Wilgotność drewna

W co najmniej 90% wilgotność jest powodem wszystkich problemów z jakimi boryka się branża parkieciarska. Problemy te wynikają z braku fundamentalnej wiedzy do-tyczącej procesów zachodzących między drewnem a wilgocią, no i z rzadka z powodu rutyny. Każdy parkieciarz przeżył zabawę w kotka i myszkę, jaka rozgrywa się między drewnem a wodą (wilgocią). Wielu z tego powodu miało znaczące problemy finansowe inni zgoła życiowe, gdy drewno pęcznieje lub się kurczy. Szuflada drewniana, czy drewniane drzwi w styczniu przesuwają się gładko a drzwi zamykają cicho. We wrześniu jest już inaczej, szuflada się blokuje a drzwi zamyka-ją się ciężko i hałaśliwie Jest to znany przykład na zmianę stabilności formy drew-na w wyniku zmiany wilgotności otoczenia. W wyniku wilgotności występują także inne plagi, jak zmiana barwy drewna w wyniku ataku pleśni lub grzybów, błędy kleje-nia, jak również zmiana gabarytów są najbardziej znanymi i najcięższymi problemami branży parkieciarskiej.


 

WILGOTNOŚĆ RÓWNOWAŻNA

Drewno jest higroskopijne i przez cały czas reaguje na zmiany wilgotności otoczenia. W czasie gdy spada wilgotność względna otoczenia, woda związana w drewnie jest wyda-lana do suchego otoczenia, drewno wysycha — kurczy się. Gdy wilgotność otoczenia wzrasta, ścianki komórek wypełniają się wodą z otoczenia, drewno „moknie” – pęcznieje. Natomiast gdy wilgotność względna otoczenia drewna pozostaje przez
dłuższy czas na jednym poziomie, drewno uzyskuje wilgotność równoważną z otaczającym go powietrzem, dokładniej mówiąc z wilgotnością tego powietrza. W tym stanie drewno ani nie oddaje wilgoci do otoczenia, ani też nie przyjmuje jej z otoczenia. Związek między wilgotnością względną powietrza, a ilością „wolnej” wody w drewnie przedstawia poniżej tabela. Nie jestem miłośnikiem nauki na pamięć, myślę jednak, … (cdn pod tabelą)

Związek miedzy wilgotnością względna powietrza a iloscią "wolnej" wody w drewnie
Związek miedzy wilgotnością względna powietrza a iloscią „wolnej” wody w drewnie

… że każdy pracujący z drewnem rzemieślnik powinien przyswoić sobie podstawowe parametry z powyższej tabeli. Jako dobry wstęp należałoby zapamiętać, że drewno europejskie przy wilgotności względnej otoczenia 50% osiąga zasadniczo wartość 9%, zaś przy spadku tej wilgotności do np. 25% wilgotność równoważna drewna osiąga stan 5%, przy 75% wilgotności powietrza drewno uzyska poziom wilgoci odpowiadający 14%.

Krzywa na wykresie zaczyna się zawsze od 0% wilgotności względnej (rH) i 0% wilgotności drewna (oznaczana u0) i kończy przy 100% rH, jest to tzw. Pełne Nasycenie Włókien – PNW) oznaczane jako u100 lub uPNW.

Oczywiście jak wszędzie, tak i tutaj wszystko ma swoje granice. Przy powyższej tabeli należy wymienić także kilka ograniczeń np. wykres pokazuje krzywą PNW sosny, typowego drewna w naszej szerokości geograficznej, która PNW uzyskuje przy około 30%. PNW różni się znacznie przy różnych gatunkach drewna. Przy drewnach z dużą ilością różnych składników, jak np. mahoń albo cyprys, PNW leży w okolicach 22%, zaś dla drewna brzozy wynosi 35% i więcej.

Temperatura ma również znaczący wpływ na wilgotność równoważną drewna. Krzywa na wykresie, od powiada tern pera-turze 20°C, jeżeli jednak wilgotność równoważna spadnie o 1% oznacza to, że temperatura wzrosła o około 15°C. Podczas, gdy krzywe przy 0% wilgoci powietrza i drewna ulegają ciągłej konwergencji – to w wyniku zawartych w drewnie składników i temperatury ulegają ciągłym wahaniom, najmocniej w górnych warstwach krzywej, zbliżonej do PNW .

