Brennpunkt Fassade

Hintergründe und Ursachen für mikrobiellen Bewuchs

Algen und Pilze an Fassaden sind ein zunehmendes Problem. Während man früher nur selten und vor allem Algen auf Wärmedämm-Verbundsystemen angetroffen hat, umfasst der mikrobielle Befall heute sowohl Algen, Pilze, zunehmend auch Bakterien und immer öfter auch Flechten. Längst sind nicht mehr nur Wärmedämm-Verbundsysteme und hoch wärmegedämmte Mauerwerke betroffen, sondern selbst nicht sanierte Altbauten – und dies über alle Baustoffarten und Oberflächen hinweg. Bedenklich erscheint, dass selbst gegen Algen und Pilze sanierte Fassaden nach relativ kurzer Zeit wieder von mikrobiellem Befall betroffen sind. Bedeutet dies, dass der Kampf gegen Algen und Pilze an der Fassade verloren ist? Bekommt man die verschiedenen Faktoren, die ein Wachstum begünstigen, nicht mehr in den Griff? Nachdem auch die aktuelle Rechtsprechung bei diesem Thema widersprüchlich und die Lösungsansätze zum Teil umstritten sind, versucht der Beitrag eine Antwort zu geben.

Abb. 1: Algenbildung und Dübelabzeichnung auf Grund von Wärmebrücken an einer gedämmten Fassade

Abb. 1: Algenbildung und Dübelabzeichnung auf Grund von Wärmebrücken an einer gedämmten Fassade

Womit haben wir zu tun?

Bei der mikrobiologischen Fassadendiagnostik werden heute immer öfter Mischexpositionen festgestellt. Während man früher vor allem Algen an hoch wärmegedämmten Fassaden antraf, sind es seit einigen Jahren vor allem die Pilze, die das Wachstum dominieren. In jüngster Zeit machen Experten auf die Ausbreitung von Bakterien aufmerksam. Und auch Flechten sind immer öfter dabei, wenn mikrobiologische Untersuchungen ausgewertet werden. Hierbei ist zu beachten, dass die quantitative Zunahme der Mikroorganismen nicht nur ein Problem darstellt, sondern auch die Möglichkeiten der Diagnostik und Sanierung stark beeinträchtigt und beeinflusst. Denn der mikrobielle Nachweis, z.B. von Algen, unterscheidet sich von denen der Pilze oder auch Bakterien. Und in der Frage, wie der mikrobielle Befall nachhaltig beseitigt werden kann, ist es elementar zu wissen, um welche Art und Gattung es sich handelt. Algen, Pilze oder Bakterien sind nur Oberbegriffe für eine jeweils sehr heterogene Gruppe, die sich in den Biotopen zum Teil erheblich unterscheiden.

Infolgedessen muss die Diagnostik sehr differenziert betrachtet werden. Hinzu kommt, dass nicht selten unterschiedliche Mikroorganismen an der Fassade eine Symbiose eingehen.

Dies macht eine Erkennung ohne mikrobielle Untersuchung fast unmöglich. Während früher ein grünlicher Belag den Algen und eine gräulich-schwärzliche Verfärbung den Pilzen zugeordnet wurde, weiß man heute, dass das Erscheinungsbild der verschiedenen Arten nicht mehr so eindeutig voneinander abgegrenzt werden kann. Zumal nicht jede Vergrauung der Fassade automatisch einen mikrobiellen Befall darstellen muss. Immer öfter muss man feststellen, dass neben den Mikroorganismen auch anorganische Schmutzpartikel das Erscheinungsbild von Fassaden beeinträchtigen. Durch sogenannte Biofilme, auf die noch separat eingegangen wird, wird das Problem komplex und die Grenzen der Zuordnung sind fließend (Abbildungen 1 bis 3).

