Erőmű a tetőn – Az alternatív energiaforrások hatása az épület külső burkára

A Tűzvédelmi Mérnökök Közhasznú Egyesülete (TMKE) 2023. évi konferenciájának fő kérdése a tűzvédelem és a hozzá kapcsolódó költségek elemzése volt.  Ezen belül a tűzterjedés gátlás és azok költséghatásai, a lehetséges kockázatok és megoldási lehetőségek.  A megújuló energiatermelők telepítése ugyanis fenntarthatósági és energiahatékonysági szempontból hosszabb távon költségcsökkentő tényezők, ugyanakkor a műszaki tartalomtól függően jelentős mértékben hatással lehetnek a létesítmények bekerülési költségére és tűzvédelmére. Ebből a nézőpontból új szempontokat vehetünk figyelembe. 

Kockázat és biztonsági szint

Mit jelent mindez a tetőn alkalmazandó napelemek irányából vizsgálva a kérdést? Tervezőként fő szempontként abból kell kiindulni, hogy legyen a létesítmény új építésű vagy meglévő korszerűsítés alatt álló épület az elvárt biztonsági szintnek azonosnak kell lenni, függetlenül attól, hogy az épületre telepítenek e napelemeket vagy sem. A tűzeseti tapasztalatok, nemzetközi statisztikák is azt mutatják, hogy a napelemek tűzvédelmi kockázatot hordoznak, mely az életkoruk előrehaladtával növekszik. E két alapvetésből kiindulva is levezethető, hogy a biztonsági szint akkor lesz azonos, ha a többlet kockázatokat ellensúlyozzuk.

Az Európai Unió törekvéseivel összhangban ugrásszerűen megemelkedett a tetőkön, homlokzatokon a napelemek alkalmazása. A napelemek elhelyezése jelentős mértékben kihathat az épület tűzvédelmi helyzetére, melyet a tervezés során a megfelelő súllyal kell kezelni. Számos megelőző számban mutattuk már be a tűzeseti statisztikákat, melyek rávilágítanak arra, hogy mely okok vezethetnek ahhoz, hogy tűz keletkezzen a napelemekkel összefüggésben.

(Laukamp et al., 2013)

Elvárt teljesítmény – OTSZ

Az OTSZ-ben igen szűkszavú szabályozást találhatunk a napelemekre vonatkozóan. A napelemek homlokzaton való alkalmazásánál látszólag enyhítés került a legutolsó módosításánál az OTSZ-be,

• már nem kell homlokzati tűzterjedési határérték vizsgálattal rendelkezniük, viszont
• a tervezőnek szükséges igazolni, hogy a homlokzati tűzterjedést hátrányosan nem befolyásolja.
• A tetőknél pedig, a napelemes tetőfedés alkalmazása esetén, a tetőfedésnek a héjalásokra vonatkozó tűzvédelmi követelményeket is teljesítenie kell.

Felmerülhet a tervezőben a kérdés, hogy akkor ezeken kívül milyen előírásokat szükséges követni?

Elsődlegesen abból kell kiindulni, hogy az OTSZ rögzíti a létesítmény elvárt biztonsági szintjét! Ezek pedig akkor is érvényesek, ha az épületre, annak szerkezeteire napelemeket helyezünk el. Mit jelent mindez a tervező számára? Nagyobb tervezői szabadságot és nagyobb felelősséget, mert ma még nincsenek kész megoldások.

Abból lehet kiindulni, hogy a meghatározott biztonsági szint elérhető

• tűzvédelmet érintő nemzeti szabvány betartásával,
• a tűzvédelmi műszaki irányelvekben kidolgozott műszaki megoldások, számítási módszerek alkalmazásával, vagy
• a tűzvédelmi műszaki irányelvektől vagy a nemzeti szabványtól részben vagy teljesen eltérő megoldással, ha az azonos biztonsági szintet a tervező igazolja. (Lásd. : Ttv., OTSZ)

Ezért beszélhetünk nagyobb tervezői felelősségről. Ez ugyanis azt is jelenti, hogyha egy olyan szerkezetre helyezzük fel a napelemeket, amelynek tűzvédelmi teljesítményét szabványos vizsgálattal igazolták, de a vizsgálatnál nem használtak napelemeket, akkor az a szerkezet nem fogja igazolt módon teljesíteni az elvárt tűzvédelmi teljesítményt.

