Brand

Bygningsreglementets brandkrav er helt definerende for udformningen af et træbyggeri. Udviklingsbyggeriet MiniCO2 Etagehus TRÆ er et demonstrationsprojekt af Realdania By og Byg, der i praksis afprøver lovgivningens og bygningsfysikkens grænser for anvendelsen af træ i byggeriet. Dels at blive klogere på muligheder og udfordringer og dels at bidrage til at nedbryde allerede kendte og hidtil ukendte barrierer.

Ved udformningen af et træbyggeri må alt, lige fra den enkelte detalje og til bygningens hovedfigur udvikles med øje for bestemmelserne vedr. brand angivet i bygningsreglementet. En af de primære ambitioner med MiniCO2 Etagehus TRÆ er at anvende træ til at varetage flest mulige af byggeriets funktioner. Det indebærer at anvendelsen af træ som både bærende, isolerende og beklædende materiale.

I projektgruppen har vi haft et ønske om at afprøve muligheden for synlige konstruktioner og bygningen er derfor udformet med synlige søjler og bjælker i limtræ. Gavle og elevatorkerner i CLT afstiver bygningen og i opgangene er trappernes vanger og trin udført i massivtræ. Facadebeklædningen består af brædder sat på klink og bag disse er isoleringen ligeledes træbaseret. Denne omfattende anvendelse af træ er hidtil uset i et ikke-sprinklet fem-etagers hus. En lang række af bygningens detaljer findes derfor endnu ikke i de præ-accepterede løsninger.

Som konsekvens af de mange unikke løsninger er byggeriet indplaceret i brandklasse 4. Det tillader komparative analyser, brandteknisk dimensionering og brandprøvninger til at dokumentere opfyldelsen af bygningsreglementets funktionskrav. De specifikke afvigelser fremgår af den brandstrategi (Bilag X) der er udarbejdet af projektets interne brandingeniør NAVNs og efterfølgende godkendt den eksterne, uafhængige certificerede brandingeniør NAVN.

I det følgende nævnes de projektelementer og udfordringer, som har krævet den største opmærksomhed i projekteringsforløbet.

Bygningshøjde

Bygningsreglements krav til konstruktionernes brandmodstandsevne til bygninger med den øverste etage over 12m etager, øges fra 60 min til 120 min.

Med en almindelig etagehøjde på 3 meter vil det altså være muligt at bygge op til fem etager uden at udløse det øgede krav til brandmodstandsevne. I et træbyggeri er denne logik imidlertid problematisk, da dækopbygningen typisk er tykkere end ved et tilsvarende dæk med beton og det derfor ofte vil være nødvendigt at øge den samlede etagehøjde.

Etagehøjden i MiniCO2 etagehus TRÆ er 3,3 meter. Det var derfor afgørende, at den certificerede brandingeniør kunne argumentere for, at denne fravigelse er ”af ubetydelige karakter”, da det kun medfører en øget flugttid på tre trin, svarende til xxx sekunder. En forøgelse af konstruktionernes brandmodstandsevne fra 60 min til 120min vil i et træbyggeri medføre en voldsom overdimensionering af de synlige bærende elementer. Derudover vil det kræve en konstruktionsspecifik brandtest, hvilket markant vil fordyre det enkelte byggeri. Eksemplet viser, at selv små fravigelser kan have betydelige økonomiske og klimamæssige konsekvenser i et projekt. Det viser også, at det er en udfordring, at de regler kun kan undgås ved et forholdsvis dyrt brandklasse 4-forløb.

Synlige trækonstruktioner i boligerne

Med MiniCO2 etagehus TRÆ har det været en ambition at træets varme og taktile overflader skulle kunne opleves i såvel boligerne som udendørs. Det har desuden været ønsket at bygningens bærende konstruktioner skulle træde frem.

De præ-accepterede løsninger tillader maksimalt 20 % jævnt fordelt brandbart materiale på de indvendige overflader. De resterende flader skal være enten ubrandbare eller brandimprægnerede. Eftersom bygningen er mere end tre etager, er det ikke tilladt at brandimprægnere den bærende konstruktion. Derfor er bygningens søjler og bjælker kun synlige i et omfang, som svarer til 20 % af den maksimale væg- og loftoverflade.

Søjler og bjælker er derudover dimensioneret til at kunne modstå brand i 60 minutter. Da krav til bæreevne i brandsituationens ”varme” tilstand er mindre end i normaltilstanden, medfører det ikke øgede dimensioner, når kravet på 60 minutters brandmodstand er overholdt.

