Vysušovanie muriva pomocou mikrovlnného žiarenia v praxi
Príčiny vlhnutia muriva môžu byť rôzne. Pri historických budovách je to väčšinou absentujúca hydroizolácia, ktorá bola v minulosti vytváraná ploskými kameňmi alebo ílovitými zásypmi. Pri nových budovách sa vlhkosť do budovy dostáva hlavne chybným prevedením hydroizolácie. Či už pri prestupoch, alebo aj je pri samostatnom napájaní izolácie. Tieto problémy sa častokrát vytvárajú už pri projektovaní novostavieb, kde nie je správne navrhnutá hydroizolácia, neuvažuje sa so všetkými spôsobmi pôsobenia vody. Avšak môžu nastať aj prípady ako sú záplavy, vytopenie rodinného domu, bytu alebo inej budovy. V takýchto prípadoch je žiadané rýchle a nedeštruktívne vysušenie budovy, aby nedošlo k poškodeniu majetku, vzniku plesní a aby sa budove vrátil jej účel v čo najkratšom čase. Jednou z metód, ktorá je vhodná na takého riešenie je mikrovlnné vysušovanie, ktorá vyhovuje všetkým zadaným podmienkam. Súčasťou tohto článku je aj názorná ukážka z praxe ako sa postupuje pri takejto sanácií vlhkého muriva a aké sú jej výsledky.
1. Úvod
Televízia, wifi, rádio, telefón a nespočetné množstvo ďalších zariadení, ktoré používame vo svojom živote, vo svojej každodennej rutine využíva na príjem a prenos signálu elektromagnetické vlnenie, ktoré je neviditeľné a podľa vedeckých prác neškodné, ale môže na nás vplývať. Preto je nutné uvedomiť si, ktoré zariadenia vysiela aké žiarenie.
Mikrovlnná energia je neionizujúce elektromagnetické žiarenie v rozsahu od 300 MHz do 300 GHz. Od kovových povrchov sa mikrovlny odrážajú a na rozhraní dielektrických materiálov sa lámu. Tento typ energie je odvodený z elektrickej energie s účinnosťou prevodu približne 50 % pre 2450 MHz a 85 % pre 915 MHz. Keďže rozsah frekvencií a tiež použitie mikrovlnného žiarenia je veľmi široké (od využitia v komunikačnej sfére až po ohrev) na medzinárodnej úrovni sa dohodlo, že pre použitie v priemyselnej, vedeckej, medicínskej a inštrumentálnej sfére sa stanovili isté frekvencie, ako aj ich rozsah v jednotlivých zemepisných oblastiach. Pre oblasť Slovenska, spolu s ďalšími východoeurópskymi krajinami bolo určené používanie frekvencií v rozsahu 2375 MHz s toleranciou ± 50 MHz. Pre domáce mikrovlnné zariadenia (mikrovlnné rúry) sa v širokom rozsahu z uvedených dôvodov používa frekvencia 2450 MHz a pre priemyselné zariadenia frekvencia 915 MHz [1], [2].
![Obr. 1 Vzájomné pôsobenie mikrovlnného žiarenia so silikátovými materiálmi [3]](/docu/clanky/0159/015962o1.jpg)
Obr. 1 Vzájomné pôsobenie mikrovlnného žiarenia so silikátovými materiálmi [3]
1. Mikrovlnné vysušovanie muriva
Ako je známe mikrovlny sú elektromagnetické vlnenie s frekvenciou od 300 MHz do 300 GHz, čo odpovedá vlnovým dĺžkam od 1 cm do 1 m. V našom prípade sa najčastejšie využíva frekvencia 2,45 GHz čo predstavuje vlnovú dĺžku približne 12,2 cm (vo voľnom priestore) [4]. Pri vstupe do iného materiálu sa vlnové dĺžky, a teda aj rýchlosť šírenia zmení, a to v závislosti na elektrických vlastnostiach materiálov. Z hľadiska absorpcie mikrovĺn sú silikátové materiály podľa stratového činiteľa pre mikrovlny transparentné a nie sú schopné byť mikrovlnami ohrievané pri zvyčajnej teplote [3]. Z vlastností mikrovĺn nás zaujíma ich interakcia s vodou. Voda je polárna látka so záporným nábojom na atóme kyslíka a kladným nábojom na atómoch vodíka. Vo vysokofrekvenčnom elektromagnetickom poli sa molekuly rozkmitajú a narážajú na seba. To sa prejaví premenou mikrovlnnej energie na tepelnú a kinetickú. Laicky povedané, voda sa v materiáli zahrieva, je odparovaná a takto vylučovaná. Dochádza k objemovému ohrevu. Hmota sa ohrieva v celom objeme zvnútra a nie prestupom tepla z povrchu do vnútra, ako sa to deje pri klasickom ohreve.
