Biological growth on rendered façades

Title	Biological growth on rendered façades
Author/s	Sanne Johansson
Department/s	Building Materials
Full-text	Available as PDF
Defence date	2011-06-16
Defence time	13:15
Defence place	Lecture hall V:B, V-building, John Ericssons väg 1, Lund University Faculty of Engineering
Opponent	Prof.Dr. Ulf Karsten
Publishing year	2011
Pages	78
Document type	Dissertation
Language	English
Publisher	Lund University, Division of Building Materials
Popular science abstract Swedish	Biologiska organismer har en fantastisk förmåga att anpassa sig till alla möjliga miljöer. Människans aktiviteter på jorden har skapat många nya habitat för olika typer av organismer; t ex kan vissa organismer växa på sten och vertikala klippor och när människor bygger hus så kan dessa organismer flytta över till väggar och tak som blir nya biotoper att leva på. Några av dessa habitatutbredningar till våra hus är dock inte önskvärda för oss människor och betraktas som en "kontamineringäv våra byggnader. Även om denna kontaminering till stor del är ett estetiskt problem, finns det påväxt som är oönskad eftersom den är skadlig för invånarna - mögelsvampar - eller bryter ner materialet de växer på - rötsvampar. För att organismer ska kunna växa i en viss miljö skall olika krav på abiotiska (fysikaliska och kemiska) och biotiska (biologiska) faktorer var uppfyllda. Essentiella faktorer för påväxt på husfasader är temperatur och relativ fuktighet (RF), men också ytstruktur, tillgång till näring, pH och väderstreck påverkar. Olika organismer har olika krav till dessa faktorer och det är ett samspel mellan alla dessa faktorer där avgör om en organism kan växa i en given miljö. De senaste årtiondena har många hus blivit byggda med en konstruktion av så kallad tunnputs på isolering. Konstruktionen består ofta av en träregelstommer med isolering mellan reglarna och gipseller cementbaserade skivor på båda sidorna. På utsidan finns ett isoleringsskikt och putsen fästas direkt på utsidan av detta skikt. Detta är en effektiv och kompakt konstruktion som är enkel att bygga, men den saknar ett dränerande och ventilerande skikt. Det har visat sig att många av dessa konstruktioner har fått påväxt av alger och mögelsvampar på fasaderna redan några år efter konstruktion. Det har dock inte alltid varit möjligt att fastställa orsakerna till denna snabba påväxt. Dessutom kan en del av en fasad kan ha påväxt, medan en annan del inte har det. En möjlig förklaring till snabb påväxt på puts på isolering är att dessa putsskikt har minimal värmekapacitet och då bidrar nattutstrålningen från putsen att yttemperaturen blir lägre än luftens temperatur - särskilt i samband med klara nätter, där natutstrålningen är hög. Den lägre yttemperaturen orsakar då hög RF på ytan och ibland också kondens - vilket ger hög risk för påväxt. I detta projekt har vi jämfört temperatur och RF på ytor av konstruktioner i ett provhus med låg värmekapacitet i ytskiktet (lätta väggar) och konstruktioner med högre värmekapacitet (tunga väggar). Simuleringar av påväxtrisken visade att fasader med låg värmekapacitet hade signifikant högre ytfuktighet jämfört med fasader med högre värmekapacitet och därmed har tunnputsfasader högre risk för påväxt. Detta gäller framförallt på norrsidan. På södersidan var färgen på ytan av stor betydelse. I vårt försök jämförde vi en röd och en vit yta, och eftersom mörka ytor absorberar mera solstrålning har de därför en högre medeltemperatur och därmed lägre RF på ytan. En av de andra faktorerna som visat sig ha stor betydelse för påväxtrisken är strukturen på putsens yta. Vi tillverkade putsprovkroppar av olika putstyper och putsstuktur och med tunn och tjock puts och exponerade dessa utomhus i 4 år. Studien visade att alger fördrog en mycket grov ytstruktur medan mögelsvampar (främst av släktet Cladosporium) helst växte på mer släta ytor. Dessutom växte alger oftast på norrsidan medan mögelsvamparna växte på södersidan (Cladosporium har det mörka färgämnet melanin i cellväggarna som skyddar mot solstrålning). Därutöver sågs ett mönster i påväxtgraden efter årstiderna. Påväxten - vare sig det var mögel eller alger - sågs tydligare under vår och höst, och såg ibland ut att försvinna under sommar och vinter. Vi fann ingen skillnad i påväxt mellan tunna (3mm) och tjocka (20mm) putser på isolering. Aktiviteten hos fotosyntesaktiva organismer - alger och lavar på fasader - kan mätas med Imaging-PAM. Detta är ett instrument som mäter klorofylfluorescens och ger ett indirekt mått på fotosyntesaktivitet. Ett pilotförsök utfördas med Imaging-PAM där vi under tre dagar under hösten mätte fotosyntesaktivitet hos alger och mossor som växte på puts. Alger torkar lätt ut och är helt beroende av fukt från omgivningen och visade högst aktivitet under förmiddagen innan solen torkade ut dem. Mossorna var aktiva under större delen av dygnet; eftersom de bättre kan hålla vatten i sina blad är de inte så beroende av direkt fukt från omgivningen. En annan metod att mäta aktiviteten hos biologiska organismer är isoterm kalorimetri som mäter värmen som utvecklas vid organismers metabolism. I denna studie testade vi en ny typ av kalorimeter som kan mäta aktivitet vid fyra olika temperaturer samtidigt. Med mätningar på en mossa (takmossa, Tortula ruralis) visade det sig möjligt att få ett aktivitetsmått vid fyra olika temperaturer samtidigt och på så snabbt bilda sig en uppfattning om hur aktiviteten beror på temperaturen. Metoden bör därför vara mycket användbar för framtida aktivitetsmätningar på olika typer biologiska organismer. Syftet med projektet bakom denna avhandling är att undersöka tunnputskonstruktioner och de biologiska organismer som växer på fasaderna. Med ett multidisciplinärt tillvägagångssätt har vi ökat kunskapen om fasaden som en biotop, de organismer som växer där, och deras samspel med olika biotiska och abiotiska faktorer
