Brandveilige toepassing van CLT in woon(zorg)gebouwen

Kruislaaghout (CLT: Cross Laminated Timber) is populair als biobased bouwmateriaal in de woningbouw. Kruislaaghout is relatief licht en sterk en vooral in de woningbouw, waarin overspanningen klein zijn en de woningscheidende constructies ook de draagconstructie vormen is dat een voordeel. Bovendien kan het gebruik van biobased bouwmaterialen als duurzaam worden bestempeld.

Kruislaaghout bestaat uit kruislings verlijmde lamellen die samen een dikke plaat vormen. De lamellen bestaan uit vurenhout, waardoor de  platen goed brandbaar zijn en doorgaans aan brandklasse D of E voldoen (NEN-EN 13501-1). Een belangrijk verschil met massief hout is dat CLT uit verlijmde lamellen bestaat, zie figuur 1. De lijm die daarvoor gebruikt wordt heeft vaak een urethaan basis (PUR) of een ureumformaldehyde basis (MUF). Beide lijmsoorten verweken al bij relatief lage temperaturen en zijn brandbaar. Bij brand aan één zijde van de CLT-constructie branden de lamellen aan de oppervlakte mee waardoor deze verkolen. Een (deels) verkoolde lamel valt na verloop van tijd van de CLT-constructie, omdat de lijmlaag haar sterkte verliest. De inbrandsnelheid in een CLT-constructie is bij een volledig ontwikkelde compartimentsbrand twee keer zo groot als op basis van NEN-EN 1995-1-2 (Eurocode 5) zou worden verwacht. Waar Eurocode 5 uitgaat van een inbrandsnelheid van 0,6 mm/min blijkt uit experimenten dat deze circa 1,2 mm/min kan bedragen.

Onbeschermde CLT-constructies kunnen voldoende brandwerend zijn (fire resistant) maar doven vaak niet vanzelf, waardoor de kans op een afbrandscenario van een gebouw toeneemt ten opzichte van een nagenoeg onbrandbaar gebouw. Een CLT-gebouw is daardoor minder fire resilient dan een onbrandbaar gebouw. Fire resilience, het vermogen van een gebouw om een brand te overleven, kan worden beschouwd als een duurzaamheidskenmerk onder brandcondities.

Brandveiligheid en brandwerendheid (fire resistance) volgens de bouwregelgeving

Het Besluit Bouwwerken Leefomgeving (Bbl) kent een groot aantal voorschriften met betrekking tot de brandveiligheid van bouwwerken. De voorschriften hebben als doel om de persoonlijke veiligheid van gebouwgebruikers en de veiligheid van buurpercelen te borgen. Schadebeperking heeft niets met veiligheid van doen en is dan ook geen doel in het Bbl. Dat houdt in dat een afbrandscenario acceptabel is, zodra alle gebouwgebruikers zijn geëvacueerd naar een veilig gebied en er geen branduitbreiding naar buurpercelen optreedt.

Er is dan ook een reële kans dat een gebouw dat voldoet aan de publiekrechtelijke voorschriften afbrandt in geval van een brandcalamiteit wanneer de brandweerinzet niet succesvol is. Hoe groot die kans is hangt af van projectspecifieke kenmerken, zoals de brandcompartimentering (aantal compartimenten en onderlinge brandwerendheid), de brandbaarheid van de bouwconstructies en eventuele actieve brandbeveiligingsinstallaties (zoals een automatische blusinstallatie). De brandcompartimentering volgens het Bbl biedt geen zekerheid dat de brand beperkt blijft tot één brandcompartiment, maar is bedoeld om de branduitbreiding in een gebouw te vertragen zodat gebouwgebruikers en hulpverleners meer tijd hebben. De brandweer wordt geacht om na 60 minuten de brand te kunnen controleren. Dat kan echter ook betekenen dat de brandweerinzet zich richt op het beperken van het brandrisico voor de omgeving.

Brand wordt als een calamiteit beschouwd en daardoor niet meegewogen in de duurzaamheid van een gebouw. Echter, wanneer de bouwconstructie brandbaar is, zoals voor woon- en zorggebouwen in CLT, wordt de kans op een afbrandscenario vergroot. Voor een woongebouw met onbeschermde CLT-brandscheidingen neemt de betrouwbaarheid van brandcompartimentering af, ook al kan met de CLT-brandscheidingen aan de brandwerendheidseisen van het Bbl worden voldaan. Het ‘restrisico’ van de voorschriften in de publiekrechtelijke regelgeving neemt dus toe.

