Prognoseverfahren zum biologischen Befall durch Algen, Pilze und Flechten an Bauteiloberflächen auf Basis bauphysikalischer und mikrobieller Untersuchungen (Softcover)

In den letzten Jahren hat das Wachstum von Algen, Pilzen und Flechten auf Außenwänden von Gebäuden zugenommen. Als Ursache ist einerseits die erhöhte Wärmedämmung zu identifizieren - durch Regen oder Tauwasser beaufschlagte Oberflächen bleiben länger feucht, wodurch das biologische Wachstum begünstigt wird. Zum anderen wird vermutet, dass eine zunehmende Veränderung der Außenluftqualität und eine erhöhte Eutrophierung der Atmosphäre das biologische Wachstum fördert.
Das Vorhaben untersucht Möglichkeiten, mit bauphysikalischen Methoden den mikrobiellen Bewuchs von Fassaden zu verhindern oder zumindest einzuschränken, indem für trockene und nährstoffarme Oberflächen gesorgt wird. Eine wesentliche Aufgabe des Vorhabens bestand auch darin, ein Prognoseverfahren zu erstellen, mit dessen Hilfe die Eignung der vorgeschlagenen Vermeidungsstrategien in Abhängigkeit von Bauteilaufbau, -orientierung und maßgeblichen äußeren Randbedingungen, wie geografische Lage und Mikroklima, bewertet werden kann.

1 Hintergrund und Zielsetzung 23
2 Methodische Vorgehensweise im Vorhaben 25
3 Ausgangssituation/Bisherige Grundlagen 26
3.1 Besiedelung von Fassaden durch Mikroorganismen bzw. Kryptogamen 26
3.1.1 Algen 27
3.1.2 Schimmelpilze 29
3.1.3 Bakterien 30
3.1.4 Organisationstyp Flechten (Lichenes) 30
3.1.5 Moose 31
3.1.6 Wachstumsvoraussetzungen 32
3.1.6.1 Feuchte 33
3.1.6.2 Temperatur 33
3.1.6.3 Licht 33
3.1.6.4 pH-Wert 33
3.1.6.5 Nährstoffe 34
3.1.6.6 Isoplethensysteme für Schimmelpilze 34
3.1.7 Metabolismus/Ökologie 35
3.2 Bauphysikalische Grundlagen 36
3.2.1 Hygrothermische Randbedingungen 36
3.2.2 Wesentliche Ursachen für zunehmendes Vorkommen von Mikroorganismen auf Fassaden 38
3.2.3 Vorhandene Berechnungsverfahren und Softwaretools 42
3.3 Ansätze zur Lösung des Bewuchsproblems 42
3.3.1 Biozide 43
3.3.2 Konstruktive Maßnahmen 43
3.3.3 Bauphysikalische Möglichkeiten 44
3.4 Rechtliche Situation 45
4 Laufende Forschungsvorhaben zur Thematik 47
4.1 Begleitende Projekte am IBP 47
4.2 Projekte an anderen Forschungsstellen 47
4.3 Diskussion der Untersuchungsschwerpunkte der einzelnen Gruppen 48
5 Durchführung der Untersuchung 48
5.1 Biologische Untersuchungen und Messverfahren 48
5.1.1 Qualitative taxonomisch-systematische Analyse 49
5.1.1.1 Biologische Analyse der "alten" Prüfkörper 52
5.1.1.2 Untersuchungen an neuen Prüfkörpern 52
5.1.1.3 Raster-Elektronenmikroskopische Untersuchung (REM) 52
5.1.2 Quantitative biologische Analyse, Keimzahlen 53
5.1.2.1 Bestimmung der Ausgangs-Keimbelastung an Rückstellmustern 54
5.1.2.2 Keimzahlbestimmung an Prüfkörpern nach 0,5, 1, und 2 Jahren Exposition 55
5.1.2.3 Visuelle Erfassung - Bewertungsskala für die quantitative Erfassung des Aufwuchses bzw. der Verschmutzung 55
5.1.2.4 Untersuchungen an ausgeführten Bauteilen 56
5.1.3 Nährstoffanalysen 56
5.1.3.1 Organischer Gehalt, Glühverlust nach EN ISO 1172 56
5.1.3.2 Ammoniumstickstoff (NH4-N) 57
5.1.3.3 Nitratstickstoff (NO3-N) 57
5.1.3.4 Nitritstickstoff (NO2-N) 57
5.1.3.5 Gesamtstickstoff, Aufschluss nach Kjeldahl 57
5.1.3.6 "Orthophosphat" oder SRP (Soluble Reactive Phosphate, H3PO4) 58
5.1.3.7 Gesamtphosphat (SRP und organisch gebundener Phosphor) 58
5.1.4 Chemische Wirkstoff-Ausrüstung der verwendeten Materialien 58
5.1.4.1 Biologischer Biozidtest 58
5.1.4.2 LC-MS-Bestimmung von Bioziden nach Extraktion aus Farben und Farbfilmen 59
5.1.5 Stoffwechselphysiologische Untersuchungen 60
