Fragen und Antworten zum Ballastierungswebinar mit PMT (Teil 2): Bloß nicht abheben!

Im folgenden beantworten Peter Grass und Thorsten Kray schriftlich Fragen, die Teilnehmer während des Webinars „Ballastierung und bauaufsichtliche Zulassung bei der PV-Flachdachmontage“ gestellt haben und die teilweise nicht mehr beantwortet werden konnten. Im ersten Teil ging es um den Ballastierungsvergleich, und den Verbund von Modulen. Im Webinar mit PMT als Initiativpartner verglich Peter Grass die Ballastierungsberechnungen von sechs Herstellern. Drei von ihnen kommen bei dem selben Dach und dem selben Dachausschnitt auf rund 1.000 Kilogramm, die drei anderen auf sieben bis 160 Kilogramm.

Im zweiten Teil werden die Themen Wärmedämmung und Haftreibungsbeiwert besprochen sowie allgemeinere Fragen beantwortet. Im ersten Teil ging es um den Ballastierungsvergleich und den Verbund der Solarmodule.

Antworten auf Fragen aus dem Webinar:

Zur Wärmedämmung

Auf der einen Seite ist eine ausreichende Ballastierung nötig. Hohe Gewichte schädigen aber die Wärmedämmung. Nach meiner Erfahrung wird aus diesem Grund kein Architekt mehr als 30 kg/m² akzeptieren. Liegen Sie nicht oft darüber?

Peter Grass: Die Einhaltung der statischen Druckfestigkeit der Dämmungen ist eines der wichtigsten Themen neben der Standsicherheit der Anlage. Meist sind die hohen Ballastwerte der Systeme nur in den Eckbereichen der Systeme mit freier umliegender Betrachtungsfläche nötig und zum anderen zeigt sich, dass sehr oft die Schneelast der maßgeblichere Faktor bei der Überschreitung der Druckfestigkeit der Dämmung ist. Wir führen zu allen Projekten, zu denen uns kundenseitig Informationen zu Dämmung zur Verfügung gestellt werden, einen Dämmungsnachweis. Hiermit können wir die kritischen Bereiche am Dach genau analysieren und gegebenenfalls nachjustieren. Dies geschieht durch die Erhöhung der Aufstandsflächen in Form von mehr Schutzmatten am System oder durch den Einsatz von zusätzlichen Stützbauteilen oder ganzen Bodenschienen in Teilbereichen des Systems. Gerade aber bei der Kombination aus Mineralwolldämmung und hohen Schneelasten stößt man immer wieder an technische Grenzen und Anlagen sind schlicht nicht umsetzbar – dies muss man dann auch klar kommunizieren und das Projekt verwerfen!   

Was kostet die Überprüfung, welche Last die Wärmedämmung tragen kann? Wann raten Sie zu solchen Untersuchungen?

Peter Grass: Dazu rate ich schlicht immer! Wenn uns die genaue Bezeichnung der Dämmung vorliegt, ist der Nachweis der Einhaltung der statischen Druckfestigkeiten der Dämmungen ein kostenloser und automatischer Bestandteil unserer Projektplanung. 

Zum Haftreibungsbeiwert

Ein wesentlicher Faktor bei der Berechnung der Ballastierung ist der Haftreibungsbeiwert. Wie sollte dieser festgestellt werden? Gibt es dazu eine Übersichtsliste mit realistischen Werten und was sollte der Installateur tun?

Peter Grass: Haftreibungsbeiwerte sollten im nassen und trockenen Zustand an mindestens drei Stellen am Dach per Zugversuch mit herstellerspezifischen Messschlitten überprüft werden. Die Unterschiede zwar typengleicher aber chargenunterschiedlicher Dachbahnen sind groß und auch der Verschmutzungsgrad, die Alterung und so weiter sind in Abhängigkeit vom Standort und selbst von Dachabschnitt zu Dachabschnitt unterschiedlich und spielen eine große Rolle. Selbstverständlich bieten wir von PMT einen entsprechenden Messkoffer an, um die Ermittlung des Haftreibungsbeiwertes einfach zu ermöglichen.

Thorsten Kray:  Haftreibungsbeiwerte können nur durch Versuche ermittelt werden und hängen sehr stark von der jeweiligen Reibkombination zwischen Unterkonstruktion, Bautenschutzmatte und Dachbahn ab. Wir empfehlen, mindestens unter Laborbedingungen im trockenen und nassen Zustand Haftreibungsbeiwerte für die gängigsten Reibkombinationen zu ermitteln. Die Unterschiede sind zu groß, als dass sich allgemein empfohlene Haftreibungswerte angeben ließen. Sprechen Sie als Installateur den Montagesystemhersteller doch einfach an und fragen, auf welcher Grundlage der jeweils zur Ballastberechnung verwendete Haftreibungsbeiwert beruht.

