Wilgotność w budynku

Fot. Politechnika Łódzka
Efektem korozji biologicznej jest deterioracja obiektów budowlanych, jak i zagrożenia zdrowotne użytkowników pomieszczeń wynikające z nadmiernego rozwoju czynników biologicznych i obecnością ich metabolitów w środowisku. Widocznym skutkiem biodeterioracji są zmiany struktury, przebarwienia, wżery, wybrzuszenia, łuszczenie powłok malarskich, jak również zmiany właściwości mechanicznych. Powodowane są one przez różne czynniki biologiczne: grzyby pleśniowe, grzyby domowe, bakterie czy glony, z których największe znaczenie mają pleśnie.

Nadmierny rozwój tych organizmów w pomieszczeniach zamkniętych spowodowany jest zwykle podwyższoną wilgotnością względną powietrza i długotrwałym zawilgoceniem powierzchni budynku. Jest to skutek wielu błędów na etapie projektowania, budowy i eksploatacji budynków, jak również sposobu użytkowania pomieszczeń.

Obecność wody jest kluczowym czynnikiem decydującym o zanieczyszczeniach biologicznych w budynku, regulującym przeżywalność i rozmnażanie mikroorganizmów.

Większość mikrobiologów używa terminu aktywność wody do określenia dostępności wody w określonym substracie. Wskaźnik aktywności wody aw, definiuje się jako stosunek prężności par nad materiałem do prężności par nad czystą wodą. Aw materiału pozostającego w równowadze z powietrzem o określonej wilgotności względnej WWP odpowiada w przybliżeniu wartości WWP/100. Do określenia wilgotności materiałów budowlanych używa się również wartości wilgotności masowej (Wm). Ze względu na ten parametr dokonano następującego podziału murów: ściany o dopuszczalnej wilgotności (Wm 0–3%), ściany o podwyższonej wilgotności (Wm 3–5%), ściany średnio zawilgocone (Wm 5–8%), ściany mocno zawilgocone (Wm  8–12%), ściany mokre (Wm>12%).

Jednak materiały budowlane mogą absorbować z atmosfery różne ilości wody. Materiały o takiej samej wilgotności masowej mogą mieć inne wartości aw. W związku z tym wartość wilgotności masowej nie zawsze dobrze opisuje status wilgotnościowy materiału budowlanego. Przy wilgotności względnej powietrza 80% (a_w = 0,8) wilgotność masowa drewna może wynosić 17%, tapety papierowej 11%, zaprawy cementowej 1%, cegły 0,1–0,9%, płyty gipsowej 0,7%. Przy dostępności do substancji organicznej wszystkie wymienione materiały w warunkach a_w = 0,8 są podatne na kolonizację przez grzyby mimo skrajnie różnych wartości wilgotności masowej. Duże lokalne wahania przepływu powietrza i temperatury na powierzchni (szczególnie mostki termiczne) generują w danym miejscu pomieszczenia mikroklimaty z bardzo wysoką aw, nawet w pomieszczeniach o niskiej WWP. Ponadto parametry fizyczne w budynku, w tym wilgotność i temperatura nie są stałe. Dlatego jednorazowy pomiar jedynie wilgotności względnej powietrza w pomieszczeniu nie jest wystarczający do określenia stanu wilgotnościowego przegrody budowlanej i prognozowania, czy nastąpi rozwój mikroorganizmów.

Rodzaj organizmów	Warunki wzrostu
	Wilgotność materiału	Wilgotność powietrza	Temperatura
Bakterie	Materiały mokre aw 0,95–0,99	>97% WWP	–5–60°C
Grzyby pleśniowe	Średnia wilgotność materiału zależna od czasu, temperatury i gatunku aw 0,75–0,9	>75% WWP	0–50°C
Grzyby domowe	>25–60% wilgotności masowej w zależności od czasu, temperatury, materiału i gatunku aw 0,95–0,97	>96% WWP	3–40°C w zależności od gatunku
Glony	Materiały mokre	Brak danych	0–45°C

Tabela 1. Wymagania klimatyczne mikroorganizmów w budynku

Każdy organizm posiada własne wymagania odnośnie minimalnej wilgotności materiałów, niezbędnej do zainicjowania rozwoju i dalszego wzrostu. Na podstawie przeglądu literatury, w tabeli 1 przedstawiono szeroki zakres parametrów, przy których możliwy jest wzrost organizmów, świadczący o ich dużych zdolnościach adaptacyjnych.

Nieliczne badania dotyczą występowania bakterii w pomieszczeniach mieszkalnych. Optymalna aw dla bakterii wynosi ok. 0,99, ale minimalna np. dla Staphylococcus aureus 0,86. Głównym źródłem tych organizmów w pomieszczeniach jest człowiek. Spośród bakterii wyizolowano gramdodatnie rodzaje Bacillus, Paenibacillus, Arthrobacter, Mycobacterium oraz promieniowce Streptomyces, jak również gramujemne Agrobacterium i Stenotrophomonas. Z obiektów po powodziach izolowane były również bakterie chorobotwórcze z rodziny Enterobacteriaceae.

