Warum Brandschutz bei Außenwärmedämmung??

Transkript

1 MARMORAN Architekten- und Unternehmertage 2015 in Bern und Luzern Warum Brandschutz bei Außenwärmedämmung?? Dipl.-Phys. I. Kotthoff 1

2 Brandszenarien an der Gebäudeaußenwand Strahlung 1. Brand Brand eines eines benachbarten Gebäudes Gebäudes Brand 2. Brand außerhalb eines des Gebäudes (Balkone, Geländeanschluss etc.) Brand 3. Brand innerhalb eines eines Gebäudes (Raumbrand) 2

3 Brandlasten am Geländeanschluss (Sockelbereich) geparkte Fahrzeuge Sperrmüll Müllsammelbehälter Typische Brandquellen am Gebäudefuß stellen Müllcontainer, abgestellte Fahrzeuge, temporär gelagerter Sperrmüll, Umzugsgut und Vegetation dar.

4 Mülllsammelplätze oder Wertstoffsammler? individuelle, freie Gestaltung (Einladung zur Brandstiftung???) geordnete, sichere Gestaltung nichtbrennbare Einhausungen, geordnete Aufstellung vermüllte Müllsammelplätze Sammelbehälter aus Metall 4

5 Brand von aussen am Fassadensockel

6 Brandversuche der Grazer Feuerwehr im September 2007 Prüfkörper: mit PU-Ortschaum geklebtes WDVS mit 100 mm dicker EPS-Hartschaumdämmung und Kunstharzputzsystem unten offen, ohne Sockelabschluss Brandszenario: zwei nebeneinander stehende Müllsammelbehälter (1100 l, Kunststoff / Papier) vor Außenwand Brandbeginn, Flammenaustritt nur oben Endphase, Schmelzelache Schädigung, ohne Ablöschen Trotz eines Verarbeitungsfehlers (vollständig offener Sockelanschluss) blieb die Brandausbreitung in diesem Fall lokal begrenzt! 6

7 Brand von zwei Motorrädern vor einer Hochhausfassade Kleinwagen Brand in Hamburg-Billsted am Motorräder brannten nachts vor einem Glasvorbau - Brandüberschlag von außen nach innen (EG und 1. OG) über Fensteröffnungen - durch die Hitzeeinwirkung zersprangen bis ins 3. OG mehrere Fensterscheiben, Raucheintritt in die Wohnungen - eine Schwer- und 12 Leichtverletzte - nichtbrennbares WDVS (Mineralwolldämmung und mineralisch gebundenes Putzsystem) 7

8 Bemessungsbrand außerhalb eines Gebäudes am Sockel Besonderheiten: - meist Brandentstehung durch menschliches Fehlverhalten (Fahrlässigkeit, Vandalismus, gezielte Brandstiftung) - brandlastgesteuerter Brand, d.h. zeitliche Brandentwicklung nur abhängig vom Brandgut - zeitnahe Beaufschlagung der Fassade - Brandeintritt über Fenster in das Erdgeschoss des Gebäudes bei einem Brand am Sockel spätestens nach Minuten auch ohne Beteiligung einer brennbaren Außenwandbekleidung (z.b. WDVS) Brandcharakteristik Beginn der Brandbeaufschlagung: Vollbranddauer: durchschnittliche Flammenhöhen: maximale Flammenhöhen: maximale Energiefreisetzung: Müllcontainer aktuell: min min 3 4 m bis zu 7 m 1,5 1,5 MW 2,5 4 MW Müllsammelbehälter aus Kunststoff 1100 l 65 kg PE, DIN , Schmelzpunkt C Füllung: Papier bis zu 70 kg, Kunststoff bis zu 60 kg Gesamtmasse kg Energieabgabe eines Containers im Vollbrand (Spitzenwert) in Abhängigkeit von der Füllung bis zu 4 MW Der statistische Bemessungsansatz repräsentiert kleinere Lagerungen bei Umzügen, die Müllbereitstellung in üblichen Größenordnungen (mehrere Mülltonnen oder maximal einen Müllsammelcontainer, 1100 l) einschließlich kleinerer Sperrmüllbereitstellungen oder abgestellte Standardkraftfahrzeuge. 8

