Повечето проблеми с интегрираните в сградата фотоволтаични (BIPV) покриви не са причинени от неправилни структурни изчисления, а от грешна последователност на оформлението.
Често срещан подход е да се оформят греди в съответствие с проекта на сградата, да се избере удобно разстояние между кръгли числа – като 1,5 m или 1,2 m – и след това да се монтират фотоволтаичните модули отгоре. По средата на инсталацията екипът може да открие, че опорна точка попада в рамките на 100 mm от ръба на модула или че закопчалка пада върху слаба зона на рамката на модула. Чертежите трябва да бъдат преработени, изчисленията повторени и графикът на проекта може да се забави с две седмици.
Правилната последователност е обратната: първо определете размерите на модула, установете броя на опорните линии, изчислете разстоянието между греди и едва след това изберете секциите на греди.
Това ръководство обяснява целия процес, предоставя референтни диапазони за разстояние между гредите, размери на секциите и потребление на стомана и показва защо деформацията често се превръща в управляващо проектно ограничение преди здравината.
Размерите на фотоволтаичния модул определят опорните линии, които определят разстоянието между гредите
Две основни споразумения за поддръжка
Фотоволтаичен модул с размери 2,278 × 1,134 mm може да бъде поддържан на греди в две основни конфигурации.
| Споразумение за поддръжка | Ориентация на модула | Поддържани ръбове | Разстояние между гредите |
| Поддръжка на дълъг ръб | Пейзажна ориентация | Два дълги ръба | Равно на късата страна на модула, приблизително 1,13 m |
| Поддръжка на късия ръб | Портретна ориентация | Два къси ръба | Равна на дългата страна на модула, приблизително 2,28 m |
Разстоянието между греди не е произволен избор на дизайн; той се извлича от оформлението на модула. При размер на късата страна на модула от 1134 mm, съответното разстояние е приблизително 1,13 m. С размер на дългата страна от 2278 mm, той е приблизително 2,28 m. Няма междинна опорна линия в нито една от основните подредби, освен ако не се добави трета опора.
Кога са необходими три поддържащи линии?
За големи разстояния, големи натоварвания от вятър или по-тежки модули двуточковата опора може да се окаже недостатъчна. Едно решение е да добавите греди под средата на модула, разделяйки оригиналния участък на два участъка.
С добавена централна греда, разстоянието между опорните линии става приблизително 1,14 m или 1,13 m, създавайки конфигурация, подобна на опора с дълъг ръб. Компромисът е, че са необходими повече греди, което увеличава общото потребление на стомана.
Ограничения за ръбово разстояние
Трябва да се поддържа достатъчно разстояние между ръба на модула и централната линия на гредата. Типичните скоби имат ефективна ширина на захващане от приблизително 30–40 mm. Ако централната линия на греди е твърде близо до ръба на модула, скобата може да не се захване сигурно. Ако е твърде далеч, надвесът на модула става прекомерен, увеличавайки риска от деформация в ъглите при повдигане на вятъра.
Обичайна индустриална практика е централната линия на гредата да се позиционира на 50–100 mm навътре от ръба на модула, като същевременно се гарантира, че надвесът не надвишава една пета от размера на късата страна на модула.
Как разстоянието между гредите влияе върху избора на секции
Когато разстоянието между греди се удвои, натоварването на линията, носено от всяка греди, също се удвоява, като се приеме същото натоварване на площта. Размерът на секцията трябва да бъде съответно увеличен.
| Разстояние между гредите | Типичен раздел | Теоретично тегло | Консумация на стомана на единица площ | Бележки |
| 1,13 м | C160 × 60 × 20 × 2,5 | Прибл. 6,3 kg/m | Прибл. 5,5 kg/m² | Повече греди, по-малко натоварване на елемент и по-лесно боравене по време на монтаж |
| 1,50 м | C180 × 70 × 20 × 2,5 | Прибл. 7,1 kg/m | Прибл. 4,7 kg/m² | Компромисно решение; трябва да се провери деформацията |
| 2,28 м | C220 × 70 × 20 × 3,0 | Прибл. 9,4 kg/m | Прибл. 4,1 kg/m² | По-малко греди, по-голямо натоварване на елемент; отклонението може да се превърне в ограничаващ фактор |
Въз основа само на потреблението на стомана, опората с къси ръбове с разстояние от 2,28 m изглежда по-икономична при приблизително 4,1 kg/m² – над 20% по-малко от 5,5 kg/m², свързани с опорите с дълги ръбове.
