Beurteilung des Brandverhaltens von PET-Flaschen im
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Ingenieure für Brandschutz Beurteilung des Brandverhaltens von PET-Flaschen im Rahmen der Entwicklung von neuen Materialien für den Fassadenbau Jonas Schwering Hochschule Darmstadt, hhpberlin Ingenieure für Brandschutz GmbH und der Firma MINIWIZ Fassung September 2012 Fassung September 2012 Fassung 21. September 2009 Inhalt 2 1 Einleitung 2 POLLI-BrickTM 2.1 Aufbau des Fassadensystems 2.2Kunststoffe 2.3Herstellung der POLLI-BricksTM 2.4Bauordnungsrechtliche Einstufung 3 Brandversuche 3.1 Baustoffklassifizierung nach DIN 4102-1 3.2Orientierende Prüfungen an POLLI-BrickTM 4 Ergebnisse der Brandversuche 5 Ausblick Fassung September 2012 POLLI-BricksTM – Brandverhalten neuer Materialien für den Fassadenbau Beurteilung des Brandverhaltens von PET-Flaschen im Rahmen der Entwicklung von neuen Materialien für den Fassadenbau 1 Einleitung Die Fassade ist einer der ersten Eindrücke, die ein Gebäude hinterlässt. Es ist der sichtbare und repräsentative Teil eines jeden Gebäudes und spiegelt die Qualität und den Charakter von Bauwerken wider. Architekten bevorzugen es, bei der Gestaltung und Ausführung der Fassade so frei wie möglich zu arbeiten. Die Gestaltung der Fassade folgt für sie zumeist nicht nur praktischen bauphysikalischen Überlegungen, sondern immer auch künstlerischen Ansprüchen. Genau wie andere Gebäudeteile, so ist auch die Fassade als Teil einer baulichen Anlage den bauordnungsrechtlichen Bauteil- und Baustoffanforderungen sowie den allgemeinen und brandschutzorientierten Schutzzielen unterworfen. Gerade bei dem Einsatz neuer Baumaterialien ist der Blick auf die Einhaltung der Schutzziele oberstes Gebot, um Leben und Gesundheit von Mensch und Tier nicht zu gefährden. Im Zuge des nachhaltigen Bauens gibt es Bestrebungen, aus recycelten PETGetränkeflaschen Fassadenelemente herzustellen. Der neue Baustoff „Polyethylenterephthalat (PET)“ ist ein thermoplastischer, brennbarer Kunststoff – Einschränkungen, die beim Einsatz des Baustoffs berücksichtigt werden müssen. Unter dem Motto „Your trash, our building material“ wird die weggeworfene PET-Flasche zu POLLI-BrickTM verarbeitet – einer PET-Flasche in Wabenform – und kann so ihrer neuen Bestimmung zugeführt werden. Individuelle Fassadenelemente aus POLLI-BricksTM können so vielleicht künftig den Charakter neuer Gebäude gestalten. Unter welchen Randbedingungen POLLI-BricksTM tatsächlich ein für den Fassadenbau geeignetes Material darstellt, wurde im Rahmen der Bachelorarbeit von Jonas Schwering von der Hochschule Darmstadt in Zusammenarbeit mit der Firma MINIWIZ sowie mit hhpberlin geprüft. 4 5 Fassung September 2012 POLLI-BricksTM – Brandverhalten neuer Materialien für den Fassadenbau Aufbau der Analyse 2 P OLLI-BrickTM Ziel dieser Arbeit war es, das Brandverhalten von PET-Flaschen, am Beispiel der POLLI-BricksTM im Rahmen der Entwicklung von neuen Materialien für den Fassadenbau zu beurteilen. Daher wurde in der ausführlichen Arbeit zuerst der „neue“ Baustoff PET und dann der Aufbau des Fassadensystems beschrieben. In einem weiteren Schritt wurde untersucht, welche bauordnungsrechtlichen Anforderungen an Fassaden und Dämmungen in der Musterbauordnung und den Muster-Sonderbauvorschriften gestellt werden. Insbesondere wurde herausgearbeitet, inwieweit brennbare Baustoffe im Bereich der Fassade verwendet werden dürfen. Das Produkt „POLLI-BrickTM“ (dt. Kunststoffziegel) ist eine Entwicklung des Architekten Arthur Huang der Firma MINIWIZ. Die taiwanesische Firma MINIWIZ mit Hauptsitz in Taipeh hat sich auf die nachhaltige und zukunftsorientierte Entwicklung von