Nie tylko hydroizolacja - metody usuwania nadmiaru wilgoci z przegród budowlanych

W pierwszym etapie należy przeprowadzić prawidłową diagnostykę budynku [2-4], wykonać wtórne izolacje pionowe [5] (od zewnątrz [6] lub od wewnątrz [7]) oraz poziome (metodą iniekcji chemicznej [8] lub mechaniczną [9]), względnie uszczelnić budynek (lub jego część) metodą iniekcji kurtynowej lub strukturalnej [10]. Dopiero po likwidacji źródeł zawilgocenia można przystąpić do usuwania nadmiaru wilgoci z przegród budowlanych, czyli kroku, który można by określić jako "osuszanie właściwe" [11].

Suszenie sensu stricto to proces jednoczesnego przepływu ciepła oraz masy prowadzący do usunięcia wilgoci z suszonego materiału za pomocą czynnika suszącego [12]. Prowadzenie suszenia wymaga dostarczenia energii cieplnej - ze względu na źródło jej pochodzenia suszenie może przebiegać na dwa sposoby:

• naturalny - w sytuacji, gdy ciepło pochodzi bezpośrednio z otaczającego powietrza,
• sztuczny - gdy ciepło wytwarzane jest przy użyciu zewnętrznych nośników energii.

Przebieg procesu suszenia można analizować na podstawie krzywych kinetycznych, tj. wykresów sporządzanych najczęściej w następujących układach współrzędnych [12]:

• wilgotność materiału - czas suszenia (krzywe suszenia),
• szybkość suszenia - wilgotność materiału (krzywe szybkości suszenia),
• temperatura materiału - wilgotność materiału (krzywe temperaturowe).

W warunkach ustalonych zmiany wilgotności materiału przebiegają w sposób przedstawiony na RYS. 1.

Po okresie wstępnym, w którym zazwyczaj następuje podgrzanie materiału o wilgotności początkowej w₀ (odcinek AB), rozpoczyna się okres jednostajnego obniżania wilgotności materiału (odcinek BC).

Po przekroczeniu pierwszego punktu krytycznego (punktu C), tj. osiągnięciu tzw. wilgotności krytycznej w_kr, na powierzchni materiału zaczynają się pojawiać "suche plamy", a proces wysychania przestaje być jednostajny. W dalszym okresie ubytek wilgoci następuje coraz wolniej.

Po przekroczeniu drugiego punktu krytycznego (punktu D), który odpowiada całkowitemu usunięciu wilgoci z powierzchni, krzywa suszenia zbliża się asymptotycznie do wartości wilgotności równowagowej w_r.

W przypadku przegród budowlanych proces ten jest nieco bardziej złożony i uzależniony nie tylko od warunków klimatycznych wokół przegrody, ale również od jej konstrukcji, materiałów użytych do jej wzniesienia [13] czy też zawartości szkodliwych soli budowlanych [4].

Krzywą suszenia przedstawiono na RYS. 2.

Osuszanie naturalne

W przypadku wysychania naturalnego zwilżająca powierzchnię materiału woda zaczyna parować i na skutek dyfuzji może przechodzić do otaczającego powietrza. W tym wypadku można wyróżnić następujące etapy [15]:

• wysychanie zachodzące na powierzchni ściany,
• kapilarno-dyfuzyjny transport wilgoci,
• transport dyfuzyjny (dyfuzja objętościowa i powierzchniowa) w sieci kapilar.

Ilość wilgoci odparowanej w określonej temperaturze zależy przede wszystkim od różnicy ciśnień pary wodnej na powierzchni materiału i w otaczającym powietrzu, a także od kształtu tej powierzchni i prędkości opływającego powietrza.