5.1.5.1 Luminometrische Abschätzung des Oberflächengehaltes an ATP 60
5.1.5.2 Weitere stoffwechselphysiologische Untersuchungen 60
5.1.6 Labortechnische Ermittlung der Wachstumsvoraussetzungen 60
5.1.7 Ergänzende Ergebnisse aus weiteren Projekten am IBP - Übersicht über autotrophe Formen an Außenbauteilen 61
5.2 Bauphysikalische Untersuchungen im Freiland und Labor 61
5.2.1 Messverfahren für die hygrothermischen Untersuchungen 61
5.2.1.1 Feuchtetechnische Materialkennwerte 61
5.2.1.2 Oberflächeneigenschaften 64
5.2.1.3 Klimatische Randbedingungen 65
5.2.2 Untersuchungen an "alten" Prüfkörpern 69
5.2.3 Untersuchungen an neuen Prüfkörpern 69
5.2.4 Untersuchungen an ausgeführten Bauteilen 71
5.3 Entwicklung eines rechnerischen Prognoseverfahrens 72
5.3.1 Berechnungsprogramm WUFI. 73
5.3.2 Notwendige Modifikationen 74
5.3.3 Zusätzliche Laborversuche 75
5.3.4 Berechnungsvarianten 75
6 Ergebnisse 76
6.1 Biologische Untersuchungen und Messverfahren 76
6.1.1 Qualitative taxonomisch-systematische Analyse 76
6.1.1.1 Biologische Analyse der "alten" Prüfkörper 76
6.1.1.2 Untersuchungen an neuen Prüfkörpern 77
6.1.1.3 Raster-Elektronenmikroskopische Untersuchung (REM) 80
6.1.2 Quantitative biologische Analyse, Keimzahlen 81
6.1.2.1 Bestimmung der Ausgangs-Keimbelastung an Rückstellmustern 81
6.1.2.2 Keimzahlbestimmung an Prüfkörpern nach 0,5, 1, und 2 Jahren Exposition 81
6.1.2.3 Visuelle Erfassung - Bewertungsskala für die quantitative Erfassung des Aufwuchses bzw. der Verschmutzung 83
6.1.2.4 Untersuchungen an ausgeführten Bauteilen 87
6.1.3 Nährstoffanalysen 87
6.1.3.1 Organischer Gehalt, Glühverlust nach EN ISO 1172: 87
6.1.3.2 Ammoniumstickstoff (NH4-N) 87
6.1.3.3 Nitratstickstoff (NO3-N) 88
6.1.3.4 Nitritstickstoff (NO2-N) 88
6.1.3.5 Gesamtstickstoff Aufschluss nach Kjeldahl 88
6.1.3.6 "Orthophosphat" oder SRP (Soluble Reactive Phosphate, H3PO4) 88
6.1.3.7 Gesamtphosphat (SRP und organisch gebundener Phosphor) 88
6.1.4 Chemische Wirkstoff-Ausrüstung der verwendeten Materialien 89
6.1.4.1 Biologischer Biozidtest 89
6.1.4.2 LC-MS- Bestimmung von Bioziden nach Extraktion aus Farben und Farbfilmen 89
6.1.5 Stoffwechselphysiologische Untersuchungen 89
6.1.5.1 Luminometrische Abschätzung des Oberflächengehaltes an ATP 89
6.1.5.2 Weitere stoffwechselphysiologische Untersuchungen 89
6.1.6 Labortechnische Ermittlung der Wachstumsvoraussetzungen 90
6.1.7 Ergänzende Ergebnisse aus weiteren Projekten am IBP - Übersicht über autotrophe Formen an Außenbauteilen 91
6.1.7.1 Organisationstyp Algen 92
6.1.7.2 Organisationstyp Flechten (Lichenes) 93
6.1.7.3 Organisationstyp Moose und Gefäßpflanzen, Abteilung Moose - Bryophyta 94
6.2 Bauphysikalische Untersuchungen im Freiland und Labor 94
6.2.1 Untersuchungen an "alten" Prüfkörpern 94
6.2.2 Untersuchungen an neuen Prüfkörpern 96
6.2.3 Untersuchungen an ausgeführten Bauteilen 102
6.2.3.1 Wandflächen 102
6.2.3.2 Vergleich Prüfkörper und Wand 108
6.3 Rechnerisches Prognoseverfahren 109
6.3.1 Validierung des Berechnungsverfahrens 110
6.3.2 Einfluss der Bauweise und Ausrichtung 110
6.3.3 Neuartige Ansätze zur Verminderung der Dauer der Taupunkttemperaturunterschreitung 112
7 Bewertung der Untersuchungsergebnisse 113
7.1 Experimentelle Untersuchungen 113
7.2 Ansätze zum rechnerischen Prognoseverfahren 120
7.3 Anwendung des Prognoseverfahrens 121
8 Bewertung des abgeschlossenen Projekts 122
8.1 Erreichen der Projektziele 122
8.2 Zusammenarbeit mit Kooperationspartner 125
8.3 Öffentlichkeitsarbeit 125
9 Inhaltliche Ansätze für ein Folgeprojekt 131
10 Literaturverzeichnis 134