Praktische Umsetzung der DIN 18014
Fundamenterder bei verschiedenen Wannenausführungen
Heutzutage muss die Erdungsanlage für ein neu zu errichtendes Gebäude mehrere Funktionen in sich vereinen, wie den Personenschutz, den EMV-Schutz und den Blitzschutz. In Deutschland besteht die Pflicht, in allen neuen Gebäuden einen Fundamenterder nach der nationalen Norm DIN 18014 zu errichten. Der Fundamenterder ist Bestandteil der elektrischen Anlage hinter der Hausanschlusseinrichtung. Somit darf die Errichtung nur durch eine Elektro-/Blitzschutzfachkraft oder unter deren Aufsicht durchgeführt werden. Der Beitrag beschreibt die unterschiedlichen Abdichtungen für ein Fundament (Wannenausführungen) und die dafür erforderlichen Planungs- und Ausführungsmaßnahmen für den Fundamenterder.
Aufgaben der Erdungsanlage
Diese Installationen unterliegen hinsichtlich des Personenschutzes und des sicheren Betriebs bestimmten Anforderungen, die in den einzelnen Regelwerken der jeweilig installierten Systeme genauer definiert sind.
Normative Forderungen
Für jeden Neubau ist der Fundamenterder durch die technischen Anschlussbedingungen (TAB) der Versorgungsnetzbetreiber (VNB) unter Berücksichtigung der DIN 18 014 gefordert. Grundsätzlich regelt die DIN 18 014 „Fundamenterder – Allgemeine Planungsgrundlagen“ die Ausführung und die Installation der Erdungsanlage bei Neubauten.
Dieser Fundamenterder erfüllt in der Regel auch die nachfolgenden Anforderungen:
die Abschaltbedingungen im Niederspannungsnetz der jeweiligen Systeme (TN-, TT-, IT-Systeme) nach der VDE 0100-410 sowie den
Potentialausgleich nach der VDE 0100-540.
Bei Antennenanlagen ist die Erdung nach der VDE 0855 zu berücksichtigen.
Wird für die bauliche Anlage ein Blitzschutzsystem errichtet, gelten die erweiterten Anforderungen der EN 62 305-3 (VDE 0185-305-3) „Blitzschutz –Teil 3: Schutz von baulichen Anlagen und Personen“ oder unter dem Aspekt der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) die Vorgaben in EN 62 305-4 (VDE 0185-305-4) „Blitzschutz – Teil 4: Elektrische und elektronische Systeme in baulichen Anlagen“. Weiterführend sind bei Antennenanlagen die Teile der DIN VDE 0855 zu berücksichtigen. Bei Vorhandensein umfangreicher informationstechnischer Anlagen in einem Gebäude, wird eine reduzierte Maschenweite des Fundamenterders gefordert. Auch die Vorgaben von Systemanbietern (z. B. Datentechnik) für den Erdausbreitungswiderstand sind zu beachten und bereits bei der Planung der Erdungsanlage zu berücksichtigen.
Errichtung der Erdungsanlage
Der Fundamenterder erfüllt wesentliche Sicherheitsfunktionen und gilt daher als Bestandteil der elektrischen Anlage. In der Vergangenheit wurden Erdungsanlagen vielfach von der Baufirma „mitgemacht“. Da aber nach dem „Fließen“ vom Beton die Arbeiten weder kontrolliert noch nachgebessert werden können, sind bei diesen sicherheitsrelevanten Aufgaben qualifizierte Facharbeiter gefragt. Deshalb wird in der DIN 18 014 ebenso gefordert, dass die Errichtung und Installation der Erdungsanlage durch eine Elektro-/Blitzschutzfachkraft oder unter deren Aufsicht durchzuführen ist. Dies ist in der Dokumentation der Anlage nachweislich festzuhalten.
Arten von Erdern und Werkstoffe von Erdungsanlagen
Fundamenterder
Ein Erder, der aus einem geschlossenen Ring besteht und in Beton eingebettet ist. Die erdfühlige Oberfläche des Betonkörpers stellt die elektrisch leitfähige Verbindung zum Erdreich her. Ist eine elektrisch leitfähige Verbindung des Betonkörpers zum Erdreich nicht gegeben, z. B. bei „Voll-Perimeterdämmung” oder „Weißer Wanne”, wird ein Ringerder außerhalb des Fundamentes errichtet, der die Funktion des Erders übernimmt.
Ringerder
Ein Erder, der erdfühlig in das Erdreich verlegt wird und einen geschlossenen Ring um die bauliche Anlage bildet. Gegebenenfalls ist bei bestimmten baulichen Anlagen eine Maschenbildung notwendig.
Tiefenerder
Ein Erder, der im Allgemeinen lotrecht in größere Tiefen eingebracht wird. Er besteht aus Rundmaterial.
