Determination of the Critical Moisture Level for Mould Growth on Building Materials

Abstract

The susceptibility to mould growth varies between building materials. The factors that most affect mould growth, the relative humidity (RH) and temperature also vary in different parts of buildings. One way of preventing the growth of mould in buildings is therefore to choose building materials that can withstand the expected conditions. It is thus crucial that data are available to allow the correct choices of materials to be made, especially information on the critical moisture level for mould growth is needed. This is the lowest RH at which mould can grow on the building material.



In this work, a variety of laboratory studies on mould growth on building materials at different combinations of RH and temperature were performed. Based on the results, the critical moisture level for the tested materials were determined. This made it possible to predict the propensity for mould growth on these materials in parts of building subject to known RH and temperature. To validate these predictions, the same materials tested in the laboratory were exposed to the conditions in three crawlspaces and three attics, with varying RH and temperature, for 2½ years. Good agreement was found between the predicted and observed mould growth. A new test method for determining the critical moisture level of a material was therefore developed based on the results of these studies. It was also shown that this method will make better prediction than traditional mould resistance tests, which evaluate the resistance to mould growth in a “worst case scenario”, i.e. at relatively high RH and temperature.



The RH and temperature in buildings fluctuate, as does the length of time that the critical mositure level is exceeded. A simplified approach, considering the cumulative time that conditions had exceeded this level gave sufficient information to validate the laboratory tests. Using this approach will not underestimate the risk of mould growth, but will include a margin of safety. However, it was also shown in this work that to make more precise predictions of the mould growth, the length of the favourable conditions of RH and temperature must also be taken into account. Test specimens of wood were exposed to alternating conditions of favourable and non-favourable RH, either on a short-term basis (12 hours) or a longer term basis (1 week), while maintaining the temperature at a favourable level for mould growth. The results were compared to those obtained following exposure to constant, favourable RH. It was shown that both the cyclic conditions slowed down the process of mould growth on wood; the long-term cycling more than the short term. Fluctuating temperature, while keeping the RH constant at a favourable level, also had an effect on mould growth, as it was slowed down.



In order to determine the critical moisture level of a material, it is assumed that this property is the same for all samples from that particular material. Wood is a commonly used building material in Sweden. It is an inhomogeneous material and it was shown in a meta-study in this work that several characteristics of wood affect its susceptibility to mould growth; surface structure, wood species, sawing pattern and if the surface was recently planed or sawn. It is therefore not possible to predict the general susceptibility of wood to mould based only on a few data as it is affected by several parameters and it is therefore probably not possible to determine a general value of the critical mositure value for wood. Also, the susceptibility cannot be described by one single parameter, as it depends also on other parameters.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Mögel i byggnader är ett vanligt problem som kan orsaka en dålig innemiljö och påverka hälsan hos de personer som vistas i byggnaden. Kostnaderna för att åtgärda problemen kan vara omfattande. Att redan vid planeringsstadiet av en byggnad ta hänsyn till risker för mögelväxt kan leda till minskat antal mögelskador i framtiden och ett mer hållbart byggande.



Mögelväxt är ett komplicerat samspel mellan material, omgivningsfaktorer och mögelsvamparna själva. De omgivningsfaktorer som främst påverkar växten är fukt och temperatur. Dessa varierar i byggnader. Det finns skillnader mellan olika byggnadsdelar och dessutom varierar ofta fukt och temperatur i enskilda konstruktioner, både under dygnet och under året. Ytskikten av materialen i konstruktionen kommer att vara i jämvikt med omgivande fuktighet i luften. Denna beskrivs ofta som relativ fuktighet (RF) och är vatteninnehåll i luften i förhållande till daggpunkten vid den aktuella temperaturen. Olika byggnadsmaterial är olika känsliga för mögelväxt. På en del material möglar det redan vid ganska låga RF (75 %), medan en del material kan tåla höga fuktnivåer utan att mögel uppkommer på dem. Varje byggnadsmaterial har därför ett kritiskt fukttillstånd, som kan definieras som den lägsta nivå av RF där mögel kan uppkomma på materialet. Denna nivå är temperaturspecifikt. Genom att välja material som tål de förväntade fukt och temperaturförhållandena, d.v.s som har ett kritiskt fukttillstånd som är högre än högsta förväntade RF i den aktuella konstruktionen, minskar risken för framtida mögelskador. För detta krävs att det finns kunskap om det kritiska fukttillståndet för varje material. Tillgången på sådan information är idag begränsad.