Produkten im Energiebereich spezialisiert. POLLI-BrickTM ist der Markenname für eine Flasche aus recycelten Polyethylenterephthalat (PET), die in Wabenform (Sechseck) hergestellt wird und zudem sehr leicht und lichtdurchlässig ist. Das Volumen der PET-Flasche beträgt sechs Liter. In Abbildung 1 ist ein POLLI-BrickTM-Vollmodul dargestellt. Am Beispiel der POLLI-BricksTM wurde das Material dann in Anlehnung an die DIN 4102-1 mittels orientierender Brandversuche getestet und brandschutztechnisch beurteilt. Aus den Ergebnissen der Brandversuche lassen sich erste Aussagen darüber treffen, bei welchen Gebäuden die POLLI-BricksTM – bei einer entsprechenden Zulassung – unter den jetzigen Voraussetzungen als Fassadenelemente und Dämmung eingesetzt werden können. Darüber hinaus wurde betrachtet, wie das Material oder der Aufbau der Fassade in Bezug auf den Brandschutz ertüchtigt werden kann bzw. muss. Die nachfolgenden Ausführungen geben einen Überblick über die Ergebnisse der Untersuchung. Den ausführlichen Bericht lesen Sie unter www.hhpberlin.de/de/wissen. Abbildung 1: POLLI-BrickTM-Vollmodul (Abmessungen in mm) Neben den Vollmodulen gibt es zusätzlich POLLI-BrickTM-Halbmodule, die in Abbildung 2 dargestellt sind. Abbildung 2: POLLI-BrickTM-Halbmodul (Abmessungen in mm) 6 7 Fassung September 2012 POLLI-BricksTM – Brandverhalten neuer Materialien für den Fassadenbau 2.1 Aufbau des Fassadensystems Wie in Abbildung 3 zu sehen, bilden aufeinandergestapelte POLLI-BrickTM-Halb- und -Vollmodule ein POLLI-BrickTM-Element. Dabei sind die POLLI-BrickTM-Module so geformt, dass sie sich mit den Nachbarflaschen über Nuten und Rippen fest verzahnen und dabei keine chemischen Klebstoffe zur Verbindung benötigt werden. Abbildung 4: Aufbau des POLLI-BrickTM–Fassadensystems Abbildung 3: Aufbau des POLLI-BrickTM– Elements Jedes POLLI-BrickTM-Element hat die Abmessungen 162,2 x 176 x 38,5 cm und wiegt 63 kg. Die Abbildung 3 zeigt zwei zusammengefügte Elemente. Auf die Außen- und Innenseite des POLLI-BrickTM-Elements wird eine PolycarbonatPlatte (PC-Platte) montiert. Diese sorgt für einen gleichmäßigen Abstand der POLLI-BricksTM zueinander und dient außerdem als zusätzliches Befestigungselement und Schutzmaterial. Die Polycarbonat-Außenplatte dient vor allem als Witterungsschutz. Befestigt wird die Polycarbonat-Platte an den POLLI-BrickTMElementen mit den Deckeln der POLLI-BricksTM. In die POLLI-BrickTM-Elemente können Fenster, Türen, Ventilatoren und andere Fassadenöffnungen integriert werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass das Fassadensystem komplett zerlegt und an anderer Stelle, entsprechend des Baukastenprinzips, beliebig wieder zusammengesetzt bzw. vollständig recycelt werden kann. Aufgrund der eingeschlossenen Luft werden gute Dämmwerte (U-Wert = 0,083) erreicht und der Schallschutz ist sichergestellt. Abbildung 4 zeigt den vollständigen Aufbau des Fassadensystems. Über Befestigungselemente und Schienen werden die POLLI-BrickTM-Elemente an der Gebäudekonstruktion angebracht. Mit 63 kg pro Element zeichnet sich das Fassadensystem besonders durch sein geringes Gewicht aus. 8 9 Fassung September 2012 2.2 KUNSTSTOFFE Synthetische Kunststoffe werden aus Erdöl oder Erdgas produziert und enthalten als Grundelement Kohlenstoff (C). Aufgrund dieser Zusammensetzung sind sie brennbar. Jedoch kann die Brandeigenschaft variieren, da diese vom chemischen Aufbau, der Form und der Oberflächenstruktur des Kunststoffes abhängt. Werden Kunststoffe als Baustoff verwendet, muss ihr Brandverhalten nach definierten Prüfverfahren der DIN 4102-1 bzw. der DIN EN 13501-1 bestimmt werden. PET PET ist ein Thermoplast und wird synthetisch