Napelemek hatása a tűzvédelemre

Első kérdésként azt kell tervezőként feltenni, hogy az adott beépítési szituációban mire van hatással a napelemek elhelyezése tűzvédelmi szempontból?

• Tűzterjedés elleni védelem – külső, felső tűzhatás, hatása a födémszerkezet tűzterjedésére, a szomszédos tűszakaszokra való tűzátterjedésre
• Napelemek és járulékos szerkezeteinek terhe, hatása a fogadószerkezet tűzvédelmi teljesítményére, tűzesetei szerkezeti állékonyságra
• Tűzvédelmi célú berendezések működését, hatékonyságát miként befolyásolják
• Tető lejtésképzése, vízelvezetése, stb.
• Tűzoltói beavatkozás feltételeinek biztosítása – jelentősebb épületkár prognosztizálható
• Tulajdonosi értékvédelemre, üzembiztonságra való hatása amennyiben tűz keletkezik
• Meglévő épület tűzvédelmi hiányosságait tovább súlyosbítja e?
• Az épületben tartózkodó személyek mentésének, menekülésének, balesetvédelmének lehetőségét befolyásolja e?
• Veszélyes üzemek, technológiák kockázatát növelik e?
• Karbantartás, felülvizsgálat, ellenőrzés kockázat csökkentő hatása
• A műanyagok, akkumulátor tárolók tüze során keletkező mérgező anyagok hatása, a tároló tekintetében kell e számolnunk pl. robbanásveszéllyel?

Biztonsági szint és kivitelezhetőség

Nem szabad elfelejtkezni arról sem, hogy a napelemes rendszerekhez sokszor energiatároló berendezések kapcsolódnak, melyek tovább növelik a kockázatot úgy, hogy erre a területre sem találunk megfelelő szintű szabályozást, melyek hiányában az OTSZ alapelvei és a napelemek nélkül leírt elvárt biztonsági szintje, a Ptk. előírásai, az építési termékek és szerkezetek tűzvédelmi teljesítményének igazolására szolgáló szabványai valamint az OTSZ 5 §. (4) alatt megfogalmazott tulajdonosi értékvédelmi célok adnak iránymutatást.

A Ptk. értelmében 6:251. § (2) A tervdokumentációnak műszakilag kivitelezhető, gazdaságos és célszerű megoldásokat kell tartalmaznia, és alkalmasnak kell lennie a megrendelő felismerhető, a felhasználás céljából következő igényeinek kielégítésére.

• Műszakilag kivitelezhető, ha igazolni tudjuk pl. a szerkezetek megfelelőségét, az elvárt biztonsági szintnek való megfelelést,
• gazdaságos, ha úgy kerül megtervezésre, hogy a napelemek elhelyezése ne jelentsen tűzvédelmi szempontból indokolatlan költségnövekedést,
• a megrendelő felismerhető igényei között pedig vizsgálni kell, hogy milyen mértékű kockázatot hajlandó vállalni a napelemekkel összefüggésben, áll e olyan biztosító társasággal kapcsolatban melynek speciális elvárásai vannak ezen a területen.

Ezek figyelembevételével tekintsük át a fő kockázatokat.

Külső tűzhatás, tűzterjedés kockázata

A tetőszerkezetek tűzvédelmi teljesítménye és tűzvédelmi osztálya belső oldali tűzhatásra vizsgáltak. Amennyiben a tetőn kigyullad a napelem vagy környezet az külső tűzhatásként fog jelentkezni! Ennek a tűzhatásnak jelentősen nagyobb lehet a mértéke, mint a Broof t1 röptűz elleni vizsgálat során használt tűzhatás. Ha tűz keletkezik a tetőn telepített napelemek alatt, a napelem a hőt visszasugározhatja az alatta lévő szerkezeti elemre, növekszik a tűzterhelés, a tűzterjedés kockázata valamint tűz intenzitása.

A fotovoltaikus rendszerek telepítése nem befolyásolhatja hátrányosan az épületszerkezetek tűzvédelmi teljesítményét! Amennyiben a napelemek környezetében éghető anyagokat, éghető tetőfedéseket (pl. bitumenes zsindely fedés), éghető tető hő- + vízszigetelési rendszereket alkalmaznak (pl. trapézlemezes födémek esetében) a külső tűzhatás jelentős mértékű tűzterjedéshez vezethet. Ha pl. ezek az éghető hőszigetelésű trapézlemezes tetőfödémek belső tűzhatásra a 15 perc tűzállósági teljesítményt a tűzkitét felőli oldalon alkalmazott nem éghető hőszigetelő réteg kialakításával tudják biztosítani, a külső tűzhatásra biztos nem lesznek megfelelőek és természetesen nem is lesznek igazolhatók.