Es gibt eine Reihe von Produktzulassungen für ballastierte Flachdachsysteme, jedoch ist die Bauart von den ballastierten Systemen ungeregelt. Das betrifft die Reibung auf der Dachbahn und die Lastableitung in die Dachbahn. Haftreibungsbeiwerte können nur durch Versuche ermittelt werden. Somit sind ballastierte Anlagen streng genommen trotz Produktzulassung nicht zulässig und es müsste eine allgemeine Bauartgenehmigung durch das Deutsche Institut für Bautechnik (DIBt) erforderlich sein. Oder?

Thorsten Kray:  Das DIBt hat 2012 „Hinweise für die Herstellung, Planung und Ausführung von Solaranlagen“ veröffentlicht. Diesem haben der BSW und andere Solar-Verbände aber in weiten Teilen widersprochen.

Ist eine Lasteinleitung in die Dachhaut nach DIN 18531 überhaupt zulässig?

Thorsten Kray:  Es gibt beim DIBt eine Projektgruppe, der ich auch angehöre, und die sich mit der „Befestigung von Anlagen und Elementen auf Dachabdichtungen“ befasst. Daran erkennt man schon, dass die Lasteinleitung in die Dachhaut vom DIBt grundsätzlich als zulässig betrachtet wird.

Allgemeine Fragen

Die Wirtschaftlichkeit einer Photovoltaik-Anlage wird in der Regel über 20 Jahre berechnet und die meisten Dachflächen werden öfter als alle 50 Jahre saniert. Halten Sie es trotzdem für sinnvoll, Photovoltaik-Anlagen so auszulegen, dass sie Extremereignissen standhalten, die statistisch nur alle 50 Jahre auftreten? Wieso?

Thorsten Kray:  Es kommt darauf an, ob eine Photovoltaik-Anlage nach einer Dachsanierung wieder aufgebaut wird oder nicht. Es ist die akkumulierte Standzeit für die Auslegung heranzuziehen. Diese beträgt in der Regel weniger als 50 Jahre. Jüngste Sturmereignisse wie der Hurrikan „Irma“, der katastrophale Zerstörungen in der Karibik zur Folge hatte, lassen mich aber vermuten, dass die tatsächlichen Sturmstärken und auch die Auftretenshäufigkeiten von Extremwindereignissen in Deutschland mittlerweile höher sind als es die normativen Vorgaben suggerieren. Insofern ist auch eine Gewissensentscheidung zu treffen, ob man das volle 50-Jahres-Wiederkehrintervall oder weniger ansetzt.

Wie sollte eine brauchbare Dokumentation für gebaute Systeme aussehen?

Peter Grass: Eine wirklich brauchbare Dokumentation für Gesamtanlagen ist nur durch einen lückenlosen Gesamtnachweis von den Planungsdaten bis hin zur Anlagenerrichtung möglich. Wir bieten ein solches projektbegleitendes Verfahren mit unserem PMT-Proof-Nachweis an. Hierbei begleiten, dokumentieren, verifizieren wir extern und nehmen auch die errichtete Anlage gutachterlich ab. Dieses 8-Augen-Prinzip schafft größtmögliche Sicherheit und beugt Fehlern im Ansatz und deren Folgen bestmöglich vor.

Thorsten Kray:  Ich vermisse fast immer die Dokumentation der angesetzten Windlasten, insbesondere, wenn sie aus einem Windkanalversuch stammen. Der Böenstaudruck wird meistens noch angegeben, weitere Parameter wie die Druckbeiwerte fehlen fast immer. Dies ist auch bei der Nachvollziehbarkeit von Ballastberechnungen das Hauptproblem.

Es gab doch vor ein einigen Jahren eine Arbeitsgruppe zur DIN1055 und ballastarmen Systemen beim BSW. Gibt es daraus signifikante Ergebnisse, die die Qualität der Auslegung verbessern könnten?

Thorsten Kray:  Ich war in dieser Arbeitsgruppe damals nicht aktiv. In der Praxis sind mir Erkenntnisse aus einer solchen Arbeitsgruppe bislang nicht begegnet.

Wenn eine physikalische Trennung innerhalb eines großen Modulfelds vorliegt, das Sprungmaß aber über die Trennung beibehalten wird, ist dieser Sachverhalt dann im errechneten Ballast zu berücksichtigen? Falls ja, wäre jedes Modulfeld einzeln zu betrachten, unabhängig davon, ob im Sprungmaß weiter gebaut wird oder ob größere Distanzen zwischen den Teilfeldern realisiert werden?

