Damit der Dachablauf nicht als Lunte wirkt

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• Bei Industriedächern ist die Stahltrapezbauweise mit brennbaren Baustoffen zur Dampfsperrung, Wärmedämmung und Abdichtung weitverbreitet.
• Geprüfte Brandschutzlösungen nach DIN 4102 für Massivdächer werden nicht automatisch den Brandschutzanforderungen nach DIN 18 234 für großflächige Stahltrapezdächer gerecht.
• Für die Planung und Ausführung von Dachentwässerungsanlagen bedeutet dies, dass zur Bestimmung von Brandschutzmaßnahmen für Bauteildurchdringungen in Stahltrapezdächern die dafür geltenden Normen und Richtlinien ebenfalls zu berücksichtigen sind.
• Für Flachdachabläufe zum Einbau in Trapezblechdächer hat Dallmer ein Brandschutzelement entwickelt und nach DIN 18 234 prüfen lassen.

Für den Bau von Stahltrapezdächern gelten andere Normen und Richtlinien als für Dächer mit Massivdecken. Brandschutzabschottungen, die nach DIN 4102 für Betondecken zugelassen sind, dürfen / sollten deshalb nicht für Trapezblechdächer verwendet werden. Für diesen Anwendungsbereich ist ein Nachweis über eine Brandprüfung nach DIN 18 234 „Baulicher Brandschutz großflächiger Dächer, Brandbeanspruchung von unten“ erforderlich.

An der Forschungsstelle für Brandschutztechnik am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) wurden nach dieser Norm von Dallmer entwickelte Brandabschottungen für Flachdachabläufe untersucht. Durch diese bestandene Prüfung ist für die Brandschutzelemente der Eignungsnachweis nach DIN 18 234 gegeben.

Kleines Bauteil mit großem Einfluss

Abläufe für Flachdachentwässerungen nehmen als kleine Bauteildurchdringungen großen Einfluss auf den Verlauf von Bränden im Bereich der Dachkonstruktion. Die heute für Industriehallen typische Dachkonstruktion besteht aus Stahltrapezblech, das durch eine Dämmung gegen Wärmeverluste und von einer Dachabdichtung gegen eindringendes Niederschlagswasser geschützt wird. Besteht die Wärmedämmung aus einem brennbaren Material, bestimmt die Dämmung im Brandfall durch diese Eigenschaft die Brandweiterleitung unterhalb der Dachhaut wesentlich mit.

Bei großflächigen Dächern wird aufgrund von Brandfällen, bei denen die Flachdachkonstruktionen wesentlich zur Ausbreitung der Brände beigetragen haben, von besonderen Risiken ausgegangen. Diese Risiken werden unter anderem bei Dächern gesehen, die unter den Geltungsbereich der Industriebau-Richtlinie (IndBauRL) fallen [1].

Die Brandweiterleitung über Dachdurchdringungen kann katastrophale Ausmaße annehmen, wie ein Beispiel verdeutlicht: In einer Lagerhalle stapeln sich bis unter das Hallendach Kartonverpackungen und in Verpackungsfolien eingeschweißte Produkte. Durch ein beschädigtes Elektrokabel fangen gebündelte Kartonagen Feuer. Über einen der Flachdachabläufe für die Dachentwässerung dringt das Feuer in die Dachkonstruktion und entzündet dort die brennbare Wärmedämmung und die Dachabdichtung.

Die Feuerwehr kann nur noch versuchen, ein Übergreifen des Feuers auf angrenzende Gebäude zu verhindern, während das gesamte Lager bereits den Flammen zum Opfer gefallen ist. Dieses mögliche Szenario eines folgenschweren Brandfalls zeigt, dass die Brandweiterleitung in Flachdachkonstruktionen zuverlässig verhindert werden muss. Besonderes Augenmerk gilt hierbei der Dachdurchdringung, über die sich der Brand in das Stahltrapezblechdach ausbreiten und dort zu einem Flächenbrand führen konnte.

