Nicht auf die leichte Schulter

Je größer das Interesse am Bau von Photovoltaikanlagen in der Vergangenheit wurde, desto häufiger belegten die Installateure auch Flachdächer mit Solargeneratoren. Durch die Aufständerung ergibt sich hierbei ein umfangreiches Spektrum der möglichen Anwendungen. Die Montagesysteme müssen jedoch den spezifischen Eigenschaften eines Flachdaches gerecht werden. Gerade im Bereich großflächiger Hallen sind zumeist Industriefoliendächer oder auch bituminös abgedichtete Dachflächen anzutreffen.

Damit die Dachdichtigkeit dauerhaft gewährleistet ist und die Montage rationell abläuft, bevorzugen die meisten Systemanbieter ein Montagesystem, das keine Durchdringungen der Dachhaut benötigt.

Hierfür kommen eigentlich vorwiegend ballastierte Montagesysteme und selbsttragende Montagesysteme in Betracht. Außerdem gibt es noch sogenannte ballastfreie Systeme oder Lösungen, bei denen das Montagesystem durch Klebung oder anderweitiges „Aufstellen“ auf die Dachhaut aufgebracht ist.

Aufgrund des gestiegenen Kostendrucks konzentrieren sich die angebotenen Montagesysteme im Wesentlichen auf eine material- und zeitsparende Lösung. Die in Werbefilmen eingeblendete Stoppuhr soll dies vor allem werbewirksam unterstreichen.

Funktionen von Flachdächern

Im Blickpunkt steht jedoch gleichermaßen auch die vorhandene Dachkonstruktion, um spätere unliebsame Überraschungen zu vermeiden. Sie hängt wesentlich von der Funktionalität ab.

Im Vergleich zu einem Steildach sind die Anforderungen an ein Flachdach wesentlich höher. Zum Beispiel muss es im Gegensatz zu einem Ziegeldach wasserdicht sein. Gerade diese Anforderung macht ein Flachdach relativ verwundbar, insbesondere dann, wenn sich auf einem Flachdach (zum Beispiel bei Zweck- oder Industriebauten) eine Vielzahl von Aufbauten und Durchdringungen befinden, die gewisse Schwachstellen darstellen. Flachdächer genießen nicht immer den besten Ruf, weil es sehr häufig zu Schäden kommt.

Normative Vorgaben und Verordnungen

Die Konstruktion und die Ausführung von Flachdächern unterliegen unter anderem folgenden Vorschriften, Normen und Regelwerken:

• Eurocode 1(ehemals DIN 1055 – Lastannahmen),
• DIN 4102 – Brandverhalten von Bauteilenund Baustoffen,
• DIN 4108 – Wärmeschutz im Hochbau,insbesondere Teil 10: Anwendungsbezogene Anforderungen an Wärmedämmstoffe – werkmäßig hergestellte Wärmedämmstoffe,
• DIN 18531 – Dachabdichtungen für nichtgenutzte Dächer,
• DIN 18195 – Bauwerksabdichtungen,
• Regeln des Deutschen Dachdeckerhandwerkes mit ihren Fachregeln, Hinweisen, Merkblättern und Produktdatenblättern, insbesondere die Fachregeln für Abdichtungen,
• Dachbegrünungsrichtlinie(ehemalige FLL-Richtlinie),
• Hinweise für die Herstellung, Planung und Ausführung von Solaranlagen, DeutschesInstitut für Bautechnik (DIBt), Mai 2012,
• Industriebaurichtlinie (2014).

Die aufgezählten Normen und Regelwerke sind für den Bau eines Flachdaches sowie für die Installation einer Photovoltaikanlage nicht vollumfassend. Sie stellen jedoch die wesentlichen Werke dar, die besonders bei der Planung und Installation einer Photovoltaikanlage zu berücksichtigen sind.

Warme und kalte Dächer

Bei Flachdächern existieren verschiedene Dachformen, die sich im Aufbau der einzelnen Konstruktionsschichten und in den verwendeten Materialien unterscheiden. Im Wesentlichen gibt es folgende Ausführungsformen: das einschalige Flachdach (Warmdach), das Umkehrdach, das Kaltdach und das begrünte Flachdach.

Bei einem Warmdach liegt die wärmedämmende Schicht über der tragenden Schale des Daches. Die Abdichtung befindet sich oberhalb der Wärmedämmschicht, sodass die Dämmung und die tragende Schale vor Nässe und Feuchtigkeit geschützt sind. Hier müssen insbesondere das Dämmmaterial und die Abdichtung aufeinander abgestimmt sein.