Thorsten Kray:  Werden Trennungen innerhalb von Modulfeldern vorgenommen, so wirken sich diese grundsätzlich sowohl statisch als auch als aerodynamisch aus. Wird das Sprungmaß bei einer Trennung beibehalten, ändert sich die Umströmung der Module zunächst einmal nicht. Aufgrund der Schwächung der statischen Verbundwirkung an der Trennstelle sind jedoch geringere Lasteinflussflächen als bei einem statisch ununterbrochenen Feld anzusetzen. Dies wirkt sich ballasterhöhend aus. Wird das Sprungmaß erhöht, ändert sich auch die Aerodynamik ungünstig.

Thorsten Kray hat in seiner Präsentation gezeigt, warum er denkt, dass ein Hersteller mutwillig zu wenig Ballast ausgerechnet hat. Haben Sie den Hersteller mit Ihren Berechnungen einmal konfrontiert und wie war seine Reaktion?

Thorsten Kray:  Die Konfrontation erfolgte bislang indirekt über unsere Kunden, die ich über die falschen Ballastangaben des fraglichen Herstellers aufgeklärt habe. Ich gehe aber davon aus, dass der fragliche Hersteller das Webinar beziehungsweise den gedruckten Beitrag ebenfalls zur Kenntnis genommen hat. Eine direkte Reaktion mir gegenüber steht bislang noch aus.

Inwieweit decken sich die Annahmen der europäischen und US-amerikanischen (ASCE) Normen?

Thorsten Kray: Gar nicht. In ASCE 7-16 und SEAOC PV-2 2017 sind strenge Anforderungen an Windkanalversuche für ballastierte Photovoltaik-Montagesysteme zur Aufstellung auf Flachdächern definiert. Solche Anforderungen fehlen in den europäischen Normen entweder gänzlich oder unterscheiden sich völlig von den US-amerikanischen. Dies führt dazu, dass Windkanaluntersuchungen zur Anwendung in den USA wiederholt werden müssen, sofern sie bereits durchgeführt sind.

Wie bewerten Sie die Zustandserfassung der Tragwerke vor Ort bei bestehenden Gebäuden im Vorfeld der Planung? Welche Maßnahmen schlagen Sie zur richtigen Erfassung der ausgeführten Photovoltaik-Tragwerkskonstruktionen für die Dokumentation vor?

Peter Grass: Die bestmögliche Erfassung des Ist-Zustandes des Tragwerkes sollte zentrales und ureigenes Interesse des Installateurs oder des EPCs sein. Er steht im Auftrag seines Kunden für die Errichtung der Anlage in der Verantwortung und auch für mögliche Risiken und Schäden am Tragwerk. Er beginnt mit der Erfassung aller relevanten Punkte wie dem Alter der Dachbahn, der Dämmung, der Entwässerung, des Blitzschutzes, der Traglastreserven usw. Hieraus muss der Errichter die richtigen technischen Schlüsse ziehen, den Eigentümer beraten und bei einer vertretbaren Realisierbarkeit des Projektes die richtigen Komponenten einsetzen.

Thorsten Kray: Zur Zustandserfassung der Gebäudetragwerke vor Ort fehlt mir die Erfahrung. Photovoltaik-Tragwerkskonstruktionen sollten hinsichtlich der Statik der einzelnen Systembauteile dokumentiert sein, denn nicht nur der Ballast ist entscheidend. Es nützt nichts, wenn der Ballast korrekt berechnet wurde, aber beispielsweise die Modulklemmen in einem Sturmereignis versagen.

Bei einem Flachdachprojekt wurde vom Hersteller Kalksandsteinballastierung empfohlen. Der verantwortliche Architekt hat diese abgelehnt. Wie sehen Sie das und ist Kalksandstein witterungsbeständig genug?

Peter Grass: Ich verstehe die Bedenken des Architekten und sehe auch keinen Grund von den üblichen „Verdächtigen“ aus Beton abzuweichen.

Thorsten Kray: Ich bin kein Experte für Kalksandstein. Grundsätzlich sollte jedweder Ballast selbstverständlich witterungsbeständig sein, da ansonsten die Lagesicherheit der Photovoltaik-Anlage über ihre Lebensdauer nicht sichergestellt ist.

pv magazine wird die Diskussion zu der Ballastierung von Flachdachanlagen weiterführen und in der Ausgabe, die am 15. November erscheint, ein Beispiel mit niedrigen Ballastierungen vorstellen.