Abb. 1: Algenbildung und Dübelabzeichnung auf Grund von Wärmebrücken an einer gedämmten FassadeAbb. 2: Algen- und Pilzbildung sowie „Fogging“ oberhalb der Fensterlaibungen

Abb. 2: Algen- und Pilzbildung sowie „Fogging“ oberhalb der Fensterlaibungen

Abb. 3: Flechtenbildung auf einer Putzoberfläche

Abb. 3: Flechtenbildung auf einer Putzoberfläche

Die Ursachen sind vielfältig

Für das Wachstum von Mikroorganismen ist Feuchtigkeit die alles entscheidende Kenngröße. Ob in Form direkter Durchfeuchtung durch Regen oder Spritzwasser, durch Tauwasser infolge von Kondensation oder durch hygroskopische Feuchte – wenn ausreichend Feuchtigkeit im Substrat vorhanden ist, braucht es relativ wenig weitere Faktoren, damit Mikroorganismen wachsen und sich ausbreiten können. Der sogenannte aw-Wert der meisten Mikroorganismen an der Fassade liegt bei 0,7 bis max. 1,0. Dies bedeutet, dass die relative Luftfeuchte unmittelbar über dem Bauteil bei 70 bis 100 % liegt. Ein Wert, der gerade bei hoch wärmegedämmten Fassaden, ob nun aus Wärmedämm-Verbundsystemen oder Mauerwerk aus Porenbeton oder Leichthochlochziegeln, an der Nord-Ost-Ausrichtung in den späten Nacht- bis frühen Morgenstunden nicht selten erreicht wird (Abbildung 4).

Die Rolle der Temperatur

Die Temperatur kann vernachlässigt werden, da die meisten Mikroorganismen an der Fassade einen Wachstumsbereich von minus 10 bis max. 70 °C aufweisen. Auch dieses Temperaturspektrum ist über das Jahr gesehen an den meisten Fassaden als Standard anzusehen, sodass ein Wachstum unter diesen Gegebenheiten gegeben ist. Im Gegenteil: Der konstante Anstieg der Jahresdurchschnittstemperatur in den letzten Jahren spielt dem Wachstum der Mikroorganismen in die Karten. In den vergangenen 30 Jahren stieg die Jahresmitteltemperatur um knapp 1 °C. Die milden Winter und viel zu feuchten Sommermonate sind für das Wachstum an der Fassade optimal.

Ähnlich verhält es sich mit dem pH-Wert, da Algen, Pilze und Bakterien in der Gesamtbetrachtung ihrer Spezies in einem Spektrum von 2 bis 12 wachsen können. Dies ist einer der Gründe, weshalb gelegentlich selbst auf hochalkalischen Kalkputzen oder Silikatfarben nach relativ kurzer Zeit mikrobieller Befall festzustellen ist. Ein weiterer Grund besteht darin, dass einige Pilze und Bakterien in der Lage sind, Stoffwechselprodukte auszuscheiden, um den pH-Wert ihres Habitats abzusenken und somit einen für sie erträglichen Lebensraum zu schaffen. 

Abb. 4: Mikrobiologischer Bewuchs im Bereich der Feuchtekondensation oberhalb der Luftaustrittsöffnung

Objektspezifische Faktoren

Selbstverständlich kommen auch objektspezifische Faktoren zusammen, die sich z.B. in Form von Bewuchs (Nähe zum Objekt) oder Verschattung (durch Bewuchs oder Nachbargebäude) bemerkbar machen können. In Einzelfällen kommen noch Luftströmungen und dadurch verursachte Verschmutzungen hinzu. Letzteres wird auch als Ursache für den sogenannten Sekundärbefall gesehen. Dieser unterscheidet sich vom Primärbefall, bei dem die Untergründe direkt von Mikroorganismen befallen werden, in der Form, dass resistente Oberflächen dennoch befallen werden, da durch die Verschmutzung die Nährstoffe zur Verfügung gestellt werden. Häufig sind diese Verschmutzungen eine Folge der bereits erwähnten Biofilme. Hierbei handelt es sich um einen hauchdünnen, transparenten und leicht klebrigen Überzug, den einige Mikroorganismen absondern, um ihr Habitat zu schützen. Zum einen gegen Austrocknung, da diese Biofilme den Untergrund feucht halten und Schutz gegen Sonne und Wind bieten, zum anderen bleiben Schmutzpartikel und Aerosole an der klebrigen Oberfläche haften, was wiederum als Nahrungsquelle dient.