durch Polykondensation erzeugt. Bei Erwärmung erweichen Thermoplaste allmählich und gehen mit steigender Temperatur vom festen in den flüssigen Aggregatzustand über. Sie werden plastisch verformbar, das heißt, sie nehmen nach Entfernung der Wärmequelle nicht wieder ihre ursprüngliche Form an. Thermoplaste bestehen aus langkettigen, linearen oder wenig verzweigten Molekülen. Zwischen den Molekülen der Ketten bestehen Wasserstoffbrückenbindungen oder Van-der-Waals-Wechselwirkungen. Werden diese Makromoleküle erwärmt, geraten sie in Schwingung, die Anziehungskräfte werden langsam überwunden und die langen Ketten (Makromoleküle) können aneinander vorbeigleiten. Für das menschliche Auge ist dieser Vorgang als Erweichen und Schmelzen sichtbar. Nach dem Abkühlen erhärten die Thermoplaste wieder. Aufgrund dieser Eigenschaften lassen sie sich leicht in Formen gießen bzw. blasen, zu Fäden ziehen oder zu Folien auswalzen. Bei der Polykondensation reagieren Monomere miteinander, die mindestens zwei funktionelle Gruppen (Hydroxy-, Carboxy- und Amino-Gruppe) besitzen. Die Monomere verbinden sich zu langen Ketten, indem die funktionellen Gruppen miteinander reagieren. Bei diesem Reaktionsschritt wird ein kleines Molekül abgespalten. Reagieren bei der Polykondensation die Monomere miteinander, die zwei funktionelle Gruppen (bifunktionell) besitzen, so führt dies zur Bildung von linearen, thermoplastischen Kunststoffen. POLLI-BricksTM – Brandverhalten neuer Materialien für den Fassadenbau Ergebnis der Polykondensation ist ein Polyester. Dabei ist der wichtigste Vertreter der Polyester das PET, dessen Ausgangsstoffe Terephthalsäure und Ethandiol sind. Das PET entsteht durch Verknüpfung (Esterreaktion) der Carboxylgruppen (-COOH) der Terephthalsäure mit der Hydroxylgruppe (-OH) des Ethandiol. Während dieser Polykondensationsreaktion wird Wasser abgespalten. 2.3 HERSTELLUNG DER POLLI-BRICKSTM Hergestellt werden die POLLI-BricksTM aus hundert Prozent recycelten PETFlaschen bzw. aus hundert Prozent recyceltem PET, das bei der Herstellung von PET-Flaschen als Abfall übrig bleibt. Abbildung 6: Recycling Kreislauf Die weggeworfenen PET-Flaschen werden zu Pellets zerkleinert und weiterverarbeitet. Am Ende entsteht so aus Abfall ein neues Bauprodukt – das POLLI-BrickTM. Da die POLLI-BricksTM aus recyceltem Material bestehen, müssen gewisse Grenzwerte festgelegt werden, in denen sich die Eigenschaften des Materials bewegen dürfen. Nur dadurch kann eine gleichbleibende Qualität gewährleistet werden. Die Bauprodukte, deren Eigenschaften an den unteren Grenzwerten liegen, müssen getestet werden. Insgesamt wird dadurch erreicht, dass durchgeführte Versuche repräsentativ sind. Abbildung 5: Eigenschaften des PETs der POLLI-BricksTM 10 11 Fassung September 2012 POLLI-BricksTM – Brandverhalten neuer Materialien für den Fassadenbau 2.4 Bauordnungsrechtliche Einstufung Die POLLI-BricksTM werden zu Fassadenelementen zusammengesetzt. Bauordnungsrechtliche Anforderungen an Fassaden direkt existieren in der Musterbauordnung nicht, da die Fassade lediglich die äußere Ansichtsfläche eines Gebäudes darstellt. Deshalb muss im Rahmen einer bauordnungsrechtlichen Betrachtung die Anwendung der POLLI-BricksTM als Fassadenelement differenziert betrachtet werden. 1.Wird aus den POLLI-BrickTM-Modulen eine komplette Außenwand hergestellt, so gewährleisten die Module den Raumabschluss der Nutzungseinheiten zur Umgebung. Eine aus POLLI-BrickTM-Modulen bestehende Außenwand ist deshalb im Sinne der MBO als nichttragende Außenwand zu betrachten. 