Schimmel – Pilze, die nicht schmecken!
Ob Industriebauten oder Zuhause, Schimmel wird hier zu einer unappetitlichen, gesundheitsgefährdenden und teuren Angelegenheit. Insbesondere in der Nahrungsproduktion oder der Nahrungsmittellagerung, aber auch der in Pharmaindustrie ist Schimmel ein absolutes „No-Go“ und kann Kosten in astronomischer Höhe verursachen.
Um Schimmel zu vermeiden, ist das physikalische Verständnis, wie er entsteht, ungemein hilfreich. Schimmel sind Pilze und Pilze mögen es feucht.
Grundlagen
Je wärmer Luft ist, desto mehr Wasserdampf kann sie aufnehmen. Beträgt die relative Luftfeuchtigkeit 100%, ist sie gesättigt und hat keinen Platz für weiteren Wasserdampf. Kühlt gesättigte Luft an kalten Oberflächen ab, scheidet sich das Wasser als Tau oder Nebel ab. Genau das mögen Schimmelpilze. Ohne Wasser fühlen sie sich nicht wohl.
Der Bauingenieur und Bauphysiker spricht dann von einer Unterschreitung des Taupunktes an der Wand.
Umgangssprachlich ist das aber blöd, da zumindest bei den Schwaben „tauen“ im Sinne von „schmelzen“ verwendet wird (ich taue mein gefrorenes Schnitzel auf), während es sich bei der Unterschreitung des Taupunktes von Luft um „kondensieren“ des Wasserdampfs handelt, also etwas Gasförmiges wird flüssig. Vermutlich ist das der Grund, warum Bauingenieure und Maschinenbauingenieure sich manchmal so schlecht verstehen. Aber zurück zum Thema!
Feuchtgebiete für Pilze entstehen also dort, wo warme Luft mit hoher Feuchtigkeit auf kalte Wände oder andere Körper treffen.
Daraus lassen sich bereits wichtige Erkenntnisse ableiten:
- Fenster auf und Lüften nur solange, dass sich die Luft in einem Raum austauschen kann, aber nicht solange, dass die Wände und Gegenstände im Raum nennenswert abkühlen.
- Die Dämmung an der Innenwand eines Raumes sollte luftdicht sein, da sonst feuchte Raumluft hinter oder in der Dämmung abkühlt und Feuchtigkeit kondensiert.
- Da bei einer Dämmung von Innen immer kritische Zonen entstehen, ist prinzipiell eine Außendämmung (siehe Abbildung 1) besser als eine Innendämmung (siehe Abbildung 2). Da bei der Außendämmung auch das Mauerwerk mit aufgeheizt werden muss, ist die Raumtemperatur gleichmäßiger und kühlt nicht so schnell ab.
- Kältebrücken (ungedämmte oder schlechtgedämmte Bereiche) sind besonders schimmelgefährdet.
- Die kältesten Stellen an der Wand sind für die Schimmelbildung die gefährdetsten (z. B. Ecken, Übergänge, Kältebrücken).
Alles eine Frage der Temperatur
Grundlegend kommt es also beim Schimmel auf die Temperaturen der Wände und der Raumluft an. Liegt die Wandtemperatur unter der Taupunkttemperatur der Raumluft, ist das schlecht und der Schimmel wiehert, bzw. wächst und gedeiht.
Für eine ebene, stationär betrachtete Wand lässt sich die Wandtemperatur auch analytisch problemlos berechnen und mit der Taupunkttemperatur vergleichen. Sobald aber die Zeit und etwas komplexere Geometrie dazukommt, ist das Ganze etwas schwieriger.
Schon das Fenster öffnen und Lüften, aber wie lange? Analytisch sehr schwierig, aber eine Frage, die wir bei Merkle CAE Solutions über 3D-Simulationen (CFD-Strömungssimulation) auch bei beliebig komplexen Gebäuden wie einem Wohnzimmer, einer Hotelanlage, einem Industriegebäude oder einer Konzerthalle durch eine instationäre CFD-Simulation beantworten können. In einer Industriehalle ist es dann eben ein geöffnetes Tor statt eines Fensters, denn jede Halle braucht auch eine Schnittstelle zur Außenwelt.
Schimmelgefährdete Bereiche identifizieren
Die Strömung der Luft und die Temperatur der Festkörper (Wände, Boden, Decke) lassen sich also in einem Rechenmodell stationär oder transient (als Funktion der Zeit) bestimmen. Hieraus lassen sich die schimmelanfälligen Bereiche eindeutig identifizieren (siehe Abbildung 3), durch geeignete Maßnahmen optimieren und nach Möglichkeit ganz vermeiden. Für die Simulation müssen Sie mit Merkle CAE Solutions die Halle nicht erst bauen, um zu sehen, dass es Probleme gibt.
Wie sieht es aber mit Kondensation aus, wenn wir in einer Kühlhalle bei -24°C das Tor zum Verpackungsbereich bei < 0°C öffnen?
Kondensation bei Durchmischung von Luftmassen
Schauen wir uns an, was passieren kann, wenn sich zwei verschieden feuchte Luftmassen mit unterschiedlichen Temperaturen mischen. Ein Blick aus dem Fenster zu den Kühltürmen von Gundremmingen hat (zumindest in der Vergangenheit) gezeigt, dass, je nach Wetterlage, die Nebelfahnen unterschiedlich ausgeprägt waren. Hier durchmischten sich ein gesättigter Luftstrom bei hohen Temperaturen mit der kälteren Umgebungsluft (siehe Abbildung 4 und 5).
Aus der Thermodynamik erinnere ich mich an das Mollier-hx-Diagramm für feuchte Luft. Geht die Verbindungsgerade zweier Luftströme durch das Nebelgebiet (Kurve unterhalb der Sättigungslinie), kann Nebel entstehen. Sonst würde es ja auch nicht Nebelgebiet heißen.
Schlagen sich diese Wassertröpfchen an den Wänden nieder, kann auch hier der Schimmel wiehern, bzw. wachsen und gedeihen.
Auch diese Durchmischung zweier unterschiedlicher Luftströme oder Luftmassen können wir bei Merkle CAE Solutions mit Berücksichtigung der Feuchtigkeit über CFD-Simulationen für beliebig komplexe Szenarien abbilden. Und zwar als Funktion des Ortes, nicht nur pauschal wie im hx-Diagramm. Sie sehen, physikalisch sind der Simulation hier keine Grenzen gesetzt.
Schimmel ist ein nicht zu unterschätzendes Thema und steht auf der Wunschliste möglicher Simulationen einiger unserer Kunden ganz oben. Noch vor dem Thema Energieeffizienz!
Fordern Sie uns und lassen Sie uns das Thema gemeinsam angehen.
Ihr Stefan Merkle
PS: Den schwäbischen Begriff „des isch a no go“ habe ich im Rahmen meiner Arbeit als simulativer Entwicklungshelfer in Hamburg vor einiger Zeit salonfähig gemacht.
PPS: Maik meint, dass meine Verwendung des Pferdekopfes im Titelbild tiefenpsychologische Aussagen über mich erlaubt. Ist das so... ?!?
PPPS: Da das Thema Schimmel bei unseren Kunden sehr wichtig ist, werde ich hierzu bald einen weiteren Blog verfassen. Seien Sie gespannt!