Solarsicherheit.com

Sonnenwärmeanlagen brandsicher und langlebig betreiben

Wird der Stillstand von dachintegrierten Kollektoren zum Problem?

Sonnenwärme-Anlagen produzieren in Schönwetterperioden oft viel mehr Energie als ihre Speicher aufnehmen können. Diese Auslegung ist auch sinnvoll, damit die kostenlose Sonnenwärme ganzjährig optimal genutzt werden kann. Spätestens im Sommerurlaub geht der Verbrauch gegen Null. Zudem haben größere Anlagen zur Heizungsunterstützung schon ab dem Ende der Heizperiode regelmäßig Überschüsse.  Dann schaltet die Anlage bei gefülltem Speicher ab, der Solarkreislauf steht still und die Energie verbleibt im Solarkollektor. Dieser heizt sich nun so lange auf, bis er alle Wärmeenergie wieder an die Umgebung abstrahlt. Ein BUSO-Solarabsorberblech erreicht beispielsweise in diesem Fall bis zu 187°C. Solche Stillstandstemperaturen hatte man bisher als unkritisch angesehen, da das Solarfluid nur langsam geschädigt wird. Nach Mitteilung des mittlerweile insolventen Herstellers des BUSO-Solardaches gibt es aber nun den Verdacht, dass der Anlagenstillstand  im Zusammenhang mit einer wachsenden Anzahl von mysteriösen Dachstuhlbränden steht. 2015 sind wohl 4 und in 2016 sogar 6 verdächtige Dachstuhlbrände hinter BUSO-Solarkollektoren aufgetreten. Auch wenn diese Zahlen sich auf ca. 15.600 BUSO-Anlagen beziehen und die genauen Zusammenhänge nicht zweifelsfrei belegt sind, ist die ansteigende Tendenz der mysteriösen Brände dennoch bedenklich.Auch 2017 sind es beginnend Ende März schon wieder 5 neue Brände.  Auch auf Dachstühlen mit anderen Kollektoren hat es wohl solche verdächtigen Brände gegeben, wie man in der Linksammlung  sehen kann. Hier finden Sie detailliertere Informationen zu den vermuteten Ursachen. Bitte beachten Sie zur Schadensbegrenzung auch diese Hinweise für den Brandfall.

Solardach

Heizsysteme mit großflächigen Solardächern haben mit gefälliger Optik, der großen Leistung und nachhaltigen Einsparungen bei den Heizkosten begeistert. Mit der Installation eines Systems zur Stillstandsvermeidung werden diese Anlagen nun noch wesentlich langlebiger. Lassen Sie sich bitte durch eine für den Brandschutz angeratene Zusatz-Investition nicht die Freude auf die damit auch erreichte zusätzliche Lebensdauer und die höhere Verfügbarkeit des Systems nehmen.


Sofortmaßnahme – Personenschäden verhindern, das Schadensrisiko begrenzen

Bitte beachten Sie aber insbesondere bis zur Umsetzung eines Konzeptes zur Stillstandsvermeidung die folgenden Sicherheitshinweise, soweit bei Ihnen ein solches Indach-System installiert ist. Glücklicherweise sind die bisher bekannten Brandfälle wohl ohne Personenschäden ausgegangen. Dies hat zum Einen damit zu tun, dass die anfänglichen Schwelbrände tagsüber mittags (Ostdächer), nachmittags (Süddächer) oder in den frühen Abendstunden (Westdächer) ausgebrochen sind. Teilweise waren die Bewohner auch im Urlaub oder anderweitig außer Haus. Die Rauchgase sind für Nachbarn sichtbar außen ausgetreten. Im Haus befindliche Personen konnten so rechtzeitig gewarnt werden. Es ist aber zu erwarten, dass es ohne Vorsichtsmaßnahmen und unter ungünstigeren Umständen auch zu Personenschäden kommen kann.Beispielsweise könnten giftige Gase eines Schwelbrandes natürlich auch im Haus austreten. Erhöhte Vorsicht ist bei abgelegenen Anwesen (keine Nachbarn sehen Rauch) oder bei im Dachgeschoss am Tag schlafenden Kleinkindern oder ältereren Menschen geboten. Besonders gefährdet bezüglich einer Brandentstehung, schnellen Ausbreitung sowie giftiger Gase sind vermutlich Dächer, deren Wärmeisolation aus geschäumten Kunststoffen (XPS, PU) besteht.

