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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, Baches, 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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