Abstract English	Biological organisms have an incredible ability to adapt to almost any environment and the humans activities on earth have created many new habitats for different kinds of organisms. For example can certain organisms grow on rocks and vertical cliffs, and when humans started building houses with mineral based façades, some organisms found that these were new habitats to live on. Some of these expansions of habitats to our houses are not desirable for the us humans and are considered as “contaminations". Even if this contamination sometimes only is an aesthetically problem, some contamination is highly unwanted because it can be unhealthy for the inhabitants - for example the growth of moulds - or it can degrade the building materials it grows on -as for example wood-degrading fungi. For an organism to grow in a certain environment, different requirements on abiotic (physical and chemical) and biotic (biological) factors have to be fulfilled. Suitable conditions for growth of organisms on façades are certain ranges in temperature and a high moisture level (RH), but also the surface structure, nutrient availability, pH, cardinal direction etc. might be influencing. Different organisms have different demands on these factors and it is a complex interaction of these different factors that decides if an organism can grow in a certain environment. The last decades many houses in Sweden have been built with constructions of thin rendering on thermal insulation, a so called ETICS construction (External Thermal Insulation Construction System). This construction consist most often of a framework of wooden studs with thermal insulation in between, and gypsum boards or cement based boards on both sides. On the outside a thermal insulation layer is applied and the render is then applied directly on the outside of this thermal insulation layer. This is a an efficient and compact construction which is easy to produce. However, many of these constructions have experienced discolourations from growth of algae and moulds on the façades already a few years after construction. It has not always been possible to explain this discolouration. Sometimes one part of the façade had discolorations and another part of the same façade did not. One possible explanation for the fast growth of organisms is the external rendering layer (on thermal insulation that has a low heat capacity and during night the long-wave radiation from the material to the sky can contribute to a lower temperature on the surface than the temperature in the air -on clear nights, when the heat loses through long-wave radiation is high. The lowered surface temperature then causes the RH on the surface to increase, sometimes giving condensation -which increases the risk of biological growth. In this project we have compared temperatures and RH on surfaces on façade elements in a test house with constructions with low heat capacity in the outermost layer (light walls) and constructions with a high heat capacity in the outermost layer (heavy walls). Simulations of the growth risk showed that thin rendering on thermal insulation has a higher growth risk that traditionally render on bricks especially on the north side. On the south side the most important factor was the surface colour. In our study we compared a red and a white surface, and since dark surface colours absorbs more short-wave radiation from the sun they have a higher temperature during daytime and therefore a lower RH on the surface. Another factor which might influence the growth risk is the surface structure of the render. We fabricated specimens with different renders with different surface structures and with a thin and thick rendering layer (3mm and 20mm, respectively) and exposed the specimens outdoors for four years. This study showed that algaes preferred a very rough surface structure while moulds (Cladosporium sp.) also grew on more smooth surfaces. In addition we found that algaes most often grew on the north side whereas moulds rather grew on the south side (Cladosporium has a dark pigment in the cells which protects against radiation from the sun). Furthermore we found a connection between the amount of growth and the season of the year. The biological growth was more clearly seen during spring and especially autumn and occasionally seemed to disappear during summer and winter. It was found that thin (3-4mm) and thick (20mm) render on thermal insulation had the same amount of discolouration. The activity of photosynthetic organisms -algae, lichens and mosseson façades can be measured with Imaging-PAM. This is an instrument that measures the chlorophyll fluorescence and gives an indirect measure of photosynthetic activity. A pilot study was performed where we -during three days in the autumn- studied algae and mosses growing on render. Algae dries out easily and is dependent of moisture from the surroundings and showed the highest activity during mornings before the sun dried them out. The mosses were active a greater part of the day; they are able to some extent store water in their leaves and is not as dependent on moisture from the surroundings as algae. Another method for measuring activity of biological organisms is isothermal calorimetry which measures the produced heat from an organism’s metabolism. In this project we tested a new type of calorimeter that measures activity at four different temperatures at the same time. With measurements of a moss (Tortula ruralis) we found that it was possible to get an activity measure at four different temperatures at the same time, thus being able to get an understanding of how the temperature influences the activity. This method should therefore be very useful in future studies of activity of different types of biological organisms. The aim of this project was to investigate constructions of thin rendering on thermal insulation and the biological organisms growing on the façades of these constructions. With a multidisciplinary approach we have increased the knowledge of the façade as a habitat, the organisms growing, and their interactions with different biotic and abiotic factors.
Subject	Technology and Engineering
Keywords	render, temperature, radiation, photosynthesis, moulds, mosses, mortar, moisture, lichens, Imaging-PAM, humidity, heat capacity, heat, ETICS, algae, biological growth, calorimetry, desiccation tolerance
ISBN/ISSN/Other	ISSN: 0348-7911 TVBM ISBN: 978-91-7473-127-9
Supervisor	Lars Wadsö
Supervisor	Kenneth Sandin
Funder	FORMAS

Your most visited