Aluminium-Verbundverkleidung und Brandschutz: Sicherheit erfordert Teamleistung

Philip Paff vergleicht den Brand im Grenfell Tower in London mit einem Brand in Australien und zeigt, wie Design, Konstruktion und Standards das Ergebnis beeinflussen können.

Etwas mehr als 18 Monate sind seit der Tragödie des Brandes im Grenfell Tower in London vergangen, bei dem 71 Menschen ums Leben kamen. Seit diesem Ereignis ist in Großbritannien viel passiert – eine Untersuchung, eine Untersuchung und die anschließende Prüfung anderer Gebäude im ganzen Land.

Der Brand, der sich am 14. Juni 2017 ereignete, ist auf das Versagen einer Reihe von Baupraktiken und -systemen innerhalb des Bauwerks zurückzuführen. Eine dieser Komponenten war die Aluminium-Verbundplatte (ACP), die als Fassadenverkleidung des Gebäudes verwendet wurde und in Verbindung mit Dämmmaterialien für die schnelle Brandausbreitung über die Außenhaut des Gebäudes verantwortlich gemacht wurde. Das Feuer umging bei seiner Ausbreitung nach außen viele Brandschutzsysteme, was zu Brandschäden in praktisch allen Bereichen des Gebäudes führte.

Aber lassen Sie uns einen Moment darüber nachdenken, was passiert wäre, wenn dieser Brand in den Vereinigten Staaten in einem gleichwertigen, nach nordamerikanischen Standards gebauten Gebäude aufgetreten wäre.

(1) Ein mit AKP verkleidetes Gebäude in New York City. Sobald die Platten angebracht sind, ist es schwierig, den Plattentyp zu identifizieren. (Fotos vom Autor, sofern nicht anders angegeben.)

(2) Dieses Autohaus ist mit ACP verkleidet. (Foto von Greg Havel.)

(3) Eine Nahaufnahme von ACP auf einem Gebäude. (Foto von Greg Havel.)

Ein Vergleich mit dem Brand im Grenfell Tower ist schwierig. Der 43 Jahre alte, 24-stöckige Wohnblock, der 2016 saniert wurde, verfügte nur über ein Evakuierungstreppenhaus, keine Sprinkleranlage, ein Alarmsystem, das nur die öffentlichen Bereiche versorgte, und eine leicht brennbare Außenverkleidung. Einige mögen zum Zeitpunkt des Brandes im Grenfell Tower sogar sagen, dass es in den Vereinigten Staaten nicht möglich sei, ein Bauwerk dieser Art zu finden. Im Laufe der Zeit sind ähnliche Verkleidungen jedoch Teil von Gebäuden geworden, die überall in den Vereinigten Staaten gebaut werden.

Was können wir also bei einem Brand in einem Gebäude erwarten, das einem gleichwertigen US-Standard entspricht? Ein Gebäude, das umfassend Brandschutzsysteme nutzt, wie z. B. mehrere feuerisolierte Evakuierungswege; Feuerleitzentralen; und feste Brandbekämpfungssysteme wie Sprinkleranlagen, Hydranten und ein auf Rauch reagierendes Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagensystem (HVAC).

Seltsamerweise müssen wir uns für diesen Vergleich einen Brand ansehen, der sich 2014 in Australien ereignete. Obwohl Australien über ein eigenes System von Vorschriften und Brandschutzmethoden verfügt, weist es in vielerlei Hinsicht Ähnlichkeiten mit denen der Vereinigten Staaten auf. Dies ermöglicht eine Fallstudie zu einer Art Brandereignis, bei dem ACP als Verkleidung verwendet wurde.

Zur Erinnerung: ACP ist etwa 3⁄16 Zoll dick und besteht aus zwei dünnen Aluminiumplatten, zwischen denen ein Polymerkern liegt. Der Polymerkern besteht überwiegend aus Polyethylen und ist weltweit die Ursache vieler brandbedingter Probleme. ACP kann flach, gerollt, gebogen oder zu vielen anderen Profilen geformt werden.

