sposób użytkowania a klasa użytkowania

Wilgotność a sposób użytkowania

O ile norma EN 1995 w sposób jednoznaczny charakteryzuje poszczególne klasy użytkowania (KLU), o tyle nie istnieją już dokładne wytyczne, dzięki którym projektant może łatwo ocenić, jaką klasę wybrać dla konkretnego sposobu użytkowania. W przypadku, gdy projekt nie opisuje klimatu wewnętrznego budynku, możemy napotkać na problem doboru odpowiedniej klasy użytkowania zgodnie z normą.  Postaram się w tym artykule w pierwszej kolejności przybliżyć znaczenie problemu wpływu wilgotności na konstrukcje drewnianą, przedstawiając odpowiednie badania, a następnie postaram się odpowiedzieć na pytanie: jaką klasę użytkowania powinniśmy założyć w projekcie w przypadku konkretnych sposób użytkowania budynków.

Przypomnijmy klasy użytkowanie zdefiniowane w EN 1995.

Klasa użytkowania 1
– są to takie warunki użytkowania, w których przy temperaturze 20 °C, wilgotność względna powietrza przekracza 65% tylko przez kilka tygodni w roku
tzn. przeciętna wilgotność drewna iglastego nie przekracza 12%

Klasa użytkowania 2
– są to takie warunki użytkowania, w których przy temperaturze 20 °C, wilgotność względna powietrza przekracza 85% tylko przez kilka tygodni w roku
tzn. przeciętna wilgotność drewna iglastego nie przekracza 20%

Klasa użytkowania 3
– są to takie warunki użytkowania powodujące wyższą wilgotność drewna niż w klasie 2

Wpływ wilgotności na konstrukcję drewnianą.

Na początek przybliżę wyniki pracy „Ocena szkód w konstrukcjach nośnych z drewna klejonego o dużych rozpiętościach”,  której autorami są Andreas Gamprea, Philipp Dietsch, Michael  Merk i Stefan Winter, przeprowadzoną w latach 2010-2011 i 2013-2014. Autorzy w badaniu dowiedli, że większość szkód powstaje pod wpływem dużych wahań wilgotności wewnątrz badanych budynków. Amplituda wilgotności powodująca pęcznienie i kurczenie się włókien, prowadzi do powstawania rys. Nie bez znaczenia pozostaje również wpływ szybkości tych zmian, które są oczywiście zależne od pór roku oraz niewłaściwego sposobu użytkowania.

Diagram nr 1 przedstawia rodzaje szkód, które udało się rozpoznać w 307 obiektach.

Diagram nr 1. Rodzaje szkód
Diagram nr 1. Rodzaje szkód

Diagram nr 2 przedstawia przyczyny szkód, które udało się rozpoznać w 304 obiektach.

Diagram nr 2. Przyczyny szkód
Diagram nr 2. Przyczyny szkód

Jak widać na powyższych diagramach kołowych, prawie połowa szkód jest powodowana przez zbyt wysoką lub zbyt niską wilgotność drewna. Wilgoć zawarta w powietrzu jest absorbowana przez zewnętrzne warstwy włókien drewna, powodując lokalne zwiększenie naprężeń ścinających. Wskutek wzrostu naprężeń dochodzi do przekroczenia ich wytrzymałości – co widać w postaci rys.

To samo badanie informuje nas o jeszcze ciekawej kwestii, którą przedstawia kolejne zestawienie.

Diagram nr 3. Odpowiedzialność za szkody
Diagram nr 3. Odpowiedzialność za szkody

Jak widać aż 58% szkód powstało w następstwie błędów projektowych lub braku wystarczającej wiedzy i badań w czasach, gdy budynki te były realizowane. Mamy o czym myśleć 🙂

Obserwacje.

