Lielāko daļu problēmu ar ēkās integrēto fotoelementu (BIPV) jumtiem neizraisa nepareizi konstrukcijas aprēķini, bet gan nepareiza izkārtojuma secība.
Izplatīta pieeja ir izkārtot apmales atbilstoši ēkas projektam, izvēlēties ērtu apaļo numuru atstarpi, piemēram, 1,5 m vai 1,2 m, un pēc tam uzstādīt PV moduļus uz augšu. Instalēšanas pusceļā komanda var atklāt, ka atbalsta punkts atrodas 100 mm attālumā no moduļa malas vai ka stiprinājums nokrīt uz moduļa rāmja vājās vietas. Rasējumi ir jāpārskata, aprēķini jāatkārto, un projekta grafiks var aizkavēties par divām nedēļām.
Pareizā secība ir pretēja: vispirms nosakiet moduļa izmērus, nosakiet atbalsta līniju skaitu, aprēķiniet atstatumu starp čaulām un tikai pēc tam atlasiet stieņu sekcijas.
Šajā rokasgrāmatā ir izskaidrots viss process, sniegti atsauces diapazoni starpsienu atstatumam, sekciju izmēriem un tērauda patēriņam, kā arī parādīts, kāpēc deformācija bieži kļūst par vadošo konstrukcijas ierobežojumu pirms izturības.
PV moduļa izmēri nosaka atbalsta līnijas, kas nosaka atstatumu starp abām
Divas pamata atbalsta vienošanās
PV moduli, kura izmēri ir 2 278 × 1 134 mm, var atbalstīt divās pamata konfigurācijās.
| Atbalsta vienošanās | Moduļa orientācija | Atbalstītās malas | Atstatums starp purliniem |
| Garās malas atbalsts | Ainavas orientācija | Divas garas malas | Vienāds ar moduļa īso malu, aptuveni 1,13 m |
| Īsās malas atbalsts | Portreta orientācija | Divas īsās malas | Vienāds ar moduļa garo malu, aptuveni 2,28 m |
Atstatums starp stieņiem nav patvaļīga dizaina izvēle; tas ir iegūts no moduļa izkārtojuma. Ar moduļa īsās malas izmēru 1134 mm atbilstošais attālums ir aptuveni 1,13 m. Tā garās malas izmērs ir 2278 mm, tas ir aptuveni 2,28 m. Nevienā pamata izkārtojumā nav starpposma atbalsta līnijas, ja vien nav pievienots trešais atbalsts.
Kad ir nepieciešamas trīs atbalsta līnijas?
Lieliem laidumiem, lielām vēja slodzēm vai smagākiem moduļiem divu punktu atbalsts var būt nepietiekams. Viens no risinājumiem ir pievienot spārnu zem moduļa vidus, sadalot sākotnējo laidumu divos laidumos.
Pievienojot centrālo čaulu, atstatums starp atbalsta līnijām kļūst aptuveni 1,14 m vai 1,13 m, radot konfigurāciju, kas līdzīga garās malas atbalstam. Kompromiss ir tāds, ka ir nepieciešams vairāk purlinu, palielinot kopējo tērauda patēriņu.
Malu un attāluma ierobežojumi
Starp moduļa malu un čaulas viduslīniju ir jāsaglabā pietiekams attālums. Tipiskām skavām efektīvais satveršanas platums ir aptuveni 30–40 mm. Ja čaulas viduslīnija ir pārāk tuvu moduļa malai, skava var nesatvert droši. Ja tas ir pārāk tālu, moduļa pārkare kļūst pārmērīga, palielinot deformācijas risku stūros vēja pacēluma ietekmē.
Izplatīta nozares prakse ir novietot čaulas viduslīniju 50–100 mm uz iekšu no moduļa malas, vienlaikus nodrošinot, ka pārkare nepārsniedz vienu piektdaļu no moduļa īsās malas izmēra.
Kā atstarpes starp stieņiem ietekmē sadaļu atlasi
Ja atstatums starp zariem dubultojas, arī līnijas slodze, ko pārvadā katra čaula, dubultojas, pieņemot tādu pašu laukuma slodzi. Sekcijas izmērs ir attiecīgi jāpalielina.
| Atstatums starp purliniem | Tipiska sadaļa | Teorētiskais svars | Tērauda patēriņš uz laukuma vienību | Piezīmes |
| 1,13 m | C160 × 60 × 20 × 2,5 | Apm. 6,3 kg/m | Apm. 5,5 kg/m² | Vairāk stieņu, mazāka slodze uz vienu elementu un vieglāka vadāmība uzstādīšanas laikā |
| 1,50 m | C180 × 70 × 20 × 2,5 | Apm. 7,1 kg/m | Apm. 4,7 kg/m² | Kompromisa risinājums; ir jāpārbauda novirze |
| 2,28 m | C220 × 70 × 20 × 3,0 | Apm. 9,4 kg/m | Apm. 4,1 kg/m² | Mazāk purlinu, lielāka slodze uz vienu locekli; novirze var kļūt par ierobežojošo faktoru |
Pamatojoties tikai uz tērauda patēriņu, īsās malas balsts ar 2,28 m atstarpi šķiet ekonomiskāks ar aptuveni 4,1 kg/m² — par vairāk nekā 20% mazāk nekā 5,5 kg/m², kas saistīts ar garās malas atbalstu.
