Hout en vuur
Zowel voor architecten als voor ingenieurs vormt het brandgedrag van hout een centrale vraag in de bouwsector. In tegenstelling tot de heersende opvattingen, is een houten gebouw niet brandgevoeliger dan een conventioneel gebouw. Deze technische pagina verstrekt details over de brandreactie en –weerstand van het materiaal, evenals de principes van brandveiligheid die in België worden toegepast. Je vindt er ook gegevens over de principes van houtverbranding, verbrandingssnelheid en de brandreactieklasse ervan.
Hoe brandt hout: houtverbrandingsfasen
De belangrijkste bestanddelen van hout 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.
Hout is een brandbaar materiaal waarvan het brandgedrag verschillende onderscheiden fasen volgt:
- 100 °C: verdamping van het water in het hout;
- 100–300 °C: thermische ontbinding (pyrolyse);
- ≈300 °C: ontbranding van de vrijgekomen gassen;
- >300 °C: verbranding met warmteafgifte.
👉🏽 Goed om te weten: deze houtverbranding hangt van verschillende factoren af:
- de houtsoort;
- de dichtheid;
- het vochtgehalte;
- de ventilatie.
Wanneer we hout afzonderlijk verwarmen, vinden de volgende verschillende fasen plaats.
Verbrandingstemperatuur van hout lager dan 100°C: verdamping van het water in het hout
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.
Verbrandingstemperatuur van hout tussen 100 °C en 275 °C: begin van de houtpyrolyse
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 CO₂.
Verbrandingstemperatuur van hout rond 275 °C: exotherme reactie en vrijgave van brandbare gassen
Verbrandingstemperatuur van hout hoger dan 350 °C: intensifiëring van de gasverbranding
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.
Verbrandingstemperatuur van hout hoger dan 450 °C: verbranding van houtskool en waterstofproductie
De gassen die boven de 450 °C het meest vrijkomen zijn waterstof en koolwaterstoffen. Het resultaat van de degradatie van het hout, zijnde houtskool, kan ook vuur vatten.
Goed om te weten: 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 houtskoollaag 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 van hout
Het begrip 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 in 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.
De calorische waarde van hout stemt overeen met de hoeveelheid energie die vrijkomt bij de verbranding.
- droog hout: ongeveer 4 kWh/kg;
- variabel naargelang de houtsoort.
👉🏽 Deze parameter is essentieel om te beseffen hoeveel energie er bij een brand vrijkomt.
De calorische waarde hangt sterk af van het vochtgehalte van het hout. Hoe vochtiger het hout, des te lager de calorische waarde. De energie die immers nodig is voor de specifieke warmte van het water, de verdampingswarmte en de temperatuurstijging moet van de calorische waarde van het hout worden afgetrokken.
Lagere Calorische Waarde (LCW)
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. De Lagere Calorische Waarde (LCW) varieert in functie van het hout, zijn vochtgehalte en de houtsoort.
Calorische Bovenwaarde (CBW)
De Calorische Bovenwaarde (CBW) komt overeen met de totale hoeveelheid energie die vrijkomt bij de verbranding van het hout. Beide worden uitgedrukt in MJ/kg hout (1MJ = 3.6 kWh).
| Vochtgehalte van het hout (%) | Loofhout (kWh/kg) | Naaldhout (kWh/kg) |
| 0 | 5,1 | 5,3 |
| 5 | 4,8 | 5,0 |
| 10 | 4,5 | 4,7 |
| 15 | 4,2 | 4,4 |
| 20 | 3,9 | 4,1 |
| 25 | 3,7 | 3,8 |
| 30 | 3,4 | 3,5 |
| 35 | 3,1 | 3,2 |
| 40 | 2,8 | 2,9 |
| 45 | 2,5 | 2,6 |
| 50 | 2,2 | 2,3 |
| 55 | 1,9 | 2,0 |
| 60 | 1,6 | 1,7 |
| 65 | 1,3 | 1,4 |
| 70 | 1,1 | 1,1 |
| 75 | 0,8 | 0,8 |
Grafische weergave van de LCW naargelang het vochtgehalte:
Een bepaald houtvolume van een houtsoort met een hoge volumieke massa zal een hoger calorisch potentieel hebben (zal meer warmte produceren) dan hetzelfde volume van een lichtere houtsoort. Dezelfde houtmassa van eender welke houtsoort met hetzelfde vochtgehalte zal echter dezelfde hoeveelheid warmte opwekken. In eenzelfde tijdspanne zal een zwaardere houtsoort evenwel minder warmte produceren omdat ze trager zal branden.
👉🏽 Raadpleeg om hier meer over te weten onze pagina over de verschillende houtsoorten.
De brandweerstand (REI)
Het principe van de brandweerstand
De brandweerstand van een bouwelement is de tijd waarin het element in staat is zijn functies bij brand (scheiding en/of draagvermogen) te vervullen.