Pływalnie

W tych obiektach obserwuje się najmniejsze wahania wilgotności. Szereg instalacji zachowuje w miarę stałą w czasie temperaturę i wilgotność powietrza. Istnieje oczywiście moment, w którym basen należy wyłączyć z użytkowania, aby przeprowadzić konserwację. Będzie to moment zwiększonego prawdopodobieństwa wystąpienia rys, jeśli wyziębianie i zmiana wilgotnbości nastąpi zbyt szybko. Najczęściej szkody będą pojawiać się w okolicy styku dźwigarów z warstwą dachową, ponieważ tam będzie dochodziło do kondensacji pary wodnej.

Lodowiska

Lodowiska dzielą się na całkowicie bez ścian, częsciowo osłonięte ścianami, oraz posiadające wszystkie ściany.

W całkowicie otwartych lodowiskach, może dojść do kondensacji pary wodnej na dźwigarach, wskutek ogrzewania konstrukcji przez odbite promienie słoneczne od lodowiska. Zimne powietrze znad lodowiska będzie miało styczność z ogrzaną konstrukcją.

Częściowo otwarte hale są w porównywalnym stopniu zagrożone kondensacją, tym razem jednak bardziej ze względu na ograniczoną możliwość cyrkulacji powietrza.

W przypadku całkowicie zamkniętych lodowisk, trzeba rozdzielić je na nieklimatyzowane i klimatyzowane. W przypadku klimatyzowanych występuje mniejszy wpływ warunków zewnętrznych. Jednak należy zwrócić uwagę na to, iż trybuny zazwyczaj są ogrzewane ciepłym powietrzem. Wskutek wymieszania się tych dwóch mas powietrza może dochodzić do kondensacji po stronie dolnej dźwigarów zlokalizowanych nad trybunami.

Ujeżdżalnia koni

Hale ujeżdżalni koni mogą być zarówno zamknięte jak i otwarte.

W przypadku otwartych hal najczęściej nie stosuje się ogrzewania. Warunki w jakich przyjdzie pracować dźwigarom są zależne od warunków zewnętrznych.

W przypadku zamkniętych hal, większą rolę odgrywa okresowo włączana instalacja zraszająca grunt, która powoduje wzrost wilgotności.

Hale sportowe

Obiekty te są najczęściej ogrzewane i utrzymuje się w nich stała temperatura ok. 20 °C i wilgotność wzgl. około 50%. W nich dzięki regularnemu wietrzeniu, lub wentylacji mechanicznej nie występuje szczególne zagrożenie zawilgoceniem dźwigarów.

Hale produkcyjne

W przypadku hal produkcyjnych najwięcej zależy od technologii danej produkcji, która zakłada z góry daną temperaturę i wilgotność powietrza. W tym przypadku należy dokładnie określić wpływ procesu produkcyjnego na klimat wewnątrz hali.

Hale w rolnictwie

Tutaj możemy wymienić obiekty takie jak: obory, magazyny na siano, słomę czy zboża oraz hale maszynowe. Najczęściej będą to hale nieogrzewane, częściowo lub całkowicie otwarte. W przypadku obór będziemy mieli do czynienia z podwyższoną wilgotnością, ze względu na duże zagęszczenie zwierząt. W przypadku magazynów przechowujących produkty ulegające zepsuciu, ważnym będzie zachowanie stałej naturalnej wentylacji.  Zgodnie z przewidywaniami, powinno się uwzględnić stale podwyższoną wilgotność drewna.

Magazyny

Magazyny to najczęściej zamknięte i ocieplone, czasem również ogrzewane obiekty. Mogą występować również jako częściowo otwarte. Tutaj podobnie jak w przypadku hal produkcyjnych, należy szczegółowo określić klimat wewnątrz hali.

Wyniki

Poniżej znajdują się wyniki pomiarów wilgotności drewna  dla różnych rodzajów hal.

Diagram nr 4. Wilgotność drewna w zależności od sposobu użykowania
Diagram nr 4. Wilgotność drewna w zależności od sposobu użytkowania

Diagram nr 5 przedstawia pogrupowane wyniki pomiarów według projektowanych klas użytkowania.

