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Warum entsteht ein Algenbewuchs auf der Hausfassade?

Algen auf der Fassade werden störenden empfunden. Sie sind nicht gesundheitsgefährdend und sind aber auch ein Anzeichen für saubere Luft. Mit der Verringerung der Industrieabgase, speziell das SO2, wachsen die Algen wieder besser. Sie wachsen besonders auf Flächen, die lange feucht sind und nicht abtrocknen. Vorwiegend sind das wärmegedämmte Fassaden. Sie sind aber auch ein Anzeichen, dass hier ein Mikroklima vorliegt, wo sich möglicherweise auch andere Mikroorganismen bilden und in höherer Konzentration vorhanden sein können.

Der Hauptlebensraum der Algen ist das Wasser. Einige Arten haben sich durch die Evolution so angepasst, dass sie außerhalb des Wassers existieren. Sie leben autotroph, das heißt, mithilfe der Fotosynthese können sie aus Wasser und Kohlendioxid organische Stoffe (Saccharide) bilden. (Pilze dagegen benötigen immer organischen Kohlenstoff.) Die wichtigste Lebensgrundlage ist Feuchtigkeit, Licht, Kohlendioxid, Mineralstoffe, Temperaturen zwischen 0 bis 40 ºC und einen neutralen bis leicht alkalischen pH-Wert. Es können so praktisch alle Flächen befallen werden, wenn die entsprechenden Bedingungen vorliegen. Mit der zunehmenden Reduzierung der Schadstoffe in der Luft, wie zum Beispiel Schwefeldioxid, wird ein Wachstum begünstigt. Es ist also auch ein Zeichen für schadstoffärmere Luft. Eine direkte Schädigung der Fassade ist nicht bekannt. Es spielen vorwiegend ästhetische Gesichtspunkte eine Rolle, warum ein Bewuchs nicht erwünscht ist. [1]

Die Schutzfunktion der Endbeschichtung wird auch dann erreicht, wenn eine Veralgung vorliegt und von der Sache keine Folgeschädigungen ausgehen, wenn keine baukonstruktiven Fehler vorliegen. Wurden jedoch bestimmte Farbeffekte vereinbart, so stellt dies ein Schaden dar, der als nicht hinnehmbar zu bezeichnen ist.

Es gibt eine Reihe von Einflussfaktoren, die ein Algenbewuchs begünstigen, wie die konstruktive Ausführung, die Fassadenbaustoffe, die Bauausführung, der Standort und die Klimafaktoren. Ausschlaggebend ist die hohe Feuchtigkeit, die als Kondenswasser an der Fassadenoberfläche austaut.
Pilzbewuchs erfolgt dagegen bereits ab einer relativen Luftfeuchte von 75-80 % und ab 85% ist ein Pilzbewuchs die Regel. Das heißt, wenn ein Algenbefall vorliegt, ist auch mit einer höheren Pilzkonzentration zu rechnen.
Liegen optimale mikroklimatische Bedingungen vor, so bedeutet dies nicht gleichzeitig, dass technisch hergestellte schimmelfreie Fassaden zu einer niedrigeren Schimmelpilzbelastung der Bewohner führt. Ausschlaggebend ist die Umgebung, feuchte Umgebung, Biotonne usw. Durch das Lüften kann dann eine höhere sporenbelastete Luft hereingelüftet werden. Es muss immer die Gesamtsituation betrachtet werden, bevor teure Investitionen getätigt werden. Einen Algenbefall findet man gerade auf Fassadenoberflächen, wo nur ein sehr geringes Wärmespeichervermögen vorhanden ist. Das ist in der Regel beim Wärmeverbundsystem der Fall. Hier kommt es zu abstrahlungsbedingten Unterkühlungen und somit zu dem damit verbundenen Tauwasserausfall (Abb. 2). Ebenso ist die Zeitdauer der Abtrocknung, auch des Niederschlagswassers, länger. Daneben kann sich auch noch eine starke Niederschlagsbelastung auswirken. Eine monolithische Außenwand mit ihrer Wärmespeicherung vermindert die Gefahr der Unterkühlung deutlich (Abb. 1). [4]


Abb. 1: Bei einer massiven Wandkonstruktion ist der Wärmestrom von innen nach außen gerichtet. Damit liegt die Oberflächentemperatur immer oberhalb der angrenzenden Lufttemperatur.

