Schimmelpilze

Schaden trotz regel­gerechter Ausführung

Zusammenfassung

Bei zwei Gebäuden haben sich im Bereich der Untersicht der Dachüberstände Schimmelpilze gebildet. Dort befindet sich oberhalb der Dachschalung aus Bau-Furniersperrholz auf einer Trennlage mit Drainagefunktion unmittelbar eine Stehfalzdeckung aus Titanzink.

Die Schimmelpilzbildungen sind auf die zeitweise Anreicherung von Feuchtigkeit im Holzwerkstoff infolge nächtlicher Wärmeabstrahlung der Dachkonstruktion zurückzuführen. Die oberseitige Oberflächentemperatur des Dachüberstands ist in klaren Nächten infolge der Wärmestrahlung kleiner als die Lufttemperatur. Dies bewirkt einen Temperatur gradienten zwischen Unterseite und Oberseite des Dachüberstands und hieran gekoppelt einen Feuchtetransport in den Holzwerkstoff, der in dessen unterster Schicht zu einer sig­nifikanten Feuchteanreicherung führt. Diese Zunahme der Holzfeuchte bewirkt eine Zunahme des Risikos der Schimmelpilzbildung.

Es handelt sich hierbei aufgrund des für die Schimmelpilzbildung letztlich ursächlichen gekoppelten Wärme- und Feuchtetransportes im Holzwerkstoff um ein bauphysikalisches Problem. Maßnahmen des vorbeugenden Holzschutzes mit Holzschutzmitteln bekämpfen lediglich die Symptome, nicht jedoch die Ursache. Die Vermeidung einer Schimmelpilzbildung ist möglich, indem zum Beispiel zwischen Dachschalung und Metalldeckung eine dünne Wärmedämmung vorgesehen wird. Maßnahmen des vorbeugenden Holzschutzes mit Holzschutzmitteln sowie die Wahl resistenter Hölzer bzw. Holzwerkstoffe werden zusätzlich als erforderlich angesehen. Hinweise auf eine entsprechend kritische Prüfung geplanter Konstruktionen werden jetzt in technische Regeln aufgenommen.

Sachverhalt

Bei zwei Gebäuden – auf einem gemeinsamen Grundstück – wurden im Bereich der Untersicht der Dachüberstände Schimmelpilze festgestellt. Die Gebäude wurden etwa um das Jahr 2000 errichtet. Das Hauptgebäude besitzt ein zweischaliges, belüftetes, flach geneigtes Pultdach. An der Unterseite der Dachüberstände sind Binder und Sparren sichtbar, die eine hölzerne Schalung tragen. Alle Holzbauteile sind weiß gestrichen. Das Dach ist mit einer Metalldeckung versehen. Das Nebengebäude besitzt ein einschaliges, flach geneigtes Pultdach. Hier ist beim Dachüberstand die hölzerne Dachschalung auskragend ausgebildet. Die Schalung ist ebenfalls weiß gestrichen und das Dach mit einer Metalldeckung versehen.

Feststellungen

Vor Ort wurden die Untersichten der Dachüberstände in Augenschein genommen. Die von der Schimmelpilzbildung betroffenen Bereiche sind dunkel verfärbt. Die Schadensbilder sind aus üblichen Betrachtungsabstän  den und -winkeln vom Gelände aus ersichtlich. Beim Hauptgebäude wurden Schimmelpilze bei sämtlichen Dachüberständen festgestellt. Die Intensität des Schadensbildes unterscheidet sich jedoch abhängig von der Himmelsrichtung der Gebäudeseite. An der Westseite sind Schimmelpilze in geringem Umfang insbesondere unterhalb des äußeren Randes der hölzernen Schalung vorhanden. Im Bereich der nordwestlichen Ecke nimmt die Intensität der Schimmelpilzbildung zu. An der Nordseite sowie der partiell durch Bäume beschatteten Ostseite des Gebäudes ist das Schadensbild am deutlichsten ausgeprägt; die Intensität der Schimmelpilze nimmt dort – analog zur Westseite – zum äußeren Rand des Dachüberstandes hin zu. An der südöstlichen Ecke weist die Untersicht des Dachüberstandes einen intensiven Schimmelpilzbefall auf, während die angrenzende Südseite nahezu schadensfrei ist. Lediglich unmittelbar am Dachrand sind dort Schimmelpilze vorhanden. Bild 1 zeigt exemplarisch den geschädigten Bereich der Süd-Ost-Ecke sowie den nahezu schadenfreien südlichen Dachüberstand.