Wir empfehlen, in jedem Fall Rauch- und Kohlenmonoxid-Melder an geeigneter Stelle installiert zu lassen. Bitte treffen Sie zusätzlich nach den individuellen Bedingungen geeignete Vorsorge gegen Personenschäden. Auf gar keinen Fall sollte die Anlage abgeschaltet werden, dies würde die Problematik enorm verschärfen.

Wir empfehlen weiterhin, die Solaranlage jährlich gewartet und fortlaufend in ihrer  Funktion überwacht zu betreiben. Bei Defekt sollte sofort repariert bzw. abgedeckt werden.   Die Abschaltschwellen im Speicher sollten auf den maximal zulässigen Wert programmiert sowie eventuelle Isolationsmängel von an Dachstuhlhölzern anliegenden Solarleitungen oder dem Fühlerrohr behoben werden. An den Durchbrüchen der Kollektorrohre am Kollektor sollte auf eine weitgehend luftdichte Anbindung der Isolation geachtet werden. Bei Anlagen mit dem Regler UVR1611 kann eine Funktion nachprogrammiert werden, welche bei gestörtem Umlauf einen Warnton erzeugt. Diese Maßnahmen verhindern aber noch nicht, dass die Anlage wegen gefülltem Speicher in den Stillstand geht, dies verhindert erst ein SKS-System. Als provisorische Maßnahme kann man evtl. die Anlage von März bis Oktober mit einem Schattiernetz bespannen lassen.


nachhaltige Lösung für Sicherheit und Lebensdauer - Anlagenstillstand vermeiden

Die Dachstuhlbrände hinter Indachkollektoren traten in ganz verschiedenen Dachaufbauten und bei verschiedenem Anlagenalter auf. Dadurch entfällt leider aber auch die Möglichkeit, die Problematik auf bestimmte Anlagen einzugrenzen. Es darf auch bezweifelt werden, daß sich die exakten Mechanismen der Brandentstehung in naher Zukunft sicher klären lassen. Teilweise waren Anlagen defekt und damit dauerhaft im Stillstand. In anderen Fällen lagen nur wenige Stunden zwischen Stillstand aufgrund gefülltem Speicher und dem Brandereignis. Der dem Brand vorrausgehende Anlagenstillstand ist also das  gemeinsame Merkmal der Brandereignisse. Er scheint nach Logik und Empirie eine notwendige Bedingung zu sein, um eine Selbstentzündung auszulösen. Mit einer Vermeidung des Anlagenstillstandes ist im Umkehrschluss die Gefahr mit großer Sicherheit gebannt.

Die Vermeidung des Anlagenstillstands vermeidet aber nicht nur Brandgefahren. Die Erfahrung zeigt heute, dass ein Großteil des Wartungs- und Reparaturaufwandes an heizungsunterstützenden Solaranlagen mit den hohen Temperaturbelastungen während des Anlagenstillstands in Verbindung steht. Eine Vermeidung des Anlagenstillstandes minimiert deshalb die Gefahr von Defekten im Solardach sowie an den Rohrleitungen und Bauteilen des Solarkreislaufes. Mit einer weitgehenden Vermeidung des Anlagenstillstandes kann somit auch eine deutlich höhere Lebensdauer eines Solarsystems erwartet werden.


