ANALIZA WPŁYWU WARUNKÓW WEWNĘTRZNYCH NA ROZWÓJ GRZYBÓW PLEŚNIOWYCH W BUDYNKU

ANALIZA WPŁYWU WARUNKÓW WEWNĘTRZNYCH NA ROZWÓJ GRZYBÓW PLEŚNIOWYCH W BUDYNKU WITCZAK Konrd 1 WIĘCKOWSKA Aldon 2 1,2 Ktedr Fizyki Budowli i Mteriłów Budowlnych, Politechnik Łódzk ANALYSIS OF EFFECT OF INNER CONDITIONS ON MOULD GROWTH ON THE BUILDING WALL SURFACE Some results of simultions of hygro-therml processes in uilding wll re presented in this pper. The results re otined y mens of the WUFI-POL nd WUFI-BIO softwres. The influence of internl conditions on the hygro-therml stte of the wll, relted to possile mould growth is nlysed. It is ssumed tht the internl temperture nd vpour pressure re constnt or tken ccording to the PN-EN ISO 13788 stndrd. The externl conditions correspond to the Typicl Meteorologicl Yer in Wrsw. The influence of the solr rdition nd driving rin on the simultion results re tken into considertion. STRESZCZENIE W refercie przedstwiono wyrne wyniki symulcji procesów cieplno wilgotnościowych w przegrodzie udowlnej, uzyskne przy pomocy progrmów WUFI-POL i WUFI-BIO. Przenlizowno wpływ dooru dnych dotyczących klimtu wewnętrznego n stn higrotermiczny ściny, z uwzględnieniem możliwości rozwoju grzyów pleśniowych w udynku. Złożono temperturę i ciśnienie pry wodnej w powietrzu jko stłe lu zmienne - zgodne z normą europejską PN-EN ISO 13788. W dnych dotyczących klimtu zewnętrznego uwzględniono temperturę, promieniownie słoneczne, ciśnienie pry wodnej i opd tmosferyczny (zcinjący deszcz) Typowego Roku Meteorologicznego dl Wrszwy. 1. WSTĘP Do nlizy przeiegów procesów trnsportu ciepł i wilgoci w przegrodch udynków, w cyklu rocznym lu wieloletnim niezędne są odpowiednio oprcowne dne pogodowe. Do symulcji energetycznych cłych udynków stndrdowo stosuje się zestwy dnych stnowiące dl poszczególnych loklizcji tzw. Typowy Rok Meteorologiczny (TRM), oprcowne w celu oceny rozwiązń konstrukcyjno-mteriłowych pod kątem ich wpływu n ilns cieplny oiektu [1,3]. Dl dokonni oceny procesów trnsportu wilgoci w mteriłch porowtych i nkłdni się długotrwłych efektów generujących je czynników zewnętrznych niezędne są testowe oliczeni symulcyjne, przeprowdzone dl typowych przegród udynku. Odpowiednie modyfikcje dnych pogodowych pozwlją n ocenę wpływu czynników uwżnych z drugorzędne; w szczególności deszczu i promieniowni słonecznego [2,7]. 363

Prce nd przygotowniem dnych pogodowych do symulcji cieplno - wilgotnościowych, reprezentujących polskie wrunki klimtyczne prowdzone są w Ktedrze Fizyki Budowli i Mteriłów Budowlnych PŁ wspólnie z IPPT PAN od kilku lt. W pierwszym etpie nie ył uwzględniny wpływ opdów i promieniowni słonecznego. Nstępnie przygotowno pełen zestw dnych, pozwljących n uwzględnienie w symulcjch wpływu wszystkich podstwowych oddziływń środowisk zewnętrznego. W tkie dne zostł wyposżon polsk wersj progrmu WUFI (Wärme Und Feuchtetrnsport Insttionär), oprcownego przez zespół z Instytutu Frunhofer Fizyki Budowli w Holzkirchen, pod kierunkiem H. M. Künzl [4]. Przy użyciu tego progrmu wykonno szereg oliczeń symulcyjnych dl różnych typów ścin, stosownych w polskim udownictwie. Wyrne wyniki symulcji komputerowych porównno z uproszczonymi