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Feine Spürnasen im Dienst gesunder Raumluft

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Mit Emissionen belastete Innenraumluft kann das Wohlbefinden und die Gesundheit beeinträchtigen. Die BFH entwickelt erfolgreich Materialien, Konstruktionen und Bauprozesse, die eine gesunde Innenraumluft gewährleisten.

Die Auswirkungen der Luftqualität in Innenräumen auf das Wohlbefinden der Bewohnerinnen und Bewoh­ner waren vor zehn Jahren noch kaum ein Thema. Seit­her wächst die Sensibilität ständig. Moderne, hochdichte und energiesparende Gebäudehüllen begünstigen die Anreicherung von Emissionen, die nicht wie früher nach aussen entweichen können. Vermehrt legen Bauherren deshalb in Werkverträgen die maximal zulässi­ge Konzentration an Emissionen in der Raumluft fest. Auch Label des nachhaltigen Bauens wie Minergie­-Eco berücksichtigen die Raumluftqualität. Zwar können nur wenige Stoffe die Gesundheit ernsthaft schädigen. Bei einigen Menschen verursachen gewisse Stoffe in erhöhter Konzentration aber Reizungen von Augen, Atemwegen und Haut oder lösen Allergien aus. Gewisse Substanzen riechen zudem. Auch das kann das Wohl­befinden beeinträchtigen. Bauherrinnen und Bauher­ren fordern deshalb Gebäude mit gesunder Raumluft.
Die BFH gehört europaweit zu den führenden Insti­tutionen, die sich mit dem Aufspüren und Eliminieren von Fehlgerüchen und unerwünschten Stoffen in der Raumluft von Holzbaugebäuden befassen. Das junge Forschungsgebiet steht vor grossen Herausforderun­gen: Bei vielen der über 1000 Stoffe, die aus Baustoffen, Bodenbelägen und Möbeln emittieren, kennt man die Auswirkungen auf die Gesundheit kaum. Im Sinne des Vorsorgeprinzips fordern Toxikologen deshalb, bei den flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) einen Ge­samtgehalt von maximal 1000 Mikrogramm pro Kubikmeter Raumluft einzuhalten. 

Gewinnung von Holzkomponenten zur Entwicklung emissionsarmer und biobasierter Klebstoffe

Emissionen aus Baustoffen
Bei der Überprüfung der Vorgabe einen bis drei Monate nach Abschluss der Bauphase wird dieser Wert immer wieder überschritten – sowohl bei Beton­-Massivbauten als auch bei Holzbauten. Ein Grossteil der Emissionen stammt von den im Innenausbau verwendeten Baustof­fen. Bei Holzbauten stammen VOC-Emissionen zudem auch aus Holzwerkstoffen wie den weitverbreiteten OSB­-Platten für den Wand-­, Boden­- oder Dachaufbau. Sie ent­stehen vor allem durch chemische Veränderungen der natürlichen Holzinhaltsstoffe bei der Herstellung der Platten. In der Raumluft addieren sie sich zu den Emissionen anderer Baustoffe, etwa aus Bodenbelagsklebern, Parkettsiegel, Farben oder Dichtmassen.

 

Problematische Stoffe ersetzen
Die Arbeit mit holzbasierten Werkstoffen, Bindemit­teln und Klebstoffen ist eine Kernkompetenz der BFH. Diese entwickelt derzeit ein Verfahren zur Gewinnung von Tanninen aus den Rinden einheimischer Nadelhöl­zer. Mit diesen Tanninen lassen sich Klebstoffe ohne krebserregendes Formaldehyd für die Holzwerkstoff­produktion herstellen. Auch am Ersatz von Formalde­hyd durch das organische Molekül 5-hydroxymethyl­furfural (HMF) wird gearbeitet. Als unproblematischer Stoff und erneuerbare Ressource stellt HMF ein grosses Potenzial für den Klebstoffbereich dar.
Weitere Arbeiten drehen sich um die Entwicklung geruchsneutraler und emissionsarmer Baustoffe. Dazu müssen die unerwünschten Geruchskomponenten zu­erst den Ausgangsstoffen des Produktes zugeordnet werden. Dies ermöglicht ein Gaschromatograf mit an­gehängtem Massenspektrometer (GC­MS), der die ein­zelnen VOC­-Stoffe voneinander trennt und analysiert. Dann sind die geübten Nasen von geschulten Prüfenden gefragt, um die Gerüche der Einzelstoffe zu beschreiben. Sind die für den Fehlgeruch verantwortlichen Stoffe «überführt», kann mit Änderungen in der Rezeptur oder des Herstellungsverfahrens ein geruchsneutraler Baustoff entwickelt werden.

