Az épületbe integrált fotovoltaikus (BIPV) tetőkkel kapcsolatos legtöbb problémát nem a hibás szerkezeti számítások okozzák, hanem a hibás elrendezési sorrend.
Elterjedt megközelítés az, hogy a szelemeneket az épület tervének megfelelően helyezik el, választanak egy kényelmes kerek számtávolságot – például 1,5 m vagy 1,2 m –, majd a PV modulokat a tetejére szerelik fel. A telepítés felénél a csapat felfedezheti, hogy egy támasztópont a modul szélétől 100 mm-en belülre esik, vagy hogy egy rögzítőelem a modulváz egy gyenge részén landol. A rajzokat felül kell vizsgálni, a számításokat meg kell ismételni, és a projekt ütemezése két héttel csúszhat.
A helyes sorrend fordított: először határozza meg a modul méreteit, határozza meg a támaszvonalak számát, számítsa ki a szelementávolságot, és csak ezután válassza ki a szelemenszelvényeket.
Ez az útmutató elmagyarázza a teljes folyamatot, referenciatartományokat ad a szelementávolsághoz, a szakaszok méretéhez és az acélfogyasztáshoz, és bemutatja, hogy miért válik gyakran az elhajlás az irányadó tervezési korlát a szilárdság előtt.
A PV-modul méretei határozzák meg a támasztóvonalakat, amelyek meghatározzák a szelementávolságot
Két alapvető támogatási megállapodás
A 2278 × 1134 mm méretű PV modul két alapkonfigurációban támasztható szelemenre.
| Támogatási megállapodás | Modul orientáció | Támogatott élek | Szelemenes távolság |
| Hosszú éltámasz | Fekvő tájolás | Két hosszú él | Egyenlő a modul rövid oldalával, körülbelül 1,13 m |
| Rövid élű támaszték | Álló tájolás | Két rövid él | Egyenlő a modul hosszú oldalával, körülbelül 2,28 m |
A szelementávolság nem önkényes tervezési választás; a modulelrendezésből származik. A modul 1134 mm-es rövid oldalmérete mellett a megfelelő távolság körülbelül 1,13 m. 2278 mm-es hosszú oldalméretével körülbelül 2,28 m. Egyik alapelrendezésben sincs köztes támasztóvonal, hacsak nem adnak hozzá egy harmadik támasztékot.
Mikor van szükség három támasztóvonalra?
Nagy fesztávok, nagy szélterhelés vagy nehezebb modulok esetén a kétpontos támaszték nem elegendő. Az egyik megoldás az, hogy a modul közepe alá egy szelement helyezünk el, amely az eredeti fesztávot két fesztávra osztja.
A központi szelemennel a támasztóvonalak közötti távolság körülbelül 1,14 m vagy 1,13 m lesz, ami a hosszú éltámaszhoz hasonló konfigurációt eredményez. A kompromisszum az, hogy több szelemenre van szükség, ami növeli a teljes acélfogyasztást.
Él-távolság korlátozások
Elegendő távolságot kell tartani a modul éle és a szelemen középvonala között. A tipikus bilincsek effektív megfogási szélessége körülbelül 30-40 mm. Ha a szelemen középvonala túl közel van a modul széléhez, előfordulhat, hogy a bilincs nem fog biztosan. Ha túl messze van, akkor a modul túlnyúlása túlzott mértékűvé válik, ami növeli a deformáció kockázatát a szél felfutása alatt a sarkoknál.
Az általános iparági gyakorlat szerint a szelemen középvonalát 50-100 mm-rel befelé helyezik el a modul szélétől, miközben gondoskodnak arról, hogy a túlnyúlás ne haladja meg a modul rövid oldali méretének egyötödét.
Hogyan befolyásolja a szelementávolság a szakaszok kiválasztását
Ha a szelementávolság megduplázódik, az egyes szelemenek által hordozott vonalterhelés is megduplázódik, azonos területterhelést feltételezve. A szakasz méretét ennek megfelelően növelni kell.
| Szelemenes távolság | Tipikus szakasz | Elméleti súly | Acélfelhasználás egységnyi területen | Megjegyzések |
| 1,13 m | C160 × 60 × 20 × 2,5 | kb. 6,3 kg/m | kb. 5,5 kg/m² | Több szelemen, kisebb tagonkénti terhelés és könnyebb kezelhetőség a telepítés során |
| 1,50 m | C180 × 70 × 20 × 2,5 | kb. 7,1 kg/m | kb. 4,7 kg/m² | Kompromisszumos megoldás; az elhajlást ellenőrizni kell |
| 2,28 m | C220 × 70 × 20 × 3,0 | kb. 9,4 kg/m | kb. 4,1 kg/m² | Kevesebb szelemen, nagyobb tagonkénti terhelés; az elhajlás korlátozó tényezővé válhat |
Csak az acélfelhasználás alapján a 2,28 m-es távolsággal rendelkező rövid éltámasz gazdaságosabbnak tűnik körülbelül 4,1 kg/m²-nél – ez több mint 20%-kal kevesebb, mint a hosszú élű alátámasztáshoz tartozó 5,5 kg/m².
