D8.9 Educational Material for University Studies

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2 D8.9 Educational Material for University Studies Dr.-Ing. Rudolf Plagge Bauphysikalisches Forschungs- und Entwicklungslabor Institut für Bauklimatik der TU Dresden The research leading to these results has received funding from the European Community s Seventh Framework Programme (FP7/ ) under grant agreement n This document reflects only the author's views. The European Union is not liable for any use that may be made of the information contained therein.

3 Guiding principle Presentation 8 Author: Rudolf Plagge Partner: TU Dresden University course: Altbausanierung, Hauptstudium (Refurbishment, post graduate) Date: and (planned) Place: Dresden, Bauphysikalisches Forschungs und Entwicklungslabor, Institut für Bauklimatik der TU Dresden Title of the lesson: Moisture damage - mold Description of the contents: the lesson describes the degradation phenomena related to interstitial condensation, mold and biological germination. Name of the file: WP8_D8.9_ _TUD-Lessons 6

4 Blended Learning Altbausanierung Altbausanierung 6, Feuchteschaden - Schimmel Driving rain Dr.-Ing. Rudolf Plagge Bauphysikalisches Forschungs- und Entwicklungslabor Institut für Bauklimatik der TU Dresden R. Plagge - Vorlesung für Architekten TU Dresden

5 Bauschadensbericht Fehler bei der Sanierung von Alt- und Neubauten: Schadensgruppen

6 Durchfeuchtung als Ursache von Bauschäden Zerstörung feuchteempfindlicher Materialien (z.b. Fäulnis, Auflösung). Biologische Schädigung durch Schimmel, Pilze, Insekten Metallkorrosion Das Eindringen der Frostgrenze in den Tauwasserbereich (Frost-Tau- Wechsel, Kristallisationsdruck). Hohe Temperaturen (Strahlung) kann im durchfeuchteten oberflächennahen Bereich zu Verdampfung und Blasenbildung führen Quellen und Schwinden (Risse) Salztransport durch Feuchtetransport (Ausblühungen, Schalenbildung)

7 Derzeitiger Stand der Feuchtebeurteilung Normgerechte Bewertung verschiedener Konstruktions- und Dämmvarianten derzeit durch DIN , DIN und DIN EN ISO 13788: Vermeidung von Feuchteschäden an der Oberfläche (Kondensat, Schimmel) Feuchteschäden in der Konstruktion (Tauwasser) (Vermeidung/Reduzierung eindringenden Schlagregens)

8 Derzeitiger Stand der Feuchtebeurteilung Normgerechte Bewertung von Konstruktions- und Dämmvarianten derzeit durch DIN , DIN und DIN EN ISO 13788: Verfahren sind zum Teil alt, unterliegen vielfachen Vereinfachungen und Einschränkungen. Neue, numerische Verfahren werden nur erwähnt. Welche und wie genau werden klimatische Einflüsse, Schadenspotentiale, Randbedingungen (z.b. Klima, Baufeuchte) oder physikalische Prozesse überhaupt berücksichtigt? Inwieweit sind die Ergebnisse aussagekräftig für die möglichen Schäden bzw. wird mit den gängigen Verfahren evtl. zu kritisch, zu lax oder sogar falsch gerechnet?

9 Eigenschaften und Beschränkungen der Berechnungsverfahren DIN , DIN und DIN EN ISO 13788: - Alle Verfahren: stationär - Thermische Verfahren: ein- (Mindestwärmeschutz R), zwei- oder dreidimensional (f Rsi -Faktor) - Hygrothermisches Verfahren ( Glaser ): nur Wärme- und Dampftransport Analytische Verfahren (COND) : - stationär, eindimensional, Wärme-, Dampf- und Flüssigwassertransport sowie Feuchtespeicherung Numerische Verfahren (Delphin, Wufi): - Beliebige Klimate mit mehr Klimaeinflüssen (Regen) oder Anfangsbeding. - Ein- oder zweidimensional (dreidimensional) - Wärme-, Dampf- und Flüssigwassertransport und weitere physikalische Phänomene - Detaillierte Informationen von beliebigen Punkten der Konstruktion

10 Feuchteschäden - Kondensat Kondensat: DIN (Glaser-Verfahren), DIN EN ISO Einschränkungen: Nur Wärme- und Dampftransport, 1D, keine Feuchtespeicherung, (quasi-) konstantes Klima, keine feuchteabhängige Leitfähigkeiten, keine Strahlung... innen 20 C, 50% außen -10 C, 80% Innendämmung Klebemörtel Div. Putze