Abb. 2: Bei einer Außendämmung mit äußerer Wärmedämmung ist der Wärmestrom von innen nach außen gerichtet, es liegt gerade in der Nacht und besonders in den Morgenstunden aber auch ein kleiner Wärmestrom von der wärmeren Außenluft in Richtung der unterkühlten Fassadenoberfläche vor. Die Abkühlung hängt mit dem Strahlungsaustausch und der geringen Wärmespeicherfähigkeit der dünnen Putzoberfläche ab (siehe hierzu Auskühlzeit).

Infrarotbild einer FensterfassadeDurch nächtliche Abstrahlung bei klarem Himmel unterkühlt sich die Wandfläche und kann einige Grad niedriger sein, als die der umgebenden Luft. Die Aufnahme einer wärmegedämmten Fensterfassade im Abb. 3 wurde gegen 8 Uhr (kurz vor der Bestrahlung durch die Sonne) bei einer Außentemperatur von ca. -3 bis -4 ºC aufgenommen. Die Isotherme LIO1 im Bild 2 zeigt ein Temperaturbereich von -12 ºC auf der Dämmung und -4 ºC auf der äußeren Fensterfläche.(Zum Himmel < -32 ordm;C.)


Abb 3: Oberflächentemperatur einer wärmegedämmten Fassaden. Bei ca. -3 ºC, 8 Uhr

Isotherme Abb. 4: Isotherme LIO1 zur Abb. 3, die Oberflächentemperatur liegt zwischen -4 bis -12 ºC


Das bedeutet Kondensation der Luftfeuchte an der Wandoberfläche. Bei einer wärmegedämmten Fassade/Dach fehlt der Wärmefluss von innen an die Fassade. Die so entstehende Abkühlung und Kondensatbildung kommt an der Holzschalung, Faserzementschindel, verputzte Außendämmung und auch an der Glasfassade vor. Diese Abkühlung erfolgt sowohl im Sommer als auch im Winter, wobei im Sommer durch die Tagestemperatur schnell ein Ausgleich erfolgt. Im Winter und besonders Nordseiten sind für den Bewuchs infolge der Kondenswasserbildung prädestiniert.

Untersuchungen und die Auswertung zeigen, dass bei der Erhöhung der Dämmstoffstärken (Ziel: kleinerer U-Wert) bei gleicher Konstruktion sich die Kondensationsperiode und damit das Bewuchsrisiko erhöht. Ebenso wurde bei einem Massivmauerwerk mit U-Wert 0,38 W/m²K in der Zeit von 20.11.91 bis 29.4.1992 eine Unterkühlung der Oberfläche mit 546 Stunden und bei einer Massivmauer mit Wärmedämmung und gleichem u-Wert mit 1586 Stunden ermittelt. Der Unterschied kommt durch die weniger Wärme speichernde Außenwärmedämmung gegenüber der Massivwand zustande. [7] Die gleichen Aussagen werden auch in [4] getroffen.

Die Folgen sind eine Erhöhung der Konzentration von Mikroorganismen unmittelbar an der wärmegedämmten Fassade. Algen benötigen eine Umgebungsfeuchte ca. 92%, hingegen wachsen Pilze bei einer niedrigeren Feuchte. Liegt also ein Algenbewuchs an einer Fassade vor beziehungsweise werden diese Grenzbereiche erreicht, so ist zwangsläufig auch mit einer höheren Pilzkonzentration zu rechnen. Algen benötigen als Nahrungsgrundlage das Kohlendioxid der Luft, Pilze brauchen dagegen immer organische Kohlenstoffe, wie Holz, Anstriche usw. Kleine Mengen an Substraten sind meist in den Oberflächenverschmutzungen vorhanden. Schimmelpilzsporen setzten sich auch an Fassaden fest und warten bis optimale Lebensbedingungen vorliegen.

Ist die Konzentration an Pilzteilen im Außenbereich höher, so wirkt sich dies zwangsläufig auch auf die Konzentration im Gebäudeinneren aus. So stellt ein Algenbewuchs an Fassaden nicht nur ein ungewolltes optisches Aussehen dar, sondern kann sich durch die erhöhte Konzentration an Mikroorganismen auf den Gesundheitszustand der Nutzer (Gesunde, Allergiker, immunsupprimierte) auswirken. (Mehr unter Schimmelpilze - als Erreger von Krankheiten bei Menschen und Tiere.)