Poza tym krzywa wilgotności równoważnej (zwana także izotermą sorpcji) w momencie oddawania wilgoci z drewna (desorpcja) leży nieco wyżej niż w trakcie przyjmowania wilgoci (adsorpcja). Ten fenomen nazywa się Hysterezą. Krzywa z wykresu może być przyjęta jako wyznacznik dla klimatu pomieszczenia, lecz jedynie z niewielkimi zmianami parametrów mikroklimatu pomieszczenia.

Warunki klimatyczne powietrza mają wpływ na poziom wilgotności w zamkniętych pomieszczeniach, w szczególności w zimie przy ogrzewaniu podłogowym. Latem przy otwartych oknach i drzwiach klimat wewnątrz pomieszczeń jest zbliżony do klimatu na zewnątrz. Zimą uzyskujemy w pomieszczeniach ogrzewanych ekstremalnie niskie, dolne granice klimatu – wysoką temperaturę oraz niską wilgotność. Przedstawmy sobie dla przykładu styczniową noc, podczas której tempera-tura spada do 0°C. Natura w tej temperaturze dostarcza powietrza o zawartości wody 4,8g/m3. Po przedostaniu się takiego powietrza do mieszkania, zostanie ono ocieplone do 20°C. W tej temperaturze może ono osiągnąć maksymalnie 17,3g wody na m3 powietrza. Ponieważ jednak powietrze, które wpłynęło do mieszkania ma zaledwie 4,8g wody na m3 powietrza, tym samym spada wilgotność powietrza w pomieszczeniu z 50% do około 28%rH. Przenieśmy teraz te wartości do wykresu – zoba-czymy, że drewno surowe nie lakierowane uzyskuje wilgotność około 5,5%. Gdy temperatura będzie wynosiła 18°C, spadnie wilgotność względna do poziomu 4%, to wtedy wilgotność otoczenia drewna spadnie do poziomu 4% rH, a drewno uzyska wilgotność równoważną w tych warunkach na poziomie 1 %. Bez wątpienia nie wystarczające będzie typowe nawilżanie w gospodarstwie domowym jakim są gotowanie, kąpiel, pranie, a także oddychanie, nie mówiąc o wilgoci z drewna, która nawilży powietrze otaczające posadzkę podłogową. Przy zwykłych życiowych czynnościach przeprowadzanych w miesz-kaniu w okresie stycznia i lutego, wilgotność 25% rH nie jest niczym niezwykłym.
Latem zmieniają się te relacje. W lipcu i sierpniu wzrasta temperatura na zewnątrz często do 30°C i wyżej. Przy późno popołudniowych opadach burzowych występujących przez kilka kolejnych dni, wilgotność względna powietrza może osiągnąć nawet 85%. Oznacza to, że m3 powietrza zawiera od 25 do 30g wody. Fundament domu jest postawiony na naturalnym gruncie rodzimym, a w ten sposób jego piwnice rzadko uzyskują temp. 20°C. Tym samym w parne dni sierpnia powietrze, które dostaje się do piwnicy pozostawia tam około 10 gramów wody z każdego m3, podnosząc tym samym wilgotność względną powietrza w piwnicy. Może być także tak, że woda z ciepłego parnego sierpniowego powietrza będzie się skraplała na chłodnych ścianach piwnicy. Powietrze w piwnicy może tym samym osiągnąć 100% wilgotności względnej. W takich warunkach klimatycznych drewno latem osiąga do 25% wilgotności, czyli pełne nasycenie włókien, zaś zimą wysycha ponownie do 5-6%. Taka sytuacja jest typowa w budynku posadowionym na skałach, gdzie w okolicy latem panują wyjątkowo ciepłe i parne dni, zimą natomiast znowu duże mrozy. Należy sobie zdać sprawę z tego naturalnego prze-biegu, że przy niezmiennej absolutnej wilgotności powietrza, spadek temperatury podnosi wilgotność względną otoczenia i odwrotnie podgrzanie powietrza powoduje spadek wilgotności względnej powietrza.

