Hout en vuur

Hoe brandt hout?

De belangrijkste bestanddelen zijn cellulose (40 à 50 %), hemicellulose (20 à 30 %) en lignine (30 à 35 %). Deze elementen vertegenwoordigen met ongeveer 98-99 % het organische deel van hout. Het overblijvende percentage vertegenwoordigt het minerale deel.

Het organische deel bestaat voor ongeveer 50 % uit koolstof wat de brandbare eigenschap van het materiaal verklaart.

Wanneer we hout afzonderlijk verwarmen, vinden de volgende verschillende fasen plaats:

Rond 100 °C:

Het hout geeft enkel stoom vrij. Zolang het materiaal water bevat, blijft de temperatuur rond 100 °C schommelen, zelfs wanneer de buitentemperatuur hoger is dan 100 °C.

Van 100 °C tot 275 °C:

De temperatuur van het vochtarme hout stijgt en er komen gassen en pyrolignezuur vrij. De vrijgekomen gassen bestaan voor het grootste deel (+/- 70 %) uit onbrandbaar CO2 en ongeveer 30 % brandbaar CO.

Rond 275 °C:

De reactie geeft veel warmte vrij (exotherme reactie). Er blijven gassen vrijkomen, waarbij het aandeel CO2 daalt en koolwaterstoffen verschijnen.

Hoger dan 350 °C:

De hoeveelheid vrijgekomen gas (waaronder CO2) daalt, maar de overige gassen die nog vrijkomen zijn haast volledig brandbaar. De belangrijkste aanwezige bestanddelen zijn koolwaterstoffen. Daarna stellen we vast dat er steeds meer waterstof vrijkomt.

Hoger dan 450 °C:

De gassen die nu het meest vrijkomen zijn waterstof en koolwaterstoffen. Het resultaat van de degradatie van het hout, zijnde houtskool, kan ook vuur vatten.

Gemiddeld kan de verbranding van houten elementen hoge temperaturen van om en bij de 1000 à 1300 °C bereiken.

Omwille van het isolerende vermogen van de koolstoflaag die zich zonder actieve warmtebron rond de houten elementen vormt, is het in werkelijkheid echter erg moeilijk om de verbranding van de elementen in stand te houden omdat hun oppervlaktetemperatuur geleidelijk aan onder de 275 °C daalt.

De calorische waarde

De calorische waarde van een materiaal stemt overeen met de energie die vrijkomt bij de volledige verbranding van een massa van één kilogram van dit materiaal. Ze wordt uitgedrukt in MJ/kg. Gemiddeld wordt de calorische waarde van ovendroog hout geschat op 17 MJ/kg en hangt n mindere mate af van de houtsoort. Zo bedraagt de calorische waarde van 1 kg ovendroge populier (ongeveer 380 kg/m³) 18.32 MJ/kg, terwijl de calorische waarde van dezelfde massa ovendroge haagbeuk (800 kg/m³) 20.62 MJ/kg bedraagt.

Er wordt een onderscheid gemaakt tussen de Lagere Calorische Waarde (LCW), die de hoeveelheid warmte aanduidt die vrijkomt bij de verbranding van hout, waarbij de latente verdampingswarmte wordt afgetrokken van het in het hout aanwezige water, en de Calorische Bovenwaarde (CBW), die overeenkomt met de totale hoeveelheid energie die vrijkomt bij de verbranding van het hout. Beiden worden uitgedrukt in MJ/kg hout (1MJ = 3.6 kWh).

De calorische waarde hangt in hoge mate af van het vochtgehalte van het hout. Hoe vochtiger het hout, hoe lager de calorische waarde. De energie die nodig is voor de verdamping van water (de verdampingswarmte) en de toename van de temperatuur van de waterdamp moet immers van de calorische waarde van hout afgetrokken worden.

LCW van hout naargelang het vochtgehalte en de houtsoort

Grafische weergave van de LCW naargelang het vochtgehalte:

Een bepaald volume hout van een houtsoort met een hoge volumieke massa heeft een hoger calorisch potentieel (produceert meer warmte) dan hetzelfde volume van een lichtere houtsoort. Dezelfde houtmassa met hetzelfde vochtgehalte zal, ongeacht de houtsoort, dezelfde hoeveelheid warmte voortbrengen. Een zwaardere houtsoort zal in een gelijke tijdspanne echter minder warmte produceren omdat ze trager brandt.

De brandweerstand

Bij het ontwerp van houten gebouwen en op het vlak van brandpreventie, is het heel belangrijk om brandweerstand niet te verwarren met brandreactie.