Fire resilience

Volgens het Bbl moeten brandcompartimenten (woningen) onderling 60 minuten brandwerend gescheiden zijn van elkaar (WBDBO). Dit is in principe mogelijk met onbeschermde CLT-wanden, wanneer na 60 minuten de gereduceerde doorsnede voldoende is om aan een brandwerendheid van EIW 60 te voldoen (NEN-EN 13501-2). Een CLT-wand is na 60 minuten standaard brandkromme circa 40 mm ingebrand. De resterende wanddikte kan in de benodigde brandwerendheid voorzien.

In woon(zorg)gebouwen zijn de woningscheidende wanden en vloeren ook onderdeel van de draagconstructie. In gestapelde woningbouw is dan meestal een brandwerendheidseis met betrekking tot bezwijken van de draagconstructie van R 90 of R 120 minuten (NEN-EN 13501-2) noodzakelijk. Vaak wordt de inbranddiepte in CLT-wanden dan verminderd door een 30 minuten brandwerende bescherming toe te passen. Met de resterende wanddikte (gereduceerde doorsnede) kan dan voldaan worden aan de R 90 of R 120 eis.

Daarmee wordt de CLT-wand niet geïsoleerd van de vuurlast in de woningen, de thermische belasting van een brand in het brandcompartiment is groter dan 30 minuten SBK. Na het bezwijken van de brandwerende bescherming zal de wand alsnog bijdragen aan de brand. Brandbare brandwerende scheidingsconstructies zijn daardoor altijd minder betrouwbaar dan onbrandbare brandwerende scheidingsconstructies. Doordat in het brandcompartiment zowel de vuurlast als het brandvermogen toeneemt door de brandbare scheidingsconstructies nemen temperaturen en brandduur zodanig toe dat de thermische belasting de brandwerendheid van de scheidingsconstructie ruimschoots overschrijdt. De brandscheiding zal dus na verloop van tijd vrijwel zeker falen wanneer niet in het brandscenario wordt ingegrepen. De figuur illustreert dit voor een woonfunctie (appartement, 70 m²).

Wanneer de permanente vuurlast van de CLT-constructies volledig geïsoleerd wordt van de variabele vuurlast in het brandcompartiment lijkt het brandscenario meer op het scenario van traditionele bouw met min of meer onbrandbare constructies. Hoewel deze maatregel verder gaat dan volgens het Bbl noodzakelijk is, komt dit de fire resilience van het gebouw ten goede. De kans op een afbrandscenario wordt gereduceerd tot het niveau van traditionele bouw. Daarvoor is het nodig om CLT-constructies tenminste 60 minuten brandwerend te beschermen.

Indien de bovenliggende vloerconstructie geen onderdeel uitmaakt van de draagconstructie van het gebouw kan deze onbeschermd blijven. Het mee branden van de onderzijde van de bovenliggende vloer leidt tot een enigszins hoger brandvermogen en daarmee tot hogere temperaturen in de brandruimte en een hoger vermogen in de uitslaande vlammen. De bluswaterbehoefte zal dan ook toenemen. Er moet dus voldoende bluswatercapaciteit aanwezig zijn op locatie. Nadat de variabele vuurlast in het compartiment is verbrand of gedoofd zal ook de brand in de bovenliggende vloerconstructie na verloop van tijd uitdoven, wanneer dit de enige onbeschermde CLT constructie is.

In plaats van een zwaardere bouwkundige bescherming van de bouwconstructie en een groot beroep op bluswatercapaciteit kan ook een sprinklerbeveiliging worden overwogen. Dan kan de brandwerende bescherming van de CLT-wanden naar verwachting achterwege blijven.

Fire resilience en veiligheid van gebouwgebruikers

In het Bbl wordt uitgegaan van een evacuatieconcept: in geval van brand wordt het hele gebouw ontruimd. De gebouwgebruikers moeten via (extra) beschermde vluchtroutes binnen afzienbare tijd een veilig gebied bereiken. Dat is doorgaans de openbare weg.

Wanneer gebouwgebruikers minder mobiel zijn, zoals in woongebouwen voor ouderen en woonzorggebouwen, ontstaat een spanningsveld met het evacuatieconcept. Een groot deel van de gebouwgebruikers kan niet zelfstandig de vluchtroutes gebruiken en heeft daarbij de hulp nodig van de interne organisatie. In veel gevallen is de interne organisatie niet in staat om alle gebouwgebruikers tijdig te evacueren. Een op papier veilig gebouw is dan in de praktijk helemaal niet veilig. Het is dus noodzakelijk om andere veiligheidsconcepten te beschouwen, zoals het stay-in-place concept. Daarin wordt alleen het brandende compartiment geëvacueerd en blijven in de andere compartimenten de gebouwgebruikers in hun compartiment.

Een stay-in-place concept is alleen mogelijk als het gebouw fire resilient is. De brand moet met grote zekerheid beperkt blijven tot één brandcompartiment. De kans op een afbrandscenario moet vrijwel nihil zijn.