Takie roczne ekstremalne sytuacje wilgotnościowe muszą być uśrednione. Niskie wilgotności w okresie zimowym i wczesną wiosną, tylko pozornie wyrównują ekstremalnie wysokie, jednak krótko działające wartości wilgotności powietrza latem.

Dlatego właśnie najbardziej odpowiednie dla środkowo -europejskiego klimatu jest utrzymywanie w zamkniętych i ogrzewanych pomieszczeniach wilgotności europejskiego drewna na poziomie około 9%.

Aby drewno doprowadzić do tak niskiej wilgotności (doprowadzić poziom wilgotności do owych około 9%) należy je magazynować w odpowiednich magazynach lub sztucznie osuszyć w suszarniach technicznych. Drewno budowlane wystarczy suszyć na powietrzu pod zadaszeniem. W ten sposób osiąga ono wilgotność poniżej 20% i może być stosowane na zewnątrz jako materiał budowlany. W niektórych przypadkach drewno jest suszone, aby obniżyć jego ciężar (transport). Również po to, by zapobiec powstaniu zarodników pleśni czy grzybni, albo rozwojowi niszczących drewno niepożądanych

wilgotnosc drewna01f
wilgotność równoważna, wilgotność względna

organizmów. Drewno suszy się również, aby przyspieszyć jego proces schnięcia mimo, że jego końcowa wilgotność nie będzie niższa od PNW. Biorąc to pod uwagę bardzo istotne są określenia techniczne dotyczące stanu drewna, sposobu jego suszenia np: „technicznie suszone, czyli w komorach suszących -suszarniach”, „powietrznosuche”, czy „suche”. Nie powinno do tych wskazówek podchodzić bez rozeznania, ponieważ określają one stan wilgotności drewna.

Nierozsądnie jest zakładać, iż drewno z suszarni technicznej posiada niezmienną wilgotność, czyli niezmienną suchość i nie podlega żadnym zmianom formy i wymiarów. Niestety, jeżeli takie drewno „suche” będzie przebywało w warunkach nieodpowiednich np.: w zbyt wilgotnym powietrzu, to tym samym drewno, ponownie będzie pobierało drogą absorpcji z powie-trza wodę i wypełniało nią ścianki swoich komórek, a w wyniku nadmiernej wilgotności powodując widoczne zmiany formy i gabarytów. Taka wilgotność nazywa się wilgotnością równo-ważną. Równoważną z powietrzem otoczenia. Badania wykazały, że duże szczelne paczki, złożone z 25 mm desek sosnowych, które były suszone w komorach do poziomu 7-8%, podczas magazynowania ich przez pół roku na świeżym powie-trzu, pod zadaszeniem w przewiewnej szopie, zwiększyły swoją wilgotność do 13-14%.

Płyty wiórowe, płyty OSB czy płyty drewnopochodne oklejane materiałami dekoracyjnymi, w rezultacie stosowanych klejów i innych dodatków, jak też podczas klejenia pod ciśnie-niem w wyniku doprowadzonego ciepła, w toku produkcji mogą zmienić swoją wilgotność równoważną. Przy wilgot-ności względnej 40%, w której drewno uzyskuje około 7,5%, płyty wiórowe uzyskują 7%, płyty OSB 5%, a materiały dekoracyjne nawet 3,5%. Przy różnych gatunkach drewna, przy wilgotności 40%rH wilgotność równoważna może się różnić i wynosi między 6,5% do 8,5%. Bliższe prawdzie by było, gdybyśmy zaczęli mówić wilgotności równoważnej powietrza, zamiast wilgotności równo-ważnej drewna. W ten sposób byśmy zobaczyli, że wilgotność względna powietrza determinuje wilgotność drewna, a nie odwrotnie. Myślenie, że drewno powinno znajdować się w wilgotności równoważnej z wilgotnością względną powie-trza o wartości 40%, jest bardziej uzasadnione, niż twierdzenie, że mój parkiet powinien mieć 7,5% wilgotności.
WPŁYW UŻYTKOWNIKA NA WILGOTNOŚĆ DREWNA