 

Besonders problematisch ist, dass diese nicht oder kaum sichtbaren Biofilme ursächlich dafür sind, dass Desinfektionsmittel nicht in den Untergrund eindringen, sodass die eine oder andere biozide Untergrundvorbehandlung wirkungslos bleibt. Es bleibt festzuhalten, dass die Problematik von mikrobiellem Befall an Fassaden weder trivial ist noch eindeutig zugeordnet werden kann. Die Ursachen sind multikausal und zum Teil überlagernd, können teilweise direkt zugeordnet werden oder sind eine Folgeerscheinung aus einem anderen Schadensmechanismus. Aufgrund der regionalen Unterschiede sowie des saisonalen Auftretens sollte keine Verallgemeinerung stattfinden, sondern muss jeder Fall individuell betrachtet werden. Selbst ein Bezug zwischen der zunehmenden mikrobiellen Belastung an Fassaden und dem Innenraum könnte hergestellt werden, würde aber den Rahmen an dieser Stelle sprengen.

Vor allem optisches Problem

Im Zusammenhang mit mikrobiellem Befall an Fassaden stellt sich gelegentlich die Frage, ob es sich um einen Mangel handelt und/oder ob und inwieweit durch Algen, Pilze und Bakterien Schäden verursacht oder Baustoffe zerstört werden können. Auf die rechtliche Bewertung wird an dieser Stelle bewusst verzichtet und auf das Informationsblatt über Algen und Pilzbefall verwiesen. Grundsätzlich gilt, dass mikrobieller Befall auf Fassaden „nur“ ein optisches Problem ist und eine direkte Zerstörung von Baustoffen nicht stattfindet. Allerdings zeigt die etwas differenzierte Betrachtung, wie schwierig eine technische Bewertung ist und dass zwischen den Mikroorganismen differenziert werden muss. Algen z. B. benötigen für ihr Wachstum die Photosynthese. Infolgedessen handelt es sich auch nur um einen oberflächlichen Belag. Bei Pilzen und Bakterien dagegen verhält es sich anders, da diese Mikroorganismen auch auf anaerobe Lebensformen umstellen können. Deshalb wachsen Pilze und Bakterien, im Gegensatz zu Algen, auch in den Baustoff oder können in tieferen Schichten überleben. Man erkennt dies z.B. daran, dass das Myzel der Pilze in den Baustoff eindringt und sich in den Poren, Rissen und sonstigen Öffnungen verbreiten kann. Für die Bekämpfung ist dies ein elementarer Unterschied. Während Algen nur entfernt werden müssen, muss bei Pilzen auch das Myzel im Baustoff abgetötet werden. Bei Bakterien kommt noch ein anderer Aspekt hinzu.

 

Bakterien bilden Säuren, mit denen langfristig die Oberfläche von Baustoffen angegriffen und in ihren bauphysikalischen Eigenschaften verändert wird. Dieser Vorgang, besser bekannt unter dem Begriff der Biokorrosion, ist äußerlich kaum sichtbar. Er kann aber z.B. die Wasseraufnahme verändern oder zu Farbtonveränderungen führen. Allerdings sind hierzu Konzentrationen notwendig, die an der Fassade im Regelfall nicht anzutreffen sind. In der allgemeinen Diskussion wird oft übersehen, dass die bereits erwähnten Biofilme indirekt zu Schäden führen oder einen Schadensmechanismus unterstützen können. Beispielhaft soll erwähnt werden, dass durch das Biofouling der Feuchtegehalt im oberflächennahen Bereich erhöht wird und somit die Gefahr von Frostschäden steigt. Auch die Verschmutzung steigt und kann unter Umständen den Hellbezugswert verändern, sodass ggf. thermische Spannungen zu kleinen Haarrissen führen können, die dann wiederum als Habitat für Mikroorganismen dienen. Nicht zuletzt werden durch Biofilme die Poren eines Baustoffes verändert, sodass sich neben der Wasseraufnahme auch die hygroskopische Feuchte verändert.

