Mikrovlnná sterilizace dřevěných prvků napadených biotickými škůdci
Příspěvek pojednává o možnostech sanace napadených dřevěných prvků prostřednictvím mikrovlnného záření. Budou zde popsány přístroje pro mikrovlnnou sterilizaci dřevěných prvků. Dále pak princip mikrovlnné sterilizace. Následuje popis prováděné experimentální činnosti na jednotlivých druzích škůdců. Z prováděné experimentální činnosti byly stanoveny potřebné intenzity mikrovlnného záření pro likvidaci jednotlivých škůdců. V závěru bude doporučena potřebná doba mikrovlnné radiace s ohledem na výkon mikrovlnného zářiče nezbytného pro úspěšnost samotné sterilizace. Budou také doporučena související opatření s ohledem na co nejvyšší úspěšnost a efektivitu zásahu.
1. Úvod
Velmi často se ve stavební praxi setkáváme se skutečností, že při rekonstrukci objektu, případně budování půdních vestaveb, je při stavebně technických průzkumech zjištěno napadení dřevěných konstrukčních prvků biotickými činiteli. Jedná se o plísně, dřevokazné houby a dřevokazný hmyz. O teoretické možnosti sanace stavebních materiálů využitím mikrovlnného záření se ví řadu let. Ostatně v praxi je již tato technika využívána řadou firem. Získat ale dostatečně přesné informace o vhodných přístrojích, postupu jejích použití, technologii zásahu, kladech a záporech či možných rizicích, při použití mikrovln, je velmi obtížné. Poznatky získané praxí si jednotlivé firmy chrání pro své potřeby. Což je pochopitelné.
Čtěte také článek Použití mikrovlnného záření na likvidaci biotického napadení a vysoušení dřevostaveb zabývající se samotnou technologií mikrovlnného vysušování a likvidace biotického napadení
V rámci výzkumu, který dlouhodobě provádí naše fakulta v úzké spolupráci s firmou S.P.UNI se snažíme tento nedostatek napravit. Zpřístupnit dostatek informací o možnostech a vhodnosti využití mikrovlnné technologie v praxi, získaných na základě laboratorních i terénních zkoušek.
2. Mikrovlnné záření
Mikrovlnami je nazývána část elektromagnetického záření s vlnovou délkou od 1 cm do 1 m. Ve formě vln se mikrovlny šíří do prostoru od zdroje. Pro průmyslové účely je určena globálně frekvence 2,45 GHz s odpovídající vlnovou délkou 12,2 cm.
2.1. Působení EMW záření na stavební látky
Jak mikrovlnné záření působí na materiály:
- je odraženo – většina nemagnetických kovů,
- prochází – dřevo, keramika, sklo, porcelán, většina plastu a podobně,
- je pohlcováno a přeměněno na teplo – voda, magnetické materiály (uhlíková ocel) apod.
Z toho vyplývá, že vše, co obsahuje vodu, je tímto elektromagnetickým vlněním ohříváno. A je v podstatě jedno, jak jsou molekuly vody v ozařovaném materiálu uloženy či absorbovány.
2.2. Použité přístrojové vybavení
Při jednotlivých laboratorních zkouškách jsme použily tyto mikrovlnné generátory:
- MB elektronic MG, příkon 1050 W, vyzařovací výkon 750 W.
K měření potřebných údajů byla použita tato měřidla či měřicí technika:
- hydro-termometr Greisinger GFTH 200,
- bezdotykový teploměr Ahlborn AmiR 7811,
- hrotový vlhkoměr Greisinger GMR 100,
- MV vlhkoměr Trotec 650,
- MV vlhkoměr Trotec 600,
- vlhkoměr MOIST 210 B,
- termokamera DeWALT DCT 416,
- termovizní kamera FLIR i7 s rozlišením 140×140 px, teplotní citlivost 0,1 °C.
3. Biotičtí škůdci dřeva
Pod pojmem dřevokazní škůdci rozumíme dřevokazné houby, hmyz a plísně. Dřevokazné houby poškozují nenávratně dřevní hmotu, dřevozbarvující houby a plísně mění estetický vzhled dřeva, ale při dlouhodobém působení můžou vytvářet i podmínky pro napadení dřevokaznými houbami. Dřevokazných hub je více druhů, napadají různé druhy dřeva, při různých vlhkostech. U dřevokazného hmyzu škody působí jejich larvy, které dřevo poškozují požerky a jeho částečným trávením. Jako dřevokazný hmyz lze brát v úvahu brouky, ale také mravence.
- dřevokazný hmyz
- dřevokazné houby
- plísně
Tito škůdci mají několik společných znaků. Vyžadují ke svému vývoji zvýšenou vlhkost dřeva:
- u dřevokazného hmyzu nad 10 %
- u dřevokazných hub nad 20 %
- u plísní nad 25 %.