Przybliżony czas trwania osuszania naturalnego można określić przy użyciu dwóch podobnie wyglądających wzorów - w pierwszym przypadku wynosi on [15]:

    (1)

gdzie:

t_w - czas suszenia muru do poziomu wilgotności równowagowej [doba]

d - wymiar charakterystyczny przegrody równy największej odległości, na której musi przemieszać się wilgoć z wnętrza przegrody do jej powierzchni, zwykle równy połowie grubości muru [cm]

a - współczynnik przewodności wilgoci zależny od właściwości materiału i stopnia zawilgocenia [doba/cm²] (TABELA 1).

W drugim przypadku czas trwania osuszania naturalnego wynosi [14]:

(2)

gdzie:

tw - czas schnięcia [doba]

g - grubość muru [cm]

s - współczynnik bezwymiarowy właściwy dla materiałów budowlanych: dla cegły = 0,28, dla cegły silikatowej = 1,2, dla betonu komórkowego = 1,2.

Czas schnięcia muru z cegły ceramicznej pełnej o grubości 2½ cegły (64 cm) wyniesie zatem odpowiednio:

• wg wzoru (1): t_w= 0,40 ∙ 322 = 410 dni,
• wg wzoru (2): t_w= 0,28 ∙ 642 = 1147 dni.

Mając jednak na uwadze, że wzór (1) obejmuje jedynie okres efektywnego suszenia, który w ciągu roku wynosi ok. 100 dni [15], można przyjąć, że czas wysychania takiego muru wyniesie od trzech (1147/365 ≈ 3) do czterech (410/100 ≈ 4) lat.

Oba wyniki należy jednak traktować jako wartość oszacowaną z grubsza, która pozwala jedynie ocenić, czy z ekonomicznego punktu widzenia lub z uwagi na warunki użytkowania wymagane jest suszenie sztuczne.

Należy również uwzględnić fakt, iż suszenie naturalne wymaga ciągłego, intensywnego wietrzenia, z czym wiąże się konieczność wielogodzinnego otwierania okien oraz stałego nadzoru nad obiektem. Metoda ta ma zatem ograniczony zasięg i z reguły nie daje zadowalających efektów. W związku z tym zazwyczaj stosowana jest jedynie w przypadku osuszania cienkich ścian o niewielkim stopniu zawilgocenia.

Osuszanie sztuczne

Zasada wymuszonego usuwania nadmiaru wilgoci z przegród budowlanych jest pochodną osuszania naturalnego - wykorzystuje te same mechanizmy [15]. Opiera się na zmianie jednego lub kilku parametrów związanych z przepływem ciepła i wilgoci wpływających na szybkość suszenia. Parametry te to:

• temperatura powietrza otaczającego osuszaną przegrodę,
• prędkość przepływu powietrza,
• wilgotność względna otaczającego powietrza,
• promieniowanie cieplne na osuszaną przegrodę.

Do przeprowadzenia sztucznego osuszania wykorzystywane są takie urządzenia, jak osuszacze kondensacyjne, osuszacze adsorpcyjne, nagrzewnice wentylatorowe (elektryczne, gazowe, olejowe), suszarki mikrofalowe, promienniki, piece przenośne na paliwa stałe, koksowniki.

Efekty osuszania sztucznego zależą przede wszystkim od sposobu dostarczania energii, a w przypadku promienników od mocy i charakterystyki widma promieniowania [16] i (mimo że osuszanie sztuczne napotyka na podobne problemy [15]) daje ono zdecydowanie lepsze efekty niż osuszanie naturalne.

W przypadku osuszaczy kondensacyjnych (FOT. 1) wykorzystywane jest zjawisko obniżenia wilgotności otaczającego powietrza.

Osuszanie powietrza w pomieszczeniach następuje poprzez skroplenie zawartej w nim wilgoci. W tym przypadku duże znaczenie ma również emisja ciepła od sprężarki, która skutkuje podwyższeniem temperatury powietrza. Wilgotne powietrze zasysane jest przez wentylator i przesyłane na parownik, w którym następuje oziębienie poniżej punktu rosy. Powstały kondensat spływa do zbiornika, z którego może zostać odprowadzony grawitacyjnie, przez przepompowanie do kanalizacji, lub też opróżniony ręcznie.

