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Algen
erobern Fassaden
Algenwachstum als Folge verbesserter Isolation
Algen folgen den Gesetzen der Natur, wenn sie auf
Fassadenflächen Fuss fassen und sich ausbreiten. Sie können selbst auf nährstoffarmen
Oberflächen wachsen und dadurch Wegbereiter für weitere Lebensformen werden.
Unter bestimmten Voraussetzungen können Algen auch die Fassaden von Gebäuden
besiedeln.
In den vergangenen Jahren wurde der Bauschadensektor
um den Begriff der sogenannten „biogenen Bauschäden“ erweitert. An
historischen Bauten, Skulpturen und Wandmalereien wurden Schädigungen durch „mikrobiellen
Angriff“ oder durch „Biokorrosion“ festgestellt. Aber auch nüchterne
Zweckbauten der Gegenwart sind dem Risiko von Bewuchs und biogenen Schäden
ausgesetzt.
Schäden
durch Pflanzen und Bakterien.
Es ist bekannt, dass Pflanzenbewuchs auf dem Schotter
von Bahnkörpern dessen dynamische Tragfähigkeit einschränken kann. Herbizide
haben dies in der Vergangenheit wirkungsvoll verhindert, sind aber wegen des
Einsickerns ins Grundwasser in Frage gestellt. Mikroorganismen stehen im
Verdacht, das Altern von PVC-Dichtungsbahnen auf Flachdächern zu beschleunigen.
Im Hochbau werden Naturstein- und Sichtbetonfassaden durch salpetersäureproduzierende
Bakterien (Nitrifikanten) angegriffen. Im Tiefbau haben schwefelsäureproduzierende
Bakterien (Thiobazillen) verschiedentlich zu gravierenden Schäden am Beton von
Abwasserkanälen geführt. Der mikrobielle Abbau von Hölzern durch Pilze ist
bekannt und beispielsweise im Falle des Hausschwamms ein gefürchteter Schädling
für Bauten.
Algenbewuchs als Folgeerscheinung.
Angesichts dieser Hinweise mag sich mancher
Hausbesitzer besorgt fragen, ob der Algenbewuchs auf Teilen seiner Hausfassade
ebenfalls negative Folgen haben könnte. Die Frage kann gegenwärtig nicht
abschliessend beantwortet werden. Es fehlen Langzeiterfahrungen, denn
Algenbewuchs steht offensichtlich in einem Zusammenhang mit unserer modernen,
hochwärmedämmenden Fassadenkonstruktionen und ist in gewissem Sinne ein
„Kind unserer Zeit“.
Trotzdem gibt es Anzeichen dafür, dass Algenbewuchs
im allgemeinen eher als ein optischer und weniger als ein technischer Mangel
einzustufen ist. In Einzelfällen kann dies aber durchaus verschieden sein.
Umstritten ist derzeit vor allem, ob Pilze, die sich beispielsweise auf dem Nährboden
abgestorbener Algen bilden, oder Flechten, die eine Lebensgemeinschaft von Algen
und Pilzen sind, Fassadenflächen schädigen können.
Wo
leben Algen?
Es gibt mikroskopisch kleine Algen, die erst nach
einer Massenvermehrung sichtbar werden. Und es gibt die viele Meter Algen
Grossalgen oder Tange der Weltmeere.
Die weitaus grösste Anzahl der Algen lebt ständig
im Wasser. Nur wenige leben als Luftalgen (aerophytische Algen) ausserhalb des
Wassers und nehmen das Wasser aus
der Atmosphäre als Regen oder Dampf auf. Sie leben in der „unverbauten
Natur“ hauptsächlich an der
Schattenseite von Felsen, an feuchten Steinen und
auf feuchter Erde. Auch an Waldbäumen wachsen Algen auf der Wetterseite der Stämme
(vgl. Bild 1).
Die Aerophyten bestehen in unserer
Klimazone aus mikroskopisch kleinen Grün- und Blaugrünalgen. An Bauwerken
leben sie wie die Aerophyten der freien Natur eher an „feuchten“ Mauern.
Wenn es ihnen die Lebensbedingungen gestatten, dann entwickeln sich diese
„Mikroorganismen“ zu sichtbaren, grünen oder blaugrünen Kolonien. Passende
Unterlagen sind organische und anorganische, nährstoffreiche und nährstoffarme,
basische oder silikathaltige Materialien.
