Im September 2015 fand die Veranstaltung "Brandschutz im Brennpunkt" beim Materialprüfungsamt NRW in Erwitte statt. Die ehemalige Veranstaltungsreihe der Firma BELFOR wurde damit zum ersten Mal von FeuerTRUTZ durchgeführt. Neben verschiedenen Fachvorträgen wurden in einem Großbrandversuch typische Abweichungen sowie Mängel bei Durchführungen und Einbauten untersucht. Der Artikel stellt den Versuchsaufbau und die Ergebnisse einiger Probekörper vor.
Von Thomas Krause-Czeranka / Januar 2016. Die Seminarveranstaltung "Brandschutz im Brennpunkt" begann mit Fachvorträgen renommierter Referenten im Schlosshotel Erwitte. Die anstehenden Änderungen der Bauordnung für Nordrhein-Westfalen (BauO NRW) sowie die (immer noch) erwartete europäisch harmonisierte Produktnorm für Feuerschutzabschlüsse bildeten die Schwerpunkte der Vortragsreihe. Ministerialrat Knut Czepuck vom Ministerium für Bauen, Wohnen, Stadtentwicklung und Verkehr des Landes Nordrhein-Westfalen stellte die anstehenden wesentlichen Änderungen bei der Novellierung der Landesbauordnung vor (LBO), die immer noch nicht an die aktuelle Musterbauordnung (MBO) angepasst ist. Über die Änderungen bei der Verwendung von Feuerschutzabschlüssen durch die Produktnorm DIN EN 16034 [1] referierte der ausgewiesene Experte auf diesem Gebiet, Hans-Paul Mink. Insbesondere die europäische Kennzeichnung bedeutet eine Umstellung für alle am Bau Beteiligten. Die Einführung dieser Produktnorm wurde bereits mehrfach aufgeschoben, der aktuelle Stand des Beginns der Koexistenzphase ist jetzt der 1. September 2016.
Das schwierige Thema der Abweichungen von europäisch harmonisierten Bauprodukten wurde den Teilnehmern von Peter Vogelsang am Beispiel von Brandschutzklappen anschaulich vorgestellt. Jürgen Pennings vom Materialprüfungsamt NRW (MPA NRW) stellte anschließend die Aufgaben seiner Prüf- und Zertifizierungsstelle vor. Als Einstimmung auf die Brandprüfung erläuterte Thomas Krause-Czeranka den Versuchsaufbau und die einzelnen Probekörper.
Prüfaufbau
Im Anschluss an die Fachvorträge wurde den über 90 Teilnehmern im Brandprüfzentrum des MPA NRW der Aufbau der Großbrandprüfung vorgestellt. Die Brandprüfung erfolgte in einer 5 m × 4 m großen Massivwandkonstruktion aus Porenbeton. Die Dicke der Tragkonstruktion betrug 175 mm, die Wand war unverputzt (s. Abbildung 2).
In diese Wandkonstruktion waren insgesamt 16 unterschiedliche Probekörper eingebaut. Um die Temperaturerhöhung auf der dem Feuer abgewandten Seite zu dokumentieren, wurden an den Probekörpern insgesamt 70 Temperaturmessstellen angebracht. Deren Anordnung entsprach im Wesentlichen den entsprechenden Prüfnormen. Neben der Messung der Temperaturerhöhungen wurden an einzelnen Probekörpern Längen- und Kraftmessungen vorgenommen. Während der Brandprüfung wurde der Brandraum mithilfe von Gasbrennern so beheizt, dass die im Brandraum gemessenen Temperaturen der Heizgase nach der Einheitstemperaturzeitkurve (ETK) gemäß DIN EN 1363-1 [2] anstiegen. Bei den Probekörpern handelte es sich u.a. um:
- Brandschutzklappe als Fettabluftklappe
- Stahlblech-Brandschutztür T 30-1 auf Doppelbodenkonstruktion, mit geringem Abstand zu einer Kabelabschottung und zu einer Brandschutzklappe
- Installationskanal mit Kabelbelegung und stumpfem Anschluss an ein Weichschott
- verschiedene Bauteilfugen mit Polystyrol
- Durchführung einer Abgas-Zuluftleitung
- Durchführung von Rohren und Kabeln
- Brandschutz-Tellerventil mit einer Bekleidung als Sonderbauteil
- Gewindestangen zur Prüfung der Längendehnungen bei unterschiedlichen Belastungen
eingespannte Lüftungsleitung aus Stahlblech zur Kraftmessung.
