Wie Rohrleitungen Bauteile durchdringen müssen

Der Schutz des Nachbarn durch Abschnittsbildung zu verwirklichen, ist das älteste Prinzip des vorbeugenden Brandschutzes. Schon Anfang des 13. Jahrhunderts formulierte der Sachsenspiegel: „Jeder soll auch abdecken seinen Backofen und seine Mauer, dass die Funken nicht in eines anderen Mannes Hof fliegen, jenem zu Schaden.” Das Ziel dabei ist, zumindest zeitlich begrenzt Fluchtwege und angrenzende Räume, die nicht zu Fluchtwegen gehören sowie fremde Wohnungen untereinander, vor Feuer und Rauch zu schützen.

Anforderungen an die Bauteile

Die Beschaffenheit solcher abschnittsbildenden Wände und Decken, das heißt die zum Bau zu verwendenden Baustoffe, ihre Dicke und Qualität, ihre konstruktiven Details wie Kombina­tion einzelner Bauteile (Stützen, Träger), die Spannweiten, die Anbindung an andere Gebäudebauteile, die Gestaltung der Anschlussfugen, sind in der DIN 4102 Teil 4 ff beschrieben. Daraus ergibt sich auch deren Feuerwiderstandsfähigkeit (die Bauteilklassifizierung, das bauaufsichtlich benannte Bauteil). Ein Bauteil, das eine Brandbeaufschlagung erfährt, ist ungeheuren Belastungen ausgesetzt. Es ist vor allem die einseitig zugeführte enorme Hitze eines Brandes, die die Statik gefährdet. Das Ausdehnungsbestreben der Bauteilseite die dem Feuer zugewandt ist, führt zu einem Ausknicken der Wandschale, die besonders beim Trockenbau zu beobachten ist. Bis zu 16 cm hatte die brandschutz.org bei einer Sanitärwand im Normbrandtest gemessen. Auch eine Massivwand aus Ziegel bewegt sich erstaunlich, der Mörtelverbund existiert nach kurzer Zeit praktisch nicht mehr. Bei einer Betonwand kommt es ebenfalls schon ab 300 °C zu schweren Schäden, da die Stahlbewehrung und der umgebende Beton unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten aufweist. Ein „F 90“ Bauteil soll 90 Minuten einem Normbrand standhalten, der nach definierter Zunahme an Intensität, eine Temperatursteigerung von 986 K erzeugt. Dabei soll das Bauteil weder Rauch noch Hitze (< 180 K) durchlassen und natürlich auch nicht zusammenbrechen.

Löcher in sicherheitsrelevanten Bauteilen

Die Anforderungen an bestimmte Bauteile den Raumabschluss im Brandfall zu wahren sind nur schwer zu verwirklichen. Wenn aber nun zusätzlich Leitungen durch dieses Bauteil durchgeführt werden, die grosse Öffnungen verlangen, Leitungen die das Bauteil möglicherweise auch noch belasten, wird die Bewahrung des Raumabschlusses ein schier unmögliches Unterfangen. Der Gebäudetechniker, der notwendigerweise mit Rohrleitungen Bauteile durchdringen muss, beginnt mit dem technischen Ausbau eines Gebäudes, wenn der Rohbau mit seinen definierten trennenden Bauteilen erstellt ist. Aus Sicht des Gesetzgebers ist das, was die Gebäudetechniker tagtäglich machen, nämlich Löcher in bauaufsichtlich benannte Bauteile (bestimmte Bauteile), nicht normal, sondern die Ausnahme. Eine Ausnahme deshalb, weil die in der DIN 4102 Teil 4 definierte Ausführung von „bestimmten“ Bauteilen nicht berücksichtigt, dass auch noch Leitungen hindurch geführt werden.