2.Werden die POLLI-BricksTM-Module als Dämmung oder aus architektonischen Gründen vor eine Gebäudeaußenwand montiert, gelten sie im Sinne der MBO als Außenwandbekleidung. Anforderungen an Außenwände Das Schutzziel für eine Außenwand ist in § 28 (1) MBO festgelegt: „Außenwände und Außenwandteile wie Brüstungen und Schürzen sind so auszubilden, dass eine Brandausbreitung auf und in diesen Bauteilen ausreichend lange begrenzt ist.“ Durch die Umsetzung dieses Schutzziels soll verhindert werden, dass die gesamte Außenwand mit ihren Bestandteilen aktiv am Brand beteiligt ist. Bei einem Brand im Inneren einer baulichen Anlage soll die Brandausbreitung nach außen auf benachbarte Bebauungen bzw. obere Etagen des Gebäudes (Feuerüberschlag) behindert werden. Um das festgelegte Schutzziel zu erfüllen, werden brandschutztechnische Anforderungen an die verwendeten Baustoffe und Bauteile gestellt. Werden diese eingehalten, gilt das Schutzziel als gewahrt. 12 Abbildung 7: Übersicht der Außenwände Die MBO unterteilt Außenwände in folgende Arten: Die Zulässigkeit von brennbaren Baustoffen im Bereich der Außenwand (als Baustoff der Außenwand oder als Außenwandbekleidung bzw. -oberfläche) ist durch die bauaufsichtlichen Mindestanforderungen der MBO sowie durch die Muster Sonderbauvorschriften festgelegt. Ist dies nicht der Fall, da z. B. keine Vorschriften existieren (nicht geregelter Sonderbau), müssen im Einvernehmen mit der Bauaufsicht schutzzielorientierte Mindestanforderungen festgelegt werden. Das Fassadensystem der POLLI-BricksTM ist im Sinne der MBO nicht tragend. Das heißt, dass es sich nicht am Gesamtlastabtrag eines Gebäudes beteiligt und nicht zur Aussteifung eines Gebäudes dient. Deshalb wird im Folgenden nur auf die brandschutztechnischen Anforderungen an nichttragende Außenwände eingegangen. Darüber hinaus ist es denkbar, die POLLI-BricksTM als Dämmung vor eine Außenwand zu setzen. Aus diesem Grund wird nachfolgend auch auf die brandschutztechnischen Anforderungen an Oberflächen von Außenwänden und Außenwandbekleidungen eingegangen. Im Bereich von Brandwänden ergeben sich zudem besondere brandschutztechnische Anforderungen an Außenwände, Oberflächen von Außenwänden und Außenwandbekleidungen, sodass auch darauf Bezug genommen werden soll. 13 Fassung September 2012 POLLI-BricksTM – Brandverhalten neuer Materialien für den Fassadenbau Brandschutztechnische Anforderungen Die brandschutztechnischen Anforderungen für nichttragende Außenwände sind immer von der Gebäudeklasse abhängig. Abbildung 9: Anforderungen für Gebäudeklasse 4 und 5 Abbildung 8: Anforderung an nichttragende Außenwand Abbildung 9 und Abbildung 10 geben eine Überblick über die brandschutztechnischen Anforderungen des § 26 MBO „Außenwände“. Insbesondere bei Regelbauten der Gebäudeklasse 1 bis 3 ist die Brandausbreitung über die Fassade nicht als besonderes Risiko zu betrachten. Für nichttragende Wände, Außenwandbekleidungen und Oberflächen von Außenwänden werden deshalb auch nur normalentflammbare Baustoffen gefordert. Bei Gebäuden der Gebäudeklasse 4 und 5 hingegen sind die Anforderungen höher. Nichttragende Wände aus brennbaren Baustoffen müssen hier einen Feuerwiderstand von 30 Minuten aufweisen und Außenwandbekleidungen sowie Oberflächen von Außenwänden müssen mindestens die Anforderungen der Schwerentflammbarkeit erfüllen. Abbildung 10: Anforderungen für Gebäudeklasse 1, 2 und 3 Darüber hinaus, und soweit die Sonderbauvorschriften keine besonderen Regelungen hierfür treffen, gelten diese Anforderungen der MBO an Außenwände, Außenwandbekleidungen und Oberflächen von Außenwänden auch für Sonderbauten. 