Flachdachmontage: Temperaturschwankungen führen zu Dehnungen des Materials, diese wiederum üben Zwängungskräfte aus, die vom Montagegestell abgeleitet werden. Nicht selten kommt es dabei zu Verschiebungen der Anlage auf dem Dach – und zu Folgeschäden.
Solaranlagen an oder auf Gebäuden sind klimatischen Einwirkungen ausgesetzt. Sowohl kurzfristige Schwankungen der Lufttemperatur über den Tag als auch saisonale Temperaturunterschiede bewirken thermische Verformungen und Zwängungskräfte, die durch das Montagegestell sowie durch die Anschlüsse an das Gebäude aufzunehmen sind. Zudem können Bauteile, die direkter Sonneneinstrahlung ausgesetzt sind, entsprechend ihrer Wärmekapazität erhebliche Temperaturen annehmen. Hier hat auch die Farbgebung einen signifikanten Einfluss. Abhängig von der Wärmeleitfähigkeit können sich zwischen sonnenbeschienenen und verschatteten Bauteilflächen Temperaturunterschiede aufbauen, die eine Verkrümmung von Profilen und im Falle einer behinderten Verkrümmung ausgeprägte Zwängungen bewirken.
Diese Effekte sind qualitativ bekannt und werden bei der Planung basierend auf Erfahrungswerten berücksichtigt, ohne dass eine genaue Berechnung vorgenommen wird. In den Klempnerfachregeln wird zum Beispiel ein Temperaturfenster von minus 20 Grad Celsius und 80 Grad Celsius definiert. Das entspricht einem Temperaturunterschied von 100 Kelvin zwischen der kältesten und der wärmsten Situation.
Ohne genaue Berechnung
Einer genauen Rechnung steht im Weg, dass sich die Temperatur über den Tagesverlauf ändert und der genaue Status während der Montage nicht bekannt ist. Blechdächer werden in der Weise mit Festhaften und Schiebhaften am Gebäude befestigt, dass sich diese zwängungsarm ausdehnen und zusammenziehen können. Zudem werden Grenzlängen definiert, ab denen eine Dehnungsfuge vorzusehen ist. Temperatureinwirkungen sind gemäß Eurocode 1 Teil 1–5 auch bei der Tragwerksplanung zu berücksichtigen, sofern sie zu bemessungsrelevanten Beanspruchungen oder Verformungszuständen führen. Dies trifft zum Beispiel im Brückenbau, im Behälterbau und im Fall von Türmen und Masten zu. Bei normalen Gebäuden werden Temperatureinwirkungen im Regelfall nicht berücksichtigt. Als wesentliche Ausnahme sind hier Sandwichelemente für Dach und Wand zu nennen, die aus Temperatureinwirkungen tragfähigkeitsrelevante Beanspruchungen erfahren (EN 14509). Die maximale Temperatur im Sommer ist je nach Farbe zwischen 55 und 80 Grad Celsius anzusetzen. Die niedrigste Temperatur im Winter liegt je nach Region zwischen minus 30 und null Grad.
Auf die Stehfalzklemme kommt es an
Eine Vernachlässigung der Temperaturdehnungen bei der Planung führt in der Praxis häufig zu Schäden, die bei Einhaltung der konstruktiven Begrenzung der Modulfeldgrößen vermeidbar gewesen wären. Nachfolgend soll die Problemstellung der thermischen Dehnungen anhand von Beispielen verdeutlicht werden. Ein prominenter Anwendungsfall sind handwerklich gefertigte Stehfalzdächer und hier insbesondere Zink-Titan-Bleche. Jeweils am Ende einer Montageschiene können sich Risse in der unteren Kantung parallel zum Stehfalz einstellen. Diese sind auf wiederholte Bewegung des Stehfalzes durch die Temperaturdehnung zurückzuführen. Begünstigt wird das Schadensbild durch die Art der Befestigung einer Stehfalzklemme. Die typische Stehfalzklemme wird auf dem Falz aufgesetzt und durch Anziehen der Schrauben mit einem definierten Drehmoment seitlich am Falz geklemmt. Abhebende Kräfte aus Windsog werden demnach durch Formschluss eingeleitet, während Schubkräfte aus dem Hangabtrieb von Eigengewichts- und Schneelasten durch Reibung übertragen werden. Die Klemmung erfolgt mit diesem Klemmentyp verhältnismäßig weit unten am Stehfalz, sodass thermische Dehnung wiederholte lokale Belastungen bewirkt, die zu Ermüdungsrissen mit der Konsequenz der Dachundichtigkeit führen können.
Den vollständigen Artikel von Cedrik Zapfe, der auf einer fachlichen Stellungnahme zu diesem Thema beruht, lesen Sie in der Maiausgabe der photovoltaik, die am 7.5.2015 erscheint.