Bij het ontwerpen van houten gebouwen en op het vlak van brandpreventie, is het heel belangrijk om brandweerstand niet te verwarren met brandreactie. De brandweerstand kenmerkt de capaciteit van een bouwelement om wat volgt te behouden:
- zijn stabiliteit (R);
- zijn vlamdichtheid (E);
- zijn thermische isolatie (I).
Brandweerstand: de Europese REI-classificatie
Het oude begrip ‘Rf’ (Résistance au feu) 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.
Mechanisch gedrag van hout onder invloed van warmte
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=0.13W/m.K).
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%.
Goed om te weten: 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.
Brandreactie van hout (Euroklassen)
Brandreactie is de neiging van een materiaal om vuur te vatten en brand te verspreiden. Constructiehout maakt, net als alle bouwmaterialen, onderdeel uit van een classificatie. Deze classificatie beoordeelt:
- de brandbaarheid;
- de rookontwikkeling;
- de vorming van brandende druppels.
Brandproef gevelbekleding Warrington Fire © Hout Info Bois
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 kenschetsen 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.
Brandveiligheid van hout en behandelingen
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. Er bestaan verschillende oplossingen om de brandveiligheid van hout te verbeteren:
- brandwerende behandelingen;
- bescherming (gipsplaat, bekleding);
- aangepast ontwerp van gebouwen.
👉🏽 Ontdek ook de techniek van verkoold hout of yakisugi die verkoolde planken helpt een hogere brandweerstand te bekomen.
Wetgeving en brandveiligheid in België
Belgische wetgeving inzake brandveiligheid
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.
Houtbouw is onderworpen aan strenge voorschriften met betrekking tot:
- de brandweerstand van de bouwelementen;
- de compartimentering;
- de evacuatie.
👉🏽 Deze voorschriften waarborgen een veiligheidsniveau dat gelijkwaardig is aan dat van andere materialen.
Brandpreventienormen naargelang de hoogte van de gebouwen
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.
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 25m);
- hoge gebouwen (met een hoogte van meer dan 25 m) (zie figuur 1).
- 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).
👉🏽 Goed om te weten: 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.
Brandpreventienormen: na te leven voorwaarden voor nieuwe gebouwen
Het Koninklijk besluit legt de minimumvoorwaarden vast waaraan het ontwerp, de houtstructuur 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 Koninklijk besluit 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 bijlagen 2/1, 3/1 en 4/1 is gelijkaardig en omvat de volgende hoofdstukken:
- inplanting en toegangswegen;
- 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, …);
- voorschriften voor sommige bouwelementen (geeft de brandweerstand weer waaraan wanden, binnendeuren, verticale wanden, plafonds en verlaagde plafonds, gevels, … moeten voldoen);
- voorschriften inzake constructie van gebouwen en evacuatieruimten (ontwerp en brandweerstand van de communicatiewegen tussen de compartimenten);
- constructievoorschriften voor sommige lokalen en technische ruimten;
- 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, …).
Technische fiche – Brandveiligheid in houten gebouwen
👉🏽 Meer info over brandveiligheid in houten gebouwen (2020).
FAQ – Je vragen over hout en vuur
Is hout brandwerend?
Ja. In tegenstelling tot de heersende opvattingen, biedt hout een voorspelbare brandweerstand dankzij de vorming van een houtskoollaag die de kern van het structuurelement beschermt.
Hoe brandt hout?
Hout brandt in verschillende fasen: droging, pyrolyse, ontbranding van de vrijgekomen gassen en tenslotte verbranding. Dit proces hangt af de houtsoort, de dichtheid en het vochtgehalte.
Bij welke temperatuur vat hout vuur?
De verbranding van hout begint doorgaans rond 300 °C, na een thermische ontbindingsfase, pyrolyse genaamd.
Wat is het brandgedrag van hout?
Hout wordt langzaamaan verteerd door een isolerende houtskoollaag te vormen die de verspreiding van brand vertraagt en de mechanische eigenschappen van het hout onder deze houtskoollaag beschermt.
Wat is de brandreactieklasse van hout?
Massief hout wordt doorgaans volgens de Euroklassen als D-s2, d0 gerangschikt, maar deze classificatie kan door een behandeling worden verbeterd.
Is het brandrisico’s hoger als ik in hout bouw?
Neen. Houten gebouwen zijn aan dezelfde regelgevende voorwaarden onderworpen als de andere materialen en behalen een gelijkwaardig veiligheidsniveau.
Is hout gevaarlijk bij brand?
Als een houten gebouw goed ontworpen is, zijn de brandveiligheidsnormen nageleefd en biedt het een beheerst brandgedrag.
Hoe de brandveiligheid van hout verbeteren?
Er bestaan meerdere oplossingen om de brandveiligheid van hout te verbeteren:
- brandwerende behandelingen;
- bescherming (gipsplaat, bekleding);
- aangepast ontwerp van de gebouwen.
Is hout giftig wanneer het brandt?
Zoals elk organisch materiaal, geeft hout bij brand rook vrij, maar deze is vergelijkbaar met de rook van andere bouwmaterialen.