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Anforderungen an die (PUR/PIR-)Wärmedämmung von solargenutzten Flachdächern

  • Autor: Dipl.-Ing. Tobias Schellenberger, Geschäftsführer IVPU

(4.1.2013; Download-Links zuletzt nachgeführt am 28.10.2014) Flachdächer werden immer häufiger für die Aufstel­lung von Solaranlagen genutzt und sind damit erhöhten Belas­tungen, z.B. durch Windlast und Begehung, ausgesetzt. Um die dauerhafte Funktionstüchtigkeit des Daches bei solarer Nutzung zu gewährleisten, muss die Wärmedämmschicht aus­reichend druckfest sein.

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:
  1. Solarelement
  2. Wanne mit Beschwerung
  3. Bautenschutzmatte
  4. Dachabdichtung
  5. Dämmung
  6. Dampfsperre und Voranstrich
  7. Tragkonstruktion
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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.


Lastfälle und Eigenschaftswerte von Dämmstoffen aus Polyurethan-Hartschaum (Bild vergrößern)

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-Download). Eine gute Ergän­zung dazu ist die IVPU-Planungshilfe Flachdach (direkter PDF-Download) - siehe auch daemmt-besser.de > Services > Druckschriften-Download.

siehe auch für zusätzliche Informationen:

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