A napelemeket fogadó szerkezetek tűzvédelmi teljesítményét tűzállóság + tűzvédelmi osztály napelemekkel együtt szükséges igazolni. Ha egy födémen számolni kell a Broof t1 vizsgálatnál nagyobb külső tűzhatással, akkor mind két irányból – a vízszigetelés kivételével – indokolt lehet a tűzvédelmi osztály meghatározása.

Beépített oltóberendezés kontra napelem

Azon létesítmények esetében, ahol valamilyen oknál fogva ellensúlyozásként oltóberendezést létesítenek, vagy pl. fokozott üzembiztonságú oltóberendezést alkalmaznak, fel sem szabadna merülnie annak a lehetőségnek, hogy az épületburkot úgy kerül kialakításra, hogy a külső tűzterjedés kockázatát megnöveljük napelemekkel! E kockázat kezelésére az oltóberendezés ugyanis nem alkalmas. Egy megnövelt tűzszakaszú épület teljes tönkremeneteléhez vezethet egy külső tűzhatás okozta tűzeset. Ugyanez igaz a robbanásveszélyes és egyéb veszélyes anyagokkal, technológiákkal foglalkozó üzemekre.

Napelemek többletterhe

A napelemek többletterhe csökkentheti a fogadószerkezet tűzállósági teljesítményét. Nem mindegy hova terheljük. Ha pl. ráterheljük a trapézlemezes tetőfödém térelhatároló részére az onnantól teherhordó szerkezetként fog működni. Vagy a fesztáv csökkentése, a trapézlemez vastagságának a növelése válhat szükségessé, mely költség oldalról is jelentős többletet jelenthet! Havazás esetén a napelemekre eső hó lecsúszhat és összegyűlhet az elemek közötti területen egyenetlenül terhelve a szerkezetet. A védelmi síkok felületfolytonosságát az átvezetések és gyengítések környezetében a biztosítani szükséges. A szerkezet tervezés során tisztázni szükséges:

• Födém és szerkezeteinek OSTZ szerinti típus?
• Födém által határolt terek rendeltetése? Pl. átmeneti védett tér
• A szerkezet alatti födémet méretezték e romteherre?
• A szerkezet megnyílása, deformációja a környezetét veszélyezteti e?
• A szerkezet átmelegedése a környezetét veszélyezteti e?
• A legfelső szint lefedését biztosító szerkezet tönkremenetele okoz e kiterjedt állékonyságvesztést?
• Kapcsolódik e szerkezet tűzgátló szerkezetekhez? Szükség van e tűzterjedés elleni gátakra?
• Tűzvédelmi szempontból tűzgátló födémként kell e kialakítani? (Tűzgátló lezárások?)
• Milyen módon igazolható a szerkezet tűzvédelmi teljesítménye?
• Vannak e többlet terhek, amelyek a tűzvédelmi teljesítményét befolyásolhatják a szerkezetnek?
• Vannak e olyan gépészeti, villamos kialakítások, amelyek speciális kialakítást igényelhetnek?

Időjárási – mechanikai hatások

A tervezés során figyelemmel kell lenni arra, hogy csak megbízható forrásból, megfelelő minősítésekkel rendelkező PV paneleket és tartozékokat alkalmazzanak, melyek az extrém időjárási viszonyokat is gond nélkül elviselik, pl. magas hőmérsékletnek ellenálló kábelek alkalmazása. A kivitelezés minősége is kiemelten fontos. A tűzesetek 47 % vezethető vissza kivitelezési és külső hatás miatt bekövetkező tüzesetekre. A szélhatás, szélszívás, nem megfelelő rögzítés, csatlakozás és kábelezés védelem, a csapadék terhelés, nem megfelelő vízelvezetés mind tüzet okozó meghibásodáshoz vezethet.

Telepítési távolságok

Részben már a magyarországi szabályozásban is megjelentek telepítési távolságok, melyek igazodnak a külföldi gyakorlathoz. Ezeknek az előírásoknak három fő célja van.