Betrachten wir das Brandpotenzial von ACP, um die Tiefe des Problems einzuschätzen. Das Panel, genauer gesagt das Polyethylen-Kernmaterial, hat eine Zündtemperatur von ca. 200 °C und in Form als Mantel eine ähnliche Energiedichte wie Benzin. Das bedeutet, dass jede 10 Fuß² Polyethylenkernverkleidung einer Gallone Gas entspricht. Wenn man davon ausgeht, dass ein durchschnittliches 30-stöckiges Gebäude etwa 90.000 Fuß² Verkleidung benötigt, sind das etwa 9.000 Gallonen Gas, die an der Außenseite des Gebäudes hängen.

100 % Polyethylen

(1) Es ist leicht entflammbar und enthält keine Zusätze zur Brandbeständigkeit. (Fotos vom Autor.)

70 % Polyethylen, 30 % mineralischer Füllstoff

(2) Es weist eine geringe Feuerbeständigkeit auf und enthält Mineralien oder Verbindungen auf Tonbasis, die die Feuerbeständigkeit erhöhen. Bei fehlender Wärme/Belüftung verlöscht das Panel von selbst; es delaminiert, wenn es Hitze ausgesetzt wird.

30 % Polyethylen, 70 % mineralischer Füllstoff

Es verfügt über eine hohe Feuerbeständigkeit und enthält Mineralien wie Zink und Elemente auf Tonbasis. Beim Erhitzen löst sich die Platte auf. Es wird als Premiumprodukt verkauft.

Gestanzter Aluminiumkern – 1⁄32 Zoll

(3) Der aus Aluminium gestanzte Kern. Beachten Sie die Luftspalte.

Der Aluminiumkern wird gestanzt oder gepresst, um der Platte eine Dicke von etwa 5⁄32 Zoll zu verleihen. Deckschichten werden mit dem Kernteil verklebt. Durch den Pressvorgang entstehen Tausende gleichmäßig verteilte „Grübchen“, die durchgehende Luftspalte in der gesamten Folie aufweisen. Vor dem Verkleben wird auf die gesamte Deckplatte Klebstoff aufgetragen. Der Kern und die Deckschicht bestehen aus nicht brennbarem Aluminium, aber der Kleber und die damit verbundenen Luftspalte ermöglichen ein Feuer. Die Platte wird delaminieren.

Vollkern aus Aluminium, Zwischenschicht aus Polyethylen – 1⁄8 Zoll

Dieser massive Aluminiumkern ist mit einer 1⁄32-Zoll-Zwischenschicht aus Polyethylen beschichtet; Auf die Zwischenschicht wird eine Deckschicht geklebt, wodurch eine hochwertige, glattflächige Platte entsteht. Die Zwischenschicht ist brennbar, obwohl das Brennstoffpaket stark reduziert ist. Beim Erhitzen löst sich die Platte auf.

Massive Aluminiumplatte – kein Verbundsystem

Dieses Panel unterstützt keine Verbrennung. Es ist teuer und die fertige Platte ist nicht so glatt oder wellenfrei wie die Verbundprodukte.

Im Folgenden finden Sie eine Fallstudie zu einem Brand, der sich am 25. November 2014 in einem mit brennbarem ACP verkleideten Wohnhaus in Lacrosse, Docklands (Melbourne, Australien) ereignete.

Das Gebäude hatte eine Grundfläche von 39.000 Fuß² und eine Höhe von 193 Fuß. Es bestand aus 23 Ebenen. Ebene 1 war ein Parkhaus. Die Ebenen 2–3 waren gewerbliche Nutzungen und die Ebenen 4–22 waren Wohnnutzungen. Auf jeder Etage befanden sich 15 Wohnungen; Jede Wohnung hatte eine Fläche von 1.000 Quadratmetern. Es gab schätzungsweise 400 Insassen.

Bei der Struktur handelte es sich um eine Bauart vom Typ 1 mit einem momentfesten Stahlbetonrahmen und Wänden aus Beton, Mauerwerk und Gipskartonplatten. Die Böden waren aus Beton und das Dach bestand aus einer Metallplatte. Es gab drei Aufzüge im zentralen Kern und zwei Evakuierungstreppen, feuerisoliert und unter Druck gesetzt, ein Drittel und die anderen zwei Drittel der Stockwerkslänge.