Das SKS-Konzept

Das SKS-Konzept erklärt den Anlagenstillstand vom normalen sommerlichen Betriebszustand zum vorrangig zu vermeidenden und notfalls akustisch zu meldenden Fehlerfall. Dazu werden die sommerlichen Überschüsse über einen optional als kompakten Turm, Wandmodul oder Dachmodul lieferbaren Kühler an die Außenluft abgegeben. Die Kühler arbeiten mit sehr großer Oberfläche als stille Luft/Sole Wärmetauscher ohne Gebläse. Dadurch werden zusätzlicher Stromverbrauch und Geräusche eines Gebläses vermieden. Weiterhin werden mit einer dauerhaft wetterfesten Konstruktion aus beschichtetem Aluminium, Kupfer und Edelstahl-Verbindungsmitteln höchste Lebensdauer, Betriebssicherheit und weitgehende Wartungsfreiheit erreicht.  Das System hat eine ausreichende Druckbeständigkeit um es frostsicher in den Solarkreis einzubinden. Die spezielle Konstruktion vermeidet Gefährdungen bei Berührung durch Kinder, da die Oberflächentemperatur des Gehäuses im unteren und mittleren Bereich unter 50 Grad° bleibt. Eine reglerunabhängige Umschalteinheit (SKSGS) schaltet bei solaren Vorlauftemperaturen über 90°C auf den Außenkühler um. Im Grundsetpreis enthalten ist der Aufwand für das Einfügen einer Überwachungsfunktion in die Programierung des Systemreglers  UVR1611 sowie eine Ergänzung der Systementlüftung.     

Im SKS-Konfigurator können Sie sich einen Überblick über die Materialkosten eines SKS-Systems bei Lieferung durch die MH-Direkt UG verschaffen. Die zusätzlichen Kosten für die Montage sowie  die Rohrleitungs- und Befestigungsmaterialien können Sie bei Ihrem betreuenden Solarheizungsfachbetrieb anfragen. Wenn bei Ihnen kein betreuender Fachbetrieb verfügbar ist, senden Sie bitte eine Anfrage für ein Montageangebot  an  info@solarsicherheit.com. Wir leiten diese Anfrage dann an in ihrer Region oder bundesweit agierende Fachbetriebe weiter.


SKS-System konfigurieren


FAQ

Warum erhöht ein SKS System die Lebensdauererwartung des Komplettsystems deutlich?

Leider wurden in den letzten Jahren auch häufiger Reparaturen nötig, welche im Zusammenhang mit der Stillstandsproblematik stehen. Gegen solche Schäden und damit auch für maximale Lebensdauer wirkt die Vermeidung der hohen Temperaturbelastungen vielfältig positiv:

- Schonung der Frostschutzsole vor thermischer Zersetzung und Vermeidung der Folgeschäden durch Zersetzungsprodukte und Säurebildung
- der äußerlich korrosionssichere Vollkupfer-Absorber ist das Herzstück des Kollektors, das SKS System schützt vor Dehnungsbelastung und Innenkorrosion.  
- Schonung der Verbindungstellen/Pressverbindungen/Dichtungen im Solarkreislauf
- Schonung des Ausdehngefäßes, der Solarpumpe und der Armaturen im Solarkreislauf und am Pufferspeicher
- Schonung der Gummidichtungen im Kollektor + geringeres Risiko von wärmedehnungsbedingten Undichtigkeiten im Verglasungssystem

Warum erhöht ein SKS System die Verfügbarkeit des Systems zur Energielieferung?

Neben dem im SKS -System enthaltenen Konzept zur Verringerung der Anlagenausfälle gibt es speziell im Sommer den Effekt, dass die Anlage bei Energieabnahme sofort wieder starten kann. Eine Anlage im Stillstand muss dagegen wegen Dampfbildung so lange abgeschaltet bleiben, bis der Dampf nach Sonnenuntergang wieder kondensiert.

Mir macht die Sache große Angst, was kann ich schnell tun um die Gefahr mit größtmöglicher Sicherheit abzuwenden?