9 Raumbrand an der Fassade Brandraum: - 4,0 m x 5,4 m, Höhe 2,8 m - 20 m² Fläche Belüftung: - Fenster (1,4 x 2,0 m) und - Türspalt (0,1 x 2,0 m) - Versuchsstand mit drei übereinander liegenden Brandräumen, Gesamthöhe 11 m hoch - Messungen: Gewichtsverlust, Temperaturen, Wärmefreisetzung, Gasanalyse, Strahlung etc. - insgesamt 174 originalmaßstäbliche Raumbrandversuche Brandlast: - immer mobile, keine bauliche - originale Möblierung oder Holzkrippen - Brandlastdichte: MJ/m² (30 70 kg HGW)

10 Ablauf eines Brandes in einem Raum mit Fenster (1) Entstehungsbrand entwickelter Brand 8. Prüfminute - örtlich begrenzt (maximal 1 m²) - Rauchentwicklung, beginnende Schichtung - Temperaturen unter Decke kleiner als 200 C - kein Rauchaustritt aus dem Brandraum (Flur, Fassade) - Energieabgabe kleiner 0,5 MW 12. Prüfminute - Brandfläche größer als 1 m² (2 bis 4 m²) - Flammen unter der Decke über Zündstelle 500 C - Heißgasschicht unter der Decke C - Rauchaustritt aus dem Raum (Temperaturen < 300 C) - Energieabgabe 0,8 bis 1,5 MW - entweder Übergang in einen Schwelbrand oder in den Vollbrand (offenes Fenster) Bis zu diesem Zeitpunkt verlässt der Brand den Raum nicht, der Sauerstoff im Raum genügt!!!! 10

11 Ablauf eines Brandes in einem Raum mit Fenster (2) Durchzündung (flash-over ) Vollbrand 12. Prüfminute - rasche Vergrößerung der Brandfläche - Heißgasschicht unter der Decke ( C) Voraussetzung für den flash-over - Pyrolyse (Zersetzung) der Möbeloberflächen durch Strahlung (brennbare Gase steigen auf - Gasexplosion mit spontaner Volumenvergrößerung (Druck im Raum auf Pa) - Energieabgabe im Raum 2 bis 3 MW 12. / 13. Prüfminute - der Raum ist vollständig (vom Boden bis zur Decke) mit Flammen erfüllt - Temperaturen im gesamten Raum C - Beanspruchung der raumbegrenzenden Bauteile - Flammenaustritt aus dem Raum (Flur, Fassade) - Abfackeln unverbrannter Pyrolysegase nach Durchmischung mit Frischluft ( Gasbrenner ) vor der Fassade - Energieabgabe: im Raum 3 4 MW, vor Fassade 1,5 2 MW Erst nach dem flash-over kommt es zum Flammenaustritt vor die Fassade und eine mögliche Außenwandbekleidung (z. B. WDVS) wird beansprucht, vorher nicht!! 11

12 Bemessungsbrand innerhalb des Gebäudes Raumbrand an der Fassade mit Flammenaustritt Brandcharakteristik: Beginn der Brandbeaufschlagung: min (flash-over) Vollbranddauer: min durchschnittliche Flammenlänge: 2,8 3 m maximale Flammenlänge: 4 6 m maximale Energieabgabe : 1,0 2,0 MW Besonderheiten: - verzögerte Brandbeanspruchung der Fassade nach dem flash-over - ventilationsgesteuerter Brand - Flammensprung von Etage zu Etage über Fenster nach Minuten auch an massiver, nichtbrennbarer Wand ohne WDVS!! 12