Geltungsbereiche der Regelwerke

Bei der Planung von Bauteildurchdringungen – gleich ob durch Wände, Decken oder Dächer – muss generell die Frage nach damit verbundenen Brandschutzauflagen gestellt werden. So gilt beispielsweise für den Einbau von Flachdachabläufen in massiven Decken mit Anforderung an eine Feuerwiderstandsdauer (F30, F60, F90; entsprechend der jeweiligen Landesbauordnung), dass im Abstand bis 5 m von einer aufgehenden Außenwand mit Öffnungen (Fenster, Türen) der Durchtritt des Brandes zu verhindern ist. Außerhalb dieses Bereichs gilt das definierte Brandschutzziel, die Ausbreitung von Bränden über den Dachbereich zu begrenzen.

Während Durchdringungen von Decken sowie der Bereich von angrenzenden Gebäudeteilen – beispielsweise für die Flachdachentwässerung einer großen Parkgarage – der Musterbauordnung (MBO) und der Muster-Leitungsanlagenrichtlinie (MLAR) unterliegen, gelten für Dachflächen > 2500 m² im Industriebau auch für Stahltrapezdächer erhöhte Anforderungen. Die entsprechenden Regelungen werden durch die IndBauRL vorgegeben. Sie gibt als Schutzziel vor, dass es durch die Verwendung von Bauprodukten nicht zu einer Brandweiterleitung kommen darf.

Der Entwicklung von DIN 18 234 ging in diesem Zusammenhang die Frage voraus, inwieweit die bestehenden Normen die Brandschutzproblematik der weit verbreiteten Bauweise von Industriedächern in Stahltrapezbauweise abdecken konnten. Auf diese Norm bezieht sich wiederum die Industriebau-Richtlinie. Aus DIN 18 234 ist darin unter anderem die Forderung übernommen, dass „im Bereich von Dachdurchdringungen […] durch konstruktive Maßnahmen eine Brandweiterleitung zu verhindern“ ist [2].

Flachdach: Gefahr von Flächenbränden

Nach Ergebnissen aus der Forschungsarbeit der Forschungsstelle für Brandschutztechnik am KIT besteht eine Herausforderung darin, dass die Bauweisen von Stahltrapezdächern mit ihren unterschiedlichen Arten von Dachaufbauten im Regelfall nicht nach Feuerwiderstandsklassen klassifizierbar sind.

Neue Bauweisen und Materialien sowie zunehmende Größen von Bauteilen und Brandabschnitten haben dort zu der Erkenntnis geführt, dass die Betrachtung und Bewertung des Brandverhaltens nach DIN 4102-2 sowie DIN 4102-7 nicht auf großflächige Dächer übertragen werden kann. Untersuchungen haben ergeben, dass zum Beispiel die Temperaturbeanspruchung der Dachkonstruktion während des Brandfalls weit höher sein kann, als dies nach der Einheitstemperatur-Zeitkurve nach DIN 4102-2 der Fall ist (siehe Info-Kasten).

Nahezu alle Baustoffe, die in Dächern der nach heutiger Bauweise erstellten Sonderbauten, wie Industriehallen, Sport- und Veranstaltungsgebäude, Flughafengebäude oder Einkaufszentren, verwendet werden, erfüllen im Regelfall nicht die Anforderungen, die an brandschutztechnisch klassisch klassifizierbare Dächer gestellt werden. Ein typisches Industriedach weist diesen Aufbau auf:

• Stahltrapezprofil
• (brennbare) Dampfsperre
• (brennbare) Wärmedämmung
• brennbare Dachabdichtung

Diese Bauweise ist verbreitet, weil sie neben einem schnellen Baufortschritt auch Vorteile wie große Spannweiten bei geringem Gewicht ermöglicht. Allerdings war in einigen Fällen dieser Dachaufbau an einer großflächigen Brandweiterleitung beteiligt, die sowohl unterhalb als auch in Hohlräumen sowie oberhalb der Dachkonstruktion am Brandgeschehen beteiligt war – im Extremfall bis zum Totalverlust des Bauwerks [2].