Tomēr šo skaitli nevajadzētu aplūkot atsevišķi. Iemesls kļūst skaidrs nākamajā sadaļā.
Novirze: robeža, ko var sasniegt, pirms spēks kļūst kritisks
Kā tiek noteikts novirzes limits?
Jumta spārniem normālos ekspluatācijas apstākļos parasti tiek izmantots nozares ierobežojums L/200. Dažos projektos ar stingrākām vēja pacēluma pretestības un hidroizolācijas prasībām var piemērot L/250.
Projektam ar 7,5 m laidumu L/200 pieļauj tikai 37,5 mm novirzi. 9 m laidumam ierobežojums ir 45 mm. Šīs pielaides ir relatīvi ierobežojošas tērauda elementiem.
Kāpēc divkāršojot atstatumu starp purliniem, ir grūtāk kontrolēt novirzi?
Izliece ir proporcionāla vienmērīgi sadalītajai slodzei un apgriezti proporcionāla elementa otrajam laukuma momentam, pieņemot tādus pašus laiduma un atbalsta nosacījumus.
Palielinoties atstatumam no 1,13 m līdz 2,28 m, līnijas slodze uz katras čaulas aptuveni dubultojas, tāpat kā novirze citos nemainītos apstākļos. Sekcijas palielināšana no C160 uz C220 nodrošina tikai ierobežotu laukuma otrā momenta pieaugumu, kas var pilnībā nekompensēt papildu slodzi.
Tā rezultātā stiprības pārbaude joprojām var sasniegt pieļaujamo robežu, kamēr deformācijas pārbaude neizdodas. Šī ir viena no visizplatītākajām jumta spārnu dizaina problēmām, un to bieži atklāj tikai zīmēšanas pārskatos.
Kāpēc novirzes prasības ir stingrākas BIPV jumtiem?
Ēkā lietojamā fotoelementu (BAPV) sistēmā PV moduļi tiek montēti uz atbalsta konstrukcijas, kas pēc tam tiek piestiprināta pie metāla jumta. Pārmērīga novirze var apdraudēt blīves starp atbalsta konstrukciju un jumta paneļiem, radot apkopes problēmu, ko dažkārt var atrisināt, atkārtoti noblīvējot vai nomainot blīves.
BIPV sistēmā paši PV moduļi veido daļu no jumta apvalka. Ja loksne izliecas par 5 mm, paneļa savienojums var atvērties par 5 mm. Hidroizolācijas nepārtrauktība ir atkarīga no konstrukcijas stingrības, kā arī no blīvējuma detaļām.
Tāpēc BIPV jumtiem bieži ir nepieciešama stingrāka novirzes kontrole nekā parastajiem metāla jumtiem, un tāpēc, ka projektos ar lielu kolonnu atstarpi var tikt noraidīti īsu malu atbalsta pasākumi.
Trīs papildu ierobežojumi, kas var mainīt atstarpi starp purliniem
Kolonnu atstarpe
Stieņu laidumu nosaka atstatums starp galvenā rāmja kolonnām. Kolonnu atstatums 6 m, 7,5 m un 9 m ir izplatīts risinājums rūpnieciskām ēkām.
Palielinoties kolonnu atstatumam, čaulas laidums kļūst garāks, parasti ir nepieciešamas dziļākas sekcijas un palielinās tērauda patēriņš. Tāpēc atstatums starp stieņiem ir jāizvēlas noteiktā kolonnu izkārtojuma ietvaros, nevis atsevišķi.
PV moduļu savienojumi
Stiepļu pozīcijām jāsakrīt ar savienojumiem starp PV moduļiem. Ja stienis nokrīt tieši zem moduļa vidus, stiprinājumi var nonākt moduļa aizmugurējās loksnes neatbalstītā zonā, atstājot savienojumu atkarīgu no iespīlēšanas un, iespējams, samazinot savienojuma stingrību.
Paneļa izkārtojuma laikā vispirms atzīmējiet moduļu savienojuma līnijas un pēc tam izveidojiet čaulas viduslīnijas. Šo secību nevajadzētu mainīt.
Termiskā kustība
Kad jumta temperatūra sasniedz 70°C, tērauda loksnes un alumīnija moduļu karkasi izplešas ar dažādu ātrumu, jo atšķiras to termiskās izplešanās koeficienti. Tāpēc to gareniskā izplešanās nav identiska. Izplatīta inženiertehniskā pieeja ir iekļaut bīdāmās detaļas garenvirzienā, nodrošinot ierobežotu relatīvo kustību starp moduļiem un zariem.
Pārāk saspringts atstatums starp šķēršļiem var ierobežot šo kustību un palielināt ierobežojošos spriegumus moduļu rāmjos. Tāpēc tuvākas atstarpes starp zariem automātiski nenozīmē drošāku dizainu.