Grafik: Tegning som fremhæver de 20%

Træ i brandsektioner og brandceller

I adskillelsen imellem forskellige brandsektioner må der ikke være blottet træ. Almideligvis vil etagedæk udgøre en brandadskillelsen, men det ville i denne sammenhæng udelukke muligheden for synlige bjælker i lejlighedernes lofter.

Derfor er der udviklet en alternativ strategi hvor bygningens samlede boligareal udgør én samlet brandsektion over de fem etager plus hems.

Denne alternative strategi er vurderet acceptabel, da den samlede brandsektion ikke overstiger 600 m2, og fordi lofterne med undtagelse af de synlige bjælker er beskyttet i 60 minutter af et brandbeskyttelsessystem bestående at to gipsplader. Da der også er anvendt træbaseret isolering – i det her tilfælde papirisolering – skulle det eftervises ved 1:1-afprøvning at gipspladerne bliver hængende og er tætte, selv når der opstår indbrænding i de blottede bjælker ophængningssystemet bliver fastgjort i.

Den eftervisning blev muliggjort med initiativet Wood:UpHigh (link) – et fondsstøttet projekt som udforsker, analyserer og dokumenterer brandmodstandsevne for udvalgte bærende trækonstruktioner i kombination med biobaseret isolering med en række akkrediterede brandprøvninger I første omgang blev der udført en small-scale test i størrelsen 1,1x1,1 meter for at eftervise henholdsvis brandmodstandevne for K2 60-gipspladerne og tætheden af fugerne mellem giplspladerne og de synlige loftsbjælker. Erfaringerne fra small scale-testen blev implementeret i projektet, og derefter blev der udført en full scale-test af et større repræsentativt udsnit af et etagedækelement (4,8 x 2,275 meter). Full scale-testen er en robusthedstest, klassificeret som REI 60 hvor det samlede dækelement, udsættes for en fladelast under brandpåvirkning. Full scale-testen blev aktivt stoppet efter ca. 1 time og 50 minutter og blev betragtet som en stor succes, da kravet er 60 minutter.

Grafik: Billeder fra brandtesten

Træbaseret isolering

I de ikke-bærende bygningsdele som ydervægge, indervægge og dæk er det grundlæggende muligt at bruge biobaseret isolering med en klasse D-s2,d2 Disse skal dog fortsat være beskyttet af et beklædningslag i klasse K1, 10. Her opstår der problemer.

Mange af de gængse produkter af gipsplader på markedet er testet på mineralske isoleringsmaterialer og er derfor ikke godkendt som inddækning af biobaserede isoleringsmaterialer. Det fremgår af produkternes field of application, eller på dansk, anvendelsesområde.
Anvendelsesområdet afgøres af de omstændigheder, der har været til stede under de tests som har dannet grundlag for produktets brandcertificering. De omstændigheder er derefter definerende for hvordan produktet kan anvendes med sin certificering.
En væsentlig læring fra MiniCO2 etagehus TRÆ er behovet for nøje opmærksomhed på beskrivelserne af produkternes anvendelsesområde. De biogene isoleringsmaterialer er som relativt nye produkter i byggeriet dårligt repræsenteret i certificeringernes tests og derfor i mange tilfælde udenfor de inddækkende beklædningsprodukters anvendelsesområde.

Det kan betyde, at koblingen af de enkelte materialer ikke samlet overholder brandkravene, og at man derfor bliver nødt til at indskyde ekstra lag i konstruktionen med rette densitet eller brandmodstandsevne. Det har igen negative konsekvenser for både projektøkonomi og CO2-aftryk.
Generelt er mange af de mindre producenters materialer ikke dokumenteret bredt nok, og der mangler tests af brandbeskyttende pladelag på biobaseret isolering for at de kan blive accepteret uden en projektspecifik test af den samlede væg- eller dækopbygning.

Grafik: Komparative analyser af forskellige K1,10 opbygninger.

Perforeringer og gennembrydninger af brandbeskyttende lag

I detailprojekteringen blev det tydeligt at de brandbeskyttende lag af gipsplader skal perforeres af diverse fastgørelsesemner og installationer og gennembrydes af bjælker, der skal aflaste på en brandsektionsvæg.

Det kan også kun løses ved, at projektet placeres i brandklasse 4 og der tilføjes to fravigelser til brandstrategien som sammenligner gennembrydninger med tilsvarende forhold godkendt i de præaccepteret løsninger – som f.eks. gennemgående taglægter eller alternativ at forholdet er belyst ved en Brandteknisk begrundet vurdering (BBV). BBV for bjælkeender der gennembryder K2 60 A2- s1,d0 brandbeskyttelsessystem har medført en dybdegående 6 siders redegørelse for forholdene og er et eksempel på den øget projekteringsdetaljering og dokumentation ifm. træbyggeri.

