Прежде чем один модуль будет установлен на крыше коммерческого объекта, необходимо проверить конструктивную способность здания, чтобы он мог безопасно выдерживать дополнительные нагрузки, создаваемые солнечной батареей — не только вес панели, но и подъем ветра, накопление снега и динамические нагрузки от вибрации, вызванной ветром. Пропуск или занижение этой оценки создает угрозу ответственности и, что более важно, реальный риск для безопасности.
Типы структурных нагрузок от солнечной системы на крыше
Фотоэлектрическая система на крыше создает четыре типа нагрузок на конструкцию здания:
- Постоянная нагрузка (DL): постоянный вес модулей, стеллажей, балластных блоков и электрооборудования. Типичная собственная нагрузка системы: 15–25 кг/м² (3–5 фунтов на квадратный фут) для систем с плоской крышей с балластом; 10–15 кг/м² для скатных кровель с механическим креплением.
- Ветровая подъемная сила (ВУ): отрицательное давление (всасывание) на массив во время ветровых явлений — часто определяющий вариант нагрузки для балластных систем с плоской крышей. Рассчитано в соответствии со стандартом ASCE 7-22, глава 30, для нагрузок на компоненты и оболочку.
- Снеговая нагрузка (SL): для скатных массивов – скопление снега плюс соскальзывание. Для плоских/малых массивов неравномерный занос снега между рядами панелей может создавать концентрированные нагрузки на определенные прогоны.
- Сейсмическая нагрузка (Е): в сейсмических зонах масса массива увеличивает сейсмическую массу здания; крепление должно противостоять боковому и вертикальному сейсмическому ускорению.
Требования IBC и ASCE 7
В США проектирование солнечных батарей на крыше регулируется:
- IBC (Международный строительный кодекс): ссылки ASCE 7 для комбинаций нагрузок; требует, чтобы новые нагрузки на существующие здания оценивались на предмет соответствия нормам.
- ASCE 7-22: стандарт проектирования конструкций, охватывающий постоянные, постоянные, ветровые, снеговые и сейсмические нагрузки; В главе 29 конкретно рассматриваются ветровые нагрузки на конструкции крыш.
- НЭК 690: электрические требования, влияющие на места проникновения в крышу и требования к заземлению
- Местный AHJ (орган, обладающий юрисдикцией): Строительный отдел города/округа — их требования к проверке плана различаются и могут потребовать печать лицензированного инженера-строителя.
Существующая процедура оценки здания
Для установки солнечной энергии в существующее здание структурная оценка обычно следует следующей последовательности:
- Обзор документа: получить оригинальные конструктивные чертежи, если таковые имеются. Многие коммерческие здания были спроектированы с учетом допустимой динамической нагрузки на крышу 1,0–1,5 кПа (20–30 фунтов на квадратный фут); солнечная мертвая нагрузка использует часть этого запаса
- Проверка состояния крыши: визуальный осмотр настила крыши, мембраны, балок/прогонов и парапета по периметру на наличие повреждений, которые могут повлиять на пропускную способность или места проникновения
- Расчет нагрузки: рассчитайте новую собственную нагрузку, ветровую нагрузку (с использованием категории воздействия ASCE 7 и местного V_ult), снеговую нагрузку для местоположения площадки и сейсмические нагрузки, если применимо
- Анализ мощности: сравнить новые нагрузки + существующие нагрузки с грузоподъемностью элементов конструкции; выявить всех участников, которые находятся в состоянии чрезмерного стресса
- Проект восстановления: если обнаружены перенапряженные элементы, спроектируйте усиление (родственные балки, дополнительные балластные подушки, измененные точки крепления) или пересмотрите компоновку массива, чтобы уменьшить нагрузки.
Балластная система с плоской крышей: определяющей нагрузкой обычно является подъем ветра.
Для балластные системы плоской кровли (обычно для коммерческих зданий с крышами из ТПО/ЭПДМ, где проникновение сведено к минимуму), при проектировании определяется подъем ветра:
| Экспозиция здания | Расчетная скорость ветра (V_ult) | Типичные требования к балласту |
|---|---|---|
| Пригородный/закрытый (Экспозиция B) | 90–110 миль в час | 15–25 кг/м² (балласт 3–5 фунтов на квадратный фут) |
| Открытая местность (Экспозиция C) | 100–120 миль в час | 25–45 кг/м² (балласт 5–9 фунтов на квадратный фут) |
| Прибрежная/ураганная зона (воздействие D) | 140–170 миль в час | 50–80 кг/м² (10–16 фунтов на квадратный фут) или требуется механическое крепление. |
Угловые и краевые зоны крыши испытывают значительно более высокое давление ветра, чем внутренние — обычно в 1,5–2 раза превышающие значения для внутренней зоны. Расположение панелей в угловых зонах часто требует дополнительного балласта или механических анкеров, даже если внутренняя зона имеет только балласт.
Когда требуется лицензированный инженер-строитель?
В большинстве юрисдикций США для получения разрешения на использование солнечной энергии на крыше требуется лицензированное структурное письмо PE (профессиональный инженер) или штампованные чертежи. Даже если это не требуется по закону, получите проверку PE, если:
- Оригинальные конструктивные чертежи недоступны.
- Зданию более 20 лет (потенциальный износ).
- Система большая (>100 кВт или покрывает >50% крыши)
- Ветровая зона — воздействие C или D.
- Снеговая нагрузка превышает 1,0 кПа (20 фунтов на квадратный фут)
- Здание демонстрирует видимые признаки структурного разрушения
Плата PE обычно составляет 1500–5000 долларов США за коммерческую оценку крыши — незначительная стоимость по сравнению с проектом и ответственностью за некачественную установку.