Sollte die kurzfristige Installation eines SKS-Systems oder eines anderen Konzepts zur Stillstandsvermeidung bei Ihnen nicht möglich sein, könnte das Solardach nur durch eine provisorische Verschattung am Stillstand gehindert werden. Eine normale Plane hätte aber auf die großen Flächen eine große Windlast und wäre damit nur schwer sturmsicher zu befestigen, auch würde dann gar keine Energie mehr für die sommerliche Warmwasserbereitung geliefert.

Eventuell könnte man mit dieser grobmaschigen 50% Schattierungssplane eine provisorische Lösung finden. Ein Abdecken wäre von Mitte März bis Ende Oktober anzuraten. Mittlerweile haben wir eine Test-Montage für das oben verlinkte Produkt an einem Buso-Modelldach ausgeführt. Die seitlichen  Abdeckschienen lassen sich entfernen, so konnte die Plane am Saum untergeklemmt werden. Zusätzlich haben wir  Abhängungen von oben und eine Dachlatte 40x60 als Ballast unten montiert. Die Sache macht bezüglich geringem Windsog erst mal einen guten Eindruck. Bestellt werden sollte ohne Zuschlag, also pro Scheibe 1m Planenmaß in Breite und Höhe.  Ohne einen Langzeit-Test über den Sommer können wir aber keine abschließende Empfehlung in diese Richtung geben. Wir übernehmen deshalb keinerlei Haftung für diese Variante der Gefahrenabwehr und empfehlen Abplanungsarbeiten nur von erfahrenen Dachhandwerkern unter Beachtung aller angezeigten Sicherheitsmaßnahmen durchführen zu lassen.

Abdeckplane1.jpg

Was ist die genaue Ursache der Selbstentzündung von Dachstühlen mit Sonnenwärmeanlagen?

Gutachter des IfS vermuten Konstruktionsfehler bei Holzrahmenkollektoren. Diese Theorien zur vorrangigen Brandentstehung an heißen Absorberteilen in einem Holzrahmen-Kollektor decken sich aber nur begrenzt mit den Berichten von Zeugen und Brandspuren, die auf eine Brandentwicklung hinter dem Kollektor hindeuten.

*** neu*** Eine Photoserie zu einem neuen Brandereignis im März 2017 visualisiert die Zweifel an der "an_heißen_Teilen_im_Kollektor_Theorie" des IfS, es ist am Anfang kein Rauch im Kollektor zu sehen, während der Brand schon voll ausgebrochen ist.    Dieser zweite "Märzbrand" deutet auf Zusammenhänge mit einer anfänglich geringen absoluten Luftfeuchtigkeit und einer besonderen Austrocknung des Dachstuhles hinter dem Kollektor oder der Kollektorrückwand hin. Der Schaden blieb hier begrenzt, wie immer wenn auch sofort hinter dem Kollektor gelöscht wurde, dies ist also das Positivbeispiel zum Negativbeispiel ganz unten.

