Welchen Einfluss haben Baustoffe aus Holz auf die Luftqualität von Wohnräumen?

Hintergrund und Zielsetzung

Flüchtige organische Verbindungen werden durch viele biogene und anthropogene Prozesse in die Umwelt freigesetzt. Neben Menschen, Tieren, Böden und Meeren zählen zu den natürlichen Emittenten auch Pflanzen sowie das Holz der Bäume. Holz und Holzwerkstoffe sind wichtige Bauprodukte, deren Verwendung nach dem Aktionsplan zur stofflichen Nutzung nachwachsender Rohstoffe der Bundesregierung zukünftig weiter gesteigert werden soll. In Innenräumen werden sie als eine potenzielle Quelle von VOC angesehen, da sie dort großflächig verbaut sein können. Vor diesem Hintergrund und der Tatsache, dass sich der Mensch überwiegend in Innenräumen aufhält, stellt sich die Frage, inwieweit VOC aus Bauprodukten die Luftqualität in Innenräumen beeinflussen.

Emissionen aus Holz, Holzwerkstoffen sowie Produkten aus diesen Materialien sind gut untersucht. Bisherige Studien zu VOC in der Innenraumluft zeigen jedoch die hohe Komplexität der beteiligten Prozesse und Wechselwirkungen. Vor allem bei Holz und Holzprodukten und ihren speziellen Einbauweisen sind Unterschiede in den Absorptionskapazitäten verschiedener Baumaterialien zu erwarten. Nach derzeitigem Stand ist lediglich vorgesehen, die Ergebnisse der Emissionsprüfung eines Baustoffs auf die vorgesehene Verwendung hochzurechnen, um Aussagen über die spätere Innenraumluftqualität zu treffen.

Vor diesem Hintergrund stellt sich die Frage, inwieweit die Bestimmung der Emissionen aus einzelnen Komponenten für die Beurteilung der im realen Gebäude vorgefundenen Situation ausreichend bzw. aussagekräftig ist. Deshalb ist es notwendig, solche Wechselwirkungen und Einflüsse näher zu untersuchen.

Im Rahmen des Forschungsprojekts sollen Untersuchungen der Emissionen einzelner Baumaterialien (einfache Kombinationen sowie komplette Wand- und Fußbodenaufbauten) unter kontrollierten Bedingungen (Prüfkammer) mit der realen Einbausituation und der dort vorgefundenen Innenraumluftqualität verglichen werden (Modellräume). Die daraus gewonnenen Erkenntnisse sollen es ermöglichen, die unterschiedlichen Einflussfaktoren korrekt bewerten und gewichten zu können. Daneben sollen synergistische und antagonistische Effekte erforscht werden.

Zielgruppe

• Anwender/Verbraucher (Planer und Bauherren)
• Industrie (Hersteller und Verarbeiter)
• Behörden

Vorgehensweise

Für die Umsetzung des Projekts werden vier Modellhäuser, die den Maßen des Referenzraums der DIN EN 16516 entsprechen, mit verschiedenen Wandkonstruktionen und Materialkombinationen gefertigt und auf einem Freigelände aufgestellt. Dabei werden Außenwandkonstruktionen gewählt, die regelmäßig Verwendung finden. Zusätzlich müssen Rahmenbedingungen wie Temperatur, Luftfeuchte, Luftwechsel, Dauer der Prüfung sowie eventuelle Prüfzyklen mit sich ändernden Randbedingungen festgelegt werden. 

Alle Baumaterialien, die für den Bau der Modellhäuser verwendet werden, werden normgerecht in Emissionskammern hinsichtlich ihrer VOC-Abgabe geprüft. Diese Ergebnisse werden mit der Innenraumkonzentration sowie der Temperatur und relativen Luftfeuchte in den Modellhäusern verglichen, die wöchentlich gemessen wird. Bei den dafür verwendeten Baustoffen wird geprüft, in wie weit sie die Vorgaben des Ausschusses zur gesundheitlichen Bewertung von Bauprodukten (AgBB) erfüllen.

