Materiály pro pasivní regulaci vlhkosti mohou řešit vlhkostní špičky

Doporučovaná úroveň relativní vlhkosti ve vnitřním prostředí se pohybuje mezi 40 a 60 %. Vyšší vlhkost představuje riziko růstu plísní a kondenzaci par a vzduch je lidmi vnímán jako těžký. V místech, kde se nárazově hromadí větší množství osob, jako jsou čítárny, učebny nebo konferenční místnosti, dochází k nadměrnému zvyšování vzdušné vlhkosti. Ani instalovaný větrací systém nemusí být schopen tak velké množství vodní páry účinně odvést. Dimenzovat větrání podle krátkodobých špiček navíc není obvykle ekonomické.

Právě v takových situacích nachází uplatnění materiály pro pasivní regulaci vlhkosti. Pracují autonomně a zpravidla nevyžadují žádný přívod energie. Při zvýšené vlhkosti jsou schopny vodní páru absorbovat a při změně okrajových podmínek ji opět vypouštět. Uvolňování naakumulované vlhkosti (neboli regenerace), může probíhat pomocí přívodu suchého vzduchu nebo zahřátím materiálu. Jejich začlenění do interiéru napomáhá snižovat výkyvy relativní vlhkosti a tím zvyšovat kvalitu prostředí a životnost budov.

Materiály musí splňovat určité požadavky

Obr. 1 Sorpční izoterma materiálu pro regulaci vlhkosti. Zdroj: archiv autora.

Sorpční izoterma materiálu, tedy křivka, která udává závislost absorpce a desorpce vodní páry na relativní vlhkosti při konstantní teplotě a tlaku, musí mít vhodný tvar. Absorpční izoterma by měla prudce stoupat při relativní vlhkosti vyšší než 60 %, zatímco desorpční izoterma klesat v okolí 40 %. Zároveň by měl mít materiál vysokou sorpční kapacitu, nízkou teplotu regenerace a schopnost opakovat absorpční a desorpční cykly. [1]

Běžně používané vysoušecí materiály, jako například silikagel, nejsou pro tyto účely ideální. Vyžadují vysokou teplotu regenerace a jejich sorpční vlastnosti zpravidla neodpovídají požadovanému rozsahu relativní vlhkosti. V současnosti jsou předmětem výzkumu speciální porézní polymery s kovovými ionty (anglicky metal-organic networks neboli MOFs), které vynikají vysokou schopností vázat plyny.

Nové materiály mají násobně lepší vlastnosti než dřevo nebo sádra

Vědecký tým z Dánské technické univerzity [1] vyvinul nový materiál na bázi MOF a zkoumal jeho chování v různých klimatických podmínkách. Tento materiál má vysokou sorpční kapacitu, dokáže pojmout až 1,62 g vodní páry na 1 g vlastní hmotnosti po umístění do prostoru s relativní vlhkostí 80 %. Dokáže absorbovat 45 × více vlhkosti než lepené lamelové dřevo a 36 × více než sádra.

Pro ověření chování v různých klimatických oblastech byly provedeno pět numerických simulací. Cílem bylo zjistit, do jaké míry dokáže materiál regulovat vlhkost v místnosti v závislosti na ročních klimatických datech. V simulované místnosti byl umístěn zdroj vlhkosti a panel z materiálu a všechny ostatní konstrukce byly uvažovány jako parotěsné. Teplota byla udržována jako konstantní.

Výsledky ukázaly, že materiál dokáže účinně stabilizovat relativní vlhkost a udržet ji v požadovaném rozmezí ve většině klimatických podmínek. Nejlépe pracuje v sušších klimatech, kde nedošlo k překročení relativní vlhkosti 65 % a materiál byl zcela regenerován při nočním větrání.

Ve vlhčích klimatech došlo ke snížení frekvence vlhkostních špiček, avšak v některých dnech byla noční vlhkost vzduchu tak vysoká, že neumožnila úplnou regeneraci materiálu. Při použití nízkoteplotního ohřevu (60 °C) bylo možné materiál plně regenerovat. Pro extrémně vlhké klima autoři doporučují aktivní regeneraci ohřevem, případně zvýšení množství materiálu v místnosti.

Simulace tedy ukazují, že materiál omezil prudké výkyvy vlhkosti ve všech klimatických podmínkách, ale způsob regenerace se jim musí přizpůsobit.

Švýcarské obkladové kazety vyráběné 3D tiskem

Zajímavé řešení vzniklo ve Švýcarském federálním technologickém institutu v Curychu [2]. V souladu s principy cirkulární ekonomiky byl vyvinut obkladový materiál, jehož základem je jemný odpadní prášek z mramorových dolů a geopolymer sloužící jako pojivo. Panely byly vyrobeny speciální metodou 3D tisku, kdy se střídají vrstvy sypaného mramorového prášku a geopolymeru.