Befinden sich diese Außenwandflächen auf der Nordseite, so kann die Oberfläche nur langsam oder an einigen Tag gar nicht abtrocknen. Daher sind gerade an diesen Wandflächen Algen sichtbar.
Hier hilft der Einsatz von niedrig emittierender Farbe (Wärmereflexion) oder die Erhöhung der Wärmespeicherkapazität dünner Schichten [2], deutliche Minimierung des Wasser-Baustoff-Kontaktes durch Ultra-Hydrophobie [6] oder die Verwendung von diffusionsoffenen Außenschichten. Oft entscheiden bereits geringe Temperaturunterschiede über ein Wachstum der Algen. zum Beispiel bildet sich punktuell an den Dübeloberflächen der Wärmedämmverbundsysteme weniger Kondenswasser, wegen der Wärmeleitung (kleine Wärmebrücke)(Abb. 5).

Algen auf einer Fassade

Abb. 5: In der Abb. kann man deutlich die Dübel erkennen. An den Metalldübeln erfolgt ein Wärmestrom von innen nach außen, sodass hier die Oberflächentemperatur etwas höher ist. Die Zeit der Tauwasserbildung ist an diesen Stellen gegenüber der anderen Wandfläche deutlich geringer. Die Algenbildung nimmt nach oben hin ab.

Ebenso bewirkt der Lotuseffekt eine trockene nährstoffarme Fassade. [2] Neben dem Kondenswasser bewirkt natürlich auch der Niederschlag eine Algenbildung, wenn das Wasser ständig an die Wandoberfläche gelangt, zum Beispiel fehlerhafte oder defekte Dachentwässerung oder Spritzwasser, wenn es nicht richtig abgeführt wird und auf "steht" oder das Mauerwerk selbst sehr feucht ist. Hier wirken zusätzlich eingelagerte Mauersalze.

Untersuchungen in der Städten Parchim, Sternberg, Wittenberge und Perleberg ergaben, dass 12,5% der Gesamtfläche der begutachteten Fassaden mit Wärmedämmverbundsystemen befallen war. Davon entfiel 70% auf Häuser mit Kunstharzputzen. Dagegen waren bei mineralischen Leichtputzen unter gleichen Bedingungen 15,6% der Gebäude befallen.
Als positiv wird die Schlussbeschichtung der mineralischen Putze bewertet, die aus Silikat- beziehungsweise Siliconharzfarben besteht. Letztere zeigt besonders eine hydrophobe Wirkung, welche einen großen Kontaktwinkel zwischen Wasser und Beschichtung erzeugt.
Weiterhin wurde festgestellt, dass raue Oberflächen wesentlich häufiger durch Algen befallen werden als glatte. Es sollte daher kleinere Körnungen und gering strukturierte Deckputze vorrangig verwendet werden. [3] Neben der längeren Bindung des Wassers können sich auch günstiger organische Verbindungen ablagern.

Kondensat am geöffneten Dachfenster

Gerade zur kühleren Jahreszeit kann man eine Kondensatbildung auf der äußeren Seite von Thermoglas feststellen. Je höher die Luftfeuchte im Außenbereich ist, so deutlicher ist, die Kondensatbildung zu erkennen. Das Gleiche trifft auch für eine Thermohaut zu, nur sieht man hier den Feuchteanfall nicht. Durch den geringeren Wärmefluss durch das Bauteil, hier die isolierte Glasscheibe, kühlt die äußere Oberfläche als Folge des Strahlungsaustausches mit der Umgebung stark ab. Die Aufnahme des Dachfensters wurde am 22. 7. 2013 um 7.55 Uhr aufgenommen. Das Fenster war leicht geöffnet. Die Außentemperatur betrug 21,6 °C, die Oberflächentemperaturen der Glasscheibe (außen) 12 °C der Dachsteine 13,5 °C und die Temperatur zum klaren Himmel -20 °C. Die Raumtemperatur lag etwa bei 23-25 °C.

Die richtungsweisenden bauphysikalischen Lösungen können nicht alle konstruktiven Schwächen ausgleichen, sodass für eine wirksame Vorbeugung vor mikrobieller Besiedlung auch die Kombination geeigneter Biozide zur Anwendung kommt. Die Anforderungen für Filmkonservierer sind sehr vielfältig. Sie sollten eine breite Wirkung gegen Pilz-(Fungizide)1) und Algenspezies (Algizide)2) und eine Auswaschbeständigkeit haben, eine pH-, Temperatur- und UV-Stabilität sowie eine geringe Toxizität aufzeigen. Weiterhin dürfen sie die Eigenschaften der anderen Bestandteile der Farbbeschichtung nicht beeinflussen und müssen nach der Anwendung in ökologisch unbedenkliche Stoffverbindungen abbaubar sein. In der Regel finden Kombinationen von Wirkstoffen Anwendung, da zur mikrobiologischen Wirkung und Stabilität nur mit einem Wirkstoff allein nur selten die Anforderungen zu erfüllen sind. [5]
So kommen zum Beispiel in der Schweiz von cirka 7400 Tonnen Bioziden rund 25 Prozent in Baumaterialien zum Einsatz. Von den Gebäudematerialien geht somit eine Umweltbelastung durch Auswaschung oder später bei Abbruch aus.