Aus den Erkenntnissen sollen Schlussfolgerungen für eine zukünftige Betrachtung von Holzprodukten im verbauten Zustand bzgl. ihrer Emissionsbewertung gezogen und Handlungsempfehlungen für Anwender, Industrie, Behörden, Ausschreibung und Auftragsvergabe abgeleitet werden. Ebenso soll abgeschätzt werden, ob eine Aussage über das Langzeitverhalten der Materialien bei einer Untersuchung über den normativ vorgesehenen Zeitraum von 28 Tagen repräsentativ ist.

Unsere Forschungsfragen

Sind Ergebnisse von Emissionsprüfungen einzelner Baustoffe ausreichend aussagekräftig für die Betrachtung von Luftkonzentrationen in realen Innenräumen/Einbausituationen?

Können Untersuchungen von Konstruktionen bzw. Anpassungen der Prüfbedingungen an die reale Einbausituation zu genaueren Aussagen hinsichtlich der zu erwartenden VOC-Konzentration in der Innenraumluft im realen Gebäude beitragen?

Ist eine Emissionsprüfung über maximal 28 Tage für das Langzeitverhalten repräsentativ?

Ergebnisse

Die Kammermessungen ergaben, dass Nadelvollholzprodukte überwiegend Terpene emittierten und Holzwerkstoffe neben den Terpenen auch Aldehyde sowie organische Säuren abgaben. In der Raumluft der Modellhäuser wurden hauptsächlich Terpene und Aldehyde gemessen. Die Ergebnisse zeigen, dass die VOC-Konzentrationen im Innenraum im zeitlichen Verlauf dem Grunde nach abnahmen, jedoch von der Außen- und Innentemperatur beeinflusst wurden. So stiegen die Konzentrationen im Frühling und Sommer bei warmen Temperaturen an, erreichten jedoch nicht die Ausgangswerte.

Der Zusammenhang zwischen den relativen Luftfeuchten und den Konzentrationen war geringer.Einfluss auf die Raumkonzentration hatte auch die Luftwechselrate. Für einige Wochen wurden die Lüftungsanlagen der Modellhäuser bei variierenden Luftwechselraten betrieben. Eine Änderung der Luftwechselrate von 0 h^-1 auf 0,5 h^-1 führte zu geringeren VOC-Konzentrationen. Dieser Effekt war geringer bei einer Änderung von 0,5 h^-1 auf 1 h^-1.

Um den Zusammenhang zwischen den Ergebnissen der Produktprüfung und der Raumluftkonzentration zu bewerten wurden für alle Modellhäuser theoretische Raumluftkonzentrationen berechnet. Dafür wurden die Ergebnisse des 28. Tages der Emissionsprüfung aller für das entsprechende Haus verwendeten Baustoffe aufsummiert. Es wurden verschiedene Beladungsszenarien zugrunde gelegt. Diese wurden mit dem Mittelwert der gemessenen Raumkonzentration verglichen. Keine der Berechnungsweisen ergab für alle VOC-Gruppen übereinstimmende Ergebnisse mit der gemessenen Raumkonzentration. Eine gleichzeitige Ableitung aller VOC sowie des TVOC als Summenwert erscheint somit nicht möglich und sinnvoll, da realistische Werte mit diesem Verfahren nicht abgebildet werden können. Eine Bewertung der jeweiligen VOC-Gruppen müsste differenziert erfolgen. Zudem überschätzten viele der berechneten Raumkonzentrationen stark den tatsächlichen Innenraumwert.  
Zwar war erkennbar, dass die eingesetzten Baustoffe und deren Emissionspotential einen Einfluss auf die Höhe der Innenraumkonzentration haben, jedoch war dies nur beim Vergleich der Häuser untereinander darstellbar. Rückschlüsse auf die tatsächlichen VOC-Konzentrationen im Innenraum konnten nicht durch den 28-Tageswert der Produktprüfung abgeleitet werden. Die ausschließliche Betrachtung der Produktemissionen kann somit nicht über die sichere Verwendbarkeit entscheiden.