Der Holzbau boomt in der Schweiz. Und die Gebäude wachsen. In Regensdorf, Zug, Winterthur und Zürich werden derzeit Holzhochhäuser mit einer Höhe von 75 bis 108 Metern geplant oder befinden sich bereits im Bau. Das erstaunt, doch Holz ist erstaunlich robust, auch bei einem Brand. Denn während sich Stahlträger im Brandfall verformen können und dadurch instabil werden, können Holzkonstruktionen länger ihre strukturelle Integrität behalten.

Das Departement Bau, Umwelt und Geomatik der ETH Zürich hat sich daher einen speziell für Brandsimulationen entwickelten Ofen geleistet, in dem Holzbauteile getestet bzw. abgebrannt werden. Vergangene Woche waren die Medien eingeladen, um einem Test beizuwohnen.

Metallkubus mit Brennkammer

Der Ofen befindet sich im Keller der Heizzentrale auf dem Campus der ETH Hönggerberg. Wobei das Wort «Ofen» etwas zu einfach ist: Es handelt sich um einen mit Stahlträgern verstärkten Metallkubus mit einer Brennkammer, die einen Meter hoch, einen Meter breit und knapp 1,7 Meter lang ist.

Befeuert wird sie von zehn Gasbrennern, die den Ofen bis auf 1400 Grad aufheizen. Mit mehreren Kameras ausserhalb der Brennkammer werden die Tests aufgezeichnet und auch die Zusammensetzung der Brandgase lässt sich analysieren. Kosten: 2,5 Millionen Franken.

«Wir können die Temperatur im Ofen und ebenso den Sauerstoffgehalt genau einstellen», sagt Andrea Frangi, Professor für Holzbau. Dadurch lassen sich die Holzstrukturen in verschiedenen Brandszenarien testen. Die dabei gewonnenen Erkenntnisse werden helfen, die Einsatzmöglichkeiten des Baustoffes Holz zu erweitern.

Beim Test dabei

Am Tag der Besichtigung ist es im Innern des Ofens 1000 Grad heiss, während die Anwesenden diesen staunend von allen Seiten begutachten. Etwas Rauch steigt auf: Im Innern des Kubus wird seit Stunden ein beachtliches Stück Holz erhitzt. Die Luft ist stickig und der Respekt vor dem Feuer ist allgegenwärtig.

Das brennende Holzstück wird nun vor aller Augen aus dem Ofen gehievt. Jene Personen, die im selben Raum wie dem Ofen sind, erhalten Schutzkleidung und Masken, die anderen schauen im sicheren Abstand durch ein Fenster zu, wie sich das brennende Stück dank eines Krans erhebt und anschliessend in eine Wanne mit wenig Wasser gelegt wird. Der Rauch weicht dem Dampf – für wenige Sekunden ist niemand mehr im Ofenraum zu sehen. Das Lüftungssystem leistet aber ganze Arbeit.

Im Anschluss wird das Holzstück von den Forschern unter die Lupe genommen, es ist noch erstaunlich intakt. Professor Frangi erklärt, dass die Tragfähigkeit eines Holzbalkens im Brandfall im Wesentlichen durch seine Grösse bestimmt. Brennt der Balken, werden auf den Seiten, die dem Feuer ausgesetzt sind, pro Stunde rund vier Zentimeter des Holzes in Holzkohle umgewandelt. Mögliche Schwachstellen sind Verbindungselemente und konstruktive Details.

Frangi und sein Team werden das Brandverhalten von Holzbauteilen und dessen Verbindungen unter realistischen Bedingungen weiter erforschen. «Der Bausektor verursacht einen grossen Teil der klima-schädlichen Emissionen. Mit unserer Forschung können wir dazu beitragen, dass noch mehr der nachwachsenden und CO2-speichernden Ressource Holz als Baumaterial verwendet wird», so Frangi.