Nové funkce a komponenty pro systém kontinuálního monitoringu vlhkosti
V článku jsou popsány nové funkce a prvky systému pro kontinuální monitoring vlhkosti dřevěných konstrukcí a jsou představeny technologické novinky systému, které jsou v současné době připravovány a vyvíjeny. V publikaci jsou diskutovány i zkušenosti z dlouhodobých měření a drobná vylepšení na základě poznatků z provozování několika desítek instalací za poslední přibližně 3 roky. Představena je úplně nová bezdrátová bateriově napájená verze senzoru reagující na požadavky zákazníků na možnost dodatečné instalace senzorů bez nutnosti vedení dalších dodatečných kabelů.
Úvod
Problémy spojené s únikem kapalin a zvýšenou vlhkostí obecně v konstrukci dřevostaveb byly již diskutovány v předchozím příspěvku v jednom z minulých článků uveřejněných na portálu TZB-info [1], [2]. V jiném článku byl rovněž představen systém Moisture Guard vyvinutý na ČVUT UCEEB, který je schopen tyto problémy včas odhalit, přibližně lokalizovat a informovat uživatele objektu a minimalizovat tak dopady problému z hlediska nutných rekonstrukčních prací.
![Obr. 1 – Podíl dřevostaveb z celkově realizovaných novostaveb v zahraničí a v ČR [1], [4]](/docu/clanky/0175/017591o1.png)
Obr. 1 – Podíl dřevostaveb z celkově realizovaných novostaveb v zahraničí a v ČR [1], [4]
Systém v rámci pilotního provozu za přibližně 3 roky k dnešnímu dni čítá 29 hotových instalací. Za tuto dobu již pomohl odhalit problémy s vlhkostí v několika objektech. Tento článek má za cíl seznámit čtenáře s poznatky o systému za dobu provozování instalací a představit chystané novinky pro zlepšení vlastností systému včetně přidání nových funkcionalit. I když dřevostavby nejsou nejčastějším typem novostaveb v České republice, z globálního pohledu je dřevo jedním z nejpoužívanějších stavebních materiálů a proto má smysl se zabývat jeho ochranou před nepříznivými vlivy.
Systém Moisture Guard
Obr. 2 – Podmáčení dřevostavby vzniklé prasklinou v potrubí odpadové vody, kdy byla nutná kompletní rekonstrukce a výměna dřevěných dílů, při rekonstrukci byl rovněž nainstalován systém Moisture Guard
První verze systému pro kontinuální monitoring vlhkosti dřevěných konstrukcí byla uvedena v roce 2015. Za dobu 3 let se podařilo realizovat 29 instalací systému s celkovým počtem cca 350 instalovaných senzorů. Systém detekoval několik závažných problémů v instalovaných domech a podařilo se zabránit nákladným rekonstrukcím.
Zvýšená vlhkost je jedním z největších nebezpečí pro dřevostavby. Hlavním důvodem je, že zvýšená vlhkost nemusí být viditelná z interiéru a může zůstávat dlouhodobě skryta. Právě dlouhodobé působení vlhkosti vede k rozvoji dřevokazných procesů, které mohou končit až napadením některým z biologicky dřevokazných škůdců (dřevokazné houby, dřevokazný hmyz, hniloba a plísně) a výměnou nosných dílů konstrukce. Náklady na sanaci jsou pak často velmi vysoké spojené s dočasnou nutností objekt nepoužívat.
Systém pro kontinuální monitorng se skládá z několika základních komponentů:
- Kombinované senzory pro zabudování do konstrukce
- Doplňkové senzory pro měření teploty a vlhkosti v interiéru a exteriéru
- Centrální jednotka pro vyhodnocení a sběr dat
Tyto komponenty jsou zobrazeny na obrázku č. 3. Současně jsou vyvíjeny další nové komponenty umožňující rozšíření systému a jeho jednodušší instalaci.
C
A
B
Obr. 3 – Systém Moisture Guard – doplňkový senzor (A), kombinovaný senzor (B) a centrální jednotka (C)
Systém Moisture Guard využívá senzory vlhkosti a teploty zabudované v konstrukci dřevostavby pro kontinuální monitoring. Centrální jednotka vyčítá údaje o vlhkosti z jednotlivých senzorů, ukládá je do lokální paměti a zároveň je odesílá na vzdálený server do databáze. Detekční algoritmus tyto hodnoty prochází a je schopen v nich odhalit abnormální situace a indikovat tak možný problém v konstrukci stavby již v samém počátku a tak minimalizovat rozsah poškození konstrukce i stupeň její degradace. Opravy jsou pak jen lokální s nízkými náklady.
