Bauphysik-Kalender 2021

Bild 9.Spread of flame test für PV-Module (Currenta GmbH & Co. OHG, Leverkusen)

In Deutschland werden PV-Module nach EN/IEC 61730 geprüft und zugelassen. Die IEC 61730 beschreibt sowohl Anforderungen an Materialien und Komponenten, wie Folien, Rahmenmaterialien, Anschlussdosen etc. als auch an vollständige PV-Modu-le. Die Feuerbeständigkeitsanforderungen der IEC 61730-2 an PV-Module basieren auf der amerikanischen Brandprüfung für Bedachungen nach ANSI/UL 790. Für die brandtechnologische Qualifizierung von PV-Modulen im Dachbereich ist der „Spread of Flame Test“ und der „Burning Brand Test“ durchzuführen (Bilder 9 und 10). Hierbei werden sowohl dachintegrierte PV-Module als auch solche für die Aufdachmontage von der Oberseite beflammt. Die PV-Module werden in die Klassen A, B oder C eingeteilt, wobei die Klasse C die Mindestanforderungen für Deutschland enthält.

Anforderungen nach IEC 61730-2 sind, dass:

– kein Teil der PV-Module glühend oder brennend vom Teststand fallen darf,

– die longitudinale Flammenausbreitung folgende Werte nicht überschreiten darf:Klasse A – 1,82 m,Klasse B – 2,40 m,Klasse C – 3,90 m,

– die laterale Flammenausbreitung begrenzt ist.

Wie in Abschnitt 10 erläutert, sind Bedachungen als Bauprodukte gemäß den Regelungen der Landesbauverordnungen und den entsprechenden Ausführungsverordnungen auszuführen. Für praktisch alle Gebäude gilt in Deutschland die Anforderung an „harte Bedachungen“ – eine Brandeinwirkung von außen darf nicht zu einer Brandausbreitung oder zu einem Durch-brand nach innen führen. Geprüft werden Dachaufbauten nach deutschem Baurecht entsprechend den Regeln der CEN TS 1187-1 in Verbindung mit der Klassifizierungsnorm DIN EN 13501-5 oder nach DIN 4102-7.

Bild 10.„Burning Brands“ für die Prüfung von PV-Modulen (Brandtechnologie, Currenta GmbH & Co. OHG, Leverkusen)

Das Prüfszenario für harte Bedachungen wurde auf Basis der Annahme entwickelt, dass ein Brand dadurch entsteht, dass von einem Kamin oder einem brennenden Nachbargebäude Zündquellen auf das Dach fallen. Bei der Entwicklung des Prüfverfahrens wurde davon ausgegangen, dass über dem Dach keine größeren Installationen vorhanden sind. Die deutsche Bauaufsicht hat festgestellt, dass in Deutschland für Dächer unter PV-Anlagen keine weitergehenden Anforderungen erforderlich sind, da keine größeren Brandfälle bekannt wurden, in denen dieser Effekt eine Rolle gespielt hat.

In den USA wurde seit 2013 neben der getrennten Betrachtung von PV-Modulen und von Dächern unter PV-Modulen ein neuer Ansatz verfolgt. In Zusammenarbeit zwischen den Normungsorganisationen und den Sachversicherern sowie dem Solar America Board for Codes and Standards (ABC) wurden die Versuchsmethoden und die Einstufung des Brandverhaltens auf Basis der Norm ANSI/UL 1703 für aufgeständerte PV-Module geändert. Geprüft wird jetzt immer das Solarmodul zusammen mit dem Montagesystem und den Dacheindeckungsprodukten über denen es installiert ist. Auf Basis dieser kombinierten Prüfung wird dann eine System-Klassifizierung für einen Typ eines Solarmoduls in Verbindung mit dem Montagesystem und dem darunterliegenden Dachtyp (Bedachung mit einer festgestellten Klassifizierung) und der oder den vorgesehenen Dachneigungen erteilt [4]. Es konnte in den USA bei Anwendung dieses erweiterten Zulassungsverfahrens gezeigt werden, dass es möglich ist, Bedachungen mit Dämmstoffen aus Kunststoffen, wie zum Beispiel Polyurethan, in Kombination mit Solarmodulen sicher auszuführen. Dann besteht im Brandfall kein Risiko, dass ein Brand an oder unter Solarmodulen zu einer schnellen Entzündung des Daches und einer nicht beherrschbaren Brandausbreitung führt.

