Scheinbar geprüfte Sicherheit?

Wirksame brandschutztechnische Abschottungen sind bei der Durchführung von Rohrleitungen durch raumabschließende Bauteile von elementarer Bedeutung für das Einhalten der Schutzziele. Der Fach­unternehmer, der die Rohrleitungen installiert, ist dabei auf „Zuarbeit“ angewiesen.

Notwendig sind Verwendbarkeitsnachweise und Anwendbarkeitsnachweise, die die Produkte (z. B. allgemeine bauaufsichtliche Zulassung abZ) und ihren Einbau (z. B. allgemeine Bauartgenehmigung aBG) für eine Abschottungsmaßnahme beschreiben. Deshalb sollte (muss) der Funktionsnachweis für diese Abschottungen eigentlich einen hohen Sicherheitsstandard haben, denn für das Erreichen der Schutzziele zeichnen Planer und Fachunternehmer verantwortlich.

Die aBG soll bescheinigen, wie der Verschluss von Öffnungen oder Durchdringungen in raumabschließenden Bauteilen konstruktiv gestaltet sein muss, damit die Ausbreitung von Feuer und Rauch (Brandausbreitung) für eine bestimmte Zeit sicher verhindert wird (Schutzziel). Um die Wirksamkeit dieser Anforderungen zu überprüfen, werden Versuche nach der Einheitstemperaturzeitkurve (ETK) durchgeführt (Bild 2). Damit sollen die Bedingungen eines realen Brandfalls und dessen Einwirkung auf die Bauteile abgedeckt werden.

Bild: Lorbeer

Die Grundlagen dazu wurden bereits vor über 100 Jahren mit Holzmöbeln und sogenannten Holzkrippen (Holzstapel) gelegt. Diese Temperaturkurven sollen einen Vollbrand beschreiben und wurden mehrfach diskutiert und modifiziert. Kennzeichnend ist der schnelle Anstieg der Temperatur im Brandraum bis auf ca. 1000 °C. Reale Brände können allerdings andere Merkmale aufweisen: steilere oder sehr viel flachere Temperaturanstiege, höhere oder niedrigere Temperaturen. Entsprechend werden beispielsweise Prüfungen für Brandschutzmaßnahmen bei Tunnelbränden mit höheren Temperaturen durchgeführt. Auch eine Anpassung der ETK an die Brandlasten heutiger Gebäude wird immer wieder diskutiert.

Aktueller Stand ist: Um für eine Rohrabschottung eine „Zulassung“ vom DIBt (Deutsches Institut für Bautechnik) zu erhalten, sind erfolgreiche Brandprüfungen (unter „Praxisbedingungen“) nach der ETK notwendig. Aus dem Prüfungsbericht, den die Materialprüfanstalt (Ort der Brandprüfung) erstellt, wird durch einen Antrag beim DIBt ein nationaler Nachweis erstellt. Dieser Prozess kann bei Rohrabschottungen mehrere Jahre dauern.

Ob (bzw. wie) ein labormäßig aufgebauter Versuch tatsächlich praxisnahe Bedingungen schaffen kann, darf durchaus hinterfragt werden, wie die jüngsten Ereignisse aus anderen „praxisnahen“ Prüfungen (Schallprüfungen, Verbrauchsmessungen bei Kfz) zeigen. Was nutzt die labormäßig aufgebaute Prüfung einer Abschottung, wenn die Realität der Anwendung das nicht widerspiegelt?

„Was nutzt die labormäßig aufgebaute Prüfung einer Abschottung, wenn die Realität der Anwendung das nicht widerspiegelt?“

Arten von Rohrabschottungen

Geschossweise Abschottungen können allgemein in zwei Arten eingeteilt werden:

Die Abschottung mittels Ummantelung (Bild 3 links) ist eine typische Abschottung für Druckrohrsysteme, die durch ihre Fun­ktion als geschlossene Systeme eingestuft sind. Dabei wird vorausgesetzt, dass im Brandfall oberhalb der abzuschottenden Decke das Rohrsystem geschlossen ist. Entsprechend wird eine Prüfung mit einem an einer Seite (Deckenoberseite oder Deckenunterseite/Brand­raum) geschlossenen Rohr durchgeführt.