Mokré procesy v dřevostavbě
Obr. 4 – Relativní vlhkost vzduchu (%RH) uvnitř konstrukce podlahy, při jejíž konstrukci byly využity mokré procesy, data 2015–2018
Obr. 5 – Relativní vlhkost vzduchu (%RH) uvnitř konstrukce podlahy, při jejíž konstrukci byly využity pouze suché procesy
V našich pilotních instalacích se setkáváme s dvěma odlišnými přístupy výrobců k samotné konstrukci podlah dřevostaveb. Jedni používají lité podlahy, ti druzí podlahu skládají z prefabrikovaných desek. V tomto příspěvku srovnáme obě technologie pouze z pohledu vlivu na vlhkost konstrukce.
Přestože je při procesu lití konstrukce vodotěsně izolována, dostává se do ní značné množství vody (ať již v kapalném stavu netěsnostmi, nebo v podobě zvýšené vzdušné vlhkosti), která se pak ven dostává jen obtížně. Vysychání takové konstrukce (Obr. 4) pak trvá i déle než jeden rok a odvíjí se od způsobu užívání, zdroji vytápění a jiných faktorů. Po celou tuto dobu je konstrukce vystavená zvýšené vlhkosti a tudíž i potenciálnímu riziku vzniku růstu plísní.
Konstrukce využívající čistě suchých procesů se již od počátku nachází v takřka rovnovážném stavu (Obr. 5) a žádné riziko zde z pohledu zvýšené vlhkosti není.
Zobrazená data z dřevostavby s mokrými procesy (Obr. 4) pokrývají dobu více než tří let, data z konstrukce se suchými procesy (Obr. 5) pokrývají dobu více než 2 let. Pro názornost jsou data vykreslena ve shodném měřítku. Zatímco v prvním objektu je jasně patrný postupný klesající trend vývoje vlhkosti uvnitř konstrukce, v druhém případě je trend dlouhodobě konstantní. Obr. 4 ukazuje zvýšenou vlhkost po dobu prvního roku používání stavby, kdy se hodnoty nachází vysoko nad 60 % (po dobu 6 měsíců dokonce nad 80 %, relativní vzdušná vlhkost měřená v kavitě v konstrukci pod úrovní čisté podlahy). Periodické menší výkyvy jsou sezónního charakteru a je v nich vidět střídání ročních období.
Nový kombinovaný senzor pro kombinované měření vlhkosti
V roce 2017 byl představen nový senzor pro měření kombinace parametrů teplota, relativní vlhkost vzduchu, měření hmotnostní vlhkosti dřeva odporovou metodou a měření rovnovážné vlhkosti dřeva v kavitě dřevěného materiálu. Senzor je tvarově uzpůsoben pro montáž pomocí tří nerezových vrutů do dřevěného materiálu. Tyto vruty zároveň slouží jako elektrody pro měření odporu dřeva, který je následně přepočítán na vlhkost dřeva. Senzor je vybaven drátovou komunikační sběrnicí RS485 s protokolem Modbus RTU, který zajišťuje kompatibilitu se staršími i novými centrálními jednotkami.
Obr. 6 – Nový kombinovaný senzor pro měření teploty, vzdušné vlhkosti a hmotnostní vlhkosti materiálu s drátovou komunikací RS485
Bezdrátová RF komunikace čidel Moisture Guard
Obr. 7 – Elektronika bezdrátového kombinovaného senzoru měřícího teplotu, vzdušnou vlhkost a hmotnostní vlhkost dřeva
Systém Moisture Guard byl od počátku koncipován zejména pro novostavby. Senzory se v tomto případě instalují do otevřené konstrukce před zaklopením a vedení kabeláže od senzorů do elektrického rozvaděče je prováděno s ostatní elektroinstalací. Instalace při realizaci stavby značně usnadňuje montáž senzorů i následné vedení datových kabelů k centrální jednotce.
Setkáváme se ale velmi často i s požadavky na dodatečnou montáž jednotlivého senzoru nebo dokonce dodatečnou montáž celého systému do již hotových domů. Mnoho z těchto požadavků vzniklo po nemilé zkušenosti s havárií v domě spojenou se skrytým únikem provozních médií. V momentě, když je konstrukce otevřená, není problém do konstrukce zamontovat další senzor. Problém nastává s vedením kabeláže do centrální jednotky. Za tímto účelem je na ČVUT UCEEB vyvíjena nová verze bezdrátového kombinovaného senzoru pro měření teploty, vzdušné vlhkosti a vlhkosti masivního materiálu. Tato nová verze se vyznačuje bateriovým napájením a především bezdrátovou komunikací dat do centrální jednotky. V důsledku toho uživatel nemusí složitě vést datový kabel mezi centrální jednotkou a senzorem, což by pravděpodobně vyžadovalo i zásah do interiéru.