1. Legyenek a napelemek kellő távolságra a tűzterjedést gátló szerkezetektől,
2. ne kerüljenek olyan közel a tűzvédelmi célú berendezésekhez, (pl. hő- és füstelvezető kupolák), hogy működésüket, karbantartásukat hátrányosan befolyásolják, valamint, hogy
3. a hatékony tűzoltói beavatkozás biztosítható legyen.

A mezők maximális hossza ne haladja meg a 40 métert és a tűzterjedés, beavatkozás kockázatainak a csökkentésére a mezők között 5 m távolságot javasolt tartani.

Javasolt megoldás, hogy a tűzterjedés elleni védelmet biztosító szerkezetektől legalább 2,5-re helyezkedjenek el a napelemek, amennyiben a tűzgátlásban szerepet játszó szerkezet alacsonyabb, mint a PV panel. Abban az esetben, amikor a tűzgátlásban szerepet játszó szerkezet magasabb, mint a napelem, közelebb is elhelyezkedhetnek a szerkezethez a PV modulok, ha a megfelelő magassági előírásokat betartják. Előírástól függően ez 30-(50) cm.

Olyan napelemnél, amelynek legmagasabb pontja a hő- és füstelvezető szerkezet víz-szigetelés síkjától mért lábazati magasságát nem haladja meg, a füstelvezető szerkezetek körül min. 2 m a tervezési távolság, és a nyitási oldalon a nyílószárny nyitásszélessége plusz 0,5 m.

Ha a napelem legmagasabb pontja a hő- és füstelvezető szerkezet vízszigetelés síkjától mért lábazati magasságát meghaladja, a füstelvezető szerkezetek körül min. 5 m a tervezési távolság.

Mit vegyünk figyelembe a tervezésnél?

• Az elvárt biztonsági szint fenntartható legyen.
• Az alkalmazott PV rendszerek sem üzemelésük, sem baleset, tűzeset során jelentős mértékben ne növeljék a tűzveszélyt (tűzforrásként, tűzterheléssel).
• A tűzoltói beavatkozás feltételeit jelentős mértékben ne akadályozzák.
• Áramütés veszélye – ne veszélyeztessen senkit sem üzemelés, sem tűzeset, baleset során.

A legfontosabb vizsgálandó kérdések

• Villámvédelem szükségességes e?
• Tűz és robbanásveszélyes épületek, helyiségek, tevékenység esetén a PV rendszer alkalmazhatósága.
• Liftek, menekülési útvonalak, átmeneti védett terek környezetében történő alkalmazhatóság.
• A fogadószerkezetek elvárt tűzvédelmi teljesítményének megfelelősége.
• A PV rendszerek a fogadószerkezet tűzvédelmi teljesítményét befolyásoló hatása.
• Rágcsálók elleni védelem megoldásai.
• Tűzterjedésgátló szerkezetekkel történő határolás bizonyos nagyságú felület felett.
• A PV elemek, rendszerek hátrányosan nem befolyásolhatják a tűzvédelmi célú szerkezetek (tűzfal, tűzterjedés elleni gát, stb.) és tűzvédelmi célú berendezések hatékony működését.
• A napelemes rendszereknek megfelelő távolságra kell lenniük a karbantartást, működési helyigényt megkívánó épületelemektől.
• A PV panelek és rendszerek nem segíthetik elő a homlokzati és tető tűzterjedést valamint az egyes épületrészekre (pl. homlokzatról tetőre) történő tűz átterjedést.
• A napelemes rendszereket, rögzítéseiket úgy kell méretezni, hogy sem időjárási hatások, sem azok többletterhei (pl. hó, szél) sem tűz hatására ne essenek le.
• Ha a rendeltetési helyen a napelemes rendszerekkel összefüggésben az alkalmazási hőmérséklet magas (pl. 85 ⁰C feletti) a felhasznált építési termékeknek hosszú ideig hőállónak kell lenniük.
• Szükséges jelölések a napelemek környezetében és épületen.
• Milyen módon befolyásolják a napelemek a szerkezetek és az azokat alkotó építési termék tűzvédelmi teljesítményét?
• Milyen anyagok, szerkezetek alkalmazásával lehet csökkenteni a kockázatot?
• Melyek a megbízható PV-rendszerek, milyen minősítésekkel, teljesítményekkel rendelkező termékek kerülhetnek beépítésre?
• Milyen tervezési, engedélyezési, karbantartási, felülvizsgálati, stb. folyamatokra lenne szükség a kockázatok csökkentése érdekében?
• Milyen módon befolyásolják, segítik elő a tűzterjedést a PV-rendszerek? Szükségesek e további tűzterjedési gát alkalmazások, területnagyság korlátozások, stb.?
• Milyen módon befolyásolják a tűzoltói beavatkozást és annak hatékonyságát?
• Az akkumulátorok elhelyezése milyen kockázatokat hordoz? Milyen oltástaktikát igényelnek?
• Milyen szerkezetekkel kellene az akkumulátor helyiségeket kialakítani? Mikor van szükség jelző, oltó berendezés alkalmazására? Hol helyezhetők el ezek a helyiségek, szabadtéri tárolók?
• Milyen jelöléseket lenne szükséges alkalmazni az akku tárolók kockázatainak megadásához?