Ezt a számot azonban nem szabad elszigetelten tekinteni. Az ok a következő részben derül ki.
Elhajlás: Az a határ, amelyet el lehet érni, mielőtt az erő kritikussá válna
Hogyan határozható meg az elhajlási határ?
Normál használhatósági feltételek mellett a tetőszelemenek esetében az általánosan használt iparági határérték a következő L/200. Egyes projektek, amelyeknél szigorúbb a széllökési ellenállás és a vízszigetelés követelményei, elfogadhatják az L/250 értéket.
7,5 m fesztávú projekteknél az L/200 mindössze 37,5 mm-es elhajlást tesz lehetővé. 9 m fesztávnál a határ 45 mm. Ezek a ráhagyások viszonylag korlátozóak az acélelemekre.
Miért teszi nehezebbé az elhajlást a szelementávolság megkétszerezése?
Az elhajlás arányos az egyenletesen elosztott terheléssel, és fordítottan arányos a tag második területi momentumával, azonos fesztávot és alátámasztási feltételeket feltételezve.
Ha a szelementávolság 1,13 m-ről 2,28 m-re növekszik, az egyes szelemenek terhelése körülbelül megkétszereződik, csakúgy, mint az egyébként változatlan feltételek melletti elhajlás. A szakasz C160-ról C220-ra való növelése csak korlátozott mértékben növeli a terület második momentumát, ami nem biztos, hogy teljesen kompenzálja a többletterhelést.
Ennek eredményeként a szilárdságellenőrzés továbbra is teljesítheti a megengedett határértéket, miközben az alakváltozás-ellenőrzés sikertelen. Ez az egyik leggyakoribb tetőszelemen tervezési probléma, és gyakran csak a rajzok áttekintése során fedezik fel.
Miért szigorúbbak az elhajlási követelmények a BIPV tetőkre?
Az épületben alkalmazott fotovoltaikus (BAPV) rendszerben a PV modulokat egy tartószerkezetre szerelik fel, amelyet ezután a fémtetőre rögzítenek. A túlzott elhajlás veszélyeztetheti a tartószerkezet és a tetőpanelek közötti tömítéseket, ami karbantartási problémát okozhat, amely néha a tömítések újratömítésével vagy cseréjével orvosolható.
A BIPV rendszerben maguk a PV modulok a tetőburkolat részét képezik. Ha egy szelemen 5 mm-rel elhajlik, a panel illesztése 5 mm-rel kinyílhat. A vízszigetelés folytonossága a szerkezeti merevségtől, valamint a tömítési részletektől függ.
Ez az oka annak, hogy a BIPV-tetők gyakran szigorúbb lehajlás-szabályozást igényelnek, mint a hagyományos fémtetők, és ezért előfordulhat, hogy a nagy oszloptávolságú projekteknél elvetik a rövid élű alátámasztást.
Három további megkötés, amely megváltoztathatja a szelementávolságot
Oszlopköz
A szelemenfesztávot a főkeret oszlopai közötti távolság határozza meg. A 6 m, 7,5 m és 9 m oszloptávolság gyakori megoldás az ipari épületeknél.
Az oszloptávolság növekedésével a szelemen fesztávja megnő, ami általában mélyebb szakaszokat igényel, és növeli az acélfogyasztást. A szelementávolságot ezért a megállapított oszlopelrendezés keretein belül kell kiválasztani, nem pedig önállóan.
PV modul csatlakozások
A szelemenek pozícióinak egybe kell esniük a PV-modulok közötti csatlakozásokkal. Ha egy szelemen közvetlenül a modul közepe alá esik, a rögzítők a modul hátlapjának nem alátámasztott területére csapódhatnak, így a csatlakozás a befogástól függ, és potenciálisan csökkenti az ízület merevségét.
A panel elrendezése során először jelölje meg a modul illesztési vonalait, majd hozza létre a szelemen középvonalait. Ezt a sorrendet nem szabad megfordítani.
Termikus mozgás
Amikor a tető hőmérséklete eléri a 70°C-ot, az acél szelemenek és az alumínium modulkeretek eltérő mértékben tágulnak, mert eltérő a hőtágulási együtthatójuk. A hosszirányú tágulásuk tehát nem azonos. Az elterjedt mérnöki megközelítés az, hogy hosszirányban csúszó részleteket építenek be, ami korlátozott relatív mozgást tesz lehetővé a modulok és a szelemenek között.
A túl szűk szelementávolság korlátozhatja ezt a mozgást, és növelheti a visszatartó feszültségeket a modulkeretekben. Ezért a szűkebb szelementávolság nem jelent automatikusan biztonságosabb kialakítást.