Für Brandauslösung hinter dem Kollektor wären neben am Dachstuhl unisoliert anliegenden Rohrleitungen, Effekte der Sorptionswärme oder Zusammenhänge mit bituminierten Dachbaustoffen als Ursache möglich. Ein stillstehender Indachkollektor begünstigt mit seiner Rückwanddämmung und dem isolierenden Holzrahmen wohl vor allem den für eine Selbstentzündungen nötigen Wärmestau im Dachstuhl. Im Kollektor ist dieser Wärmestau durch Abstrahlung sowie turbulente Konvektions-Strömung  und Kühlung über die frontseitigen Glasfläche  dagegen kaum darstellbar. Die Oberflächentemperaturen der Bauteile (außer dem durch selektive Beschichtung abstrahlungsarmen Absorber) sind nahe der maximalen Lufttemperatur von ca. 130°C fixiert, Fichtenholz hat eine Zündtemperatur von ca. 280°C. Diese ist nicht zu verwechseln mit der niedrigeren Selbsterhitzungstemperatur, welche im Kollektor wohl durchaus erreicht wird. Damit eine Selbsterhitzung aber auch zu einer Selbstentzündung führt, muss wohl auch ein Wärmestau bis auf Zündtemperatur vorhanden sein. Davon abweichend vertreten Gutachter des IfS die Meinung, dass tatsächlich die Zündtemperatur bis unter 120°C abzusenken wäre, wenn das Holz nur lange genug "thermisch aufbereit" wird. Wir wissen nicht, ob es dazu tatsächlich neue Erkenntnisse gibt oder nur der Begriff Zündtemperatur und Selbsterhitzungstemperatur missverständlich gleich gesetzt wird.Auch scheint diese Sicht empirisch zweifelhaft. So wurden schon vor Jahrzehnten sehr viele Kollektoren schadensfrei eingebaut, bei welchen Holzteile im Kollektor quasi millionenfach direkt auf dem Absorber aufliegen und damit viel höheren Belastungen ausgesetzt sind. Auch das BUSO-Dach wurde schon seit 1998 in nahezu unveränderter Form produziert. Die Probleme sind aber erst in den letzten Jahren aufgetaucht und nicht eine der ältesten Anlagen (1998-2003) war bisher betroffen. Zwar finden sich an den Rahmenhölzern thermische Verfärbungen, nur eben wohl kein tiefgreifende thermische Zerstörung, die eine extrem Herabsetzung der Zündtemperatur plausibilisieren würde. Bei Bränden konnte das Feuer von unten regelmäßig nicht in das BUSO Dach eindringen, es war nur die Rückseite verkohlt. Sollte es dann wirklich bei angenommener Brandentstehung im Kollektor ( mit oft intakten Scheiben) nach unten austreten können?  Das BUSO-Dach wurde wie eine Vielzahl verschiedener Holzrahmenkollektoren  über Jahrzehnte von renommierten Prüfinstituten untersucht und für seine Qualität zertifiziert. Die Kollektoren haben also sowohl dem Stand der Normung als auch dem Stand der Wissenschaft entsprochen.  Eventuell gibt es für die heutigen Probleme Zusammenhänge mit dem Klimawandel, stark verbesserter Dachisolierung oder neuen Dachbaustoffen.     

Hier scheinen also Fragen weiter offen, offensichtlich besteht noch Forschungsbedarf zu den Mechanismen der Selbstentzündung.  Nur stehen alle Theorien im Zusammenhang mit hohen Temperaturbelastungen. Es ist also für die Prävention ziemlich egal, ob die Ursache in der pyrolytischen Selbstentzündung von Holz innerhalb oder außerhalb des Kollektors, in der Dachstuhl-Austrocknung und schlagartiger Freisetzung von Sorptionswärme bei Abkühlung/Rückbefeuchtung oder in der unter 100°C möglichen Selbstentzündung faseriger bituminierter oder bituminös begaster Dachbaustoffe liegt. Immer sind die hohen Temperaturen des Anlagenstillstandes der wiederkehrende Risikofaktor und damit auch der Ansatz für die Prävention.

Welche Dachstühle mit installierten Anlagen sind betroffen, nur Indach, nur BUSO, welches Baujahr? (Linksammlung)

Die überdurchschnittlich großen BUSO-Solardächer sind an überdurchschnittlich gut isolierten Pufferspeichern auch überdurchschnittlich oft im Stillstand. Dies könnte zusammen mit der hohen Anlagenzahl erklären, warum Dachstühle mit BUSO Anlagen auch überdurchschnittlich involviert sind. Ein möglicher Erklärungungsansatz für die Häufungen könnte auch die typisch große Höhendifferenz von Kollektorunterkante bis Kollektoroberkante in einem BUSO-Solardach sein. Dadurch kann heiße Luft für eine Dachstuhlaustrocknung z.B. an "unperfekt" ausgeführten Rohrleitungsanschlüssen mittels "Kamineffekt"  in größerer Menge austreten, im Durchschnitt waren die betroffenen Anlagen 4,7m hoch. Ein weiteres Indiz in die gleiche Richtung ist es, dass bisher keine Dachstühle mit Neigungen unter 30 Grad betroffen waren. Dabei haben diese ja gerade beim höchsten Sonnenstand im Sommer die höchste Einstrahlungsbelastung.   

