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| Wenn Häuser krank machen... | ||||||
| Biologische Luftschadstoffe | ||||||
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Kurzfassung:
Gerade der moderne Wohnungsbau hat in zunehmendem Masse mit Schimmel- und Bakterienbildung zu kämpfen. Die Folgen sind Bauschäden und gesundheitliche Probleme der Bewohner.
Der vorliegende Artikel macht einen kurzen Ausflug in die Historie der Problematik, beschreibt Ursachen für den zunehmenden biologischen Angriff, schildert Auswirkungen auf das Gebäude und die Bewohner (unter besonderer Berücksichtigung der scheinbaren Widersprüche, die sich bei einer Diagnose ergeben) und gibt Empfehlungen zur Abhilfe.
Insbesondere beschäftigt sich der Artikel jedoch mit einem Verfahren zum schnellen und sicheren Nachweis auch versteckter Schimmel- und Bakterienbildung in Wohnungen und Häusern.
Einleitung
Zur Veranschaulichung der folgenden Ausführungen soll eine Modellbetrachtung eines Hauses hinsichtlich des "Wasserhaushaltes" angeführt werden. Es handelt sich dabei um eine beliebte Prüfungsaufgabe der Physik-Vordiplomklausuren an der RWTH Aachen. In Studentenkreisen wird sie als "Klospülungsaufgabe" bezeichnet:
Die Fragestellung ist ganz einfach: Gegeben ist ein Wasserbehälter mit einem Gesamtvolumen Vgesamt, der bereits teilweise gefüllt ist mit Vo. Der zufliessende
Volumenstrom V'zu ist grösser als der abfliessende Volumenstrom V'ab. Wie lange dauert es, bis der Behälter überläuft?
Die Lösung ist ebenso einfach (anschaulich, ohne Integration - Mathematiker mögen verzeihen):
V'zu=(delta Vzu)/(delta t)
V'ab=(delta Vab)/(delta t)
V'zu-V'ab=(delta[Vzu-Vab])/(delta t)
und
Vgesamt-Vo=Vrest
Nun ist klar, dass der Behälter genau dann überläuft, wenn das innerhalb einer bestimmten Zeit delta t zugelaufene Differenzvolumen delta (Vzu-Vab) genauso gross ist, wie das freie Restvolumen Vrest.
So anschaulich und einfach die Zusammenhänge in diesem Beispiel sind, so schwierig scheint es für die meisten Leute, diese Zusammenhänge auf ein Gebäude zu übertragen.
Übertragung auf die Gebäudeproblematik
Vgesamt entspricht dem Wasservolumen, das ein Gebäude einschliesslich seiner Baustoffe, Einrichtungsgegenstände und seines Luftvolumens aufnehmen kann, ohne dassoberflächlich kondensiertes Wasser auftritt. Vo entspricht dem vorhandenen Wasservolumen, z.B. Restfeuchte nach demBau und aktuelle Luftfeuchte. V'zu entspricht dem Wassereintrag in das Gebäude durch Aktivitäten wie Kochen, Waschen, Duschen aber auch durch erhöhte Luftfeuchte aussen. V'ab entspricht dem Wasseraustrag durch Lüften und Feuchtediffusion durch das Mauerwerk.
Das Überlaufen des Behälters entspricht dem Auftreten kondensierten Wassers an der Gebäudekonstruktion oder den Einrichtungsgegenständen. Und genau das ist der Moment, auf den die allgegenwärtigen Schimmelpilz- und Bakteriensporen warten.
Was ein Pilz zum Leben braucht
Pilze und Bakterien sind äusserst spartanisch, was ihre Lebensgrundlage angeht. Drei Dinge müssen vorhanden sein:
1. Sie brauchen eine Temperatur von 18-25°C. Diese finden sie in Innenräumen ohnehin vor.
2. Sie brauchen Feuchtigkeit. Aus den nachfolgenden Abschnitten geht hervor, dass diese Bedingung immer häufiger erfüllt ist.