14 15 Fassung September 2012 POLLI-BricksTM – Brandverhalten neuer Materialien für den Fassadenbau 3 Brandversuche Damit POLLI-BrickTM in Deutschland als Baustoff verwendet werden darf, muss im Rahmen des Verwendbarkeitsnachweises durch Brandversuche deren Brandverhalten bestimmt werden. Damit kann das Brandverhalten von Baustoffen ermittelt und der entsprechende Feuerwiderstand festgestellt werden. Durch diese Brandversuche werden also Bauteile und Baustoffe geprüft und klassifiziert. Dies geschieht national durch die Vorgaben der „DIN 4102 - Brandverhalten von Baustoffen und Bauteilen“. Die Zuordnung der bauordnungsrechtlichen Begriffe zu den Baustoff- und Feuerwiderstandsklassen erfolgt über die BRL. Abbildung 11: Übersicht über die Klassifizierung der DIN 4102 Tabelle 1: Baustoffklassen Die offizielle Zuordnung der bauaufsichtlichen Begriffe zu den Baustoffklassen erfolgt über die BRL A, Teil 1. Die nichtbrennbaren Baustoffe werden in A1 und A2 unterschieden. Baustoffe der Baustoffklasse A1 enthalten keine brennbaren Bestandteile. Als A2 werden Baustoffe klassifiziert, die nichtbrennbar sind, aber brennbare Bestandteile enthalten. Jeder geprüfte und klassifizierte Baustoff muss auch die Anforderungen der niedrigeren Klasse erfüllen. So muss beispielsweise ein Baustoff der Baustoffklasse B1 auch die Prüfung des normalentflammbaren Baustoffes erfolgreich bestehen. Am Ende wird die Klassifizierung des Baustoffes durch ein Prüfzeugnis nachgewiesen. 3.2 Orientierende Prüfungen an POLLI-BrickTM Im Zuge der europäischen Harmonisierung ist seit 2002 auch die „DIN EN 13501 – Klassifizierung von Bauprodukten und Bauarten zu ihrem Brandverhalten“ in Deutschland eingeführt und soll die DIN 4102 ersetzten. Für eine unbestimmte Übergangsfrist sind die DIN 4102 und DIN EN 13501 gleichwertig bzw. alternativ anwendbar. 3.1 Baustoffklassifizierung nach DIN 4102-1 In der „DIN 4102-1: Baustoffe – Begriffe, Anforderungen und Prüfungen“ sind die einheitlichen Prüfverfahren (Brandversuche) für Baustoffe geregelt. Zudem ist dort beschrieben, welche Prüfkriterien für eine bestimmte Klassifizierung erfüllt sein müssen. Folgende Baustoffklassen werden gemäß DIN 4102-1 unterschieden: 16 Um Erkenntnisse über das Brandverhalten von POLLI-BrickTM zu erhalten, wurde an der Hochschule Darmstadt die Prüfapparatur der Normalentflammbarkeitsprüfung nach DIN 4102-1 nachgebaut und orientierende Prüfungen der POLLIBricksTM durchgeführt. Das Ziel der Prüfungen war es, festzustellen, ob die POLLI-BricksTM mindestens als normalentflammbar (B2) klassifiziert werden können. Ist das nicht der Fall, gelten die POLLI-BricksTM als leichtentflammbar (B3) und dürfen im Sinne der MBO nicht verwendet werden. Die Normalentflammbarkeit der POLLI-BricksTM kann mithilfe des Kleinbrennertests nach DIN 4102-1 nachgewiesen werden. Aus diesem Grund dient die DIN 4102-1, hier insbesondere die Anforderungen und Voraussetzung für die Einreihung in die Baustoffklasse B2, als Prüfgrundlage. Der Prüfaufbau des Kleinbrennertests ist in der DIN 4102-1 beschrieben. Um die Brandversuche möglichst normkonform durchzuführen, wurde die Apparatur 17 Fassung September 2012 nachgebaut (siehe Abbildung 12). Mittels Schraubzwingen werden die Proben an dem Rahmen befestigt, sodass sie senkrecht hängen. Die Flamme des Brenners trifft die Probe im 45° Winkel. In dem Korb, der unterhalb der Probe steht, befinden sich zwei Lagen Filterpapier, um die Probe auf brennendes Abtropfen zu prüfen. Der Boden des Korbes besteht aus Drahtmaschen. POLLI-BricksTM – Brandverhalten neuer Materialien für den Fassadenbau Materialeigenschaften Bei den orientierenden Brandversuchen werden zwei Arten von POLLI-BricksTM getestet: • • POLLI-BricksTM, die aus 100 % recycelten PET, das bei der Herstellung von PET-Flaschen als Produktionsabfall anfällt, bestehen. Diese POLLI-BricksTM