Det huvudsakliga syftet med arbetet som presenteras i denna avhandling var att utforma en provningsmetod för att prova det kritiska fukttillståndet hos byggnadsmaterial. Denna metod baseras på en mängd laboratorieförsök vid olika RF och temperaturer. Tio vanliga byggnadsmaterial ingick i studierna och det kritiska fukttillståndet för varje provat material bestämdes. För att verifiera att resultaten också är användbara i verkliga situationer exponerades prover av samma material som provats i laboratorieförsök i tre krypgrunder och tre vindar under 2,5 år. Det fanns en god överensstämmelse mellan de resultat som framkom i laboratoriestudien och de resultat som framkom i denna fältstudie.



Eftersom RF och temperatur ofta varierar i en konstruktion kommer det kritiska fukttillståndet ibland att ligga under det kritiska fukttillståndet, medan det i perioder kommer råda förhållanden som överskrider denna gräns. Hur långa dessa perioder varar kommer att påverka om och hur snabbt mögel utvecklas på materialet. Detta visades i en annan del avhandlingen, där prover av trä omväxlande exponerades för en fuktnivå som är gynnsam för mögelpåväxt och för en lägre nivå där mögel inte kan växa. Det tog det längre tid innan mögel uppkom på dessa prover jämfört med på prover som exponerats enbart mot den gynnsamma nivån. Dessutom visade det sig att om variationerna var långa, 7 dygn, så tog det längre tid innan mögel uppkom än om de var kortare (ett halvt dygn). Även när temperaturen varierades mellan högre och lägre temperatur tog det längre tid innan mögel uppkom jämfört med konstant exponering mot den högre, för mögel mer gynnsam, temperaturen.



Vid provning av ett materials kritiska fukttillstånd förutsätts att alla exemplar av materialet har samma egenskaper. Trä är ett byggnadsmaterial som är heterogent. I avhandlingen analyserades data från flera olika studier där mögelpåväxt på trä studerats. Arbetet visade att flera egenskaper hos virke påverkade motståndskraften mot mögeltillväxt. Var och en av dessa egenskaper kunde inte heller enskilt beskriva motståndskraften, eftersom den påverkades även av de andra. Det är därför svårt att generellt bedöma hur känsligt virke är för mögelpåväxt baserat på laboratorieprovningar av ett fåtal prover av trä, liksom att ge ett generellt värde på det kritiska fukttillståndet hos virke.

• author: Johansson, Pernilla
• supervisor: Jesper Arfvidsson
• opponent: Professor Adan, Olaf, Eindhoven University of Technology, Eindhoven, The Netherlands
• organization: Division of Building Physics; Moisture Research Centre
• alternative title: Bestämning av det kritiska fukttillståndet för påväxt av mögel på byggnadsmaterial
• publishing date: 2014
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Building Technologies
• keywords: Crawl space, Fungus, Mould resistance, Wood, Building materials, Mould, Critical moisture level, Attic, Relative humidity, Cyclic conditions, Laboratory method
• in: Report TVBH
• volume: 1020
• pages: 208 pages
• defense location: Lecture hall, MA1, Matteannexet, Sölvegatan 20, Lund University Faculty of Eningeering
• defense date: 2014-05-23 13:00:00
• external identifiers: other:TVBH-1020
• ISSN: 0349-4950
• ISBN: 978-91-88722-52-2
• language: English
• LU publication?: yes
• id: 72d4403b-3b90-4c71-9aee-8aa8dbebc79e (old id 4406856)
• date added to LUP: 2016-04-01 14:12:53
• date last changed: 2024-01-26 14:42:32