Chování materiálu bylo ověřeno simulací místnosti čítárny pro 15 osob po dobu jednoho roku. Autoři sledovali, jak často hodnota relativní vlhkosti překročila doporučené rozmezí 40 až 60 %. Hodnocení vycházelo z indexu nepohodlí vyvinutého autory studie, který vyjadřuje vliv příliš vysoké nebo nízké relativní vlhkosti na komfort uživatelů. Po obložení stěn a stropu obkladovým materiálem došlo ke snížení indexu o 75 % v porovnání s běžně omítnutými povrchy. Ve srovnání s ventilačním systémem, který by zajistil stejnou úroveň odvlhčení, má toto řešení výrazně nižší uhlíkovou stopu a představuje tak šetrnější alternativu.

Obr. 2 Obkladová kazeta z mramorového prášku a geopolymeru: a) řez materiálem, b) 3D tisk kazety, c) schéma principu 3D tisku, d) a e) dokončená kazeta, f) 3D model kazety. Zdroj: [2].

Obkladové cihly s hydrofobním antifungálním povrchem

Kromě zkoumání hygroskopických vlastností materiálů je rovněž důležité posoudit odolnost materiálu vůči biologickému napadení. Na šanghajské univerzitě byly vyvinuty obkladové cihly se snadno čistitelným povrchem a zvýšenou odolností proti plísním [3].

Cihly vznikají procesem slinování sepiolitu a chloridu vápenatého. Jejich povrch je speciálně upraven a tvoří superhydrofobní vrstvu. Ta je odolná proti otěru, má antifungální vlastnosti a snadno se čistí. Obklady lze navíc barvit komerčními barvami nebo je opatřit tištěnými vzory. Materiál byl experimentálně ověřen ve dvou modelových domech. Přispěl ke snížení výkyvů relativní vlhkosti o 20 % ve srovnání s referenční stavbou.

Využití přírodních materiálů

Obr. 3 Testování různých materiálů v testovací místnosti: a) betonová stěna, b) keramické duté bloky s vápennou omítkou, c) příčka ze sádrokartonu, d) stěna z dusané hlíny. Zdroj: [4].

Schopnost regulovat vlhkost není však výsadou pouze moderních materiálů, hygroskopické vlastnosti vykazují i tradiční přírodní materiály, které se ve stavebnictví používají po staletí. Typickým příkladem jsou hliněné či vápenné omítky nebo stěny z dusané hlíny.

Experimentální měření vědců z ČVUT zkoumalo, jak reagují různé materiály na prudké zvýšení vlhkosti v obytné místnosti [4]. Taková situace nastane například při sprchování nebo zvýšeném výskytu osob. V rámci experimentu byla v testovací místnosti po ustálení podmínek prudce zvýšena relativní vlhkost na 90 % a následně byla její hodnota sledována po dobu osmi hodin.

Nejlepších výsledků bylo dosaženo s panelem z dusané hlíny, který na konci měřeného intervalu snížil relativní vlhkost o 34 %. Již po jedné hodině vlhkost klesla o 18 %, stejného efektu dosáhnou běžné stavební materiály až za 8 hodin. Velmi dobře na tom byly také nepálené cihly s osmihodinovým rozdílem 30 % a hliněná omítka s 27 %.

Přírodní materiály obecně vykazují menší uhlíkovou stopu než uměle vyrobené hygroskopické materiály, nicméně jejich sorpční kapacita je obvykle nižší. Výsledné vlastnosti výrobku také výrazně ovlivňuje jeho konkrétní složení. Hliněné omítky například často obsahují písek, který snižuje schopnost absorbovat vodní páru.

Podpůrná technologie, nikoli náhrada větrání

V porovnání s větracími systémy nebo strojním odvlhčováním mají tyto materiály zpravidla nižší účinnost a nelze je dynamicky řídit. Zároveň je z interiéru kromě vlhkosti nutné odvádět i vydechované CO₂ a další škodliviny. Jejich význam tedy nespočívá v nahrazení větrání, ale spíše v jeho doplnění.

Představují řešení s nízkou uhlíkovou stopou, bez spotřeby energie a s dobrou recyklovatelností. Přispívají ke stabilnímu a příjemnému vnitřnímu prostředí zejména tam, kde dochází ke krátkodobým špičkám produkce vlhkosti.

Literatura

1. QIN, Menghao et al. Precise humidity control materials for autonomous regulation of indoor moisture. Online. Building and Environment. 2020, roč. 169, s. 106581. ISSN 0360-1323. Dostupné z:
   https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2019.106581.
2. POSANI, Magda et al. Low-carbon indoor humidity regulation via 3D-printed superhygroscopic building components. Online. Nature Communications. 2025, roč. 16, č. 1. ISSN 2041-1723. Dostupné z:
   https://doi.org/10.1038/s41467-024-54944-1.
3. LIU, Xiaopeng et al. Colorful Wall-Bricks with Superhydrophobic Surfaces for Enhanced Smart Indoor Humidity Control. Online. ACS Omega. 2019, roč. 4, č. 9, s. 13896-13901. ISSN 2470-1343. Dostupné z:
   https://doi.org/10.1021/acsomega.9b01588.
4. DIVIŠ, Jakub a RŮŽIČKA, Jan. The Influence of Clay Structures to the Hygrothermal Component of the Indoor Environment. Online. Materials. 2022, roč. 15, č. 5, s. 1744. ISSN 1996-1944. Dostupné z:
   https://doi.org/10.3390/ma15051744.