brak wrażliwości na zasolenie ośrodka, - odczyty wilgotności za pomocą sond typu C cechowały się mniejszym zróżnicowaniem rozkładu od odczytów za pomocą sond typu B2 z uwagi na stałe, precyzyjne przymocowanie czujnika do powierzchni badanego ośrodka, - obiekty rzeczywiste będące przedmiotem badań in-situ charakteryzował podwyższony poziom wilgotności, przekraczający wartość 0,30 cm 3 /cm 3 (zbliżoną do stanu nasycenia materiału), co pozwoliło zakwalifikować je do murów mokrych lub mocno wilgotnych, - nieinwazyjna metoda TDR może być z powodzeniem stosowana do szybkiej diagnostyki stopnia zawilgocenia przegród budowlanych, umożliwiając podjęcie kroków naprawczych minimalizujących ryzyko porażenia biologicznego budynków, 17

18 pogorszenia jakości powietrza wewnętrznego oraz wystąpienia syndromu chorego budynku. Prototypowe sondy opracowane w ramach niniejszych badań stanowią alternatywę dla tańszych, przez co szeroko stosowanych czujników rezystancyjnych oraz pojemnościowych. Czujniki takie są jednak obciążone wadami, których technologia TDR jest pozbawiona. Wyniki badań wskazują na możliwość praktycznego zastosowania czujników powierzchniowych opartych o technologię reflektometrii w domenie czasu do oceny stanu wilgotnościowego przegród budowlanych, co jest istotnym parametrem wpływającym na jakość powietrza wewnętrznego. 5. Omówienie pozostałych osiągnięć naukowo - badawczych (artystycznych). Miarą pozostałych osiągnięć naukowych są publikacje naukowe, których jestem autorem lub współautorem. W latach opublikowałem w sumie 72 publikacji recenzowanych, monografii i rozdziałów w monografiach. Uzyskałem trzy patenty, zgłosiłem dwa następne (aktualnie opublikowane w Biuletynie Urzędu Patentowego). Spośród powyżej wymienionych prac, 66 opublikowałem po obronie pracy doktorskiej (w tym wszystkie zgłoszenia patentowe i patenty). 15 publikacji opublikowałem w czasopismach znajdujących się na liście A MNiSW, zaś 28 na liście B. Jestem autorem/współautorem 6 monografii oraz 20 rozdziałów w monografiach. Dodatkowo, brałem udział w 32 konferencjach naukowych o zasięgu krajowym i międzynarodowym. Jestem także autorem/współautorem 29 materiałów pokonferencyjnych oraz artykułów w czasopismach poza listami czasopism punktowanych MNiSW. Sumaryczna liczba punktów MNiSW opisująca mój dorobek naukowy od 2002 r. wg listy czasopism punktowanych z 16 grudnia 2015 r., wynosi 857 pkt., z czego po doktoracie uzyskałem 791 punktów. Sumaryczny Impact Factor moich prac opublikowanych w czasopismach indeksowanych w JCR Web of Science wynosi 12,978 wg wskaźnika IF z roku publikacji oraz 16,079 wg aktualnego IF. Liczba cytowań w bazie Web of Science wynosi 58 (bez autocytowań: 37), zaś index Hirsh a: 5. Po rozpoczęciu pracy zawodowej w 2002 r. w Instytucie Inżynierii Ochrony Środowiska Wydziału Inżynierii Budowlanej i Sanitarnej Politechniki Lubelskiej brałem udział w badaniach związanych z procesami przepływu wody i ciepła w ośrodkach porowatych, głównie materiałach budowlanych. Realizowałem również praktyczne testy możliwości zastosowania technik pomiarowych stosowanych w gruntoznawstwie do pomiarów przegród budowlanych. W okresie początkowym swojej pracy brałem udział w kilku konferencjach krajowych, sympozjach młodych naukowców oraz opublikowałem kilka prac w czasopismach o zasięgu krajowym. Krótko po zatrudnieniu zostałem włączony do zespołu prof. H. Sobczuka jako wykonawca realizowanego przez niego projektu badawczego KBN nr 4 T09 D zatytułowanego Opracowanie modelu i zestawu pomiarowego do oceny charakterystyk cieplnych i wodnych materiałów budowlanych narażonych na oddziaływanie czynników klimatycznych w aspekcie ochrony środowiska. 18