Osuszone w ten sposób powietrze przepływa następnie przez ażurowy skraplacz, który oddając ciepło, podwyższa temperaturę powietrza (RYS. 3).

Osuszacze kondensacyjne działają skutecznie w zakresie temperatury od 0 do 40°C, jednak optymalną temperaturą jest 20-25°C. Wydajność tych urządzeń jest zróżnicowana: przy małej mocy, np. 2,5 kW, wynosi ona około 5 m³/dobę, a przy wilgotności względnej powietrza w pomieszczeniu rzędu 90% i mocy 14 kW może wynosić nawet około 1600 m³/dobę. Osuszacze te są niezastąpionymi urządzeniami stosowanymi do obniżania wilgotności powietrza w pomieszczeniach o podwyższonej emisji wilgoci. Osuszanie tą metodą trwa przeważnie kilka miesięcy.

Metoda osuszania adsorpcyjnego bazuje na założeniu, że w wyniku znacznego wysuszenia powietrza w zawilgoconym obiekcie przegrody zaczną schnąć, oddając nadmiar wilgoci do osuszanego pomieszczenia.

W osuszaczach adsorpcyjnych (FOT. 2) wykorzystywane jest odwracalne zjawisko adsorpcji zawartej w powietrzu fizycznej i kapilarnej wilgoci przez substancje pochłaniające. Substancjami tymi są przeważnie silikażele oraz żele glinowe, które bardzo dobrze pochłaniają wilgoć oraz dają się przez dość długi czas regenerować gorącym powietrzem bez większego postępu procesów starzenia.

Osuszacze te produkowane są w wielu odmianach: od niewielkich pojemników stosowanych np. w garderobach po duże urządzenia wyposażone w obrotowe pochłaniacze o dużej wydajności z automatyczną regeneracją.

Wilgotne powietrze zasysane przez wentylator jest filtrowane, a następnie przepływa przez aktywną warstwę pochłaniającą, którą stanowi np. żel krzemionkowy naniesiony na płytki z włókna ceramicznego. Stosowana tutaj warstwa pochłaniająca jest na tyle trwała, że w przypadku zabrudzeń może być przemywana z użyciem specjalnych środków powierzchniowo czynnych. Przefiltrowane powietrze zewnętrzne zostaje ogrzane, a następnie przepuszczone przez sorbent, co powoduje odebranie wcześniej zaabsorbowanej wody oraz jej wydalenie na zewnątrz (RYS. 4).

Procesy te zachodzą w ciągłym cyklu. Prędkość obrotów wirnika wynosi około 0,5 obr./min. Osuszacze adsorpcyjne, w przeciwieństwie do kondensacyjnych, mogą być stosowane również w temperaturze ujemnej (od –20 do 35°C). Najlepsze efekty suszenia uzyskuje się przy szczelnie zamkniętych pomieszczeniach (RYS. 5).

Osuszanie nagrzewnicami polega na podniesieniu temperatury powietrza w pomieszczeniu do kilkudziesięciu stopni, co powoduje odparowywanie wilgoci z powierzchniowych warstw muru. Niestety podczas ogrzewania wierzchniej warstwy muru woda zgromadzona w jego głębszych warstwach transportowana jest w głąb muru. W efekcie uzyskuje się tylko pozorne osuszenie przypowierzchniowych warstw muru - po zakończeniu ogrzewania część wilgoci przetransportowanej wcześniej w głąb muru wraca na powierzchnię.

W metodzie tej stosowane są nagrzewnice elektryczne, gazowe lub olejowe, w których temperatura wydmuchiwanego powietrza wynosi od 50 do 250°C (FOT. 3 na górze). Moc urządzenia powinna być tak dobrana, aby temperatura wewnątrz pomieszczenia nie przekroczyła 35°C. Zbyt wysoka temperatura w pomieszczeniu może wywołać zbyt duże ciśnienie pary wodnej w murze, a to z kolei może spowodować jego destrukcję. Należy podkreślić, że osuszanie nagrzewnicami bez skutecznej wentylacji daje tylko efekty powierzchniowe. Przy braku możliwości odprowadzania wilgoci na zewnątrz następuje cyrkulacja powietrza w pomieszczeniu i oddawanie wilgoci suchym fragmentom muru.