Das Gebäude einschließlich der Wohnungen verfügte über eine Brandmelde- und Alarmanlage sowie eine Nassrohrsprinkleranlage. Die Aktivierung der Sprinkleranlage löste eine Signalisierung an die Feuerwehr über die Brandmeldetafel aus. Es hatte auch Folgendes:

Die betroffenen Wohnungen wurden vertikal ausgerichtet. Sie wurden von individuellen Split-Klimaanlagen versorgt, die sich auf einem Außenbalkon befanden. Da es sich um eine Wohnanlage handelte, waren Rauchmelder im Aufenthaltsraum jeder Wohnung erforderlich. Es war nicht erforderlich, dass Rauchmelder mit der Hauptfeuermeldezentrale verbunden sind. In den Gemeinschaftsräumen und den einzelnen Wohnungen wurde ein Lautsprechersystem eingebaut, das die Bewohner automatisch alarmiert. Das System fungierte auch als Beschallungssystem in Notfällen. Alle Wohnungen waren mit Sprinkleranlagen ausgestattet, je nach Größe und Grundriss vier bis sechs Sprinklerköpfe pro Wohnung. Auf den Balkonflächen wurden keine Sprinkler angebracht, da die Balkonfläche kleiner war als die Größe, für die die Vorschriften Sprinkler vorschrieben.

Eine Zigarette, die unsachgemäß in einem Plastikbehälter auf einem Holztisch auf dem Balkon einer Wohnwohnung auf Ebene 8 (Wohnung 805) weggeworfen wurde, löste den Brand aus. Der Plastikbehälter und die Tischplatte aus Holz lieferten genug Brennstoff, um eine nahegelegene Split-System-Außenklimaanlage, Altkarton und schließlich das ACP an der Außenseite des Gebäudes in Gang zu setzen. Das ACP erstreckte sich entlang der vertikalen Flächen des Gebäudes und wurde so angebracht, dass es eine Rückwand bildete, die bis zum Schnittpunkt des Balkons und einer Glasschiebetür reichte, die zu den Innenwohnräumen jeder Wohnung auf jeder Ebene führte.

Die Feuerwehr erhielt um 2:24 Uhr einen Anruf mit der Meldung eines Brandes; Zusätzlich wurde eine sekundäre Benachrichtigung in Form einer automatischen Alarmbenachrichtigung an den Versand gesendet. Der Alarm wurde durch die Aktivierung eines Sprinkler-Durchflussschalters ausgelöst.

Die Feuerwehrleute trafen innerhalb von fünf Minuten nach dem Anruf ein und beobachteten, wie sich das Feuer schnell nach oben ausbreitete und sich nach außen auf etwa sechs Stockwerke erstreckte. Als sich das Feuer nach oben ausbreitete, erfasste es den Balkonbereich jeder Etage und betraf externe Klimaanlagen, Gartenmöbel und Kleiderständer. Das Kommando ordnete sofort einen dritten Alarm an. Um 2:35 Uhr teilte das Kommando der Leitstelle mit, dass das Feuer Ebene 21 (oberstes Stockwerk) erreicht habe und löste einen vierten Alarm aus.

Glücklicherweise befand sich neben dem Gebäude eine Hochstraße. Den Feuerwehrleuten gelang es, ein Luftgerät auf der Fahrbahn zu positionieren, das mit seinem Strahl eine zusätzliche Reichweite von mindestens drei Stockwerken ermöglichte.

Intern war die Sprinkleranlage des Gebäudes auf 16 Etagen in Betrieb und dämmte den Brand in den Räumen direkt über der Brandherdwohnung auf jeder Etage ein. Dies gab den Feuerwehrleuten Zeit, die Bewohner zu evakuieren und Angriffsteams aufzustellen. Lediglich die Besatzungen auf den Ebenen 10 und 19 benötigten einen Schlaucheingriff. Einhundertzweiundzwanzig Feuerwehrleute mit 29 verschiedenen Einsatzkräften kämpften und bewältigten den Vorfall.

Das interne Hydranten- und Sprinklersystem des Gebäudes wurde so konzipiert, dass Wasser zur gleichzeitigen Versorgung von vier Sprinklerköpfen und zwei Hydranten fließt. Diese Auslegungslast wurde in den Obergeschossen durch bauseitige interne Pumpen ermöglicht, die bei Bedarf durch Apparate am FDC ergänzt werden konnten.