19 Celem projektu było opracowanie modelu przepływu wody i ciepła oraz wykonanie stanowisk pomiarowych do oceny parametrów cieplnych i wodnych materiałów budowlanych. Jako wykonawca realizowałem dwa zadania bazując na dostępnej literaturze i istniejących modelach transportu opracowałem model sprzężonego przepływu wody i ciepła w wielowarstwowych przegrodach budowlanych. Brałem także czynny udział w przygotowaniu wyposażania laboratorium, zaprojektowaniu urządzeń pomiarowych oraz ich testach. W trakcie realizacji projektu 4 T09 D zapoznałem się z zasadami prowadzenia badań naukowych w warunkach laboratoryjnych, nauczyłem się również podstaw analizy numerycznej przepływu wody i ciepła w ośrodkach porowatych. Umiejętności te, a także zbudowaną bazę pomiarową wykorzystałem do przygotowania pracy doktorskiej. Przewód doktorski pt. Ocena strat ciepła i przepływu wody w przegrodach izolacyjnych otworzyłem w roku 2004 na Wydziale Inżynierii Budowlanej i Sanitarnej Politechniki Lubelskiej. Promotorem pracy był kierownik zakładu w którym zostałem zatrudniony prof. Henryk Sobczuk. Na realizację pracy doktorskiej uzyskałem grant promotorski KBN 3 T09D zatytułowany Modelowanie zjawisk cieplnowilgotnościowych w przegrodach budowlanych. W rozprawie doktorskiej przedstawiłem opracowany przeze mnie model przepływu wody i ciepła w wielowarstwowych przegrodach budowalnych, jego praktyczną implementację w postaci aplikacji komputerowej realizującej obliczenia numeryczne. Wykorzystałem do tego celu moduł numeryczny PDE TWO, realizujący obliczenia cząstkowych równań różniczkowych drugiego rzędu, który zaimplementowałem do zaproponowanego modelu przepływu ciepła i wody. Dzięki wykonanemu wcześniej oprzyrządowaniu dokonałem parametryzacji badanych materiałów budowlanych pod kątem opracowanego modelu oraz weryfikacji wykonanych obliczeń numerycznych transportu. Rozprawę doktorską obroniłem 15 grudnia 2006 r. na Wydziale Inżynierii Środowiska Politechniki Lubelskiej. Praca została wyróżniona uchwałą Rady Wydziału. W latach w dalszym ciągu realizowałem zagadnienia, które dotyczyły dotychczasowej tematyki badawczej. Skupiłem się jednak bardziej na zagadnieniu udoskonalania metod pomiarowych w aspekcie pomiarów środowiskowych. Największy nacisk położyłem na rozwój techniki TDR. Stosowałem ją do badania wilgotności różnych ośrodków porowatych w tym do oceny wpływu dodatków osadów ściekowych na zmiany wilgotności gleb oraz wpływu substratów na bazie wymieniaczy jonowych na właściwości wodne uzdatnianych gleb. Efektem tych badań było opublikowanie artykułu w czasopiśmie z listy A MNiSW - Archives of Environmental Protection w roku W tym okresie zainteresowałem się możliwością opracowania metodyki pomiaru wilgotności w twardych ośrodkach porowatych z wykorzystaniem technologii TDR. Efektem tego były pierwsze konstrukcje sond i wstępne badania testowe, których rezultaty były obiecujące. Dodatkowo interesowałem się możliwością zastosowania sond psychrometrycznych do pomiaru potencjału ciśnieniowego w materiałach budowlanych, a także ogniw Peltier a do pomiaru strumienia ciepła przepływającego przez próbki i fragmenty przegród budowlanych. Wyniki badań z tego okresu prezentowane były na konferencjach międzynarodowych, a także 19