Am Nebengebäude wurde ein vergleichbares Schadensbild festgestellt. Auch hier sind alle Dachüberstände betroffen, wobei die Intensität wiederum abhängig von der Orientierung der Gebäudeseite ist. In besonderem Maße sind die Nord- und Westseite betroffen. Die Intensität der Schimmelpilze nimmt vielfach zur Wand des Gebäudes hin ab. Bild 2 zeigt den nördlichen Dachüberstand.

An der Dachkonstruktionen wurden vorliegende Unterlagen ausgewertet und exemplarisch zerstörende Prüfungen vorgenommen. Bei beiden Gebäuden ist die Schalung im Bereich des Dachüberstandes aus Mehrschichtplatten (Bau-Furniersperrholz BFU 100G; 40 mm Dicke) gefertigt. Das Anstrichsystem ist gemäß den Unterlagen gegen Bläuepilze wirksam. Auf den Mehrschichtplatten befinden sich jeweils eine Trennlage mit Gewirk (Drainagefunktion) sowie eine Doppelstehfalzdeckung aus Titanzink.

Bewertung

Die Schimmelpilzbildungen sind auf die zeitweise Anreicherung von Feuchtigkeit im Holzwerkstoff infolge nächtlicher Wärmeabstrahlung der Dachkonstruktion zurückzuführen. Eine wesentliche Voraussetzung für das Wachstum von Schimmelpilzen ist ein ausreichendes Angebot an Feuchtigkeit sowie ein ausreichender Nährstoffgehalt des Untergrundes. Bild 3 verdeutlicht qualitativ die Wachstumsvoraussetzungen für Schimmelpilze, wobei das Zusammenwirken der einzelnen Voraussetzungen (Koinzidenz) ebenfalls von Bedeutung ist [1].

Die Holzwerkstoffplatten der Dachüberstände erfüllen die Voraussetzungen für ein Schimmelpilzwachstum. Als Nahrungsgrundlage dienen praktisch alle organischen Substanzen, also auch Holz und Holzwerkstoffe. Ausreichend Feuchtigkeit steht infolge der nächtlichen Wärmeabstrahlung zur Verfügung, wie noch gezeigt wird.

Im Rahmen eines Forschungsprojektes [2] wurden die Einflussfaktoren auf die Schimmelpilzbildung systematisch untersucht. Die dort gewonnenen Erkenntnisse wurden auch rechnerisch nachvollzogen [3]. Die Ergebnisse zeigen, dass der Einfluss der Wärmestrahlung zu einer Abkühlung der Bauteile des Dachüberstandes und in der Folge zur Feuchteanreicherung bei der Untersicht der Dachschalung führt.

Die Berechnungen wurden für einen einfachen Versuchsaufbau des Forschungsprojektes [2] durchgeführt. Als Versuchsstand diente dort unter anderem eine um 3° geneigte Fläche aus 19,5 mm dicken Fichte-Fasebrettern mit einer oberseitigen Abdichtung aus zwei Lagen Bitumenbahnen. Im Rahmen der Berechnungen wurden die Daten eines Testreferenzjahres des Deutschen Wetterdienstes als Randbedingung angesetzt; die Auswertung erfolgte für fünf aufeinander folgende, exemplarische Tage. Bild 4 zeigt den angesetzten Verlauf der relativen Luftfeuchte für diesen Zeitraum (die Zeitachse gibt die fortlaufende Stunde des Referenzjahres an). Abhängig von der Luftfeuchte stellt sich im Holz – zunächst unabhängig von der Strahlung – eine Ausgleichsfeuchte ein. Die ausschließlich durch die Luftfeuchte bedingte Holzfeuchte im Bereich der hier relevanten Unterseite der Schalung (Dicke unterste Schicht: 2 mm) ist in Bild 4 dargestellt.