W przypadku drewna wilgotność stanowi niezwykle ważną właściwość, obok takich cech drewna, jak: szerokość pierścieni rocznych, gęstość masy, sękowatość, skręt włókien, sinica itp., których specyfikacja i kontrola nie tylko z technologicznych uwarunkowań, ale także z prawnego punktu widzenia (normy), są dla użytkownika coraz ważniejsze. Istnieje od dawna zasada, że drewno w momencie montażu powinno mieć taką wilgotność, aby w krótkim czasie przyjęło wilgotność odpowiednią do otoczenia. W przypadku drewna budowlanego, rezygnuje się coraz częściej z technicznego suszenia z powodów ekonomicznych i technicznych. Dla różnych obszarów przeznaczenia, stosuje się różne wilgotności drewna i tak: dla pomieszczeń zamkniętych ogrze-wanych, znajdujących się w obszarze szerokości geograficznych Europy środkowej przyjęto 9±2%, dla pomieszczeń zamkniętych nie ogrzewanych 12±3%, w elementach budowlanych otwartych 15±3% i dla konstrukcji budowlanych narażonych na zmiany pogody 18±6%. W trakcie udzielania, jak i przyjmowania zlecenia, należy zwrócić uwagę na wszelkie uregulowania wynikające z norm i prawa,
włącznie z gwarancją produktu, jego wymiarami i deklarowaną wilgotnością. Dane te należy kontrolować.
POMIAR WILGOTNOŚCI DREWNA

W praktyce najczęściej używanym przyrządem pomiarowym do pomiaru wilgotności drewna jest pomiar oporowy – norma PN EN 13183-2,

pomiar_wilgotności_drewna
pomiar oporowy wilgotności drewna drewna

lub pomiar pojemnościowy wykorzystujący stałą dielektryczną drewna i wody-PN EN 13182-3.

 

metoda grawimetryczna
pomiar pojemnościowy wykorzystujący stałą dielektryczną drewna

Metoda grawimetryczna PN EN 13183-1, ze względu na czaso-chłonność jest stosowana tylko w szczególnych przypadkach.

metoda grawimetryczna pomiary wilgotności drewna
metoda grawimetryczna pomiary wilgotności drewna

Przy metodach oporowej i pojemnościowej, stosowanych praktycznie na co dzień mówi się o szacunkowym pomiarze. Oznacza to, że wartość pomiaru z powodu fizycznych właściwości drewna jest niedokładna, zależy ona także od dodatkowych czynników jak temperatura, gęstość mierzonego drewna, gatunek drewna, rozłożenie wilgotności w drewnie. Poza tym musi zostać uwzględniony jeszcze jeden czynnik, miano-wicie naturalne pochodzenie drewna, a tym samym występujące różnice wilgotności między różnymi fragmentami drewna pochodzącego z tego samego pnia.
WYBÓR PRZYRZĄDU DO POMIARU WILGOTNOŚCI DREWNA

Przy zakupie przyrządu do pomiaru wilgoci w drewnie powinno się wcześniej określić profil wymagań stawianych przyrządowi.

Co chcemy mierzyć np. jakie gatunki drewna, jego wymiary, głębokość pomiaru, ściany, podkłady podłogowe, beton,

Gdzie i kiedy będziemy używać przyrząd, np. na produkcji, przy odbiorze, na budowie, Jakiemu celowi ma służyć pomiar np. kontrola jakości, pomiary eksperckie,

Czy będą pomiary drukowane, notowane i statystycznie przez urządzenie opracowane,

Czy mierzone drewno może być uszkodzone, czy raczej musi pozostać w stanie nieuszkodzonym.

Przy bardzo szerokiej palecie higrometrów do drewna dostępnych na rynku, wybór właściwego nie jest łatwy. Cena przy-rządu jest uzależniona od jego precyzji i możliwości. Higrometry o przeciętnej cenie posiadają z reguły kompensację tempera-tury, kilka/kilkanaście gatunków drewna oraz regulację grubości drewna (pojemnościowe). W przypadku przyrządów oporowych wbijanych w drewno sensowne jest zakupienie przyrządu razem z pobijakiem i wymiennymi elektrodami.