Brandversuche als Eignungsnachweis

Teil 4 von DIN 18 234 befasst sich konkret mit der Frage, welche Ursachen einer Brandweiterleitung zugrunde liegen und wie diese durch konstruktive Maßnahmen verhindert werden können. An der Erarbeitung dieser Norm und ihrer folgenden Aktualisierungen hat die Forschungsstelle für Brandschutztechnik am KIT maßgeblich mitgewirkt. Dort wurde bereits in den 1970er-Jahren mit einer umfassenden Grundlagenforschung über das Brandverhalten großformatiger, geschlossener Stahltrapezdächer begonnen.

Erfüllen Dächer die in DIN 18 234 Teil 1 bis 4 beschriebenen Anforderungen, kann dadurch das Brandschutzniveau großflächiger Dächer ohne klassifizierbare Feuerwiderstandsdauer erheblich verbessert werden [2]. Um die Eignung von Komponenten für Stahltrapezdächer zu beurteilen, führt die Forschungsstelle für Brandschutztechnik Brandversuche durch und bewertet anhand der Ergebnisse die Versagenskriterien.

Hintergründe für die systematische Durchführung von Untersuchungen des Brandverhaltens von Stahltrapezkonstruktionen waren Brandfälle von Hallengebäuden, wo über Durchdringungen (z. B. Dachabläufe, Lichtkuppeln) austretende Brände zu einer Brandausbreitung führten und durch in der Folge entstehende Sekundärbrände verheerende Schäden verursachten.

Der Nachweis der Eignung erfolgt durch Brandversuche in Prüfständen, die in DIN 18 234 Teil 1 bis 3 definiert sind. Ein Beispiel für einen (verkleinerten) Prüfstand nach Teil 3 für die Bewertung der Brandschutzeigenschaften von kleinen Durchdringungen bis zu Abmessungen von 0,85 × 0,85 m ist in Abb. 1 dargestellt.

Geprüftes Brandschutzelement

Mit der umfangreichen Durchführung von Brandversuchen hatte sich Dallmer neben der Entwicklung von Brandschutzelementen auch den Anschlusspunkten zur Wärmedämmung zugewandt. Bei der Verwendung des Brandschutz-Rohbauelements können dadurch sowohl brennbare als auch nichtbrennbare Wärmedämmungen eingesetzt werden Abb. 2.

Die Brandschutzelemente ergänzen das umfangreiche Flachdachentwässerungs-Sortiment, das den Anschluss von nahezu jeder Dachbahn an den Dachablauf und jeder Art von Wärmedämmung ermöglicht. Die Dachentwässerung kann mit den Dallmer-Lösungen als Freispiegel- oder Druckrohrentwässerung ausgeführt werden.

Zu den Ergebnissen der Forschungsarbeit zählt, dass geprüfte Brandschutzlösungen nach DIN 4102 für Massivdächer nicht den Anforderungen nach DIN 18 234 in Bezug auf das Brandverhalten gerecht werden. Für die Planung und Ausführung von Dachentwässerungsanlagen bedeutet dies, dass zur Bestimmung von Brandschutzmaßnahmen für Bauteildurchdringungen in Stahltrapezdächern die dafür geltenden Normen und Richtlinien mit zu berücksichtigen sind.

Andererseits zeigen die Forschungsergebnisse auch, dass mit nur wenigen Modifikationen der üblichen Ausführung die Brandsicherheit wesentlich verbessert werden kann. Aufgrund dieser Erkenntnisse hat Dallmer seine Brandschutz-Rohbauelemente weiteren Prüfungen an der Forschungsstelle für Brandschutztechnik am KIT unterzogen.

Das Brandschutzelement für Flachdachabläufe zum Einbau in Trapezblechdächer hat Dallmer nach DIN 18 234 prüfen lassen. In Modulbauweise können damit Dachabläufe aus Kunststoff in den Dimensionen DN 70, DN 100 und DN 125 zu einem nach DIN 18 234 geprüften Dachablauf zum Einbau in Stahltrapezdächer erweitert werden.