Während des Vorfalls waren 26 Sprinklerköpfe und zwei Hydranten in Betrieb. Offensichtlich hat das System bei der Eindämmung des Feuers weit über seine Auslegungsparameter hinaus funktioniert. In einigen der vom Feuer betroffenen Wohnungen war mehr als eine Sprinkleranlage in Betrieb; Die Aktivierungsorte waren überwiegend der Küchenbereich und Schlafzimmer 2 jeder Wohnung. Feuerwehrleute nutzten in den Wohnungen 1005 und 1905 Handgriffe; Einsatztrupps berichteten damals, dass die Sprinkler das Feuer in jedem Fall eingedämmt hätten.

Äußerlich hörte das Feuer auf, sich weiter auszubreiten, da es die oberste Etage des Gebäudes erreicht hatte. Designaspekte des Gebäudes minimierten die horizontale Kraftstoffverfügbarkeit und verhinderten eine seitliche Ausbreitung. Hitze-, Rauch- und Wasserschäden konnten im „5er Vertical Block“ mit Wohnungen innerhalb des Gebäudes gut eingedämmt werden.

Die Evakuierung der Gebäudebewohner begann vor dem Eintreffen der Feuerwehr. Die Brandmeldeanlage des Gebäudes leitete automatisch eine automatische Evakuierung ein. In Australien ist es üblich, dass Hochhäuser über ein automatisches System verfügen, das ein kaskadierendes oder segmentiertes Evakuierungssystem anwendet. Bei der Aktivierung werden die Bewohner der Brandetage sowie einer Etage darüber und einer Etage darunter benachrichtigt. Das System strahlt dann mit einer Stärke pro Minute nach oben bis zum obersten Stockwerk, woraufhin die Alarmierung zwei Ebenen unter dem Brand beginnt und nach unten bis zum ersten Stockwerk ausstrahlt.

Trotz eines wirksamen Warnsystems erschweren gemeinsame Faktoren, die bei vielen Mehrfamilienhäusern auftreten, wie Unwissenheit, Beeinträchtigung und Zugang zu Privatwohnungen, die Ermittlung der Evakuierungszahlen und die Verantwortlichkeit. Dies wirkte sich insbesondere auf die Taktik beim Außenbrand aus und führte zu mehreren Geschossen, die zu einem Bedarf an größeren Ressourcen schon sehr früh im Betrieb führten. Die „Reflexzeit“, die erforderlich ist, wenn geeignete Einheiten reagieren, zugewiesen werden und dann mit der Arbeit beginnen, verdeutlicht die Notwendigkeit der richtigen Gebäudeintelligenz zur richtigen Zeit – also des Zugriffs auf Informationen für das, was jetzt wichtig ist. Das Gebäude erfordert außerdem gleichzeitig wirksame interne Brandmanagementstrategien und -systeme wie den Prozess der vollständigen Evakuierung und automatische Löschsysteme.

(5) Die Anordnung der Wohnungsabluft (Pfeil) auf den Balkonbereich, ein gemeinsames Gestaltungsmerkmal. Beachten Sie auch den Standort der externen Klimaanlage.

Anfangs funktionierte das interne Alarmsystem des Gebäudes gut, doch dann kam es aufgrund von Code- und Designmängeln zu einem zunehmenden Ausfall.

Jeder Balkon verfügte über einen Abluftauslass, der über flexible Leitungen von den Küchen- und Badezimmerräumen in jeder Wohnung versorgt wurde. Während des Ereignisses drang Feuer in den Abluftkanal der Außenwand ein und zerstörte die dahinterliegende flexible Rohrleitung. Ein Brand innerhalb des leeren Raums beeinträchtigte nach und nach die Verkabelung des Beschallungssystems im gesamten Gebäude. Dies machte einen ressourcenintensiven Einsatz von Feuerwehrleuten erforderlich, um jede Wohnung auf jeder Etage schnell zu untersuchen und die Bewohner zu räumen.