Példa a teljes szelemen kiválasztására
Feltételezett feltételek: 7,5 m oszloptávolság, integrált BIPV tető, 2278 × 1134 mm méretű PV modulok és közepes szélnyomású zónában elhelyezkedő projekt.
1. lépés: Válassza ki a támogatási elrendezést. A 7,5 m-es oszloptávolság viszonylag nagy. Rövid éltámasz és 2,28 m-es szelementávolság esetén az elhajlást nehéz lehet szabályozni az L/200 határérték alatt. Ezért a fekvő tájolású hosszú éltámaszt választottuk, 1,13 m-es szelementávolsággal.
2. lépés: Válassza ki a szelemenszakaszt. 20 kg/m² önterhelés, 0,5 kN/m² karbantartási élőterhelés és az alkalmazható helyi szélteher kombinációk felhasználásával számítsa ki a vezetékterhelést, és válasszon egy C160 × 60 × 20 × 2,5 szakaszt. Ha a szélnyomás nagyobb, frissítsen C180 × 70 × 20 × 2,5-re.
3. lépés: Ellenőrizze az elhajlást. 7,5 m fesztávnál az L/200 határérték 37,5 mm. Ellenőrizze a lehajlást a vonatkozó terhelési kombinációk mellett, és győződjön meg arról, hogy a megengedett határértéken belül marad.
4. lépés: Igazítsa be a modulcsatlakozásokat. Rendezze el a modulokat egy 1134 mm-es elrendezési modul segítségével. Igazítsa a szelemen középvonalait a modul csatlakozási vonalaihoz, ±5 mm-es célpozícionálási tűréssel.
5. lépés: Töltse ki az elrendezési rajzokat. Világosan jelezze a szelementávolságot, a szakaszok specifikációit, a rögzítőelemek helyzetét, a csúszóvégeket és a rögzített végeket.
Ennek a sorrendnek a követése csökkenti az elrendezés módosításának valószínűségét a rajzok áttekintése során.
Gyakran Ismételt Kérdések
1. kérdés: Mekkora a tipikus távolság a tetőszegélyek között?
Az általános iparági tartomány 1,0–1,5 m. A tényleges távolság a modul méretétől, a támasztékelrendezéstől és a terheléskombinációtól függ. Egy 1134 mm-es rövid oldalmérettel rendelkező modulnál a hosszú éltámasz körülbelül 1,13 m-es távolságnak felel meg. A 2278 mm-es hosszú oldalméreten alapuló rövid éltámasz körülbelül 2,28 m-nek felel meg, ami meghaladja a szokásos tartományt, és külön lehajlás-ellenőrzést igényel.
2. kérdés: A kisebb szelementávolság mindig biztonságosabbá teszi a tetőt?
Nem. A kisebb távolság több szelement és nagyobb acélfogyasztást jelent. Ezenkívül korlátozhatja a hőtáguláshoz szükséges csúszó mozgást, növelve a visszatartó feszültségeket a modulvázakban. A helyes megközelítés az elhajlási, szilárdsági és hőmozgási követelmények egyidejű kielégítése.
3. kérdés: A BIPV tető használhatja ugyanazt a szelemen elrendezést, mint egy hagyományos fémtető?
Ez nem ajánlott konkrét tervezési felülvizsgálat nélkül. A hagyományos fém tetők lehajlási határai elsősorban a vízelvezetésre és a megjelenésre vonatkoznak, míg a BIPV tetőknek fenn kell tartaniuk a folytonosságot a PV modulok és a vízszigetelő rendszer között. Ugyanez a szelemenelrendezés megfelelő lehet a BAPV-hez, de a BIPV-alkalmazások során a panel illesztései túlzottan szétnyílhatnak.
4. kérdés: A BIPV-t egy meglévő gyári tetőre utólag szerelik fel, vagy szorosabban kell elhelyezni a szelemeneket?
A meglévő szerkezetet az eredeti tervezési terhelések és jelenlegi korróziós állapota alapján újra kell értékelni. Az iparági tapasztalatok azt mutatják, hogy a meglévő fémtetők kevesebb mint fele felel meg a fotovillamos utólagos felszerelésekhez szükséges szerkezeti kapacitás-ellenőrzéseknek. Ha egy szerkezet meghibásodik, megerősítésre lehet szükség, beleértve a tagok kapacitásának növelését, támasztékok hozzáadását vagy a szelemenek cseréjét. Ezek az intézkedések az utólagos felújítási költségvetés 15–25%-át tehetik ki.
A fotovoltaikus önterhelések és a karbantartási éles terhelések integrálása a szerkezeti tervezési szakaszban körülbelül 8–12%-kal csökkentheti a teljes acélfogyasztást az utólagos megerősítést igénylő kialakításhoz képest. Ez a becsült megtakarítás a megosztott csatlakozási részletek, a szakaszoptimalizálás és az integrált tetőkialakítás együttes hatásának eredménye. Kizárja a PV-modulok költségének különbségeit.
Kapcsolatfelvétel: info@xzbesta.com