Im Folgenden werden die Ergebnisse einiger dieser Probekörper vorgestellt.
Der Film wurde während eines Großbrandversuches bei der Veranstaltung „Brandschutz im Brennpunkt 2015“ am 15. September 2016 in Erwitte aufgenommen.
Es handelt sich um eine Zeitraffer-Aufnahme (ca. 5 min) einer Groß-Brandprüfung (5x4 m) über 90 Minuten mit z.T. mangelhaft und abweichend ausgeführten Systemen des vorbeugenden Brandschutzes baulichen Brandschutzes (u.a. Brandschutzklappen, Abschottungen, Brandschutztür, Fugenverschlüsse, Sonderkonstruktionen) im Brandprüfzentrum des MPA NRW in Erwitte.
Standard-Brandschutzklappe EI 90-S als Fettabluftklappe
Brandschutzklappen sind seit dem 1. September 2012 durch die Produktnorm DIN EN 15650 [3] geregelt. Absperrvorrichtungen gegen die Übertragung von Feuer und Rauch in Lüftungsanlagen gewerblicher Küchen sind von dieser Produktnorm nicht erfasst und benötigen als Verwendbarkeitsnachweis eine allgemeine bauaufsichtliche Zulassung (abZ). Wegen der hohen Beaufschlagung mit fetthaltiger Abluft und der dadurch entstehenden starken Verschmutzung der Lüftungsleitung sind solche Fettabluftklappen i.d.R. mit einer elektrischen Auslöseeinrichtung oder mit Haftmagneten in Verbindung mit einer Gasdruckfeder versehen. Zudem ist das Klappenblatt gekapselt, sodass es vom Fett nicht verschmutzt wird bzw. eine Reinigung möglich ist. In der Praxis zeigt sich leider oft, dass in Lüftungsanlagen gewerblicher Küchen nicht für diese Verwendung vorgesehene Fettabluftklappen eingesetzt werden – sehr häufig werden Standard-Brandschutzklappen verwendet.
Für die Brandprüfung wurde dieser Zustand nachgestellt: Eine Standard-Brandschutzklappe mit den Abmessungen 860 mm × 450 mm wurde vor dem Einbau in die Massivwandkonstruktion vorbehandelt. Dabei wurde das Klappenblatt, das im Wesentlichen aus Kalziumsilikat bestand, mit 1 l Speiseöl getränkt. Im Bereich der Anschlagdichtung zwischen Gehäuse und Klappenblatt wurde zusätzlich ca. 1 kg Speisefett verspachtelt.
Insgesamt wurden nach dem Einbau zehn Temperaturmessstellen an der Brandschutzklappe angebracht, davon vier auf dem Gehäuse und sechs auf dem Blatt. Die Anordnung der Messstellen war an die Vorgaben der DIN 4102-6 angelehnt.
Unmittelbar nach dem Beginn der Brandprüfung löste die Brandschutzklappe aus, das Klappenblatt konnte jedoch wegen des noch nicht geschmolzenen Fettes nicht vollständig schließen. In den Anfangsminuten des Versuchs schmolz das Fett und tropfte auf der dem Feuer abgekehrten Seite ab. Zudem war eine sehr starke Rauchentwicklung zu beobachten (s. Abbildung 3).
Etwa drei Minuten, nachdem das Fett im Bereich der Anschlagdichtung geschmolzen war, schloss das Klappenblatt vollständig. Die starke Rauchentwicklung ließ nach elf Minuten nach und war nach ca. 41 Minuten zu vernachlässigen.
Die maximalen Temperaturen von 180 Kelvin (K) zeigten bereits nach 37 bzw. 41 Minuten eine Überschreitung. Zwischen der 76. und 85. Minute war das Temperaturkriterium von 180 K an allen Messstellen auf dem Klappenblatt überschritten. Diese Messstellen sind jedoch nur orientierend zu bewerten, da die DIN EN 1366-2 [5] für Prüfungen keine Messstellen auf dem Klappenblatt vorsieht. Darüber hinaus ist festzuhalten, dass es zu keinem Zeitpunkt der Brandprüfung eine Entzündung oder einen Feuerüberschlag auf die dem Feuer abgewandte Seite gab.