Bild: Lorbeer

Rohre für die Gebäudeentwässerung, die systembedingt offen über Dach geführt werden, sind demnach im und außerhalb des Brandraums offen zu prüfen, wenn im Brand­raum Rohröffnungen entstehen können. Über solche Öffnungen im Rohrsystem können heiße Rauchgase aus dem Brandraum durch das Rohr selbst in die darüber liegenden Geschosse (Kamineffekt) gelangen und dort durch hohe Temperaturen eine Brandweiterleitung bewirken. Ein Rohrverschluss (mit intumeszierendem Material) verhindert im Brandfall den Kamineffekt.

Bei Kunststoffrohren schmilzt das Rohr im Brandraum weg und es entsteht eine Öffnung im Rohr. Für den Rohrverschluss wird in Brandschutzmanschetten ein aufschäumender Baustoff integriert. Um das Rohr angeordnet wird die Manschette in der Decke befestigt. Das im Brandfall erweichende Rohr wird – sofern die Reaktionstemperatur an der Manschette hoch genug ist – zusammengedrückt und durch den aufschäumenden Baustoff verschlossen. Bei allen Prüfungen darf an keiner Stelle oberhalb der abzuschottenden Decke eine Temperaturerhöhung von mehr als 180 K überschritten werden. Das ist der vom DIBt strikt angewendete Grenzwert für die Aussagen in den Bescheiden (aBG).

Geprüfte Realität

Beim Brandversuch werden im Brandraum Wärme und Druck erzeugt. Für eine Betondecke (150 mm dick) ergeben sich im Brandfall nach der ETK Temperaturen auf der Deckenoberseite (flammenabgewandten Seite) von ­unter 70 °C. Werden Rohrabschottungen in einer derartigen Betondecke eingebaut, ergibt sich das Funktionsprinzip von Rohrabschottungen mit der Zuführung von Wärme an das Rohr aus dem Brandraum und der Austausch von Wärme vom Rohr (oder Rohrdämmung) an die Decke oder umgekehrt. Die „Restwärme“ am Rohr ergibt die Temperaturen oberhalb der abzuschottenden Decke (Bild 4).

Die Funktion der Rohrabschottung für ein nichtbrennbares Rohr mit nichtbrennbarer Ummantelung (Bild 4 links) ist einfach. Die Temperatur, die im Brandraum an das Rohr gelangt, wird zum Teil an die Decke abgegeben. Oberhalb der Decke wird die Wärme durch die Dämmung etwas verteilt.

Bild: Lorbeer

Da nichts wegbrennt und die Bestandteile in der Decke erhalten bleiben, wird die Temperatur oberhalb der Decke im Wesentlichen von der Wärmezuführung im Brandraum, von der Wärmeabgabe in die Decke und der Wärmeabgabe an den Raum oberhalb der Decke beeinflusst. Die Wärmeabgabe ergibt sich aus den Dämmstoffdicken, dem Rohrmaterial, dem Durchmesser, der Dicke der Rohrwandung und der Deckenstärke sowie dem Deckenverguss. Voraussetzung ist, dass keine Undichtigkeiten entstehen. Da keine mechanischen Hilfsmittel eingesetzt werden, ist eine möglichst große Wärmezuführung im Brandraum der kritischste Fall.

Ganz anders ist der Ablauf beim „offenen“ Kunststoffrohr (Bild 4 rechts). Am Brandbeginn wird das Kunststoffrohr weich (Bild 5, ­Sequenzen A und B). Je nach Erweichungstemperatur des Rohrmaterials und der Reaktionstemperatur des intumeszierenden Materials in der Manschette ergeben sich unterschiedliche Bedingungen.

Allgemein bedarf das intumeszierende Material für die angestrebte Funktion eines gewissen „Gegendrucks“ durch das erweichende Rohr, welches dann im weiteren Verlauf zusammengedrückt und verschlossen wird. In der Zeit, bis der Rohrverschluss erfolgt, strömen heiße Rauchgase durch das Rohr und können das Rohr bis oberhalb der Decke erweichen (Bild 5, Sequenzen B und C). Im weiteren Verlauf verschließt die Manschette das Rohr (Bild 5, Sequenz D). Danach kühlt das Rohr durch den Wärmeaustausch mit der Decke und der Umgebung wieder ab. Wenn die Reaktion des Brandschutzmaterials abschlossen ist, kann sich das Rohr oberhalb der Decke wieder erwärmen und es dürfen keine mechanischen Einwirkungen in das Manschettenmaterial eingetragen werden oder Undichtigkeiten im Deckenverguss auftreten.