13 Verhinderung der Brandübertragung bei übereinander liegenden Außenwandöffnungen 1. Reduzierung der Brandentwicklung im Brandraum flächendeckende Löschanlagen (z.b. Sprinklerung) 2. Ableitung der austretenden Flammen von der Fassade rückgesetzte, pyramidale Geschossausbildung; auskragende, feuerwiderstandsfähige Bauteile (> 1 m); Schürzen, Simse 3. brandsichere Ausbildung von Wänden und Öffnungsverschlüssen in allen Geschossen keine Öffnungen, automatisch gesteuerter feuerwiderstandsfähiger Verschluss aller Außenwandöffnungen, partieller Sprinklerschutz 4. Rechtzeitiger Löschangriff der Feuerwehr Brandfrüherkennung, kurze Alarmierungszeiten Schlussfolgerung: Das Baurecht toleriert den geschossweisen Brandüberschlag, da sonst keine Belichtung und Belüftung von Aufenthaltsräumen möglich wäre! 13

14 Prinzip der Brandausbreitung an Außenwänden geschossweiser Brandüberschlag massive, nichtbrennbare Außenwand mit Fenstern Außenwand mit Fenstern und zusätzlicher Außenwandbekleidung (VHF, WDVS etc.) 14

15 Brandschutztechnisches Schutzziel an Fassaden Das baurechtliche Brandschutzziel an der Gebäudeaußenwand muss darin bestehen, eine schnelle Brandausbreitung über mehr als ein, maximal zwei Geschosse oberhalb bzw. unterhalb der Brandausbruchstelle vor dem Löschangriff der Feuerwehr zu verhindern. Eine Gefährdung der Rettungskräfte durch großflächig abstürzende Fassadenteile ist auszuschließen. 15

16 Prinzipieller Aufbau von Wärmedämm-Verbundsystemen (WDVS /VAWD) 16

17 WDVS mit einer EPS-Polystyrol-Hartschaumdämmung nach EN Dämmung Gesamtsystem (WDVS) - Dämmstoff nach Produktnorm EN ~ in der Fläche meist EPS: kg/m³ ~ am Sockel XPS: kg/m³ ~ Dicke bis 300 mm, in Einzelfällen bis 500 mm - Brandverhalten ~ organischer und daher brennbarer Baustoff ~ durch Zusatz von Flammenschutzmitteln wird ein verbessertes Brandverhalten erzielt ~ BKZ 5.1. (RF 2) ~ SN EN (SBI): E ~ thermoplastisch, d.h. nicht formstabil im Brandfall (entzieht sich schrumpfend der Flamme) Schmelzpunkt 140 C Entzündungstemperatur 480 C (fremd, mit Zündflamme) 575 C (selbst, ohne Zündflamme) Brandverhalten des Gesamtsystems abhängig von der Dicke der Dämmung (über 100 mm Brandschutzmaßnahmen erforderlich) und abhängig vom Putzsystem: ~ der Art des Bindemittels mineralisch gebunden (Zement / Kalk) oder Wasserglas bzw. dispersionsgebunden ~ der Dicke der Schicht (minimal oder maximal) ~ dem Gehalt an organischen Bestandteilen in der Trockenmasse Einstufung des WDVS in Abhängigkeit von den oben genannten Faktoren: schwerentflammbar ~ SN EN , Klasse B oder C 17

18 Stabilität der Putzschicht des WDVS bei Brandbeanspruchung Versuchsbeginn 60. Prüfminute im Ofen (Außenseite) 60. Prüfminute außen (Innenseite) Versuchsansatz: - thermische Beanspruchung nur der Putzschicht eines WDVS mit der Vollbrandkurve für den Feuerwiderstand nach EN über 60 Minuten - dispersionsgebundenes, armiertes Putzsystem geringer Dicke ( 2 mm Unterputz und 2 mm Oberputz, gesamt 4 mm) und hohem Anteil organischer Bestandteile (ca. 10 Masseprozent, trocken) Ergebnisse - keine Flammen auf der feuerabgewandten Seite - kein Durchbrand, Raumabschluss E 60 nach EN ( 50 x 50 cm) E 30 nach EN (100 x 100 cm) Maximaltemp. auf der Innenseite 15 Min. 400 C, 60 min 500 C Die armierte Putzschicht eines WDVS wirkt bereits in ihrer Mindestdicke von 4 mm wie ein Feuerschutzvorhang für die dahinter liegende Dämmung!! 18