oliczenimi wykonnymi wg normy europejskiej EN ISO 13788, przeprowdzonymi przy użyciu progrmu komputerowego COLO [4,9]. Współprc z Instytutem Frunhofer zowocowł również możliwością wykorzystywni do oliczeń progrmu WUFI-BIO, zwierjącego model mtemtyczny procesu degrdcji iologicznej. Progrm ten powstł n zie szeroko zkrojonych dń mikroiologicznych kiełkowni i rozwoju grzyów pleśniowych n powierzchni mteriłów udowlnych [5]. Dysponując pełnym zestwem polskich dnych pogodowych możn przy użyciu tego progrmu nlizowć procesy porżeni grzymi pleśniowymi w różnych wrunkch [6,8]. W prcy przedstwiono wyniki nliz wykonnych przy użyciu progrmu WUFI- BIO. Dotyczą one ustleni stopni porżeni pleśnimi powierzchni wewnętrznej ściny zewnętrznej, typowej w polskim udownictwie w ltch siedemdziesiątych, w stnie istniejącym orz po jej dociepleniu. 2. SFORMUŁOWANIE PROBLEMU Anlizie poddno ścinę w wersji: - pierwotnej - 24cm loczków z etonu komórkowego (odminy 600) i cegły pełnej 12cm od strony licowej, otynkowną od wewnątrz tynkiem gipsowym 1,5cm od zewnątrz tynkiem cementowo-wpiennym o gr. 2cm, - docieplonej od zewnątrz styropinem o gr. 10cm z tynkiem minerlnym 4 mm - (s), - docieplonej od zewnątrz wełną minerlną o gr. 10cm z tynkiem minerlnym 4mm (w). Anlizowno okres wysychni z wilgoci technologicznej trwjący trzy lt, począwszy od 1. pździernik, dl ściny zewnętrznej usytuownej n zchodniej elewcji, chrkteryzującej się njwiększym opdem. Jko początkowy stn zwilgoceni przyjęto: w tynkch wewnętrznym i zewnętrznym początkow zwrtość wilgoci wynosił u 0 = 8 kg/m 3, w cegle 18 kg/m 3, w etonie komórkowym - kg/m 3, w tynku minerlnym 45 kg/m 3 w wełnie minerlnej i styropinie - 1 kg/m 3. Oliczeni wykonno przy złożeniu, że wewnętrzne powierzchnie wszystkich ścin stnowią podłoże sprzyjjące rozwojowi pleśni (I ktegori) przypdek rdziej niekorzystny. Dl tk zdefiniownej przegrody wykonno oliczeni przy użyciu progrmu komputerowego WUFI-POL dl trzech cykli powtrzjących się dnych pogodowych Typowego Ro- 364

ku Meteorologicznego w celu określeni wrunków rzegowych po stronie zewnętrznej. Po stronie wewnętrznej przyjęto wrunki rzegowe w czterech wrintch: - wrint 1 stł tempertur powietrz T i =18 o C i ciśnienie pry wodnej zpewnijące stłą wrtość wilgotności względnej w pomieszczeniu, n poziomie 68%, - wrint 1 stł tempertur powietrz T i =18 o C i ciśnienie pry wodnej zmienne w czsie ( średni wilgotność względn 68%), - wrint 2 - stł tempertur powietrz T i =20 o C i ciśnienie pry wodnej zpewnijące stłą wrtość wilgotności względnej w pomieszczeniu, n poziomie 60%, - wrint 2 - stł tempertur powietrz T i =20 o C i ciśnienie pry wodnej zmienne w czsie ( średni wilgotność względn 60%). Zmienne w czsie ciśnienie pry wodnej zwrtej w powietrzu - w wyniku przyjęci 3 klsy wilgotności wewnętrznej pomieszczeni ( p = 810 P, PN-EN ISO 13788) jest tu zleżne od tempertury powietrz zewnętrznego. Przyjęto, że pomieszczenie yło wentylowne nturlnie. Oliczeni w przedstwionych czterech wrintch wykonno dl kżdej wersji ściny. Krok czsowy oliczeń 1 godzin. W nstępnym etpie, dl otrzymnych wrtości tempertury i wilgotności względnej n wewnętrznej powierzchni przegród, wykonno oliczeni rozwoju