Prírodný kameň patril v minulosti medzi najpoužívanejšie stavebné materiály. Obzvlášť v období renesancie a gotiky bol kameň kľúčovým prvkom pri výstavbe budov. Na území Slovenskej republiky bol pieskovec využívaný pre svoje vhodné vlastnosti, ako je dobrá pevnosť v tlaku, estetický vzhľad a ľahká opracovateľnosť. Pieskovce dodnes tvoria nosné prvky sakrálnych a verejných historických budov. Tieto stavebné konštrukcie sú však vystavené poveternostným vplyvom, pretože ich povrchová úprava pozostáva z kapilárne aktívnych materiálov alebo celkom absentuje.
Z hľadiska pamiatkovej ochrany často nie je možné navrhnúť hydrofóbne úpravy, a preto voda pochádzajúca z hnaného dažďa môže byť absorbovaná do konštrukcií historických budov. Tento článok popisuje absorpciu a redistribúciu vody v konštrukciách pomocou jednorozmerných výpočtových simulácií prenosu kvapalnej vody vo vybraných pieskovcoch z východného Slovenska, s využitím simulačného nástroja. Výsledky sú následne porovnané s nemeckými pieskovcami.
Historické využitie prírodného kameňa a vplyv vlhkosti
Na území Slovenskej republiky patril prírodný kameň medzi hlavné stavebné materiály používané na výstavbu budov v minulosti. Využíval sa v oblastiach, kde boli na to vhodne vytvorené geologické podmienky. V stredoveku nebola ťažba hornín žiadnym kritériom obmedzená. Geologická rôznorodosť hornín na území Slovenska umožňovala ťažbu andezitu, vápencov, pieskovcov, travertínov a ďalších. Medzi najčastejšie používané kamene patril práve pieskovec [1], [2]. Tento prírodný materiál bol využívaný hlavne v gotickom a renesančnom architektonickom štýle [3]. V tomto období sa pieskovce využívali najmä kvôli svojej pevnosti v tlaku, dobrej opracovateľnosti a estetickému vzhľadu.
Len na východnom Slovensku bolo lokalizovaných približne 330 historických lomov na ťažbu pieskovca. Väčšina z nich je dnes opustených a nedostupných. V rámci programu „Historic quarries“ [4] sú lokalizované niektoré historické lomy, medzi ktorými sú aj lomy na ťažbu pieskovca v regiónoch Spiša a Šariša, konkrétne v okolí Starej Ľubovne, Kežmarku, Spišskej Novej Vsi a Bardejova. Tieto pieskovce sú použité v rôznych historických verejných a sakrálnych stavbách.
Obnova konštrukcií týchto historických budov patrí medzi náročné procesy, pretože sú často namáhané zvýšeným obsahom vody, ktorý spôsobuje degradáciu zvislých a nosných konštrukcií, ako aj povrchových úprav. Zdrojom zvýšenej vlhkosti môže byť vzlínajúca voda z podzákladia vďaka absentujúcim izoláciám proti vode, absorpcia vody z hnaného dažďa povrchovými úpravami a podobne. Popis týchto procesov je v súčasnosti možné simulovať pomocou simulačných nástrojov HAM (Heat, Air, Moisture), ktoré dokážu popísať spriahnutý prenos tepla a vody v pórovitých materiáloch, a preto sú vhodné pre posudzovanie stavebných konštrukcií historických budov. Pre použitie sú potrebné vstupné údaje, a to vonkajšie okrajové podmienky (klimatické údaje, najčastejšie zastúpené referenčným rokom), vnútorné okrajové podmienky, počiatočné podmienky (obsah vody, teplota konštrukcie), a základné materiálové parametre a prenosové parametre tepla a vody [5], [6], [7].
Cieľom tohto príspevku je popísať absorpciu a redistribúciu vody z hnaného dažďa vybraných pieskovcov z okolia Starej Ľubovne a Kežmarku, ktoré boli použité pri výstavbe budov v minulosti, pomocou 1D simulácie softvérom Wufi [8]. Výsledky boli porovnávané s dvoma nemeckými pieskovcami Baumberger a Sander z databázy simulačného softvéru, ktoré sú často diskutované vo vedeckých štúdiách.