19 unverputztes, schwerentflammbares EPS (RF 2) Versuchsaufbau, Dämmung < 100 mm, ohne Brandschutzmaßnahmen Beflammung Dämmung nach dem Versuch keine fortschreitende Brandausbreitung, Schädigung < 3,5 m keine signifikante Vergrößerung der Primärflamme; F 3,5 m < 3,5 m (2,8 m) nur lokales des Dämmstoffs (B1) an der Oberfläche, T 3,5 m < 500 C (220 C) lokales brennendes Abtropfen, aber kein Sekundärbrand (selbstverlöschend!) akzeptables Brandverhalten, einem schwerbrennbarem Baustoff entsprechend 19

20 Brandverhalten eines WDVS ohne zusätzliche Brandschutzmaßnahmen (schwerbrennbare EPS-Dämmung [PS15SE], Kunstharzputzsystem) Dämmdicke 100 mm nach der Prüfung, Putzschicht Dämmdicke 100 mm Putz entfernt; Dämmung Dämmdicke 200 mm Vollbrand!!! akzeptables Brandverhalten nicht akzeptabel 20

21 Brandverhalten von WDVS mit einer Polystyrol-Hartschaumdämmung an Öffnungsstürzen (1) Dämmstoff (Wand) Armierungsschicht mit Gewebe Oberputz Dämmstoff (Sturzunterseite) Wärmeeintrag Durchmischung mit Frischluft Phase 1: Wärmeeintrag von unten und von vorn in das WDVS Phase 2: - Dämmstoff schmilzt - Hohlraumbildung - Schmelze an der Rückseite der Putzschicht und der Wand - ablaufende Schmelze sammelt sich am tiefsten Punkt (Fenstersturz) 21

22 Brandverhalten von WDVS mit einer Polystyrol- Hartschaumdämmung an Öffnungsstürzen (2) Dämmstoff Armierungsschicht mit Gewebe Oberputz Blähdruck Polystyrolschmelze Phase 3: - Aufbau eines Blähdrucks im Inneren des WDVS durch Erwärmung der Luft und entstehender Pyrolysegase - Austritt von Polylysegasen durch die Putzschicht - Abbrand der organischen Putzanteile - Wölbung der Putzoberfläche nach außen, Risse - Absenken des Sturzes durch das Gewicht der Schmelze - vereinzeltes Abtropfen brennender Polystyrolschmelze brennendes Abtropfen von Schmelze Phase 4: - Abreißen des Sturzes - Öffnen des Systems - Flammeneintritt in das Systeminnere - Brennen außen und innen - brennendes Abtropfen von Polystyrolschmelze 22

23 Naturbrandversuche in Bad Salzungen im Dezember 2006 Brandszenario: Brand in einem an die Außenwand grenzenden Raum mit Flammenaustritt auf die Fassade nach dem flashover (Durchzündung), Raumbrand Außenwandbekleidung: schwerentflammbares WDVS (B1) mit einer ausschließlich geklebten Dämmung aus 200 mm PS 20 SE (B1) und einem dispersionsgebundenen Dünnputzsystem (4 mm) Brandsperren: horizontal umlaufend im Bereich der Geschossdecken oberhalb der Fenster aus: - Mineralwollstreifen (DIN 4102-A1) - PUR /PIR Streifen mit vorderseitiger PS-Verblendung (20 mm)