11 Feuchteschäden - Kondensat Kondensat: COND-Verfahren (Software: COND, iq-lator) Einschränkungen: Wärme- und Dampf- und Kapillartransport, 1D (vereinfachte) Feuchtespeicherung, (quasi-) konstantes Klima, feuchteabhängige Leitfähigkeiten, keine Strahlung... innen 20 C, 50% außen -10 C, 80% Innendämmung Klebemörtel Div. Putze

12 Feuchteschäden - Kondensat Kondensat: Berechnung mit fortschrittlichen Verfahren (Simulation) Reales Klima möglich, Feuchtespeicherung, Dampf-/ Flüssigwassertransport, feuchteabh. Leitfähigkeiten,... innen außen Innendämmung Klebemörtel Div. Putze Tauwasserbereich Kein Regen, kein Kondensat auf der Außenoberfläche Vergleich mit Richtlinien: Nur Kondensat in der Innendämmung und der inneren Hälfte des Wandbildners

13 Feuchteschäden - Kondensat Kondensat: Berechnung mit fortschrittlichen Verfahren Reales Klima möglich, Feuchtespeicherung, Dampf-/ Flüssigwassertransport, feuchteabh. Leitfähigkeiten,... 6 Moisture mass in [kg/m2] Integral moisture mass Interstitial condensate Time in [a] Verlauf der Gesamtfeuchte und des inneren Kondensat während 5 Jahren

14 Feuchtebeurteilung - Mindestwärmeschutz Feuchteschäden an der Oberfläche (Red. der Wärmeenergieverluste): Mindestwärmeschutz (Außenwand, DIN ) R m K W R / min n i s i 1 i Mikroklima auf der Innenoberfläche (DIN , DIN EN ISO 13788) f Rsi si e i e 0.7 : Wärmeleitfähigkeit s: Schichtdicke : Temperatur si: Innenoberfläche e: Außenoberfläche Feuchteschäden in der Konstruktion: Verdunstung des Tauwassers (DIN , DIN EN ISO 13788) Begrenzung der Tauwassermenge* (DIN , DIN ) m m WT, m WT, WV,... kg / m 2 W,T: Tauwassermenge W,T: Verdunstungsmenge * Grenzwert abhängig von Art und Kapillarität des Materials

15 Feuchtebeurteilung - Mindestwärmeschutz Mindestwärmeschutz / Heizenergieverluste (Außenwände, DIN ) R m K W R / min n i s i 1 i stationär s - Wärmeleitfähigkeit - Schichtdicke q R 1.2 m2 K/ W R min trans instationär si, HP ihp, ehp, trans - Transient HP - Heizperiode q - Wärmefluss si - Innentemperatur - Temperatur Für Simulation: Definition des Außenklima Definition des Innenklima (evtl. entwickelt aus dem Außenklima EN 15026)

16 Feuchtebeurteilung - Mindestwärmeschutz Mindestwärmeschutz / Heizenergieverluste (Außenwände, DIN ) q R 1.2 m2 K/ W R min trans si, HP ihp, ehp, trans - Transient HP - Heizperiode q - Wärmefluss si - Innentemperatur - Temperatur Heat Flux in [W/m2] Heizperiode Heizperiode Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Wärmefluss über die Innenoberfläche Dez

17 Feuchtebeurteilung - Mindestwärmeschutz Mindestwärmeschutz / Heizenergieverluste (Außenwände, DIN ) q R 1.2 m2 K/ W R min trans si, HP ihp, ehp, trans - Transient HP - Heizperiode q - Wärmefluss si - Innentemperatur - Temperatur Heat Flux in [W/m2] Jan Feb Mrz Apr Mai Heat Flux Outside Temperature Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Wärmefluss über die Innenoberfläche Temperature in [C]

18 Schimmelpilze Aspergillus fumigatus, pathogen Risikogruppe 2 Toxinbildner Penicillium chrysogenum, allergen Stachybotrys chartarum toxisch und allergen, immunsuppressiv

19 Potentiell gefährliche Schimmelpilze Bei besonders starker Sporenbildung steigt das Allergierisiko (Penicillium marneffei, Aspergillus fumigatus) Infektionen am ehesten durch Aspergillus fumigatus, Aspergillus flavus, Cladophialophora bantiana Stachybotrys chartarum (selten und anspruchsvoll) kann schon bei niedrigen Sporenbelastungen Toxinwirkung entfalten Aspergillus fumigatus Stachybotrys chartarum

20 Bedingungen für Schimmelwachstum Wachstumsbedingungen in Gebäuden mangelhafte Lüftung Feuchteeintrag z.b. durch Schlagregen unzureichende Dämmung führt zu Oberflächenkondensation Beurteilung erfordert: Instationäre Randbedingungen Information über die Schimmelspezies und ihre bevorzugten Wachstumsbedingungen spreading Verbreitung of von spores Sporen in in air der Luft Besiedlung settling auf on surfaces Oberflächen germination Keimung / Abgabe / release of von spores Sporen Myzelwachstum growth of mycelium cell Zellstoffwechsel, metabolism, release Abgabe of von cell substances Substanzen Lebenszyklus von Schimmel unter günstigen Wachstumsbedingungen