Metodika simulácie absorpcie vody v pieskovcoch
Pre popis absorpcie a redistribúcie vody akumulovanej z hnaného dažďa konštrukciou z vybraných pieskovcov bola v prostredí simulačného nástroja Wufi vytvorená jednovrstvová konštrukcia (zvislá stena) s hrúbkou 400 mm. Táto konštrukcia znázorňuje teoretický príklad kvádra steny kostola vyhotoveného z pieskovca, ktorá môže byť namáhaná reálnym klimatickým podmienkam. Modelový príklad sa venuje analýze vplyvu hnaného dažďa pri extrémnom zaťažení počas roka v hĺbke 25 mm od vonkajšieho povrchu, analýze vlhkostných profilov v období počas a po daždi a analýze celkového množstva vody v 10 cm vrstve z vonkajšej strany.
Analýza vplyvu hnaného dažďa na jednovrstvovú konštrukciu bola vykonaná v simulačnom nástroji Wufi. Tento simulačný softvér umožňuje výpočtové 1D analýzy hygrotermálneho správania sa stavebných konštrukcií, pričom zohľadňuje mnoho dôležitých faktorov ako zabudovanú vlhkosť, hnaný dážď, slnečné žiarenie, dlhovlnné žiarenie, kapilárny transport, dynamické okrajové podmienky a podobne. Pre 1D analýzu absorpcie a redistribúcie vody pri reálnych klimatických podmienkach bol zvolený referenčný klimatický rok z prostredia softvéru WUFI, oblasť Holzkirchen. Prostredie softvéru umožňuje drobnú analýzu klimatických podmienok, ako je zobrazenie množstva zrážok, orientáciu hnaného dažďa, ako aj slnečného žiarenia. Pre referenčný rok Holzkirchen sa hnaný dážď vyskytuje hlavne na západnej svetovej strane, preto bola orientácia jednovrstvovej konštrukcie zvolená na západnú svetovú stranu. Okrajové podmienky na vnútornom povrchu boli použité vo forme sinusoidy s vnútornými podmienkami pre miestnosti so stredným zaťažením vlhkosti.
Výber pieskovcov a okrajové podmienky
Skúmané boli dva slovenské pieskovce z regiónu Spiša. Severne od mesta Stará Ľubovňa sa nachádza opustený lom na ťažbu pieskovca Stará Ľubovňa - Kremná. Tento pieskovec spadá pod flyšové pásmo, má svetlé, sivé až žltohnedé sfarbenie a patrí medzi jemnozrnné s veľkosťou zŕn od 0,002 do 2 mm. V minulosti bol používaný na stavebné účely ako stavebný, ale aj ako dekoračný kameň. Kamene pieskovca boli objavené na hrade Stará Ľubovňa (13. storočie), ale aj na murive pri obnove Rímskokatolíckeho kostola sv. Mikuláša v Starej Ľubovni (13. storočie).
Na severovýchodnej strane mesta Kežmarok sa nachádza opustený lom na ťažbu pieskovca. V súčasnosti je lom zarastený porastom, zeleňou a ťažko prístupný. Pieskovec má svetlé až sivé sfarbenie. Veľkosť zŕn sa pohybuje od 0,063 do 2 mm a patrí medzi jemnozrnné. V stredoveku bol používaný na miestne stavebné účely, napríklad na stavbu kostolov, meštianskych domov a pod. Taktiež bol používaný na dekoračné účely. Tento svetlejší pieskovec bol použitý pri výstavbe Baziliky sv. Kríža z roku 1444, historickej zvonice, kostola Navštívenia Panny Márie z roku 1772, ale aj na menšie kaplnky. Pri rekonštrukcii bol objavený aj v murive Múzea bytovej kultúry na Hlavnom námestí v Kežmarku.
Pre simuláciu vplyvu hnaného dažďa na vybrané pieskovce boli použité laboratórne stanovené parametre pieskovca Stará Ľubovňa a Kežmarok. Pre porovnanie a demonštráciu rozdielov boli použité nemecké pieskovce Baumberger a Sander z databázy softvéru. Analýza tepelných a vlhkostných parametrov týchto pieskovcov je uvedená v práci [11].