24 Thermische Beanspruchung (Prüffeuer) Temperatur [ C ] im Brandraum: - Vollbrand - T > ETK nach DIN Dauer 32 Minuten Zeit [min] Fk3 C Fk4 C Fk5 C ETK C Brandraum: 12 m², Höhe 2,6 m Fenster: 1,7 x 1,4 m (B x H) Brandlast: 475 kg Holz und 50 l Isoprop. Brandlastdichte: 772 MJ/m² bzw. 47 kg Holz / m² Die Brandlastdichte lag im oberen Bereich des statischen Querschnitts für Büro- bzw. Wohnräume! vor der Fassade (WDVS): - flash-over nach 5 min, d.h. Flammenaustritt - max. Flammenhöhe: 4 m über Sturz - Austrittsdauer: 31 min 24

25 WDVS mit 200 mm EPS-Dämmung und Brandriegel (PU /PIR) 0,5 m oberhalb des Brandraumfensters Vollbrand, Primärflamme über dem Fenstersturz der nächsten Etage nach dem Versuch, Putz im Sturz offen Brandüberschlag ins nächste Geschoss durch Fenster Dämmung nach dem stripping, PU-Brandriegel (vorn 20 mm EPS) kein Überbrennen des Brandriegels Die Wirksamkeit des zweigeschossigen Brandriegels für Fall A wurde nachgewiesen!.: 25

26 WDVS mit 200 mm EPS-Dämmung und Brandriegel (Miwo) 3,5 m oberhalb des Brandraumfensters Vollbrand, Primärflamme bis über Fenstersturz der nächsten Etage hinaus (Fenster 2.) nach dem Versuch, Putz im Sturz offen Brandüberschlag durch Fenster Dämmung nach dem stripping MW-Brandriegel kein Überbrennen des Brandriegels Die Wirksamkeit des zweigeschossigen Brandriegels für Fall B wurde nachgewiesen!.: 26

27 Schädigung gesamt Dämmstoff Eine fortschreitende Brandausbreitung im Dämmbereich (EPS) der WDVS wurde bei allen Versuchen durch die horizontal durchgängigen Brandriegel verhindert..: 27

28 Untersuchungen zum Brandverhalten von Müllcontainern Papiercontainer Gesamtmasse 132 kg 30 min verbrannt 39 kg Plastecontainer Gesamtmasse 129 kg 26 min verbrannt 60 kg Papier- und Plastecontainer Gesamtmasse 236 kg 30 min verbrannt 117 kg 200 kg Holzkrippe + 3 kg Isopro. Gesamtmasse 203 kg 30 min verbrannt 182 kg 16. Prüfminute 15. Prüfminute Prüfminute 8. Prüfminute

29 Prüffeuer 200 kg Holzkrippe Isothermen BV Maximalwerte-NBH zügige Brandentwicklung Prüfminute Vollbrand - Flammenhöhen: 6 7 m über ca. 15 min (8. 22.) danach Glutbrand (Einsturz Krippe) Höhe in m verbrannte Masse: nach 30 Minuten 175 kg (ca. 90 %) - Energieabgabe im Maximum: 3,2 MW 2 0 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 Breite in m 17. Prüfminute Vollbrand Temperaturen an der Wand

30 Aufbau der Originalbrandversuche mit WDVS 30

31 Vergleich der Brandentwicklung Kalibrierversuch unbekleidete Porenbetonwand WDVS ohne Sockelertüchtigung WDVS mit Sockelertüchtigung WDVS mit Sockelertüchtigung Wiederholung 10. Prüfminute 31

32 Versuchsablauf im Vergleich Kalibrierversuch unbekleidete Porenbetonwand WDVS ohne Sockelertüchtigung WDVS mit Sockelertüchtigung WDVS mit Sockelertüchtigung Wiederholung Vollbrand, rasante Energieabgabe 15. Prüfminute 32