Bei einem Umkehrdach liegt die Abdichtung unterhalb der Dämmebene, direkt auf der Tragschale des Daches, also in umgekehrter Reihenfolge als bei einem einschaligen Flachdach. Hier müssen Dämmstoffe verwendet werden, die auch bei wechselnder Wasserbeanspruchung keine nennenswerte Wasseraufnahme aufweisen. Dies erfolgt meist durch extrudierte Polystyrolhartschäume (XPS). Da die Wärmedämmung über der Abdichtung meist lose verlegt wird, ist sie den Witterungseinflüssen ausgesetzt und bedarf deshalb einer bauaufsichtlichen Zulassung. In der Regel muss die Dämmung gegen Windeinflüsse beschwert werden, was zum Beispiel durch eine Kiesschicht erfolgt.

Das Kaltdach besteht aus zwei Schalen, die durch eine Belüftungsebene voneinander getrennt sind. Die Dämmung wird hierbei auf der tragenden Schale angeordnet. Die obere Konstruktionsschicht nimmt die Abdichtung und die Nutzlasten des Flachdaches auf, deshalb werden keine besonderen Anforderungen an die Druckfestigkeit der Dämmung gestellt. Da dieser Bereich nicht wärmegedämmt ist, wird von einem Kaltdach gesprochen.

Der Dachaufbau des begrünten Daches unterscheidet sich von den bisher genannten Regelaufbauten dadurch, dass oberhalb der normalen Dachkonstruktionsschichten noch eine Drän- und Vegetationsschicht aufgebracht wird. Bei dieser Dachkonstruktion ergeben sich erhöhte Anforderungen an die Statik der Tragschale, weil in der Regel mit dem erhöhten Dachaufbau auch ein höheres Eigengewicht einhergeht. Darüber hinaus müssen Schutzvorkehrungen getroffen werden, damit die Vegetationsschicht mit dem Filtermaterial nicht durch Wind erodiert.

Gruppen der Beanspruchung

Je nach Beanspruchung unterscheidet die Flachdachrichtlinie verschiedene Gruppen:

Stufe I: hohe mechanische Beanspruchung

Stufe II: mäßige mechanische Beanspruchung

Stufe A: hohe thermische Beanspruchung

Stufe B: mäßige thermische Beanspruchung

Es ergeben sich hierbei auch kombinierte Beanspruchungsstufen wie IA, IIA, IIB oder IB. Eine hohe mechanische Beanspruchung kann sich bereits bei einer weichen Unterlage (Mineralfaserdämmung) oder häufigem Begehen für Inspektion und Wartung ergeben.

Unterschieden wird darüber hinaus zwischen den Anwendungskategorien K1 und K2. K1 steht für Standarddachkonstruktionen, K2 für höherwertige Dachkonstruktionen, bei denen unter anderem mindestens zwei Prozent Gefälle in der Dachebene gefordert wird.

Die Normen unterscheiden weiterhin zwischen genutzten und ungenutzten Flachdächern. Ungenutzte Flachdächer haben lediglich die Aufgabe, das Gebäude vor Niederschlag und Durchnässung zu schützen. Neben einer normalen Begehbarkeit für Wartungs- und Instandsetzungsarbeiten werden neben den üblichen Lastannahmen für Schnee und Wind keine besonderen Anforderungen für die Aufnahme von zusätzlichen Lasten gestellt.

Genutzte Flachdächer sind in der Form von begrünten Dächern, Terrassen oder Parkdecks anzutreffen. Hier muss bereits bei der Planung den erhöhten Anforderungen nicht nur bei der tragenden Dachkonstruktion, sondern insbesondere auch bei den einzelnen Schichten des Dachaufbaus und der Wahl der entsprechenden Baustoffe Rechnung getragen werden.

Weder in den derzeitigen DIN-Vorschriften noch in den Fachregeln ist bisher der Sonderfall einer Flachdachnutzung mittels Photovoltaik behandelt. Da eine Photovoltaikanlage auf einem Flachdach gegenüber der Dachkonstruktion eine besondere Nutzung darstellt, können die Voraussetzungen nur in Anlehnung an die Bestimmungen für genutzte Flachdächer erörtert und bestimmt werden, wobei hier spezielle Anforderungen oder Gegebenheiten (zum Beispiel Linienlasten) zu berücksichtigen sind.

Auch die meisten Sachverständigen aus dem Tätigkeitsbereich Dach und Flachdach sehen die mit Photovoltaik bestückten Flachdächer als genutzte Flachdächer an. Derzeit befinden sich die Fachregeln für Abdichtungen in der Überarbeitung. Bei der möglicherweise Ende 2015 erscheinenden Neuauflage ist mit detaillierten Regeln für Photovoltaikanlagen zu rechnen.