Promienniki są klasycznymi urządzeniami dostarczającymi przegrodzie ciepło parowania bez konwekcyjnego ogrzewania otaczającego powietrza. Wykorzystują one różne długości promieniowania cieplnego, w tym także podczerwień i promieniowanie mikrofalowe.

Najczęściej stosowanymi urządzeniami są promienniki halogenowe, których efekty działania odczuwalne są już po kilku minutach po włączeniu. Ponieważ wytwarzane przez te promienniki ciepło ma naturę promieniowania słonecznego, bez większych strat ciepła przechodzi przez powietrze i dopiero padając na dowolną powierzchnię, zostaje pochłonięte, powodując wzrost temperatury tej powierzchni. Kierunek przesyłania i zasięg emitowanego promieniowania cieplnego można regulować wysokością ustawienia promiennika oraz kątem nachylenia do posadzki. Urządzenia te stosowane są często jako uzupełnienie osuszania kondensacyjnego, zapewniając wyższą temperaturę w miejscach o najwyższej wilgotności.

W przypadku osuszania mikrofalowego wykorzystywane jest zjawisko zamiany pola elektromagnetycznego w zakresie promieniowania mikrofalowego na energię cieplną. Znajdujące się w silnym polu elektromagnetycznym molekuły zaczynają drgać z tą samą częstotliwością. Na skutek drgań następuje wydzielanie się ciepła w ilości proporcjonalnej do współczynnika strat dielektrycznych suszonego materiału. Koncentracja absorbowanej energii zależy także od pojemności cieplnej i stałej dielektrycznej materiałów. 

Suszarki mikrofalowe działają na częstotliwości około 2,45 GHz, dzięki czemu możliwe jest wnikanie fal w materiał i transport niezbędnej ilości energii. Przenikające przez suszony materiał mikrofale są stosunkowo słabo tłumione i silnie pochłaniane przez wodę, w której następuje szybki wzrost temperatury. Odpowiednio zbudowany emitor fal elektromagnetycznych powoduje, że rozkład temperatury w przekroju muru sprzyja transportowi wilgoci od środka do powierzchni suszonej przegrody [15] (RYS. 6 i RYS. 7).

Ważną cechą tej technologii jest możliwość niszczenia występujących na murze grzybów i pleśni. Metoda ta może być stosowna niezależnie od rodzaju powierzchni muru. Jej zaletą jest skuteczność i szybkość osuszania wynosząca około 8 m² muru o grubości 40-50 cm w ciągu doby przy użyciu jednego urządzenia, wynikająca z możliwości penetrowania muru na całej jego grubości. Zawarte w murze cząsteczki wody zostają poddane promieniowaniu i odparowują, nie przenosząc soli mineralnych, co zapobiega krystalizacji soli na powierzchni muru i powoduje, że strefa oddziaływania jest nieograniczona. Przy użyciu tej technologii można osuszać mury o grubości dochodzącej nawet do 2,5 m.

Częstotliwość i moc suszarek mikrofalowych uwarunkowana jest względami bezpieczeństwa pracy, gdyż mikrofale niszczą żywe komórki wszystkich organizmów. Ze względów bezpieczeństwa pracownicy obsługujący te urządzenia powinni być wyposażeni w akustyczne sygnalizatory promieniowania.

W celu prawidłowego osuszenia konieczne jest wcześniejsze opracowanie projektu wykonawczego określającego dokładny sposób obniżenia zawilgocenia z uwzględnieniem maksymalnej temperatury, do jakiej zostanie podgrzana przegroda (nie powinna ona przekraczać 80°C) oraz niezbędnych przerw technologicznych [15].

