ut
Fachhochschule Jena Fachbereich Medizintechnik und Biotechnologie Studiengang Biotechnologie
Untersuchungen zur Richtwertermittlung in einer innenraumspezifischen Fußbodenkonstruktion – Polystyrol und Zementestrich – bezüglich mikrobiellen Wachstums
BACHELORARBEIT
eingereicht von Susanne Michaluk geboren am 29.02.1984 in Jena
Matrikelnummer:
934035
Seminargruppe:
062 BT
Semester der Anfertigung:
SS 2009
Mentor (Betrieb):
Dr. Ing. Dipl. Biol. M. Blei
Hochschulbetreuer:
Prof. Dr. rer. nat. J. Hopp
Jena, den 28.06.2009
Inhaltsverzeichnis
Seite II
Inhaltsverzeichnis Seite
INHALTSVERZEICHNIS ................................................................................... II ABBILDUNGSVERZEICHNIS.......................................................................... IV TABELLENVERZEICHNIS ............................................................................... V ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS ....................................................................... VII 1. EINLEITUNG ............................................................................................... 1 2. THEORETISCHE GRUNDLAGEN .............................................................. 2 2.1. Schimmelpilze ................................................................................................... 2 2.1.1.
Entstehung und Entwicklung ................................................................................ 2
2.1.2.
Medizinische Relevanz ........................................................................................ 4
2.1.3.
Schimmelpilzbefall im Innenraum ........................................................................ 5
2.1.4.
Sanierung von Schimmelpilzbelastungen............................................................. 9
2.2. Estrich und Polystyrol ..................................................................................... 12 2.2.1.
Allgemeine Anforderungen aus der Normung für Zementestrich .........................13
2.2.2.
Grundlagen zum Polystyrol .................................................................................14
2.2.3.
Mikrobiologische Belastung im Fußboden...........................................................15
2.2.4.
Trocknungstechniken ..........................................................................................16
3. MATERIALIEN UND METHODEN ............................................................ 20 3.1. Versuchsplanung ............................................................................................ 21 3.2. Versuchsdurchführung .................................................................................... 22 3.2.1.
Verwendete Nachweismethode ..........................................................................25
3.2.2.
Verwendete Nährmedien ....................................................................................26
3.2.3.
Detektion sekundärer Parameter während des Versuches .................................27
Inhaltsverzeichnis
Seite III
4. ERGEBNISSE ........................................................................................... 30 4.1. Mikrobiologische Grundbelastung in der Fußbodenkonstruktion .................... 30 4.2. Mikrobiologische Belastung nach der Simulation des Wasserschadens ........ 33 4.3. Vergleich der etablierten Schimmelpilzgattungen bzw. -arten ........................ 36 4.4. Ergebnisse der Desinfektion und Trocknung .................................................. 38 4.5. Einflüsse der sekundären Parameter .............................................................. 39 4.6. Vergleich der verwendeten Materialien ........................................................... 43
5. DISKUSSION ............................................................................................ 45 5.1. Diskussion der ermittelten Ergebnisse bezüglich mikrobiellen Wachstums .... 45 5.2. Diskussion der existierenden Bewertungsmaßstäbe bzw. Richtwerte für eine Beurteilung eines mikrobiologischen Befalls im Fußboden ............................. 47
6. ZUSAMMENFASSUNG ............................................................................ 48 7. AUSBLICK ................................................................................................ 49 LITERATURVERZEICHNIS ............................................................................ 50
Abbildungsverzeichnis
Seite IV
Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1: Wachstumsbereiche
von
unterschiedlichen
Schimmelpilzen
in
Abhängigkeit von relativer Luftfeuchte und Temperatur nach [6]. ....... 6
Abbildung 2: Verallgemeinertes Isoplethensystem für Sporenauskeimung (oben) bzw.
für
Myzelwachstum
(unten)
nach
[3]
die
aufgeführten
Substratgruppen. ................................................................................. 7
Abbildung 3: Mögliche Ursachen für einen Schimmelpilzbefall im Innenraum in Anlehnung an [6]. ................................................................................ 9
Abbildung 4: Strukturformel Polystyrol ................................................................... 14
Abbildung 5: Funktionsprinzip der Adsorptionstrocknung nach [18] ....................... 18
Abbildung 6: Hergestellte Musterplatten. In den Auszügen der Abbildung ist oben eine fertig hergestellte Musterplatte und unten der schematische Aufbau dieser dargestellt. .................................................................. 20
Abbildung 7: Fließbilddarstellung der geplanten Versuchsdurchführung................ 22
Abbildung 8: Schematische Darstellung der gesamten Versuchablaufes. ............. 24
Abbildung 9: Aufgebaute technische Trocknung (links) der drei Musterplatten mit angeschlossenem Schadstoff-Filter (rechts, rot gekennzeichnet) durch Geräte der Fa. ROTERS Trocknungstechnik. ................................... 24
Tabellenverzeichnis
Seite V
Tabellenverzeichnis
Tabelle 1: Vergleich
der
möglichen
Trocknungstechniken
bezüglich
dem
Anwendungsbereich (Temperatur), Feuchtegehalt der getrockneten Luft, wirtschaftlichem Aufwand und Gefährdungsrisiko. .................................. 19
Tabelle 2: Physikalische Eigenschaften des verwendeten Polystyrols. .................... 22
Tabelle 3: Einteilung
der
Befallsklassen
Gesamtkonzentrationen
an
an
Hand
der
festgestellten
Schimmelpilzen
von
untersuchten
Materialproben [25] .................................................................................. 25
Tabelle 4: Vergleich der Zusammensetzung der verwendeten Nährmedien. ........... 26
Tabelle 5: Ausgangskonzentration der KBE/g (Doppelbestimmung) als Referenzwert des Polystyrols......................................................................................... 30
Tabelle 6: Ermittelte KBE/g im Zementestrich während der ersten vier Wochen nach Verlegen und der daraus resultierende Durchschnittswert des mikrobiellen Wachstums .............................................................................................. 31
Tabelle 7: Ermittelte KBE/g im Polystyrol während der ersten vier Wochen nach Verlegen der daraus resultierende Durchschnittswert für mikrobielles Wachstum ................................................................................................ 31
Tabelle 8: Ermittelte KBE/g im Zementestrich nach Simulation des Wasserschadens und der daraus resultierende Durchschnittswert für das Wachstum der Schimmelpilze.......................................................................................... 33
Tabellenverzeichnis
Seite VI
Tabelle 9: Ermittelte KBE/g im Polystyrol nach Simulation des Wasserschadens und der daraus resultierende Durchschnittswert für das Wachstum der Schimmelpilze.......................................................................................... 34
Tabelle 10:Ermittelte KBE-Konzentrationen im Zementestrich und im Polystyrol in den vier vom Wasserschaden betroffenen Musterplatten in KBE/g nach durchgeführten Sanierungsmaßnahmen. ................................................ 38
Tabelle 11:Ermittelte Feuchtegehalte im Zementestrich und im Polystyrol während der ersten sieben Wochen des Versuchsablaufes in M-%. ...................... 40
Tabelle 12:Ermittelter Feuchtegehalt vom Zementestrich und Polystyrol in den vier unterschiedlich behandelten Musterplatten nach der Sanierung in M-%. 42
Tabelle 13:Ermittelte Luftkeimkonzentration der Schimmelpilze in der Klimakammer in KBE/m3. ............................................................................................... 42
Abkürzungsverzeichnis
Abkürzungsverzeichnis aw
Wasseraktivität
cm²
Quadratzentimeter
d
Tag
DG18
Dichloran-Glycerol-Agar mit Chloramphenicol
EPS
Expandiertes Polystyrol
g
Gramm
HEPA
High Efficiency Particulate Airfilter
H2O2
Wasserstoffperoxid
K
Kelvin (1 K = 273,15°C)
KBE
Kolonie bildende Einheit
KBE/g
Kolonie bildende Einheit pro Gramm
KBE/m3
Koloniebildende Einheit pro Kubikmeter Luft
kg/kg
Kilogramm pro Kilogramm
KH2PO4
Kaliumdihydrogenphosphat
l
Liter
m
Meter
mm
Millimeter
mm/d
Millimeter pro Tag
m²
Quadratmeter
Seite VII
Abkürzungsverzeichnis
m³
Kubikmeter
MEA
Malzextrakt-Agar
MgSO4
Magnesiumsulfat
M-%
Masseprozent
NaCl
Natriumchlorid (Kochsalz)
PS
Polystyrol
T
Temperatur
TRGS
Technische Regeln für Gefahrstoffe
VDB
Verband Deutscher Baubiologen e.V.
W
Watt
XPS
Extrudiertes Polystyrol
°C
Grad Celsius
%
Prozent
Seite VIII
Einleitung
Seite 1
1. Einleitung
„Schimmelpilzwachstum im Innenraum stellt ein hygienisches Problem dar, das aus Vorsorgegründen nicht toleriert werden kann“ [1]. Schimmelpilze und deren Wachstum nehmen bezüglich der einhergehenden mikrobiologischen Belastung eine immer größer werdende Bedeutung in unserer Umgebung ein. Auf Grund der Tatsache, dass Schimmelpilze ein großer Bestandteil der normalen Außenluft sind, kann man sich einem Kontakt kaum entziehen. So ist ein Leben ohne Schimmelpilze nicht vorstellbar. Wenn aber die mikrobiologische Belastung die „normale“ Belastung überschreitet und eine Beeinträchtigung auf den menschlichen Organismus nicht mehr ausgeschlossen werden kann, sind Gegenmaßnahmen erforderlich.
Diese
meist
umfangreichen
Sanierungsmaßnahmen
müssen
durchgeführt werden, um eine unnatürlich hohe Belastung zu minimieren. Ob und wie mit Schimmelpilzen belastete Materialien zu sanieren sind, ist zu einem vielfältig diskutierten Tema geworden. In den Leitfäden „Zur Bewertung und Sanierung von Schimmelpilzschäden" des Umweltbundesamtes [1] und den „Handlungsempfehlungen für die Sanierung von mit Schimmelpilzen befallenen Innenräumen" des LGA Baden-Württemberg [2 und 5] überwiegt die Forderung, dass mit Schimmelpilzen belastetes Material zu entfernen ist. Einheitlich behandelt wird dieses Ziel im Bereich der Gipskartonwände, Tapeten und Ähnlichem. Im Bereich des Fußbodenaufbaus gibt es immer wieder strittige Aussagen. Dabei steht beständig die Diskussion im Vordergrund, ab welchen Konzentrationen ein Fußbodenaufbau aus Vorsorgegründen zu entfernen ist.
Diese Arbeit beschäftigt sich mit der dargestellten Problematik bezüglich des Fußbodenaufbaus und soll zum Einen eine Bewertungsgrundlage bzw. einen – vorschlag
über
die
Grundbelastung
in
einer
innraumspezifischen
Fußbodenkonstruktion bezüglich Schimmelpilzwachstum darstellen. Zum Anderen soll mit Hilfe der Simulation eines Wasserschadens und einer entsprechenden Desinfektion und Trocknung die Entwicklung der Schimmelpilzsporen beobachtet und interpretiert werden.
Theoretische Grundlagen
Seite 2
2. Theoretische Grundlagen 2.1.
Schimmelpilze
Schimmelpilze werden zu der Gruppe der Deuteromyceten (Imperfekte Pilze) zugeordnet. Sie zählen wie Bakterien, Algen und Viren zu den Mikroorganismen [4] und besitzen eine enorme Anpassungsfähigkeit. Dadurch produzieren sie etwa drei Viertel der gesamten Biomasse. Sie sind überall verbreitet, zum Beispiel im Erdboden, in Wasserreservoiren, auf Pflanzen oder in den Häusern.
Die umgangssprachliche Verwendung von Schimmelpilzen bezieht sich meist auf einen farbig, pelzigen Belag auf einer Oberfläche (Substrat). Aus diesem Grund ist Schimmelpilz kein systematischer Begriff, sondern eine Bezeichnung für kultiviertes Mycel und Sporen.