21 Mikroklima auf der Innenoberfläche Wachstum von Schimmel hängt vor allem von folgenden Faktoren ab: Kombination von Temperatur und Luftfeuchtigkeit an der Bauteiloberfläche - Auskeimung und Wachstum kann nur bei bestimmten Grenzwerten erfolgen - Isoplethen sind Linien gleichen Wachstums in einem ( ) - Diagramm (zeitabhängig) Nährstoffgehalt - Isoplethen unterscheiden sich bezüglich des Nährstoffangebots ph-wert - Optimal von Toleriert wird von Stark basische Oberflächen wirken Schimmel hemmend

22 Bedingungen für Schimmelwachstum 1 Wahrscheinlichkeit für Wachstum 0 1 Wahrscheinlichkeit für Wachstum 0 50 Relative Luftfeuchte in % Qualität des Substrates 1 1 Wahrscheinlichkeit für Wachstum 0 1 Wahrscheinlichkeit für Wachstum 0 0 Temperatur in C 50 0 Zeit in Stunden/Tag 12 Schematische Darstellung der wichtigsten Faktoren, die Einfluß auf die Wahrscheinlichkeit für Schimmelwachstum besitzen.

23 Isoplethensystem für die Keimung: Aspergillus restrictus (links) und A. versicolor (rechts) (Smith) Die Punkte zeigen Bedingungen, bei denen nach 95 Tagen noch keine Keimung stattgefunden hat.

24 Isoplethen für Wachstum (mm/d) verschiedener Arten der Spezies Aspergillus bei optimalen Nährbedingungen Quelle: Nielsen, K. F.; Nielsen, P. A.; Holm, G.: Growth of moulds on building materials under different humidities. Proceedings of Healthy Buildings (2000), Vol. 3, S

25 Schimmelpilze: Wachstumsvoraussetzungen Wachstumsvoraussetzungen Temperatur [ C] relative Feuchte [%] Pilzspezies Sporenkeimunwachstum Myzel- ph-wert Sporenkeimung Myzelwachstum min. opt. max. min. opt. max. min. opt. min. opt. min. opt. max. Asp. flavus ,5 7,5 >10 Absidia corymbifera Absidia glauca Alternaria alternata <2,7 5,4 >8 Asp. amstelodami Asp. candidus ,1 7,7 Asp. fumigatus ,5 8 Asp. nidulans Asp. niger ,5 9,8 Asp. ochraceus ,5 10 Asp. parasiticus ,5 10,5 Asp. penicillioides Asp. restrictus Asp. ruber Asp. terreus Asp. versicolor Aureobasidium pullulans Botrytis cinera Chaetomium globosum 35 Chrysosporium fastidium Cla. cladosporioides ,1 7,7 Cla. sphaerosperum Eurotium herbaroirum Fusarium culmorum Fusarium oxysporum Fusarium solani 90 Mucor plumbeus Paecilomyces lilachinus Pen. brevicompactum Pen. chrysogenum Pen. citrinum ,5 10 Pen. cyclopium Pen. expansum < Rhizopus stolonifer 1, <6,8 Scopulariopsis brevicausalis ,5 Stachybotrys atra Trichoderma viride Trichothecium roseum Ulocladium sp. 89 Wallemia sebi Minimale, optimale sowie maximale Wachstumsvoraussetzungen für einzelne Schimmelpilze hinsichtlich Temperatur, relativer Feuchte ph-wert bzgl. Sporenauskeimung sowie Myzelwachstum für unterschiedliche Gefährdungsklassen

26 Isoplethenbereiche für verschiedene Materialoberflächentypen LIM: Lowest Isopleth for Mould Unterschiede beim Wachstum an und außerhalb der Aufimpfungsstelle Quelle: IBP-Mitteilung 457, 32 (2005)

27 Mikroklima auf der Innenoberfläche Temperaturfaktor f Rsi : f Rsi si e i e 0.7 An jedem Punkt der Innenoberfläche Feuchteschäden an der Oberfläche (Schimmel) Temperature Rel. Humidity Temperature in [C] % rel. Luftfeuchte Relative Humidity in [%] Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez 50 Schimmelwachstum unter sehr günstigen Bedingungen ab 75% rel. Luftfeuchte

28 Mikroklima auf der Innenoberfläche Schimmelpilzprognose Isoplethen-Modell (Diss. Sedlbauer, WTA-Merkblatt ) Viitanen et al. Relative humidity in [%] Germination after 16 days Limit for germination Building corner surface Temperature in [C] Isoplethen für Keimung von Schimmelpilzsporen (Linien) und durchschnittlichen 12-Stundendaten von ( ) im Gebäudewinkel

29 Schadenbild: Schimmel im Eckbereich oben

30 Schadenbild: Schimmel im Eckbereich

31 Schadenbild: Schimmel im Eckbereich Robert-Sterl-Haus in Naundorf / Pirna

32 Schimmel und Raumluftklima

33 Schimmel und Raumluftklima Parameter Feuchteproduktion Parameter Luftwechsel

34 Anwendung Rijksmuseum Amsterdam Rijksmuseum Amsterdam, Niederlande Untersuchte Details/Fragen: Welcher Dämmstoff? kapillaraktive Innendämmung Welche Dämmstoffdicke? Austrocknungsverhalten? Kondensatfreiheit? Schimmelgefahr? Frostgefahr? Wie Details ausbilden? Wandabstand Bilder?

35 Anwendung Rijksmuseum Amsterdam Mansarde im Dachgeschoß: Dicke der Ziegelschicht beträgt 260 mm! Numerische Simulation: Geometrie Randbedingungen Innenklima: - rel. Luftfeuchte: 55 59%, (oberer Bereich der empfohlenen Werte) -Temperatur: C Außenklima - Klimadaten Amsterdam (1964/65) - Westwand Ambient design conditions - Arup (2002) Ziegel Holz Glas Dämmung Putz

36 Anwendung Rijksmuseum Amsterdam Mansarde im Dachgeschoß: Location in [mm] % Location in [mm] % Ohne Dämmung Mit Dämmung Location in [mm] Location in [mm] Feld der relativen Luftfeuchte: Anfang Juli nach 4 Jahren Mitte Juli nach einem Regenguss Anfang November (erster Kälteeinbruch) Ende Dezember

37 Anwendung Rijksmuseum Amsterdam Mansarde im Dachgeschoß: Relative Luftfeuchte humidity in [%] (1) (2) (3) (1) Without insulation (2) 35mm insulation, no plaster (3) 50mm insulation, 5mm plaster (1) (2) (3) Time Zeit [d] in [d] Verlauf relative Luftfeuchte im 2. Jahr mit und ohne Dämmung

38 Schimmel und Mietrecht Vermieter ist verpflichtet, dem Mieter den Gebrauch der Wohnung zu gewährleisten ( 535 BGB). Bei Überlassung der Wohnung muss sie sich für den vertragsgemäßen Gebrauch in einem geeigneten Zustand befinden und auch während der Mietzeit bleiben ( 536 BGB) Der Vermieter ist verpflichtet, notwendige Instandsetzungsarbeiten durchzuführen, es sei denn, der Vermieter hat den Mangel selbst herbeigeführt. Für die Kosten der Instandsetzung gibt es eine Zumutbarkeitsgrenze (LG Lübeck v , 537 BGB) Der Mieter kann per Vertrag dazu verpflichtet sein, Schimmel regelmäßig zu entfernen, ein angemessener Höchstbetrag für derlei Schönheitsreparaturen ist möglich (BGH NJW 1991, 1750). Größere Reparaturen gehören nicht dazu. Der Vermieter muss beweisen, dass die Räumlichkeiten in vertragsgemäße Zustand übergeben wurden. Standardisierte Bestätigungsformeln in Verträgen sind unwirksam (Übernahmeprotokoll). Mietminderung ist nach vorheriger Ankündigung möglich

39 Gerichtsurteile Grundsätzlich muss der Vermieter dem Mieter nachweisen, dass er den Pilzbefall selbst verursacht hat. Der Mieter sollte aber seinerseits ausschließen können, dass der Schimmelpilzbefall durch ein falsches Wohnverhalten entstanden ist. (LG Berlin GE 2001, 1133) Die Anforderungen an den Mieter hängen vom Mietobjekt ab (Alter, baulicher Zustand usw.). Grundsätzlich muss der Mieter sein Verhalten darauf einstellen, wenn das Mietobjekt nicht dem heutigen technischen Standard entspricht (Pauly, WuM 1997, 474). Unzumutbare Anstrengungen können von dem Mieter jedoch nicht verlangt werden. Er muss weder bauliche Maßnahmen vornehmen, noch ist es ihm zumutbar, mehrmals am Tag im Abstand von wenigen Stunden Stoss zu lüften oder sämtliche Räume ständig mit einer Temperatur von mehr als 20 Grad zu beheizen. (LG Lüneburg, Urteil vom 22. November 2000)