Niet alleen de brand moet beperkt blijven tot één brandcompartiment, ook de rookverspreiding moet tot dat brandcompartiment beperkt blijven. Dat is onmogelijk, er zal zeker bij een luchtdichte uitwendige scheidingsconstructie interne rookverspreiding optreden. Zolang de rookverspreiding niet tot onacceptabele condities leidt buiten het brandcompartiment waar de brand woedt kan dit worden toegestaan. Echter, het voldoen aan R200 en Ra criteria is hiervoor niet voldoende. Er moet aandacht besteed worden aan de luchtdichtheid van inwendige scheidingsconstructies.

Het NIPV rapport Rookverspreiding en persoonlijke veiligheid (juli 2022) geeft aan dat een volledig stay-in-place concept vanwege de interne rookverspreiding niet mogelijk is. Er zal rekening moeten worden gehouden met een potentieel bedreigd gebied boven en naastliggend aan het brandende compartiment, dat eveneens moet worden ontruimd. Een partieel evacuatieconcept / stay-in-place concept is dus wel mogelijk.

Overigens blijkt toepassing van een sprinklerbeveiliging niet alleen de thermische belasting op draag- en scheidingsconstructies te verminderen, maar ook de drijvende kracht voor interne rookverspreiding te verminderen.

Noodzakelijk beschermingsniveau van CLT-brandscheidingen

Om het restrisico van CLT-woon(zorg)gebouwen met betrekking tot brandveiligheid te reduceren tot het niveau van de publiekrechtelijke regelgeving moeten de CLT-scheidingsconstructies tussen brandcompartimenten niet alleen brandwerend zijn, maar ook fire resilient zijn. Dat houdt in dat de CLT- constructie zodanig brandwerend wordt beschermd dat zij niet aan de brand bijdraagt. De tabel geeft een overzicht van het noodzakelijke beschermingsniveau.

Het beschermingsniveau behorende bij het evacuatieconcept levert een met de bouwregelgeving vergelijkbaar restrisico. Dit niveau hoort bij mobiele gebouwgebruikers. Wanneer het aandeel niet mobiele gebouwgebruikers groot is kan hetzelfde beschermingsniveau worden gehanteerd, mits er een interne organisatie aanwezig is die tenminste de potentieel bedreigde brandcompartimenten kan ontruimen (gedeeltelijke evacuatie). Wanneer er geen interne organisatie is, of de interne organisatie niet in staat is de direct bedreigde brandcompartimenten te ontruimen, moet uitgegaan worden van een stay-in-place concept. Daarvoor ligt het beschermingsniveau 30 minuten hoger.

Voorbeelden: Het Ravenstein en Hof van Eden

Het woonzorgcomplex Het Ravenstein te Amsterdam van Woonzorg Nederland (adviseur DGMR) en het kerk-wooncomplex Hof van Eden in Almelo (opdrachtgever De Banier, ontwerp Mojo architecten, adviseur Peutz) worden in CLT uitgevoerd, beide met het beschermingsniveau van de tabel. Woningscheidende wanden moeten dan aan beide zijden brandwerend worden beschermd. Alleen de onderzijde van de CLT-vloeren blijft onbeschermd, omdat deze geen onderdeel van de draagconstructie zijn en de bijdrage van één CLT-vlak aan de brand acceptabel is. Bovendien zal een brandende CLT-constructie, nadat de variabele vuurlast in het compartiment is verbrand, na verloop van tijd ook doven. De voorwaarde hierbij is dat geen andere onbeschermde CLT-constructies het compartiment begrenzen, want dan zal geen uitdoving van de brand in de CLT-constructies optreden.

Een ander aandachtspunt bij CLT-woon(zorg)gebouwen is de geluidwering tussen woningen onderling. Omdat houten scheidingsconstructies relatief licht zijn, zijn aanvullende geluidwerende maatregelen noodzakelijk. Woningscheidende CLT-wanden moeten daarom dubbelwandig zijn of de brandwerende bescherming van de CLT-wand moet aan één zijde verend bevestigd worden. De woningscheidende vloeren zijn verzwaard om in voldoende geluidwering te voorzien.

Ruud van Herpen, FIFireE, Fellow Fire Safety Engineering TU/e

Bronnen

• R.M.M. van Liempd, H.L. de Witte, M. Karemaker, R.A.P. van Herpen, V.D. Janssen: Rookverspreiding en persoonlijke veiligheid, NIPV Arnhem, 2022.
• R.A.P. van Herpen: Energy transition and biobased buildings, FSS Congress Arnhem, 2024.
• R.A.P. van Herpen: Ontwerpuitgangspunten brandveilige toepassing van CLT in woonzorggebouwen, Woonzorg Nederland, 2024.