T 30-1-Brandschutztür
Der Abstand zwischen verschiedenen Bauteilen wird in erster Linie durch die entsprechenden Verwendbarkeitsnachweise geregelt. Darüber hinaus finden sich in technischen Richtlinien (z.B. in der Leitungsanlagen-Richtlinie) und den Kommentierungen dazu weitere Hinweise zu den einzuhaltenden Abständen. In der Praxis werden die Mindestabstände selten eingehalten. Oft findet man direkt oberhalb der Feuerschutzabschlüsse diverse Durchführungen der Technischen Gebäudeausrüstung. In einzelnen Fällen wird sogar zugunsten diverser Durchführungen auf einen Sturz über Brandschutztüren verzichtet. Im Brandfall übt ein großformatiges Stahlbauteil, z.B. eine Brandschutztür, durch ihre Verformung einen großen Krafteintrag auf die Wandkonstruktion aus. Wenn eine Brandschutztür nicht richtig befestigt und verankert wird und die Wand zusätzlich durch andere Durchführungen geschwächt ist, kann es hier zu einem schnellen Versagen kommen.
Für die Brandprüfung wurde eine T 30-1-Stahlblechtür mit Eckzarge so in die Wandkonstruktion eingebaut, dass sie auf der dem Feuer abgewandten Seite angeschlagen war. Oberhalb der Brandschutztür mit den Abmessungen 1.100 mm × 2.000 mm war in der Wand kein Sturz vorgesehen, sondern direkt über der Tür wurde in einem Abstand von nur ca. 30 mm zwischen Klappengehäuse und Eckzarge eine Brandschutzklappe (Feuerwiderstandsklasse EI 90-S mit den Abmessungen 720 mm × 260 mm) eingebaut. Mit einem Abstand von ca. 50 mm zur Eckzarge war neben der Brandschutzklappe eine Kabelabschottung (400 mm × 200 mm) angeordnet. Es handelte sich um ein Weichschottsystem mit einer Dicke von 100 mm (2 × 50 mm), das bei fachgerechter Ausführung der Feuerwiderstandsklasse S 90 entsprochen hätte.
Diese Kabelabschottung war mit einer Kabelbühne (b = 300 mm) belegt. Sie wurde nicht fachgerecht ausgeführt – die Beschichtungen der Kabel und der Kabeltragkonstruktion waren nicht ausreichend (s. Abbildungen 4 und 5). Unterhalb der Brandschutztür war eine Doppelboden-Konstruktion eingebaut worden, die mit verschiedenen Leitungen belegt war. U.a. waren brennbare Rohre (PVC), Kautschuk-Isolierungen, nichtbrennbare Rohrleitungen (CU), Elektrokabel und ein Kunststoffkabelkanal verlegt worden. Die Durchführungen im Doppelbodenbereich waren nur mit Steinwolle (d = 50 mm) verschlossen. Die Öffnung im Doppelboden hatte eine Größe von 1.000 mm × 200 mm (B × H) (s. Abbildung 5).
An diesen vier Probekörpern wurden insgesamt 25 Temperaturmessstellen angeordnet, 16 davon auf der Brandschutztür, zwei auf der Brandschutzklappe, drei auf der Kabelabschottung und vier im Bereich des Doppelbodens.
Auf dem Türblatt wurde das Temperaturkriterium (max. Temperaturerhöhung 180 K) erst in Minute 44 überschritten. Die Zargentemperaturen überschritten 180 K bereits nach 23 Minuten. Bei den Türprüfungen (nach DIN 4102-5 [6] bzw. DIN EN 1634-1 [7]) wird jedoch für die Temperaturmessstellen auf den Zargen ein höherer Grenzwert von 360 K zugelassen, der erst nach 55 Minuten überschritten wurde.
Mit der hohen Temperatur auf dem oberen Zargenteil war allerdings auch ein hoher Temperatureintrag auf die unmittelbar darüber angeordnete Brandschutzklappe und die Kabelabschottung verbunden. Dadurch wurde das Temperaturkriterium auf der Unterseite des Brandschutzklappen-Gehäuses nach 54 Minuten überschritten. An der Kabelabschottung wurde der Grenzwert für die Temperaturerhöhung von 180 K bereits nach 49 Minuten überschritten.
Die gemessenen Temperaturen an den diversen Durchführungen im Bereich des Doppelbodens waren über den gesamten Prüfzeitraum unkritisch – allerdings nur, weil sich diese Durchführungen im Unterdruckbereich der Prüfkonstruktion befanden. In diesem Bereich saugt der Prüfofen Luft von außen in den Brandraum, was während der Brandprüfung einer Kühlung entspricht. Im Überdruckbereich der Wand (ab einer Höhe von ca. 1.000 mm) wäre mit hoher Wahrscheinlichkeit sonst ein frühzeitiges Versagen festgestellt worden.