Тази цифра обаче не трябва да се разглежда изолирано. Причината става ясна в следващия раздел.
Деформация: границата, която може да бъде достигната, преди силата да стане критична
Как се определя границата на деформация?
За покривни греди при нормални условия на експлоатационна годност, обикновено използваната индустриална граница е L/200. Някои проекти с по-строги изисквания за устойчивост на повдигане от вятър и хидроизолация могат да приемат L/250.
За проект с разстояние от 7,5 m L/200 позволява деформация от само 37,5 mm. За участък от 9 m ограничението е 45 mm. Тези допуски са сравнително ограничителни за стоманените елементи.
Защо удвояването на разстоянието между гредите прави отклонението по-трудно за контролиране?
Деформацията е пропорционална на равномерно разпределеното натоварване и обратно пропорционална на втория момент от площта на елемента, като се приеме, че обхватът и опорните условия са еднакви.
Когато разстоянието между греди се увеличи от 1,13 m до 2,28 m, товарът върху всяка греди се удвоява приблизително, както и деформацията при иначе непроменени условия. Увеличаването на сечението от C160 до C220 осигурява само ограничено увеличение на втория момент на площ, което може да не компенсира напълно допълнителното натоварване.
В резултат на това проверката на якостта все още може да удовлетвори допустимата граница, докато проверката на деформацията е неуспешна. Това е един от най-често срещаните проблеми при проектирането на покривни греди и често се открива само по време на преглед на чертежи.
Защо изискванията за деформация са по-строги за BIPV покриви?
В фотоволтаична система, прилагана в сгради (BAPV), фотоволтаичните модули се монтират върху носеща конструкция, която след това се закрепва към металния покрив. Прекомерното изкривяване може да компрометира уплътненията между носещата конструкция и покривните панели, създавайки проблем с поддръжката, който понякога може да бъде решен чрез повторно уплътняване или подмяна на уплътненията.
В BIPV система, самите PV модули са част от покривната обвивка. Ако гредата се огъва с 5 mm, връзката на панела може да се отвори с 5 mm. Непрекъснатостта на хидроизолацията зависи от структурната твърдост, както и от детайлите на уплътнението.
Ето защо BIPV покривите често изискват по-строг контрол на деформацията в сравнение с конвенционалните метални покриви и защо подпорите с къси ръбове могат да бъдат отхвърлени при проекти с голямо разстояние между колоните.
Три допълнителни ограничения, които могат да променят разстоянието между гредите
Разстояние между колоните
Обхватът на греди се определя от разстоянието между колоните на основната рамка. Разстоянието между колоните от 6 m, 7,5 m и 9 m е често срещан вариант за промишлени сгради.
Тъй като разстоянието между колоните се увеличава, обхватът на греди става по-дълъг, което обикновено изисква по-дълбоки секции и увеличаване на потреблението на стомана. Следователно разстоянието между греди трябва да бъде избрано в рамките на установеното оформление на колоните, а не независимо.
Съединения на фотоволтаични модули
Позициите на греди трябва да са подравнени със фугите между фотоволтаичните модули. Ако греда падне директно под средата на модул, крепежните елементи могат да се приземят върху неподдържана област на задния лист на модула, оставяйки връзката зависима от затягане и потенциално намалявайки твърдостта на съединението.
По време на оформлението на панела първо маркирайте линиите на свързване на модула и след това установете централните линии на греди. Тази последователност не трябва да се обръща.
Топлинно движение
Когато температурите на покрива достигнат 70°C, стоманените греди и алуминиевите модулни рамки се разширяват с различна скорост, тъй като техните коефициенти на топлинно разширение се различават. Следователно тяхното надлъжно разширение не е идентично. Общ инженерен подход е да се включат плъзгащи се детайли по надлъжната посока, което позволява ограничено относително движение между модулите и греди.
Прекалено тясното разстояние между греди може да ограничи това движение и да увеличи напрежението на задържане в рамките на модула. Следователно по-близкото разстояние между греди не означава автоматично по-безопасен дизайн.