Grafik: Udsnit af BBV for bjælkeender

Diffusionsåbenhed vs. brandmodstandsevne

De specifikke krav til brandtekniske forhold varierer fra land til land. I Danmark findes der krav til den samlede brandmodstandsevene for en bygningsdel parallelt med at der findes specifikke brandkrav til materialeoverflader.

Selvom en bygningsdel dimensioneres til at holde i et krævet tidsrum kan den altså godt være i konflikt med reglerne hvis materialerne ikke overholder de materialespecifikke brandkrav. Med de aktuelle materialespecifikke bestemmelser er dette uhensigtsmæssigt for udviklingen af træbyggeriet.

Dette forhold blev tydeligt ved valget af vindplade i facaden. Da projektet iflg. brandingeniørerne har opnået den maksimale kompleksitet og antal fravigelser skulle vindpladen opfylde kravene B-s1,d0 K1,10 (tjek). I Danmark findes der alene fibercementplader der overholder dette krav. Dermed kunne der ikke arbejdes med en diffusionsåben ydervægskonstruktion, hvilket ellers ville være ønsket i et biobaseret byggeri. Fibercementpladens z-værdi og kravet om 10 gang større z-værdi indadtil end udadtil kan kun opfyldes ved en damptæt indervægskonstruktion med dampspærre.

Grafik: Detaljesnit facade eller z-værdier over forskellige dampbremse / vindspærre – noget fra torben?

Brandimprægnering af træfacader

Facader i MiniCO2 etagehus TRÆ skal jf. brandstrategien udføres i overensstemmelse med de præ-accepterede løsninger, således at der udføres en vindspærre som K1 10 B-s1,d0 monteret på en OSB-plade med en densitet på mindst 300 kg/m3 , og med en regnskærm der opfylder mindst B-s2,d0 evt. med 20 % af regnskærmen der opfylder mindst D-s2,d2, jævnt fordelt.

Brandimprægnerede regnskærme skal testes for udvaskning iht. DS/EN 16755. DBI har dog ved tidligere test af en brandimprægneret træfacade konstateret, at der i det konkrete tilfælde var sket udvaskning af brandimprægneringen og har dermed sået tvivl om hvorvidt [DS/EN-16755, 2017] rent faktisk dokumenterer holdbarheden af brandimprægnerede træprodukter til udendørs anvendelse. Derfor stilles der i brandstrategien til MINICO2 etagehus TRÆ krav til fornyet brandprøvning hvert 5. år, som skal dokumentere at regnskærmen fortsat bevarer sine brandtekniske egenskaber i facadens levetid.
Dette øget krav medfører et væsentligt øget risiko for bygherren.

Realdania by og byg har i MINICO2 etagehus TRÆ indvilliget at tage risikoen på sig med håbet om ny læringer til branchens gavn. I andre byggerier bliver der udført projektspecifikke brandtests med brandstop for hver etageadskillelse som dokumenterer at behovet for brandimprægnering kan afviges. Læs mere herom under wood-up high (link til hjemmeside)

Grafik: Billede af MiniCO2 facade vs. den godkendt biofacade up high facade

Læringer og next step

Med udgangspunkt i erfaringerne vedr. brandbeskyttelse fra MiniCO2 etagehus TRÆ vil følgende initiativer og tiltag være med til at overskride aktuelle barrierer for træbyggeri i Danmark:

Efteruddannelse af projekterende arkitekter, konstruktører, konstruktions- og VVS-ingeniører i bygningsreglementets kapitel 5. Heri bør indgå samarbejde med brandingeniører for at sikre at de tidlige materiale- og designvalg ikke bliver til større barrierer senere i projekteringsforløbet.
Gøre de præaccepterede løsninger lettere at anvende. – se Artelia 4til1 skemaer
Få flere dokumenterede tests af brandbeskyttende systemer (inklusiv ler- og gipsplader, lerpuds og membraner som Rotoblas) ovenpå biobaseret isolering i klasse Ds1,d2 + E.
Undersøge muligheden om at integrere de mest anvendte afvigelser i brandklasse 3 + 4 projekter i de præ-accepterede løsninger.
Noget om sprinkling? Er det en god løsning for at undgå de mange lag gips? Er der nogen tommelfingerregler hvornår det giver mening? Økonomisk og co2?