Ausbreitungswege eines Brandes

Nicht verwunderlich, dass ein Brand daher zwei wesentliche Ausbreitungswege durch ein Gebäude nimmt: Außerhalb eines Gebäudes über Fenster- und Türöffnungen und die Fassade bis hinauf auf die Dachhaut, innerhalb eines Gebäudes entlang der Öffnungen durch Bauteile: Türen, Tore, Klappen und technische Öffnungen wie Leitungsdurchführungen. Wenn sich eine Leitungsdurchführung nicht vermeiden lässt, müssen Vorkehrungen gegen die Übertragung von Feuer und Rauch getroffen werden. Anders formuliert, wer das bauaufsichtlich benannte Bauteil Wand oder Decke in seiner geforderten Qualität mindert, sprich „Löcher macht“, muss diese an der Durchdringung so sichern, dass das Bauteil danach wieder in derselben Qualität hergestellt ist und seine geforderte Funktion (Rauch- und Feuerwiderstandsfähigkeit) erfüllen kann. Der Sanitärinstallateur macht notwendigerweise sogar besonders „große Löcher“ mit Leitungen, die auch noch über Dach entlüftet werden.

Methodik zum Schutz von ­Leitungsdurchführungen

Die DIN 4102 Teil 11 kennt zwei grund­legende Methoden Rohrdurchführungen so zu sichern, dass ein durchdringen von Feuer (Hitze) und Rauch entlang der Leitungsdurchführung vermieden wird:

• Die Ummantelung, von metallenen Rohren, (dazu zählen auch die Aluminiumverbundrohre).
• Die Abschottung, von schmelzenden Rohren.

Prinzipiell lassen sich zwei grundlegende Problembereiche bei metallenen und brennbaren, schmelzenden Sanitärrohrleitungen erkennen.

Bei metallenen Leitungen wie Stahl, Guss, Kupfer, Aluminium ist es physikalisch bedingt die Hitzeleitung und das Ausdehnungsbestreben das Feuer und Rauch in einen weiteren Brandabschnitt übertragen kann, auch wenn diese Rohrmaterialien selbst nicht brennen. Sie sind sehr stabil, hitzebeständig, schmelzen erst bei Temperaturen, die bei einem Gebäudebrand kaum erreicht werden und können nicht brennend abtropfen. Die in der DIN benannte Ummantelung erfolgt meist durch Rohrhalbschalen mit den entsprechenden Widerstandsfähigkeiten oder Installations­kanälen aus widerstandsfähigen Bauteilen. Durch diese Methode wird verhindert, dass sich die Hitze im Metall weiter ausbreitet und auf der dem Feuer abgewandten Seite, brennbares Material entzündet. Das könnte bei ­etwa 560 bis 600 °C passieren.

Kunststoffleitungen schmelzen, lange bevor sie in Brand geraten und hinterlassen eine Öffnung an der Stelle ihrer Durchführung im bauaufsichtlich benannten Bauteil. Durch diese Öffnung kann vor allem Rauch durchdringen. Erst im weiteren Brandverlauf auch Hitze und Feuer. Abschottungen müssen daher in den ersten Minuten eines Brandes, wenn die durchgeführte Kunststoffleitung schmilzt, die entstandene Öffnung wieder verschließen, bevor Hitze und Feuer die Öffnung durchdringen. Das Zeitfenster welches für solch eine Abschottung bleibt, um ihre Schutzfunktion auszulösen, beträgt in Abhängigkeit des Kunststoffes und der Dimension der Leitung etwa vier bis zehn Minuten (bei einem Normbrand nach Einheitstemperatureinzeitkurve). Die Abschottung bei schmelzenden Rohren erfolgt meist durch intumeszierende Graphitpackungen (Blähgraphitabschottung), die um die schmelzenden Rohre in einem Widerlager angebracht sind. In der Hitze nehmen die Graphite Stickstoff, Schwefel und andere Spurengase aus der umgebenden Luft und des Brandrauches auf, lagern sie in die Zwischenschichten des Graphits ein und nehmen dabei an Volumen um ein Vielfaches zu. Gegen das Widerlager, Kernbohrungswange oder Metallmanschette, kann das Graphit nur in Richtung Rohr expandieren. Das führt dazu, dass ein hochtemperaturbeständiger Graphitpfropf die Öffnungen, die das schmelzende Rohr im Bauteil freigegeben hat verschließt, der Hitze und Feuer kein Durchdringen erlaubt. Beide Methoden müssen direkt an der Durchdringung montiert werden. Sie werden durch Strömungen in den Rohrleitungen beeinflusst. Denn im Brandfall ist die Wahrscheinlichkeit groß, dass weder Rohrleitungen aus brennbaren noch Rohrleitungen aus unbrennbaren Werkstoffen geschlossen bleiben.