Einleitung der Lasten

Bei genutzten Flachdächern erfolgt die Lasteinleitung je nach Konstruktionstyp in unterschiedlicher Weise:

Bei einem Warmdach geschieht dies in der Regel über eine lastverteilende Schicht in Form eines Estrichs oder flächiger Betonplatten. Auch eine Lastabtragung über eine Kies- oder Splittschicht mit darunterliegender Bautenschutzmatte ist möglich. Zu beachten ist jedoch, dass gemäß DIN 4108-10 Wärmedämmplatten bei einem Warmdachaufbau zum Anwendungsgebiet DAA (Außendämmung von Dach oder Decke, vor Bewitterung geschützt, Dämmung unter Abdichtungen) gehören und eine hohe Druckbelastbarkeit (dh: genutzte Dachflächen, Terrassen) nachweisen müssen.

Bei einem Umkehrdach erfolgt die Lastabtragung über ein Kies- oder Splittbett, da hier Mörtelbette ungeeignet sind. Auch hier müssen die Wärmedämmplatten den Anforderungen von mindestens hoher Druckbelastbarkeit (dh) entsprechen.

Bei ungünstigen Lasteinleitungen ergeben sich unzulässige Spannungen für die Abdichtung sowie unzulässige Kräfte, bei denen die Wärmedämmung versagen kann. Hierbei sind insbesondere zu geringe lasteintragende Flächen und Punktlasten problematisch. Diese können zum Perforieren der Abdichtung führen. Die DIN 18195-5 nimmt Bezug auf die Wechselwirkungen zwischen Dämmschicht und Abdichtung.

Zu hohe Spannungen

Bei einem Warmdach versagt im Falle einer deutlichen und häufigen Spannungsüberschreitung nicht nur die Wärmedämmschicht, sondern meistens auch die Abdichtung, die mit der Dämmschicht fest verbunden ist. Beispiele zeigen, dass sich an derselben Stelle eines schadhaften Dachbelages mit zeitlicher Verschiebung Risse im Belag und in der darunterliegenden Abdichtung sowie Eindrückungen und Risse in der Wärmedämmung bilden.

In einem Umkehrdachaufbau entstehen bei Überschreiten der Langzeitdruckfestigkeit ebenfalls Verformungen und Risse in der Dämmung, nicht aber in der Abdichtung, da diese entkoppelt, das heißt ohne festen Verbund mit den Dämmplatten unterhalb der Dämmschicht liegt.

Schon relativ kurz nach Errichtung der ersten Flachdächer wurde klar, dass sie zu den wartungs- und instandsetzungsintensivsten Dacharten zählen.

Wartung und Instandhaltung

Gegenüber einem Steildach fehlt dem Flachdach die Eigenschaft, Niederschlagswasser schnell und gezielt abzuführen, weshalb es wasserdicht sein muss. Darüber hinaus ist zwangsläufig eine Vielzahl von Anschlussbereichen (Einläufe, Dachdurchdringungen, Dachaufbauten) vorhanden, die potenzielle Schwachpunkte bei der Abdichtung darstellen. Daneben fehlt die harte Bedachung, wie zum Beispiel bei einem Ziegel- oder Blechdach, das gegen Verwitterung erheblich resistenter ist als weiches Bitumen oder Kunststofffolien.

Sicherlich haben sich bis heute die Qualitätskriterien und Abdichtungsmaterialien aus den Schadenserfahrungen der vergangenen Jahre verbessert. Allerdings bleibt es Fakt, dass Flachdächer Schwachstellen haben und im Laufe der Nutzungsdauer des Daches mit Instandsetzungen zu rechnen ist.

In einer Erhebungsstudie der Stadt Zürich von 2007 wurden insgesamt 371 Flachdächer verschiedenster Bauarten und Abdichtungen erfasst und ausgewertet. Ernüchternd ist die Auswertung der Schadenshäufigkeiten von den erhobenen Flachdächern. Im ungünstigsten Fall traten bei einer Mehrzahl von Dächern bereits nach drei Jahren Schäden auf.

Innerhalb der ersten 15 Jahre ist bereits mit einer Schadenswahrscheinlichkeit von 30 bis etwas mehr als 50 Prozent zu rechnen. Dabei weist erstaunlicherweise das vermeintlich modernere Kunststoffdach gegenüber Bitumen eine höhere Schadenswahrscheinlichkeit auf. Das könnte an den damaligen vorherrschenden Qualitätsdefiziten liegen.

Nach den Statistiken des Bundesinstituts für Bau-, Stadt- und Raumforschung (BBSR) ist bei bekiesten Bitumenbahnen von einer Lebensdauer von 30 Jahren auszugehen. Bei Bitumenbahnen ohne Oberflächenschutz sind es 20 Jahre und bei Kunststoffdachbahnen zwischen 15 und 30 Jahren.

Risiken für Investoren und Anbieter

Umfragen und Statistiken zeigen tendenziell eine relativ hohe Risikobereitschaft, auf Flachdächern Photovoltaikanlagen zu errichten, obwohl die materiellen und auch die finanziellen Risiken weitgehend bekannt sind.