Der korrekte Name eines Schimmelpilzes setzt sich aus einem lateinischen Doppelnamen zusammen. Dabei steht der erste Teil für die übergeordnete Schimmelpilzgattung, zu welcher die verschiedenen Arten gehören, und der zweite Teil benennt die einzelne Pilzart bzw. Spezies.
2.1.1. Entstehung und Entwicklung
Schimmelpilze sind in unserer gesamten Umgebung verbreitet und umringen uns im 3
alltäglichen Leben. In der Außenluft befinden sich in den Sommermonaten etwa 10 4 3 10 Koloniebildende Einheiten pro Kubikmeter Luft (KBE/m ) mit Höchstwerten bis 6
3
10 KBE/m . Des Weiteren bilden Schimmelpilze mit etwa 96 % den zahlenmäßig bedeutendsten Anteil biologischer Partikel in der Außenluft [4].
Theoretische Grundlagen
Seite 3
Alle Schimmelpilze sind sehr adaptativ und können sich an ihre Umgebung anpassen. Im Allgemeinen benötigen Schimmelpilze vor allem aber Nährstoffe und Feuchtigkeit. Die Temperatur (Wärme) und der pH-Wert spielen bei der Entstehung von Schimmelpilzen ebenfalls eine wichtige Rolle. Viele Schimmelpilzarten sind jedoch in der Lage, in einem weiten Temperatur- und pH-Bereich wachsen zu können.
Einen
optimalen
Nährboden
finden
Schimmelpilze
in
Kompostierungsanlagen, Biomüll, Pflanzenerde, Futter- und Lebensmitteln. Zur Vermehrung und Verbreitung bedienen sich Schimmelpilze entweder mit asexuellen (Sporangiosporen und Konidien) oder sexuellen (Zygo- und Ascosporen) Verbreiterungsorganen. Die sexuelle Form wird auch als komplette oder telomorphe Form bezeichnet, die asexuelle als inkomplette oder anamorphe Form [4]. Sind aber Schimmelpilze erst einmal entstanden, so ist ein modrig muffiger Geruch ein Indiz für deren Vorhandensein im Innenraum. Die Vermehrung erfolgt durch Sporulation, d. h. der Pilz gibt eine Unmenge von Sporen in die Luft ab. Die Fortpflanzung über Sporen erfolgt sowohl geschlechtlich (sexuell) als auch ungeschlechtlich (asexuell oder vegetativ). Oft ist ein Pilz sogar in der Lage beide Sporenarten zu bilden.
Die Entwicklung der Schimmelpilze teilt sich laut [4] in zwei Phasen. Die erste Phase, die Wachstumsphase, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Pilz optisch noch nicht erkennbar ist. Die Spore keimt an einem geeigneten Ort aus und bildet eine sogenannte Keimhyphe. Diese verzweigt sich schnell und bildet gemeinsam mit anderen Hyphen ein dichtes Hyphengeflecht aus fadenförmigen Zellen, das sogenannte Myzel. Das Myzel dient zur Verwurzelung des Pilzkörpers auf dem Untergrund und der Nahrungsübertragung aus dem Substrat in den Fruchtkörper. Die zweite Phase bezeichnet man als Vermehrungsphase. Zu einem bestimmten Zeitpunkt werden entweder Sporenträger bzw. ein Fruchtkörper gebildet oder es werden durch Verzweigungen und Einschnürungen der Zellfäden aus den Hyphen Sporen
gebildet.
gekennzeichnet.
Diese
Phase
ist
durch
einen
sichtbaren
Fruchtkörper
Theoretische Grundlagen
Seite 4
2.1.2. Medizinische Relevanz
Auf Grund der Tatsache, dass man sich einer Schimmelpilzexposition nicht entziehen kann,
gehen
bereits
einige
Krankheitsbilder
auf
das
Vorhandensein
von
Schimmelpilzen und der damit verbundenen immunologischen Reaktion des Menschen zurück. Im Allgemeinen werden diese Immunreaktionen in drei Bereiche eingeteilt [1]:
•
allergische Reaktionen
•
toxische Erkrankungen
•
Mykosen
Allergische Reaktionen werden durch das Einatmen von Schimmelpilzsporen meist bei sensibilisierten Personen hervorgerufen. Als sensibilisierend werden jene Personen bezeichnet, bei welchen das Immunsystem eine Überempfindlichkeit gegen körperfremde Substanzen wie Pollen, Bestandteile von Lebensmitteln oder durch Sporen verursacht. Bei einer Allergie besteht die Bereitschaft gegen einen als fremd erkannten Stoff mit einer Überreaktion des Immunsystems zu antworten. Symptome einer solchen Reaktion sind meist Augenjucken und damit verbunden gerötete Augen, Hautausschlag und Quaddelbildung sowie Fließschnupfen und Niesen. Eine der am häufigsten in der Bevölkerung vorkommende Allergie, welche auf Schimmelpilze in der Umwelt zurückzuführen ist, ist der Heuschnupfen, welcher überwiegend durch die Gattung Alternaria [1] hervorgerufen wird.
Toxische Erkrankungen können zum Einen durch die von Schimmelpilzen gebildeten Mykotoxine, welche sowohl pulmonal als auch transdermal aufgenommen werden können, verursacht. Zum Anderen kann diese Immunreaktion durch sogenannte
MVOC
(durch
Mikroorganismen
gebildete
flüchtige
organische
Verbindungen), welche den charakteristischen Schimmelgeruch verursachen, hervorgerufen werden [1]. Prinzipiell treten diese Erkrankungen allerdings nur bei einer
sehr
hohen
Schimmelpilzkonzentration
Schimmelpilzexposition auf.
und
einer
langen
beruflichen
Theoretische Grundlagen
Seite 5
Mykosen (Infektionen durch Schimmelpilze) kommen nur sehr selten und nur bei stark immungeschwächten Personen vor. Diese Form der immunologischen Reaktion ist die Folge der Inhalation von fakultativ pathogenen Schimmelpilzsporen in die Lunge. Eine der bedeutsamsten Vertreter dieses Krankheitsbildes ist die Gattung Aspergillus (Aspergillose) [1], da fast alle Arten dieser Gattung u.a. die Fähigkeit besitzen, sich bei einer Temperatur von 37° (Körper kerntemperatur des Menschen) zu etablieren.
2.1.3. Schimmelpilzbefall im Innenraum
2.1.3.1. Lebens- und Wachstumsansprüche von Schimmelpilzen
Die Etablierung von Schimmelpilzen im Innenraum kann unterschiedliche Ursachen haben. Allen gemein ist, dass eine erhöhte Feuchte vorhanden sein muss. Die wichtigsten Faktoren für ein Wachstum von Schimmelpilzen im Innenraum sind:
•
Feuchtigkeit
•
Temperatur
•
Nährstoff- bzw. Substratangebot
•
pH-Wert
Bezüglich der Feuchtigkeit unterscheidet man bei den Schimmelpilzen in xero-, meso- und hydrophile Arten. Entscheidend für die Schimmelpilze ist der sogenannte aW-Wert. Dieser beschreibt den für die Schimmelpilze frei verfügbaren Wasseranteil und wird als Wasseraktivität bezeichnet. Für Schimmelpilze steht auf Oberflächen im Innenraum nicht der gesamte Wasseranteil zu Verfügung. Nur der Teil des Gesamtwassers, der nicht durch Substanzen wie Salze, Kohlenhydrate, Eiweißstoffe usw. an der Oberfläche gebunden ist, kann von Schimmelpilzen zum Wachstum und zur Etablierung genutzt werden. Weiterhin ist zu beachten, dass die Schimmelpilze
Theoretische Grundlagen
Seite 6
kein „flüssiges Wasser“ benötigen, sondern eine erhöhte Feuchte im Material ausreicht. Bezüglich der Temperatur werden die Schimmelpilze ebenfalls in meso- und thermophile sowie in thermotolerante Arten eingestuft. Die Temperaturbedingungen stehen immer im engen Zusammenhang mit der vorhandenen Feuchte (Abb. 1).
Abbildung 1:
Wachstumsbereiche von unterschiedlichen Schimmelpilzen in Abhängigkeit von relativer Luftfeuchte und Temperatur nach [6].
Das Nährstoff- bzw. Substratangebot ist neben der Feuchtigkeit und Temperatur der wichtigste Parameter für das Schimmelpilzwachstum. Auf Grund der Tatsache, dass Schimmelpilze nicht selbst in der Lage sind, energiereiche Nährstoffe zu produzieren, sind sie zwangsläufig auf das Angebot von organischen Kohlen- oder Stickstoffquellen angewiesen. Ist eine ausreichende Feuchte auf organischem Material vorhanden, so sind Schimmelpilze in der Lage, diese abzubauen und auf ihnen zu wachsen. Aus diesem Grund kann die Lebensweise der Schimmelpilze auf dem betreffenden Material als parasitär bezeichnet werden. Im Allgemeinen werden Substrate in drei verschiedene Gruppen unterteilt, denen wiederum verschiedene Untergründe zugeordnet werden. Die Gruppen werden mit Hilfe von sogenannten Isoplethensystemen unterschieden [1]. Ein Isoplethensystem ist ein durch Temperatur und Feuchte abhängiges Kurvensystem und beschreibt die
Theoretische Grundlagen
Seite 7
Wachstumsvoraussetzungen bzw. die Sporenauskeimung (angegeben in d) und das Mycelwachstum (angegeben in mm/d) für Schimmelpilze (Abb. 2). Substratgruppe 0: Optimaler Nährboden (z.B. Vollmedien) Diese
Gruppe
beinhaltet
die
anspruchslosesten
Wachstumsvoraussetzungen, also die niedrigsten Werte für Feuchte und Temperatur. Sie bildet damit für alle in Gebäuden auftretenden Schimmelpilze die absolute Wachstumsgrenze. Substratgruppe 1: Zu dieser Gruppe gehören biologisch verwertbare Substrate wie Tapete,
Gipskarton,
Bauprodukte
aus
gut
abbaubaren
Rohstoffen sowie Materialien für elastische Fugen und stark verschmutztes Material. Substratgruppe 2. Hierzu zählen Baustoffe mir Poren wie Putz, mineralische Baustoffe, verschiedene Hölzer sowie Dämmmaterialien.
Abbildung 2:
Verallgemeinertes Isoplethensystem für Sporenauskeimung (oben) in Tagen (d) bzw. für Myzelwachstum (unten) in Millimetern pro Tag (mm/d) nach [3] für die aufgeführten Substratgruppen.
Theoretische Grundlagen
Seite 8
Der pH-Wert spielt beim Wachstum von Schimmelpilzen eine eher untergeordnete Rolle. Er ist dafür verantwortlich, dass Schimmelpilze das vorhandene Substrat nutzen bzw. verwerten können. Ein optimaler Wachstumsbereich für Schimmelpilze liegt bei einem pH-Wert zwischen 5 und 7. Kalkhaltige Baustoffe wie beispielsweise Beton oder Putz können zwar einen pH-Wert von über 12 annehmen, ein Wachstum von Schimmelpilzen ist aber trotzdem möglich, weil sich dünne Biofilme auf den Materialien bilden können, welche als Nährböden zum Wachstum genutzt werden.
2.1.3.2. Ursachen
Grundsätzlich kann ein Schimmelpilzwachstum im Innenraum nur dann entstehen, wenn
die
im
vorhergehenden
Abschnitt
aufgeführten
Lebens-
und
Wachstumsansprüche erfüllt sind. Allgemein werden die Ursachen für ein Schimmelpilzbefall
im
Innenraum
in
nutzungsbedingte
und
bauliche
bzw.
gebäudebedingte Gegebenheiten unterschieden (Abb. 3). Während die nutzungsbedingten Ursachen lediglich auf ein falsches Lüftungs-, Nutzungs- und Heizverhalten zurückzuführen sind, werden die baulichen bzw. die gebäudebedingten Ursachen u. a. wie folgt unterschieden: • falsche bzw. unzureichende Wärmedämmung • Wärmebrücken • Bauteildurchfeuchtungen
Die
aufgeführten
Bauteildurchfeuchtungen
sind
dabei
die
am
häufigsten
vorkommenden Ursachen für ein Schimmelpilzwachstum im Innenraum. Diese können
zum
Einen
auf
bauliche
Mängel
wie
Dachleckagen
und
Außenwanddurchfeuchtungen und zum Anderen auf Havarien, welche einen
Theoretische Grundlagen
Wasserschaden
Seite 9
beinhalten,
zurückgeführt
werden.