Umdenken erforderlich

Seit Jahren wird in den Ausschüssen zur Gestaltung der neuen DIN EN 1366 Teil 3 kontrovers diskutiert, ob unbrennbare Leitungen während eines Brandes auch geschlossen ­bleiben. Zerplatzende Sanitärkeramik, abschmelzende Kunststoffsyphons und Übergangsverbinder, Abriss der Leitungen weil Befestigungssysteme falsch ausgelegt werden oder ungeeignet sind, oder massive Belastung der Leitungen durch abstürzende Bauteile könnten Gründe für Öffnungen im Leitungssystem sein. Bisher gingen die Sachverständigen-Ausschüsse davon aus, dass die Leitungen auch im Brandfall intakt bleiben. In diesem Fall würde eine begrenzte Rohrhalbschalenisolierung, eine so genannte Strecken­isolierung zur Verhinderung der Hitzeübertragung sicherlich genügen. Im Falle von Öffnungen ist es jedoch wahrscheinlich, dass Rauchgase dem Entlüftungsweg über Dach folgend, einen Kamineffekt in der Abfluss­leitung erzeugen und sie so über die unzulässige Grenztemperatur von 180 K überhitzen. Die Folge wäre, dass solch eine überhitzte ­Leitung die Umgebung im angrenzenden Brandabschnitt entzünden könnte. Noch wurde keine Entscheidung gefällt, wie künftig Brandprüfungen durchzuführen sind: Dürfen unbrennbare Leitungen im Testbrandraum verschlossen werden, weil sie das in der Realität im Brandfall auch bleiben, oder müssen sie künftig offen geprüft werden, um nachzuweisen, dass der Raumabschluss erhalten bleibt, wenn sie durch ein bauaufsichtlich benanntes Bauteil geführt werden. Die Firma Düker aus Karlstadt hat hier schon seit einigen Jahren vorausgedacht: Zunächst war sie der erste Anbieter eines Rohrhalbschalensets, hergestellt von Rockwool, dass um einen über dem Rohboden angebrachten Guss – Abzweig für ein Toilette montiert werden kann. Eine perfekt zu montierende Streckenisolierung, die aber voraussetzt, dass das Leitungssystem geschlossen bleibt. Die wahrscheinlich konsequenteste Entscheidung für den Brandschutz wurde jedoch mit der ersten Abschottung für Gussrohre, dem Brandschutzverbinder BSV von Düker, auf der ISH 2007 vorgestellt. Bei dieser Lösung sind keine weiteren Isolierungen nötig, die bisherige Streckenisolierung entfällt. Ab ca. 150 °C verschließt der Brandschutzverbinder den freien Rohrquerschnitt. Damit ist auch bei Leitungsabriss keine Rauchgasströmung möglich, auch nicht wenn es zum Abspringen von Sanitärporzellan oder Teileinstürzen des Bauwerkes kommt. Gleichzeitig unterbindet der Brandschutzverbinder durch seine thermische Entkoppelung die Temperaturweiterleitung in metallischen Rohren. Dabei ist es gleichgültig ob über/unter der Decke fremde, brennbare Rohre angeschlossen werden oder ob brennbare Schallschutz – Isolierungen angebracht werden.

Abschottung bleibt die Regel

Blähgraphitschotts bleiben das Mittel der Wahl bei brennbaren Rohrleitungen. Abgestimmt auf die Kunststoffart, die Dimension und die Führung der Leitung sind sie das sicherste, was der Markt für Kunststoffleitungen zu bieten hat. Eingeführt und seit Jahren in unzähligen Tests und in der Praxis bewährt. Kunststoff hat gegenüber metallischen Leitungen den schlagenden Vorteil, dass er keine Hitze leitet. Eine thermische Entkoppelung ist daher nicht notwendig. Unstrittig ist, dass Kunststoffleitungen schmelzen und während der vollen Beflammung eines Normbrandes sich in den ersten zehn Minuten auch entzünden. Die Kunststoffleitung muss mit dem umgebenden Blähgraphitschott eine Einheit bilden. In dem Maße wie die Leitung schmilzt, bläht das Blähgraphit auf und schließt die entstandenen Öffnungsspalten sofort wieder. Der Pressdruck kann zu Beginn mehrere bar entwickeln. Der sich bildende Graphitpfropf ist von erstaunlicher Stabilität und kann je nach Auslegung auch die längsten Feuerwiderstandsklassen erreichen.