Bezdrátová datová komunikační technologie IQRF umožňuje snadné vytvoření malé lokální bezdrátové sítě s dostatečným dosahem v interiéru pro spolehlivé pokrytí domácnosti ale i menších komplexů budov. Hlavní předností takovéto sítě je velmi malá energetická náročnost zajišťující dlouhou životnost baterie a provoz bez jakýchkoli následných poplatků nebo dodatečných nákladů. Životnost takovéhoto bateriově napájeného senzoru je plánována na dobu 12 let provozu. Potom je třeba senzor, případně baterii v senzoru vyměnit nebo se smířit s tím, že senzor již měřit nebude. Na možnost případné výměny baterie by mělo být pomýšleno již během instalace. Doporučené možnosti jsou dvě, buď vytvořit inspekční otvor umožňující přístup k senzoru, nebo baterii umístit do instalační krabice, ze které povedou napájecí vodiče k senzoru v konstrukci.
Obr. 8 – Ilustrace připravovaného systému ukazující možnost kombinace drátových senzorů a senzorů s bezdrátovou komunikací IQRF
Současně s novým senzorem vybaveným bezdrátovou komunikační technologií IQRF přichází i nová centrální jednotka, která je připravena na komunikaci jak se současnými kabelovými senzory, tak s novými bezdrátovými senzory. Výhodou této jednotky je, že umožňuje kombinovat jak drátové senzory, tak i bezdrátové senzory v jediném systému a proto je ideální i pro přidání nového bezdrátového senzoru k již existujícímu systému což umožňuje i jednoduchou možnost dodatečného rozšíření stávajícího senzorového systému.
Závěr
V příspěvku byly představeny nové prvky systému pro kontinuální měření vlhkosti dřevěných konstrukcí Moisture Guard a nově vyvíjené komponenty systému které rozšíří možnosti instalace systému nebo doplňkových senzorů pro již existující instalace. Jako hlavní novinka byl představen senzor s bezdrátovou komunikací IQRF a nová centrální jednotka, která tuto bezdrátovou technologii podporuje. Tím se otevírá možnost nenáročné dodatečné instalace senzorů a jejich napojení na stávající systém. Zároveň bylo ukázáno, že zvýšená vlhkost nemusí být vždy způsobena pouze havárií při provozu domu, ale vlhkost si do dřevostavby vnášíme již samotným stavebním procesem v momentě, kdy při konstrukci využíváme mokrých procesů. Již samotné dlouhodobé vystavení dřevěné konstrukce zvýšené vlhkosti po dobu více než jedné sezóny rozhodně dřevu neprospívá. Jak je ukázáno na grafech výše, konstrukce se zabudované vlhkosti zbavuje jen velmi pomalu. Vice informací o jednotlivých komponentech naleznete na www.moistureguard.cz.
Hlavní motivací systému je detekovat anomální stavy v dřevěné konstrukci a díky jejich včasné detekci a lokalizaci minimalizovat finanční i časové náklady na případnou rekonstrukci. Zvýšená vlhkost dřevěné konstrukce nemá vliv pouze na kvalitu vnitřního prostředí, ale i na únosnost dřevěných prvků.
Poděkování
Tento článek vznikl v rámci projektu Univerzitní centrum energeticky efektivních budov. Díky patří také všem výrobcům dřevostaveb, kteří nám umožnili systém Moisture Guard pilotně instalovat a testovat.
Literatura
- Aleš Vodička, Pavel Mlejnek, Jan Včelák, Petr Ptáček, Petr Kuklík, Může být vlhkost nepřítelem dřevostaveb?, TZB-info, 2015
- Pavel Mlejnek, Aleš Vodička, Jan Včelák, Zařízení pro detekci vlhkosti dřeva, TZB-info, 2015
- UNESE – Food and Agriculture Organization of United Nations, Forest Products – Annual Market Review 2015–2016, UNITED NATIONS PUBLICATIONS, eISBN 978-92-1-058365-7
- Czech Association of prefabricated houses manufacturers, http://www.drevoastavby.cz/drevostavby-archiv/, 2016
Paper presents new functionality and components of system for continuous moisture monitoring of wooden constructions. Paper shows long-term results of moisture monitoring in several wooden buildings which is running already for almost 3 years and experience with system and detected problems. New components which are currently under development are also introduced within this paper. Battery powered moisture sensor is shown within this paper also to be a new part of the hybrid wire/wireless sensor system which allows installation of additional sensors in already inbuilt system.