Higrometry pojemnościowe powinny być tak skonstruowane, aby mogły mierzyć elementy drewniane zdeformowane np. „wyłódkowane”. Zbyt duży przyrząd nie pozwala na dokładne przyleganie czujnika do powierzchni takiego elementu. W tych przyrządach ustawienie grubości mierzonego materiału umożliwia dokładny pomiar.
PROTOKOŁOWANIE WYNIKÓW POMIARU

Udokumentowane pomiary w nowoczesnym budownictwie zyskują na znaczeniu. Nowoczesne higrometry z tzw. „wyższej półki” potrafią przeprowadzić serię pomiarów na budowie i wyciągnąć z tej serii średni wynik. Omija nas spisywanie każdego pomiaru. Cały przebieg pomiarów zostaje w pamięci przyrządu. Można przeprowadzić kilka następujących po sobie serii pomiarów. Te przyrządy można podłączyć bezpośrednio do drukarki i wydrukować dane z przeprowadzonych badań, inne trzeba podłączyć do komputera i następnie drukować.
PRZEPROWADZANIE POMIARU

Przy pomiarach oporowych elektrody przyrządu zostają wbite lub wkręcone w drewno, przez które przepływa prąd między elektrodami. Prąd napotykając wodę między elektrodami, zależnie od jej ilości w komórkach, wskazuje poziom zawilgocenia drewna. Ponieważ opór jaki napotyka przepływający prąd między elektrodami zależy także od gatunku drewna i tempera-tury, wyposażone są one w przełączniki temperatury i gatunku drewna. Niektóre są wyposażone w tabele przeliczeniowe.

Pomiar pojemnościowy wymaga ułożenia i dociśnięcia sprężystych wygiętych elektrod lub ułożenia czujnika na drewnie. Fale elektromagnetyczne wysokiej częstotliwości przenikają
w drewno do 50-60mm. Pomiar jest uzależniony od gęstości drewna, tym samym przyrząd musi być zaopatrzony w odpo-wiedni przełącznik.

Większość higrometrów jest w stanie zmierzyć wilgot-ność drewna w zakresie od 5% do 70%, a czasami i ponad to. Każdy kto takie higrometry używa powinien wiedzieć, że najdokładniejsze pomiary wskazują te przyrządy w przedziale 5%-25%. Błąd pomiaru w tym zakresie to:1-2%. Powyżej 30% błąd pomiaru sięga od 2-4%. Jeszcze trudniej jest oszacować otrzymany wynik mierzonego drewna na zewnątrz. Wilgotności powyżej 25%-30% powinny być bardzo ostrożnie interpretowane.

Nie można także zmierzyć dokładnie drewna złożonego z wielu warstw różnych gatunków. Podobne trudności występują z pomiarem drewna modyfikowanego termicznie i chemicznie (wędzonego). Problemy z pomiarem stwarza także element podłogowy z bambusa, ze względu na duże zawartości kleju. W tych przypadkach pomocne jest wieloletnie doświadczenie. Pomiaru tych produktów drewnianych i bambusa można dokonać grawimetrycznie.

Ważne jest zapoznanie się z obsługą przyrządu i stosowanie do wskazówek producenta zawartych w karcie technicznej!

Przed pomiarem należy sprawdzić, czy kabel nie jest uszkodzony, czy igły są proste i sztywno osadzone w korpusie przy-rządu. Przy pomiarach wilgotności metodą oporową, należy zwrócić uwagę na to, iż drewno cięte ma zróżnicowaną wilgotność. Z reguły wewnątrz znajdują się wyższe wilgotności, niż w pobliżu powierzchni tarcicy. Pomiary na głębokości 0,3-krotnej grubości mierzonego materiału dają stosunkowo dokładne wyniki. Przy pomiarach pojemnościowych dużą rolę odgrywa gęstość drewna w mierzonym punkcie. Ta gęstość drewna w miejscu pomiaru najczęściej jest nierozpoznawalna przez przyrząd. Większość przyrządów pojemnościowych pracuje na typowej dla gatunku drewna gęstości. Z tego powodu przy większej gęstości wyniki będą zawyżone i odwrotnie – przy niższej wyniki pomiaru będą niższe.

O ile wszystkie te podstawowe założenia będą przy pomiarze uwzględnione, to można znajdującymi się w handlu podstawowymi higrometrami, w zakresie 5% do 25% przy błędzie +-1%-2% i w zakresie 25% do 40% przy błędzie +-3%-4%, całkiem dokładnie oszacować wilgotność drewna.