Was häufig vergessen wird

In der Leitungsanlagenrichtlinie ist das Thema Bodenabläufe nicht besonders erwähnt. Dennoch stellen sich Fragen wie: Sind „Bodenabläufe in der Decke“ mit „Rohrdurchführungen durch die Decke“ gleich zu setzen? Kann man einfach die DIN 4102 Teil 11 heranziehen, in welcher der Bodenablauf zumindest in einem Halbsatz erwähnt ist? Wenn man in der Prüfungsanordnung der DIN genau nachschaut, gibt es einen gravierenden Unterschied: Beim Brandtest von Rohrleitungen durch die Decke ist der Rohrstrang offen bis über die angenommene Dachhaut geführt. Der Rohrstrang selbst ist so gesichert, dass er von einem Geschoss in das nächste zu schützende Geschoss, keine Temperatur transportiert, nicht ausgast, sich nicht entzündet und durch den Restspalt zur Öffnungsflanke keinen Rauch und kein Feuer durchlässt. Er darf Brandgase über das nach oben (über Dach) offene System ins Freie entweichen lassen. Eine durchaus reale Situation. Der Bodenablauf befindet sich im nächsten Geschoss, im nächsten zu schützenden Brandabschnitt. Er soll im Normalfall keine Kanalgase in den Raum, in welchem er sich befindet, durchlassen. Das heißt im Brandfall liegt am Bodenablauf die volle Feuertemperatur, der volle Rauchdruck an. 10 Pascal Druck bei etwa 1000 °C, sind eine nicht zu unterschätzende Gewalt, selbst wenn der Ablauf dabei Sperrwasser enthält. Genau diesem dargestellten Sachverhalt wollte die Firma Aco Passavant auf den Grund gehen und beauftragte die Firma brandschutz.org schon im Jahr 2001 mit einer Versuchs- und Entwicklungsreihe. Es sollte bei den Versuchen am Standort der brandschutz.org im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt in Lampoldshausen geklärt werden, ob Gussleitungen unter einem Bodenablauf, Schutz vor einer Brandübertragung bieten. Zwei Bodenabläufe, einer aus Guss, einer aus Edelstahl wurden in eine 200 mm dicke Betonplatte eingegossen. Als Ablaufstrang unter dieser Decke wurde jeweils eine Gussleitung DN 100 gewählt, optimal befestigt. Schon in den ersten Minuten kam es zu einem enormen Hitzeanstieg an den Messpunkten über den Bodenabläufen. Die Wasservorlage kochte schnell. Die Glockengeruchverschlüsse hielten Temperatur und Rauchdruck nicht stand, die Wasservorlage floss ab, Feuer und Rauch drangen durch. Diese bis dahin nie genau erforschten und nur von wenigen Feuerwehr – Sachverständigen erahnten Vorgänge, ließen die Firma Aco Passavant zu dem Schluss kommen, dass die gesamte Produktpalette an Bodenabläufen brandsicher ausrüstbar sein muss. Zentrales Element: Die einsteckbare Brandschutzkartusche mit dem Brandschutzgeruchverschluss, geprüft wurde an der Material – Prüfanstalt des Landes Nord­rhein-Westfalen in Erwitte. Insgesamt waren drei komplette Deckenaufbauten, für drei Brandtests notwendig um alle Abläufe, alle Materialien, alle Bauarten, waagerecht und senkrecht zu testen. Im Testofen wurden über 1000 °C erzeugt, bei einem doppelt so hohen Rauchdruck wie verlangt. Getestet wurde 20 Minuten länger, als die DIN 4102 für F 120 fordert. Weitere Entwicklungen folgten, das FIT-In, ein Betonfertigteil zur Montage in Decken mit geringer Dicke. In vielen Bereichen enthält der Ablauf kein Sperrwasser. In Parkdecks eingebaut oder bei der Dachentwässerung zum Beispiel. Die Weiterentwicklung hin zum selbst verschließenden Ablaufsystem welches ohne Sperrwasser das Durchdringen von Feuer und Rauch verhindert, schloss daher eine wichtige Lücke im Brandschutz.