Dalším společným znakem je výrazně vyšší obsah vody biotických činitelů oproti okolnímu materiálu.
Při stanovení teplot, na které je potřeba ohřát dřevo napadené škůdci, jsme vycházeli z údajů získaných při laboratorních testech, publikovaných v odborné literatuře.
Teploty potřebné pro úspěšnou sterilizaci však byly získány v ideálních laboratorních podmínkách často na vzorcích malých rozměrů. Ve srovnání s terénními výsledky jsou naměřené hodnoty odlišné, vše závisí na aspektech vyskytujících se v terénních podmínkách.
4. Experimentální činnost
V rámci měření by měly být stanoveny potřebné frekvence a délky záření na různé druhy dřevokazného hmyzu, hub a plísní. Stanovení intenzity mikrovlnného záření (EMW) pro úspěšnou inaktivaci těchto nežádoucích vlivů na konstrukci. Vyhodnocení a rozdělení kmitočtových pásem pro jednotlivé běžné druhy hmyzu, hub a plísní v závislosti na úspěšnosti jejich inaktivace. Reakce na mikrovlnné záření u biotických činitelů bude zkoumán v delším časovém období.
Část zkoušek a potřebných měření byla prováděna jednak v simulovaných podmínkách, v prostorách VUT Brno, Fakulty stavební a jednak v praxi ošetřování materiálů napadených dřevokaznými škůdci. Výběrem vysoušených materiálů, použitím mikrovlnných generátorů i postupem ozařování jsme se snažili co nejvíce přiblížit podmínkám praktického využití.
Všechny takto provedené zkoušky mají sloužit jako základní podklad pro následnou realizaci v praxi.
Průběžně s tím probíhalo i měření „in situ“ na reálných objektech.
4.1. Dřevokazný hmyz
Při teplotách nad 50 °C dochází ve všech vývojových stadiích hmyzu k nevratným změnám jejich tkání a následnému úhynu. Rychlost dosažení tohoto stavu je závislá na dosažené teplotě. Čím je vyšší, tím je exitus rychlejší.
Z hlediska likvidace dřevokazného hmyzu je vhodné dosažení zahřátí na teploty nad 60 °C na dobu několika minut.
Pro vlastní experimenty byly vybrány typické a nejčastěji se vyskytující druhy:
- Tesařík krovový – Hylotrupes bajulus
- Červotoč umrlčí – Anobium pertinax,
- Červotoč proužkovaný – Anobium striatum.
Společným znakem těchto vybraných zástupců je jejich vývoj. Jedná se o proměnu dokonalou, tedy – vajíčko, larva, kukla, dospělé imago.
Vzhledem k tomu, že obsah vody v jejich těle je procentuelně vyšší oproti napadenému dřevu, mělo by se ohřát více a rychleji jak okolní materiál.
Experimentální likvidace dřevokazného hmyzu
Byly použity dva smrkové hranoly o průřezu 120×160 mm. Z čelní plochy byly do nich vyvrtány otvory průměru 6 mm, hloubky 120 mm, vzdálenosti od vnější strany 25 mm. Do každého otvoru byla vložena jedna larva Tesaříka krovového.
Obr. 1, 2 Fotografie likvidace tesaříka krovového navrtanými otvory ve smrkovém hraněném řezivu| Experiment A | Experiment B | |
|---|---|---|
| Počáteční povrchová teplota | 19,8 °C | 19,9 °C |
| Počáteční povrchová vlhkost | 18,8 % | 18,8 % |
| Doba ozařování | 15 minut | 30 minut |
| Teplota na čelní straně | 82,8 °C | 104,2 °C |
| Teplota na zadní straně | 34,3 °C | 51,4 °C |
| Teplota v hloubce cca 60 mm | 51,8 °C | 68,8 °C |
| Vlhkost na čelní straně po ukončení ozařování | 23,6 % | 21,3 % |
| Vlhkost na čelní straně po vychladnutí 120 min. | 16,4 % | 15,2 % |
Obr. 3 Fotografie ukazuje usmrcení larvy tesaříka krovového
Z naměřených hodnot je patrné:
- Při prvním experimentu byl masiv dřeva dostatečně prohřát pouze z čelní strany a částečně i v hloubce do 60 mm. Larvy umístěné v otvorech při odvrácené straně přežily.
- Při druhém experimentu byl masiv dostatečně prohřát v celém svém průřezu a larvy umístěné v otvorech u zadní strany byly usmrceny (viz foto).