Vzhľadom na modelový príklad neboli potrebné špeciálne počiatočné podmienky. Počiatočný obsah vody naprieč celou vrstvou bol zvolený ako hodnota zodpovedajúca rovnovážnej vlhkosti. Počiatočná teplota bola zvolená na 20 °C naprieč celou vrstvou konštrukcie. Výpočet bol prevedený na päť rokov.
Výsledky analýzy absorpcie a redistribúcie vody
Obsah vody pod povrchom
Prvá analýza bola zameraná na obsah vody počas simulovaného času 25 mm pod povrchom z vonkajšej strany. Na Obr. 8 je zobrazený graf, ktorý popisuje obsah vody v kg/m3 v jednotlivých pieskovcoch počas piatich rokov 25 mm pod povrchom. Z uvedených priebehov je možné pozorovať akumuláciu vody počas simulovaných piatich rokov. Na Obr. 9 sú priebehy obsahu vody počas jedného roka. Krivky obsahu vody vybraných pieskovcov sú farebne rozdelené: pieskovec zo Starej Ľubovne je označený modrou, pieskovec Kežmarok červenou, pieskovec Baumberger čiernou a pieskovec Sander sivou farbou. Čiarkované čiary vyznačujú počiatočné množstvo vody a zároveň rovnovážny stav (w80) pieskovcov.
Z uvedených priebehov je zrejmé, že najvyšší obsah vody dosahujú pieskovce po zvýšených úhrnoch zrážok. Najvyššie obsahy vody dosahujú nemecké pieskovce Baumberger, nasleduje Sander, potom Kežmarok a Stará Ľubovňa. Pri pohľade na obdobie od 1. 11. do 1. 3., kedy dochádza k poklesu teploty vonkajšieho vzduchu pod 0 °C, je možné v tomto období podľa uvedenej simulácie, že môže dochádzať k zamrznutiu vody v póroch, a teda môže dôjsť k zväčšeniu objemu vo forme ľadu, ktorý vytvára tlak na steny pórov [12]. Tento jav je možné pozorovať pri väčšine murív s vysokým obsahom vody, ktoré nie sú chránené hydrofóbnymi povrchovými úpravami, a teda dochádza k rozpadu a degradácii stavebných materiálov.
Vlhkostné profily a kapilárna absorpcia
Na Obr. 10 sú zobrazené vlhkostné profily modelovaného príkladu jednovrstvovej steny so štyrmi rôznymi pieskovcami. Táto analýza je zameraná na absorpciu vody počas dažďa a jej následnú redistribúciu počas nasledujúcich dní až týždňov. Priebehy vlhkostných profilov každého pieskovca sú farebne rozlíšené podobne ako v prípade priebehov obsahov vody na Obr. 8, ktoré boli generované z výsledkov simulácie. Úvodný časový krok bol zvolený pri najväčšom zaťažení, a to počas hnaného dažďa. Tento proces je popísaný kapilárnou absorpciou vody a je definovaný súčiniteľom transportu kvapalnej vlhkosti pre sanie Dws. Počas tohto procesu dominujú väčšie kapiláry, pretože ich nižšie kapilárne napätie je kompenzované výrazne nižším prietokovým odporom [11].
Z uvedeného profilu v časovom kroku 14. 5. 2024 (7:00) je možné pozorovať kapilárne nasávanie vody pri namáhaní dažďom. Vo vrstve od 0 do 5 cm pod povrchom počas dažďa je možné na krivkách pozorovať rozdielne prijímanie vody. Tento rozdiel je spôsobený koeficientom vzlínania medzi nemeckými a slovenskými pieskovcami. Následne boli generované vlhkostné profily v časových krokoch 12 hodín a 24 hodín po daždi. Z týchto profilov je možné pozorovať, že prijímanie vody je ukončené. Z povrchu konštrukcie a malej hĺbky sa voda začína vyparovať za súčasnej redistribúcie absorbovanej vody do hĺbky stavebnej konštrukcie.