Dadurch
entsteht
eine
hygrothermisch bedingte Feuchtigkeit [7].
Abbildung 3:
Mögliche Ursachen für einen Schimmelpilzbefall im Innenraum in Anlehnung an [6].
2.1.4. Sanierung von Schimmelpilzbelastungen
Liegt eine Schimmelpilzbelastung im Innenraum bzw. ein Schimmelpilzbefall vor, so müssen
sanierungstechnische
Maßnahmen
durchgeführt
werden,
um
die
mikrobiologische Belastung zu minimieren. Des Weiteren muss bei einer Schimmelpilzsanierung nicht nur darauf geachtet werden, dass der primärer Befall entfernt, sondern auch die Ursache, welche zu dem Befall führte, ermittelt und beseitigt wird. Das Ziel einer Schimmelpilzsanierung muss laut dem Verband Deutscher Baubiologen
(VDB)
sein,
die
Feuchtequelle
als
Ursache
für
die
Schimmelpilzbelastung festzustellen und zu beseitigen, den Schimmelpilzbefall an der betroffenen Bausubstanz zu entfernen oder - falls dies nicht möglich ist einzukapseln bzw. abzuschotten und die Bausubstanz wiederherzustellen. Dabei muss das Risiko eines erneuten Schadens minimiert werden.
Theoretische Grundlagen
Allgemein
ist
Seite 10
eine
Schimmelpilzbelastung
im
Innenraum
auf
kontaminierte
Materialien zurückzuführen [8]. Zur genauen Bewertung und Beurteilung des Schadensausmaßes muss eine Probenahme von kontaminierten Materialien erfolgen, damit gezielte Sanierungsmaßnahmen geplant und in der Folge durchgeführt werden können. Das Ergebnis dieser Untersuchung ist die Einstufung der Belastung in eine der folgenden drei Kategorien.
Kategorie 1:
Normalzustand bzw. geringfügiger Schaden Es besteht keine bzw. nur eine sehr geringe Biomasse mit einem Oberflächenschaden von < 20cm2.
Kategorie 2:
Geringer bis mittlerer Schaden Die Freisetzung von Schimmelpilzbestandteilen sollte unmittelbar unterbunden und die Ursache mittelfristig ermittelt und saniert werden. Es existiert eine mittlere Biomasse mit einer oberflächlichen Ausdehnung von < 0,5m2, tiefere Schichten sind nur lokal begrenzt betroffen.
Kategorie 3:
Großer Schaden Die
Freisetzung
von
Schimmelpilzbestandteilen
muss
sofort
unterbunden werden und die Ursache des Schadens ist unverzüglich zu ermitteln und zu beseitigen. Es
besteht
eine
große
Biomasse
mit
einer
großflächigen
Ausdehnung von > 0,5m2, auch tiefere Schichten sind vom Befall betroffen.
Die Durchführung entsprechende Maßnahmen muss von qualifiziertem Fachpersonal unter der Berücksichtigung von verschiedenen Arbeitsschutzmaßnahmen erfolgen. Die Tätigkeiten der Schimmelpilzsanierung werden laut der Biostoffverordnung (BioStoffV) als nicht gezielte Tätigkeiten mit biologischen Arbeitsstoffen eingestuft. Deshalb
muss
eine
Gefährdungsbeurteilung
durchgeführt
werden
[12].
Theoretische Grundlagen
Seite 11
Schimmelpilzhaltige Materialien bzw. Stäube sind laut TRGS 907 als allergen beurteilt [9]. Aus diesem Grund muss die TRGS 540 [10] mit beachtet werden. Sie beinhaltet eine Auflistung aller relevanten „sensibilisierten Stoffe“. Die TRGS 524 [11] dient zur Konzipierung der Sanierungsmaßnahmen unter Berücksichtigung des Auftretens von Allergien und toxischen Wirkungen. Sie beschreibt die technischen, organisatorischen und personenbezogenen Sicherheitsanforderungen, die sich auf den Umgang mit Gefahrstoffen beziehen. Die Schimmelpilzsanierung ist eng verbunden mit der Sanierung von Wasserschäden und den damit verbundenen Trocknungsmaßnahmen. Für eine Schimmelpilzsanierung sind folgende technische Verfahren sowohl für Desinfektions- als auch für Trocknungsmaßnahmen zu nennen: • Chemische Behandlung / Desinfektion • Gasbehandlung durch Ozon • Fogging-Verfahren • Trocknungstechniken Konventionelle Trocknung mittels Kondens- und Adsorptionstrockner Mikrowellentrocknung
Liegt eine relevante Schimmelpilzbelastung in einem Objekt vor, sollte die Schimmelsanierung nach folgenden Standardablauf [16] durchgeführt werden. Schritt 1:
Erfassung der Situation
Schritt 2:
Abschottung des Objektes in Bereiche
Schritt 3:
Entfernung des belasteten Materials
Schritt 4:
Desinfektion und Reinigung
Schritt 5:
Überprüfung des Sanierungserfolges
Schritt 6:
Wiederaufbau
Theoretische Grundlagen
Seite 12
Eine Schimmelschadensanierung hat die Aufgabe, einen „hygienisch einwandfreien Zustand“ herzustellen. Dabei sind Organismen, welche auf den Menschen toxisch oder allergen wirken können, zu entfernen bzw. die dauerhafte Ansiedlung dieser muss verhindert werden [16].
2.2.
Estriche
Estrich und Polystyrol
sind
großflächige
Fußbodenaufbauten
aus
Mörtel,
Bitumen
oder
Fertigbauplatten. Grundsätzlich werden Fußbodenaufbauten nach DIN EN 13813 [14] klassifiziert nach Art des Bindemittels eingeteilt in: • Zementestrich • Calciumsulfatestrich • Magnesiaestrich • Gussasphaltestrich • Kunstharzestrich
Des Weiteren kann eine Einteilung bezüglich der einzelnen Anwendungsarten der Estriche nach DIN 18560 [13] erfolgen in: • Estriche und Heizestriche auf Dämmschicht (schwimmende Estriche) • Verbundestriche • hochbeanspruchbare Estriche (Industrieestriche)
Der schwimmende Zementestrich wird für den privaten Innenraum am häufigsten eingesetzt. Dabei wird der Estrich auf einer, dem Trittschall und/oder dem Wärmeschutz dienenden, wannenförmig ausgebildeten Dämmschicht aufgebracht. Am häufigsten werden für die Dämmungen Polystyrole, seltener auch Mineralwolle
Theoretische Grundlagen
Seite 13
oder extrudierte Dämmplatten verwendet. In Deutschland legt die DIN 18560 die nationalen Anwendungsregeln wie zum Beispiel die Dicke der einzelnen Schichten im Fußbodenaufbau genau fest.
2.2.1. Allgemeine Anforderungen aus der Normung für Zementestrich
Der Zementestrich ist in seiner schwimmenden Verlegungsart der am meisten verwendete im Innenraum in Deutschland. 1995 war jeder zweite Estrich ein Zementestrich. Er besteht nach DIN 18560 aus Wasser, Sand mit einer Korngröße von 0-8 bzw. 0-16 mm und Normzement. Die besonderen Vorteile dieser Estrichart liegen darin, dass er sowohl für den Außen- als auch für den Innenbereich geeignet ist. Des Weiteren ist er unempfindlich gegenüber einer bestimmten Feuchte, er kann als Heizestrich verwendet werden und weist sehr gute Festigkeitswerte auf. Zementestrich erfordert beim Verlegen im Innenraum eine Mindesttemperatur von 5°C. Auch in den darauf folgenden Tagen darf diese Temperatur nicht unterschritten werden. Weiterhin muss der Zementestrich während dieser Zeit vor Austrocknung geschützt werden. Bei niedrigen Temperaturen oder langsam erhärtenden Zementen ist diese Schutzmaßnahme länger notwendig. Mindestens weitere sieben Tage ist der Zementestrich vor hoher Wärme, Zugluft und Schlagregen zu schützen. Eine Begehbarkeit ist frühestens nach drei Tagen möglich, wobei die vollständige Belastbarkeit
erst
nach
frühestens
sieben
Tagen
(abhängig
von
der
Umgebungstemperatur und dem Wasser - Zement - Wert) gegeben ist. Soll der Zementestrich mit einem Bodenbelag versehen werden, so muss die Restfeuchte des Estrichs 2% bis 3% betragen. Bei dampfdichten Belägen sollte die Restfeuchte noch geringer ausfallen.
Theoretische Grundlagen
Seite 14
Die Belegreife ist der Grenzfeuchtigkeitsgehalt des Estrichs, der vor der Verlegung einer bestimmten Bodenbelagsart abgewartet werden muss. Die verschiedenen Feuchtigkeitsgehalte
sind
in
DIN
4725
Teil
4
[15]
festgelegt.
Das
Trocknungsverhalten von Estrichen wird außer von der Zusammensetzung und der Estrichdicke wesentlich von den Verlegearten, dem Trocknungsbeginn, den Trocknungsbedingungen sowie von dem Bodenbelag bestimmt.
2.2.2. Grundlagen zum Polystyrol
Polystyrol ist ein weit verbreiteter, thermoplastischer Massenkunststoff. Dieser Kunststoff wird durch radikalische Polymerisation von Styrol gewonnen [22]. Bei der radikalischen Polymerisation reagieren Radikale miteinander. Radikale sind Teilchen, die ungepaarte Elektronen besitzen und daher in der Regel sehr reaktiv sind. Dabei entstehen aus Monomeren, die Doppelbindungen enthalten, in einer Kettenreaktion, lange
Polymerketten,
wobei
keine
Umlagerung
oder
Abspaltung
von
Molekülbestandteilen stattfindet. Polystyrol ist ein transparenter, amorpher oder teilkristalliner Thermoplast [21]. Die nachfolgende Abbildung 4 zeigt die Strukturformel des Polystyrol.
Abbildung 4:
Strukturformel Polystyrol
Theoretische Grundlagen
Seite 15
Geschäumtes Polystyrol oder auch Schaumpolystyrol genannt ist unter dem Handelsnamen Styropor bekannt und besitzt eine weiße Farbe. Je nach Herstellungsart wird zwischen weißem, grobporigen EPS (Expandierter Polystyrol) und feinporigem XPS (Extrudierten Polystyrol) unterschieden [20]. Auf Grund der Tatsache, dass Polystyrol eine schlechte Wärmeleitfähigkeit besitzt, ist es ein wichtiger Rohstoff für die Wärmeisolierung. Daher findet es als Isolierstoff im Bausektor sowohl im Außen- als auch im Innenbereich Verwendung
2.2.3. Mikrobiologische Belastung im Fußboden
Estriche
aus
Zement-,
Magnesia-
oder
Gussasphalt
sind
bei
einem
mikrobiologischen Befall selten und meist nicht sehr hoch mit Schimmelpilzen belastet,
da
das
Material
nicht
genügend
Nährstoffe
für
ein
optimales
Schimmelpilzwachstum bietet. Alle Estricharten werden beim Verlegen mit einem sehr großen Mischungsverhältnis bezüglich
der
Wassermasse
in
den
Innenraum
eingebracht.