![Obr. 2 Zohrievanie jednovrstvovej (vľavo), a viacvrstvovej konštrukcie z vnútra (vpravo) [4]](/docu/clanky/0159/015962o2.jpg)
Obr. 2 Zohrievanie jednovrstvovej (vľavo), a viacvrstvovej konštrukcie z vnútra (vpravo) [4]
Ďalšou vlastnosťou mikrovĺn je selektívny ohrev. Pri viaczložkovom materiáli dochádza k ohrevu len pri zložke, ktorá obsahuje polárnu látku (napr. vodu), ostatnými materiálmi mikrovlny prechádzajú. Princíp je rovnaký ako pri mikrovlnnej rúre. Tieto vlastnosti mikrovĺn umožňujú vysušovanie rôznych druhov materiálov a zničenie akéhokoľvek živého tkaniva v hĺbke steny alebo konštrukcií širších ako jeden meter [4]. Zariadenie generujúce mikrovlny využíva vysokofrekvenčnú energiu, ktorá vzniká v elektrónke zvanej magnetrón, kde sa mení elektrická energia na mikrovlnnú. Magnetrónová hlavica je osadená dvoma generátormi mikrovĺn s otvorenými vlnovodmi, umožňujúcimi bezprostredne vyžarovať mikrovlny do vysušovaného objektu. Zariadenie má veľmi rozsiahlu možnosť regulácie vyžarovaného výkonu. Celý prístroj sa skladá z:
- magnetrónovej hlavice
- sústavy napájania magnetrónu. [3]
2. Mikrovlnné vysušovanie v praxi
Obr. 3 Nesprávne uloženie sifónu v sprchovacom kúte kúpeľne
V nasledujúcej časti uvedieme praktický príklad vysušovania objektu novostavby rodinného domu v Kvetoslavove (SR). Pri dokončovacích prácach na stavbe tohto rodinného domu (cca január 2015) vznikla chyba pri inštalácií sifónu potrubia sprchovacieho kúta (Obr. 3), kde vznikla netesnosť a voda, ktorá mala odtekať do odpadovej rúry, sa čiastočne dostávala do podlahovej konštrukcie (máj–november). Skladba podlahovej konštrukcie bola nasledovná:
- železobetónová nosná doska
- izolácia proti zemnej vlhkosti
- tepelná izolácia tvorená polystyrénom
- PE fólia
- vyrovnávajúci betónový poter
- keramická dlažba
Predpokladáme, že voda sa v tejto konštrukcii dostala na úroveň PE fólie alebo až na úroveň izolácie proti zemnej vlhkosti. V oboch týchto prípadoch predpokladáme roznesenie tejto vody po ploche a nasiaknutie vody kapilárnymi silami do muriva, ktoré bolo tvorené tvarovkami Ytong. V čase od júna do novembra bol rodinný dom využívaný sporadicky dvoma majiteľmi, z čoho usudzujeme nie príliš časté používanie sprchovacieho kúta.