Sinngemäß gelten die Ausführungen zur Abschottung in Bild 5 auch für alle anderen Abschottungen, die sich auf einen Rohrverschluss mit intumeszierenden (aufschäumenden) Baustoffen stützen.

Bild: Lorbeer

Praxis und praxisgerechte Prüfung

Prüfungen sollen generell einen Praxisbezug abbilden. Werden z. B. Decken oder Wände geprüft, können Prüfungen mit hohen Temperaturen nach der ETK die Praxis hinreichend darstellen. Gleiches gilt für die Prüfung einer Druckrohrabschottung wie in Bild 4 links. Hier sind keine beweglichen oder aufschäumenden Baustoffe integriert. Der Praxis­bezug kann so als hinreichend abgebildet gelten, da selbst durch starke Temperaturschwankungen im Brandraum kaum Einfluss auf die Wirksamkeit erwartet werden kann.

Dagegen sind bei der Abschottung in Bild 5 mit einer Rohrleitung aus Kunststoff (Abwasser) der zeitliche Ablauf und die möglichen Temperaturschwankungen für die Funktion maßgebend. Bei der Abschottung einer Rohrleitung aus Kunststoff schmilzt im Brandfall das Rohr(material) ab ca. 95 °C. Das innerhalb der Brandschutzmanschette befindliche intumeszierende Material hat, je nach Hersteller, unterschiedliche Startpunkte. Entsprechend kann die für den Rohrverschluss notwendige Materialvergrößerung z. B. bei ca. 160 °C oder aber auch erst bei 210 °C starten. So wird die Funktion der Abschottung wesentlich von der Manschette (Material, Anordnung), vom Rohr (Material und Dicke) und vom zeitlichen Ablauf der Temperatureinwirkung beeinflusst.

Was aber passiert, wenn der reale Brand nicht den Prüftemperaturen der Einheitstemperaturzeitkurve entspricht? Es gibt genügend Brandereignisse, deren Temperaturverläufe nicht der ETK entsprechen, in denen die Temperatur also nicht sofort schnell ansteigt, sondern verzögert auf die Abschottung einwirkt. Kann das zum Versagen der Abschottungswirkung führen?

In Bild 6 wird beispielhaft ein abweichender Temperatur- und Funktionsverlauf skizziert. Wenn Temperaturen um die 90 bis 100 °C zum Rohr und der Manschette gelangen, wird das Rohr im Brandraum weich (Bild 6, Sequenz A). Dort entstehen Rohröffnungen, durch die heiße Rauchgase aus dem Brandraum durch das Rohr (Kamineffekt) nach oben strömen. Die für die Aktivierung der Manschette notwendige Temperatur ist noch nicht erreicht.

Bleibt die Temperatur in diesem Bereich (Bild 6, Sequenz B), entstehen durch den Kamineffekt oberhalb der Decke bereits Öffnungen im Rohr, obwohl die Starttemperatur der Manschette an der Decke noch nicht erreicht ist. Wenn im weiteren Verlauf (Bild 6, Sequenz C) die Temperatur an der Stelle der Rohrabschottung steigt und die Starttemperatur des aufschäumenden Baustoffs in der Manschette erreicht wird, ist das Rohr an dieser Stelle weggeschmolzen und die Manschette muss die Deckenöffnung verschließen. Bereits zu diesem Zeitpunkt sind jedoch zu hohe Temperaturen und ein Durchtritt von Feuer und Rauch oberhalb der Decke zu erwarten.

Bild: Lorbeer

„Das innerhalb der ­Brandschutzmanschette ­befindliche intumeszierende Material hat, je nach ­Hersteller, unterschiedliche Startpunkte.“

Ob die Manschette die Öffnung in der Decke tatsächlich verschließen kann, ist durch eine Prüfung mit der ETK nicht nachgewiesen. Zudem ist das abhängig von weiteren Details, wie Schallschutzfolie, Einbau über Muffe, Deckenverguss oder Ausstopfung, Verbindungsart, intumeszierendem Material. Bei anderen Einbauvarianten, bei denen der Temperaturzugang verzögert zur Abschottung gelangt, ist eine weitere Einflussnahme gegeben. Beispielsweise bei in der Decke eingelegten intumeszierenden Bändern, die um das Rohr gewickelt und eingemörtelt werden. Ob sich das Szenario so oder anders abspielt, ist von dem Einfluss des Temperaturverlaufs und von den verwendeten Materialien abhängig.