Die Brandabschottung erfolgt bei diesem System dadurch, dass der Metallkörper des Brandschutzelementes in den Ausschnitt im Trapezblech eingehängt und mit zugehörigen Blechschrauben befestigt wird. Der Metallkörper enthält eine Quellstoffeinlage, die im Brandfall die Dachdurchdringung verschließt. In das Brandschutzelement wird der Dachablauf eingesetzt und von unten an die Entwässerungsleitung angeschlossen. Ein wichtiger Aspekt ist hierbei, dass die weiterführende Regenwasserleitung mit nichtbrennbaren oder brennbaren Rohrwerkstoffen ausgeführt werden kann.

Nach der aktuell geltenden Fassung der IndBauRL sind die gestellten Brandschutzanforderungen ab einer Dachfläche von 2500 m² zu erfüllen. Für die Bauplanung empfiehlt die Richtlinie zunächst die Entwicklung eines Brandschutzkonzepts. Darin sollte mit berücksichtigt werden, dass spätere Nutzungsänderungen oder ein Anbau des Gebäudes zu veränderten Anforderungen führen können.

Für die Auswahl der geeigneten Bauprodukte stellt sich für den verantwortlichen Bau- und Fachplaner deshalb vor allem die Frage, welchen Anforderungen diese entsprechen müssen. Durch die IndBauRL gehören Dächer nach DIN 18 234 baurechtlich zu den auch ohne Einzelnachweis freigegebenen Dachaufbauten von Industriegebäuden. Dadurch ist auch mit Komponenten, die nach DIN 18 234 erfolgreich geprüft wurden, Planungssicherheit gegeben.

Literatur

[1] Brein, Dieter: Dämmstoffe im Dachbereich – Brandverhalten von großflächigen Dachflächen mit und ohne Durchdringungen, Hintergründe zur Normung und Klassifizierung

[2] Brein, Dieter; Hegger, Thomas: Baulicher Brandschutz für großflächige Dächer – Kommentar zur neuen Fassung von DIN 18 234. Berlin: Ernst & Sohn, Bauphysik 26 (2004)

Nach Untersuchungen der Forschungsstelle für Brandschutztechnik am KIT ist die Temperaturbeanspruchung eines Dachs bei einer Prüfung nach DIN 18 234-1 lokal in den ersten 20 min wesentlich stärker als nach der Einheitstemperatur-Zeitkurve (ETK) gemäß DIN 4102-2. Die ETK wird bei der Prüfung zur Klassifizierung des Feuerwiderstands von Dächern verwendet, wobei jedoch nur die Eigenlasten berücksichtigt werden. Der ETK liegt eine Brandleistung von 250 kW/m² zugrunde, während die Brandleistung beim fortschreitenden Entstehungsbrand nach DIN 18 234-1 bei 2000 kW/m² liegt. Gegenüber dem Verfahren nach DIN 4102-2 ist die Prüfung nach DIN 18 234-1 auf eine bestimmte Fläche begrenzt. Die Prüfung nach DIN 18 234-1 umfasst die ersten 20 min der Vollbrandphase, weil Dächer in Stahltrapezbauweise nach dieser Zeit brandschutztechnisch versagen werden, sofern innerhalb dieser Zeit noch kein Löscheinsatz erfolgt ist. Das Sicherheitsniveau eines nach DIN 18 234-1 geprüften Dachs kann nicht mit dem Sicherheitsniveau von Bauteilen mit der Feuerwiderstandsklasse F30 nach DIN 4102 gleichgesetzt werden, da den Normen u. a. unterschiedliche Brandbedingungen zugrunde liegen. Nach DIN 18 234 geprüfte Dächer weisen ein wesentlich verbessertes Verhalten im Vergleich zu den bis dahin gebräuchlichen großflächigen Dächern auf. Dies bedeutet gleichzeitig jedoch auch, dass nicht alle nach DIN 4102-2 klassifizierten Dächer automatisch die Anforderungen an ein nach DIN 18 234 genormtes Dach erfüllen [2].

Obmann zu DIN 18 234 und Karlsruher Institut für Technologie (KIT) Forschungsstelle für Brandschutztechnik – Leiter der Forschungsstelle i. R.

Anwendungstechnik Dallmer Sanitärtechnik, 59757 Arnsberg, www.dallmer.de