3. Sie brauchen Nahrung. Dabei sind geringe Mengen organischer Substanz ausreichend, man denke nur an den schimmeligen Duschvorhang: Bereits geringe Seifenreste und Hautschuppen sind genug.
Daraus wird deutlich, dass Schimmel- und Bakterienbefall absolut nichts mit Unsauberkeit zu tun hat. Vielmehr sind die Sporen allgegenwärtig. Finden sie geeignete Lebensumstände, beginnen sie auch zu wachsen.
Das Problem ist nicht neu...
Ein schwedisches Buch "Allgemeine Gesundheitspflege" schreibt im Jahr 1899: "In früheren Zeiten hatte man so viel Angst vor Schimmel im Haus, dass man eine schimmelige Wohnung so lange als völlig unbewohnbar betrachtete, bis sie vollständig gereinigt war. (...)Ein Haus mit schimmeligen Wänden soll von der Pest besessen sein, und wenn die Schimmelflecken, nachdem sie einmal entfernt worden waren, wieder auftauchten, wurde das Haus abgerissen oder verlassen."
Anfang des 19. Jahrhunderts war man sich der Schimmelproblematik derart bewusst,dass man anfing, Häuser auf Streifenfundamenten zu bauen, um das Problem der aufsteigenden Feuchtigkeit zu beseitigen. Ausserdem wurden diese Fundamente (passiv) belüftet und akribisch frei von organischen Substanzen gehalten, dass "sich ungesunde Dünste" (nicht) "in die darüberliegenden Räume einschleichen".
...wird aber wieder akut
Mit der Einführung moderner Baustoffe schien das Problem kein Problem mehr zu sein, und geriet in Vergessenheit. Es zeichnet sich jedoch ab, dass wir umdenken müssen, denn gerade die modernen Baustoffe und Bauweisen sind es, die das Problem heute wieder akut werden lassen. Dafür gibt es im wesentlichen vier Gründe:
-Es wird schneller gebaut.
Wurde ein (Massiv-)Haus vor etwa 10 Jahren über einen Zeitraum von 18-24 Monatengebaut und blieb in der Regel einen Winter über im Rohbau stehen ("Das Wasser muss 'rausfrieren"), wird ein Gebäude heute nach 6-9 Monaten Bauzeit bezogen mit der Folge überschüssigen Wassers. Unser Vo ist also grösser als früher!
-Es wird mit mehr Wasser gebaut.
Schnelleres Bauen verlangt eine andere (bessere) Verarbeitbarkeit der Baustoffe.Bauen soll aber nicht nur schneller, sondern auch einfacher werden, damit auch ungelernte und damit billigere Arbeitskräfte eingesetzt werden können. Auch dies kann, neben Maschineneinsatz, nur durch eine einfachere Verarbeitbarkeit erreicht werden. Dieser Forderung wirdin der Regel durch einen höheren Wasseranteil genüge getan. Gleichzeitig werden den Baustoffen unterschiedliche Zusätze als Fliessverbesserer und Konsistenzbildner zugegeben. Teilweise handelt es sich dabei um organische Stoffe, die gleichzeitig eine hervorragende Nahrungsgrundlage für Pilze und Bakterien bilden. Auch hierdurch ist unser Vo grösser als früher!
-Es wird zunehmend dichter gebaut
Konnte überschüssiges Wasser früher durch "zugige" Fenster oder diffusionsoffenes Mauerwerk nach aussen abgeführt werden, fällt dieser Weg durch Abdichtungsmassnahmen heute nahezu vollständig weg. Im Sinne der Energieeinsparung schliessen Fenster völlig luftdicht und das Mauerwerk ist durch Dämmstoffe oder Putze aus Kunststoffen nicht mehr atmungsfähig. Hinzu kommt ständiger Feuchtigkeitseintrag des modernen Bewohners: Waschen, Duschen, Kochen.... Unser V'ab ist kleiner als früher und unser V'zu grösser!