Versorgungsleitungen

Gleichgültig ob unbrennbar oder brennbar, bei Versorgungsleitungen ist die Ummantelung, besonders die Rohrhalbschale, das bewährte Mittel. Bei einem brennbaren Versorgungsrohr kann ein Blähgraphitschott nicht angewendet werden. Das ausströmende Wasser würde den Blähvorgang behindern, eine Verdichtung nicht zulassen. Rockwool hat sich durch Brandtests zum wichtigen Partner des Brandschutzes gemacht. Der Rockwool-Montagehelfer ermöglicht ein schnelles Ermitteln der notwendigen Dimensionierung einer Streckenisolierung für alle gängigen Hersteller von Versorgungsleitungen am Markt. Leitungen, die brennbare Medien wie Öl oder Gas führen, müssen laut Leitungsanlagenrichtlinie so beschaffen sein, dass verhindert wird, dass die Medien austreten. Grundsätzlich sinnvoll die thermisch auslösende Absperrung. Messeinrichtungen, Verteiler, müssen thermisch erhöht belastbar oder durch eine thermisch auslösende Absperreinrichtung geschützt sein. Alternativ können sie durch Bauteile mit einer Feuerwiderstandsdauer von mindestens 90 Minuten und aus nichtbrennbaren Baustoffen abgetrennt sein. Aber in notwendigen Treppenräumen sind sie grundsätzlich nicht zulässig. Die Rohrleitungsanlagen müssen einschließlich ihrer Dämmstoffe aus nichtbrennbaren Baustoffen bestehen, dabei bleiben Dichtungs- und Verbindungsmittel, Rohrbeschichtungen bis 0,5 mm Dicke außer Betracht. Dichtungen von Rohrverbindungen müssen wärmebeständig sein. Bei der Leitungsdurchführung kommt nur die Ummantelung, die Rohrhalbschale in Betracht. Die Durchführung muss gleitfähig bleiben, damit Längenausdehnungen aufgenommen werden können. Entscheidend: Die Befestigung (Aufhängung) ist mit nichtbrennbaren Mitteln auszuführen, besser mit einem geprüften und für die Art der Brandschutzkonstruktion zugelassenen Aufhängesystem. Werden Leitungen innerhalb von Installationsschächten und -kanälen, über Unterdecken, in Hohlraumestrichen, in Doppelböden geführt, müssen diese mindestens die Feuerwiderstandsklasse haben, wie die Bauteile die sie durchdringen. Abschlüsse (Revisionstüren) müssen mit einer umlaufenden Dichtung dicht schließen.

Jede Art von Leitungsdurchführung durch Bauteile mit Brandschutzanforderungen ist mit Vorkehrungen gegen die Übertragung von Feuer und Rauch auszustatten. Gleichgültig ob unbrennbare oder brennbare Leitungsmaterialien verwendet wurden. Bodenabläufe sind Teil und Beginn des Entwässerungssystems. Entsprechend sind sie auch in die Vorkehrungen gegen die Übertragung von Feuer und Rauch einzubeziehen. Die Art der Vorkehrung gegen die Übertragung von Feuer und Rauch gibt der Hersteller in seinen Montagerichtlinien vor. Im Idealfall liefert er im System geprüfte Bestandteile mit. Brandschutztechnische Aspekte rund um die Lüftungs- und Klimatechnik werden in der nächsten SBZ-Ausgabe besprochen.

Unser Autor Bernd Prümer ist als Inhaber der Firma Brandschutz.org im Bereich Entwicklung und Grundlagenforschung im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt beratend tätig. Außerdem ist er Fachbuchautor und Mitglied des Prüfungsausschusses der Handwerkskammer Heilbronn-Franken, Telefon (0 62 98) 93 68 12, Telefax (0 62 98) 93 68 13, E-Mail: info@brandschutz.org.