V tomto období si majitelia taktiež všimli vlhnutie stien objektu v kúpeľni, na chodbe a v pracovni. Nakoľko nevedeli identifikovať príčinu, používali sprchu aj naďalej. Po zistení príčiny zatekania prestali používať sprchovací kút a kontaktovali firmu Cultural Service s.r.o., s ktorou konzultovali možnosti odstránenia dôsledku zatekania sifónu pomocou mikrovlnného vysušovania. Po obhliadke objektu a vytvorení vlhkostnej mapy (Obr. 4) sa prikročilo k následnej sanácii.
Obr. 4 Vlhkostná mapa objektu rodinného domu vytvorná firmou Cultural Servis po obhladke
Nakoľko nebolo možné vysušovať priamo podlahovú konštrukciu, kvôli tepelnej izolácii a možnosti jej degradácie, rozhodli sme sa vysušovať zvislé steny, ktoré boli zavlhnuté druhotne. Na Obr. 4 môžeme vidieť ako bol situovaný sprchový kút a kde všade a v akých hodnotách bola nameraná vlhkosť pomocou odporového vlhkomeru (Obr. 7), ktorý bol kalibrovaný na meraný materiál. Na obrázku č. 7 môžeme vidieť hodnoty objemovej vlhkosti (zelenou farbou), ktoré boli namerané počas prvej etapy vysúšania muriva, po hodine aktívneho žiarenia. Na obrázku č. 5 sú odfotené zavlhnutia, ktoré vznikli na stenách objektu. Na Obr. 6 je znázornené rozloženie mikrovlnných žiaričov pri poškodenej stene. Po zohriatí horizontálnych konštrukcií na maximálnu odporúčanú teplotu sa pokračovalo ďalej, premiestnením žiaričov do inej časti budovy a opätovným zahrievaním konštrukcií. Jeden cyklus prístroja pozostáva z 50sekundového zohrievania konštrukcie a 10sekundového chladenia prístrojov, kým sa pri kontrolnom meraní nezistí maximálna prípustná povrchová teplota steny, ktorá je pri odlišných materiáloch rôzna.
Obr. 5 Opadaná omietka v chodbe a v kúpeľni rodinného domu vplyvom vlhkosti
Obr. 7 Meranie vlhkosti pomocou odporového vlhkomera
Obr. 6 Rozmiestnenie žiaričov EM vĺn
Obr. 8 Prekrytie žiaričov elektromagnetických vĺn
Na obrázkoch č. 6 a č. 8 vidíme rozloženie žiaričov elektromagnetických vĺn a ich prekrytie. Obr. 10 znázorňuje prekrytie elektrických spotrebičov, ktoré nemohli byť presunuté, ale musia byť chránené pred EM vlnami. Kontrolné meranie hustoty mikrovĺn v miestnosti, v ktorej nedochádzalo k priamemu vysušovaniu muriva preukázalo, že na displeji dozimetra, vzdialeného cca 2 m od žiaričov je čitateľná hodnota 1,00 mW/cm2, ktorá vyjadruje energiu mikrovĺn na jednotku plochy. Táto hodnota je veľmi priaznivá, ak zoberieme do úvahy, že v Európe môže mobilné zariadenie vyžarovať maximálnu hodnotu 20,00 mW/cm2. Na Obr. 11 môžeme vidieť nárast povrchovej teploty konštrukcie steny na 80,9 °C, spolu so zvýšením vlhkosti konštrukcie na 35,6 %, čo dokazuje rýchly nárast teploty konštrukcie, zohriatie vody v konštrukcií a jej difundovanie do interiéru objektu.
Obr. 9 Prvá etapa sanácie
Tento postup ožarovania sa cyklicky opakoval pri všetkých konštrukciách steny, až kým nedošlo k rovnomernému zohriatiu všetkých stien. Nakoľko nebolo možné vysušovať priamo podlahovú konštrukciu, ale iba zvislé steny, ktoré boli zavlhnuté druhotne, musí sa táto sanácia opakovať. Predpokladá sa vyparenie iba istej časti vody, ktorá sa nachádza v podlahovej konštrukcií. Uvažujeme, že zvyšná časť vody sa nasaje do kapilár po odparení zohriatej vody. Po ustálení vlhkostného stavu (cca 2 týždne) sa sanácia zopakovala v II. etape, ktorá je znázornená na obrázku č. 12, z ktorého je zrejmé, že sa náš predpoklad naplnil a v prvej etape sa vyparilo podstatné množstvo vody z podlahovej konštrukcie. Po zopakovaní sanácie boli namerané výsledné hodnoty vlhkosti muriva, pri ktorých uvažujeme, že sanácia prebehla úspešne. Zvyšná voda, ktorá by sa mohla nachádzať v konštrukcií sa odparí postupne do vnútornej klímy objektu.