Tento jav je popísaný súčiniteľom transportu kvapalnej vlhkosti pre redistribúciu, ktorá popisuje šírenie absorbovanej vody. Pri tejto redistribúcii dominujú menšie kapiláry, pretože ich vyššie kapilárne napätie odvádza vodu z väčších kapilár. Táto fáza je pomalšia, preto je súčiniteľ pre redistribúciu nižší [11]. Pri pohľade na ďalšie generované profily v časových krokoch týždeň, mesiac a dva mesiace po daždi je možné pozorovať redistribuovanie vody cez celú jednovrstvovú konštrukciu. Z týchto profilov, pri pohľade na dosiahnuté maximá tvorené krivkami, je možné konštatovať, že slovenské pieskovce síce dokážu prijať menšie množstvo vody, ale jej redistribúcia je pomalšia. Simulované vlhkostné profily naprieč konštrukciou poukazujú na značné rozdiely slovenských a nemeckých pieskovcov.
Celkové množstvo vody v kritickej vrstve
Tretia analýza vlhkostných profilov získaných zo simulácie bola zameraná na celkové množstvo vody v 10 cm vrstve konštrukcie z vonkajšej strany v určitých časových krokoch. Na Obr. 11 a Obr. 12 sú uvedené profily každého pieskovca samostatne. Keďže príklad a druhá analýza poukazuje na kritickú oblasť pod povrchom pieskovcov po zrážkach, táto analýza je zameraná na určenie množstva vody akumulovanej v 10 cm vrstve z vonkajšej strany. Profily sú pre interpretáciu graficky rozlíšené. Krivka a sivá šrafa znázorňuje množstvo vody konštrukcií v kg/m3 v zadaných časových krokoch. Žltou plochou je zvýraznený prierez hrúbky 10 cm, ktorý bol podrobený analýze. Tmavosivá plocha znázorňuje vypočítané množstvo vody v 10 cm hrúbke pomocou integrácie krivky v kg/m3. Čiarkovaná čiara znázorňuje rovnovážny stav (w80). Profily taktiež obsahujú dosiahnuté minimá, maximá a priemery vo zvolenej oblasti, ktoré sú uvedené nad profilom.
Pri pohľade na profily generované v časovom kroku 14. 5. 2024 (7:00) je možné odčítať, že najväčšie množstvo vody bolo akumulované z hnaného dažďa pieskovcom Baumberger až 1035,94 kg/m3, o niečo menej pieskovcom Sander 761,07 kg/m3. Obsah vody v pieskovci Kežmarok bol o trochu nižší ako v prípade pieskovca Sander, a to 601,88 kg/m3. Najmenej vody počas zrážok prijal pieskovec Stará Ľubovňa 421,46 kg/m3. Je zrejmé, že pieskovec Stará Ľubovňa akumuloval približne 2,5-násobne menej vody ako pieskovec Baumberger. Pri pohľade na časový krok napríklad 14. 6. 2024 (7:00) po mesiaci od akumulácie vody z hnaného dažďa je možné pozorovať úbytok a redistribúciu vody v analyzovaných 10 cm konštrukcie. Obsah vody pieskovca Baumberger v tomto časovom kroku bol 835,84 kg/m3, čo je približne o 20 % menej vody ako v prvom prípade.
Záver k pieskovcom a ich vlhkostným vlastnostiam
Akumulácia a redistribúcia vody z hnaného dažďa dvoch slovenských pieskovcov, ktoré sa používali na výstavbu budov v minulosti, bola popísaná pomocou tepelnovlhkostnej simulácie softvérom HAM a porovnaná s dvoma nemeckými pieskovcami. Slovenské pieskovce majú nízku kapilárnu aktivitu a pomaly redistribujú vodu, čo na jednej strane má pozitívny vplyv na konštrukcie z týchto pieskovcov pri náhlom kontakte s vodou, ktorú nedokážu absorbovať vo veľkom množstve. Avšak pri kontakte s dlhodobým zdrojom vody môže byť voda dopravená do vysokých výškových úrovní zvislých konštrukcií.
Referencie: [8]. D. Pivko, “Extraction methods in historical quarries in Slovakia nearby areas for dressed stone products”, Acta Geol. D. Čabalová, Krása kameňa v živote človeka. Z. Pavlík, P. Michálek, M. Pavlíková, I. Kopecká, I. Maxová, and R. Černý, “Water and salt transport and storage properties of Mšené sandstone”, Constr. Build. V. Kočí et al., “Service life assessment of historical building envelopes constructed using different types of sandstone: A computational analysis based on experimental input data”, Sci. H. M. Künzel, Simultaneous Heat and Moisture Transport in Building Components One- and two-dimensional calculation using simple parameters, vol. 1995. M. Krus, Moisture transport and storage coefficients of porous mineral building materials: Theoretical principles and new test methods.