So
enthält
beispielsweise ein übliches Mischungsverhältnis pro Kubikmeter Estrich 100 Liter Wasser. Die Grundvoraussetzung für Schimmelpilzwachstum ist folglich gegeben. Allerdings muss berücksichtigt werden, dass für das Abbinden (Hydratation) der Estrich etwa 40 % der Wassermasse benötigt. Das bedeutet, dass von den anfänglichen 100 Litern etwa 60 Liter pro Kubikmeter Estrich in der Innenraumluft verdunsten müssen oder als Porenvolumen im Estrich zurück bleiben. An Hand dieser Daten ist es denkbar, dass auf Grund der vorliegenden Wassermenge ein gewisses Maß an Schimmelpilzwachstum als Grundbelastung im Estrich vorhanden ist.
Theoretische Grundlagen
Seite 16
Des Weiteren können durch Abwasser-, Leitungswasser- aber auch durch Elementarwasserschäden relevante Mengen an Feuchten sowohl in den Bereich des Estrichs als auch in den darunter liegenden Bereich des Polystyrols eingebracht werden. Bei der Problematik der Abwasserschäden spielt zusätzlich die Tatsache eine bedeutende Rolle, dass vitale coliforme Bakterien neben dem erhöhten Feuchteeintritt in die Fußbodenkonstruktion gelangen können. Liegt ein Wasserschaden in einem Fußbodenaufbau vor, so ist das schnellstmögliche Erkennen des Schadens eine wichtige Vorraussetzung bei der Sanierung. Befindet sich über einen längeren Zeitraum Wasser in einer Fußbodenkonstruktion mit schwimmenden Estrich, verliert das Polystyrol seine Dämmeigenschaften, da das Wasser die Luft
in den
Hohlräumen verdrängt.
Für die Bewertung der
mikrobiiologischen Belastung sind Materialproben sowohl vom Estrich in Form von Bohrkernen als auch vom Polystyrol an verschiedenen Probenahmepunkten unerlässlich. Unabhängig von dem Ergebnis dieser Materialanalyse und der damit verbundenen Notwendigkeit einer Desinfektion müssen Trocknungsmaßnahmen zur Minimierung der eingebrachten Feuchte durchgeführt werden.
2.2.4. Trocknungstechniken
Sind Feuchtigkeitsschäden an einem Gebäude entstanden müssen diese mittels technischer Trocknungsmethoden beseitigt werden. Laut VOB (Vergabe- und Vertragsordnung für Bauleistungen) gibt es zum momentanen Zeitpunkt keine geregelten Standards, welche die Gebäudetrocknung festlegen. Dabei kann eine falsch
durchgeführte
Trocknung
schwerwiegende
Folgen
bezüglich
eines
Schimmelpilzbefalls haben. Bevor der Aufbau von entsprechenden Trocknungsanlagen erfolgt, müssen Materialanalysen durchgeführt werden, um zu prüfen, ob eine Trocknung wirtschaftlich sinnvoll ist. Des Weiteren muss der vorliegende Feuchteschaden,
Theoretische Grundlagen
Seite 17
beispielsweise durch Probebohrungen im Bezug auf die Gebäudekonstruktion beurteilt und überprüft werden. Mit Hilfe solcher Probebohrungen ist es zum Einen möglich
den
Fußbodenaufbau
zu
beurteilen
und
zum
Anderen
können
Feuchtemessungen im Bohrloch durchgeführt werden. Messungen über die Randfugen allein reichen nicht für ein repräsentatives Ergebnis aus. Allerdings muss bei der Durchführung einer technischen Trocknung nicht nur das richtige Verfahren, sondern auch die richtige Dimensionierung der aufgebauten Geräte sowie physikalische Gesichtspunkte zur Effektivierung der Trocknung berücksichtigt werden [16]. Im Allgemeinen liegen alle Trocknungsverfahren bzw. –techniken folgenden Maßnahmen zu Grunde:
•
Reduzierung der relativen Feuchte der Raumluft (beschleunigt die natürliche Trocknung)
•
Erzeugen einen Luftstromes am und um das betroffene Bauteil bzw. Material
•
Durchlüften von Hohlräumen
•
Erwärmung der durchnässten Bereiche
Mit Hilfe eines Kondensationstrockners wird feuchte Raumluft durch einen Ventilator angezogen und in ein Kühlsystem eingebracht. Auf Grund der Tatsache, dass kalte Luft einen geringen Feuchteanteil als warme Luft besitzt, kondensiert Wasser aus der Luft durch den eintretenden Temperaturabfall. Die abgekühlte Luft besitzt nun mehr einen Feuchteanteil von etwa 30 bis 40 %. Bevor die Luft das Trocknungsgerät wieder in den zu trocknenden Innenraum verlässt, wird sie auf Zimmertemperatur erwärmt und durch einen Kompressor verdichtet. Bei der Durchführung einer Kondensationstrocknung werden Temperaturen von 18°C bis 26°C benötigt.
Bei der Adsorptionstrocknung (Abb. 5) wird die zu trocknende, feuchte Innenraumluft angesaugt und über ein Trockenrad (Adsorptionsrotor) geführt. Das
Theoretische Grundlagen
Seite 18
Material der Oberfläche dieses Rades ist hygroskopisch und entzieht damit der angesaugten Luft die Feuchtigkeit. Des Weiteren wird ein Teil des Rotors im sogenannten Gegenstromverfahren beheizt. Dadurch verdunstet die abgegebene Feuchtigkeit
innerhalb
des
Gerätes.
Die
Restfeuchte
wird
durch
einen
Regenerationsluftschlauch aus dem Innenraum nach außen und die getrocknete Luft mit
Hilfe
eines
Ventilators
in
die
Raumluft
abgeführt.
Mit
Hilfe
der
Adsorptionstrocknung ist es möglich, dass die zu trocknende Luft auf einen Feuchtegehalt von unter 5 % getrocknet werden kann. Ein weiterer Vorteil gegenüber der Kondensationstrocknung liegt im Anwendungsbereich. Ein Einsatz ist auch bei niedrigen bzw. Minustemperaturen möglich. Sogenannte Seitenkanalverdichter können in Verbindung mit Adsorptionsgeräten verwendet werden [17]. Mit Hilfe dieser kann ein höhere Luftdruck aufgebaut werden kann, welcher dazu führt, dass Luft durch bestimmte Materialien gepresst werden kann.
Abbildung 5:
Funktionsprinzip der Adsorptionstrocknung nach [18]
Eine weitere Möglichkeit der Bauteiltrocknung ist die Mikrowellentrocknung, bei welcher das betroffene Bauteil direkt entfeuchtet wird. Mit Hilfe der Mikrowellen (elektromagnetische Wellen) werden die Wassermoleküle in Schwingung versetzt, wodurch Reibungswärme entsteht. Erwärmen sich die Wassermoleküle bis zum Siedepunkt, verdampft die Feuchte in die Umgebung [16]. Im Vergleich zu den bereits genannten Trocknungstechniken verläuft der Prozess bei dieser Trocknung
Theoretische Grundlagen
Seite 19
wesentlich schneller und die Mikrowellen können in tiefere Schichten von betroffenen Materialien eindringen. Allerdings können auch beispielsweise tieferliegende Leitungen in einer Wand Schaden durch die entstehenden hohen Temperaturen nehmen. Des Weiteren ist diese Form der Trocknung sehr kostenintensiv und in angrenzenden
Räumen
besteht
das Gefahrenrisiko
der Schädigung durch
Mikrowellen. Bezüglich der Temperatur gibt es bei der Mikrowellentrocknung keine Einschränkung.
Tabelle 1:
Vergleich der möglichen Trocknungstechniken bezüglich dem Anwendungsbereich (Temperatur), Feuchtegehalt der getrockneten Luft, wirtschaftlichem Aufwand und Gefährdungsrisiko.
Kondensation
Adsorption
Mikrowellen
Anwendungsbereich Temperatur
10 bis 26°C
bis -30°C
keine Einschränkung
Feuchtegehalt der getrockneten Luft
30 bis 40 %
5%
5%
gering
mittel
hoch
gering
gering
hoch
wirtschaftlicher Aufwand
Gefährdungsrisiko
Materialien und Methoden
Seite 20
3. Materialien und Methoden
Die speziell für diese Versuche hergestellten Musterplatten (Abbildung 6, oben), welche eine innenraumspezifische Fußbodenkonstruktion darstellen, entstanden in Zusammenarbeit mit der Materialforschungs- und -Prüfanstalt der Bauhaus – Universität Weimar (MFPA). Dabei wurde zum Einen darauf geachtet, dass für diese Konstruktion Materialien (Estrich und Polystyrol) verwendet werden, welche am häufigsten im Innenraum Verwendung finden. Zum Anderen wurde darauf geachtet, dass mit den Maßen 1,2m / 1,2m (Länge / Breite) eine Größe der Platten hergestellt wurde, bei welcher ausreichend Fläche für die benötigten Bohrkernproben und damit repräsentative Ergebnisse bezüglich der Schimmelpilzkonzentration erwartet werden.
Abbildung 6:
Hergestellte Musterplatten. In den Auszügen der Abbildung ist oben eine fertig hergestellte Musterplatte und unten der schematische Aufbau dieser dargestellt.
Materialien und Methoden
3.1.
Seite 21
Versuchsplanung
Der praktische Teil dieser Arbeit wurde in mehrere Abschnitte bzw. Aufgaben eingeteilt. In einem Laborversuch sollte zu Beginn das Polystyrol direkt nach Erwerb und vor dem Verbau in die jeweiligen Musterplatten auf den Gesamtkeimgehalt (KBE/g) überprüft werden. Diese Überprüfung ist notwendig, damit bei der Bewertung der ermittelten Keimzahlen des Polystyrols im späteren Verlauf des Versuches diese Konzentration als Referenzwert berücksichtigt werden kann. Im
Anschluss
daran
sollen
fünf
Musterplatten
mit
gleichem
Aufbau
in
Zusammenarbeit und in den Räumlichkeiten des MFPA in Weimar hergestellt werden. Die fertigen Fußbodenkonstruktionen sollen bis zum Ende der Versuche in einer Klimakammer mit einer konstanten Temperatur von 23°C und 50 % relativer Luftfeuchte gelagert werden. Diese Maßnahme der Lagerung wird für diesen Versuch in Betracht gezogen, damit man wechselnde äußere Bedingungen, welche für eine Änderung der Gesamtkeimzahlen verantwortlich sein können, ausschließen kann. Somit kann hierfür eine Beeinträchtigung der Temperatur sowie der relativen Luftfeuchte als irrelevant bezeichnet werden. Die jeweiligen Probenahmen vom Zementestrich und vom Polystyrol werden während des gesamten Versuchsablaufes von neun Wochen (Abb. 7) in einem Abstand von sieben Tagen stattfinden. Die Simulation des Wasserschadens und die damit einhergehenden Sanierungsmaßnahmen sollen ebenfalls in der genannten Klimakammer durchgeführt werden. Die genommenen Proben werden im Anschluss in dem Labor des Privatinstituts für Innenraumtoxikologie – Dr. Blei GmbH für die Bestimmung der Gesamtkonzentration an Schimmelpilzen entsprechend weiter bearbeitet.
Materialien und Methoden
Abbildung 7:
3.2.
Seite 22
Chronologische Abfolge der geplanten Teilversuche.
Versuchsdurchführung
Zu Beginn des Versuches wurde das Polystyrol mit denen in Tabelle 2 aufgeführten Eigenschaften im Labor auf die Gesamtkeimzahl in einer Doppelbestimmung analysiert. Dazu wurden zwei Materialproben aus den Polystyrolplatten geschnitten und entsprechend der aufgeführten Nachweismethode im Labor behandelt.
Tabelle 2:
Physikalische Eigenschaften des verwendeten Polystyrols.