sind transluzent und werden nachfolgend als Probe A bezeichnet. POLLI-BricksTM, die aus recycelten PET-Flaschen bestehen, die schon im Umlauf waren und daher gebraucht wurden (post consumer). Diese POLLIBricksTM sehen milchig aus und werden im weiteren Verlauf der Arbeit als Probe B bezeichnet. Abbildung 13: POLLI-BrickTM Probe A Abbildung 14: POLLI-BrickTM Probe B Abbildung 12: Prüfaufbau 18 19 Fassung September 2012 4 Ergebnisse der Brandversuche Ziel der Untersuchung war es, zu erarbeiten, inwieweit es möglich ist, brennende Baustoffe im Bereich der Fassade bzw. Außenwand zu verwenden sowie das Brandverhalten von PET-Flaschen, am Beispiel der POLLI-BricksTM, zu untersuchen und zu beurteilen. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Verwendung von brennbaren Baustoffen im Bereich der Außenwand (Fassade) in der MBO bzw. den verschiedenen Muster-Sonderbauvorschriften geregelt ist. Diese Vorschriften legen brandschutztechnische Anforderungen, z. B. an Baustoffe und Bauteile, fest und garantieren dadurch eine Art Mindestbrandschutz. Für jede bauliche Anlage müssen die Bestimmungen des Mindestbrandschutzes umgesetzt werden. Nur so sind die aufgestellten Schutzziele sicher erfüllt. Die brandschutztechnischen Anforderungen an Außenwände und Außenwandbekleidungen sind abhängig von der Art des Gebäudes (Regel- oder Sonderbau) und der Gebäudeklasse, in die das Gebäude eingestuft wird. Im Regelbau können bis Gebäudeklasse 3 Außenwände ohne definierten Feuerwiderstand ausgebildet werden, die verwendeten Baustoffe müssen jedoch als mindestens normalentflammbar (B2) klassifiziert sein. Für höhere Gebäudeklassen fordert die MBO bei Verwendung von brennbaren Baustoffen zur Herstellung von Außenwänden mindestens eine feuerhemmende Qualität, das heißt einen Feuerwiderstand von mindestens 30 Minuten (W 30-B). Die Außenwandbekleidung muss mindestens schwerentflammbar (B1) sein. Die Muster-Sonderbauvorschriften stellen zum Teil höhere brandschutztechnische Anforderungen an Außenwände und Außenwandbekleidungen. Dies ist der Fall, da Sonderbauten meist ein höheres Risiko als Regelbauten aufweisen, was beispielsweise die Brandausbreitung und die Personenrettung betrifft. In dieser Arbeit wurden die Muster-Verkaufsstättenverordnung (MVkVO), MusterVersammlungsstättenverordnung (MVStättV), Muster-Hochhausrichtlinie (MHHR) und die Muster-Richtlinie über den baulichen Brandschutz im Industriebau (MIndBauRL) betrachtet. Betrachtet man nun den neuen Baustoff POLLI-BricksTM, darf dieser in Deutschland nicht einfach so verwendet werden. Da es sich bei den POLLI-BricksTM um ein nicht geregeltes Bauprodukt handelt, muss die Verwendbarkeit für die Bauaufsicht nachgewiesen werden und eine allgemeine bauaufsichtliche Zulas- 20 POLLI-BricksTM – Brandverhalten neuer Materialien für den Fassadenbau sung erfolgen. Das Zulassungsverfahren läuft grundsätzlich über das Deutsche Institut für Bautechnik (DIBt), das auch die Zulassung ausstellt. Grundlage der Zulassung sind vor allem Brandprüfungen, in denen das Brandverhalten bestimmt wird. Welche Prüfungen durchgeführt werden müssen, legt das DIBt in einem Prüfprogramm fest bzw. sind diese mit dem DIBt abzustimmen. Da momentan noch keine Brandprüfungen nach einer gültigen deutschen bzw. europäischen Norm vorliegen, wurde im Rahmen dieser Untersuchung das Brandverhalten der POLLI-BricksTM getestet. Um Erkenntnisse über das Brandverhalten der POLLI-BricksTM zu bekommen, wurde die Prüfapparatur der Normalentflammbarkeitsprüfung nach DIN 4102-1 nachgebaut. Zu Beginn der Untersuchung war der wichtigste Schritt, zu klären, ob die POLLI-BricksTM normal- oder leichtentflammbar sind, da nur mindestens