33 Versuchsablauf im Vergleich Kalibrierversuch unbekleidete Porenbetonwand WDVS ohne Sockelertüchtigung WDVS mit Sockelertüchtigung WDVS mit Sockelertüchtigung Wiederholung (28. Minute) 25. Prüfminute (offizielles Versuchsende) 33

34 Schädigung der Putzoberfläche im Vergleich WDVS ohne Sockelertüchtigung WDVS mit Sockelertüchtigung WDVS mit Sockelertüchtigung Wiederholung vollständiger Abbrand des WDVS Putzoberfläche oberhalb des untersten Brandriegels (Sockel) geschlossen darunter (Perimeter) Abbrand Putzoberfläche oberhalb des untersten Brandriegels (Sockel) geschlossen darunter (Perimeter) Abbrand

35 Schädigung der Dämmung im Vergleich WDVS ohne Sockelertüchtigung WDVS mit Sockelertüchtigung WDVS mit Sockelertüchtigung Wiederholung Dämmung und Kleber verbrannt Perimeter: Dämmstoff und Kleber verbrannt EG: Dämmstoff und Kleber pyrolisiert OG (1. und 2): Dämmstoff partiell geschmolzen Perimeter: Dämmstoff und Kleber verbrannt EG: Dämmstoff und Kleber pyrolisiert OG (1. und 2): Dämmstoff partiell geschmolzen

36 Brandschutzrichtlinie Verwendung von Baustoffen, Ziffer Werden für Aussenwandbekleidungen und / oder Wärmedämmungen brennbare Bauprodukte verwendet, muss die Zugänglichkeit für die Feuerwehr für den Löscheinsatz (z. B. Druckleitungen, mobiler Wasserwerfer) an die jeweiligen Fassadenflächen gewährleistet sein. 2 Brennbare Aussenwandbekleidungen und / oder Wärmedämmungen sind konstruktiv so zu unterteilen, dass sich ein Brand an der Aussenwand vor dem Löschangriff durch die Feuerwehr um nicht mehr als zwei Geschosse oberhalb des Brandgeschosses ausbreiten kann. An Gebäuden mittlerer Höhe sind Aussenwandbekleidungen aus brennbaren Baustoffen nur zulässig, sofern die Zugänglichkeit der Feuerwehr für den Löscheinsatz an die jeweiligen Fassaden gewährleistet ist und das Schutzziel in Absatz 2 eingehalten werden kann. Quelle: «Brandschutzmassnahmen für VAWD», VKF 2015, Michael Binz 36

37 BSR Verwendung von Baustoffen, Ziffer Wärmedämm-Verbundsysteme von Gebäuden mittlerer Höhe, deren Dämmstoffe aus brennbaren Materialien bestehen, müssen mit einer von der VKF anerkannten oder gleichwertigen Konstruktion ausgeführt werden oder in jedem Geschoss einen umlaufenden Brandriegel aus Baustoffen der RF1 (Schmelztemperatur C) mit einer minimalen Höhe von 0.2 m aufweisen. Der «EPS Verband Schweiz» hat ein entsprechendes Stand der Technik Papier erarbeitet, welches durch die Technische Kommission Brandschutz anerkannt ist. Quelle: «Brandschutzmassnahmen für VAWD», VKF 2015, Michael Binz 37

38 Insbesondere Wärmedämm-Verbundsysteme und hinterlüftete Fassaden, welche das bezüglich Brandausbreitung über die Gebäudehülle geforderte Schutzziel erreichen. Die konstruktiven Vorgaben können dabei aus konstruktiven Vorgaben in Brandschutzrichtlinien, einem VKF anerkannten Stand der Technik-Papier oder einer VKF-Anerkennung stammen. BSR Verwendung von Baustoffen, Ziffer Quelle: «Brandschutzmassnahmen für VAWD», VKF 2015, Michael Binz 38

39 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!! Ein Berufspyromane beantwortet gern Ihre Fragen. 39