-Heute verwendete Baustoffe haben ein geringeres Puffervermögen
Wurden früher in grösserem Masse Baustoffe wie Holz, Lehm, Ziegel, Kalk, Gips eingesetzt, die teilweise ein enormes Puffervermögen haben (sie nehmen Feuchtigkeitbereitwillig auf und geben es ebenso bereitwillig wieder ab), finden heute Baustoffe Anwendung, die diese Fähigkeit nicht in diesem Masse haben: z.B. Beton, KS. Unser Vgesamt ist also unter Umständen kleiner als früher.
Man geht heute davon aus, dass in einem konventionell (massiv) gebauten Haus beim Bezug ein Restwassergehalt von 1.400l/100m² vorhanden ist. Zur Visualisierung: Auf jedem Quadratmeter des Hauses steht ein gefüllter 10-l-Eimer und in den kältesten Raum werden zusätzlich 40 Eimer Wasser pro100m² geschüttet.
In bezug auf unsere "Klospülungsaufgabe" bedeutet dies: Die Gefahr, dass der Behälter überläuft, ist grösser und wenn es passiert, ist der Zeitraum, innerhalb dessen es passiert, kürzer.
Begriffsbestimmungen
Neudeutsch werden biologische Luftschadstoffe als Microbial Volatile Organic Compounds (MVOC) bezeichnet, was frei übersetzt "Flüchtige Organische Verbindungen aufgrund mikrobieller Aktivität" bedeutet. Diese Begriffsbestimmung wurde in Anlehnung an die bereits länger in der Diskussion befindlichen Volatile Organic Compounds (VOC) gewählt. Letztere haben ihre Ursache hauptsächlich in der Ausgasung von Schadstoffen aus Einrichtungsgegenständen und Baustoffen.
Aus der Begriffsbestimmung wird die Ursache der MVOC bereits deutlich: Es handelt sich um Schadstoffe, die durch das Wachstum von Pilzen und Bakterien in unserenWohnungen und Häusern entstehen. Wie jeder lebende Organismus haben auch Pilze und Bakterien einen Stoffwechsel, sie nehmen Nahrung auf und geben gewissermassen Abfallprodukte ab. Bei diesen Abfallprodukten handelt es unter anderem um höhere Alkohole, die in die Umgebungsluft übergehen. Eigentlich benutzen Pilze und Bakterien diese Alkohole zu ihrem Schutz, zur Abgrenzung ihres Territoriums gegenüber "gefrässigen" Nachbarn. Wenn sie aber in Innenräumen wachsen, können sie sehr unangenehm werden.
Bedeutung für das Gebäude
Die Gebäudeschäden, die durch kondensierte Feuchtigkeit entstehen sind allgemeinbekannt: Oxidation von Metallteilen (z.B. Putzschienen), Zerrüttung von Baustoffen, abplatzender Putz, Frostschäden, Verfärbungen, Verlust der Dämmwirkung von Wärmedämmstoffen, Verformungen durch Quellen und Schrumpfen der Baustoffe, Riss- und Spaltenbildungbildung und so weiter. Viel wichtiger im Zusammenhang mit dem aktuellen Thema ist jedoch die...
Bedeutung für die Bewohner
Tritt wiederholt oder langanhaltend kondensierte Feuchtigkeit in einem Gebäude auf, werden Pilze und/oder Bakterien zu wachsen beginnen. Dabei produzieren Sie Sporen zur Fortpflanzung und Stoffwechselprodukte.
Im Grunde können durch diese Pilz- oder Bakterienbelastung drei verschiedene Krankheiten auftreten:
Die erste Form wäre eine Infektion mit den vorhandenen Pilzen oder Bakterien: Organismen, die auf den Baustoffen wachsen, wachsen auch auf oder in den Bewohnern.Diese Form der Erkrankung ist jedoch äusserst selten und tritt nur in Extremfällen (Immunschwäche) auf. Der Grund liegt darin, dass diese Mikroorganismen an das Leben auf Baustoffen und nicht auf oder in Warmblütern angepasst sind.