Bei den weiteren Berechnungen wurde der Einfluss der Strahlung berücksichtigt. Bild 5 zeigt den Verlauf der Lufttemperatur und die berechneten Oberflächentemperaturen des Versuchsstands sowie die Taupunkttemperatur. Die oberseitige Oberflächentemperatur ist infolge der Solarstrahlung tagsüber größer als die Lufttemperatur und infolge der Wärmestrahlung nachts kleiner als die Lufttemperatur (vielfach auch kleiner als die Taupunkttemperatur; dieser Effekt führt z.B. zum Betauen von Fahrzeugen in der Nacht). Die unterseitige Oberflächentemperatur unterschreitet den Taupunkt hingegen nicht. Es findet also keine Tauwasserbildung im Bereich der Untersicht des Dachüberstands statt.

Die dortige Feuchteanreicherung resultiert aus einem Feuchtetransport, der sich nachts infolge des strahlungsbedingten Temperaturgradienten zwischen Unterseite und Oberseite des Dachüberstands einstellt. Bild 6 zeigt, dass dieser Feuchtetransport in der untersten Schicht (0-2 mm) des Dachüberstands zu einem gegenüber der Ausgleichsfeuchte (vergl. Bild 4) signifikant erhöhten Feuchtegehalt führt, der letztlich Ursache der Schimmelpilzbildung ist. Vergleichend ist zusätzlich die deutlich geringere Holzfeuchte in weiteren Schichten des Querschnitts angegeben.

Die ungleiche Intensität der Schimmelpilze kann mit den verschiedenen Randbedingungen erklärt werden. So steht die Unterseite der Holzwerkstoffplatten auch im Strahlungsaustausch mit anderen Bauteilen, beispielsweise der (vergleichsweise wärmeren) Wand. Dies erklärt die zum Rand hin – also mit zunehmendem Abstand von der Wand – zunehmende Intensität der Schimmelpilze.

Die Eckbereiche der Dachüberstände stehen im geringsten Strahlungsaustausch mit der Wand; insofern sind besonders dort Schimmelpilze vorhanden. Ebenso sind die von der Sonne am geringsten bestrahlten Bereiche intensiv betroffen, da dort die angereicherte Feuchte tagsüber nur eingeschränkt wieder abgegeben werden kann. Dies betrifft die nach Norden orientierten Fassaden und die beschattete Ostseite des Hauptgebäudes.

Im Rahmen des Forschungsprojektes [2] wurden hinsichtlich des Einflusses der Holzwerkstoffe auf die Schimmelpilzbildung unter anderem folgende Erkenntnisse gewonnen:

– Baufurniersperrholz des hier verwendeten Typs 100G besteht entweder aus splintfreien Furnieren einer resistenten Holzart oder es wird dem Leim ein Holzschutzmittel gegen holzzerstörende Pilze beigefügt. Diese Mittel sind i.d. Regel unwirksam gegen Schimmelbildung an der Oberfläche.

– Ein fungizides Beschichtungssystem ist daher unabhängig von der Holzwerkstoffklasse erforderlich. Auch Platten des Typs 100G bieten ohne geeignete fungizide Beschichtung keinen Schutz.

– Bau-Furniersperrholz (BFU) aus wenig resistenten Hölzern (z.B. Birke, Buche, Seekiefer) sollte nicht verwendet werden.

