Yapı malzemelerinde küf büyümesinin tahmini ve büyümesinin engellenmesi
Prediction and prevention of mould growth on building materials
Yazar: BAHAR TÜRK
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA ERKAN KARAGÜLER
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Mimarlık Ana Bilim Dalı / Yapı Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Mimarlık = Architecture

Özet:
İç ortamlarda mantar gibi mikroorganizmaların büyümesinin, bina yapısına ve insan sağlığı üzerinde olumsuz bir etkisi vardır. Ne kadar yapı biliminde önemli gelişmeler olsa da, iç ortamda küf büyümesinin sistematik olarak inceleyip tasarım aşamasında önlenmesi ile ilgili etkili bir yöntem yoktur.
Ulusal ve uluslararası standartlar, yönergeler ve birçok araştırma projelerinde, küf büyümesinin önlemesi için sadece bağıl nemin belirli bir sınırın altında tutulmasına odaklanılır. Oysaki birçok çevresel ve biyolojik faktörler, küf mantar oluşumunu etkileyebilir. Bu nedenle, iç ortamda mantarların büyümesini kontrol etmek için etkili faktörler ve bunların birbirleriyle etkileşimlerinin belirlenmesi bu çalışmada önemli bir yer almaktadır. Küf gelişimini önlemek için kullanılan, bir yöntem de biyosit kullanılmasıdır. Biyositlerin uygulanmasında, özellikle iç ortam kullanımında her zaman ek sağlık riskleri olabilir. Ayrıca, küf oluşumunu yalnızca sınırlı bir süre için önlemek mümkündür. Aslında, bu konuda bazı ilerlemeler kaydedilmiştir. Bu bağlamda borat bazlı çok bileşenli sistemler insan sağlığına olumsuz etkisi olmayan ve uzun süreli koruma sağlayabilen bir ürün olarak değerlendirilmiştir. Aynı zamanda diğer biyositlere göre daha düşük maliyetli bir üründür. Bu konu ileride yapılacak ayrı bir çalışma olarak değerlendirilebilir.
Literatür çalışmalarının incelenmesi ve bu konuda yapılan bilimsel araştırmaların avantaj ve dezavantajlarını göz önünde bulundurarak mantarların büyümesinin öngörülmesi ve büyümeyi önlemek için sistematik bir plan tasarlanmıştır.
Araştırmalara göre, küf mantarlarının büyümesi için en önemli faktörler ise,
• Sıcaklık
• Bağıl nem
• Mantarların büyüdüğü yüzeylerin özellikleri (özellikle besin içeriği açısından)
• Aynı zamanda bu üç faktörün beli bir süre bir arada olması halidir.
İç ortamlarda, mantar türlerinin belirlenmesi ve bu türler arasındaki nem ve ısı koşullarına bağlı olarak farklı büyüme şartlarının incelenmesi, bu çalışmanın önemli aşamalarından biridir.
Mantar büyümesinin ön koşulları ve çevre koşullarını hesaplayan tüm modern yöntemlerin incelenmesi ile binalarda iç yüzeylerde küf mantarı oluşumunu önlemek için yeni bir analiz yöntemi geliştirilmiştir.
Bu yöntemde, ısı ve bağıl neme bağlı olarak küf spor çimlenme süreçlerin belirlenmesinde İzoplet sistemi kullanılmıştır. Yapı malzemelerinin küfe karşı dirençlerini hesaba katmak için, yapı malzemeleri dirençlerine göre üç farklı sınıfa ayrılmıştır. İki sınıf için iki farklı izoplet sistemi tanıtılmıştır. Üçüncü sınıf ise küf mantarlarına dayanıklı olduğundan bir sistem belirlenmesine gerek kalmamıştır.
Aynı zamanda, binalarda iç yüzey hidrotermal koşullarının hesaplanmasında WUFI simülasyon programı kullanılmıştır.
Deneysel çalışmalardan ve literatür taramasından elde edilen sonuçlara göre, küf mantarı büyümesinin ilk belirtilerinin gözlemlenmesi (çıplak gözle) için gereken süre, substratların besin içeriğine bağlıdır. Buna göre, substrat ne kadar besin yönünden zengin ise, küf büyümesi için gereken sıcaklık ve bağıl nem o kadar düşük olur ve maruziyet süresi ise daha kısadır.
Bu nedenle, optimal kültür ortamında küf büyüme süresi diğer substratlara göre önemli derecede farklıdır.
Spor çimlenmesi ve görünme aşamasına gelmesi için sporun belirli bir nem içeriğine ulaşması gerekir. Bu nem değeri birçok araştırma projesinde yapı malzemelerinin kritik bağıl nemi olarak tanıtılmıştır. Bu çalışmada aynı terim kullanılmaktadır.
Bu bilgilere dayanarak, geçici iç ortam hidrotermal koşulları altında yapı malzemelerinde kritik bağıl nemin belirlenmesi, küf büyümesini tahmin etmek için yeterli olabilir. Yapı malzemelerinin nem içeriği bu değerlerin altında kalırsa iç ortamlarda küf oluşumu engellenebilir.
Bu çalışmada, yapı malzemelerinin kritik bağıl nemi ve bu değere ulaşması için gereken süre yapı malzemesine bağlı olarak tasarlanan izoplet sistemi ve WUFI simülasyonundan elde edilen datalara göre belirlenir.