Pilnīga purlinu atlases piemērs
Pieņemtie apstākļi: 7,5 m kolonnu atstatums, integrēts BIPV jumts, PV moduļi ar izmēru 2278 × 1134 mm un projekts, kas atrodas mērena vēja spiediena zonā.
1. darbība: atlasiet atbalsta izkārtojumu. 7,5 m kolonnu atstatums ir salīdzinoši liels. Izmantojot īso malu atbalstu un 2,28 m atstatumu starp čaulām, novirzi var būt grūti kontrolēt zem L/200 robežas. Tāpēc ir izvēlēts garās malas atbalsts ainavas orientācijā ar 1,13 m atstarpi.
2. darbība. Atlasiet čaulas sadaļu. Izmantojot pašslodzes 20 kg/m², uzturēšanas dzīvslodzi 0,5 kN/m² un piemērojamās vietējās vēja slodzes kombinācijas, aprēķiniet līnijas slodzi un izvēlieties C160 × 60 × 20 × 2,5 sekciju. Ja vēja spiediens ir lielāks, jauniniet uz C180 × 70 × 20 × 2,5.
3. darbība: pārbaudiet novirzi. 7,5 m laidumam L/200 ierobežojums ir 37,5 mm. Pārbaudiet deformāciju saskaņā ar piemērojamām slodzes kombinācijām un pārbaudiet, vai tā nepārsniedz atļauto robežu.
4. darbība. Izlīdziniet moduļu savienojumus. Sakārtojiet moduļus, izmantojot 1134 mm izkārtojuma moduli. Izlīdziniet čaulas viduslīnijas ar moduļa savienojuma līnijām ar mērķa pozicionēšanas pielaidi ±5 mm.
5. darbība: aizpildiet izkārtojuma rasējumus. Skaidri norādiet atstatumu starp stieņiem, sekciju specifikācijas, stiprinājumu pozīcijas, bīdāmos galus un fiksētos galus.
Šīs secības ievērošana palīdz samazināt izkārtojuma pārskatīšanas iespējamību zīmējumu pārskatīšanas laikā.
Bieži uzdotie jautājumi
Q1: Kāds ir tipiskais atstatums starp jumta malām?
Kopējais nozares diapazons ir 1,0–1,5 m. Faktiskais attālums ir atkarīgs no moduļa izmēriem, atbalsta izvietojuma un slodzes kombinācijām. Modulim ar īsās malas izmēru 1134 mm garās malas balsts atbilst aptuveni 1,13 m atstatumam. Īsās malas balsts, kura pamatā ir 2278 mm garās malas izmērs, atbilst aptuveni 2,28 m, kas pārsniedz parasto diapazonu un prasa atsevišķu novirzes pārbaudi.
2. jautājums: vai mazāks atstatums starp šķēršļiem vienmēr padara jumtu drošāku?
Nē. Mazāks atstatums nozīmē vairāk žagaru un lielāku tērauda patēriņu. Tas var arī ierobežot slīdošo kustību, kas nepieciešama, lai pielāgotos termiskai izplešanai, palielinot ierobežojošos spriegumus moduļu rāmjos. Pareizā pieeja ir vienlaikus izpildīt novirzes, stiprības un termiskās kustības prasības.
3. jautājums: Vai BIPV jumtam var izmantot tādu pašu izkārtojumu kā parastajam metāla jumtam?
Tas nav ieteicams bez īpašas dizaina pārskatīšanas. Parasto metāla jumtu novirzes ierobežojumi galvenokārt attiecas uz drenāžu un izskatu, savukārt BIPV jumtiem ir arī jāsaglabā nepārtrauktība starp PV moduļiem un hidroizolācijas sistēmu. Tāds pats čaulas izvietojums var būt piemērots BAPV, taču tas var izraisīt paneļu savienojumu pārmērīgu atvēršanos BIPV lietojumā.
4. jautājums. Vai, modernizējot BIPV uz esošā rūpnīcas jumta, ir jāpievieno vai jānovieto ciešāk atstatumi?
Esošā konstrukcija ir jāpārvērtē, pamatojoties uz sākotnējām projektētām slodzēm un tās pašreizējo korozijas stāvokli. Nozares pieredze liecina, ka mazāk nekā puse no esošajiem metāla jumtiem iztur strukturālās jaudas pārbaudes, kas nepieciešamas PV modernizācijai. Ja konstrukcija sabojājas, var būt nepieciešama pastiprināšana, tostarp palielinot detaļu ietilpību, pievienojot balstus vai nomainot purlinus. Šie pasākumi var veidot 15–25 % no modernizēšanas budžeta.
Integrējot PV tukšās slodzes un uzturēšanas dzīvās slodzes konstrukcijas projektēšanas stadijā, kopējo tērauda patēriņu var samazināt par aptuveni 8–12 %, salīdzinot ar konstrukciju, kurai nepieciešama turpmāka pastiprināšana. Šo aptuveno ietaupījumu nodrošina koplietojamo savienojuma detaļu, sekciju optimizācijas un integrētā jumta dizaina kombinācija. Tas izslēdz atšķirības pašu PV moduļu izmaksās.
Kontaktpersona: info@xzbesta.com