Stosowane do osuszania budynków agregaty na paliwo stałe, suszące gorącym powietrzem ze spalinami lub bez, wymagają wykwalifikowanej obsługi i ścisłego przestrzegania przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy. Koksowniki są najprostszymi urządzeniami do osuszania w postaci koszy lub piecyków z palącym się koksem. Ich stosowanie powoduje niestety tylko powierzchniowe schnięcie muru oraz zbyt intensywne schnięcie miejsc w bezpośredniej bliskości kosza. Ponadto stosowanie tych urządzeń grozi niebezpieczeństwem pożaru oraz zagrożenia zdrowia pracujących robotników na skutek wydzielania się czadu. Obecnie metoda ta nie jest w Polsce stosowana.

W TABELI 2 zestawiono zalety oraz wady wybranych metod osuszania budynków.

Próby osuszania budynków przy wykorzystaniu metod elektrofizycznych (klasyfikowanych niekiedy nawet jako jedna z metod wykonywania wtórnej izolacji poziomej [13, 18]) budzą wśród inżynierów budownictwa spore kontrowersje [16, 19-21].

Podstawy metody, bazującej na zjawisku elektroosmozy, zostały opracowane na początku XIX wieku przez niemieckiego naukowca F.F. Reuss’a, który odkrył, że cząsteczki wody poruszają się w naturalnym albo sztucznym polu w kierunku bieguna przeciwnie naładowanego w stosunku do ich ładunku [18]. Celem osuszania elektroosmotycznego jest zmiana istniejących potencjałów, która spowoduje, że na określonej wysokości muru zostanie wymuszony ruch wilgoci przeciwny do przewodnictwa kapilarnego (czyli w kierunku gruntu). W ten sposób następuje zahamowanie transportu kapilarnego.

Wśród elektrofizycznych metod osuszania murów rozróżnia się metody pasywne, w których przepływ prądy wywoływany jest przez materiały (metale) wykorzystywane przy wykonywaniu przegród, oraz rozwinięte w późniejszym okresie metody aktywne, w których przepływ prądu wywoływany jest przez przyłożenie napięcia [18]. Obecnie prawdopodobnie najbardziej popularne (wśród metod elektrofizycznych) są, obecne również na polskim rynku, metody, w których kapilarność w murze ma zostać przerwana na skutek wysyłania fal elektromagnetycznych przez urządzenie zasilane elektrycznie, a nawet niewymagające dostarczania energii z zewnątrz (źródłem emitowanych fal mają być wibracje, magnetokineza itp.) [16, 20-22].

Niewiele wiadomo na temat praktycznej użyteczności metod elektrofizycznych - nie są znane żadne badania, które w jednoznaczny sposób rozróżniałyby ich wpływ na efekt suszarniczy od skutków działań osłonowych. Dostępne są spełniające kryteria naukowe wyniki badań laboratoryjnych, jednak możliwość ich transferu do praktyki budowlanej jest kwestionowana przez samych autorów badań [20-21].

Stosowanie metod wykorzystujących elektrody umieszczane w strukturze przegrody nie jest zalecane ze względów ekonomicznych [20-21], natomiast skuteczność oraz szanse powodzenia tak zwanych metod bezinwazyjnych są negowane w środowiskach naukowych i inżynierskich, a same urządzenia (określane często mianem "magicznych skrzynek" [20-21]) postrzegane są jako nieskuteczne.

