Grundlagenuntersuchungen zum Brandverhalten von WDVS mit nachwachsenden Rohstoffen
Die Verwendung nachwachsender Rohstoffe in bzw. an Außenwänden mehrgeschossiger Gebäude ist derzeit durch restriktive Brandschutzanforderungen eingeschränkt. Aufgrund des hohen Flächenanteils von Außenwänden bieten umweltschonende Bauweisen mit Dämmstoffen aus nachwachsenden Rohstoffen hier viel Potenzial hinsichtlich Nachhaltigkeit und Energieeinsparung. Für diese neuartigen Ansätze liegen noch keine wissenschaftlichen Grundlagen vor und die Materialeigenschaften bezüglich des Brandverhaltens sind noch nicht hinreichend bekannt.
Um die ökologischen und gesundheitlichen Vorteile künftig besser nutzen zu können, werden in dieser Arbeit wesentliche Material- und Systemeigenschaften von Außenwandbekleidungen theoretisch, experimentell und numerisch untersucht mit dem Ziel der Einhaltung des erforderlichen brandschutztechnischen Sicherheitsniveaus. Die Untersuchungen erfolgen schwerpunktmäßig am Beispiel von Wärmedämmverbundsystemen (WDVS) mit Holzfaserdämmplatten.
Ausgangspunkt sind Analysen der Brandrisiken und Schutzziele für Außenwände mehrgeschossiger Gebäude mit brennbaren Baustoffen. Um den brandschutztechnischen Herausforderungen zu begegnen, werden im Wesentlichen zwei Strategien entwickelt: Durch die Kapselung der brennbaren Baustoffe mittels Dickschicht-Putzsystem sollen Schwelvorgänge verhindert sowie alternativ die thermischen Zersetzungsprozesse risikogerecht begrenzt werden. Gestützt auf umfangreiche Grundlagenuntersuchungen werden Lösungsansätze entwickelt. Durch großmaßstäbliche Brandversuchen wird aufgezeigt, dass ein vergleichbares brandschutztechnisches Sicherheitsniveau wie bisher zugelassener Außenwandsysteme erreicht wird.
Auf Basis der Brandversuche werden durch numerischer Untersuchungen effektive thermische Materialkennwerte für die Berechnung des Wärmetransports durch ein Dickschicht-Putzsystem (Leichtputz auf Kalk-Zement-Basis) ermittelt. Die Anwendbarkeit für unterschiedliche Brandeinwirkungen und Putzschichtdicken wird aufgezeigt und damit Möglichkeiten zur weiteren Optimierung der WDVS und Anpassung an individuelle Gebäudesituationen.
Weiter lassen sich die am Beispiel von Holzfaser-WDVS erarbeiteten Grundlagen sowie Strategien auf Außenwandbekleidungen mit anderen nachwachsenden Rohstoffen und Putzen übertragen. Mit dieser Arbeit liegen somit die wissenschaftlichen Grundlagen für eine risikogerechte Anwendung dieser umweltschonenderen Bauweisen vor.
The use of bio-based building materials from renewable resources as part of external walls of multi-storey buildings is limited by fire safety requirements in Germany. The high ratio of external walls serves great potential according sustainable and energy-saving building solutions due to the application of bio-based insulations materials. For those new building solutions there is a lack of material properties for characterising the fire behaviour. Therefore essential system and material properties are determined by theoretical, experimental and numerical analyses with the objective of a risk based design. The investigations are focussing on external thermal insulation systems (ETICS) with wood fibre boards.
Safety and risk analyses for multi-storey buildings with combustible building materials on external walls serve as starting point including current fire events and research results. Two main strategies are investigated in detail for a risk based system design: A thick layer plaster system shall serve as encapsulation preventing smouldering processes and as an alternative solution the processes shall be limited by barriers. Another important aspect for the system design is the robustness. Based on experimental investigations in small and medium scale first applicable design solutions are developed and their performance is tested in large scale. These fire tests should verify if the new developed systems can reach an equal level of fire safety compared to approved systems with combustible insulation.
In addition, effective thermal material properties are determined to calculate the heat transfer through a thick layer plaster system using numerical investigation methods and the results of the fire tests. They demonstrate their ability to predict the protection performance for different plaster thicknesses and fire exposures. Due to this, optimisation and modification possibilities can be used for an ecological und economical design for individual application.
Furthermore, the adaption of the developed risk-based design solutions for ETICS with wood fire boards can be predicted for other bio-based insulations and additional plasters. Thus, this thesis provides the scientific fundamentals for a risk-based application of bio-based building materials and the wider use of these sustainable alternatives.
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