Bisher waren BUSO Dächer von Baujahr 2004-2012, nach 2,5 - 12 Jahren Einsatzzeit betroffen. Im Zusammenhang mit Sorptionswärmephänomenen könnte die bis Anfang 2013 verwendete Hartfaser-Rückwand relevant sein. An Dächern mit Sperrholzrückwandanlagen gab es bisher keine Schadensereignisse,was vom Mengen- und Zeitverlauf her aber noch nichts heißen muss. Auch dürften Anlagen bei dem ab Frühjahr 2015 verwendete Schwarzlack-Aluminium-Absorber gar nicht oder nur selten in den Stillstand gehen.  In der Linksammlung finden Sie einige BUSO-Beispiele,  aber auch Verdachtsfälle mit anderen Produkten auf dem Dach. Ob die Hersteller der Produkte davon in Kenntnis gesetzt wurden ist nicht sicher. Da die Feuerwehr beim Löschangriff wohl regelmäßig nur einen Brand hinter und nicht im Kollektor sieht, erfährt der Hersteller der Kollektoren eventuell gar nichts von dem Ereignis. Ebenso bleibt die Frage offen, ob nicht teilweise ganz andere Ursachen wie Blitze/Entladungen oder schadhafte Elektroleitungen brandursächlich sind. Es sind Brandereignisse zu finden, bei welchen über Zusammenhänge mit einem Gewitter spekuliert wird.  

Berichte zu Dachstuhlbränden unter BUSO-Solarkollektoren  1     2     3     4      5 19. März!      6     7     

Video, Dachstuhl mit XPS Dämmung brennt HINTER Kollektor. Man sieht im Brandverlauf, dass das BUSO-Solardach selbst einen enormen Feuerwiderstand hat.  

Kollektoren anderer Anbieter auf dem Dach  1        2        3         4        5       6       7      Video Brand Senden
Aufdachmontage - evtl. ausgehend von Rohrleitungen?

Bietet ein SKS System 100% Schutz gegen solche Brände?

Logischerweise kann ein SKS-System nicht verhindern, dass sich ein Dachstuhl bei Gewitter durch Entladungen entzündet. Da auch ein Pumpenausfall oder Reglerdefekt nicht "in Echtzeit" repariert werden kann und ebenso Stromausfälle genau zur falschen Zeit möglich sind, kann ein Anlagenstillstand nicht zu 100% ausgeschlossen werden. Die Reduzierung der Anlagenstillstände wird aber durchschnittlich über 99% liegen. Das Restrisiko wird damit erwartbar so klein, dass es gegenüber den anderen Ursachen von ca. 180.000 Bränden im Jahr nicht mehr relevant ist.

Was tun, wenn es hinter dem Sonnenwärmedach brennt?

Natürlich müssen auch bei einem solchen Brand alle Personen sofort das Haus verlassen, der zu rufenden Feuerwehr sollte man  folgende Hinweise geben:
Das Sonnenwärmedach ist KEINE PHOTOVOLTAIK - es besteht daher keine Gefahr von Stromschlägen über den Löschwasserstrahl oder beim eventuell notwendigen Einschlagen von Scheiben sowie der Entfernung von Absorber und Rückwanddämmung. Das weitgehend feuer- und wasserfeste Solardach schirmt allerdings einen Brand im Dachstuhl darunter gegen das Löschwasser ab. Eine schnelle und wirkungsvolle Variante für den Außenangriff dürfte es daher sein, die untere oder seitliche Kollektorverblechung anzuheben um so einen Brandherd  im Zwischenraum zwischen Solardach und Dachisolation sofort mit Löschmittel zu erreichen. 
Ein Negativbeispiel mit Totalschaden kann man sich in diesem Pressebericht anschauen, das Löschwasser läuft wirkungslos über das Solardach ab (unteres Bild)