Feuchtigkeit
und Unterlage.
Für Bewuchs braucht es immer drei Vorbedingungen:
Anwesenheit der Algen, genügend Feuchtigkeit und eine geeignete Unterlage. Da
diese mikroskopisch kleinen Algen durch den Wind verbreitet werden können, ist
mit ihnen überall zu rechnen. Die Zusammensetzung der Unterlage bestimmt im
wesentlichen die Art des Bewuchses; die Algenflora der Baumstämme ist
verschieden von derjenigen auf mineralischen Baustoffen. Algenwachstum am Bau
ist ein Hinweis, dass eine zu hohe Material- oder Oberflächenfeuchtigkeit
vorliegt.
Nahrung
für Algen.
Durch ihre grünen Pigmente können
Algen den benötigten Kohlenstoff aus dem Kohlendioxyd der Luft beziehen
(Photosynthese wie bei höheren Pflanzen). Als Stickstofflieferanten kommen
Ammoniumsalze und Nitrate in Frage; einige Blaualgen können auch elementaren
Stickstoff der Luft verwerten. Zusätzlich benötigen Algen viele weitere
Elemente in geringen bis geringsten Mengen (sogenannte „Spurenelemente“).
Diese stehen als Staub
und
in Ablagerungen an Bauten stets ausreichend zur Verfügung. Die Verwertung
einfacher anorganischer Verbindungen unter Mithilfe von Licht- und Sonnenenergie
und die Ausnutzung von Wasser als Wasserstoffspender ist für Algen und grüne
Pflanzen typisch.
Der wesentlichste Unterschied in den Nahrungsansprüchen
von Pilzen und Algen liegt darin, dass Pilze Kohlenstoff in Form organischer
Verbindungen (wie Stärke, Zucker, Zellulose) brauchen, wogegen Algen diesen
Hauptbestandteil ihres Baus aus der
Luft beziehen können. Daraus ergibt es sich, dass Algenbewuchs über den
Feuchtehaushalt bekämpft werden muss. Pilzwachstum kann dagegen auch verhindert
werden, wenn ein inertes Material - eines, das keine Nährstoffe für Pilze enthält
- verwendet wird.
Einfluss
der Orientierung
Die Material- oder Oberflächenfeuchtigkeit ist an
beschatteten Oberflächen normalerweise grösser als an besonnten Oberflächen.
Deshalb sind die nach Norden orientierten Fassaden von Gebäuden für
Algenbewuchs besonders prädestiniert. Bild 2 zeigt die Südfassade eines
Mehrfamilienhauses. Die Fassadenkonstruktion besteht aus einem verputzten
Mauerwerk. Die Fassadenfläche ist frei von Algenbewuchs. Bild 3 zeigt die
Nordfassade des Gebäudes. Sie wurde vor eineigen Jahren im Zuge einer wärmetechnischen
Sanierung mit einer zusätzlichen verputzten Aussenwärmedämmung versehen. Die
fensterlosen Wandflächen der Nordfassade zeigen starken Algenbewuchs. In der
Mittelzone ist der Bewuchs gering. Diese Verteilung des Bewuchses zeigt, dass
die Fensterbänke einen gewissen Regenschutz für die darunter liegenden Wandflächen
bieten.
Die
Bedeutung der Nordorientierung wird auch aus den Bildern 4 und 5 deutlich. Die
Bilder zeigen die Süd- und die Nordseite einer Verkehrstafel. Die Südseite ist
algenfrei, die Nordseite ist von Algen besiedelt. Bild 6 zeigt einen Ausschnitt
aus der Nordfassade eines Einfamilienhauses. Das Gebäude ist mit einer außenliegenden
Wärmedämmung „eingepackt“, die mit Faserzementplatten vor Witterungseinflüssen
geschützt ist. Auf der Oberfläche dieser Platten haben sich vor allem in Zonen
mit erhöhter Schlagregenbeanspruchung Algenkolonien gebildet. And er Nordseite
des Einfamilienhauses liegt ein etwa 20 auf 30 Meter grosses Biotop. In rund 50
Metern Distanz fliesst ein grösserer Bach.
