Anforderungen an die (PUR/PIR-)Wärmedämmung von solargenutzten Flachdächern
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Autor: Dipl.-Ing. Tobias Schellenberger, Geschäftsführer IVPU
(4.1.2013; Download-Links zuletzt nachgeführt am 28.10.
Zusätzliche Belastungen der Dachkonstruktion
Um einen optimalen Neigungswinkel und damit maximalen Ertrag zu erzielen, werden Photovoltaikmodule meist aufgeständert. Diese Aufdachsysteme sind aufgrund ihrer Einfachheit inzwischen am gebräuchlichsten. Durch die Abtragung der Windkräfte über Auflast ist die Form der Aufständerung allerdings mit den höchsten Belastungen für Tragwerk, Abdichtung und Dämmung verbunden. Die schräg gestellten Paneele werden auf der dem Wind zugewandten Seite entlastet, während sich die Pressung auf der dem Wind abgewandten Seite verstärkt. Kippt das Solarpaneel infolge des Windsogs, verlagert sich das gesamte Gewicht auf die Kante. Die Kantenpressung kann bei weichen Dämmschichten zu Beschädigungen der Dachhaut führen.
Windkräfte verursachen dynamische Belastungen, die durch die gängigen Prüfverfahren nach EN 826 nicht abgebildet werden. Die wiederkehrende Beanspruchung kann je nach Dämmstoffart das Materialgefüge dauerhaft verändern und die Druckspannung herabsetzen.
Aufstellung der Anlage auf Druckverteilungsplatten, beschwert mit Kies:
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Häufig wird bei der Planung von Solaranlagen übersehen, dass die Dachfläche durch Begehen und Transportvorgänge von einem nicht genutzten Dach - bei dem Verkehrslasten eigentlich nicht vorgesehen sind - in ein genutztes Dach umgewandelt wird und die Dämmschicht damit einer erhöhten mechanischen Beanspruchung ausgesetzt ist.
Wird die Dämmschicht infolge wiederkehrender Belastung zu sehr zusammengedrückt, können die Schraubenköpfe durch mechanisch befestigte Dachabdichtungsbahnen stoßen. In der Folge entstehen Undichtheiten. Die Festigkeit bestimmter Dämmmaterialien wird zusätzlich durch geringe Menge Feuchtigkeit, die in fast jedem Dachaufbau vorhanden ist, und durch die Aufwärmung der Dachfläche im Sommer herabgesetzt.
Belastungsarten und Bemessung der Dämmschicht
Bisher existieren keine allgemein anerkannten Methoden, die Auswirkungen dynamischer Lasten auf die Lebensdauer von Flachdachkonstruktionen zu beurteilen. Die Anforderungen an Dämmschichten sind in DIN 4108-10 „Anwendungsbezogene Anforderungen an Wärmedämmstoffe - werkmäßig hergestellte Wärmedämmstoffe“ festgelegt. Dabei ist zu beachten, dass Flachdächer mit aufgeständerten Solarelementen künftig als „genutzte Dächer“ gelten sollten.
In genutzten Flachdächern dürfen ausschließlich hoch druckbelastbare Dämmstoffe der Anwendungstypen DAA dh, DAA ds oder DAA dx eingesetzt werden. Häufig wird die vom Hersteller angegebe Druckfestigkeit als Anhaltspunkt herangezogen. Diese Druckfestigkeit bei 10% Stauchung (nach EN 826) ist jedoch nur begrenzt aussagefähig, da die Prüfung nur eine einmalige, statische Belastung beinhaltet. Unter baukonstruktiven Gesichtspunkten sollte die Stauchung der Dämmschicht 2% nicht überschreiten. Bei stärkerer Dickenminderung besteht die Gefahr, dass die Dachhaut beschädigt wird.
Kurzzeitige statische Belastung:
In der
Bauphase kann es vorkommen, dass Baumaterial und Geräte auf der
Dachfläche gelagert werden. Ein temporärer Schutz der Dachhaut ist
dann erforderlich. Kurzzeitig kann eine Dämmung mit
Polyurethan-Hartschaum des Anwendungstyps DAA dh bis 60 kPa und
DAA ds bis 90 kPa belastet werden, ohne dass die Verformungsgrenze
von 2% überschritten wird. Bei dieser Druckbelastung verhält sich
Polyurethan-Hartschaum elastisch, d.h. nach Entlastung
stellt sich der Dämmstoff wieder in die ursprüngliche Dicke
zurück.