pleśni przy użyciu progrmu WUFI-BIO. 3. WYNIKI SYMULACJI KOMPUTEROWYCH N Rysunkch 1. i 2. przedstwiono przeiegi wilgotności względnej wewnątrz pomieszczeni i n wewnętrznej powierzchni przegród w drugim roku oliczeniowym (od 1 styczni) 1.0 1 WILG. WZGLĘDNA [-] 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 WILG. WZGLĘDNA [-] 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 1 1 0.4 1 pow 1 pow 0.4 0.3 0 60 120 180 240 360 0.3 0 60 120 180 240 360 Rys. 1. Zminy wilgotności względnej ) n powierzchni przegrody, ) wewnątrz pomieszczeni w drugim roku oliczeniowym ( wrinty 1 i 1). Fig.1.Chnges of the reltive humidity ) on the surfce ) inside, in the second yer (vrints 1 nd 1) 365

WILG. WZGLĘDNA [-] 1.0 w2pow 0.9 w2pow 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0 60 120 180 240 360 WILG. WZGLĘDNA [-] 1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0 60 120 180 240 360 2 2 Rys. 2. Zminy wilgotności względnej ) n powierzchni przegrody, ) wewnątrz pomieszczeni w drugim roku oliczeniowym (wrinty w2 i w2). Fig.2. Chnges of the reltive humidity ) on the surfce ) inside, in the second yer (vrints w2 nd w2) Możn n nich zoserwowć, iż o ile przy stłej względnej wilgotności wewnętrznej ϕ i =68% wilgotność powierzchniow zmieni się w grnicch 68 82% i - poz miesiącmi zimowymi - nie zdrz się, y przekroczył próg 80%, to przy wilgotności względnej zmienijącej się zgodnie z oliczenimi normowymi wrtość t jest przekrczn wielokrotnie, prktycznie we wszystkich miesiącch roku. Przy złożonej stłej wilgotności względnej ϕ i = 60% wilgotność powierzchniow zmieni się w grnicch 62 67%. Również dl tego poziomu złożenie ϕ i zmienijącej się zgodnie z oliczenimi normowymi prowdzi do dużych zmin wilgotności powierzchniowej. Wrtość 80% zostje wielokrotnie przekroczon w miesiącch letnich. Sposó dociepleni ściny (styropin lu wełn minerln) nie wpływ w istotny sposó n wrtość wilgotności względnej n powierzchni ściny. Wydje się, że nie wpływ również n sposó i szykość rozrostu grzyni pleśni. N Rysunku 3. przedstwiono rozwój grzyni pleśni n wewnętrznej powierzchni ściny nieocieplonej () i ocieplonej styropinem (), w ciągu trzech lt eksplotcji. Zsięg grzyni powiększ się w sposó istotny w pierwszym roku od mj do pździernik. W nstępnych ltch mją również miejsce duże przyrosty, jednk tylko w miesiącch letnich (lipiec, sierpień). W pomieszczenich, w których wilgotność zmieni się wg wrintu 2, przyrost grzyni jest średnio trzykrotnie mniejszy, przy czym dl wrintu 2 w ogóle nie występuje, niezleżnie od rodzju ociepleni ściny lu jego rku. Rysunek 3. pokzuje ewentulne możliwości rozwoju grzyni w określonych wrunkch klimtu wewnętrznego n sprzyjjącym podłożu. Nie wynik z niego, y struktur ściny mił mieć znczny wpływ n przeieg i zsięg zjwisk. 366