Die zweite Form ist die "allergische" Reaktion auf Sporen oder Stoffwechselprodukte. Allerdings ist der Begriff "allergisch" irreführend, denn es handelt sich inder Regel um eine Abwehr von krankmachenden Fremdstoffen durch das Immunsystem. Letzteres ist aber per definitionem keine allergische Reaktion, sondern eine Massnahme des Körpers zur Abwehr einer Infektion.
Während bei einer echten Infektion irgendwann "der Feind besiegt" ist, ist bei der vorliegenden ständigen Belastung nicht mit einem Abklingen der Krankheitssymptome zu rechnen. Daher muss der Körper ständig gegen den Einfluss ankämpfen mir der Folge von "diffusen" Krankheitsbildern wie Fieber, bleierne Müdigkeit, Kopfschmerzen, Atemwegsreizungen, Antriebslosigkeit und so weiter.
Ein Arzt stellt in der Regel höchstens geringe Entzündungszeichen fest, meistensdiagnostiziert er jedoch, dass der Patient völlig gesund ist. Der Betroffene isthingegen anhaltend krank und die ständige Abwehr führt zu einem intensiven Krankheitsgefühl und zu verminderter Leistungsfähigkeit.
Die dritte Form ist schliesslich die echte Allergie, die sich nach einer langen Exposition einstellt.
Gemeinhin wird bei einem Verdacht auf eine Schimmelpilz- oder Bakterienbelastung(z.B. ist ein Allergietest positiv) eine Sporensammlung in der Raumluft durchgeführt. Zur Beurteilung der Belastung wird dabei bestimmt, wie viele Sporen in einem m³ Luft vorhanden sind.
Bemerkenswert ist aber häufig, dass Symptome auch dann auftreten, wenn bei einerInnenraumdiagnose keine nennenswert überhöhte Konzentration an Schimmel- und Bakteriensporen in der Raumluft nachgewiesen werden kann. Die Ursache für diese Diskrepanz liegt in der Tatsache, dass die Sporen im Falle einer okkulten (versteckten, im Verborgenen liegenden)Schimmelpilz- oder Bakterienbelastung die Baumaterialien nicht überwinden können, sehr wohl aber deren Stoffwechselprodukte! Diese können durch Baustoffe hindurch diffundieren und zu einer erheblichen Belastung der Innenraumluft führen. Es zeichnet sich also ab, dass vielmehr die höheren Alkohole für die Krankheitssymptome verantwortlich sind, und nicht die Sporen!
Dieser Umstand ist in doppelter Weise alarmierend. Während ein offener Schimmelbefall in der Regel zu sofortigen Massnahmen führt oder zumindest eine Verbindung zwischen Befall und körperlichen Beschwerden hergestellt wird, kann eine versteckte Schimmelbildung über sehr lange Zeiträume zu einer Erkrankung der Bewohner führen, ohne dass diese eine Chancehaben, die Ursache festzustellen. Die typischen Gerüche der Stoffwechselprodukte (Kartoffelkellergeruch) sind keine grosse Hilfe, denn der menschliche Geruchssinn arbeitet selektiv, das bedeutet:ist man einem Geruch längere Zeit ausgesetzt, wird er nicht mehr wahrgenommen.
Was getan werden kann
Wenn die Sporen kein sicheres Indiz für eine Schimmel- oder Bakterienbelastung sind, so sollten sich die Bemühungen auf die Stoffwechselprodukte konzentrieren. Hier eine kleine Auswahl:
1-butanol
1-decanol
di-m-sulfid
di-m-sulfoxid
di-m-di-sulfid
di-m-tri-sulfid
ß-Farnesen
Geosmin
2-heptanon
2-hexanon
2-m-1-butanol
3-m-1-butanol
2-m-1-propanol
3-octanon
3-octanol
1-octen-3-ol
2-octen-1-ol
Glücklicherweise gibt es einige Stoffwechselprodukte, die von nahezu allen Schimmeln und Bakterien produziert werden. Diese können gewissermassen als Indikatorenbenutzt und mit einer geeigneten Messtechnik festgestellt werden.