Vysvetlenie vlhkosti | Animácia | #HVAC
Pohlcovače vlhkosti v domácnosti
Máte doma vlhko? Skúste použiť pohlcovač vlhkosti v miestnostiach, kde máte vlhko. Pomôže vám zbaviť sa nadmernej vlhkosti. Pohlcovač vlhkosti je perfektné riešenie do domácnosti. Plesne a roztoče sú tie najčastejšie dôsledky nadmerného vlhka v domácnosti. Pohlcovač vlhkosti znižuje relatívnu vlhkosť v miestnosti na optimálnu hodnotu, pri ktorej tieto mikroorganizmy nemajú šancu prežiť.
Nadmerná vlhkosť priamo ovplyvňuje kvalitu ovzdušia u vás doma a tým aj zdravie vás a vašej rodiny. Pocit chladu a nepríjemného zápachu v miestnosti spôsobuje kašeľ, dýchacie problémy a podporuje vznik a zosilnenie alergických ochorení. Ďalšou nezanedbateľnou výhodou používania pohlcovača vlhkosti je, že chráni poškodenie majetku pred plesňami a zatuchnutým zápachom. Pohlcovač vlhkosti nenapomáha len v redukcii vlhkosti, ale prostredníctvom nových náplní z rady aromaterapie bude šíriť príjemné vône vo vašom prostredí. Náhradné náplne inšpirované aromaterapiou s obsahom esenciálnych olejov jednoducho vytvoria príjemné prostredie vhodné na relax a načerpanie novej energie u vás doma. Aj maličkosti vedia dotvoriť príjemnú atmosféru u vás doma.
Izbové rastliny ako prirodzené pohlcovače vlhkosti
Využite izbové rastliny, aby ste sa zbavili nadmernej vlhkosti. Mnohé z nich dokážu navyše eliminovať aj bežné toxíny, ktoré sa v domácnosti vyskytujú. Vlhké steny, zarosené okná, plesne? Pomôcť vám môžu i správne izbové rastliny. Pozor, nie všetky, pretože niektoré potrebuje priveľa vody a tá sa vyparuje do vzduchu a problém s vlhkosťou v domácnosti môžu ešte zhoršiť. Niektoré však dokážu nasávať vlhko zo svojho okolia.
Ak máte doma vlhké steny, je len otázkou času, kedy sa u vás objavia aj plesne. Práve tie môžu za mnohé zdravotné problémy, ktoré sa prejavujú ako:
- pálenie, slzenie očí
- nádcha, pálenie v nose, pocit upchaného nosa
- opakované kýchanie, hvízdavé dýchanie, kašeľ či nočné a ponámahové dychové ťažkosti
- ekzém, únava, nadmerná spavosť
Zelenec chochlatý (Chlorophytum comosum)
Táto rastlina dokáže absorbovať vlhkosť prostredia a je schopná eliminovať bežné toxíny, ktoré sa v domácnosti bežne vyskytujú, ako napríklad formaldehyd a xylén. V interiéri potrebuje iba stredné svetlo. Ak je umiestnený v tieni, môže stratiť biely pás, ktorým sú charakteristické listy. Ak ho ale umiestnite na priame slnečné svetlo, môže sa ľahko spáliť. Veľmi dobre toleruje nedostatok vody, hlavne preto, že vodu ukladá do hrubého koreňového systému, takže ho nebudete musieť príliš často zalievať. V lete si ale vyžaduje častejšiu zálievku. Je to vynikajúca rastlina napríklad aj na zavesenie nad vaňu.
Orchidea (Phalaenopsis spp.)
Sú to krásne kvitnúce rastliny, ktoré okrem toho, že zútulnia domácnosť, pomôžu tiež znížiť vlhkosť v miestnosti, do ktorej ich umiestnite. Pretože ich korene nie sú v pôde, absorbujú svoje živiny zo vzduchu. O niektorých z nich je tiež známe, že vyvíjajú pahľuzy. Ide o časť rastliny, ktorá sa špecializuje na skladovanie vody a pomáha jej lepšie sa vyrovnať so suchými podmienkami.