Natürlicher Erder
Dieser ist ein mit der Erde unmittelbar oder über Beton in Verbindung stehendes Metallteil, dessen ursprünglicher Zweck nicht die Erdung ist, aber als Erder wirkt (Bewehrungen von Betonfundamenten, Rohrleitungen, usw.).
Werkstoffe für Erdungsanlagen
Der Fundamenterder wird aus
Rundstahl (Durchmesser min. 10 mm) oder
Bandstahl (Abmessung min. 30 mm x 3,5 mm)
errichtet und ist je nach Art der Verlegung im Beton aus verzinktem Stahl, im Erdreich aus Edelstahl (V4A, z. B. Werkstoff-Nr. 1.4571) oder aber mindestens gleichwertig ausgeführt. Die Leitungsmaterialien sollten entsprechend DIN EN 50 164-2 ausgewählt werden, damit eine spätere Einbeziehung eines Blitzschutzsystems einfach möglich ist. Für bauliche Anlagen mit integrierten Transformatorstationen können größere Querschnitte des Erders notwendig sein (50 Hz-Kurzschlussströme).
Weiße Wanne
Wasserundurchlässiger Beton (WU-Beton) ist eine Betonart mit hohem Wassereindringungswiderstand. Im Tiefbau werden „Geschlossene Wannen“ eingesetzt. Diese werden umgangssprachlich „Weiße Wannen” genannt. Bauwerke aus Beton mit hohem Wassereindringwiderstand sind Konstruktionen, die ohne zusätzliche äußere, flächige Abdichtung erstellt werden und allein aufgrund des Betons und konstruktiver Maßnahmen wie Fugenabdichtung und Rissbreitenbegrenzung einen Wasserdurchtritt in flüssiger Form verhindern. Bei der Errichtung dieser WU-Bauwerke ist besondere Sorgfalt notwendig, da alle Bestandteile des Bauwerks wie z. B. Fugenabdichtungen, Einführung für Wasser, Gas, Strom, Telefon (in Form von Mehrspartenhauseinführungen), Abwasserleitungen, sonstige Kabel oder Leitungen, Anschlüsse für den Fundamenterder oder Potentialausgleich, dauerhaft wasserdicht oder druckwasserdicht ausgeführt werden müssen. Der Errichter steht für die Wasserdichtheit des Bauwerks in der Verantwortung.
Der Begriff WU-Beton ist durch die aktuelle Normung im Bereich der Betonherstellung nicht mehr definiert. Die Betongüte z. B. mit der Bezeichnung C20/25 definiert die Druckfestigkeit (Zylinder / Würfel in N/mm2) des Betons. Ausschlaggebend für die Wasserundurchlässigkeit von Betonmischungen ist der Zementanteil. Dieser liegt bei 1 m3 WU-Beton bei mindestens 320 kg Zement (mit niedriger Hydratationswärme). Wichtig sind auch ein geringes Schwindmaß des Betons, die empfohlene Mindestbetondruckfestigkeit C25/30 und der so genannte Wasser-Zement-Wert (WZ-Wert), der unter 0,6 liegen muss.
Im Gegensatz zu früheren Jahren ist das Eindringen von Feuchtigkeit im Bereich von einigen Zentimetern in die Weiße Wanne nicht mehr gegeben. Heute kann der verwendete Beton mit einem hohem Wasser-eindringwiderstand nur noch im Bereich von ca. 1,5 cm Wasser aufnehmen. Da der Fundamenterder aber von min. 5 cm Beton umschlossen sein muss (Korrosion), ist der Beton nach dem Eindringbereich des Wassers als quasi elektrischer Isolator zu betrachten. Somit ist keine elektrisch leitfähige Verbindung des Betonkörpers zum Erdreich mehr gegeben.
Wasserdichte Wanddurchführung für Weiße Wanne
Der elektrische Anschluss an den Ringerder ist wasserundurchlässig auszuführen. Bei der Entwicklung der wasserdichten Wanddurchführung für den Schalungseinbau wurden die Anforderungen, die an Weiße Wannen gestellt werden, auch auf das Produkt übertragen. So wurde explizit darauf geachtet, dass möglichst reale Bauteileanforderungen abgebildet werden (Bild 2.1). Die Prüflinge wurden in einem Betonkörper einbetoniert und anschließend einer Druckwasserprüfung unterzogen. In der regulären Bautechnik sind Einbausituationen bis zu einer Tiefe von 10 m üblich (z. B. Tiefgaragen). Diese Einbausituation wurde auf die Prüflinge übertragen indem sie mit einem Wasserdruck von 1 bar beaufschlagt wurden (Bild 2.2).
Nach dem Aushärtevorgang des verwendeten Betons erfolgte die Prüfung mit Wasserdruck. Durch eine Langzeitprüfung über 65 h erfolgte die Kontrolle auf Wasserdichtheit.