– Durch eine oberseitige Dämmung der Holzwerkstoffplatten kann eine Begrenzung bzw. Vermeidung der Feuchteanreicherung erzielt werden.

Hinsichtlich der minimal erforderlichen Dämmstoffdicke zur Vermeidung bzw. Begrenzung einer Tauwasserbildung werden in [2] zwei Angaben gemacht: Einerseits wird eine minimale Dicke von 20 mm empfohlen, andererseits auf die positive Wirkung einer 24 mm dicken Holzweichfaserplatte hingewiesen. Im ersten Fall ergibt sich ein Wärmedurchlasswiderstand der Dämmschicht (WLG 040) von 0,5 (m² K)/W; im zweiten Fall beträgt der Wärmedurchlasswiderstand etwa 0,34 (m² K)/W. Dem ist jeweils der Wärmedurchlasswiderstand der verwendeten Holzwerkstoffplatten hinzuzurechnen.

Im vorliegenden Fall wurden Holzwerkstoffplatten mit einer Dicke von 40 mm verwendet; hieraus ergibt sich ein Wärmedurchlass widerstand von ca. 0,27 (m² K)/W. Dieser Wert ist kleiner als die in [2] empfohlenen Mindest­werte und offensichtlich zu gering, um die Feuchteanreicherung ausreichend zu begrenzen. Insofern ist hier die wärmedämmende Wirkung der (vergleichsweise dicken) Holzwerkstoffplatten nicht ausreichend.

Die günstige Wirkung einer Dämmung zwischen der Dachschalung und der Metalldeckung ist in Bild 7 ersichtlich. Bei der Berechnung wurde eine 2 cm dicke Dämmung (Wärmeleitfähigkeit: 0,04 W/(m K)) angesetzt. Dies hat zur Wirkung, dass die Holzfeuchte im hier relevanten Bereich der untersten Schicht der Dachschalung nur noch unwesentlich von den Referenzwerten der Holzfeuchte abweicht [3] (vergl. Bild 4 und 6).

In [4] sind die für verschiedene Anwendungsbereiche erforderlichen Holzwerkstoffklassen geregelt. Für die obere Beplankung von Dächern ohne eine aufliegende Wärmedämmung wird darin die Anwendung der Holzwerkstoffklasse 100G gefordert. Diese Anforderung wird durch die vorliegende Konstruktion erfüllt. Die Fachregeln für Metallarbeiten des Zentralverbands des Deutschen Dachdeckerhandwerks [5] sind ebenfalls eingehalten. Die vorliegenden Konstruktionen entsprechen somit den zum Zeitpunkt der Planung und Errichtung der Gebäude geltenden Regeln der Technik [4], [5].

Es ist anzumerken, dass zwischenzeitlich neben den bereits erwähnten Veröffentlichungen [2], [3] weitere Beiträge zu diesem Thema vorliegen. Im DGfH-Merkblatt [6] aus dem Jahr 2002 wird die Problematik lediglich erwähnt und auf laufende Forschungen verwiesen. Die Fassung dieses Merkblatts [7] aus dem Jahr 2003 weist bereits auf die nächtliche Abkühlung der Flächen als Ursache lokal erhöhter Feuchtigkeit hin. Weitere Beiträge aus den Jahren 2004 [8] und 2006 [9] behandeln die Thematik gleichfalls. Auf den Aachener Bausachverständigentagen wurden die Ergebnisse des Forschungsvorhabens [2] im Jahr 2005 vorgestellt [10]. Aus technischer Sicht entsprächen die vorliegen­den Konstruktionen demnach seit wenigen Jahren nicht mehr den Regeln der Technik!

Für die DIN 68800 [4] liegt inzwischen ein neuer Entwurf vor, auch die Fachregeln für Metallarbeiten [5] wurden mehrfach überarbeitet. Im März 2011 wird eine neue Fassung der Fachregeln für Metallarbeiten ausgegeben, die eine Prüfung des Einsatzes von Holzwerkstoffen auch im überdeckten Bereich auf mögliche Schimmelpilzbildung fordert.

