Не довести до разрухи и болезней: микроволновый радар укажет на влагу внутри стен

Для домовладельцев влага внутри конструкций может стать большой головной болью. Плесень разрастается на гипсокартоне и в материалах на основе древесины, распространяясь по стенам, полам и потолкам. Стройматериалы начинают разрушаться и гнить. По мере повреждения гидроизоляции снижается энергоэффективность дома. Страдает и здоровье людей, поскольку споры плесени в воздухе и повышенная влажность домашней среды — серьёзные факторы риска.


Ключ к предотвращению серьёзных последствий из-за влажности — как можно быстрее выявить проблему и устранить её.

Исследователи из Национальной лаборатории Ок-Ридж (ORNL) при Министерстве энергетики США начали использовать микроволновый радар для обнаружения и измерения уровня влажности в материалах внутри стен неразрушающим методом, то есть без демонтажа гипсокартона или облицовки. Это также ускоряет выявление влаги и позволяет бороться с ростом плесени на ранних стадиях.



Филип Будро из ORNL сказал, что и ранее было известно, что микроволновый радар способен измерять влажность в образцах древесины. Но пригодна ли такая технология для контроля внутри стен, чтобы выявить проблемы с высокой влажностью до того, как они станут серьёзными? В этом и заключалась задача исследователей.

Внешняя часть фасадов состоит из стен, крыши и фундамента, которые смыкаются друг с другом, чтобы предотвратить проникновение влаги. Но сама внешняя оболочка также подвержена воздействию влаги. Складывается отсыревание стен из многих факторов: атмосферные осадки, сырость почвы, проникновение воздуха извне через щели, а также диффузия пара, когда влага перемещается из более сырой области в ту, что суше.

Большинство частных домов в США построены по каркасной технологии, и когда древесина влажная, она становится идеальной средой для роста плесени. Если стена была подточена грибком ранее или неправильно построена, то водяной пар, проникая в древесину, повышает её влажность. По этой причине, по словам Будро, древесину в составе стен выбрали в качестве исходного материала для изучения возможностей микроволнового радара.

Микроволны, как часть электромагнитного спектра, взаимодействуют с материалами так же, как и видимый свет, но проникают глубже, создавая отражения. Радиолокационные системы работают, излучая сигналы, подобные микроволнам, а затем фиксируя отражения этих микроволн. При использовании со стенами характеристики отражённых микроволновых импульсов зависят от влажности материала.

Стены каркасного дома состоят из нескольких слоёв стройматериалов с разной влажностью. Однако, измеряя время, за которое микроволны возвращаются к датчику, можно рассчитать расстояние до каждого материала в стене и использовать показатели для понимания структуры и измерения влажности в слоях.

Специалисты из ORNL посвятили исследование обнаружению влаги в обшивке стен, которая обычно изготавливается из ориентированно-стружечных плит (ОСП). Этот древесный материал идёт сразу за облицовкой, или внешним слоем, в конструкциях с деревянным каркасом.

Будро и его команда (на первом фото) провели экспериментальное тестирование образцов деревянной обшивки площадью 305 квадратных миллиметров и толщиной 10 миллиметров. Каждый образец высушивали в духовке, а затем обрабатывали так, чтобы в нём был определённый уровень влажности. Специалисты включали радар для определения влажности обшивки, а затем сравнили результаты с измерениями, проведёнными с помощью обычного ручного влагомера.



Результаты показали, что технология микроволнового радара может обнаруживать и измерять влажность внутри обшивки с погрешностью до 3%, что превосходит возможности обычных портативных измерительных приборов.

Но чтобы технология оказалась применимой внутри зданий, коллективу Будро сначала нужно было выяснить, может ли микроволновый радар «видеть» древесно-стружечную обшивку за гипсокартоном. Экспериментаторы поместили кусок гипсокартона перед обшивкой на расстоянии 9,5 см и сразу увидели, что радар вполне справился с задачей.

Второй этап проверки концепции заключался в том, чтобы определить, может ли радар выявлять содержание влаги в обшивке. С помощью математических алгоритмов, разработанных в ORNL, результаты снова оказались положительными.


— Будро.

Затем исследователи пересобрали экспериментальную установку в портативную миниатюрную электронную систему для измерений, основанных на отражении микроволновых сигналов частотой 10–15 гигагерц.

Учитывая многообещающие результаты, исследовательская группа планирует передать лицензию на технологию ORNL производителю приборов. В итоге любой строительный специалист или домовладелец сможет купить портативную микроволновую радиолокационную систему в хозяйственном магазине.

В дальнейших планах научного коллектива — проверить работу микроволнового излучения на цельных стенах с различными покрытиями, включая виниловый сайдинг и кирпич.