700 700 ZASIĘG GRZYBNI [mm] 600 500 400 100 1 1 2 2 ZASIĘG GRZYBNI [mm] 600 500 400 100 s1 s1 s2 s2 0 0 400 600 800 1000 1 0 0 400 600 800 1000 1 Rys. 3. Zsięg grzyni pleśni n wewnętrznej powierzchni przegrody w ciągu trzech lt eksplotcji ) wrinty 1,1, 2 i 2, ) wrinty s1, s1, s2, s2 Fig.3.Rnge of the mould fungus on the inner surfce of the envelope during three yers ) vrints 1, 1, 2, 2, ) vrints s1, s1, s2 nd s2 Celem dokłdniejszego zdni wpływu struktury przegrody przeprowdzono oliczeni zwrtości wilgoci w grzyni. Model, według którego nlizowno ten prolem, z proponowł w swojej prcy doktorskiej Sedluer [5]. Wrunkiem wzrostu grzyni jest tu osiągnięcie przez nią pewnej grnicy zwrtości wilgoci, po przekroczeniu której nstępuje wzrost. Zleżny jest on od gtunku pleśni tkże klimtu wewnętrznego. Mierzon jest szykość rozprzestrzenini się pol powierzchni, zjętego przez pleśń. W modelu, n podstwie wyników dń mikroiologicznych, zostły oprcowne izoplety szykości rozwoju grzyni dl różnych kls zrodników i rodzjów podłoż. N Rysunku 4. przedstwiono zminy zwrtości wilgoci w grzyni, rozwijjącej się w różnych wrunkch klimtu wewnętrznego n przegrodzie przed i po ociepleniu. Wrunki wewnętrzne zgodne z wrintem 1 njrdziej sprzyjją rozwojowi pleśni. Porównując Rys.4. i c (w ou przypdkch pnuje wewnątrz klimt odpowidjący wrintowi 2) możn stwierdzić, że ocieplenie, nwet dorze przepuszczjącą strumień dyfundującej pry wodnej wełną minerlną, zwiększ ryzyko rozwoju grzyów. W przypdku przedstwionym n Rys.4.c grniczn zwrtość wilgoci zostje przekroczon pod koniec roku oliczeniowego (sierpień, wrzesień, pździernik). Oserwuje się tendencję mlejącą wrz z postępującym procesem wysychni ściny. 367

ZAWART. WILGOCI [kg/m3] 800 grn. zw. w ilg 700 zw. w ilg. 600 500 400 100 0 400 600 800 1000 1 Czs [dni] ZAWART. WILGOCI [kg/m3] 350 250 grn. zw. wilg zw. w ilg. 150 0 400 600 800 1000 1 ZAWART. WILGOCI [kg/m3] 800 grn. zw. w ilg 700 zw. wilg. 600 500 400 100 0 400 600 800 1000 1 Czs [dni] c Rys.4. Zwrtość wilgoci w grzyni w ciągu trzech lt eksplotcji przegrody, oliczon zgodnie z modelem Sedluer,[5] ) wrint s1, ) wrint 2, c)wrint w2 Fig.4. Time course of the moisture content inside the spores during three yers, ccording to the Sedluer s model [5] ) vrint s1, ) vrint 2, c) vrint w2 Zminy wilgotności względnej i tempertury wrstwy powierzchniowej przegrody nieocieplonej (2) i ocieplonej wełną minerlną (w2) podczs letnich miesięcy drugiego roku oliczeniowego przedstwiono n Rys. 5. Wrstw izolcji wyrźnie stilizuje temperturę 368

n wewnętrznej powierzchni, ntomist jej wpływ n poziom wilgotności względnej jest rdzo mły. W przypdku ou wrintów ϕ przekrcz wielokrotnie i n tyle trwle wrtość grniczną, konieczną dl rozwoju grzyni pleśni, y ją umożliwić. WILG. WZGLĘDNA [%] 95 85 75 65 55 45 35 630 640 650 660 670 680 690 700 710 720 2 w2 TEMPERATURA [ o C] 21.0 20.5 20.0 19.5 19.0 18.5 630 640 650 660 670 680 690 700 710 720 Rys.5. Zminy ) wilgotności względnej i ) tempertury wrstwy powierzchniowej pod koniec drugiego roku oliczeniowego (czerwiec sierpień)- wrinty 2 i w2 Fig.5. Chnges of the ) reltive humidity nd ) temperture on the inner surfce of envelope t the end of second yer (June August) vrints 2 nd w2 2 w2 4. WNIOSKI Anlizy przeprowdzone w niniejszej prcy pozwlją n sformułownie nstępujących wniosków: - Decydujący wpływ n możliwość powstni i rozwoju grzyni pleśni mją wrunki pnujące wewnątrz pomieszczeni, w oliczenich zdecydownie dominującą rolę odgryw sposó modelowni wilgotności względnej powietrz. Przyjęcie do oliczeń wilgotności względnej n stłym