Obr. 10 Prekrytie elek. spotrebičov
Obr. 11 Zvýšenie povrchovej teploty konšt.
Obr. 12 Kontrolná etapa merania a sanovaného muriva
3. Záver
Mikrovlnné vysušovanie muriva je jednou z používaných, no menej známych sanačných metód využívaných na vysušovanie zavlhnutého muriva. Ako sme v tomto článku ukázali, takáto metóda je vhodná na pomerne rýchle vysušenie muriva (ale aj iných konštrukcií), bez zbytočných a drahých zásahov do konštrukcií a môže byť praktizovaná s minimálnymi obmedzeniami prevádzky budovy. Využitie tejto metódy môže byť limitované materiálom, ktorý je zabudovaný v konštrukcií a podlieha degradácií pri zvýšení teploty, na čo je potrebné dávať si obzvlášť pozor. Nespornou výhodou okrem času a peňazí je aj to, že mikrovlnné žiarenie zahubí baktérie, alebo plesne, ktoré by mohli alebo vznikli v takejto zavlhnutej konštrukcií. Využitím a optimalizáciu tejto metódy sa momentálne zaoberáme na našej univerzite v spolupráci s firmou Cultural Service s.r.o. , ktorá nám poskytla informácie z praxe a potrebné technické vybavenie.
4. Poďakovanie
Autori ďakujú STU za finančnú podporu v rámci Grantovej schémy na podporu mladých výskumníkov. Taktiež sa chceme poďakovať firme CULTURAL SERVICE s.r.o. za praktickú ukážku a odborný výklad počas vysušovania rodinného domu v Kvetoslavove.
5. Literatúra
- P. N. Cook (1986): T. Lipták (1988): Microwave Principles and System, Chapter 1, Prentice Hall, 1986
- E. K. Haque (1999): Microwave energy for mineral treatment processes, International Journal of Mineral Processing, Volume 57, Issue 1, pg. 1–24, 1999, [8. január 2016]
http://www.scopus.com/record/display.uri?eid=2-s2.0-0032855618&origin=resultslist&sort=plf-f&cite=2-s2.0-0032855618&src=s&imp=t&sid=C8C7198A4DACE2EFDCE8C60E4F8273E7.53bsOu7mi7A1NSY7fPJf1g%3a30&sot=cite&sdt=a&sl=0 - M. Novotný, P. Zejda (2003): Možnosti využití mikrovlnného záření při vysuošení cihlového zdiva. Sanace a rekonstrukce staveb. Brno: Tiskárna BEKROS 2003, pg. 185–189, ISBN 80-02-01538-X
- Cultural service s.r.o. (2015): Mikrovlnná technologie v praxi [9. október 2015 http://www.cultural-service.sk/vysusovani-zdiva
The cause of moisture in the masonry could by different. By old historical buildings is the problem in absence of hydro-insulation, which was made by flat stones or clay backfill. New buildings have a lot defect by application (for example: pipes penetration, join) or wrong design of hydro-insulation, which are the point infiltration of water in to the construction. This problems are made by wrong projection of hydro-insulation in the project. The project does not reflect all influences of the water. But they are also another cases, which can happened like river floods, flood by the neighbour. In those cases it is demanding to dry the building as soon as possible, to protect the property from the mold and return the function of the building. One of the method, which is suitable for this solution is microwave dehumidification, which realize all conditions in one. This aim include also the practice example of the microwave sanitation technique, used by dehumidification masonry, and the positive results.