Karbantartási kötelezettség?

Célszerű lenne ezekre a rendszerekre is külön szabályozást és időszakos ellenőrzési, felülvizsgálati, karbantartási kötelezettséget bevezetni! Nem ismert és nem szabályozott az egyes rendszer és készlet elemeknek az alkalmazási ideje, élettartama, mely további kérdéseket vet fel. Avulásból eredő tűzvédelmi kockázat, felújítás, csere lehetséges műszaki megoldásai, szerkezeti kapcsolatok tűzvédelme, stb.

Újabb összetett veszélyforrások

A napelemek egyre gyakrabban multifunkcionális módon kerülnek alkalmazásra. Ezekben az esetekben a kockázatokat komplex módon szükséges értékelni és kezelni. Ilyenek pl. a multifunkcionális napelemmel fedett parkolók, ahol a napelemeket a parkoló autók fölé telepítik, elektromos töltőpontokat alakítanak ki, helyhez kötött energiatárolókat, a térvilágítást, reklámvilágítást is a PV panelekkel oldják meg.

Multifunkcionális napelemes parkolóknál konkrét szabályozás hiányában előzőekben részletezetteken túl vegyük figyelembe a következő tervezési elveket:

• Elhelyezése, kialakítása a tűz terjedését ne segítse elő (homlokzatra, tetőre, szomszédos épületre) – vegyük figyelembe a tűztávolságot!
• Villám és túlfeszültség elleni védelem.
• DC leválasztás, áramkör védelem, vezetékvédelem.
• Inverterek megfelelő elhelyezése.
• A szerkezeti kialakításhoz lehetőség szerint nem éghető anyagokat alkalmazzunk.
• A parkoló-szerkezet valamint a parkoló-területen elhelyezett összes berendezés, rendszer elem károsodásának a csökkentése, védelme a járművek ütközésétől.
• Az alkalmazott berendezéseknek, szerkezeti és rendszerelemeknek környezeti hatások elleni védelme a gyártók előírásai szerint. (Környezeti hőmérséklet, IP védelem, maximális páratartalom, UV védelem, szellőztetés, maximális magasság, stb.)
• Minden alkatrésznek megfelelő IP védelemmel szükséges rendelkeznie. Figyelembe kell venni, a lefolyóvíz, belvíz, árvízveszélyeket, az autómosás, csőtörés lehetőségeit.
• Hozzáférés indokoltsága, helyigénye (használat pl. töltők, rendszerelem karbantartás, tisztítás, stb.).
• Veszélyre felhívó jelölések.
• Üzemeltetés, karbantartás, felülvizsgálat speciális igényei.
• Automatikus tűzjelző és oltóberendezés telepítés esetén annak védelme terjedjen ki a tetőn lévő parkolókra, töltőkre.
• Szigetüzemű energiatároló rendszerek tűzvédelmi kockázatainak figyelembe vétele.
• A személyzet képzése/oktatása – A helyi személyzetet teljes körűen ki kell képezni a napi szemrevételezéssel, a PV panelek általános karbantartásával/tisztításával és a vészleállítással kapcsolatban.

A PV panelek, az energiatároló rendszerek valamint az elektromos autó töltők tűzvédelmi kockázatait a multifunkcionális napelemes parkolók kialakítása során nem elégséges külön-külön vizsgálni, hanem egymásra gyakorolt negatív hatásait is figyelembe szükséges venni a tervezés során. Jól látszik a megválaszolandó kérdések számából is: még megbecsülni is nagyon nehéz, hogy egy napelemes rendszer tetőn történő alkalmazásának milyen mértékű többlet költség igényei adódhatnak tűzvédelmi szempontból.