Die Krafteinwirkungen auf die Wandkonstruktion hatten zur Folge, dass die Wand im Bereich der oberen Ecke der Zarge (Bandseite) bereits nach neun Minuten aufriss (s. Abbildung 4). Auf der Schlossseite war in der Folgezeit ebenfalls eine Rissbildung zu beobachten.
Nach 14 Minuten war das Mauerwerk aufgrund der Verformung der Tür ca. 40 mm bis 50 mm weit herausgebrochen. In Minute 75 versagte die Tür im Anschlussbereich der oberen Ecke der Zarge auf der Schlossseite. Hier war die Wandkonstruktion durch die Verformungen der Zarge bzw. der Tür so geschwächt, dass der Raumabschluss nicht mehr gewährleistet war.
[...]
Fazit
Bei der Brandprüfung konnten die Teilnehmer der Veranstaltung wichtige Eindrücke sammeln. Zum einen wurden typische Situationen aus der Praxis, z.B. der Probekörper Brandschutztür auf Doppelbodenkonstruktion mit geringem Abstand zu Brandschutzklappe und Kabelabschottung, nachgestellt, zum anderen wurden die Auswirkungen des Temperatureintrags auf Stahlbauteile am Beispiel der Belastung von Gewindestangen und der Kraftmessung an einer Stahlblechlüftungsleitung gezeigt, die einen Einfluss auf andere Konstruktionen haben können.
Die Veranstaltung erhebt keinen Anspruch, wissenschaftliche Erkenntnisse zu gewinnen, sondern die Brandprüfungen hatten orientierenden Charakter zur Sensibilisierung der Teilnehmer. In der Praxis trifft man immer wieder auf Situationen, die nicht den Anwendungsbereichen von Verwendbarkeitsnachweisen entsprechen. Die Beurteilung solcher Situationen erfordert Kenntnisse über den richtigen Umgang mit diesen Nachweisen.
Leider ist dies nicht selbstverständlich – unabhängig davon, ob es sich um nationale oder europäische Nachweise handelt. Die Erfahrungen aus Brandprüfungen sind dafür sehr hilfreich und eine Voraussetzung für die Beurteilung von Abweichungen von Verwendbarkeitsnachweisen. Selbstverständlich gilt, dass die Ergebnisse der durchgeführten Brandversuche keine Verallgemeinerung zulassen. Die Beurteilung ist immer vom jeweiligen Einzelfall abhängig.
Literatur
[1] DIN EN 16034:201412: „Türen, Tore und Fenster – Produktnorm, Leistungseigen schaften – Feuer- und/oder Rauchschutzeigenschaften“
[2] DIN EN 13631: 201210:„Feuerwiderstandsprüfungen – Teil 1: Allgemeine Anforderungen“
[3] DIN EN 15650:201009: „Lüftung von Gebäuden – Brandschutzklappen“
[4] DIN 41026:197709: „Brandverhalten von Baustoffen und Bauteilen; Lüftungsleitungen, Begriffe, Anforderungen und Prüfungen“
[5] DIN EN 13662:201509: „Feuerwiderstandsprüfungen für Installationen – Teil 2: Brandschutzklappen“
[6] DIN 41025:197709: „Brandverhalten von Baustoffen und Bauteilen; Feuerschutzabschlüsse, Abschlüsse in Fahrschachtwänden und gegen Feuer widerstandsfähige Verglasungen, Begriffe, Anforderungen und Prüfungen“
[7] DIN EN 16341:201403: „Feuerwiderstandsprüfungen und Rauchschutzprüfungen für Türen, Tore, Abschlüsse, Fenster und Baubeschläge – Teil 1: Feuerwiderstandsprüfungen für Türen, Tore, Abschlüsse und Fenster“
[8] DIN 41024:199403: „Brandverhalten von Baustoffen und Bauteilen; Zusammenstellung und Anwendung klassifizierter Baustoffe, Bauteile und Sonderbauteile“ plus Änderung A1 vom November 2004
[9] DIN 41023:197709: „Brandverhalten von Baustoffen und Bauteilen; Brandwände und nichttragende Außenwände, Begriffe, Anforderungen und Prüfungen“
Den vollständigen Artikel finden Sie in Ausgabe 1.2016 des FeuerTRUTZ Magazins. Hier erhalten Sie
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Die nächste Veranstaltung "FeuerTRUTZ Brandschutz im Brennpunkt: 11. Brandschutztag in Erwitte" findet am 15. September 2016 in Erwitte statt.
Weitere Informationen unter
www.feuertrutz.de/veranstaltungen