In Europa wurden in den letzten Jahren weitere Forschungsarbeiten zu diesem Thema durchgeführt [5]. Diese haben gezeigt, dass im Falle eines Brandes die Beanspruchung für bestehende unter einem aufgeständerten Modul liegende Dächer erhöht sein kann. Die Ursachen sind Rückstrahlung der Wärme und erhöhte Strömungsgeschwindigkeiten der Luft.

Es wurde daher angezweifelt, dass die Erfüllung der Anforderungen an harte Bedachungen unter diesen Umständen noch ausreichend gewährleistet ist, wenn die bisher genormten Prüfverfahren angewendet werden. Eine Reihe von Sachversicherern fordert nun für große Flachdächer, besonders im Industriebau, dass keine brennbaren Dämmstoffe (Kunststoffe) auf Dächern mit aufgeständerten Solarmodulen verwendet werden, auch wenn diese im deutschen Baurecht zulässig sind.

Es ist zu erwarten, dass in den nächsten Jahren weitere Forschungsergebnisse vorgelegt werden und zumindest die Sachversicherer erhöhte Anforderungen stellen werden. Bei CEN TC 127 (dem europäischen Normungsgremium für die Prüfung des Brandverhaltens von Bauprodukten) wird derzeit diskutiert, ob eine zusätzliche Prüfnorm für die Prüfung des Brandverhaltens von Dächern unter Solarmodulen erstellt werden muss (Stand 2020).

Ein Beispiel sind Sandwichelemente mit organischem Kernwerkstoff und nichtbrennbaren Deckschichten, z. B. aus Stahl. Wichtig ist bei solchen Elementen immer, dass der Kernwerkstoff vor dem direkten Angriff einer Flamme geschützt bleibt. Der Schwachpunkt bei solchen Konstruktionen sind in der Regel die Fugen. Sind diese gut konstruiert und verschraubt oder anderweitig verbunden, können die Flammen im Brandfall den Kernwerkstoff nicht erreichen und entzünden; eine Brandausbreitung im Inneren des Elements wird unmöglich gemacht. Dies kann aber nur funktionieren, wenn auch die Tragkonstruktion des Bauwerks ausreichend stabil ist und insbesondere Deckenelemente und deren Deckschichten so befestigt sind, dass auch im Falle eines Brandes gewährleistet ist, dass weder die Elemente, noch die Deckschichten herunterfallen können.

Unterschiedliche Schutzziele können durch die Verwendung von Sandwichelementen mit unterschiedlichen Kernwerkstoffen erreicht werden.

Soll z. B. eine Konstruktion einen langandauernden Feuerwiderstand gewährleisten, müssen bei Beflammung von einer Seite mit der sogenannten „Einheitstemperaturkurve“, die einen sich entwickelnden Brand bis hin zum Vollbrand simuliert, die folgenden Anforderungen erfüllt werden:

– Die untersuchte Konstruktion muss intakt bleiben (kein Flammen- oder Rauchdurchtritt).

– Die Temperatur auf der dem Feuer abgewandten Seite darf bestimmte Grenzwerte nicht überschreiten.

Diese Ziele können mit einem Sandwichelement nur dann erreicht werden, wenn der Kernwerkstoff nicht thermoplastisch ist. Bei duroplastischen Dämmstoffen wie PUR/PIR- oder Phenolharzschäumen bleibt trotz der teilweisen thermischen Zersetzung ein Kohlenstoffgerüst stehen und damit ist eine gewisse Wärmeisolation auch nach längerer Hitzeeinwirkung gewährleistet.

Ein anderer Fall kann bei der Auslegung von großen Industrie- oder Lagerhallen auftreten. Wenn hier eine große Brandlast (z. B. durch das Lagergut) im Inneren eines Raumes oder Gebäudes vorhanden ist und somit die Gefahr eines Brandes mit hoher Wärmeentwicklung besteht, kann es wünschenswert sein, dass möglichst viel Wärme nach außen abgeführt wird. Sind nun hier als Dämmstoff thermoplastische Schäume eingesetzt, so schmelzen diese schnell und die Wärmeabfuhr nach außen wird erleichtert. Dieser Effekt kann mit Mineralwolldämmung, PUR- oder Phenolharzschäumen nicht erreicht werden. Allerdings müssen hier besondere Vorkehrungen getroffen werden, dass keine flüssige Schmelze an den Kanten und Fugen heraustropft oder herausläuft und sich entzündet.