Die UV-Strahlung wird in drei Arten aufgeteilt. Aus biologischer Sicht relativ wenig bedrohlich ist die UV-A-Strahlung, deren Wellenlänge mit 320-400 nm (1 nm = 1 Nanometer = 1 Milliardstel m) gemessen wird. Überaus energiereich und für den menschlichen Körper gefährlich ist die UV-B-Strahlung, deren Wellenlänge bei 280-320 nm liegt. Weit mehr Energie ist in den UV-C-Strahlen mit einer Wellenlänge von 100 280 nm enthalten. Während die UV-A-Strahlen fast ungehindert bis zur Erdoberfläche vordringen können, wird die UV-C Strahlung vollständig durch den Ozon-Mantel und die Sauerstoffmoleküle in den unteren Luftschichten absorbiert. Deshalb kann die keimtötende UV-C-Strahlung am Erdboden nicht gemessen werden. Anders bei der UV-B-Strahlung, die nahezu ausschließlich durch die Ozonschicht blockiert wird. Die reguläre Filtrationsrate beträgt allerdings beachtenswerte 97 bis 99 %, weshalb eine gesunde Ozonschicht derart wichtig ist.
UV-Strahlung Entwicklung/Anstieg der Konzentration vergangenen 100 Jahre
Saisonale Schwankungen werden bei der Messung der UV-Strahlungen regelmäßig registriert, abhängig vom Wetter und der Jahreszeit. Auch der Unterschied der Konzentration der UV-Strahlen abhängig von der Region ist bekannt, denn in den Hochlagen der Berge ist die UV-Strahlung deutlich höher als in der Tiefebene. Während die UV-Strahlung bis gegen Ende der 1960er Jahre weitgehend konstant war, setzte ab den 1970er Jahren ein kontinuierlicher Anstieg ein. Für diesen Prozess werden die Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) verantwortlich gemacht. Bis 2020 reduzierte sich das Gesamtozon in der Stratosphäre um deutlich mehr als 22 %, wodurch sich die Belastung mit UV-B-Strahlung um mehr als 25 % erhöhte – Tendenz steigend. Derzeit verliert der Ozonmantel um 0,4 % seiner Masse – in jedem Kalenderjahr.
Wirkung von UV-Strahlung auf Baumaterialien
Veränderungen durch Sonnenlicht sind oftmals nicht auf Anhieb erkennbar, denn die durch UV-Strahlen angerichteten Schäden zeigen sich erst mit der Zeit. Es ist ein zumeist schleichender Prozess, der in der Regel durch die Verfärbung des Baumaterials erstmals sichtbar wird. Dabei ist das Ausmaß der Schäden zudem stark abhängig davon, ob das Material für den Außeneinsatz oder den Innenausbau vorgesehen ist. Wer Paneele aus Kunststoff für die Fassade im Freien lagert, der wird kaum eine Veränderung daran wahrnehmen können. Ist es aber eine Kunststofftür, die für das Bad vorgesehen ist, dann kann die Oberfläche binnen kurzer Zeit ausbleichen oder es zeichnen sich Muster ab, verursacht durch die Umverpackung.
Wirkung von UV-Strahlung auf …
Holz
Wurde Holz nicht gegen UV-Strahlen geschützt, tritt recht schnell eine Änderung der Farbe ein. Diese Vergrauung des Holzes wirkt rustikal und teils sogar natürlich. Allerdings sind die Folgen der UV-Strahlung weit gravierender als nur ein Farbwechsel. UV-Strahlung schädigt tatsächlich Holzfasern. Diese Schäden entstehen, weil die Eiweiß- und Zuckermoleküle im Holz zerstört werden, was die Statik des Holzes schwächt. Dieser Prozess macht das Holz weniger belastbar, es wird anfälliger für Risse und mitunter können große Späne abplatzen oder die oberste Schicht des Holzes löst sich ab. Bleibt Holz über eine längere Zeit ungeschützt der UV-Strahlung ausgesetzt, sind Verformungen, Risse und Brüche die Folge. Dieser Prozess verstärkt sich, wird das Holz nass. Holzfäule, breite Risse und Schimmelpilzbildung sind zu erwarten.