normalentflammbare Baustoffe (B2) gemäß MBO verwendet werden dürfen. Untersucht wurden zwei Arten von POLLI-BricksTM, die sich in ihrem Material unterscheiden. Das Material der Probe A wird aus recycelten PET-Abfällen hergestellt, während das Material der Probe B aus recycelten PET-Flaschen gewonnen wird. Für beide Arten wurde das Brandverhalten auf Normalentflammbarkeit in Anlehnung an die DIN 4102-1 geprüft. Die orientierenden Brandversuche haben gezeigt, dass die POLLI-BricksTM nicht leichtentflammbar, sondern mindestens normalentflammbar sind. Dies ist ein wichtiges Resultat, da es somit möglich ist, die POLLI-BricksTM als Bauprodukt im Sinne der MBO zu verwenden. Die orientierenden Brandversuche haben aber auch gezeigt, dass die POLLI-BricksTM im Brandfall schmelzen und brennend abtropfen. Diese Feststellung führt dazu, dass derzeit die Anwendung der POLLIBricksTM im Fassadenbereich brandschutztechnisch bedenklich ist. Die MBO geht zwar nicht näher auf die Problematik des brennenden Abtropfens ein, jedoch ist im Zuge einer schutzzielorientierten Betrachtung brennendes Abtropfen im Fassadenbereich kritisch zu sehen. Es führt nicht nur zu einer Brandausbreitung nach unten, sondern gefährdet auch Gebäudenutzer, die sich in Sicherheit bringen wollen und arbeitende Sicherheitskräfte. Deshalb wird hier empfohlen, materialspezifisch (z. B. durch chemische Zusatzstoffe) nachzubessern. Unter diesen jetzigen Voraussetzungen könnten die POLLI-BricksTM z. B. für folgende Gebäude als nichttragende Außenwand bzw. Außenwandbekleidung verwendet werden: 21 Fassung September 2012 • • • • • • POLLI-BricksTM – Brandverhalten neuer Materialien für den Fassadenbau 5 Ausblick Gebäude der Gebäudeklasse 1 und 2 Gebäude der Gebäudeklasse 3: Grundfläche von 1.600 m und mit einer Höhe der Fußbodenoberkante des höchstgelegenen Geschosses, in dem ein Aufenthaltsraum möglich ist, von 7 Meter über Geländeoberfläche Das gesamte Fassadensystem der Firma MINIWIZ kann in dieser Untersuchung brandschutztechnisch leider nicht abschließend bewertet werden. Folgende Punkte sind noch nicht hinreichend geklärt und benötigen weitere Prüfungen: Verkaufsstätten < 800 m2 und einer Höhe von 7 Meter (Regelbau) 1.Im Rahmen der Brandversuche wurde nur das materialspezifische Brandverhalten der POLLI-BricksTM im Kleinbrennertest nach DIN 4102-1 ermittelt. Das Brandverhalten des gesamten Fassadensystems wurde nicht untersucht. Hier gilt es zu klären, welcher Baustoffklasse die PC-Platte zugeordnet werden kann und inwieweit sich der Luftraum zwischen der PC-Platte und den POLLI-BricksTM auf das Brandverhalten und insbesondere die Brandausbreitung auswirkt. Sollte es über B2 nicht hinausgehen, erfüllen sie die bauaufsichtlichen Anforderungen an Außenwände für diese Gebäudeklasse nicht. 2 erdgeschossige Versammlungsstätten < 1.600 m 2 Industriebauten < 2.000 m2 Industriebauten > 2.000 m2 mit selbsttätiger Feuerlöschanlage Da es sich um eine nichttragende Außenwand aus brennbaren Baustoffen handelt, sind in jedem Fall Besonderheiten im Brandwandbereich zu beachten (nachzulesen in der ausführlichen Arbeit auf www.hhpberlin.de). Gebäudeabschlusswände, die als Brandwände auszuführen sind, können mit dem POLLI-BrickTM-Fassadensystem nicht hergestellt werden, weil diese mindestens hochfeuerhemmend (F 60) sein müssen (für Gebäudeklasse 1 bis 3). Für hochfeuerhemmende Bauteile ist in der MBO genau festgelegt, wie diese auszubilden sind. Die tragenden und aussteifenden Bauteile dürfen aus brennbaren Baustoffen bestehen, müssen aber mit nichtbrennbaren Baustoffen verkleidet sein. Dies ist bei dem zu bewertenden Fassadensystem nicht der Fall. Die brandschutztechnische