Ist eines dieser Stoffwechselprodukte vorhanden, kann zwingend von einem, auch versteckten, Schimmel- oder Bakterienbefall ausgegangen werden!
Diese Erkenntnisse verlangen, dass bei einer Innenraumdiagnostik zur Ursachenfeststellung von Erkrankungen eine Untersuchung hinsichtlich MVOC unbedingt durchgeführt werden muss.
Messtechnik
Hervorragend geeignet zur Diagnose gasförmiger organischer Schadstoffe, so auch der Stoffwechselprodukte von Pilzen und Bakterien, ist die Gaschromatographie.
Die konventionelle Methode der Probensammlung auf einem adsorbierenden Medium (Aktivkohle, Tenax...) und der Auswertung in einem Labor ist zwar grundsätzlich möglich, aber zeitaufwendig und daher teuer und ausserdem fehleranfällig. Die häufigsten Fehler sind: Unzulänglichkeiten bei der Probennahme durch ungenaue Volumenströme und Probennahmedauer, Kontamination der Probe durch wiederholtes Anfassen, zu lange Lagerung vor der Auswertung, Undichtigkeiten des Probebehälters, Desorption der gesuchten Stoffe durch erhöhte Temperaturen bei Lagerung und Transport.
Gefordert ist also eine Messtechnik, die eine schnelle Untersuchung vor Ort unter Ausschaltung der oben genannten Fehlerquellen gewährleistet. In der Praxis des Autors hat sich dafür die Verwendung eines mobilen Gaschromatographen bewährt.
Der Gaschromatograph wird darüber hinaus selbstverständlich auch zur Diagnose anderer gasförmiger Luftschadstoffe eingesetzt. Jedoch sollen sich die weiteren Ausführungen aufgrund des thematischen Rahmens ausschliesslich auf die biologischen Luftschadstoffe beschränken.
Diese Geräte stehen heute in Ihrer Leistungsfähigkeit den Laborgeräten in nichtsnach. Die Forderungen sind:
-Mobilität für eine Person (Masse max. 30kg)
-Einfache Handhabung
-Hohe Reproduzierbarkeit
-Eindeutigkeit der Ergebnisse
-Grosse Empfindlichkeit (Nachweisgrenze!)
-Variabilität
Das vom Autoren verwendete, oben abgebildete Gerät zeichnet sich aus durch:
-Masse ca. 25kg
-Autarke Trägergasversorgung
-Automatisches progammierbares Probennahmesystem
-Interner Computer, der eine Vorprogrammierung der zu verwendenden Methode erlaubt
-Eignung für eine Temperaturprogrammierung (im Gegensatz zu isothermen Methoden)
-Interner Konzentrierer (Anreicherungsmedium mit anschliessender Thermodesorption, dadurch sind Messungen im ppt-Bereich möglich)
-Doppeldetektorsystem (Photoionisationsdetektor PID, Elektronen-Einfang-Detektor ECD) zur zweidimensionalen Messung
-Schnittstelle für externen Computer zur einfachen softwareunterstütztenAuswertung der Messergebnisse
-Ofen in Normgrösse, der die Verwendung beliebiger Trennsäulen erlaubt
Mit der Vorprogrammierung eines geeigneten Temperaturprogrammes ("Methode") ist es möglich, auch Nicht-Experten mit der Messung zu betrauen. Die eigentliche Messung läuft nach einigen "Knopfdrucken" völlig automatisch ab.
Durch die Entwicklung und Verwendung einer geeignete Methode ist es möglich, dieMessung mit hoher Selektivität auf die gesuchten Indikatoralkohole zu fokussieren.