Gesucht: alternative Konstruktionen
Um das Problem der VOC­-Belastung der Innenraum­luft zu lösen, kann auch eine Optimierung der Konst­ruktionsform zielführend sein. Wandkonstruktionen im Holzbau bestehen meist aus verschiedenen Schichten und Materialien (Holzwerkstoffe, Isolation, Dampfsperre, Gipsfaserplatten usw.), die unterschiedlich stark und zeitverzögert VOC emittieren. Ein veränderter Aufbau der Konstruktion und eine andere Materialwahl können die Emissionen reduzieren. Gemeinsam mit einem Holzbauunternehmen und einem Farbenherstel­ler untersucht die BFH deshalb die Barrierewirkung von mineralischen Beschichtungen. Dazu werden Mus­ter von Baustoffen oder von mehrschichtigen Wandauf­bauten in Prüfkammern gelegt und die austretenden Stoffe in der Prüfkammerluft nach einigen Wochen ge­messen und analysiert.

Olfaktorische Bestimmung von Baustoffemissionen

Bauprozesse richtig steuern
Der dritte Ansatz auf dem Weg zu gesunder Raumluft besteht darin, dafür zu sorgen, dass Emissionen aus Baustoffen rasch entweichen können. Problematisch sind oft mehrschichtig aufgebaute Flächen, die schnell verarbeitet wurden. Bei tiefen Temperaturen und feh­lendem Luftaustausch auf der Baustelle, weil die Gebäudehülle bereits dicht ist, bleiben die Schadstoffe in Wänden, Böden und Inneneinrichtungen eingeschlos­sen. Sie emittieren dann verstärkt, wenn die Wohnung bezogen und beheizt wird. Dies kann zur Überschrei­tung der immer häufiger im Werkvertrag festgelegten Zielwerte für die VOC-­Konzentration führen. In einem Projekt mit der Losinger Marazzi AG haben die For­schenden der BFH deshalb ein Handbuch für das betriebsinterne Qualitätsmanagement erarbeitet. Mit ihm kann das Unternehmen den Bauprozess so steuern, dass die Schadstoffe entweichen, bevor Menschen in ein Gebäude einziehen, und die Vorgaben zur VOC­-Konzentration in Werkverträgen sicher einhalten.

Ganzheitliche Betrachtungsweise
Dank ihren breit gefächerten Kompetenzen kann die BFH den Wirtschaftspartnern helfen, die Luftqualität in Innenräumen zu verbessern. Erfolgreich ist eine ganzheitliche Betrachtungsweise, wie eine weitere In­novation zeigt: Gemeinsam mit dem Holzbauunterneh­men ERNE AG Holzbau entwickelte die BFH ein Tool, das die VOC-­Emissionen eines Gebäudes bereits in der Planungsphase mit ausreichender Genauigkeit prog­nostiziert. Es berücksichtigt alle massgeblichen Aspek­te: die Konstruktionsweise, die Materialien und Baustoffe und damit ausgeführte Flächen sowie den Luftaustausch (Lüftungsanlage oder manuelle Fenster­lüftung). Bei einer unbefriedigenden Prognose kann das Bauunternehmen an den einzelnen Parametern Änderungen vornehmen – und so bereits während der Planung dafür sorgen, dass das Gebäude später die An­forderungen an eine gesunde Innenraumluft erfüllen wird.