Einfluss
der Wärmedämmung
Den Bildern1, 3, 5 und 6 ist gemeinsam, dass die
Algen auf beschatteten und kühlen und deshalb feuchten Oberflächen gewachsen
sind. Das Material der Oberfläche scheint demgegenüber von untergeordneter
Bedeutung zu sein. Wenn die Bedingung „schattig, kühl und feucht“ erfüllt
ist, wachsen Algen nicht nur auf Hölzern, Steinen, Beton, Verputzen und
Farbanstrichen, sondern auch auf Kunststoffen, Metallen und selbst auf Gläsern.
Aufschlussreiche
Fallstudie.
Die EMPA erhielt den Auftrag, die
Ursache der Algenbildung auf der Nordfassade einer Liegenschaft abzuklären.
Bild 7 zeigt die bauliche Situation. Das Gebäude befindet sich im Tessin. Es
ist 5 bis 10 Meter von einem Wald entfernt, in dem in etwa 50 Metern Entfernung
zum Gebäude ein Wildbach fliesst. Die Fassadenkonstuktion besteht aus einem
verputzten Zweischalenmauerwerk mit 70 Millimeter starker Wärmedämmung.
Bei der Besichtigung des Gebäudes fiel auf, dass der
Algenbewuchs auf der
Nordfassade ungleichmässig ist. Er beschränkt sich
auf die beiden fensterlosen Wandflächen. Die mit Fenstern versehene
Fassadenmitte ist algenfrei. Die optische Erscheinung ähnelt derjenigen in Bild
3. Die Mittelzone ist durch ein weit auskragendes Vordach geschützt. Die Oberfläche des betonierten
Kellergeschosses war ebenfalls algenfrei. Es ergaben sich keine Hinweise auf
bauliche Mängel als Ursache des Algenbewuchses.
Im November wurden an der Nordfassade
des Gebäudes orientierende Temperaturmessungen vorgenommen. Die
Aussentemperatur betrug 5,1° C. Der Himmel war bedeckt. Neben
Oberflächenthermometern kam auch eine Infrarotkamera zum Einsatz. Bei der
Messung zeigte es sich, dass die von Algen befallenen, fensterlosen
Fassadenteile mit 5,3° C Oberflächentemperatur am kältesten waren. Die
algenfreien Bereiche der Fensterzone waren mit 5,5° C nur geringfügig wärmer.
Am wärmsten war die Oberfläche des betonierten Kellergeschosses mit 7,7° C.
Dort befand sich eine Waschküche mit einer Raumlufttemperatur von 25° C. Die
Temperaturmessungen haben also gezeigt, dass die Algen nur an den kältesten
Fassadenbereichen aufgetreten sind.
Geringste
Temperaturunterschiede.
Eine genaue Betrachtung der bewachsenen Flächen lässt
eine eigenartige Strukturierung des Algenbefalls erkennen. Der Algenbewuchs
zeichnet das unter dem Verputz liegende Mauerwerk mit seinen Steinen und Mörtelfugen
ab (vgl. Bild 8). Pro Geschoss lassen sich 14 Steinalgen zu je 20 cm Höhe
feststellen. Der Algenbewuchs ist über den Mörtelfugen deutlich geringer als
über den Backsteinen.
Die Infrarotaufnahme in Bild 9 liefert die Erklärung
des Phänomens. Über den Mörtelfugen ist der Verputz etwa 0,1 bis 0,2° C wärmer
als über den Steinen. Ursache ist die etwa doppelt so grosse Wärmeleitfähigkeit
des Mörtels gegenüber den Backsteinen. Der geringe Temperaturunterschied genügt
offensichtlich als „Zünglein an der Waage“, um den Algenbewuchs
entsprechend zu beeinflussen.
Mit
der hochauflösenden Infrarotkamera der EMPA konnte die Ursache weiterer heller
Flecken innerhalb des Algenbewuchses festgestellt werden. Bei diesen hellen
Flecken befinden sich die Metallanker des Zweischalenmauerwerks. Ihre Wärmebrückenwirkung
hat, wie aus der Infrarotmessung ersichtlich war, die Oberflächentemperatur örtlich
um 0,2 bis 0,9° C erhöht.