Feuerwehrleute halfen bei der Beseitigung und Evakuierung von mehr als 400 Personen. Das Kommando leitete Maßnahmen ein, um die Bewohner der von Rauch und Feuer betroffenen Wohnungen vorübergehend in eine nahegelegene Bushaltestelle umzusiedeln. Unterstützungsagenturen übernahmen dann für einen längeren Zeitraum die Betreuung der Evakuierten. Während des Ereignisses wurden weder Feuerwehrleute noch Zivilisten erheblich verletzt.

Viele australische Feuerwehren verfügen über umfassende Gebäudeinspektions-/Gemeindesicherheitsabteilungen. Dies erstreckt sich in vielen Fällen auf wiederkehrende Inspektionen von Gebäuden innerhalb jedes Einsatzgebiets durch Einsatzfeuerwehren. Die Inspektionsintervalle richten sich nach der Nutzung oder Belegung eines Gebäudes. Bei Inspektionen führt ein örtliches Feuerwehrteam eine physische Inspektion der in einem Gebäude installierten Systeme durch, beispielsweise der Ersteinsatzausrüstung wie Feuerlöscher usw. Aufzeichnungen über die Wartung von Brandmeldeanlagen, Notbeleuchtungen, Brandschutztüren und Sprinkleranlagen/Hydranten werden zusammen mit der Schulung der Bewohner und geprobten Evakuierungsaufzeichnungen überprüft. Reaktionsbereiche mit einer hohen Dichte an Gebäuden, die im Rahmen dieser Regelung inspiziert werden müssen, werden von engagierten Compliance-Beauftragten außerhalb der Schicht unterstützt.

Bei der Untersuchung nach dem Vorfall wurden Probleme festgestellt, mit denen Feuerwehrleute häufig bei größeren Vorfällen konfrontiert werden, wie z. B. Kommunikation, Ausfälle von Gebäudesystemen und ein Mangel an qualitativ hochwertigen Informationen in Form von Personenzahlen und Standorten. Die folgenden Elemente stellten die Feuerwehrleute vor Herausforderungen oder unterstützten sie:

Abbildung 1. Der Bauplan mit Angabe der Feuerwehrwohnung

Abbildung 2. Plan der Brandschutzwohnung 805

Der Grundriss der Brandwohnung. Der rote Abschnitt kennzeichnet den mit ACP ausgekleideten Bereich. Ungefähr 55 Fuß2 3⁄16-Zoll-Material auf jeder Etage können auf den ersten Blick wie ein kleines Brennstoffpaket erscheinen. Unter Brandbedingungen entsprach das Material jedoch der Menge von 5½ Gallonen Benzin.

Brandbeteiligung im Hohlraum unmittelbar hinter einem Abluftauslass auf dem Balkon von Apt. 805 verursachte einen Kurzschluss im Notrufsystem des Gebäudes, wodurch das System unbrauchbar wurde. Australische Standards verlangen, dass die Verkabelung des Brandschutzsystems nur von der Meldetafel bis zum abgedeckten Bereich oder der abgedeckten Zone (in diesem Fall jede Etage) feuerbeständig sein muss.

(4)Von dem Brand waren vor allem die rot umrandeten Wohnungen betroffen.

Das auf jeder Etage in „Reihenschaltung“ elektrisch angeschlossene System scheiterte, als ein Brand die Verkabelung der Verkabelungsschleife einer Wohnung beeinträchtigte.

Andere zur Unterstützung der Insassensicherheit und Evakuierung installierte Funktionen – wie Feuerlöscher, Notausgangsbeleuchtung, Brandschutztüren und Hardware – wurden wie vorgesehen gewartet und betrieben.

Ein Problem war die allzu häufige Nutzung von Feuerlöschernischen oder Schränken durch die Bewohner als Stauraum.

Treppenhausdruckbeaufschlagung in jedem der beiden Evakuierungstreppenhäuser nach Bedarf in Betrieb; Es wurde keine Rauchverunreinigung beobachtet.

Hinweis: Es ist erforderlich, dass in der Zuluft zu HVAC- und Drucksystemen eine Raucherkennung installiert wird. Die Erkennung von Rauch erzwingt eine Systemabschaltung und minimiert so die Rauchbelastung nicht betroffener Bereiche.