Większość grzybów z gromady Basidiomycota rozkładających drewno należy do organizmów hydrofilnych, a ich wzrost następuje przy aw materiału około 0,97. Dla Coniophora puteana optymalna zawartość wody w materiale to 50–60%, natomiast minimum to 24%, dla Serpula lacrymans zakres optymalny to 27–30%, zaś minimalna wartość 20% wilgotności masowej. Gatunki te jednak nie rozwijają się na ekstremalnie mokrym drewnie powyżej 90% wilgotności masowej.

Grzyby pleśniowe na podstawie minimalnej wartości aktywności wody podzielono na kserofile, preferujące środowiska o małej zawartości wody i hydrofile, występujące w środowiskach o dużym zawilgoceniu (tabela 2).

Grupa	Gatunek	Minimalna aw w 25°C
Kserofile ekstremalne Aw<0,75	Aspergillus penicillioides Aspergillus restrictus Aspergillus wentii Eurotium amstelodami Eurotium echinulatum Eurotium repens Wallemia sebi	0,73–0,77    0,71–0,75 0,73 – 0,75 0,71 – 0,76 0,64 0,72–0,74 0,69–0,75
Kserofile umiarkowane Aw 0,75–0,79	Aspergillus flavus Aspergillus sydowii Aspergillus terreus Aspergillus versicolor Paecilomyces variotii Penicillium chrysogenum Penicillium brevicompactum	0,78–0,80 0,78–0,81 0,78 0,75 (0,74)–0,79 0,79–0,84 0,78–0,81 (0,85) 0,78 0,82
Kserofile słabe Aw 0,8–0,89	Alternaria alternata Absidia corymbifera Aspergillus fumigatus Aureobasidium pullulans Cladosporium cladosporioides Cladosporium herbarum Epicoccum nigrum Fusarium moniliforme Mucor plumbeus Penicillium citrinum Penicillium expansum Penicillium viridicatum Ulocladium chartarum	0,85–0,88 0,88–0,89 0,85–0,94 0,87–0,89 0,86–0,88 (0,83–0,84) 0,85–0,88 0,86–0,9 0,89–0,91 0,87–0,93 0,80–0,82 0,82–0,85 0,81 0,89
Hydrofile Aw>0,9	Botrytis cinerea Geomyces pannorum Neosartoria fisheri Rhizopus stolonifer Stachybotrys chartarum Sisitotrema brinkmannii Verticillium lecanii Acremonium murorum	0,93–0,95 0,92 0,93 0,93 0,94 (0,91–0,93) 0,96–0,97 0,95 0,96

Tabela 2. Wymagania wilgotnościowe grzybów pleśniowych

W budynku rozprowadzenie wilgoci w materiale budowlanym rzadko jest równomierne. Różne regiony przegrody budowlanej, elementy konstrukcyjne, mają inne wartości aw i w związku z tym następuje selekcja mikroorganizmów zasiedlających poszczególne mikronisze. W miarę wysychania przegród budowlanych zmienia się skład jakościowy mikroorganizmów. Im dłuższy czas mija od zawilgocenia tym mniej gatunków jest wykrywanych. Wymagania grzybów, co do zawartości wilgoci w podłożu zależą nie tylko od gatunku, ale też od temperatury oraz podłoża, na którym one rosną. Zwykle pomalowanie ściany farbą emulsyjną zawierającą pochodne celulozy, powoduje, że grzyby mogą się rozwijać na takiej powierzchni przy niższym zawilgoceniu niż na analogicznym materiale, ale bez powłoki malarskiej. Obniżenie temperatury sprawia, że grzyby do swojego wzrostu wymagają wyższej wilgotności.

Naturalnie zmieniająca się ilość wody w przegrodzie budowlanej poprzez wysychanie, bądź zwiększające się zawilgocenie powoduje, że następuje sukcesja kolejnych organizmów kolonizujących powierzchnię. Zmienia się w związku z tym skład jakościowy i ilościowy poszczególnych gatunków. Na podstawie obserwacji w środowisku naturalnym oraz badań laboratoryjnych określających minimalną wartość aktywności wody dokonano klasyfikacji grzybów kolonizujących materiały budowlane na pierwszo-, drugo- i trzeciorzędowych kolonizatorów (tabela 3). Oczywiście podział ten jest umowny i jeśli materiał zostanie zawilgocony w bardzo dużym stopniu (aw>0,9) to zostanie skolonizowany w pierwszej kolejności przez hydrofilne gatunki należące do trzeciorzędowych kolonizatorów, które w sukcesji staną się pierwszorzędowymi.