Die Algenbildung hängt von verschiedenen Faktoren ab und ist so als komplexer Zusammenhang zu sehen. Verschiedene Forschungseinrichtungen untersuchen diese Problematik, warum und welche Bauteile häufiger und andere nicht befallen werden sowie welche Begleitumstände vorliegen. Im Vordergrund steht die Entwicklung bauphysikalischer Lösungen.

Eine neu Lösung soll das Deutschen Patent unter DE102009035656A1 03.02.2011 (www.patent-de.com darstellen. Durch die elektrische Beheizung (oder auch durch ein anderes Wärmeträgermedium) soll die außenseitige Gebäudeschicht (zumindest bereichsweise) beheizt werden, um die Zeit des Tauwasseranfalls zu verkürzen oder gar verhindern. Laut gesetzlichen Vorschriften ist Wärmeenergie einzusparen, deshalb die zusätzliche Wärmdämmung, die die theoretischen Kennwerte der U-Wertberechnung erfüllen soll. Anderseits soll dann das Gebäude auf der Außenseite der Fassade beheizt werden.

Nachfolgend noch zwei Links zum Thema Algen von zwei Kollegen Herrn Dipl.-Ing. (FH) Werner Baranski Algen und Herrn Dipl.-Ing. Konrad Fischer Grün-/Schwarz-Algen und Schmutz/Staub/Dreck auf Wärmedämmung / WDVS.

1)Fungizide Wirkstoffe greifen in zentrale Stoffwechselvorgänge in den Pilzzellen störend ein und entfalten so ihre Wirkung. Angriffsziele können zum Beispiel die Zellmembran, die Zellwand, Struktur- oder Enzymproteine oder Bestandteile des genetischen Apparates sein.
2)Algizide greifen in Vorgänge der Photosynthese ein, blockieren diese und bringen damit den Energiestoffwechsel zum Erliegen, was schließlich zum Absterben der Zellen führt.

Literatur
[1] P. Grochal, Stühlingen; Algen und Pilze an wärmegedämmten Fassaden S. 110 ff , in H.Venzmer; Mikroorganismen und Bauwerksinstandsetzung, 3. Dahlberg -Kolloquium 2001, Verlag Bauwesen -Berlin 2001
[2] A. Born, Kriftel und G. Hugo, Schondorf; Verminderung des mikrobiellen Befalls von Fassaden durch Integration physikalischer Schutzmechanismen in Beschichtungsstoffe, S.95 ff, , in H.Venzmer; Mikroorganismen und Bauwerksinstandsetzung, 3. Dahlberg -Kolloquium 2001, Verlag Bauwesen -Berlin 2001
[3] T. Stindl, Slate; Ausgewählte statistische Analysen zum Algenbefall an wärmegedämmten Wohngebäuden im norddeutschen Raum, S. 59 ff, , in H.Venzmer; Mikroorganismen und Bauwerksinstandsetzung, 3. Dahlberg -Kolloquium 2001, Verlag Bauwesen -Berlin 2001
[4] H.M. Künzel, M. Krus, K. Sedlbauer, Holzkirchen; Algen auf Außenwänden - Bauphysik als Ursache? Bauphysik als Lösung! , in H. Venzmer; Mikroorganismen und Bauwerksinstandsetzung, 3. Dahlberg -Kolloquium 2001, Verlag Bauwesen -Berlin 2001, S.75ff
[5] T. Wunder, Speyer; Der Einsatz von Algiziden und Fungiziden in Fassadenbeschichtungen, S. 105 ff, in H. Venzmer; Mikroorganismen und Bauwerksinstandsetzung, 3. Dahlberg-Kolloquium 2001, Verlag Bauwesen -Berlin 2001
[6] H. Venzmer, N. Lesnych und L. Kots, Wismar; Nicht bestellt und dennoch frei Haus: Grüne Fassaden nach der Instandsetzung durch Wärmedämmverbundsysteme? in H.Venzmer; Mikroorganismen und Bauwerksinstandsetzung, 3. Dahlberg -Kolloquium 2001, Verlag Bauwesen -Berlin 2001
[7]Raschle, Paul; St. Gallen, Schweiz, Algen und Schimmelpilze auf Fassaden, Vortrag auf der 11. Quedlinburger Holzbautagung 1.4.2005, 4/9


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