Instandsetzung

Schimmelpilze nutzen für ihr Wachstum nur Holzinhaltsstoffe, nicht die Holzsubstanz [7]. Sie sind demnach keine holzzerstörenden Pilze und bewirken keinen Festigkeitsverlust. Insofern ist es zur Instandsetzung zunächst ausreichend, den vorhandenen Schimmelbefall zu entfernen. Dies kann beispielsweise durch Behandlung der Oberflächen mit einem hochprozentigen Alkohol (Ethanol) erfolgen. Nach Entfernung der Schimmelpilze ist es für eine dauerhaft schimmelfreie Oberfläche erforderlich, die Feuchteanreicherung zu begrenzen und ein fungizides Beschichtungssystem aufzubringen.

Im vorliegenden Fall wäre der nachträgliche Einbau einer Wärmedämmung zwischen Dachschalung und Metalldeckung mit einem hohen Aufwand verbunden. Daher ist die alleinige Aufbringung eines fungiziden Beschichtungssystems angemessen. Dazu ist auf die trockene Holzoberfläche zunächst eine fungizid eingestellte Grundierung aufzutragen. Gegebenenfalls ist in Abhängigkeit des verwendeten Farbsystems zusätzlich der Auftrag eines Sperrgrundes erforderlich. Die verwendete Deckbeschichtung muss ebenfalls fungizid eingestellt sein, wobei ein Schutz gegen Bläuepilze und Schimmelpilze erforderlich ist. Es ist anzumerken, dass die Wirksamkeit der fungiziden Wirkstoffe mit der Zeit nachlässt und dass insofern mit Wartungsintervallen von etwa fünf Jahren zu rechnen ist [2]. Bei Neubauten sollte daher immer (zusätzlich!) die Ausführung einer Dämmung oberhalb der Dachschalung vorgenommen werden.

Literatur

[1] Sedlbauer, K.,: Vorhersage von Schimmelpilzbildung auf und in Bauteilen, Dissertation Universität Stuttgart, 2001

[2] Winter, S., Schmidt, D., Schopbach, H.: Schimmelpilzbildung bei Dachüberständen und an Holzkon­struktionen, Fraunhofer IRB Verlag, 2004

[3] Göbelsmann, M.: Schimmelpilzbildung im Bereich der Untersicht hölzerner Dachüberstände – Ursachen und Vermeidung, Bauphysik, Jahrg. 30, Heft 2, 2008

[4] DIN 68800 Teil 2: Holzschutz – Vorbeugende bauliche Maßnahmen im Hochbau, Ausgabe 05/1996

[5] Zentralverband des Deutschen Dachdeckerhandwerks – Fachverband Dach- , Wand- und Abdichtungstechnik e.V.: Fachregel für Metallarbeiten im Dachdeckerhandwerk, Ausgabe 02/1999

[6] Deutsche Gesellschaft für Holzforschung e.V.: Vermeidung von Schimmelpilzbefall an Anstrichflächen außen, DGfH-Merkblatt, Ausgabe 01/2002

[7] Deutsche Gesellschaft für Holzforschung e.V.: Vermeidung von Schimmelpilzbefall an Anstrichflächen außen“, DGfH-Merkblatt, 2. überarb. Fassung, Ausgabe 12/2003

[8] Bonk, M., Krätschell, M.: Hölzerne Dachauskragungen – unterseitig auftretende Schimmelpilzbildungen, DAB Deutsches Architektenblatt, Jahrg. 36, Heft 10, 2004

[9] Haustein, T.: Schäden durch fehlerhaftes Konstruieren mit Holz, Reihe Schadenfreies Bauen, Band 39, Fraunhofer IRB Verlag, 2006

[10] Winter, S.: Schimmel unter Dachüberständen –

zur Verwendung von Holzwerkstoffen im Dachbereich, Aachener Bausachverständigentage, 2005