Die Rolle der Nährstoffe

In Bezug auf Nährstoffe sind Algen und vor allem Pilze und Bakterien sehr anspruchslos. Selbst kleinste Verschmutzungen, Staubpartikeln und Aerosole reichen in der Regel schon aus, um die Mikroorganismen zu versorgen. Während Algen vor allem Salze und Spurenelemente aus Nitrat- und Phosphorverbindungen bevorzugen, sind es bei Pilzen vor allem die aus den Stickstoffverbindungen. Beide Mikroorganismen benötigen Kohlendioxid zum Wachstum, womit das nächste Problem angesprochen werden muss: die Umweltbedingungen.

Die Kohlensäure der Luft fördert das Wachstum der Mikroorganismen. Unter dem Gesichtspunkt, dass der Kohlendioxidgehalt der Außenluft von Jahr zu Jahr steigt, ist besonders fatal, dass gleichzeitig der Gehalt an Schwefeldioxid sinkt. Denn Schwefelsäure hemmt das Wachstum von Algen und Pilzen. Allein diese entgegengesetzt verlaufende Entwicklung ist ein wesentlicher Grund dafür, dass in den letzten ca. 20 Jahren das Thema Mikroorganismen an Fassaden stark an Bedeutung gewonnen hat. Unterstützt wurde diese Entwicklung durch zwei weitere Aspekte, ausgelöst durch die Verschärfung der Biozid-Richtlinie. Durch die immer stärkere Eingrenzung von Bioziden in der Landwirtschaft kommt es zum einen zwangsläufig zu einer höheren Sporenkonzentration in den Sommer- und Herbstmonaten.

Nicht ohne Grund wird in der zweiten Jahreshälfte vor allem die Gattung Cladosporium an Fassaden nachgewiesen, der sogenannte Getreidepilz. Dieser macht ca. 3/4 der gesamten Sporenkonzentration der Außenluft in den Monaten Juni bis Oktober aus, während er in den Wintermonaten vernachlässigt werden kann. Zum anderen stehen somit der Baustoffindustrie  immer weniger Biozide zur Verfügung, um Putze und Farben, Dichtstoffe und sonstige Baustoffe mit präventiven Wirkstoffen auszustatten. Die Sorge um sogenannte Wirkstofflücken macht sich breit, da einer immer größer werdenden Sporenkonzentration und Artenvielfalt auf der einen Seite eine immer geringer werdende Möglichkeit der Prävention auf der anderen Seite gegenüber steht. Erschwerend kommt hinzu, dass einige Mikroorganismen mittlerweile Resistenzen entwickelt haben und gegen die Standardbiozide immun sind.

Dass einige der noch vor ca. zehn Jahren erfolgreich eingesetzten Biozide heute nicht mehr wirken, zeigt die bedenkliche Entwicklung auf. Immer neue Kombinationen aus Breitbandbioziden sind notwendig, um auf die Veränderungen in der Welt der Mikroorganismen zu reagieren. Und als wenn dies alles noch nicht reichen würde, werden auch noch jährlich neue Spezies von Algen, Pilzen und Bakterien an Fassaden nachgewiesen. Vergleichbar mit den Viren und Trojanern im Internet, entsteht der Eindruck, dass man den ständig neuen Bedrohungen mehr hinterherläuft als wirkungsvoll entgegentritt.

Die genannten Faktoren sind kaum beeinflussbar und stellen Umweltbedingungen dar, denen Gebäude zwangsläufig ausgesetzt sind. Hinzu kommen spezifische Faktoren, die das Wachstum von Mikroorganismen auf Fassaden begünstigen. Zuallererst muss der konstruktive Feuchteschutz genannt werden, da moderne Architektur kaum noch Dachüberstände kennt. Hinzu kommen die Anforderungen der Energieeinsparverordnung, die hoch wärmegedämmte Baukonstruktionen alternativlos machen und somit zu einer kompletten Veränderung der hygrothermischen Verhältnisse auf Fassadenoberflächen führen. Das Mikroklima der Oberfläche auf einem Wärmedämm-Verbundsystem ist ideal für das Wachstum von Algen und Pilzen, da infolge der Entkopplung und Wärmedämmung kalte Oberflächen entstehen, die aufgrund von Oberflächenkondensation zu Tauwasserausfall führen. Hierbei hat sich in den letzten Jahren die Erkenntnis durchgesetzt, dass alle Baustoffe mehr oder weniger gleich von dem Problem betroffen sind.