Eigenschaften
Polystyrol
hergestellt nach Norm
DIN EN 13163 [24]
Nenndicke
40 mm
Wärmeleitfähigkeit
0,040 W/mK
Brandverhalten
schwerentflammbar B1 nach DIN 4102
Thermischer Widerstand
1,11 m2 * K / W
Die nächste Aufgabe bestand darin, in einem Zeitraum von vier Wochen (entspricht der normalen Austrocknungszeit des Zementestrichs nach dem Verlegen) in einem
Materialien und Methoden
Seite 23
Abstand von sieben Tagen jeweils aus jeder Musterplatte eine Bohrkernprobe (Zementestrich und Polystyrol) zu nehmen und im Labor entsprechend auf den Gesamtkeimgehalt zu analysieren, um die mikrobiologische Grundbelastung in der Fußbodenkonstruktion direkt nach dem Verlegen und während der Trocknungsphase zu erfassen. Anschließend wurde ein Wasserschaden in vier von fünf hergestellten Musterplatten simuliert. Die fünfte unbehandelte Platte diente während des gesamten Versuches als Referenz für den Gesamtkeimgehalt des Estrichs und des Polystyrols. Für die aufgeführte Simulation konnte über die bereits vorhandenen Bohrlöcher eine Wassermenge von insgesamt 1,6 l in die Fußbodenkonstruktion eingebracht werden. Für die Simulation wurde normales Leitungswasser (Trinkwasser) verwendet, damit ein repräsentativer Wasserschaden im Innenraum erzeugt werden kann. Über einen Zeitraum von drei Wochen in einem Abstand von sieben Tagen wurden erneut Bohrkernproben genommen und der Gesamtkeimgehalt in KBE/g ermittelt. Mit Hilfe dieses Abschnittes des Versuches soll die Entwicklung der vorhandenen Keime infolge eines Wasserschadens beobachtet und dokumentiert werden. Im Anschluss daran wurde gemäß der Versuchsplanung (Abb. 8) bei drei von vier Musterplatten eine Sanierungsmaßnahme durchgeführt. Die vierte von einem Wasserschaden betroffene Musterplatte wurde bei dieser Maßnahme nicht berücksichtigt. Sie diente als Referenz, wie die existierenden Schimmelpilze sich weiter entwickeln obwohl weder eine Desinfektion noch eine technische Trocknung durchgeführt wird. Bei der ersten der drei zu sanierenden Platten ist ausschließlich die Trocknung aufgebaut wurden ohne ein Desinfektionsmittel anzuwenden. Bei den beiden anderen Platten erfolgte sowohl die technische Trocknung als auch die Zugabe eines in der Praxis angewandten Mittels zur Desinfektion. Der Unterschied hierbei
lag
lediglich
in
der
Verwendung
von
zwei
unterschiedlichen
Desinfektionsmitteln. In einer Platte wurde Microbac forte und in der anderen Maxox PF mit jeweils eine Gesamtmenge von 1l. Die Desinfektionsmittel konnten über die existierenden Bohrlöcher verteilt werden. Im Anschluss daran wurde die technische Trocknung aufgebaut (Abb. 9) und insgesamt über einen Zeitraum von zehn Tagen durchgeführt. Zusätzlich musste an das Trocknungsgerät ein Schadstoff-Filter X 180 (HEPA Filterklasse H13) mit einem Plissee Rundfilter angeschlossen werden. Dieser
Materialien und Methoden
Seite 24
diente zur Abscheidung von Aerosolen sowie vorhandenen Keimen aus den Fußbodenkonstruktionen. Nach Beendigung der durchgeführten Trocknung erfolgte eine erneute und abschließende Probenahme.
(VWULFK 5HIHUHQ]
(VWULFK
(VWULFK
(VWULFK
(VWULFK
6LPXODWLRQ:DVVHUVFKDGHQ
7URFNQXQJ
'HVLQIHNWLRQXQG7URFNQXQJ
DEVFKOLHHQGH3UREHQDKPH Abbildung 8:
Schematische Darstellung der gesamten Versuchablaufes.
Abbildung 9:
Aufgebaute technische Trocknung (links) der drei Musterplatten mit angeschlossenem Schadstoff-Filter (rechts, rot gekennzeichnet) durch Geräte der Fa. ROTERS Trocknungstechnik.
Materialien und Methoden
Seite 25
3.2.1. Verwendete Nachweismethode Für die Detektion des Gesamtkeimzahl an Schimmelpilzen in KBE/g wurden von den Materialproben Verdünnungsreihen entsprechend der Vorschrift des VDI 4300 (Blatt 10) hergestellt. Hierfür sind die genommen Proben vom Zementestrich und Polystyrol zunächst mit Hilfe einer Laborwaage eingewogen wurden. Anschließend erfolgte einer mechanische Zerkleinerung der Materialien. Entsprechend ihres Gewichtes wurden sie im Anschluss in 100-facher Menge physiologischer Kochsalzlösung (0,9 %
NaCl)
gelöst.
Nachfolgend
wurde
eine
Verdünnungsreihe
durch
Verdünnungsstufen von 1:10 bis 1:1000 hergestellt. Von jeder Stufe erfolgte eine Ausplattierung von jeweils 100 µl dieser Verdünnung auf den verwendeten Nährmedien (Abs. 3.2.2.). Diese wurden verschlossen und sieben Tage bei eine Temperatur von 25°C im Brutschrank bebrütet, so das s die Schimmelpilze analog kultivieren konnten. Nach drei, fünf und sieben Tagen erfolgte eine Auszählung der kultivierten
Keime
auf
den
Nähragarplatten.
Für
die
Bestimmung
der
Gesamtkeimzahl wurde schließlich gemäß der ausplattierten Verdünnung und dem zu Beginn bestimmten Gewicht des Materials die Gesamtkonzentration an Schimmelpilzen in KBE/g festgestellt. Für die Bewertung der mikrobiologischen Belastung gibt es in der Praxis verschiedene Ansätze. Am häufigsten erfolgt eine Einteilung in die in Tabelle 3 aufgeführten Befallsklassen [25]. Tabelle 3:
Einteilung der Befallsklassen an Hand der festgestellten Gesamtkonzentrationen an Schimmelpilzen von untersuchten Materialproben [25]
Schimmelpilze
Gesamtsporenkonzentration in KBE/g Anzahl einzelner Gattungen und Arten in KBE/g
BK 1
BK 2
BK 3
< 500
500 – 50.000
> 50.000
< 100
150 – 15.000
> 15.000
BK = Befallsklasse BK 1 = kein Befall oder kein relevanter Befall BK 2 = relevanter mikrobiologischer Befall nicht auszuschließen BK 3 = relevanter mikrobiologischer Befall liegt vor
Materialien und Methoden
Seite 26
3.2.2. Verwendete Nährmedien
Für die Bestimmung der Gesamtkonzentration an Schimmelpilze in den untersuchten Substraten (Zementestrich und Polystyrol) wurden für diese Versuchsreihe zwei Nährmedien ausgewählt. Zum Einen finden sie in der Praxis am häufigsten Anwendung, zum Anderen geben diese den Schimmelpilzen die Möglichkeiten, Kolonie bildende Einheiten zu bilden. Aus diesem Grund wurden die Nährböden aus Malzextrakt-Agar und Dichloran-Glycerol-Agar mit Chloramphenicol verwendet. Die unterschiedliche Zusammensetzung der Nährmedien ist in Tabelle 4 dargestellt [23].
Tabelle 4:
Vergleich der Zusammensetzung der verwendeten Nährmedien.
Nährmedium
Malzextrakt-Agar
DG-18 Agar
Zusammensetzung Malzextrakt
30 g
Sojamehlpepton
3g
Agar
20 g
pH-Wert
5,6 ± 0,2
Pepton
5g
KH2PO4
1g
Dichloran
0,002 g
Glycerin
200 g
Glukose
10 g
MgSO4
0,5 g
Chloramphenicol
0,1 g
Agar
16 g
pH-Wert
5,6 ± 0,2
Malzextrakt-Agar (MEA) ist ein Nährmedium zur Keimzahlbestimmung von Hefen und Schimmelpilzen. Besonders geeignet ist es für die Isolierung und den Nachweis feuchteliebender Schimmelpilze. Der niedrige pH-Wert hemmt das Wachstum von bakterieller Begleitflora.
Materialien und Methoden
Seite 27
Dichloran-Glycerol-Agar mit Chloramphenicol (DG18-Agar) kann ebenfalls zur Bestimmung der Keimzahl von Hefen und Schimmelpilzen benutzt werden. Er ist jedoch eher für die Isolierung und den Nachweis xerophiler Schimmelpilze geeignet. Glycerin dient dabei als Kohlenstoff- sowie Energiequelle und senkt zusätzlich den aw-Wert des Nährmediums. Chloramphenicol und der niedrige pH-Wert hemmen das Wachstum
bakterieller
Begleitflora.
Dichloran
hemmt
die
Ausbreitung
hyphenbildender Pilze und reduziert die Koloniegröße anderer Arten so, dass auch langsam wachsende Arten mit kleinen Koloniegrößen nachgewiesen werden können.
3.2.3. Detektion sekundärer Parameter während des Versuches
Auf Grund der Tatsache, dass der Feuchtegehalt der zu untersuchenden Substrate einen primären Einfluss auf die Bildung von Schimmelpilzen besitzt, musste dieser über den gesamten Versuchsablauf sowohl vom Zementestrich als auch vom Polystyrol zusätzlich aufgenommen werden. Des Weiteren war die Bestimmung dieses Parameters obligatorisch für die Ermittlung des Zeitpunktes, zu welchem die Fußbodenkonstruktion nach dem Verlegen ausgetrocknet und sich damit im belagsreifen Zustand befand. Weiterhin konnte somit eine Korrelation zwischen Feuchtgehalt des Materials und Schimmelpilzwachstum hergestellt werden. Für die Ermittlung wurde die gravimetrische Feuchtigkeitsbestimmung (DarrMethode) in Anlehnung an die DIN ISO EN 12570 angewandt. Hierfür wurden die genommen Materialproben direkt vor Ort geteilt und mit Hilfe einer präzisen Laborwaage gewogen. Anschließend erfolgte eine Trocknung der Proben bei 105°C in einem entsprechenden Trockenschrank bis zum Erreichen der Massekonstanz. Die im Material befindliche Feuchte konnte folglich entweichen. Durch ein erneutes Wiegen des Materials kann der Wasser- bzw. Feuchtegehalt im Material als Massefeuchte (M-%) oder Gewichtsfeuchte (Gleichung 1) berechnet werden. Dabei wird insofern von den Vorgaben der angegebenen Norm abgewichen, dass der Feuchtegehalt mit der Einheit M-% berechnet wurde, während bei der seit April 2000
Materialien und Methoden
Seite 28
gültigen Norm der massebezogene Feuchtegehalt mit der Einheit kg/kg anzugeben ist.
Gleichung 1:
Feuchtegehalt u [%] u=
Nassgewicht Material [g] Trockengewicht Material [g]
Zusätzlich
wurde
in der Klimakammer des MFPA eine Bestimmung der
Gesamtkeimzahl aller vitalen (lebenden) Keime der Raumluft durchgeführt. Diese Luftkeimsammlung
musste
durchgeführt
werden,
um
zu
prüfen,
welche
Luftkeimkonzentration in der betreffenden Raumluft vorhanden ist. Die Untersuchung ist
wichtig,
damit
eine
Aussage
getroffen
werden
kann,
mit
welcher
Schimmelpilzkonzentration die angerfertigten Musterplatten in Kontakt kommen können. Des Weiteren konnte so überprüft werden, ob die KBE-Konzentration der Klimakammer eine normale Innenraumluft repräsentiert. Für die Analyse wurde mit Hilfe des MBASS (MicroBiological Air Sampling System) der Firma Holbach Umweltanalytik GmbH ein Gesamtvolumen von 50l auf die Nährmedien MEA- und DG-18-Agar angesaugt. Anschließend erfolgte eine Inkubation der Nähragarplatten für sieben Tage bei 25°C. Nach drei, fünf und sieben Tagen werden die auf den Nährmedien kultivierten Keime ausgezählt und so die Sporenkonzentration für Schimmelpilze pro Kubikmeter Luft (KBE/m3) ermittelt. In der Praxis muss bei einem mikrobiellen Befall im Innenraum immer eine Luftkeimsammlung von der Außenluft mit genommen werden. Nur so kann eine Aussage gemacht werden, ob die ermittelten Sporen durch eine aktive Quelle für mikrobiologisches Wachstum oder durch einen Sporenaustauch mit der Außenluft entstanden sind. Auf Grund der Tatsache, dass die Klimakammer durch entsprechende Lüftungsmaßnahmen nicht in Kontakt mit der Außenluft kommen kann und die vorhandenen Raumluftparameter (Temperatur und relative Feuchte)
Materialien und Methoden
Seite 29
durch ein angebrachtes Gerät stetig gesteuert werden und damit konstant sind, wurde auf eine Probenahme der Außenluft verzichtet.