Aus der Fallstudie kann abgeleitet werden, dass
wenige Zehntelgrade darüber entscheiden können, ob auf einer Oberfläche Algen
wachsen oder nicht. Bei der geringfügig tieferen Oberflächentemperatur
trocknet Feuchtigkeit von der Oberfläche nicht mehr rasch genug ab, so dass der
Wasserbedarf der Algen gesichert ist. Damit wird auch deutlich,
warum gerade moderne Aussenwandkonstruktionen besonders algenanfällig
sind. Je höher die Wärmedämmung, desto kühler ist die Fassadenoberfläche während
der Heizperiode.
Verputzte
Aussenwärmedämmungen.
Die verputzte Aussenwärmedämmung, volkstümlich
auch als „Aussenisolation“ bezeichnet, ist eine bewährte, moderne
Fassadenkonstruktion, welche k-Werte unter 0,5 W/m2K ermöglicht. Bei verputzten
Aussenwärmedämmungen wird Algenbewuchs besonders häufig beobachtet. Der
Befall beschränkt sich in der Regel auf die Nordfassade; gelegentlich sind auch
beschattetet Teile der „Wetterseite“ betroffen.
Das Risiko eines Algenbewuchses ist bei der
verputzten Aussenwärmedämmung deshalb besonders gross, weil sich der Verputz
dieser Konstruktion in klaren Nächten besonders stark abkühlen kann.
Verputzte Aussenwärmedämmungen haben einen nur
wenige Millimeter dicken Verputz. Dieser kann wegen seiner geringen Masse wenig
Wärme speichern. Messungen der EMPA haben gezeigt, dass die Wandoberfläche von
verputzten Aussenwärmedämmungen in klaren Nächten nicht nur auf das Niveau
der Lufttemperatur abkühlt. Der Verputz unterkühlt sich vielmehr im Vergleich
zur Lufttemperatur um etwa 2 bis 4° C. Dieser Effekt ist weitgehend unabhängig
von der Jahreszeit. Die Folge der Unterkühlung ist, dass sich in klaren Nächten
auf der Verputzoberfläche Tauwasser niederschlagen kann und sich bei
Minustemperaturen eine Eisschicht bildet. Der Effekt ist vergleichbar mit der
Tauwasser- und Eisbildung auf Autos, die nachts im Freien parkiert werden. Die
physikalische Ursache liegt in der Wärmestrahlung der Oberflächen gegen den
kalten Nachthimmel bzw. das Weltall, wobei mehr Wärme abgegeben wird, als aus
der Konstruktion und der umgebenden Luft wieder nachfliessen kann.
Unterkühlungseffekt.
Bild 10 zeigt eine verputzte Aussenwärmedämmung,
die nach einer klaren Nacht fotografiert wurde. Auf den am stärksten
exponierten Fassadenflächen hat sich Tauwasser niedergeschlagen, erkennbar an
der dunkleren
Färbung.
Bei Rissen im Verputz über den Stossfugen der Wärmedämmplatten ist Tauwasser
kapillar in den Grundputz
eingedrungen, so dass sich der Verputz entlang den Rissen heller abzeichnet. Möglicherweise
entweicht bei den Rissen auch Wärme, welche ein Abtrocknen entlang der Risse
bewirkt. An geschützten Flächen, d.h. in den Nischen von Fassadenecken,
hat keine Kondenswasserbildung stattgefunden. Vermutlich beschränkt sich der
„Unterkühlungseffekt“ nicht auf verputzte Aussenwärmedämmungen, sondern
hat auch bei hinterlüfteten Verkleidungen und anderen Fassadenkonstruktionen
einen Einfluss.
Besondere
Einflussfaktoren.
Die Kombination von hoher Wärmedämmung
und Nordfassade erhöht
das
Algenrisiko, aber nicht jede Nordfassade mit guter Wärmedämmung muss zwangsläufig
von Algen befallen
werden. In der Regel bedarf es weiterer Einflüsse, wie auch aus den
vorgestellten Beispielen ersichtlich wird, etwa eines nebelreichen Standortes
oder der Nähe eines Waldes, Bache
s,
Biotops usw. Oft ist der Algenbewuchs nur
lokal vorhanden, z.B. beim Fassadensockel, d.h. im Spritzwasserbereich, vgl.
Bild 11, oder im Schatten eines Strauchs, vgl. Bild 12. Bild 13 zeigt einen
bogenförmigen Algenbewuchs über Fenstern. Ursache ist feuchtwarme Luft, die
beim Lüften aus dem Fenster strömt. Ihre Feuchtigkeit kondensiert in einer
bogenförmigen Fläche auf dem Fenstersturz und ermöglicht dadurch das
Algenwachstum.