Die Verwendung des Konzentrieres erlaubt den Nachweis auch geringer Akloholkonzentrationen bei widrigen Messbedingungen. Dies ist insbesondere dann wichtig, wennaufgrund der fortgesetzten Nutzung eines Gebäudes nicht unter worst-case-Bedingungen gemessen werden kann und die Konzentrationen durch eine entsprechend hohe Luftwechselrate gering sind.
Der Anschluss externer Detektoren, zum Beispiel eines mobilen Massenspektrometers, ist möglich.
Zusammenfassung
Die zunehmende Problematik des biologischen Angriffs auf Gebäude mit seinen Auswirkungen für die Gebäudesubstanz und die Bewohner verlangt nach einer schnellen, einfachen und sicheren Diagnosemöglichkeit. Es hat sich gezeigt, dass der herkömmliche Nachweis einer Schimmel- oder Bakterienbelastung durch eine Sporenzählung unzuverlässig ist. Wesentlich sicherer ist der Nachweis durch eine Untersuchung der Raumluft hinsichtlich der Stoffwechselprodukte. Die mobile Gaschromatographie bietet sich hierzu an. Sie ist im Gegensatz zur laborgebunden GC in der Lage, zahlreiche Fehlerquellen prinzipbedingt auszuschliessen.
Ausblick
Auch wenn mit der mobilen Gaschromatographie ein Verfahren existiert, dass die Diagnose eines biologischen Angriffs auf ein Gebäude erlaubt, ist die Ursache für die zunehmende Feuchteproblematik nicht beseitigt. Vielmehr ergibt sich die Forderung, die "konventionelle" Bauweise den modernen Erfordernissen anzupassen. Am Sinnvollsten wäre sicherlich die Erstellung völlig neuer Baukonzepte, die den scheinbaren Gegensatz "schnelles Bauen" und "trockene(re) Bauwerke" tiefgreifend vereinen.
Es gibt aber auch einfachere Ansätze:
-Es ist denkbar, eine technische Trocknung massiv gebauter Häuser in dieBauvorschriften oder Leistungsverzeichnisse zwingend aufzunehmen.
-Eine Rückbesinnung auf althergebrachte Baustoffe mit grosser Wasserpufferfähigkeit ist sinnvoll.
-Mit zunehmender Luftdichtigkeit der Gebäude wird die Feuchtediffusion durch das Mauerwerk immer wichtiger. Der Anteil von z. Zt. 3-8% muss zwangsläufigsteigen. Durch die geeignete Wahl von Bau- und Dämmstoffen muss diesem Umstand Rechnung getragen werden.
-Die Luftwechselraten müssen wieder höher werden: Die Installation automatischer Abluftsysteme mit Wärmetauschern zur Wärmerückgewinnung für die Zuluft ist denkbar, jedoch aufwendig und teuer. Konsequent ist diese Methode nur, wenn sich die Fenster eines Gebäudes nicht mehr öffnen lassen. Es bleibt zu überlegen, ob dies wünschenswert ist.
Spätestens am letzten Punkt wird eine Schwäche der bestehenden und erst recht der kommenden Wärmeschutzverordnung deutlich. Diese geht stets davon aus, dass Wärme nur von innen nach aussen entweicht und schreibt entsprechend niedrige Luftwechselraten vor. Durch eine bewusste Konzeption und geographische Ausrichtung von Gebäuden kann Sonnenenergie (passiv) genutzt werden. Kommende Wärmeschutzverordnungen müssen viel stärker auf einer Energiebilanz beruhen und Wärme, die von aussen nach innen kommt, berücksichtigen. Es ist durchaus möglich, Gebäude so zu bauen, dass sie - im Hinblick auf die Feuchteproblematik - vernünftige (höhere) Luftwechselraten und dennoch eine hervorragende Wärmebilanz haben.
Autor:
Dipl.-Ing. Volker C. Gutzeit
Ingenieurbüro für Umweltmesstechnik
Am Handwerkerzentrum 1/B29
52156 Monschau
Fon: 02472-801708
Fax: 02472-801709
Email: gutzeit@online.de
URL: www.umweltmesstechnik.com
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