Yeni yöntem, pratik bir yöntem olarak, mimarların iç ortamda küf oluşumunu önlemek için uygun bir yapı tasarımına ve her bina katmanı için doğru malzemeleri seçmesinde yardımcı olur.
Bu tezde kullanılan simülasyon programı bina kusurlarında meydana gelen nem ve rutubet problemlerini (su kaçağı gibi) içermediği için çalışma dışı bırakılmıştır. İç mekanlarda küf mantarının büyümesi, çeşitli koşullardan etkilenir. pH seviyesi, oksijen içeriği ve ışık dahil olmak üzere bu elementlerden bazıları modelde dahil edilmemiştir. Bu konuları dikkate alan senaryolar ve ek mekanizmalar gelecekteki çalışmalar için bir konu olmaya devam edebilir.
Sonuç olarak, küf riski için bu tezde önerilen yeni yöntem, belirli durumlarda standart değerlendirmede gizli kalacak sebepleri başarıyla belirlemektedir. küf oluşumunu kontrol altına almak veya engellemek için bu problemin üzerinde önemli bir etkiye sahıp olan faktörlerin tanımlanması en etkili adımdır.Geliştirilen yöntem, farklı bina türlerinde küflenmeyi önlemek için bina performans kriterlerinin düzenlenmesi için bir temel sağlayabilir.

Abstract:
The growth of microorganisms such as fungi in indoor environments has a negative effect on the building structure and human health. Although there are important deve-lopments in building science, there is no effective method to prevent mold growth in the indoor environment. National and international standards, guidelines and many research projects focus only on keeping the relative humidity below a certain limit to prevent mold growth. However, many environmental and biological factors can affect the growth of mold. Therefore, determining the effective factors to control the growth of fungi in indoor environments and their interactions with each other is an important part of this study. Biocides are one means of preventing mold development. There is always the possibility of extra health concerns associated with the use of biocides, par-ticularly when used indoors. Additionally, it may temporarily suppress mold development. Indeed, progress has been made in this direction. In this regard, borate-based multi-component systems have been examined as a product that is nontoxic to humans and capable of providing longterm protection. Additionally, it is a less expensive product than others. This issue may be pursued in the future study.
A systematic plan was designed to predict and prevent the growth of fungi, taking into account the advantages and disadvantages of scientific researches and studies of the literature.
According to research, the most important factors for the growth of mold fungi are,
 Temperature
 Relative humidity
 The properties of the surfaces where fungi grow, especially in terms of nutritional content
At the same time, these three factors are together for a certain period of time.
Determination of fungal species in indoor environments and investigation of different growth conditions depending on relative humidity and temperature conditions among these species is one of the important stages of this study.
By examining all modern methods that calculate the prerequisites for fungal growth and environmental conditions, a new analysis method was developed to prevent the formation of fungus on the interior surfaces of buildings.
In this method, the Isoplet system is used to determine mold spore germination proces-ses depending on temperature and relative humidity. Building materials were classified into three different classes according to their resistance to take into account their resis-tance to mold. Two different isoplet systems were introduced for the two classes. Since the third group is resistant to fungi, there was no need to define a Isopleth System.
At the same time, WUFI simulation program was used to calculate interior surface hydrothermal conditions in buildings.
According to the results obtained from experimental studies and literature review, the time required to observe (with the naked eye) the first signs of growth of mold fungus depends on the nutrient content of the substrates.
Accordingly, the more nutrient rich the substrate, the lower the temperature and relative humidity required for mold growth and the shorter the exposure time.
Therefore, mold growth time in optimal culture medium is significantly different from other substrates.
In order for the spore to germinate and reach the stage of appearance, the spore must reach a certain moisture content. This moisture value has been introduced as the critical relative humidity of building materials in many research projects. The same term is used in this study.
Based on this information, determining the critical relative humidity of building materials under temporary indoor hydrothermal conditions may be sufficient to predict mold growth.
If the moisture content of building materials remains below these values, the growth of mold in indoor environments can be prevented.
In this study, the critical relative humidity of building materials and the time required to reach this value are determined according to the data obtained from the Isoplet system, which is designed depending on the building material and WUFI simulation.
The new method, as a practical method, helps architects to design a suitable building design and select the right materials for each building component to prevent mold growth in the interior environment.
Certain problems, such water leakage, that result in moisture and humidity in the building are outside the purview of the simulation tool utilized in this study.
The growth of mold fungus indoors is influenced by a variety of other conditions. Some of these elements, including pH level, oxygen content, and light, were not included in the study.Scenarios and additional mechanisms that take these issues into account may continue to be a topic for future work.
As a result, the new method for mold risk can successfully identify causes that will remain hidden in the standard assessment.
The best way to limit or stop mold growth is to identify the factors that significantly affect this issue.The method developed can provide a basis for setting building performance criteria to prevent mold in different building type.
It is demonstrated the developed model in this thesis substantially exceeds the state of the art when compared to previously accepted guidelines, preventative measures, and other prediction techniques.
The ability to forecast the growth of mould fungi allows researchers to address issues that, up until now, were not amenable to simple predictions or observations made with acceptable effort.
The novel method for predicting the production of mould fungus when planning building projects or redevelopment measures can be expected to be widely used as a result of these straightforward and entirely reasonable qualities.