Ergebnisse
Seite 30
4. Ergebnisse
4.1.
Mikrobiologische Grundbelastung in der Fußbodenkonstruktion
Für die Ermittlung bzw. für die Auswertung der Kolonie bildenden Einheiten war es vor Beginn der Herstellung der Musterplatten notwendig, die Gesamtkeimzahl an Schimmelpilzen im Polystyrol zu bestimmen. Die Analyse diente somit für die Ermittlung des Referenzwertes bezüglich des mikrobiellen Wachstums. Die ermittelte Keimzahl des Polystyrols vor Verbau in die Musterplatten dient damit als Ausgangskonzentration und muss im Anschluss von jedem erhaltenen Ergebnis abgezogen
werden.
Die
mit
Hilfe
der
Verdünnungsreihe
detektierte
Gesamtkonzentration an Schimmelpilzen (Doppelbestimmung) ist in Tabelle 5 aufgeführt.
Tabelle 5:
Ausgangskonzentration der KBE/g (Doppelbestimmung) als Referenzwert des Polystyrols
Polystyrol
Gesamtkeimzahl in KBE/g
(1)
0
(2)
0
Die übrigen Polystyrolplatten der gleichen Charge wurden in die vorgefertigten Musterplatten verlegt. Der Zementestrich wurde entsprechend darüber gegossen, wobei laut Vorgabe der DIN 18560 eine vorgeschriebene PE-Folie die beiden Schichten voneinander trennte (Abb. 6). Für die Ermittlung der mikrobiologischen Grundbelastung wurde in einem Abstand von vier Wochen alle sieben Tage eine Probenahme, bei welcher ein Bohrkern (Ø 40mm) von allen Platten genommen wurde, durchgeführt. Von den erhaltenen jeweils fünf Polystyrol- und Zementestrichproben wurden im Labor entsprechend der
Ergebnisse
Seite 31
erläuterten Nachweismethode Verdünnungsreihen hergestellt und ausgewertet. Die Tabellen 6 (Estrich) und 7 (Polystyrol) zeigen die Ergebnisse der sich kultivierten Kolonie bildenden Einheiten pro Gramm Material in dem angegebenen Zeitraum unter Berücksichtigung der ermittelten Ausgangskonzentration des Polystyrols vor Beginn des Versuches.
Tabelle 6:
Ermittelte KBE/g im Zementestrich während der ersten vier Wochen nach Verlegen und der daraus resultierende Durchschnittswert des mikrobiellen Wachstums.
Austrocknungszeit in Wochen
KBE/g Zementestrich
1
Ø 4,2
2
Ø0
3
Ø0
4
Ø0 Ø1
Ausgehend von den in Tabelle 6 aufgeführten Keimzahlen des Zementestrichs hat sich innerhalb der Austrocknungsphase des Estrichs (vier Wochen) insgesamt eine Kolonie bildende Einheit pro Gramm Material gebildet.
Tabelle 7:
Ermittelte KBE/g im Polystyrol während der ersten vier Wochen nach Verlegen der daraus resultierende Durchschnittswert für mikrobielles Wachstum.
Austrocknungszeit in Wochen
KBE/g Polystyrol
1
Ø 14
2
Ø3
3
Ø6
4
Ø6 Ø8
Ergebnisse
Seite 32
Die in Tabelle 7 aufgeführten Keimzahlen zeigen, dass im Durchschnitt während der gesamten Austrocknungsphase der Fußbodenkonstruktion acht Kolonie bildende Einheiten im Polystyrol entstanden sind. Die im Diagramm 1 veranschaulichte grafische Darstellung der kultivierten Keime des Polystyrols und des Zementestrichs zeigt den Verlauf des Wachstums der Keime sowie den Unterschied der Gesamtkeimzahlen.
Diagramm 1:
Vergleich des Verlaufes der kultivierten Keime im Zementestrich (blau) und im Polystyrol (rot) während der Austrocknungszeit von vier Wochen. Zusätzlich zeigen die Trendlinien der beiden Materialien die Entwicklung der Keime bis zum bereits aufgeführten Durchschnittswert des Wachstums der Schimmelpilze von 8 KBE/g (Polystyrol) und 1 KBE/g (Zementestrich).
Die ermittelten Durchschnittswerte von 1 KBE/g im Zementestrich und 8 KBE/g im Polystyrol
bezüglich
des
mikrobiellen
Wachstums
zeigen,
dass
nach
der
Austrocknungszeit von vier Wochen in der Fußbodenkonstruktion keine, gegenüber der Ausgangskonzentration, erhöhte mikrobiologische Belastung vorliegt. Aus diesem Grund kann basierend auf diesen Ergebnissen für den weiteren Verlauf des
Ergebnisse
Seite 33
Versuches davon ausgegangen werden, dass keine relevante mikrobiologische Grundbelastung sowohl im Polystyrol als auch im Zementestrich vorlag.
4.2.
Mikrobiologische
Belastung
nach
der
Simulation
des
Wasserschadens
Nach Ablauf der Austrocknungsphase wurde in vier von den fünf angefertigten Musterplatten ein Wasserschaden durch Einbringen von insgesamt 1,6l Wasser pro Platte simuliert. Im Anschluss fand im Abstand von sieben Tagen insgesamt drei Wochen lang eine Probenahme in den Fußbodenkonstruktionen statt. Der Zeitabschnitt von drei Wochen wurde gewählt, damit zum Einen den Schimmelpilzen die Möglichkeit gegeben werden konnte, sich auf den veränderten Feuchtegehalt einzustellen, das vorhandene Substrat zu verwerten und sich im Material zu kultivieren. Zum Anderen ist es in der Realität nicht ungewöhnlich, dass ein vergleichbarer Wasserschaden im Innenraum ebenfalls erst nach mehreren Wochen erkannt bzw. bemerkt wird. In den Tabellen 8 und 9 sind die ermittelten Gesamtkeimzahlen des Polystyrols und des Zementestrichs von den vier Musterplatten mit simuliertem Wasserschaden aufgeführt.
Tabelle 8:
Ermittelte KBE/g im Zementestrich nach Simulation des Wasserschadens und der daraus resultierende Durchschnittswert für das Wachstum der Schimmelpilze.
Wochen nach Wasserschaden
KBE/g Zementestrich
1
Ø 2,4
2
Ø 750
3
Ø 25 Ø 260
Ergebnisse
Seite 34
Bei der Beurteilung der Tabelle 8 wird deutlich, dass während der ersten drei Wochen nach der Simulation des Wasserschadens im Zementestrich sich durchschnittlich 260 Kolonie bildende Einheiten pro Gramm kultiviert haben.
Tabelle 9:
Ermittelte KBE/g im Polystyrol nach Simulation des Wasserschadens und der daraus resultierende Durchschnittswert für das Wachstum der Schimmelpilze.
KBE/g
Wochen nach Wasserschaden
Polystyrol
1
Ø 334
2
Ø 50
3
Ø0 Ø 128
An Hand der Tabelle 9 wird erkennbar, dass sich im untersuchten Material des Polystyrols
während
der
ersten
drei
Wochen
nach
der
Simulation
des
Wasserschadens im Durchschnitt 128 Kolonie bildende Einheiten pro Gramm kultiviert haben. Im Diagramm 2 sind grafisch die ermittelten Gesamtkeimzahlen vom Zementestrich und vom Polystyrol als Vergleich aufgeführt.
Ergebnisse
Diagramm 2:
Seite 35
Vergleich des Verlaufes der kultivierten Keime im Zementestrich (blau) und im Polystyrol (rot) innerhalb der ersten drei Wochen nach der Simulation des Wasserschadens. Zusätzlich zeigen die angegebenen Trendlinien der Kultivierung eine Prognose des Wachstums der Schimmelpilze.
Beurteilt man die detektierten Gesamtkonzentrationen an Schimmelpilzen an Hand des
Durchschnittswertes
Fußbodenkonstruktionen Bewertungstabelle
zum
(Tabelle
der
vier
Einen 3),
so
vom
durch kann
Wasserschaden
die
in
der Praxis
festgestellt
werden,
betroffenen angewandte dass
die
Konzentrationen im Zementestrich und im Polystyrol zur Befallsklasse 1 zugeordnet werden können. Das bedeutet, dass kein relevanter mikrobiologischer Befall im Material vorliegt. Zum Anderen wird aber eindeutig erkennbar, dass sich ausgehend von der zuvor ermittelten Grundbelastung im Zementestrich und Polystyrol die Sporenkonzentrationen sowohl um den Faktor 16 (Polystyrol) als auch um den Faktor 260 (Zementestrich) erhöht haben.
Ergebnisse
4.3.
Seite 36
Vergleich der etablierten Schimmelpilzgattungen bzw. -arten
Sowohl beim Herstellen der Musterplatten, als auch bei der Simulation des Wasserschadens wurden die Fußbodenkonstruktionen nicht mit einer bekannten Sporensuspension
beimpft.
Aus
diesem
Grund
konnten
die
etablierten
Schimmelpilzgattungen bzw. –arten erst nach Ermittlung der Gesamtkeimzahl auf den Nähragarplatten bestimmt werden. Nicht nur während der Austrocknungsphase des Zementestrichs sondern auch nach dem Wasserschaden haben sich im Estrich und auch im Polystyrol die PenicilliumArten Penicillium crustosum und Penicillium glabrum beim Wachstum durchsetzen können. Eine in der Praxis nach einem Wasserschäden sehr häufig detektierte Schimmelpilzart, Aspergillus versicolor, konnte zwar ebenfalls vereinzelt im Polystyrol nachgewiesen werden, spielte aber bei der Auswertung eine eher untergeordnete Rolle. Des Weiteren konnten im Estrich und im Polystyrol während der gesamten Austrocknungsphase und auch eine Woche nach dem Wasserschaden die Schimmelpilzgattungen Verticillium sp. und Mucor sp. auf den Nähragarplatten nachgewiesen werden. Auf Grund der Tatsache, dass die Gesamtkeimzahlen jeder Woche sowohl vom Estrich als auch vom Polystyrol in geringen Größenverhältnissen ausfielen,
spielten
bei
der
Bewertung
des
Befalls
die
detektierten
Schimmelpilzgattungen bzw. –arten eine eher untergeordnete Rolle. In den nachfolgenden Abschnitten sind die detektierten Schimmelpilzgattungen bzw. -arten zusammenfassend aufgeführt und näher beschrieben [26]. Penicillium crustosum ist eine Schimmelpilzart und gehört zur Gattung der Penicillien. Diese Art kommt sehr häufig im Innenraum und dort spezifisch in Lebensmitteln
als
Verderbnisserreger
vor.
Eine
mögliche
gesundheitliche
Beeinträchtigung bzw. Gefährdung stellt die Produktion von toxischen Metaboliten wie den tremorgenen, neurotoxischen Substanzen Penitrem A bis F sowie dem krampferzeugenden Roquefortin C dar. Darüber hinaus kann Penicillium crustosum eine Reihe von potentiell toxischen Metaboliten, wie Cyclopenin, Cyclopenol, Viridicatin, Viridicatol, Geosmin etc. produzieren, wobei deren Toxizitäten bisher noch nicht geklärt sind.