Lopatkovec (Spathiphyllum spp.)
Lopatkovec je tropická rastlina, ktorá pochádza z Ameriky. Táto krásna rastlina netoleruje mrazy ani prievan, preto sa bežne pestuje v uzavretých priestoroch s relatívne stabilnou teplotou, kde sa jej darí. Zalievať ju stačí raz za týždeň a navyše nepotrebuje veľa svetla. Všetky tieto veci robia z lopatkovca skvelú voľbu. Môžete ho dokonca umiestniť do kúpeľne.
Brečtan popínavý (Hedera helix)
Brečtan pohlcuje škodlivé formaldehydy a počas 12-tich hodín vraj dokáže odstrániť až 94 % nečistôt zo vzduchu. Je preto viac ako vhodný pre alergikov aj astmatikov. Brečtan popínavý je popínavá rastlina, ktorá často rastie v závesných kvetináčoch. Ľudia ho tam často umiestňujú, aby neliezol na steny alebo iné časti domu. Jeho prirodzeným prostredím sú vlhké a mierne lesy. Túto rastlinu je ideálne umiestniť vo vlhkých miestnostiach vášho domu či bytu, najčastejšie teda v kúpeľni či kuchyni. Je tiež ideálny na zavesenie nad kuchynský drez alebo k oknu.
Palmy (Areca, Chamaedorea, Phoenix roebelenii)
Palma areková nielenže dobre vyzerá, ale tiež veľmi pomáha skvalitniť vzduch. V noci produkuje kyslík a pohlcuje škodlivé látky. Palma je skvelou voľbou, ak potrebujete v miestnosti regulovať hladinu vlhkosti a udržať na uzde plesne, najmä v kúpeľniach. Tieto stromy absorbujú vlhkosť cez listy. Odrody, ktoré by ste mali mať doma, zahŕňajú okrem iného arekové alebo bambusové palmy, zakrpatené datľové palmy a trstinové palmy.
Kalatea (Calathea spp.)
Rastliny z rodu Calathea sú pôvodom z Brazílie. Tým pádom vyžadujú prostredie s vysokou vlhkosťou, ktoré napodobňuje ich prirodzené prostredie. Avšak pri správnej starostlivosti a za správnych podmienok môžu tieto exotické rastliny dorásť až do výšky jedného metra. Sú to pomaly rastúce rastliny a akonáhle dosiahnu svoju plnú výšku, prestanú rásť, čo je tiež vhodné mať na pamäti. Veľmi dobre sa im darí v kúpeľniach.
Nefrolepka vznešená (Nephrolepis exaltata)
Nephrolepis exaltata je obľúbená rastlina, ktorá sa často pestuje v závesných kvetináčoch. Darí sa jej vo vlhkých tienistých miestach, keď je však umiestnená v dome, má radšej svetlé stanovište. Ďalšou charakteristikou tejto nádhernej rastliny je, že okrem toho, že má odvlhčovacie vlastnosti, filtruje chemikálie zo vzduchu. To môže prísť vhod, ak chcete doma vyčistiť vzduch prírodnými prostriedkami.
Dracéna voňavá (Dracaena fragrans)
Pôvodom je zo západnej Afriky, Tanzánie a Zambie. Táto rastlina zvyčajne kvitne nabielo a jej kvety skvelo voňajú. Keď sa rastliny pestujú v pôde, môžu dosiahnuť výšku viac ako sedem metrov, ale ich rast je v črepníku obmedzený. Jednou z najlepších vlastností tejto rastliny je jej schopnosť čistiť vzduch od niektorých škodlivých chemikálií.
Mäta (Mentha spp.)
Táto obľúbená aromatická rastlina vie výborne absorbovať vlhkosť. Vďaka svojej schopnosti rásť vo vlhkom prostredí je ideálnou rastlinou do záhrad, kuchýň, kúpeľní alebo na akékoľvek iné vlhké miesta. Mäta toleruje širokú škálu klimatických a zalievacích podmienok a môže dokonca rásť aj na priamom slnku.