De brandweerstand van een bouwelement is de tijd waarin het element in staat is zijn functies bij brand (scheiding en/of draagvermogen) te vervullen. Het oude begrip ‘Rf’ dat van oudsher in België gebruikt werd om de brandweerstand te kenmerken, is vervangen door de Europese REI-classificatie (omschreven in de classificatienorm NBN EN 13501-2 (2004)) die op drie belangrijke criteria gebaseerd is, namelijk:

• het draagvermogen R of vermogen van een bouwelement slaat op het vermogen om, onder welbepaalde mechanische belastingen en gedurende een gegeven tijdsperiode, weerstand te bieden aan een brand, zonder verlies van zijn structurele eigenschappen
• de vlamdichtheid E: dit begrip houdt in dat het bouwelement geen enkele opening vertoont (scheur, barst, open voeg, …) waarlangs vlammen of een redelijk aanzienlijke stroom verbrandingsgas zou kunnen binnendringen (en een uitbreiding van de brand mogelijk maakt)
• de thermische isolatie I, die de toegelaten temperatuurstijging aan de niet aan vuur blootgestelde zijde beperkt

Een uitsluitend dragend element (een zuil bijvoorbeeld) valt onder de noemer R, terwijl een scheidend en niet-dragend bouwelement (een lichte wand bijvoorbeeld) onder de categorie EI gerangschikt wordt. De brandweerstand wordt volgens de Europese classificatie (REI 30 bijvoorbeeld) in minuten uitgedrukt. Andere criteria zoals de stralingsbeperking W worden in de Europese classificatie omschreven, maar zijn op dit ogenblik in België niet verplicht.

Hout biedt het voordeel snel te branden aan de buitenzijde en aan de oppervlakte een dun houtskoollaagje te vormen waarvan de thermische geleidbaarheid tot 5 keer lager ligt dan die van hout (thermische geleidbaarheid van naaldhout of λ= 0.13 W/ mK). Daarom beschermt de houtskoollaag de binnenste intacte delen van het hout die hun structurele functies kunnen blijven vervullen voor zover de kritieke temperatuur niet bereikt is. De daling van de mechanische eigenschappen van hout varieert vrij weinig onder invloed van de warmte. Bij een temperatuur van 100 °C zijn de mechanische eigenschappen, die in percentage van diezelfde eigenschappen bij 20° C worden uitgedrukt, slechts lichtjes afgenomen. Ze staan hieronder vermeld.
ft,0,k (karakteristieke waarde, met uitzondering van 5 %, van de weerstand tegen axiale trekkracht): 90 %
fc,0,k (karakteristieke waarde, met uitzondering van 5 %, van de weerstand tegen axiale druksterkte): 55 %
fm,k (karakteristieke waarde, met uitzondering van 5 %, van de weerstand tegen buigsterkte): 75 %
E0, gem (gemiddelde karakteristieke waarde van de elasticiteitsmodulus in axiale buigsterkte): 85 %
Daardoor wordt het verlies aan draagvermogen van een houten bouwelement dat aan vuur is blootgesteld eerder verklaard door een kleinere houtsectie dan door een verandering van de mechanische eigenschappen van het hout.
Er wordt doorgaans aangenomen dat de verbrandingssnelheid van naaldhout 0.77 mm/min, hetzij 4.2 cm/uur, bedraagt (0.5 à 0.7 mm/min voor loofhoutsoorten en 0.9 mm/min voor plaatmateriaal).
Stukken hout die aan vuur zijn blootgesteld, raken trouwens maar zelden vervormd, ze behouden hun rechte vorm. Daarom lopen houten gebouwen minder gevaar op instorting.

De brandreactie

De brandreactie is de neiging van een materiaal om vuur te vatten en brand te verspreiden.
Hout maakt, net als alle bouwmaterialen, onderdeel uit van een classificatie. De proeven worden uitgevoerd volgens de Europese norm NBN EN 13501-1: 2019 ‘Fire classification of construction products and building elements – Part 1: Classification using data from reaction to fire tests’. Deze norm is ingedeeld in 3 hoofdklassen die kunnen variëren naargelang het tijdens de proef gebruikte hulpmiddel:

• Euroklasse: A1, A2, B, C, D, E en F kenschetst de bijdrage van het materiaal en zijn vermogen om weerstand te bieden aan uitslaande vlammen of een afzonderlijk brandend voorwerp.
• Klasse s: s1, s2 of s3 hebben betrekking op de rookontwikkeling.
• Klasse d: d0, d1 of d2 hebben betrekking op brandende druppels.

Hout en platen op basis van hout zijn doorgaans D, s2-d0. Het betreft dus een erg brandbaar product waarvan de rookdichtheidsklasse overeenstemt met een middelmatige rookuitstoot op vlak van hoeveelheid en snelheid. Het brengt tijdens de verbranding geen brandende druppels of deeltjes voort.

De behandeling van hout om zijn brandreactie te verbeteren

Door middel van een specifieke behandeling is het mogelijk om de reactieklasse van hout te verbeteren en Euroklasse C en in sommige gevallen zelfs klasse B te bereiken.