Literatura

1. C. Magott, M. Rokiel, "Osuszanie murów", "Inżynier Budownictwa" 9/2017, s. 93-100.
2. B. Monczyński, "Diagnostyka zawilgoconych konstrukcji murowych", "IZOLACJE" 1/2019, s. 89-93.
3. B. Monczyński, "Badanie wilgotności mineralnych materiałów budowlanych", "IZOLACJE" 2/2019, s. 78-84.
4. B. Monczyński, "Zasolenie budynków i sposoby jego określania na potrzeby diagnostyki budowli", "IZOLACJE" 3/2019, s. 96-101.
5. B. Monczyński, "Wtórna hydroizolacja przyziemnych części budynków", "IZOLACJE" 4/2019, s. 120-125.
6. B. Monczyński, "Uszczelnienie od zewnątrz odsłoniętych elementów istniejących budynków", "IZOLACJE" 5/2019, s. 109-115.
7. B. Monczyński, "Uszczelnianie istniejących budynków od wewnątrz", "IZOLACJE" 6/2019, s. 92-98.
8. B. Monczyński, "Wtórne hydroizolacje poziome wykonywane w technologii iniekcji", "IZOLACJE" 7/8/2019, s. 104-114.
9. B. Monczyński, "Mechaniczne metody wykonywania wtórnych hydroizolacji poziomych", "IZOLACJE" 9/2019, s. 104-108.
10. B. Monczyński, "Wtórne hydroizolacje wykonywane metodą iniekcji uszczelniających", "IZOLACJE" 10/2019, s. 96-100.
11. B. Monczyński, B. Ksit, "Zasady działania wybranych metod usuwania nadmiaru wilgoci z przegród budowlanych", "Materiały Budowlane" 5/2019, s. 18-20.
12. C. Strumiłło, "Podstawy teorii i techniki suszenia", Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 1975.
13. J. Karyś, "Sposoby osuszania budynków" [w:] "Ochrona budynków przed korozją biologiczną", (red.: J. Ważny, J. Karyś), Arkady, Warszawa 2001, s. 256-279.
14. J. Weber, "Bauteiltrocknung in der Altbausanierung" [w:] "Bauwerksabdichtung in der Altbausanierung: Verfahren und juristische Betrachtungsweise", J. Weber (red.), Springer Verlag, Wiesbaden 2018, s. 193-214.
15. C. Magott, M. Rokiel, "Sposoby wykonywania izolacji wtórnych i osuszanie budynków", [w:] "Ochrona przed wilgocią i korozją biologiczna w budownictwie", J. Karyś (red.), Grupa MEDIUM, Warszawa 2014, s. 248-293.
16. R. Wójcik, "Co inżynier budownictwa powinien wiedzieć o osuszaniu budynków", "Inżynier Budownictwa" 4/2019, s. 60-66.
17. B. Monczyński, G. Wysocki, "Adaptacja obiektów gospodarczych na budynki mieszkalne na przykładzie zabytkowego spichlerza w Chorzeminie" [w:] "Renowacja budynków i modernizacja obszarów zabudowanych", t. 6, T. Biliński (red.), Oficyna Wydawnicza Uniwersytetu Zielonogórskiego, Zielona Góra 2010, s. 107-116.
18. F. Frössel, "Osuszanie murów i renowacja piwnic", Polcen, Warszawa 2007.
19. R. Wójcik, "Odtwarzanie izolacji poziomych", "Builder" 1/2008, s. 90-93.
20. WTA Merkblatt 4-6-14/D, "Nachträgliches Abdichten erdberührter Bauteile, Wissenschaftlich-Technische Arbeitsgemeinschaft für Bauwerkserhaltung und Denkmalpflege e.V.", München 2014.
21. WTA Merkblatt 4-10-15/D, "Injektionsverfahren mit zertifizierten Injektionsstoffen gegen kapillaren Feuchtetransport, Wissenschaftlich-Technische Arbeitsgemeinschaft für Bauwerkserhaltung und Denkmalpflege e.V.", München 2015.
22. B. Monczyński, "Przeciwwilgociowe wtórne izolacje poziome - możliwości i perspektywy [w:] "Renowacja budynków i modernizacja obszarów zabudowanych", t. 5, T. Biliński (red.), Oficyna Wydawnicza Uniwersytetu Zielonogórskiego, Zielona Góra 2009, s. 407-416.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!