20 w późniejszych latach w czasopismach z listy A MNiSW (Ecological Chemistry and Engineering S w roku 2011 poświęcone analizie wpływu wilgotności materiału na przewodnictwo cieplne betonu komórkowego). W roku 2008 udało mi się pozyskać środki na zbudowanie kilku rozwiązań czujników pracujących w technologii TDR i ich wstępne testy. Był to realizowany w latach projekt badawczy N N zatytułowany Rozwój metod pomiarowych do wyznaczania wilgotności materiałów oraz przegród budowlanych w ramach którego pracowałem z aparaturą TDR oraz psychrometrem w celu zaadaptowania tych technik do pomiarów parametrów środowiskowych (wilgotność, potencjał ciśnieniowy) materiałów budowlanych. W ramach realizacji tego projektu opracowałem metodykę badawczą, którą po pewnych udoskonaleniach stosuję do dzisiaj. Również autorskie, prototypowe sondy powierzchniowe TDR wykonano w oparciu o środki pochodzące z tego projektu. Wyniki badań realizowanych w trakcie projektu prezentowałem na konferencjach o zasięgu krajowym i międzynarodowym, czasopismach branżowych i naukowych. Do najważniejszych należy zaliczyć publikacje opublikowane czasopismach z listy A MNiSW. Były to: Environment Protection Engineering w roku 2009 (poświęcone czułości powierzchniowych sond TDR); Annual Set The Environment Protection, w roku 2012 (wykazanie możliwości zastosowania sond TDR w badaniach terenowych). Równolegle do kierowanego przez siebie projektu naukowego, w latach byłem wykonawcą kierowanego przez prof. H. Sobczuka projektu badawczego nr N N "Wykorzystanie metod bioindykacyjnych w modelowaniu oczyszczania ścieków miejskich osadem czynnym w ramach którego uczestniczyłem w opracowaniu modelu komputerowego proces oczyszczania ścieków. Moim zadaniem było zaprojektowanie i oprogramowanie struktury bazy danych do preprocessingu i postprocessingu do modułu obliczeniowego realizującego obliczenia numeryczne analizowanych procesów. Po zakończeniu projektu badawczego N N skupiłem się na możliwości praktycznego wykorzystania potencjału pomiarowego techniki TDR przy zastosowaniu czujników inwazyjnych, a także nowoopracowanych czujników powierzchniowych. Aktualnie współpracuję nad tym zagadnieniem z pracownikami Wydziału Budownictwa i Architektury Politechniki Lubelskiej oraz zespołem Prof. Roberta Cernego z České Vysoké Učení Technické v Praze (Politechnika Czeska w Pradze) w zakresie prowadzenia badań i poszukiwaniu sposobów poprawy właściwości istniejących materiałów budowlanych, a także opracowywania nowych, ekologicznych, często opartych o odpady z gospodarki wodno-ściekowej, materiałów budowlanych. Były to cegły ceramiczne hydrofobizowane za pomocą specjalistycznych preparatów, których badania wilgotnościowe realizowano za pomocą opracowanych przeze mnie inwazyjnych czujników TDR. Wyniki z tych badań opublikowano w czasopismach z listy A MNiSW, były to Ecological Chemistry and Engineering S w roku 2014 i Construction and Building Materials w roku 2016 oraz keramzytobetony produkowane z osadów ściekowych, których wyniki badań opublikowano w czasopismach z listy A MNiSW - Ecological Chemistry and Engineering S w roku 2016, a także czasopiśmie Materials w roku Aktualnie prowadzę również badania wilgotnościowe nowoopracowywanych ekologicznych materiałów budowlanych za pomocą 20