Výsledky získané experimentální činností
Tab. 2 Porovnání likvidace dřevokazných škůdců v závislosti na dosažené teplotě
Graf 2 Úspěšnost likvidace dřevokazného hmyzu
Praktické ukázky EMW sterilizace dřevokazného hmyzu
Obr. 4, 5 Ozařování vazného trámu napadeného tesaříkem krovovým z čelní a vrchní strany| Teplota dřeva před ozařováním | 18,1 °C |
| Vlhkost dřeva před ozařováním | 15,4 % |
| Teplota dřeva po ozařování 15 minut | 84,4 °C |
| Vlhkost těsně po ozařování | 21,7 % |
| Vlhkost po 120 minutách chladnutí | 13,2 % |
Obr. 6 Ozařování pozednice napadené tesaříkem krovovým z čelní strany
| Teplota dřeva před ozařováním | 18,3 °C |
| Vlhkost dřeva na horní straně před ozařováním | 17,6 % |
| Teplota dřeva na čelní straně po 25 minutách ozařování | 104,6 °C |
| Teplota dřeva ve středu průřezu | 64,1 °C |
4.2. Dřevokazné houby
Při zkouškách likvidace dřevokazných hub pomocí MV technologie jsme čerpali z informací publikovaných v dizertační práci Ing. M. Terebesyové, TU Zvolen. Především ověření teplot nutných k jejich usmrcení.
Pozornost jsme zaměřili na dva druhy:
- Dřevomorka domácí – Serpula lacrymans,
- Trámovka trámová – Gloeophyllum trabeum.
Oba druhy se od sebe navzájem liší v mnoha ohledech.
V první fázi jsme se zaměřili především na Dřevomorku domácí – Serpula lacrymans.
Dodržet v terénních podmínkách zásadu, že všechno napadené dřevo + část dřeva nepoškozeného (0,5–1,0 m) je nutno odstranit, není vždy možné. Stejně tak i likvidace rhizomorf, které zarůstají či prorůstají přilehlým zdivem, je problematická. Ohřev napadených materiálů na požadované teploty pomocí různých teplovzdušných zařízení je zdlouhavý, nákladný a v mnoha případech i nerealizovatelný. Naproti tomu, při využití mikrovlnné technologie je ohříváno vše, co obsahuje vodu a od toho teprve ostatní materiály. Ať již organického, či anorganického původu. Tedy především rhizomorfy. A to vše při současném vysoušení stavebních materiálů.
V praxi lze předpokládat, že části hub s vyšším obsahem vody budou ohřáty na vyšší teplotu.
Sterilizace dřevokazných hub „in situ“
Obr. 7, 8 Fotografie rhizomorf dřevokazných hub I – levá fotografie nám zobrazuje rhizomorfy vyskytující se v násypu pod podlahou a na pravém snímku odkrytí ložisek dřevomorky domácí
Obr. 9, 10 Fotografie rhizomorf dřevokazných hub II – levá fotografie nám ukazuje na trámovou stěnu napadenou dřevomorkou domácí a pravý snímek nám zobrazuje sanaci zdiva prováděnou v terénních podmínkách
Tab. 5 Hodnoty z čelní strany ozařované pozednice
Graf. 3 Úspěšnost likvidace dřevokazných hub
4.3. Plísně
Plísně jsou mikroskopické houby, které vytvářejí jemné vláknité povlaky. Mohou růst při splnění nutných životních podmínek na všech druzích organických i anorganických materiálů. Na vlhkých stěnách se růst plísní prozradí žlutými, zelenými červenými nebo černými skvrnami a zatuchlým zápachem. S plísněmi se mohou zaměnit výkvěty, které vznikají z různých solí a vytvářejí krystalický povlak, které plísně připomínají.
Obecně lze říci, že se plísně vyskytují všude tam, kde je zvýšená vlhkost. Příčin vytvoření vhodných podmínek pro jejích růst je celá řada. Proniknutí srážkové vody z exteriéru, vzlínání, kondenzace vodních par atd.
Jejich negativní působení na dřevo je relativně malé, a to:
- jsou schopny probarvit dřevo, někdy i do hloubky
- signalizují vysokou vlhkost podkladu a tím i zvýšené riziko následného výskytu dřevokazných hub.
Protože rostou na povrchu a jejich mikroskopické kořínky prorůstají do nosného materiálu pouze mělce, je v převážné většině případů jednodušší a rychlejší a především ekonomičtější dezinfekce pomocí chemických látek.
Použití mikrovln připadá v úvahu tam, kde s inaktivací plísní se bude vyžadovat i vysoušení podkladních materiálů.