De Belgische wetgeving

In België zijn de minimumvoorwaarden inzake brandveiligheid waaraan alle nieuwe gebouwen moeten voldoen bepaald door het Koninklijk besluit (KB) van 7 juli 1994 (gewijzigd door de koninklijke besluiten van 19 december 1997, 4 april 2003, 13 juni 2007, 13 maart 2009, 12 juli 2012, 7 juli 2016 en 20 mei 2022) dat de basisnormen vaststelt voor de preventie van brand. Deze basisnormen zijn wetteksten die een onderscheid maken tussen lage gebouwen (met een hoogte kleiner dan 10 m, middelhoge gebouwen (met een hoogte tussen 10 en 25 m) en hoge gebouwen (met een hoogte van meer dan 25 m) (zie Figuur 1). De hoogte van een gebouw is de afstand tussen het laagste niveau van de wegen rond het gebouw die bruikbaar zijn voor brandweervoertuigen en het niveau van de vloerplaat van de hoogste verdieping.

Lage gebouwen (met een hoogte kleiner dan 10 m) worden besproken in bijlage 2 en 2/1 van het KB.

Middelhoge gebouwen (met een hoogte tussen 10 en 25 m) in bijlage 3 en 3/1 van het KB.
Hoge gebouwen (met een hoogte van meer dan 25 m) in bijlage 4 en 4/1 van het KB.

Het betreft een wettekst die uitgevaardigd werd door de federale regering die bijgevolg bindend is. Het gaat om basisnormen die van toepassing zijn op alle nieuwe gebouwen (uitgezonderd renovaties).

Deze basisnormen zijn niet van toepassing op eengezinswoningen en lage gebouwen met een oppervlakte kleiner dan of gelijk aan 100 m² en met minimaal twee verdiepingen.

Het Koninklijk besluit legt de minimumvoorwaarden vast waaraan het ontwerp, de bouw en de inrichting van nieuwe gebouwen moeten voldoen om

• Het ontstaan, de ontwikkeling en de uitbreiding van een brand te voorkomen;
• De veiligheid van personen te verzekeren;
• De tussenkomst van de brandweer te vergemakkelijken.

Het KB is in hoofdzaak verdeeld over bijlagen die betrekking hebben op

• Bijlage 1: Terminologie;

• Bijlage 2: Lage gebouwen (bouwaanvraag ingediend vóór 1/12/2012);

• Bijlage 2/1: Lage gebouwen (bouwaanvraag ingediend vanaf 1/12/2012);

• Bijlage 3: Middelhoge gebouwen (bouwaanvraag ingediend vóór 1/12/2012);

• Bijlage 3/1: Middelhoge gebouwen (bouwaanvraag ingediend vanaf 1/12/2012);

• Bijlage 4: Hoge gebouwen (bouwaanvraag ingediend vóór 1/12/2012);

• Bijlage 4/1: Hoge gebouwen (bouwaanvraag ingediend vanaf 1/12/2012);

• Bijlage 5: Brandreactie (bouwaanvraag ingediend vóór 1/12/2012);

• Bijlage 5/1: Brandreactie (bouwaanvraag ingediend vanaf 1/12/2012);

• Bijlage 6: Industriële gebouwen;

Bijlage 7: Algemene bepalingen (doorvoeringen van brandwerende bouwelementen).

De opbouw van de bijlagen 2/1, 3/1 en 4/1 is gelijkaardig en omvat de volgende hoofdstukken:

1. Inplanting en toegangswegen;
2. Compartimentering en evacuatie (max. oppervlakte = 2500 m², indien gebouw met één bouwlaag en één compartiment = 3500 m² en lengte < 90 m. Uitgezonderd parkings met meerdere niveaus, …);
3. Voorschriften voor sommige bouwelementen (geeft de brandweerstand weer waaraan wanden, binnendeuren, verticale wanden, plafonds en verlaagde plafonds, gevels, … moeten voldoen);
4. Voorschriften inzake constructie van gebouwen en evacuatieruimten (ontwerp en brandweerstand van de communicatiewegen tussen de compartimenten);
5. Constructievoorschriften voor sommige lokalen en technische ruimten;
6. Uitrusting van de gebouwen.

Bijlage 5/1 geeft de eisen weer met betrekking tot de brandreactie volgens de Europese classificatiemethode (A1, A2, B, C, D, E en F). Ze zijn van toepassing op de nieuwe gebouwen vanaf 1 december 2012. Voor deze gebouwen hangen de eisen af van de gebouwhoogte, de aanwezigheid van een branddetectiesysteem, het type lokaal, maar ook het type gebruiker.

We kunnen 3 types gebruikers onderscheiden:

Type 1 : niet-zelfredzame gebruikers (ziekenhuizen, rusthuizen, gevangenissen, …);
Type 2 : zelfredzame en slapende gebruikers (appartementen, hotels, …);
Type 3 : zelfredzame en wakende gebruikers (kantoren, winkels, scholen, sporthallen, …).

Meer informatie over brandveiligheid in houten gebouwen (2020) vindt u via:
Technische fiche : Brandveiligheid in houten gebouwen