Ergebnisse
Seite 37
Penicillium glabrum gehört ebenfalls zur Schimmelpilzgattung Penicillium. Diese Schimmelpilzart hat eine weite Verbreitung auf verschiedenen Lebensmitteln und kann sich im Kompost bzw. Biomüll etablieren. In hohen Konzentrationen kann Penicillium glabrum zu allergischen Reaktionen der Atemwege, wie asthmatischen Beschwerden bis hin zu Lungenentzündung führen. Neben der hohen allergenen Potenz von Penicillium glabrum ist auch die Produktion toxischer Substanzen, wie Citromycetin, kritisch bezüglich einer gesundheitlichen Beeinträchtigung zu beachten. Aspergillus versicolor ist eine Schimmelpilzart und gehört zur Gattung der Aspergillen. Auch diese Art kommt häufig im Innenraum auf Lebensmitteln und im Hausstaub vor. Aspergillus versicolor bildet das Mycotoxin Sterigmatocystin, welches ein kanzerogenes Potential besitzt. Des Weiteren kann diese Art allergische Reaktionen, die unter dem Begriff Aspergillosen zusammengefasst sind, hervorrufen. Eine besondere Bedeutung kommt dieser Schimmelpilzart in Materialien im Innenraum zu, da diese Art ein Indikator für einen Feuchtschaden im Innenraum ist. Mucor sp. ist eine Schimmelpilzgattung der Jochpilze (Zygomyceten). Mucor-Arten sind häufig an der Kompostierung von Pflanzenresten beteiligt und finden sich auf unterschiedlichen Lebensmitteln. Mucor kann bei Temperaturen von 1 - 30°C mit einem Optimum bei 22°C wachsen. Arten diese Gattung
benötigen für die
Kultivierung auf einem Substrat eine relativ hohe Feuchte (aw-Wert 0,93). Im Innenraum treten Mucor-Arten oft bei Feuchteschäden auf und können durch inhalative Aufnahme in die Lunge zu allergischen Erscheinungen führen. Verticillium sp. ist eine Schimmelpilzgattung mit bevorzugtem Lebensraum im Erdboden und Biomüll. Er ist der Erreger der Verticillium-Welke (auch WirtelpilzWelke genannt) und befällt Laubhölzer sowie krautige Pflanzen. Gesundheitliche Auswirkungen durch diese Schimmelpilzarten sind nicht bekannt, jedoch besitzen diese auf verschiedenen Materialien Struktur zerstörende Eigenschaften.
Ergebnisse
Seite 38
4.4.
Ergebnisse der Desinfektion und Trocknung
Nachdem in vier von fünf Musterplatten ein Wasserschaden simuliert und eine drei Wochen lange Kultivierungsphase eingehalten wurde, konnten im Anschluss entsprechende sanierungstechnische Maßnahmen in den betroffenen Platten durchgeführt werden. Auf Grund der Tatsache, dass sich die Gesamtkeimzahlen nicht entsprechend den Erwartungen in den Bereichen von 104 bis 105 KBE/g entwickelt haben, war bereits abzusehen, dass die durchgeführten Maßnahmen zur Reduzierung der mikrobiologischen Belastung nicht den gewünschten Effekt zeigen werden. Dennoch wurden diese laut der Versuchsplanung und –durchführung (Abb. 8) eingehalten. In der Tabelle 10 sind die ermittelten Gesamtkeimzahlen an Schimmelpilzen sowohl der drei durch eine Sanierungsmaßnahme behandelten Musterplatten als auch der vierten unbehandelten Musterplatte aufgeführt.
Tabelle 10:
Ermittelte KBE-Konzentrationen im Zementestrich und im Polystyrol in den vier vom Wasserschaden
betroffenen
Musterplatten
in
KBE/g
nach
durchgeführten
Sanierungsmaßnahmen.
Gesamtkeimzahlen in KBE/g nach der Sanierung Musterplatte
Woche 1
Woche 2
Polystyrol
Zementestrich
Polystyrol
Zementestrich
0
0
100
0
100
100
0
0
0
0
100
100
0
0
0
0
keine Sanierungsmaßnahme (2) technische Trocknung (3) Desinfektion und technische Trocknung (4) Desinfektion und technische Trocknung (5)
Ergebnisse
Seite 39
Betrachtet man die Tabelle 10 wird ersichtlich, dass es keine Unterschiede in der Entwicklung der Gesamtkonzentration an Schimmelpilzen sowohl im Polystyrol als auch im Zementestrich hinsichtlich der verwendeten Sanierungsmaßnahme gibt. Diese Tatsache lässt sich, wie bereits vermutet, daher begründen, dass sich die Schimmelpilze
nach
dem
Wasserschaden
nicht
in
den
erwarteten
Konzentrationsbereichen befunden haben, so dass eine entsprechende Maßnahme zur Minimierung bzw. Reduzierung der mikrobiologischen Belastung keine Wirkung zeigt. Die vorhandenen Schwankungen der detektierten Konzentrationen von 0 bis 100 KBE/g können als normal und damit als unrelevant bezüglich einer mikrobiologischen Belastung bezeichnet werden. Bezieht man die ermittelten Konzentrationen der Schimmelpilze auf die errechneten Durchschnittswerte nach dem Wasserschaden vom Zementestrich (260 KBE/g) und Polystyrol (128 KBE/g), wird zwar erkennbar, dass sich diese weiter reduziert haben, dies aber in keinem direkten Zusammenhang mit den durchgeführten Maßnahmen steht. Deutlich wird diese Tatsache bei der Musterplatte (2), bei welcher weder eine Desinfektion durchgeführt noch eine technische Trocknung angeschlossen war. Auch hier haben sich, bezogen auf den Durchschnittswert nach der Simulation des Wasserschadens, die Keime auf ein Minimum ohne äußere Einwirkung reduziert. Auf Grund der Tatsache, dass die durchgeführten Maßnahmen zur Desinfektion und Trocknung
keine
Auswirkung
auf
die
Reduzierung
bzw.
Minimierung
der
Gesamtkonzentrationen an Schimmelpilzen hatten, wurde auf eine Berechnung des Desinfektionsgrades verzichtet.
4.5.
Einflüsse der sekundären Parameter
Neben der Bestimmung der Gesamtkeimzahl an Schimmelpilzen wurde zusätzlich nach jeder Probenahme der Feuchtegehalt des Zementestrichs mit Hilfe der gravimetrischen Methode (Abs. 3.2.3.) bestimmt. Des Weiteren erfolgte diese
Ergebnisse
Seite 40
Bestimmung ebenfalls bei den entnommenen Polystyrolproben nach der Simulation des Wasserschadens (ab Woche 5). Mit Hilfe der Bestimmung der Feuchtegehalte ist es möglich, eine Korrelation zwischen den ermittelten Gesamtkeimzahlen und der Feuchte in den Substraten herzustellen. Die ermittelten Ergebnisse der Bestimmung der ersten sieben Wochen sind in der Tabelle 11 aufgeführt.
Tabelle 11:
Ermittelte Feuchtegehalte im Zementestrich und im Polystyrol während der ersten sieben Wochen des Versuchsablaufes in M-%.
Woche
Zementestrich
Polystyrol
1
5,5 %
-
2
4,7 %
-
3
3,7 %
-
4
4,1 %
-
5
3,4 %
2,5 %
6
3,6 %
2,7 %
7
3,5 %
2,5 %
Ergebnisse
Diagramm 3:
Seite 41
Verlauf der ermittelten Feuchtegehalte in den Fußbodenkonstruktionen in den ersten sieben Wochen des Versuchsablaufes.
Diagramm 3 zeigt den Verlauf des Feuchtegehaltes im Zementestrich während der Austrocknungsphase von vier Wochen. Es wird erkennbar, dass sich die ermittelten Werte während dieser Zeit reduzieren. Des Weiteren wird deutlich, dass es sowohl im Zementestrich als auch im Polystyrol zu keiner relevanten Erhöhung der Feuchte kommt, obwohl die Simulation des Wasserschadens durchgeführt wurde. Nach weiterer Reduzierung des Feuchtegehaltes im Zementestrich nach Woche 5 (eine Woche nach der Simulation des Wasserschadens) kommt es in beiden Materialien im weiteren Verlauf zur Stagnation der Feuchte. Aus diesem Grund muss davon ausgegangen werden, dass die eingebrachte Feuchte keinen Einfluss auf beide Materialien und somit auf das mikrobiologische Wachstum in diesen hatte, weswegen auf eine Korrelation zwischen eingebrachter Feuchte und mikrobiellen Wachstum verzichtet wurde. Auf Grund der Tatsache, dass mit den vier vom Wasserschaden betroffenen Musterplatten nachfolgend unterschiedlich bezüglich der Sanierungsmaßnahme verfahren wurde, sind die ermittelten Feuchtgehalte vom Zementestrich und vom
Ergebnisse
Seite 42
Polystyrol von den zwei Wochen nach den durchgeführten Sanierungsmaßnahmen in Tabelle 12 aufgeführt.
Tabelle 12:
Ermittelter Feuchtegehalt des Zementestrich und Polystyrol in den vier unterschiedlich behandelten Musterplatten nach der Sanierung in M-%.
Feuchtegehalt in M-% nach der Sanierung Musterplatte
Woche 1
Woche 2
Polystyrol
Zementestrich
Polystyrol
Zementestrich
3,5 %
3,4 %
0%
3,5 %
10 %
3,4 %
0%
3,3 %
4,3 %
3,0 %
2,7 %
3,0 %
0%
3,3 %
2,6 %
3,3 %
keine Sanierungsmaßnahme (2) technische Trocknung (3) Desinfektion und technische Trocknung (4) Desinfektion und technische Trocknung (5)
Bei der Betrachtung der Tabelle 12 wird eindeutig erkennbar, dass es bei den nach dem Wasserschaden behandelten Musterplatten im Vergleich zur unbehandelten Musterplatte zu keiner relevanten Änderung bzw. Reduzierung der Feuchte kommt. Zusätzlich fand in der Klimakammer des MFPA in Weimar eine Probenahme der Raumluft zur Bestimmung der Luftkeimkonzentration statt. Die Tabelle 13 zeigt das Ergebnis dieser durchgeführten Untersuchung.
Tabelle 13:
3
Ermittelte Luftkeimkonzentration der Schimmelpilze in der Klimakammer in KBE/m .
Probenahmepunkt Klimakammer
Luftkeimkonzentration in KBE/m3 350
Ergebnisse
Seite 43
Bei der Betrachtung der Tabelle 13 wird deutlich, dass keine relevante mikrobiologische Belastung in der Klimakammer des MFPA vorhanden ist. Die detektierte
Sporenkonzentration
für
Schimmelpilze
repräsentiert
eine
KBE-
Konzentration, welche für einen Innenraum als normal anzusehen ist. Auf Grund der Tatsache, dass sich die betreffende Klimakammer im Kellergeschoss befindet, kein stetiger Kontakt mit der Außenluft beispielsweise über ein vorhandenes Fenster existent ist und die raumphysikalischen Parameter (Temperatur und rel. Feuchte) über einen entsprechenden Regler konstant gehalten werden, wurde allerdings davon ausgegangen, dass eine noch geringere Luftkeimkonzentration vorhanden ist.
4.6.