Einen erhöhten Schwierigkeitsgrad bei Wanddurchführungen stellt die Kapillarwirkung dar. Darunter ist zu verstehen, dass sich Flüssigkeiten (z. B. Wasser) in engen Spalten oder Röhren des Betons verschieden gut ausbreiten und sich somit förmlich in das Gebäudeinnere ziehen oder saugen. Diese möglichen engen Spalten oder Röhren können durch den Aushärtevorgang und das damit verbundene Schwundverhalten des Betons verursacht werden. Auch während des Einbaus der Wanddurchführung in die Schalung ist es daher wichtig, fachgerecht und korrekt zu arbeiten.
Die genannten Prüfanforderungen wurden auf die Erder-Wanddurchführung zum nachträglichen Einbau übertragen (Bild 2.3). Diese Ausführung kann mit einer nachträglichen Bohrung oder durch die Fertigspreize der Schalung druckwasserdicht eingebaut werden. Die Abdichtung erfolgt durch Auspressung der Neoprenscheiben gegen die Mauer/Wand (Fest- und Losflansch).
Schwarze Wanne
Der Name „Schwarze Wanne” ergibt sich aus der außen im Erdreich auf das Gebäude aufgebrachten mehrlagigen, schwarzen Bitumenbeschichtung zur Abdichtung des Gebäudes. Der Gebäudekörper wird mit Bitumen- /Teermasse angestrichen, auf die dann in der Regel bis zu drei Lagen Bitumenbahnen aufgebracht werden. Ein in die Fundamentplatte oberhalb der Abdichtung eingebrachter Ringleiter kann zur Potentialsteuerung in dem Gebäude dienen. Durch die hochohmige Isolation nach außen ist jedoch eine Erderwirkung nicht gegeben.
Wird für das Gebäude ein Blitzschutzsystem errichtet oder gelten EMV-Anforderungen, muss zusätzlich in der Fundamentplatte ein Potentialausgleichsleiter mit der Maschenweite 20 m x 20 m und unterhalb im Erdreich oder in der Sauberkeitsschicht ein Ringerder mit der Maschenweite 10 m x 10 m entsprechend der DIN EN 62 305-3 (VDE 0185-305-3) errichtet werden. Das Einführen des äußeren Ringerders in das Gebäudeinnere sollte nach Möglichkeit oberhalb der Gebäudeabdichtung erfolgen, also über dem höchsten Grundwasserstand, um langfristig eine dichte Gebäudewanne sicherzustellen. Eine druckwasserdichte Durchdringung ist nur mit speziellen Bauteilen möglich.
Braune Wanne
Neuerdings gewinnt eine weitere Bauweise, die „Braune Wanne“ immer mehr an Bedeutung. Der Grund liegt in der hohen Sicherheit und Wirtschaftlichkeit dieser Abdichtungsvariante.
Braune Wanne bezeichnet die Bauweise eines wasserundurchlässigen (Beton-)Baukörpers, der aus einer Wannen-Wand (wasserseitig mit Bentonitdichtschicht) und einer Wannen-Sohle (wasserseitig mit Bentonitdichtschicht) besteht. Der Großteil der Baukörper, die als braune Wanne ausgeführt werden, sind Untergeschosse im Grundwasser bzw. Stauwasser oder aber Bauwerke, die zum Aufbewahren von Flüssigkeiten dienen. Die braune Wanne wird aus WU-Beton hergestellt und erreicht ihre Dichtigkeit durch die Kombination WU-Beton und die wasserseitig angeordnete Bentonitdichtschicht. Auf die teure Rissbewehrung im Vergleich zur „Weißen Wanne“ kann bei dieser Ausführung weitgehend verzichtet werden. Alle Bentonitdichtmatten enthalten als dichtendes Material Bentonit. Bentonite sind Tone, die größtenteils durch Verwitterung vulkanischer Aschen oder gleichartiger Ablagerungen entstanden sind. Die Fugenabdichtung bei braunen Wannen spielt eine untergeordnete Rolle gegenüber der Fugenausbildung von weißen Wannen.
Perimeterdämmung
In der heutigen Bautechnik werden die verschiedenartigen Fundamente in den unterschiedlichsten Ausführungsformen und Abdichtungsvarianten errichtet. Auf die Ausführungen der Streifenfundamente und der Fundamentplatten haben die Wärmeschutzverordnungen ebenfalls Einfluss genommen. Im Bezug auf die Fundamenterder, die bei Neubauten auf Basis der DIN 18 014 errichtet werden, hat die Abdichtung / Isolierung Auswirkung auf deren Einbringung und Anordnung.
