Dr. Andreas Bohren, Leiter SPF Testing. SPF Schneelastprüfanlage Industrietag 2013

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Stefanie Seidel
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1 Dr. Andreas Bohren, Leiter SPF Testing SPF Schneelastprüfanlage Industrietag 2013

2 Prüfung von Schneelasten Gehäuse seitlich rausgedrückt. 2

3 Prüfung von Schneelasten Bruch der Abdeckung (Schnee oder Schaufel?) 3

4 Prüfung von Schneelasten Abdeckung rutscht aus dem Kollektor heraus 4

5 Berechnung der Schneelast (SIA 261) q k = Charakteristischer Wert der Schneelast (kn/m 2 ) q k = μ i C e C T s k μ i = Dachformbeiwert C e = Expositionsbeiwert C e = 1.0 Normale Windexposition C e = 0.8 Starke Windexposition C e = 1.2 Schwache Windexposition C T = Temperaturbeiwert C T = 1.0 Im Allgemeinen s k = Charakteristische Schneelast auf dem Boden (kn/m 2 ) Für Europa ähnliche Berechnung nach Eurocodes 5

6 μ i Dachformbeiwert (SIA 261) q k = μ i C e C T s k Dachneigung 30 Lastmodell 1 μ i = Lastmodell 1 gleichmässige Ablagerung, keine Windverfrachtung - Lastmodell 2 ungleichmässige Ablagerung durch Windverfrachtung. 6

7 s k Schneelastzonen (SIA 261) q k = μ i C e C T s k Beispiel: Chur 593 m.ü.m. Korrektur +200 m korr. Höhe 793 m.ü.m. Ergibt s k = 2.45 kk/m 2 (ca. 250 kg/m 2 ) s k = h kk m 2 s k = Charakteristische Schneelast auf dem Boden (kn/m 2 ). h = korrigierte Bezugshöhe (m.ü.m.) 7

8 q k Charakteristischer Wert der Schneelast (SIA 261) Beispiel: Chur (30 Dachneigung, gleichmässige Ablagerung) s k = 2.45 kk/m 2 μ i = 0.8 C e = 1.0 (normale Windverhältnisse) C T = 1.0 (normale Temperaturverhältnisse) q k = = 1.96 kk/m 2 Ergibt ca. Schneelast von 200 kg/m 2 Oft noch ein Sicherheitsfaktor SF=+1.5 Also z.b. Chur: 300 kg/m 2 ABER Normprüfung ist senkrecht zur Oberfläche ST: EN12975 (Solar Keymark): 1.0 kn/m 2 (100 kg/m 2 ) PV: EN / EN61646 / u.s.w.: 2.4 kn/m kn/m 2 Montagesystem? Dauer der Prüfung ist unbestimmt. 8

9 Prüfmethoden für Schneelast Pneumatikzylinder. Wasserbad Sand/Wassersäcke - Nur senkrechte Lasten - Keine sehr grossen Kollektoren 9

10 Neue Anlage für Schneelast 10

11 Neue Anlage für Schneelast Luftkissen Luftkissen ermöglicht senkrechte Kräfte. Um eine Schneelast von 1 T/m 2 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. 11

12 Neue Anlage für Schneelast 12

13 Neue Anlage für Schneelast Dachneigung Effektive Schneelast 13

14 Neue Anlage für Schneelast 14

15 Messtechnik und Sensorik Kraftsensoren Distanzsensoren (10 Kanäle, frei positionierbar) Kameras 15

16 Schäden bereits bei 500kg (~260 kg/m 2 ) 16

17 Nicht zerstört bei ca kg (~1450 kg/m 2 ) 17 Prof. Matthias Rommel,

18 To Do s #1 (Montagesysteme) 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? 18

19 To Do s #2 (Vakuumröhrenkollektoren) Schnee fällt nicht zwischen den Röhren durch. Schnee schmilzt nur sehr langsam weg Montagesysteme Spiegel 19

20 To Do s #3 (Grossflächenkollektoren) Kollektoren / Modulfelder / Kollektorfelder / Dachelemente bis ca. 3x5 Meter können voll belastet werden kg/m 2 für 15 m 2 sind erreicht. (22 Tonnen) Alle «vernünftig» Schneelasten sind abgedeckt. 20

21 Fazit und Dank 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) 21

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