Egal ob auf organisch gebundenen oder Mineralputzen, alkalischen Beschichtungen oder dem Einsatz von bioziden Wirkstoffen, auf WDVS oder hoch wärmedämmenden Mauerwerken, im Neu- oder Altbau – wenn die Voraussetzungen für Wachstum gegeben sind, werden alle diese Oberflächen früher oder später besiedelt. Algen und Pilze an der Fassade sind deshalb kein ideologisches Thema um Bindemittel oder Bauweisen, sondern ein generelles Umweltthema, dem Fassaden genauso unterliegen wie alle anderen Oberflächen, wie zahlreiche Beispiele aus der Natur belegen (Verkehrsschilder, Parkbänke, Papierkörbe etc.).

Was sind die Lösungsansätze?

Nachdem nun das Problem und seine Ursachen ausreichend thematisiert wurden, geht es schlussendlich um die Beseitigung von mikrobiellem Befall, um die nachhaltige Sanierung und/oder präventive Maßnahmen, um einem Neu- oder Wiederbefall entgegenzutreten. Hierzu wird unter den Experten seit Kurzem eine Grundsatzdiskussion geführt. Diese dreht sich um die Frage, ob eher ein universeller oder individueller Ansatz gewählt werden sollte. Was versteckt sich dahinter?

Organisch gebundene Putze und Farben für die Fassadenbeschichtung sind heute standardmäßig mit Bioziden versehen. Dies bedeutet im Umkehrschluss, dass auch Fassadenbereiche und/oder Konstruktionen, die durch Algen, Pilze und Bakterien unter Umständen gar nicht betroffen wären, mit bioziden Beschichtungen versehen werden. Hier wäre ein individueller Ansatz der „bessere“ Umweltschutz. Allerdings ist dieser Ansatz derzeit bei allen Beteiligten (Bauherr, Planer, Baustofffachhandel, Fachhandwerk) nicht opportun, da grundsätzlich erwartet wird, dass die Produkte „funktionieren“.

Alternativen zu bioziden Wirkstoffen

Weiterhin wäre denkbar, dass nur die bauphysikalisch kritischen Fassadenbereiche, z. B. die Nord-Ost-Seite, mit bioziden Beschichtungen versehen werden. Auch diese Idee erscheint momentan eher abstrakt als tatsächlich umsetzbar zu sein. Und dem entsprechend werden alle Fassaden gleich behandelt und mit bioziden Beschichtungen versehen. Welche Alternativen gibt es zu bioziden Wirkstoffen? Grundsätzlich werden vier Ansätze der Sanierung und Prävention unterschieden: Die Standardlösung ist die biozide Ausrüstung der Bindemittelmatrix (Filmschutz). „Biozide“ ist der Oberbegriff für algizide, fungizide und bakterizide Wirkstoffe. Das Besondere daran ist, dass die sogenannten Breitbandbiozide so weit wasserlöslich sein müssen, dass sie in kleinsten Mengen an der Oberfläche freigesetzt werden, um eine biozide Wirkung zu erzielen.