Weitere besondere Einflussfaktoren können sein: eine
allgemein zu hohe Wasseraufnahme und
Wasserspeicherung der Fassadenoberfläche als Folge
einer ungünstigen Kapillarstruktur oder eine örtlich zu hohe Wasseraufnahme
und Speicherung etwa infolge von Rissen. Erfahrungsgemäss können auch rauhe
Oberflächen die Algenbildung fördern, weil sich in Vertiefungen Feuchtigkeit und
Schmutz sammeln können. Solche Vertiefungen sind oft die
Ausgangspositionen für einen grossflächigen Algenbefall.
Sanierungsmöglichkeiten.
Die Sanierungsmöglichkeiten sind begrenzt. Man wird
wegen eines Algenbefalls nicht einen nahegelegenen Wald abholzen, einen Bach
trockenlegen oder die Wärmedämmung der Aussenwand reduzieren. Die wichtigste Möglichkeit
einer Sanierung besteht darin, die Fassadenoberfläche „trockenzulegen“ und
damit den Algen die Lebensgrundlage zu entziehen. Hierzu hat sich in
verschiedenen Fällen das folgende Vorgehen bewährt:
Vorbehandlung der veralgten Fassadenflächen mit
einem Algizid, Entfernung des Algenbewuchses (Vorsicht bei Reinigung mit
Hochdruckwasserstrahl), algizider Zwischenanstrich, Applikation eines
wasserabweisenden (hydrophobierenden) Tiefgrunds und eines wasserabweisenden
Farbanstrichs, z.B. mit Silikon- oder Siloxanfarbe.
Der Tiefgrund oder der Farbanstrich kann zusätzlich
mit einem Algizid ausgerüstet werden. Bei der Sanierung muss die Verträglichkeit
der eingesetzten Produkte mit dem bestehenden Untergrund abgeklärt werden. Dies
gilt vor allem beim Einsatz von lösungsmittelhaltigen Produkten und bei der
Sanierung von verputzten Aussenwärmedämmungen. Es wäre fatal, wenn der
Algenbewuchs beseitigt wäre und stattdessen Risse im Verputz oder Lösungsmittelangriffe
auf die Polystyrolplatten einer verputzten Aussenwärmedämmung die Folge wären.
Verhütungsmöglichkeiten
In exponierten Situationen (Nebelzone, Waldnähe, Nähe
zu Gewässern) sollten Nordfassaden möglichst vermieden werden. Dies kann z.B.
durch entsprechende Drehung des Gebäudes bei der Planung realisiert werden. Wo
dies nicht möglich ist, muss der Feuchtigkeitsanfall auf die Fassadenfläche
gering gehalten werden. Vordächer sind vorteilhaft, ebenso spezielle
wasserabweisende Oberflächenbehandlungen, deren Langzeitwirkung jedoch unsicher
ist.
Auch bei nur oberflächlich angebrachten Algiziden
ist die Langzeitwirkung fraglich und das Einsickern von herausgewaschenen
Wirkstoffen ins Grundwasser unerwünscht. Für die Wirksamkeit der Algizide müssen
diese jedoch eine gewisse Wasserlöslichkeit aufweisen, so dass ein Auswaschen
der Wirkstoffe letztlich gar nicht verhindert werden kann. Daraus lässt sich
ableiten, dass jede algizide Ausrüstung früher oder später erschöpft sein
wird und dadurch ihre Schutzwirkung verliert.
Das
Verhindern von Algenwachstum auf Fassaden durch Algizide bedeutet deshalb, dass
die erforderlichen Massnahmen in periodischen Abständen wiederholt werden müssen.
In besonders kritischen Situationen kann es zweckmässig
sein, auf eine verputzte Fassadenoberfläche zu Gunsten einer hinterlüfteten
Verkleidung zu verzichten. Algenbefall ist dadurch zwar nicht ausgeschlossen,
aber es ist sichergestellt, dass deswegen keine Folgeschäden auftreten. Die
optische Wirkung eines allfälligen Algenbefalls kann durch eine geeignete
Farbgebung der Fassade gemildert werden.
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