Die Windbedingungen am Abend des Brandereignisses kamen aus westlicher Richtung und lagen zwischen 12 und 18 Meilen pro Stunde. Die Ausrichtung der betroffenen Wohnungen erfolgte auf der Ostseite (Leeseite) des Gebäudes. Der Wind zog Rauch, Hitze und Flammen weg, was wahrscheinlich zur Brandbekämpfung beitrug. Die Auswirkungen einer alternativen Windsituation auf die Brandbedingungen wurden nicht untersucht.

(6) Ein Beispiel für die intumeszierende Feuermanschette. Es wird um ein durch eine Wand oder einen Boden verlaufendes Versorgungsrohr gelegt. Bei Feuereinwirkung quillt die Auskleidung des Kragens auf und verschließt so die Öffnung. Das Material verkohlt schließlich und bildet eine schützende Versiegelung, die die Ausbreitung von Flammen und Brandgasen einschränkt.

Ein Aspekt der Gebäudesysteme trug zur Brandausbreitung bei. Die Entwässerung zu jedem Balkon erfolgte über ein Abflussrohr, das in ein vertikales Abflussrohr eingepasst war, das von der Aluminiumverkleidung umgeben war. Das vertikale Entwässerungsrohr aus PVC verlief durch die Betondecke jedes Balkonabschnitts. Gemäß den Vorschriften wurden die Rohrleitungen mit einer intumeszierenden Manschette abgedichtet, um eine Brandausbreitung zu verhindern. Wenn ein Rohr von Feuer getroffen wird, schwillt die Manschette nach innen an und verschließt das Kunststoffrohr, wodurch das Feuer gestoppt wird. Das Halsband hat eine Feuerbeständigkeit von zwei Stunden. Das Problem besteht darin, dass die Manschette für die Durchführung eines einzelnen Rohrs ausgelegt ist. Während der Bauarbeiten nutzten die Bauunternehmer ein T-Verbindungsstück, um das Abflussrohr des Balkons mit der vertikalen Entwässerung zu verbinden. Ein Verbindungsstück ist schwerer konstruiert als ein gerades Rohr, und die hergestellte Verbindung ist auch schwerer. Dies beeinträchtigte den Betrieb des Halsbandes unter Brandbedingungen und konnte die Brandausbreitung nicht begrenzen.

Bei diesem Brand war es ein Glück, dass die architektonischen Besonderheiten des Gebäudes den Einsatz der ACP-Verkleidung auf ein Minimum beschränkten. Dies ist bei vielen Bauwerken nicht der Fall, die Tausende von Quadratmetern vertikal und seitlich umfassen und keine feuertechnischen Barrieren wie Brandschutzbarrieren, Trennungen oder Brandschutzmaterialien aufweisen. Dies kann auch bei architektonischen Barrieren der Fall sein, die zufällig mit dem Entwurf zusammenhängen, wie z. B. die Verwendung alternativer Materialien für den Effekt oder Windkanäle, die der Belüftung oder Windbelastung dienen.

Der Ausgang dieses Brandes, der vor allem auf die Verwendung von ACP-Verkleidungen zurückzuführen war, nahm ein gutes Ende. Dennoch verdeutlicht es den Einfluss vieler Gruppen auf die Gebäudesicherheit – von der Planungs- und Entwurfsphase über die physische Konstruktion bis hin zu den Handlungen von Auftragnehmern und Bewohnern.

Feuerwehrleute tragen in dieser Gleichung auch eine Verantwortung: Sie sollten mit dem Gebäude und seiner Belegung vertraut sein und die Systeme kennen, für die wir uns so lange und intensiv eingesetzt haben, wie Sprinkleranlagen, risikogerechtes Löschwasser sowie Evakuierungs- und Rauchkontrollsysteme .

Philip Paff , AFSM, MIFireE, CFO, ist Kapitän in Queensland, Australien, mit 23 Jahren Erfahrung als Rettungsoffizier. Er hat einen Bachelor-Abschluss in Rettungsdiensten und ist Mitglied der australischen Task Force 1 für städtische Such- und Rettungseinsätze. Für seinen Beitrag zur Rettung erhielt er die Australian Fire Service Medal.