Polyurethan-Hartschaum des Anwendungstyps DAA dh (Nenndruckspannung 100 kPa) unter zyklischer Belastung. Erst bei 60 kPa wird eine Stauchung von 2% erreicht. (Bild vergrößern)
Dynamische Druckbelastung:
Wiederkehrende
Belastungen treten in allen Flachdächern auf. Das
Forschungsinstitut für Wärmeschutz e.V. München (FIW) hat ein
Prüfverfahren zur Bestimmung der Begehbarkeit von Dämmschichten in
Flachdächern entwickelt. Bei diesem Prüfverfahren wird der Druck
nicht einmalig bis zu 10% Stauchung oder bis zum Materialversagen
aufgebracht, sondern zyklisch bis zur jeweiligen Belastungsstufe.
Belastung und Entlastung wechseln sich ab, wobei die
Belastungsstufe nach fünf Zyklen um jeweils 20 kPa erhöht wird.
Dabei sollen die Dämmschichten nicht mehr als 2% gestaucht und in
ihrer Struktur nicht verändert werden. Die bleibende (plastische)
Verformung nach der Entlastung soll nicht mehr als 0,5% betragen.
Die Untersuchungen haben gezeigt, dass Polyurethan-Hartschaum des
Anwendungstyps DAA dh durch zyklisch wiederkehrende Belastungen
bis 60 kPa nicht dauerhaft verformt oder geschädigt wird.
Polyurethan-Hartschaum des Anwendungstyps DAA ds könne sogar bis 90 kPa zyklisch belastet werden.
Zeitstanddruckfestigkeit:
Die Eigenlast der
Solaranlage einschließlich der Montagegestelle und der Auflast
kann bis zu 120 kg/m² betragen. Da die Dämmschicht über die
gesamte Gebrauchsdauer ständig belastet wird, muss der Dämmstoff
eine ausreichende Zeitstanddruckfestigkeit besitzen. Bei der
Bemessung ist die zeitabhängige plastische Verformung unter Last
(auch als „Kriechen“ bezeichnet) zu berücksichtigen. Diese darf
auch bei einer Belastungsdauer von 50 Jahren die Grenze von 2%
nicht übersteigen.
Polyurethan-Dämmplatten des Anwendungstyps DAA dh erfüllen diese extremen Anforderungen selbst dann, wenn sie permanent über 20 Jahre mit 20 kPa (entsprechend 2000 kg/m²) belastet werden. Der Polyurethan-Anwendungstyp DAA ds ist sogar mit 30 kPa (entsprechend 3000 kg/m²) belastbar.
Fazit
Die Installation von Solarkollektoren oder Photovoltaikmodulen ist immer mit Lasteinträgen in die Dachkonstruktion verbunden. Die zusätzlichen Lasten beanspruchen nicht nur die Dachkonstruktion einschließlich der tragenden Trapezblechschale, sondern auch die tragenden Wände und Stützen, die zusätzliche Vertikallasten aufnehmen müssen. Häufig sind Tragelemente statisch knapp bemessen und bieten kaum Spielraum für zusätzliche Lasten. Daher sollte die Belastbarkeit der Baukonstruktion anhand von Plänen und Berechnungen durch einen Statiker geprüft werden.
Polyurethan-Dämmstoffe belasten durch ihr geringes Eigengewicht von rund 3 kg/m² bei 100 mm Dicke die Dachkonstruktion kaum zusätzlich und bieten sich daher gerade bei statisch ausgereizten Tragwerken als „Problemlöser“ für eine energetische Sanierung im Vorfeld der Installation an. Aufgrund ihrer guten Bemessungswerte der Wärmeleitfähigkeit von 0,024 W/mK bis 0,029 W/mK ermöglichen Dämmelemente aus Polyurethan-Hartschaum (PUR/PIR) sehr gute U-Werte schon bei vergleichsweise geringen Dämmstoffdicken.
Fachpublikation zum Thema „Solargenutzte Flachdächer - Anforderung an die Wärmedämmung“
Der IVPU - Industrieverband Polyurethan-Hartschaum e.V. hat neue
Fachpublikation zum Thema dieses Beitrages veröffentlicht (direkter
PDF-
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siehe zudem:
- Flachdach, Photovoltaik und Dachbegrünung bei Baulinks
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