Gleichzeitig dürfen die Biozide nur so weit wasserlöslich sein, dass sie nicht gleich beim ersten Regen ausgewaschen werden. Man setzt seit Kurzem auf sogenannte verkapselte Wirkstoffe, um die Retardzeit noch gezielter steuern zu können. Dennoch ist unstrittig, dass irgendwann die Wirkstoffe ausgewaschen und der biozide Puffer aufgebraucht sind. Ein dauerhaftes Ausbleiben von Algen-, Pilz- oder Bakterienbefall kann also nicht sichergestellt werden. Über den Zeitpunkt streiten die Experten, da dies von Art und Menge der Wirkstoffe, der Exposition des Objektes bzw. der Oberflächen sowie anderen Faktoren abhängig ist. Alternativ setzt man auf alkalische Oberflächen, um auf den Einsatz von Bioziden verzichten zu können. Die hohe Anfangsalkalität von mineralischen Putzen oder Silikatfarben baut sich im Außenbereich allerdings innerhalb von sechs bis zwölf Monaten ab, sodass der biozidfreie Schutz auch nur in den Anfangsmonaten gegeben ist. Nachdem sich der pH-Wert neutralisiert hat, sind diese Oberflächen dem mikrobiellen Befall genauso ausgesetzt. Man versucht, durch dickschichtige Aufbauten den alkalischen Puffer zu erhöhen bzw. den Zeitpunkt der Neutralisation hinauszuzögern. Neuere Ansätze gehen in die Richtung, das hygrothermische Mikroklima der Fassdenoberfläche so weit zu verändern, dass den Mikroorganismen die Wachstumsbedingungen entzogen oder erschwert werden. So wird z.B. der Wasserhaushalt so gesteuert, dass Feuchtigkeit entweder schneller abgeführt oder die Trocknung der Oberfläche beschleunigt wird. Experten streiten über den „richtigen“ Weg – entweder hoch hydrophobe Oberflächen, um die Feuchtigkeit von der Oberfläche fernzuhalten, oder besonders hydrophile Oberflächen, um durch eine hohe Wasseraufnahme und -verteilung in der Putzschicht eine Abtrocknung zu begünstigen.

Sogenannte Hybridbeschichtungen versuchen, beide Ansätze miteinander zu verbinden. Durch einen speziellen Spreizeffekt fördert die hydrophile Oberfläche eine schnelle Wasseraufnahme und durch den hydrophoben Unterbau wird der Untergrund vor Feuchtigkeit geschützt. Durch das „Auseinanderziehen“ des Wasserfilms wird die Trocknung beschleunigt. Erfahrungen mit diesen Beschichtungen liegen seit fast 15 Jahren vor, z. B. mit dem ersten biozidfreien Wärmedämm-Verbundsystem HYDROCON.

Gezielte Steuerung der Oberflächentemperatur

Andere Alternativen setzen auf die gezielte Steuerung der Oberflächentemperatur, z. B. durch IR-Farben oder PCM-Beschichtungen. In beiden Fällen soll die Oberflächentemperatur angehoben werden, damit der Taupunkt verschoben und der Zeitraum für Tauwasseranfall reduziert wird. Fotokatalytische Effekte oder Beschichtungen mit Nanosilber oder ätherischen Ölen lesen sich in der Theorie immer ganz innovativ und spannend, haben sich aber in der Praxis bisher nicht bewährt und werden wohl auch in jüngster Zukunft keine Rolle spielen.

Im Gegenteil: Bei Beschichtungen mit einem fotokatalytischen Effekt konnte man nachweisen, dass diese eher Nährstoffe für Pilze aufschließen. Und PCM können als Brandbeschleuniger fungieren, sodass ihr Einsatz aufgrund der aktuellen Diskussion um Brandschutz an wärmegedämmten Fassaden überhaupt keine Zukunftsberechtigung hat.

FAZIT

Ein dauerhaftes Ausbleiben von Algen, Pilzen und Bakterien auf wärmegedämmten Fassaden ist aufgrund der beschriebenen Aspekte nach derzeitigem Stand nicht möglich. Durch gezielte Planung und Ausführung und den Einsatz individueller Systemlösungen, die auf das jeweilige Bauvorhaben abgestimmt sind, kann man den Anfangsbefall vermeiden bzw. den Zeitpunkt für mikrobiellen Befall hinauszögern.

ÜBER DEN AUTOR

Frank Frössel

ist Leiter Marketing und Kommunikation bei der Sievert AG inkl. dem Produktmanagement, Fachbuchautor und Sachverständiger sowie Dozent und Mitglied in einschlägigen Fachverbänden.