Beton und Mauerwerk
Beton, Mauerwerk, Stuck und alle Arten von Betonoberflächen werden durch UV-Strahlen beschädigt. Allerdings nicht so schnell, wie sich die Schäden an Holzkonstruktionen zeigen. Das UV-Licht bricht Polymere und andere Bindungsketten im Beton auf und schwächt sie mit der Zeit. Dies führt im Laufe der Jahre dazu, dass sich ein feiner Staub bildet, der stark an ein Pulver erinnert oder an Zement. Die Folge sind Risse oder Abplatzungen. Diese bilden sich vorzugsweise dort, wo Wände auf Stoß gesetzt wurden, an Stützpfeilern enden oder in tragenden Wänden, in denen viel Stahl verbaut wurde. Die Risse können von außen unsichtbar nach innen deutlich breiter werden. Es kann dazu kommen, dass sich die Verbindung von Stahl und Beton löst.
Bei Mauerwerk kann der verwendete Stein in seiner Konstruktion zusammenbrechen. Dies alles schwächt die Struktur des Gebäudes deutlich und ebnet den Weg für größere Schäden, die eine eingehende Sanierung erfordern oder den Abriss des Gebäudes notwendig machen. Eventuelle Pigmente oder Farben in der Betonoberfläche werden ebenfalls abgebaut, was zu einem Verblassen führt. Alle genannten Schäden verringern die Haltbarkeit der Konstruktion, egal ob Betonboden, Wand, Mauerwerk oder Stuck.
Polymere, Komposite, Thermoplaste
Die Wirkung von UV-Strahlen auf Polymere und Kunststoffe allgemein wird durch höhere Temperaturen und eine höhere Luftfeuchtigkeit verstärkt. UV-Strahlen verursachen einen photochemischen Effekt innerhalb der Polymerstruktur. Dieser kann mitunter von Vorteil sein, denn es ist möglich, dass das Material tragfähiger wird. Ob Polymere, Thermoplaste und andere Kunststoffe von UV-Strahlung geschädigt wurden, lässt sich zumeist an einem kreidigen Aussehen erkennen, oftmals von der Veränderung der Farbe des Materials begleitet. Mitunter wird die Oberfläche spröde und kann dann deutliche Risse zeigen. Diese Effekte treten überwiegend in der Oberflächenschicht des Materials auf. Dabei können die Schäden zumeist nur rund 0,5 mm tief in die Struktur vordringen. Allerdings können Spannungskonzentrationen auftreten, die durch die hohe Sprödigkeit einiger handelsüblicher Kunststoffe verursacht werden. Dies kann in seltenen Fällen zum vollständigen Ausfall des Bauteils führen.
Von Kunststoffen absorbierte UV-Energie kann Photonen anregen, die dann freie Radikale erzeugen. Während viele reine Kunststoffe keine UV-Strahlung absorbieren können, wirken Katalysatorrückstände und andere Verunreinigungen oft als Rezeptoren und verursachen einen Abbau. Es kann nur eine sehr geringe Menge an Verunreinigungen erforderlich sein, damit die Beeinträchtigung auftritt. Es wurde festgestellt, dass bei Polycarbonat ein Teil Natrium auf eine Milliarde ausreicht, um eine Farbinstabilität auszulösen. In Gegenwart von Sauerstoff bilden die freien Radikale Sauerstoffhydroperoxide. Diese können die Doppelbindungen der Molekularkette aufbrechen, was zu einer spröden Struktur führt. Dieser Vorgang wird als Photooxidation bezeichnet.