Zawartość wilgoci w materiale	Kategoria
Niska (aw<0,8, WWP<80%)	Pierwszorzędowi kolonizatorzy Aspergillus versicolor (w 25°C) Penicillium brevicompactum Penicillium chrysogenum Eurotium sp.
Średnia (aw 0,80–0,90, WWP 80–90%)	Drugorzędowi kolonizatorzy Cladosporium cladosporioides C.sphaerospermum Aspergillus versicolor (w 12oC)
Wysoka (aw>0,90, WWP>90%)	Trzeciorzędowi kolonizatorzy Mucor plumbeus Alternaria alternata Acremonium sp. Stachybotrys atra Ulocladium consortiale Drożdże (Rhodotorula, Sporobolomyces) Bakterie, promieniowce

Materiał	Wilgotność masowa	Liczba grzybów jtk/100 cm2	Gatunek	Udział %
Cegła	0,1%	4,9 × 103	Penicillium chrysogenum Aspergillus versicolor Acremonium butyri Alternaria tenuisima	69,4 19,6 8,6 2,4
	5–9%	4,2 × 106	Aspergillus versicolor Acremonium butyri Cladosporium cladosporioides Penicillium chrysogenum Aspergillus flavus Acremonium murorum	71,2 24,8 2,02 1,01 0,59 0,42
Tynk pokryty powłoką malarską	0,6%	3,4 × 102	Acremonium strictum	100
	2,6%	6,9 × 104	Cladosporium cladosporioides Aspergillus versicolor	59,4 40,6
	5,5%	4,8 × 105	Acremonium butyri Penicillium chrysogenum Alternaria alternata Cladosporium cladosporioides Botrytis cinerea	37,5 33,3 15,8 10,4 3,0
	7,2%	1,6 × 102	Acremonium butyri Chaetomium sp. Aspergillus sydowii Penicillium chrysogenum	68,8 18,8 6,3 6,1
	7,8%	9,9 × 105	Acremonium butyri Aspergillus versicolor	88,9 11,1
Tynk pokryty tapetą	2,5%	2,1 × 107	Stachybotrys atra	100
	3,0%	5,0 × 105	Stachybotrys atra Cladosporium herbarum Aspergillus versicolor Penicillium chrysogenum	80 10 5 5
	7,6%	2,8 × 107	Stachybotrys atra Aspergillus versicolor	96,4 3,6

Tabela 4. Wpływ zawilgocenia materiałów na rodzaj i liczbę grzybów pleśniowych (badania własne)

W przypadku cegły przy niskiej wilgotności masowej tj. 0,1% liczba grzybów pozostawała na dopuszczalnym niskim poziomie 4,9 × 103 jtk/100 cm2, zawilgocenie od 5 do 9% spowodowało, że liczba tych organizmów była znacznie wyższa, a mikroflora bardziej różnorodna. Dominował Aspergillus versicolor, ale liczba gatunków hydrofilnych, jakimi są Acremonium butyrii i A.murorum była wysoka. Tynki będące przedmiotem analizy charakteryzowały się wilgotnością masową od 0,6% do 7,8%. Liczba grzybów pleśniowych na powierzchniach budynków wynosiła od 1,6 × 102 do 9,9 × 105 jtk/100 cm2. Nie stwierdzono jednak prostej zależności między poziomem zawilgocenia a zagrzybieniem. W 60% próbek wykazano jednak dominację gatunków hydrofilnych, należących do rodzaju Acremonium i Cladosporium. Tynk pokryty tapetą charakteryzował się zawilgoceniem od 2,5% do 7,6%. Liczba grzybów we wszystkich trzech próbkach była wysoka i wynosiła od 5,0 × 105 do 2,8 × 107 jtk/100 cm2. W tym przypadku zaobserwowano specyficzność substratową grzybów, dominował bowiem Stachybotrys atra, hydrofilny gatunek celulolityczny.

Podsumowanie
Z danych literaturowych i badań własnych wynika, że wilgotność materiału, jak również wilgotność względna powierza jest najważniejszym czynnikiem decydującym o składzie ilościowym i jakościowym mikroorganizmów w budynku. Poziom zawilgocenia budynku bardziej wpływa na skład gatunków grzybów pleśniowych niż na intensywność ich namnożenia. Rozwój grzybów jako czynnika korozji biologicznej jest skutkiem kompleksowego oddziaływania, obok wilgotności, rodzaju materiału, jego składu chemicznego i dostępności źródła węgla.

dr inż. Małgorzata Piotrowska
prof. dr hab. Zofia Żakowska
Politechnika Łódzka, Instytut Technologii Fermentacji i Mikrobiologii, literatura
dostępna u autora:
malgorzata.piotrowska@p.lodz.pl


CZYTAJ WIĘCEJ

Ochrona elewacji budynków narażonych na wzmożone działanie wilgoci

---