Пълен пример за избор на греди
Предполагаеми условия: 7,5 m разстояние между колоните, интегриран BIPV покрив, фотоволтаични модули с размери 2278 × 1134 mm и проект, разположен в зона с умерено налягане на вятъра.
Стъпка 1: Изберете споразумение за поддръжка. Разстоянието между колоните от 7,5 m е относително голямо. С опора за къси ръбове и разстояние между греди от 2,28 m, деформацията може да бъде трудно да се контролира под ограничение L/200. Поради това е избрана опора по дълъг ръб в пейзажна ориентация, с разстояние между гредите от 1,13 m.
Стъпка 2: Изберете секцията за греди. Използвайки мъртво натоварване от 20 kg/m², работно натоварване за поддръжка от 0,5 kN/m² и приложимите местни комбинации от натоварване от вятър, изчислете натоварването на линията и изберете секция C160 × 60 × 20 × 2,5. Ако налягането на вятъра е по-високо, надстройте до C180 × 70 × 20 × 2,5.
Стъпка 3: Проверете отклонението. За разстояние от 7,5 m ограничението L/200 е 37,5 mm. Проверете деформацията при приложимите комбинации от натоварване и се уверете, че тя остава в рамките на разрешената граница.
Стъпка 4: Подравнете фугите на модула. Подредете модулите с помощта на модул за оформление 1134 mm. Подравнете централните линии на гредата с линиите на свързване на модула, с толеранс на целево позициониране от ±5 mm.
Стъпка 5: Завършете чертежите на оформлението. Ясно посочете разстоянието между гредите, спецификациите на секциите, позициите на крепежните елементи, плъзгащите се краища и фиксираните краища.
Следването на тази последователност помага да се намали вероятността от ревизии на оформлението по време на преглед на чертежа.
Често задавани въпроси
Q1: Какво е типичното разстояние между покривните греди?
Обичайният промишлен диапазон е 1,0–1,5 m. Действителното разстояние зависи от размерите на модула, разположението на опорите и комбинациите от товари. За модул с размер на късата страна от 1134 mm, опората на дългия ръб съответства на приблизително 1,13 m разстояние. Опора за къси ръбове въз основа на размер на дългата страна от 2278 mm съответства на приблизително 2,28 m, което надхвърля обичайния диапазон и изисква отделна проверка на деформацията.
Въпрос 2: Винаги ли по-малкото разстояние между греди прави покрива по-безопасен?
Не. По-малкото разстояние означава повече греди и по-висок разход на стомана. То може също така да ограничи плъзгащото се движение, необходимо за поемане на термично разширение, увеличавайки напреженията на задържане в рамките на модула. Правилният подход е едновременното удовлетворяване на изискванията за деформация, якост и топлинно движение.
Q3: Може ли BIPV покрив да използва същото оформление на греди като конвенционален метален покрив?
Това не се препоръчва без конкретен преглед на дизайна. Ограниченията на деформация за конвенционалните метални покриви се отнасят предимно до дренажа и външния вид, докато BIPV покривите трябва също да поддържат непрекъснатост между фотоволтаичните модули и хидроизолационната система. Същата подредба на греди може да е подходяща за BAPV, но може да причини прекомерно отваряне на фугите на панелите при приложение на BIPV.
Въпрос 4: Трябва ли да се добавят греди или да се разположат по-близо при модернизиране на BIPV върху съществуващ фабричен покрив?
Съществуващата конструкция трябва да бъде преоценена въз основа на първоначалните проектни натоварвания и текущото състояние на корозия. Опитът в индустрията показва, че по-малко от половината от съществуващите метални покриви преминават проверките на структурния капацитет, необходими за модернизиране на фотоволтаични системи. Когато конструкцията се повреди, може да е необходимо укрепване, включително увеличаване на капацитета на елементите, добавяне на опори или подмяна на греди. Тези мерки могат да представляват 15%–25% от бюджета за модернизация.
Интегрирането на фотоволтаични мъртви натоварвания и живи натоварвания за поддръжка на етапа на структурно проектиране може да намали общото потребление на стомана с приблизително 8%–12% в сравнение с дизайн, който изисква последващо укрепване. Това очаквано спестяване е резултат от комбинираните ефекти на споделени детайли на връзката, оптимизиране на секциите и интегриран дизайн на покрива. Изключва разликите в цената на самите фотоволтаични модули.
Контакт: info@xzbesta.com