Wie die Schwelbrandkurve in Bild 7 nahelegt, kann es passieren, dass eine Abschottung lange wirkungslos bleibt. Ob der Funktionsnachweis einer nur nach ETK geprüften Rohrabschottung bei einem Brandereignis mit dem Temperaturverlauf nach der Schwelbrandkurve gegeben ist, muss also angezweifelt werden.

Bild: Lorbeer

Schon die Einbausituation kann erhebliche Auswirkungen haben. Wie in Bild 7 dargestellt, wird durch die verdeckte Installation, den Einbau hinter einer Verkleidung (Bild 8), der Temperaturverlauf bereits so verändert, dass die Anfangstemperaturen nicht mehr den Prüfbedingungen der Abschottung entsprechen, der Zugang von Temperatur an die Brandschutzmaßnahme wird verzögert. Der Ablauf kann jedoch nicht pauschal vorhergesagt werden, weil die Ausführung derartiger Verkleidungen in unterschiedlichen Varianten (nichtbrennbar, brennbar, mit Mineralwolleauskleidung für den Schallschutz) erfolgen kann.

Das gilt auch für klassifizierte Schachtkonstruktionen. Hier ist ja eine Temperatur­erhöhung auf der flammenabgewandten ­Seite (nur) bis zu 180 K legitim. Wird aber im Schacht eine notwendige Rohrabschottung eingebaut, entspricht die heutige Prüfung der Manschette nicht diesen Bedingungen.

Bild: Lorbeer

„Problematisch ist, wenn die für die Aktivierung der Manschette notwendige Temperatur noch nicht erreicht ist, beteiligte Kunststoff­rohre aber bereits weg­geschmolzen sind.“

Schlussfolgerungen

Rohrabschottungen, die auf mechanischen Hilfsmitteln basieren, sind mit heutigen Prüfungen nach der ETK nur bedingt zu bewerten. Die logische Überlegung, dass die Prüfungen für Abschottungen ohne Hilfsmittel durch die derzeitigen Prüfvorgaben ausreichend sind, darf nicht zu der Annahme führen, dass für Abschottungen mit mechanischen Hilfsmitteln, egal ob für brennbare oder nichtbrennbare Rohre, keine weiteren Überlegungen einfließen müssen. Derzeitige vom DIBt ausgestellte Nachweise für Rohrabschottungen erfüllen das damit deklarierte Sicherheitsniveau deshalb nicht durchgängig.

Nachweise, obwohl auf der Basis von Prüfungen ermittelt, entsprechen somit nicht immer der „geglaubten“ Wirksamkeit. Obwohl vom DIBt Temperaturverläufe und Temperaturgrenzen mit einer sehr hohen Genauigkeit sowie eine Vielzahl von Prüfungen gefordert werden, ergibt sich daraus für heutige Abschottungen und Einbaumöglichkeiten nur eine formale Genauigkeit, die eine umfassende Sicherheit für die Funktion vortäuscht.

Gleichzeitig werden vom DIBt Prüfungen verlangt, die keinen zusätzlichen Sicherheitsnachweis bedeuten, sondern sich auf formale Gründe berufen. Es werden Prüfaufbauten eingefordert, die Arbeitszeit, Energie und Ressourcen verschwenden. Schon das allein ist in der heutigen Zeit fast nicht mehr akzeptabel. Wenn daraus keine weiteren Erkenntnisse für die Sicherheit der Abschottung abgeleitet werden können, ist dieser Aufwand gründlich zu hinterfragen.

Auf der Baustelle verlangen Gutachter für eine Rohrabschottung die exakte Einhaltung der Anwendbarkeitsnachweise und jede Änderung, ob funktional Einfluss nehmend oder nicht, wird diskutiert und gutachterlich bewertet. Wenn aber schon der Diskussionsgrund, die aBG, in ihrer Funktionsaussage Fragen aufwirft – was soll dann für eine Abweichung herauskommen?

Autor

Gerhard Lorbeer ist freiberuflicher Ingenieur und seit 2007 Freier Sachverstän­diger für Wärme-, Feuchte-, Schall- und Brandschutz. Zu seinen beruf­lichen Tätigkeiten gehören Planung, Forschung und Entwicklung sowie Management in der Industrie.
Zudem ist er Dozent, Fachauto-und Mitglied mehrerer Normen­ausschüsse.r

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