Mit „Perimeter” wird der erdberührte Wand- und Bodenbereich eines Gebäudes bezeichnet. Die Perimeterdämmung ist die Wärmedämmung, die das Bauwerk von außen umschließt. Die außen auf der Abdichtungsschicht liegende Perimeterdämmung kann den Baukörper wärmebrückenfrei umschließen und bildet zusätzlich Schutz der Abdichtung vor mechanischer Beschädigung.
Eine entscheidende Größe bei der Betrachtung der Auswirkungen von Perimeterdämmungen auf den Ausbreitungswiderstand von Fundamenterdern bei herkömmlicher Anordnung in der Fundamentplatte stellt der spezifische Widerstand der Perimeterdämmplatten dar. So wird z. B. für einen Polyurethan-Hartschaum mit der Rohdichte 30 kg/m2 ein spezifischer Widerstand von 5,4 x 1012 Ωm angegeben. Demgegenüber liegt der spezifische Widerstand von Beton zwischen 150 Ωm und 500 Ωm.
In der Vergangenheit wurden die Ausführungen der Perimeterdämmungen fast ausschließlich aus Polyurethan-Hartschaum hergestellt. Seit einiger Zeit wird in der Praxis für Perimeterdämmungen Glasschaumgranulat, auch als Schaumglasschotter oder Glasschaumschotter bekannt, eingesetzt. Dies stellt eine ökologische Alternative zu den üblichen, aus Erdöl hergestellten Polyurethan-Schaumplatten dar und erfüllt gleichzeitig die Aufgabe der so genannten Sauberkeitsschicht (Planums), die üblicherweise mit Schotter (Größe 16/32 mm) aufgebracht werden. Die Bezeichnung Glasschaum (oder Schaumglas) bezieht sich auf den Rohstoff Altglas und dem nachfolgenden Produktionsprozess, in dem das Glasmehl aufgeschäumt wird. Üblicherweise wird diese Art der Perimeterdämmungen unterhalb der Bodenplatte, wie vorher beschrieben, sowie seitlich an der Kellerwand angewendet. Neben dem wärmedämmenden Eigenschaften bringt Glasschaum noch die Vorteile mit sich, dass er dränierend, kapelarbrechend sowie lastabtragend und vor allen Dingen im Vergleich zu Schotter leicht zu transportieren ist. Dieses Material wird meist als Schüttgut oder in so genannten BigBags angeliefert. Bevor der Glasschaumschotter in die Baugrube eingebracht werden kann, wird diese mit z. B. Geotextilien ausgelegt.
Um bei dieser Art und Weise der Perimeterdämmungen eine normenkonforme Erdungsanlage errichten zu können, muss der Ringerder unterhalb des gesamten Aufbaues (Glasschaumschotter und Geotextil) erdfüllig eingebracht werden. Die Installation des Erders erfolgt so, im Vergleich mit den üblichen Aufbauten, zeitlich früher. Es muss der ausführenden Firma bewusst sein, dass die Erderinstallation frühzeitiger in der Rohplanung, unmittelbar nach dem Aushub der Baugrube erfolgen muss. Der hierzu verwendende Werkstoff ist Niro V4A mit der Werkstoffnummer 1.4571 für den Rund- oder Flachleiter sowie auch für die notwendigen Klemmen und Verbinder, die direkt ins Erdreich eingebracht werden (Quelle: www.technopor.com). Bei einer gesamten Dämmung der Fundamentplatte und der Außenwände (Voll-Perimeterdämmung) ist der Ringerder unterhalb der Fundamentplatte in der Sauberkeitsschicht oder im Erdreich mit der entsprechenden Masche einzubringen. Hierbei muss ein korrosionsbeständiger Erderwerkstoff aus NIRO (V4A), z. B. Werkstoff-Nr. 1.4571, verwendet werden.
Dokumentation
Nach DIN 18 014 ist über die Erdungsanlage eine Dokumentation anzufertigen. In der Dokumentation ist das Ergebnis der Durchgangsmessung einzutragen. Die Ausführungspläne und vorhandene Fotografien der Erdungsanlage sind beizulegen.
Fazit
Zuverlässige Erdungsanlagen sind bei bestehenden Bauwerken und bei Neubauten ein elementarer Bestandteil der elektrotechnischen Installation. Sie ist eine wichtige Basis für Sicherheit und Funktionalität von Installationen im Gebäude. So auch für die Blitzschutzerdung die dafür sorgt, den Strom sicher von den Ableitungen zu übernehmen und in das Erdreich abzuleiten. Die Funktionserdung hat die Aufgabe, den sicheren und störungsfreien Betrieb von elektrischen und elektronischen Anlagen sicherzustellen. In der praktischen Ausführung gilt es die Grundsätze der DIN VDE-Normen, sowie die wichtigen Hinweise der örtlichen Versorgungsnetzbetreibers zu beachten.