Praktická sterilizace plísní
Obr. 11, 12 Reálně zobrazené plísně v interiéru I
Obr. 13, 14 Reálně zobrazené plísně v interiéru II z důvodu havárie otopné soustavy na ústavu VUT ÚPS v Brně
Obr. 15, 16 Reálně měření a likvidace plísní v interiéru VUT ÚPS v BrněNa obrázku č. 13–16 byla zjištěna plíseň v interiéru na obvodové stěně a příčce. Plíseň začala růst kvůli velmi mokré stěně po vodovodní havárii, přesněji řečeno po havárii otopné soustavy. Plíseň byla inaktivována EMW (mikrovlnným) generátorem a zároveň došlo k vysušení mokrého zdiva. Tím se odstranily podmínky pro opětovný nárůst plísní.
5. Závěry
Závěrem můžeme říci, že se současnými výsledky provedených experimentů bylo zjištěno, že likvidace biotických činitelů pomocí EMW záření byla úspěšná v zásadě u všech druhů zmíněných škůdců. Toto také potvrdila experimentální činnost prováděná „in situ“.
Na základě rozsáhlé experimentální činnosti v oblasti EMW sterilizace dřevokazných škůdců byly sestaveny tyto závěry:
- likvidace škůdců je vysoce účinná,
- technologie EMW záření umožňuje ošetřovat konstrukci přímo na místě bez demontáže konstrukce a je poměrně rychlá s velkým účinkem na cizorodé organizmy v konstrukci.
Na základě výsledků experimentální činnosti lze predikovat další experimentální činnost:
- stanovení časové délky ozařování a výkon EMW záření pro úspěšnou likvidaci jednotlivých biotických činitelů,
- stanovení intenzity EMW záření pro úspěšnou likvidaci běžných druhů biotických činitelů.
Poděkování
Prezentované výsledky byly získány za podpory GAČR P104/10/P388 „Experimentální analýza účinnosti mikrovlnného záření při likvidaci biologických činitelů způsobujících korozi stavebních materiálů“.
Zvláštní poděkování patří společnosti S.P.UNI, díky které je možné rozšířit laboratorní experimentální činnosti na experimentální činnosti prováděné „in situ“ a následně lze tyto vzájemně porovnávat.
Literatura
- [1] Doc. Ing. Richard Wassebauer, DrSc., Biologické napadení staveb 2000.
- [2] NOVOTNÝ, M.; ŠUHAJDA, K.; SOBOTKA, J.; GINTAR, J.; ŠUHAJDOVÁ, E.; MÁTL, M.; JIROUŠEK, Z., USE OF MICROWAVE RADIATION IN BUILDING INDUSTRY THROUGH APPLICATION OF WOOD ELEMENT DRYING, článek ve WOOD RESEARCH, ISSN 1336-4561, Výskumný ústav papiera a celulózy, a.s., BRATISLAVA, 2014
- [3] VVÚDř Praha, Ochrana dřeva 2004.
- [4] Ing. Terebesyová, Sterilizacia dreva napadnutého hubami, TU Zvolen 2012.
- [5] SOBOTKA, J., JIROUŠEK, Z., ŠUHAJDA K., Likvidace a sterilizace biotických činitelů pomocí mikrovlnné technologie, Sanace a rekonstrukce staveb 2012, CRRB-14 International Conference on Rehabilitation and Reconstruction of Building – Vědeckotechnická společnost pro sanace staveb a péči o památky – WTA CZ. ISBN 978-82-02-02414-9
- [6] SOBOTKA, J. Účinnost likvidace biotických škůdců prostřednictvím mikrovlnného záření. In Sborník anotací Juniorstav 2012. Brno, VUT v Brně, Fakulta stavební. ISBN 978-80-214-4393-8.
- [7] Disertační práce SANACE VLHKÉHO ZDIVA STAVEB, Využití tyčové antény při mikrovlnném vysoušení, autor Karel Šuhajda, Brno 2006. 15–96 s.
- [8] ŠUHAJDA, K.; NOVOTNÝ, M.; ŠKRAMLIK, J.; Monitoring of Effectivity of Microwave Desiccation by Means of rod plug-in Antenna, článek v The e-Journal of Nondestructive Testing, ISSN 1435-4934, Journal & Exhibition of non destructive Testing, Kirchwald, Germany, 2008. 4–8 s.
The usual and common problem not only older buildings, but also new buildings, increased weight is moisture building materials and structures. Increased weight and very high humidity causes numerous unpleasant factors, particularly disorders and masonry surfaces. Long-term increases in humidity causes the formation of structures for breeding ground for microorganisms (fungi and mushrooms). For masonry drying and disposal of wood-destroying pests is the most efficient microwave technology. Microwave drying can be performed as in the brick material and also in wooden structures. The most common wood-destroying pests belong beetle and wood decaying fungi - dry rot.