poziomie ukzuje istotną rierę, jką npotyk rozwój pleśni w wrunkch istnieni innego rodzju wentylcji, niż grwitcyjn. Olicznie wilgotności względnej wewnątrz zgodnie z oowiązującą normą lepiej przyliż wrunki pnujące w pomieszczeniu wentylownym grwitcyjnie. Są to wrunki wyrźnie sprzyjjące rozwojowi pleśni, prktycznie w kżdej temperturze liskiej oliczeniowej. - Docieplenie udynku odgryw mniej istotną rolę, jkkolwiek nie możn wykluczyć, że sprzyj zpoczątkowniu rozwoju grzyni. Wrstw ociepleni wpływ n oniżenie wilgotności względnej n powierzchni, zwłszcz w okresie zimowym. Wrtość zwilgoceni jest jednk zyt nisk, y zpoczątkowć rozwój grzyni. Z drugiej jednk strony wpływ korzystnie n stilizcję tempertury n powierzchni, co sprwi, że grzyy pleśniowe mogą się pojwić przy niższej niż 80% wilgotności względnej wrstwy powierzchniowej. - Progrmy komputerowe WUFI-POL i WUFI-BIO, przy wykorzystniu polskich dnych pogodowych TRM mogą yć z powodzeniem stosowne w oliczenich mjących n celu nlizę ewentulnych zgrożeń porżeni grzymi pleśniowymi. 369

5. LITERATURA [1] GAWIN D., KOSSECKA E. [red.], Typowy Rok Meteorologiczny do symulcji procesów wyminy ciepł i msy w udynkch, Wyd. Politechniki Łódzkiej, Łódź, 2. [2] GAWIN D., KOSSECKA E., KONIORCZYK M., Wilgotnościowy projektowy rok odniesieni do nliz procesów cieplno-wilgotnościowych w elementch udowlnych, Mt. XLVIII Konf. Krynic 2, t. 3, 97-104, Krynic, 2. [3] KÜNZEL H.M., Simultneous Het nd Moisture Trnsport in Building Components, IRB Verlg, 1995. [4] KÜNZEL H.M., HOLM A., RADOŃ J., GAWIN D., WUFI-POL progrm do cieplnowilgotnościowego projektowni przegród udowlnych w Polsce, Mt. IX Konf. Nuk.- Techn. "Fizyk Budowli w Teorii i Prktyce", t.1, Łódź, 3, s. 388-396. [5] SEDLBAUER K., Prediction of mould fungus formtion on the surfce nd inside uilding components (PhD. thesis), Universität Stuttgrt, Stuttgrt, 1. [6] SEDLBAUER K., WITCZAK K., GAWIN D., Anliz zjwisk letniej kondenscji wilgoci i iologicznej degrdcji przegród udowlnych w polskich wrunkch klimtycznych, Mt. L Konf. Nuk. KILiW PAN i KN PZITB, t.4, 139-146, Krynic, 4 [7] TEN WOLDE A., COLLIVER D.G., Wether Dt, w Trechsel H.R. (red.), Moisture Anlysis nd Condenstion Control in Building Envelopes, s. 16-28, ASTM, West Conshohocken, 1. [8] WITCZAK K., GAWIN D., Numeryczn nliz wpływu klimtu wewnętrznego n zgrożenie porżeniem pleśnimi wysychjących ścin w polskich wrunkch pogodowych, Mt. XXII Konf. Nuk.-techn. Awrie Budowlne 5, Szczecin-Międzyzdroje, 5 [9] WITCZAK K., Oprcownie progrmu komputerowego do oliczeń cieplno wilgotnościowych wg normy europejskiej EN 13788. Anliz zjwisk cieplno wilgotnościowych w przegrodch udowlnych przy pomocy progrmu WUFI (prc mgistersk), promotor: dr h. inż. D Gwin, Politechnik Łódzk, Łódź, 2. Mgr inż. Konrd Witczk, doktornt w Ktedrze Fizyki Budowli i Mteriłów Budowlnych Politechniki Łódzkiej. Temtyk zinteresowń: modelownie procesów cieplno wilgotnościowych w przegrodch udowlnych conrd_w@poczt.onet.pl Dr inż. Aldon Więckowsk, diunkt w Ktedrze Fizyki Budowli i Mteriłów Budowlnych Politechniki Łódzkiej. Temtyk zinteresowń: symulcje procesów wyminy msy i energii w udynku, udyting energetyczny wieckol@p.lodz.pl 370