Vergleich der verwendeten Materialien
Für die Durchführung der Versuchsreihe wurde eine innenraumspezifische Fußbodenkonstruktion bestehend aus Zementestrich und Polystyrol verwendet. Die Schimmelpilze konnten sich in diesen Substraten ansiedeln bzw. kultivieren. Sowohl der
Zementestrich
als
auch
das
Polystyrol
besaßen
unterschiedliche
materialspezifische Eigenschaften, welche einen Einfluss auf die Etablierung sowie die Desinfektion der Schimmelpilze ausübten. Die Materialstruktur, deren Kapillarität und die chemischen Bestandteile spielten in Bezug auf das Schimmelpilzwachstum eine wichtige Rolle. Auf bzw. im Polystyrol, welches als Dämmmaterial verwendet wurde, könnten sich theoretisch Schimmelpilze sehr gut etablieren, da einerseits reichlich organische Nährstoffe vorhanden sind und die vielen Poren und der damit einhergehenden großen Oberflächen optimale Voraussetzungen für das Wachstum bieten. Auf Grund der kugelförmigen Poren kann das Material allerdings kein Wasser aufnehmen (Kapillarität.>.0), was ein Schimmelpilzwachstum verhindert. Der Zementestrich (ZE) ist besonders beständig gegenüber Wasser nach der kompletten Aushärtung und bis zu einem gewissen Maß feuchtebeständig. Im
Ergebnisse
Seite 44
nassen Zustand kann der Zementestrich allerdings an Festigkeit verlieren. Der Zement an sich besteht aus den Rohstoffen Kalkstein, Ton, Sand und Eisenerz, wobei zusätzlich Gips oder Anhydrit beigemischt wird. Kommt der Zement mit Wasser in Verbindung, bilden sich sogenannte Calciumsilikathydrate (feine, nadelförmige Kristalle), welche sich untereinander verzahnen und so eine stabile und unlösliche
Verbindung
Substratangebot
im
eingehen.
Der
ausgehärteten
Zementestrich Zustand
bietet
bezüglich
dem
keine
so
guten
Etablierungsmöglichkeiten für Schimmelpilze wie im Vergleich das Polystyrol.
Diskussion
Seite 45
5. Diskussion
5.1.
Diskussion der ermittelten Ergebnisse bezüglich mikrobiellen Wachstums
Für die Versuchsreihe zur Ermittlung der mikrobiologischen Grundbelastung in einer innenraumspezifischen
Fußbodenkonstruktion
wurden
fünf
Musterplatten
mit
gleichem schematischen Aufbau (Abb. 6) hergestellt. Mit Hilfe der Beprobung dieser Platten in einem Abstand von sieben Tagen über einen Zeitraum von vier Wochen sollte geprüft werden, welche Gesamtkonzentrationen an Schimmelpilzen sich sowohl im Zementestrich als auch im Polystyrol während der Austrocknungsphase des Fußbodenaufbaus und damit als Grundbelastung befinden. Bereits nach sieben Tagen wies der gegossene Zementestrich in allen Platten optisch keine erkennbare Feuchtigkeit mehr auf. Mit Hilfe der ermittelten Materialfeuchte des Estrichs war dieser nach vier Wochen mit einer Restfeuchtigkeit von 105 KBE/g nicht erreicht werden. Die ermittelten Konzentrationen bewegten sich in einem Bereich, welcher als unrelevant bezogen auf die mikrobiologische Belastung eingeschätzt werden konnte (Abs. 4.2.). Eine Ursache für diese unzureichende Entwicklung der Keime ist in der sehr geringen Ausgangskonzentration der beiden Materialien zu finden. Weiterhin ist
Diskussion
Seite 46
die Tatsache, dass die Musterplatten lediglich mit Leitungswasser und nicht mit einer Sporensuspension, welche eine weit aus höhere Konzentration an Schimmelpilzen aufgewiesen hätte, beimpft wurden, ursächlich für diese geringfügige Entwicklung. Auf das verwendete Leitungswasser wurde allerdings bewusst zurückgegriffen, da in der Praxis bei einem Leitungswasserschaden ebenfalls kein direktes Beimpfen mit Sporen in einem Fußboden stattfindet, sondern die vorhandenen Keime im Material die eingebrachte Feuchte zur Kultivierung nutzen. Des Weiteren kann es möglich sein, dass das Gesamtvolumen von 1,6 l Leitungswasser zu gering für eine denkbare Kultivierung der Schimmelpilze war. Das die eingebrachte Feuchte mit einem Gesamtvolumen von 1,6 l pro Musterplatte für eine hinreichende Kultivierung der Schimmelpilze nicht ausreichte, zeigen die nicht veränderten Feuchtegehalte im Zementestrich nach der Simulation des Wasserschadens. Einen präzisen Aufschluss darüber, dass sich die Feuchte trotz Wasserschaden nicht relevant erhöht hat, konnte nicht abgeleitet werden. Für die Bewertung der technischen Trocknung, der Desinfektion und der Verbindung dieser beiden Maßnahmen bezogen auf die Reduzierung der mikrobiologischen Belastung, wäre ein „worst case“ - Feuchteschaden mit den entsprechenden KBEKonzentrationen erforderlich gewesen. Auf Grund der Tatsache, dass sich die Gesamtkonzentrationen nach der Simulation des Wasserschadens nicht in die zu erwartenden Konzentrationsbereiche entwickelt haben, war bereits vor der Durchführung der Sanierungsmaßnahmen (Desinfektion und technische Trocknung) bekannt. Damit hatten die Maßnahmen keine bedeutende Auswirkung auf die Reduzierung der Sporenbelastung im Material. Die ermittelten Ergebnisse nach den durchgeführten Maßnahmen bestätigten diese Vermutung, da sowohl bei der unbehandelten Musterplatte als auch bei den behandelten Platten Konzentrationen im Bereich von 0 bis 100 KBE/g detektiert werden konnten (Abs. 4.4.).
Diskussion
5.2.
Seite 47
Diskussion
der
existierenden
Bewertungsmaßstäbe
bzw.
Richtwerte für eine Beurteilung eines mikrobiologischen Befalls im Fußboden
Die durchgeführte Versuchsreihe bezüglich der mikrobiellen Belastung in einer innenraumspezifischen Fußbodenkonstruktion sollte erste Untersuchungen zur besseren Beurteilung eines mikrobiologischen Befalls darstellen. In der Praxis gibt es zum momentanen Zeitpunkt keine einheitlichen und präzisen Aussagen bzw. Richtwerte über befallene Materialien im Fußbodenaufbau. Dem am häufigsten angewendeten Bewertungsmaßstab stellt Tabelle 3 in Abschnitt 3.2.1. dar. Mit Hilfe der durchgeführten Versuchsreihe konnte dieser Maßstab bezüglich der nicht zu erwartenden Entwicklung weder einheitlich bestätigt noch in Frage gestellt werden. Die Beurteilung einer relevanten Belastung in einem betroffenen Material nach einem Wasserschaden steht bei der angegebenen Tabelle im Vordergrund. Ob jedoch eine Grundbelastung im Material vorliegt bzw. vorliegen kann und wie diese sich nach einem Wasserschaden entwickelt, spielt bei dieser Bewertungstabelle keine Rolle. Die Ergebnisse der Versuchsreihe bestätigen die Vermutung, dass keine Grundbelastung sowohl im Zementestrich als auch im Polystyrol vorhanden ist bzw. diese Belastung als „Nullbelastung“ bewertet werden kann. Die Annahme ist aber nur unter den gegebenen Bedingungen während des Versuchsablaufes existent. Eine Einschätzung der in der existierenden Tabelle aufgeführten Aufteilung von Gesamtkonzentrationen an Schimmelpilzen in entsprechende Befallsklassen konnte bezüglich der geringen Entwicklung der Keimzahlen bei diesem Versuch nicht erfolgen.
Zusammenfassung
Seite 48
6. Zusammenfassung
Diese Arbeit beschäftigte sich mit den Untersuchungen zur Ermittlung einer mikrobiellen Grundbelastung für eine präzisere Bewertung einer relevanten mikrobiologischen Belastung in einem innenraumspezifischen Fußbodenaufbau (schwimmender Zementestrich mit Polystyrol als Dämmschicht) nach einem Wasserschaden. Weiterhin sollte ausgehend von der detektierten Grundbelastung die
Entwicklung
der
vorhandenen
Keime
Wasserschadens
und
den
einhergehenden
damit
durch
die
Simulation
eines
sanierungstechnischen
Maßnahmen (Desinfektion und technische Trocknung) beobachtet und interpretiert werden. Die
Ergebnisse
Zementestrich
zur
und
Detektion im
der
Polystyrol
mikrobiologischen
zeigten,
dass
Grundbelastung
nur
eine
sehr
im
geringe
mikrobiologische Belastung während der Austrocknungsphase von vier Wochen in der Fußbodenkonstruktion unter den gegebenen Bedingungen entstanden ist. Diese ermittelt Belastung kann als „Nullbelastung“ bewertet werden. Die ermittelten Gesamtkonzentrationen an Schimmelpilzen nach der Simulation des Wasserschadens konnten sich nicht in die Bereiche entwickeln, welche in der Praxis nach einem vergleichbaren Schaden festgestellt werden können. Dies kann hauptsächlich auf die geringe Ausgangskonzentration an Schimmelpilzen vor dem Wasserschaden
und
Wasserschaden
zurück
sanierungstechnischen
auf
die
geführt
zu
geringe
werden.
Maßnahmen
zur
eingebrachte
Die
im
Feuchte
Anschluss
Desinfektion
und
für
den
durchgeführten Trocknung
der
Musterplatten hatten bezüglich der Minimierung der mikrobiologischen Belastung keinen Einfluss.
Ausblick
Seite 49
7. Ausblick
Basierend auf der festgestellten sehr geringen mikrobiologischen Belastung in den hergestellten
Musterplatten,
Fußbodenkonstruktion
darstellten,
welche kann
die
eine
innenraumspezifische
Grundbelastung
als
unrelevant
bezeichnet werden. Dennoch entwickelten sich die sehr geringfügig vorhandenen Keime sowohl im Polystyrol als auch im Zementestrich nach der Simulation des Wasserschadens um einen nicht unerheblichen Faktor. Das sich die detektierte mikrobiologische Belastung nach der Simulation des Wasserschadens immer noch im unrelevanten Bereich befand, lag an der sehr niedrigen Grundbelastung. Diese wiederrum entstand u.a. durch die während der Versuchsreihe vorhandenen, äußeren Bedingungen. Diese Bedingungen sind jedoch in jedem Objekt anders und von der jeweiligen Jahreszeit enorm abhängig. Aus diesem Grund sollte überlegt werden, ob in der Praxis eine Bewertung eines vom Wasserschaden betroffenen Fußbodenaufbaus durch eine Beprobung jeweils vom Schadensbereich und von einem Bereich, welcher in jedem Fall nicht vom Schaden betroffen war, erfolgen sollte. In welchem Maß die durchgeführten sanierungstechnischen Maßnahmen zur Minimierung einer relevanten mikrobiologischen Belastung beitragen, sollte in einem erneuten Versuch geprüft werden, wobei ein Beimpfen der Musterplatten mit einer Sporensuspension erfolgen muss, um den gewünschten „worst-case“ – Bereich zu erreichen.
Literaturverzeichnis
Seite 50
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und
Beurteilen
von
Symptomen
und
Ursachen).
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Gesellschaft zur Überwachung von Technik und Equipment mbH & Co. KG Düsseldorf: www.guete-siegel.de/Schimmelpilzdatenbank (Stand 19.Mai 2009)
Danksagung
Seite 53
Danksagung
Mein Dank gehört dem Privatinstitut für Innenraumtoxikologie – Dr. Blei GmbH und insbesondere Dr. Blei, der mir nicht nur dieses Thema zu Verfügung gestellt hat, sondern mir auch einen sofortigen Berufseinstieg ermöglichte. Weiterhin danke ich Herrn Roters von der Fa. ROTERS Trocknungstechnik GmbH, der mir zahlreiches Equipment zur Durchführung meiner Arbeit zur Verfügung gestellt hat. Dem MFPA Weimar, vertreten durch Herrn Seifert, danke ich für die Bereitstellung der Räumlichkeiten sowie für die fachliche Beratung. Frau Prof. Dr. Johanna Hopp gilt mein Dank für die Betreuung und Beratung als wissenschaftliche Vertretung der Fachhochschule Jena sowie für die zahlreichen Anregungen. Ganz besonders möchte ich mich bei meinen Eltern bedanken, die mir überhaupt die Möglichkeit gaben, ein Studium zu absolvieren. Ohne diese Unterstützung hätte ich nicht die Möglichkeit gehabt mich mit diesen Zeilen zu bedanken.