Qualität des POLLI-BrickTM-Fassadensystems kann, aufgrund der Anforderungen der MBO an das Brandverhalten von Baustoffen der Bauteile, maximal als feuerhemmend (F 30) eingestuft werden. Absolut ausgeschlossen ist die Verwendung der POLLI-BricksTM als Fassade eines Hochhauses, da hier nur nichtbrennbare Baustoffe zugelassen sind. Zusammenfassend ist das wichtigste Ergebnis der Brandversuche, dass beide Arten von POLLI-BricksTM nach DIN 4102-1 als normalentflammbar gelten. Allerdings wurde festgestellt, dass das Material im Brandfall brennend abtropft. Im Anwendungsbereich von Fassaden ist brennendes Abtropfen als bedenklich anzusehen. Hier wird eine Nachbesserung als erforderlich angesehen. 2.Im Zuge der orientierenden Brandversuche wurde nur die Normalentflammbarkeit des Baustoffs getestet. Weitergehende Brandprüfungen (Schwerentflammbarkeit, F30, Fassadenprüfstand bei Dämmung für die Gebäudeklassen 4 und 5) zur Verwendung des Systems auch bei anderen Gebäuden sind somit empfehlenswert. 3. urch die Montage der POLLI-BricksTM mittels Schienen an das GeD bäude existiert zwischen dem Fassadensystem und der Geschossdecke zwangsläufig ein Spalt. Die Geschossdecke ist in einer brandschutztechnischen Qualität ausgeführt, um einer Ausbreitung von Feuer und Rauch Widerstand zu leisten. Damit eine Brand- und Rauchausbreitung in das darüberliegende Geschoss möglichst lange verhindert wird, ist zu klären, wie der Anschlussbereich (insbesondere die entstehende Fuge) zwischen Geschossdecke und POLLI-BrickTM-Element ausgebildet sein muss. 4.Kunststoffe altern (Verwitterung, UV Einstrahlung) über die Zeit. Daher gilt es zu prüfen, inwieweit sich das Altern auf die brandschutztechnischen Eigenschaften auswirkt. 5.Die Bewertung der Rauchentwicklung (insbesondere der Menge, Temperatur und Konsistenz an toxischen und korrosiven Brandgasen) ist nicht Bestandteil der B2-Prüfung nach DIN 4102-1 und daher keine Voraussetzung für deren Bestehen. Es fiel aber auf, dass die untersuchten Proben zum Teil eine starke, rußige Rauchentwicklung aufwiesen. Es ist zu empfehlen, diese Verhalten nach DIN EN 13501 genauer zu prüfen und zu bewerten. 22 23 Fassung September 2012 POLLI-BricksTM – Brandverhalten neuer Materialien für den Fassadenbau 6.Zudem wurde bei den orientierenden Brandversuchen festgestellt, dass sich das Material während der Beflammung stark plastisch verformt. Es ist daher interessant zu wissen, wie sich mehrere Elemente im Brandfall verhalten, wenn sie sich plastisch verformen (Lastfall Brand) und genauer zu analysieren, ob dies Auswirkung auf die Befestigung der Elemente hat. Lesen Sie die gesamte Arbeit unter www.hhpberlin.de. 24 25 Fassung September 2012 26 POLLI-BricksTM – Brandverhalten neuer Materialien für den Fassadenbau 27 Weitere Informationen www.hhpberlin.de hhpberlin ist das führende deutsche Ingenieurbüro für Brandschutz mit Sitz in Berlin, München, Hamburg, Frankfurt und Braunschweig. Die im Jahr 2000 aus dem Büro Hosser, Hass und Partner hervorgegangene Firma entwickelt weltweit Brandschutzkonzepte für nationale und internationale Bauprojekte. Zu den Referenzen gehören u. a. die Münchner Allianz Arena, das Bundeskanzleramt, die Color Line Arena in Hamburg, die Dalian Twin Towers, das Pudong Museum in China sowie der neue Hauptstadt-Airport Berlin-Brandenburg International. Die Kompetenz von hhpberlin reicht von der brandschutzgerechten Fachplanung über die Ausführung bis hin zur Qualitätssicherung – sowohl im Neubau als auch bei der Bauerneuerung. hhpberlin Ingenieure für Brandschutz GmbH Hauptsitz: Rotherstraße 19 10245 Berlin Phone +49 (30) 895955 0 Fax +49 (30) 895955 9 101 www.hhpberlin.de [email protected]