Metalle
Metalle zeichnen sich durch Bindungen aus, die durch dicht gepackte Atome definiert sind. Aufgrund ihrer hochbeweglichen Elektronen sind Metalle gute Leiter von Elektrizität und Wärme und stören leicht elektromagnetische Strahlung wie Licht und Radiowellen. Dies erklärt, warum Metalle nie transparent sind und warum sie Licht fast immer bis zu einem gewissen Grad reflektieren. Metalle bleiben von der UV-Strahlung fast vollständig unbeeinträchtigt. Grund dafür ist, dass ausreichend freie Elektronen verfügbar sind, um die Photonenenergie zu absorbieren.
Es gibt allerdings inzwischen einige veröffentlichte Studienergebnisse, die zeigen, dass die UV-Strahlung möglicherweise für eine Zunahme der Korrosionsraten von Metallen sorgen kann. Dies aber nur bei Einsatz des Materials im Wasser und bei gleichzeitiger Aufnahme von hohen Dosen von UV-Strahlung. Generell ist zu sagen, dass Metalle für fast alle Anwendungen als unempfindlich gegen UV-Strahlen angesehen werden können.
Schutzmaßnahmen gegen UV-Strahlung für Baustoffe.
Es ist generell ratsam, Baumaterialien überdacht zu lagern. Wer als Bauherr bei seinem Einfamilienhaus viele Arbeiten in Eigenleistung erledigen will, dafür aber nur das Wochenende aufwenden kann, der sollte darüber nachdenken, den Bau des Carports vorzuziehen. Ist der Rohbau fertiggestellt, lassen sich diverse Materialien im Innern zwischenlagern. Eine der wichtigsten Schutzmaßnahmen ist aber eine straffe Logistik. Material muss nicht Wochen vor der Verwendung bereits auf der Baustelle liegen. Es reicht aus, wenn Paneele, Fliesen, Türen etc. am Tag vor dem Einbau, längstens eine Woche zuvor angeliefert werden.
Eine Alternative ist das Abdecken des Materials. Mulchfolie in Weiß und Schwarz aus dem Baumarkt ist hier hilfreich und kostengünstig. Es ist ebenso möglich, altes Verpackungsmaterial zu nutzen. Allerdings ist hier Vorsicht geboten. Wer die Pakete mit dem Laminatboden unter alten Zementsäcken unterbringt, kann eine böse Überraschung erleben. Es ist insbesondere auf größeren Baustellen mehrfach vorgekommen, dass weniger versierte Bauarbeiter trotz des Verbots die Zementsäcke verbrannt haben – inklusive des nagelneuen Fußbodens darunter. Oder die alten Säcke landeten im Container mit dem Bauschutt, gefolgt vom darunter verborgenen Baumaterial.
Bei der Verarbeitung des Materials gilt …
- Holz mit einem geeigneten Anstrich vor der UV-Strahlung schützen. Dabei ist unbedingt die Restfeuchte möglichst niedrig zu halten.
- Beton können Polymere und andere Schutzstoffe beigemischt werden, die nachhaltig vor UV-Schäden schützen.
- Mauerwerk sollte mit einem Feinputz versiegelt werden, welcher ebenso UV- Schutzkomponenten enthält.
- Eine gute Alternative ist eine hinterlüftete Fassade. Diese kann beispielsweise aus modernen Kunststoffpaneelen errichtet werden, die in nahezu jedem Design erhältlich sind und die über einen soliden UV-Schutz verfügen.
Fazit
UV-Schäden durch Sonneneinstrahlung sind eine versteckte Gefahr, die nicht sogleich zu erkennen ist. Bei den Baumaterialen sind alle Gruppen betroffen mit Ausnahme von Metall. Einem Beton oder Estrich kann ein geeigneter UV-Schutz durch die Verwendung von Zusatzstoffen beigemischt werden. Baumaterialien wie Kunststoffelemente, Holz, Dachpfannen oder Mauersteine müssen durch einen entsprechenden Anstrich geschützt werden. Alternativ bietet sich in einigen Fällen eine gesonderte Schutzschicht an, beispielsweise durch einen Putz oder eine Fassade.