Diagram nr 5. Wyniki pomiarów wilgotności w zależności od projektowanej klasy użytkowania.
Diagram nr 5. Wyniki pomiarów wilgotności w zależności od projektowanej klasy użytkowania.

Jak widać na powyższych wykresach, wyniki pomiarów wilgotności drewna w obiektach zaprojektowanych w pierwszej klasie użytkowania, wykazują silne rozproszenie przy wartości średniej wynoszącej 10,7 %.  Dźwigary w obiektach 2-giej klasy użytkowania wskazują na mniejsze rozproszenie wyników przy średniej wartości 14,9 %. W przypadku obiektów w 3 klasie użytkowania, zgodnie z oczekiwaniami uzyskano największe rozproszenie wyników przy najwyższej średniej wynoszącej 22,4 %.

Jednocześnie autorzy badań piszą:

„Wilgotność drewna w zamkniętych i ogrzewanych budynkach jest z reguły bardzo niska. Gdyby z badań usunąć obiekty, które ze względu na wadliwe wykonawstwo lub wadliwie zaprojektowane przegrody wykazały zwiększoną wilgotność drewna, wówczas średnia wartość dla zamkniętych i ogrzewanych obiektów wynosiłaby mniej niż 10%.”

Zalecenia dla projektantów, wykonawców i użytkowników.

Na etapie projektowania konstrukcji (KLU 1) należy szczególnie uważać, aby nie doprowadzić do rozszczepienia włókien wskutek zmniejszania i zwiększania swojej objętości. Najbardziej krytycznym momentem dla konstrukcji drewnianych jest pierwsza zima po zamknięciu obiektu. Wówczas należy zwrócić szczególną uwagę, aby w wyniku ogrzewania budynku nie doprowadzić do zbyt szybkiego i zbyt mocnego zmniejszenia wilgotności względnej powietrza. Również przy produkcji, transporcie jak i podczas montażu, należy dochować wszelkich starań, aby wilgotność drewna zbytnio nie odbiegała od przyszłych warunków użytkowania. Należy dochować wszelkich starań aby elementy drewniane chronić przed deszczem oraz unikać wody stojącej na elementach.

Do drugiej grupy można zaliczyć obiekty projektowane w drugiej i trzeciej klasie, gdzie wahania wilgotności powietrza zależą w większości od warunków otoczenia.  Amplituda wilgotności drewna w halach zamkniętych i konstrukcyjnie zaizolowanych, w wyniku zmian pór roku wynosi około 4%. W przypadku ujeżdżalni koni wpływ na wilgotność ma często instalacja zraszająca, która w połączeniu z zimnym powietrzem  powoduje wykraplanie się wilgoci na powierzchniach dźwigarów. W tym przypadku zaleca się, aby instalacje natryskująca uruchamiane zimową porą, stosować gdy jest to absolutnie niezbędne dla jazdy konnej.  W przypadku magazynów, należy zwrócić uwagę na towary, który mogę lokalnie zwiększyć wilgotność drewna np. poprzez ułożenie ich w sposób ograniczający cyrkulację powietrza. W przypadku lodowisk największa zmiana warunków otoczenia występuje w momencie jego uruchomienia po letniej przerwie.

Podsumowanie

Nie zależnie od wyników badań, zawsze należy brać pod uwagę konkretny przypadek projektowy!
Mam nadzieje jednak, że mój artykuł rzucił trochę światła na korelację sposobu użytkowania i doboru odpowiedniej klasy użytkowania. Aby ułatwić Wam pracę przygotowałem specjalną tabelę streszającą wyniki pomiarów dostępną pod tym linkiem. Dodatkowo jest na stałe do ściągnięcia w dziale narzędzia.

To tyle na dziś, kończę już i tak przy długi wywód 🙂

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

%d bloggers like this: