Nahezu keine Oberfläche ist frei von Mikroorganismen!

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1 Fraunhofer-Institut für Bauphysik Bauphysikalische Ursachen für Schimmelpilzwachstum und rechnerische Beurteilungsmöglichkeiten Mikroorganismen auf Bauteiloberflächen Bewuchs/Aufwuchs auf Bauteiloberflächen ist ist ein absolut natürlicher Umstand. Nahezu keine Oberfläche ist frei von Mikroorganismen! - optische inakzeptabel Einschränkung: - gesundheitlich (Innenraum) Befall - materialtechnisch negativ 2 1

2 Schimmelpilze in Zahlen Summerer (3500 v. Chr): Ernteausfälle durch Pilzkrankheiten Großbritannien (1988): 2,5 Millionen Mieter und Eigentümer betroffen Ökotest (1994): 9000 bis Pilztote im Jahr? Bauschäden in Deutschland: 200 Millionen Euro pro Jahr 3 Schimmelpilzschäden 4 2

3 Wachstum von Schimmelpilzen 5 Erkrankungen des Menschen Begriff Mykosen Mykotoxikosen Mykogene Allergien Beschreibung Pilzwachstum am oder im menschlichen Wirt Vergiftungen durch Mykotoxine Kontakt von Pilzelementen mit feuchten Schleimhäuten Arten Epidermale Mykosen Endo- und Systemmykosen Aflatoxikosen Penicillium-Mykotoxikosen Fusarium-Mykotoxikosen Alternaria-Mykotoxikosen Stachybotryotoxikose Asthma bronchiale allergische Alveolitis 6 3

4 Ursachen von Schimmelpilzschäden Ursache Baumangel erhöhte Luftfeuchte falsche Möblierung Leckagen Häufigkeit 46 % 19 % 13 % 22 % 7 Wachstumsvoraussetzungen von Schimmelpilzen Wachstumswahrscheinlichkeit Feuchte Relative Feuchte [%] Nährboden Qualität 1 Wachstumswahrscheinlichkeit Temperatur Temperatur [ C] Zeit Stunden/Tag

5 Relative Luftfeuchte Abkühlen: die relative Feuchte erhöht sich bis maximal 100 % r.f. bei weiterem Abkühlen wird Wasserdampf als Nebel oder an Oberflächen als Tauwasser ausgeschieden Wasserdampfgehalt der Luft [g/m³] Relative Luftfeuchte φ = 100 % Temperatur [ C] 80 % 60 % 40 % 20 % 9 Taupunktunterschreitung 10 5

6 Thermisches Verhalten von Außenbauteilen: Wärmebrücken Unterscheidung: materialbezogene Wärmebrücke geometrische Wärmebrücke 11 Thermisches Verhalten von Außenbauteilen: Wärmebrücken Außenlufttemperatur -15 C Oberflächentemperatur: 17 C Maximal zulässige relative Luftfeuchte: 83 % 73 % Raumlufttemperatur 20 C 15 C 83 % 17 C 56 % 68 % 11 C 14 C 14 C 68 % 17 C 83 % 15 C 73 % U = 0,5 W/m 2 K U = 1,0 W/m 2 K Außenwandecke 83 % 17 C 12 6

7 Wärmebrückeneffekte bei Innendämmung A u ß e n w a n d Fehlstellen in der Dämmschicht Wärmebrücken -Wirkung 13 Oberflächentemperaturen an den Außenwänden Übergangskoeffizient h [W/m²K]: h = 8: h = 4: h = 2: h = 1: Regelquerschnitt Ecke hinter einem Schrank Ecke hinter Schrank 14 7

8 Oberflächentemperaturen an den Außenwänden Übergangskoeffizient h [W/m²K]: h = 8: h = 4: h = 2: h = 1: Regelquerschnitt Ecke hinter einem Schrank Ecke hinter Schrank 15 Schimmelpilzbildungen 16 8

9 Einfluss des Mieterverhaltens Konflikt: Mieter contra Vermieter 17 Einfluss des Mieterverhaltens Konflikt: Mieter contra Vermieter 18 9

10 Oberflächentemperaturen der Außenwände außen innen θ i θ si Schimmel nur bei schlechtem Dämmstandard? θ e θ se 19 Oberflächentemperaturen an den Außenwänden 20 10

11 Oberflächentemperaturen an den Außenwänden => Heute keine Schimmelpilzprobleme? 21 Schimmelpilzbildung in Wohnräumen Feuchteproduktion pro Tag 4 Personen-Haushalt: 36 h Schlafen 1260 g/d 27 h Sitzen 1350 g/d 15 Pflanzen 720 g/d 2 h Kochen 600 g/d ½ h Spülen 100 g/d 1 h Duschen 2400 g/d Tagessumme 6430 g/d Wäschetrocknen 1 Maschine 2250 g/d Tagessumme ca g/d 22 11

12 Einfluss des Luftwechsels Annahme mittlere Feuchteproduktion: 3 g/(h m³) 23 Baufeuchte Mittlere Baufeuchte pro m² Wfl

13 Einfluss des Luftwechsels Annahme mittlere Feuchteproduktion und Baufeuchte Häufigkeit von Schimmelpilzschäden Raum Schlafzimmer Kinderzimmer Wohnzimmer Bad Küche sonstige (z. B.) Flur Beobachtung

14 Häufigkeit von Schimmelpilzschäden Raum Schlafzimmer Kinderzimmer Wohnzimmer Bad Küche sonstige (z. B.) Flur Beobachtung Feuchteverhältnisse in Wohn- und Schlafräumen 28 14

15 Feuchteverhältnisse in Wohn- und Schlafräumen 29 Zusammenfassung Bauphysikalische Ursachen für Schimmelpilzbildung: ungenügendes Wärmedämmniveau bzw. Wärmebrücken, erhöhte Wärmeübergangswiderstände, unzureichende Beheizung, erhöhte Feuchteproduktion in Innenräumen, mangelhaftes Lüftungsverhalten der Bewohner Baufeuchte in Konstruktionen Nur Beseitigung der Ursachen für Schimmelpilzbildung bringt langfristigen Erfolg Bei jeder Energiesparmaßnahme muss die Feuchtesituation des Bauwerks berücksichtigt werden! 30 15

16 rechnerische Beurteilungsmöglichkeiten 31 Isoplethensysteme Aspergillus restrictus (Smith) 32 16

17 RelativeFeu Temperatur[ C] 2d4d8d16dLIM0 Isoplethensysteme Aspergillus restrictus Aspergillus versicolor 33 Typische Schimmelpilze in Räumen? Pilzspezies Asp. nidulans Asp. niger Asp. ochraceus Asp. parasiticus Asp. penicilloides Asp. repens Asp. ruber Asp. sydowii Asp. terreus Asp. ustus Asp. versicolor Asp. wentii Aur. pullulans Botrytis sp. Botrytis cinera Canadia albicans Chaetomium sp. Cha. globosum Cladosporium sp. Cla. herbariorum Cla. herbarum Auszug aus der Literaturauswertung repräsentativ in Gebäuden [35] [87] [50] [12] [37] [95] [21] Myzelwachstum Gesundheitsgefährdung Daten vorhanden Sporenkeimung 34 17

18 RelativeFeu Tem dLIM Isoplethen zur Bewertung von Schimmelpilzbildung 35 Isoplethensysteme 36 18

19 Schimmelpilzversuchsstand IBP Stuttgart 37 Einfluss des Materials auf die Lage des LIM Substratgruppen 0 optimales Substrat (biologische Vollmedien) I biologisch gut verwertbare Substrate (z.b. Tapeten, Verschmutzung) II biologisch kaum verwertbare Substrate (z.b. mineralische Baustoffe) 38 19

20 Isoplethensysteme für Baustoffe 39 Gesundheitsgefährdung durch Schimmelpilze Bewertung einzelner Schimmelpilze: - kein eindeutiger Ursachen-Wirkungs-Zusammenhang - Abhängigkeit von der Größe des Befalls - Personen unterschiedlich betroffen Besonders kritische Schimmelpilzspezies: - Aspergillus fumigatus - Aspergillus flavus - Stachybotrys chartarum 40 20

21 Isoplethensysteme kritische Pilze (optimaler Nährboden) Asp. flavus u. Asp. fumigatus; Stachybotrys d Relative Feuchte [%] d 4 d 8 d 16 d 32 d LIM K Sporenauskeimungszeit: Temperatur [ C] Daten nur für optimales Substrat! 41 Anwendung der Isoplethensysteme

22 Vorhersage mit Hilfe der Isoplethensysteme Ecke hinter Möblierung Ecke hinter Möblierung Raumecke Wandmitte 43 Vorhersage mit Hilfe der Isoplethensysteme Die gute Nachricht: Gesundheitlich besonders kritische Pilze nur bei sehr hohen Feuchten Problem: Rein additives Verfahren 44 22

23 REM-Aufnahmen Schimmelpilzsporen 45 Vorhersagemodell WUFI-Bio 46 23

24 Vorhersagemodell WUFI-Bio 47 NEUE BEWERTUNG DER BERECHNUNGSERGEBNISSE DES BIOHYGROTHERMISCHEN MODELLS MIT DEM MOULD-INDEX Zwei ganz unterschiedliche Berechnungmodelle verbreitet: Biohygrothermisches Modell (Sedlbauer) Empirisches Modell (Viitanen) Mould-Index Physikalisch begründetes Modell: Berechnung des instationären Wasserhaushaltes einer Modellspore Einfluss realer instationärer Randbedingungen Berücksichtigung des Substrats Aber: Wenig anschauliche Ergebnisausgabe in mm Wachstum 0 = kein Wachstum 1 = ein wenig Wachstum (mikroskopisch) 2 = mäßiges Wachstum (mikroskopisch) Bedeckung > 10% 3 = ein wenig sichtbares Wachstum 4 = sichtbares Wachstum > 10% 5 = Bedeckung > 50% 6 = dichte Bedeckung 100% 48 24

25 Übertragungsfunktion 49 Zusammenfassung Modell zur Beurteilung der Schimmelpilzbildung - Isoplethenmodell - Biohygrothermische Modell Neuheiten - Gefährdungsklassen - Substratgruppen - instationäre Implementierung Validierung gute Übereinstimmung - mit Erfahrungswerten - mit Laboruntersuchungen - mit Ergebnissen im Freiland generell wichtig - Feuchtemanagement - Nutzeraufklärung 50 25

26 Schadensbeispiel Teppichreinigung 51 Schadensbeispiel Teppichreinigung - Ursachen Schimmelpilzwachstum an den kältesten Stellen - sehr geringer Wärmeschutz -hohe Feuchte (etwa 55 % r.f. ), -hohe Raumlufttemperatur (ca. 30 C) 52 26

27 Schadensbeispiel Teppichreinigung - Lösung 53 Anwendungsbeispiel 3-Zimmerwohnung mit Außenwandinnenecken unterschiedlicher Dämmstandard für jeden Raum eigene Feuchteproduktionsrate entspr. Nutzung kein Feuchteaustausch zwischen den Räumen Bad 9 m² Schlafzimmer 14 m² Kammer 3 m² Flur 10 m² Küche 10 m² Wohnzimmer 20 m² Kinderzimmer 16 m² Balkon 54 27

28 Anwendungsbeispiel 3-Zimmerwohnung mit Außenwandinnenecken unterschiedlicher Dämmstandard für jeden Raum eigene Feuchteproduktionsrate entspr. Nutzung Häufigkeit von Schimmelpilz- wachstum Wohnzimmer Schlafzimmer Küche Bad Kinderzimmer 16 % 41 % 8 % 8 % 26 % Uhrzeit Schlafzimmer Kinderzimmer Wohnzimmer Bad Küche Feuchte in g/h Feuchte in g/h Feuchte in g/h Feuchte in g/h Feuchte in g/h Ps,2T 80 (100) 2Ps,2T 80 (105) 10T 35 (65) HT 20 (35) 2 T 10 (25) T 10 (30) 2T 10 (35) 4Pt,10T 235 (265) 2D 500 (515) K 100 (115) T 10 (30) 2T 10 (35) 10T 35 (65) HT 20 (35) 2 T 10 (25) T 10 (30) 2T 10 (35) 3Pt,10T 185 (215) HT 20 (35) M 250 (265) T 10 (30) 2Pt,2T 115 (140) 1Pt,10T 85 (115) HT 20 (35) 2 T 10 (25) T 10 (30) 2Pt,2T 115 (140) 1Pt,10T 85 (115) HT 20 (35) A 450 (465) T 10 (30) 2T 10 (35) 4Pt,10T 235 (255) HT 20 (35) G 250 (265) T 10 (30) 2T 10 (35) 2Pt,10T 135 (155) 2D 500 (515) 2 T 10 (25) T 10 (30) 2Ps,2T 80 (105) 2Pt,10T 135 (155) HT 20 (35) 2 T 10 (25) Ps,2T 80 (100) 2Ps,2T 80 (105) 10T 35 (65) HT 20 (35) 2 T 10 (25) Summe 800 (1280) g 1360 (1940) g 1890 (2610) g 1440 (1875) g 1250 (1610) g Gesamtfeuchtesumme 6740 (9315) g Gesamtvolumen 172,5 m³ Volumen bezogene Feuchte 1,63 (2,25)g/(h*m³) 55 Vorgehensweise Iterative Ermittlung des erforderlichen Lüftungsprofil zur Schimmelpilzvermeidung 56 28

29 Ergebnisse Iterative Ermittlung des erforderlichen Lüftungsprofil zur Schimmelpilzvermeidung - Altbauwohnung Normalfall Wäschetrocknen 57 Ergebnisse Iterative Ermittlung des erforderlichen Lüftungsprofil zur Schimmelpilzvermeidung - gut gedämmte moderne Wohnung (WDVS) Normalfall Wäschetrocknen 58 29

30 Ergebnisse Iterative Ermittlung des erforderlichen Lüftungsprofil zur Schimmelpilzvermeidung - Altbauwohnung mit dichten Fenstern Normalfall Wäschetrocknen 59 Zusammenfassung Schimmelpilzvermeidende Lüftung hängt in komplexer Weise von Klima, Baukonstruktion und Feuchtelasten ab Neben Stoßlüftung stets eine ausreichende Grundlüftung nötig Dichtere Fenster nur in Verbindung mit Dämmmaßnahme Lüftungserfordernisse sehr komplex da kein Gefühl für Luftfeuchte häufig andere Maßnahmen erforderlich 60 30