Nach den vorliegenden Studien und Statistiken lässt sich bei einer wirtschaftlichen Nutzungsdauer einer Photovoltaikanlage von mindestens 20 Jahren eine sehr hohe Wahrscheinlichkeit ableiten, dass während der Nutzungsdauer der Betrieb der Photovoltaikanlage aufgrund von Schäden am Flachdach und dessen erforderlicher Sanierung gestört wird. Dies gilt umso mehr, je älter das Dach und seine Abdichtung ist.

Lebensdauer der Abdichtung

Die entstehenden Kosten für den Rück- und Wiederaufbau sowie die Zeiten für den Stillstand orientieren sich sicher am Umfang der erforderlichen Instandsetzungsarbeiten oder der vorherigen Schadenssuche.

In Anbetracht der bisher erörterten Lebenszyklen eines Flachdaches blieb bis jetzt der Umstand unberücksichtigt, dass die auf einem Flachdach installierte Photovoltaikanlage ebenfalls noch Einfluss auf die Lebensdauer der Flachdachabdichtung haben kann, sodass das Risiko einer erforderlichen Dachsanierung sich hierbei möglicherweise noch erhöhen könnte.

Zugleich können nachträglich auf ein bereits bestehendes Flachdach aufgebrachte Photovoltaikmodule die ursprünglich dem Flachdach zugedachte Funktion ändern, was zu nicht unerheblichen Auswirkungen führt.

Wird zum Beispiel auf einem bisher nicht genutzten Foliendach mit weicher Dämmung eine Photovoltaikanlage aufgestellt, ergeben sich je nach Flächenverteilungslast der Anlagenkonstruktion unterschiedliche Belastungen auf die Wärmedämmung, welche zu mehr oder weniger starken Eindrücken führen können. Linienlasten oder Punktlasten können diesen Effekt erhöhen.

Erhebliche Beanspruchung

Die Folge hieraus ist auch eine erhebliche Beanspruchung in Form einer Dehnung der Abdichtung oder Folienbahn. Je nach Belastungsstärke und Belastungsart kann es zu einer Überdehnung mit Rissen oder zum Abreißen infolge Dehnung an Anschlussbereichen kommen.

Was bei einem Gebäudeneubau mit gleichzeitiger Planung einer Photovoltaikanlage planerisch bereits beim Dachaufbau berücksichtigt werden kann, fehlt mitunter in den meisten Fällen bei Bestandsgebäuden, die mit Photovoltaik nachgerüstet werden sollen.

Fachbuch über Inspektion,Prüfung und Instandhaltung

Wolfgang Schröder ist als Autor und Experte für verschiedene Verlage tätig. So ist er Herausgeber und Mitautor des „Ausführungshandbuchs für Photovoltaikanlagen“, das im Forum Verlag erschienen ist. Er publizierte in verschiedenen Fachzeitschriften, beispielsweise in „Der Bausachverständige“ des Fraunhofer IRB Verlags.

Demnächst erscheint sein neues Fachbuch „Inspektion, Prüfung und Instandhaltung von Photovoltaik-Anlagen“ beim Fraunhofer IRB Verlag.

Experten geben Tippsfür Flachdächer

Gewerbliche und Industriebauten verfügen oft über leichttragende Flachdächer. Auf den ersten Blick erscheint die Installation von Photovoltaikanlagen auf diesen Gebäuden sehr einfach.

Doch die Praxis beweist: Im Detail werden diese Dächer und ihre Konstruktionen oft unterschätzt. Bauvorschriften und Regelwerke werden in grob fahrlässiger Weise ignoriert. Deshalb bieten wir in den kommenden Ausgaben Fachwissen aus erster Hand:

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Wolfgang Schröder

ist Sachverständiger für Photovoltaikanlagen und Fachkundiger für baulichen Brandschutz. Nach dem Studium zum staatlich geprüften Bautechniker (Hochbau und Tiefbau) war er in einem mittelständischen Ingenieurbüro mit Bauüberwachung und Bauplanung betraut. Später qualifizierte er sich zum Projektmanager. Danach wechselte er als Bausachverständiger zum TÜV Süd sowie zu einem Systemanbieter in der Solarbranche, für den er als Projektmanager tätig war. 2008 absolvierte er die Prüfung als Sachverständiger für Photovoltaikanlagen beim Bundesverband Deutscher Sachverständiger und Fachgutachter. 2011 wurde er beim TÜV Rheinland als Sachverständiger für Photovoltaikanlagen zertifiziert. Seitdem ist er freiberuflich tätig, auch als Sachverständiger für Dachkonstruktionen, Dacheindeckungen, Dachabdichtungen und baulichen Brandschutz.

https://www.sv-photovoltaik-ws.de/