SPF Schneelastprüfanlage Industrietag 2013 · 2013-03-19 · k Schneelastzonen (SIA 261) SPF...

Dr. Andreas Bohren, Leiter SPF Testing

SPF Schneelastprüfanlage Industrietag 2013

Prüfung von Schneelasten

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SPF Industrietag 2013

Gehäuse seitlich rausgedrückt.


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Bruch der Abdeckung (Schnee oder Schaufel?)


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Abdeckung rutscht aus dem Kollektor heraus…

Berechnung der Schneelast (SIA 261)


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𝑞𝑘 = 𝜇𝑖 ∙ 𝐶𝑒 ∙ 𝐶𝑇 ∙ 𝑠𝑘

𝜇𝑖 = Dachformbeiwert 𝐶𝑒 = Expositionsbeiwert 𝐶𝑒 = 1.0 Normale Windexposition 𝐶𝑒 = 0.8 Starke Windexposition 𝐶𝑒 = 1.2 Schwache Windexposition 𝐶𝑇 = Temperaturbeiwert 𝐶𝑇 = 1.0 Im Allgemeinen 𝑠𝑘 = Charakteristische Schneelast auf dem Boden (kN/m2) Für Europa ähnliche Berechnung nach Eurocodes

𝒒𝒌 = Charakteristischer Wert der Schneelast (kN/m2)

μi Dachformbeiwert (SIA 261)


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- Lastmodell 1 gleichmässige Ablagerung, keine Windverfrachtung

- Lastmodell 2 ungleichmässige Ablagerung durch Windverfrachtung.

Dachneigung 30° Lastmodell 1 𝜇𝑖 = 0.8

sk Schneelastzonen (SIA 261)


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𝑠𝑘 = 0.4 ∙ 1 +ℎ

350

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≥ 0.9𝑘𝑘 𝑚2⁄

sk = Charakteristische Schneelast auf dem Boden (kN/m2). h = korrigierte Bezugshöhe (m.ü.M.)

Beispiel: Chur 593 m.ü.M. Korrektur +200 m korr. Höhe 793 m.ü.M. Ergibt 𝑠𝑘 = 2.45 𝑘𝑘/𝑚2 (ca. 250 kg/m2)


qk Charakteristischer Wert der Schneelast (SIA 261)


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ABER Normprüfung ist senkrecht zur Oberfläche ST: EN12975 (Solar Keymark): 1.0 kN/m2 (100 kg/m2) PV: EN 61646 / EN61646 / u.s.w.: 2.4 kN/m2 - 5.4 kN/m2

Montagesystem ? Dauer der Prüfung ist unbestimmt.

Beispiel: Chur (30° Dachneigung, gleichmässige Ablagerung) 𝑠𝑘 = 2.45 𝑘𝑘/𝑚2 𝜇𝑖 = 0.8 𝐶𝑒 = 1.0 (normale Windverhältnisse) 𝐶𝑇 = 1.0 (normale Temperaturverhältnisse) 𝑞𝑘 = 0.8 ∙ 1.0 ∙ 1.0 ∙ 2.45 = 1.96 𝑘𝑘/𝑚2 Ergibt ca. Schneelast von 200 kg/m2

Oft noch ein Sicherheitsfaktor SF=+1.5 Also z.B. Chur: 300 kg/m2

Prüfmethoden für Schneelast


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Pneumatikzylinder. Wasserbad Sand/Wassersäcke - Nur senkrechte Lasten - Keine sehr grossen Kollektoren

Neue Anlage für Schneelast


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Luftkissen ermöglicht senkrechte Kräfte. Um eine Schneelast von 1 T/m2 zu erzeugen ist ein Überdruck von 100 mbar ausreichend. (Fahrrad hat bereits >2bar !) Parallel zur Kollektoroberfläche wird gezogen (Oranger Pfeil). Damit können fast beliebige Verhältnisse von senkrechten und parallelen Kräften erzeugt werden.

Luftkissen



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Dachneigung

Effektive Schneelast



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Messtechnik und Sensorik


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Kraftsensoren Distanzsensoren (10 Kanäle, frei positionierbar) Kameras

Schäden bereits bei 500kg (~260 kg/m2)


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Nicht zerstört bei ca. 3300 kg (~1450 kg/m2)

Prof. Matthias Rommel, 23.1.2012

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To Do’s #1 (Montagesysteme)


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Das Montagesystem ist in aller Regel NICHT wirklich Teil der Bewertung durch die Normprüfungen. Montagesystem kann ausreichend sein und Kollektor/Modul kann ausreichend sein. Die Kombination aber nicht. UND Dachkonstruktion kann auch Einfluss haben. Aber: Kosten, wenn Hersteller verschiedene Montagesysteme hat?

To Do’s #2 (Vakuumröhrenkollektoren)


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Schnee fällt nicht zwischen den Röhren durch. Schnee schmilzt nur sehr langsam weg Montagesysteme Spiegel

To Do’s #3 (Grossflächenkollektoren)


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Kollektoren / Modulfelder / Kollektorfelder / Dachelemente bis ca. 3x5 Meter können voll belastet werden. 1500 kg/m2 für 15 m2 sind erreicht. (22 Tonnen) Alle «vernünftig» Schneelasten sind abgedeckt.

Fazit und Dank


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Mit der neuen Anlage werden realistische Schneelasten simuliert. Alles was die SIA261 vorsieht und für alle Lagen wo ein thermischer Kollektor sinnvoll ist.

Die Anlage liefert dank Messtechnik und Kameras intuitiv Einsichten in die Vorgänge bei hohen Schneelasten: Ermöglicht das Identifizieren von Schwachstellen.

Stabilität kann weitgehend konstruktiv erreicht werden. Erhöhung der Stabilität ist oft auch ohne Materialeinsatz möglich.

bfe Bundesamt für Energie (Vertikal) kti Kommission für Technologie und Innovation (Horizontal)

[email protected] www.solarenergy.ch

mailto:[email protected]

http://www.solarenergy.ch/

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