Erarbeitung eines Kataloges von Musterstatiken und Bauteilen für tragende Aufstellkonstruktionen von solarthermischen Anlagen auf Flachdächern

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1 1 Entwicklungsprojekt Anwendungstechnik Erarbeitung eines Kataloges von Musterstatiken und Bauteilen für tragende Aufstellkonstruktionen von solarthermischen Anlagen auf Flachdächern 1. Projektpartner Partner 1 Erfurth & Partner Beratende Ingenieure GmbH CHEMNITZ Partner 2 SOLARPRAXIS BERLIN Partner 3 Steinbeis-Transferzentrum CHEMNITZ Partner im Unterauftrag Partner 4 Aachener Institut für Bauschadensforschung und angewandte Bauphysik ggmbh (AIBAU) AACHEN Partner 5 Prüfingenieur Baustatik VPI ZWICKAU Partner 6 Industriepartner 2. Einleitung Im mehrgeschossigen Wohnungsbau, bei Alten- und Pflegeheimen, bei Krankenhäusern und Kurkliniken, Studentenwohnheimen, Hotels, Wäschereien und Fabriken sind oftmals Gebäudetypen mit waagerechten oder nur gering geneigten Dächern zu finden. In den neuen Bundesländern sind vor allem im mehrgeschossigen Wohnungsbau fast ausschließlich Gebäude mit flachen Dächern in den letzten Jahrzehnten gebaut worden. 3. Stand Bei dem Bau von solarthermischen Anlagen auf waagerechten oder nur gering geneigten Dächern ist in den meisten Fällen eine Unterkonstruktion notwendig. Auf die Unterkonstruktion werden bei der Montage der Solaranlage die Kollektoren in einem bestimmten Winkel aufgeständert. A:\projektskizze internet.doc 1

2 2 Bei solarthermischen Anlagen mit mehr als 20 m² Kollektorfläche werden in der Praxis für die Auslegung der Unterkonstruktion statische Berechnungen durchgeführt. In Abhängigkeit dieser Punkte entstanden in den letzten Jahren sehr unterschiedliche Varianten an Unterkonstruktionen für Solaranlagen als Einzelfallösungen. Eine wirtschaftliche Optimierung der Aufstellkonstruktion konnte nicht erfolgen. Das führt dazu, daß Solaranlagen mit einer Flachdachaufständerung der Kollektoren gegenüber einer Solaranlage mit dachintegrierten Kollektoren wesentlich teurer sind. Die Mehrkosten betragen im Idealfall ca. 100 bis 200 DM pro m² Kollektorfläche inklusive der statischen Berechnung und der gesetzlichen Mehrwertsteuer /2/. Viel häufiger treten aber auch deutliche Abweichungen nach oben bis 600 DM pro m² auf. Ein besonders extremes Beispiel mit bis zu 1100 DM pro m² wurde bei einer Solaranlage für ein Wohngebäude in Berlin erreicht. Die für eine tragende Unterkonstruktion notwendigen Planungsleistungen sind bei den eben angegebenen spezifischen Kosten nicht berücksichtigt. In der Regel müssen für die statischen Berechnungen zusätzlich ca. 10 bis 20 DM pro m² Kollektorfläche hinzugefügt werden. Neben dem Problem der entstehenden Mehrkosten werden auf Grund der Unsicherheiten während der Planung in der Praxis zudem diverse Projekte nicht realisiert. 4. Zielsetzung Das Ziel des Projektes ist, sowohl die Kosten für die Unterkonstruktion als auch die Kosten für die statische Berechnung, die für eine Aufständerung von Kollektorfeldern au waagerechten oder nur gering geneigten Dächern notwendig ist, um 20-50% inklusive Mehrwertsteuer zu senken. Bezogen auf die Gesamtkosten für solarthermische Anlagen entsteht eine Kostenreduktion um ca. 10%, was zu einer deutlichen Verbesserung der Wirtschaftlichkeit führt. Die Zielsetzung umfaßt unter anderem : - Erfassung und Systematisierung häufig in der Praxis vorkommender Typen von waagerecht bzw. nur gering geneigten Dachkonstruktionen. - Ermittlung des exakten Lasten u.a. durch Windkanalversuche und Finite Elemente Rechnung. - Berechnung und Auslegung von einzelnen Bauteilen ( z.b. Ständer, Einklebeflansche ), Erstellung der erforderlichen Musterstatiken. Die Ergebnisse werden in einem Katalog zusammengefaßt. Der Katalog wird geprüfte Musterstatiken enthalten und ist offen gestaltet. A:\projektskizze internet.doc 2

3 3 Damit wird sowohl der Baugenehmigungsprozeß verkürzt, als auch die Wirtschaftlichkeit der Solaranlagen deutlich verbessert. Die Planungssicherheit und somit die Umsetzung von Anlagen wird erheblich verbessert. Durch die Entwicklung einfacher Bauteile zur sicheren und effizienten Montage der Tragekonstruktionen wird auch die Ausführung wesentlich sicherer und günstiger. Um eine breite Basis für Erfordernisse der Praxis in das Pflichtenheft des Projektes aufzunehmen, wird dem DFS ein Vorentwurf zur Erweiterung und Ergänzung durch die Mitgliedsbetriebe vorgelegt und gemeinsam komplettiert. 5. Laufzeit des Projektes Die Bearbeitungszeit des Projektes beträgt 18 Monate. Das Projekt startete am Das Ende des Projektes ist am Unterlagen Unterlagen zum Vortrag am anläßlich des Statusseminar Solarthermie 2000 anbei als PDF. - Kontakt A:\projektskizze internet.doc 3

4 Trapezblech als Kieswanne

5

6 0,8t Brandenburg

7 5,0t P2

8 6,3t WBS 70

9 Prozentuale Einordnung der Typenbauserien Typenserie 0,8t Brandenburg 0,8t Q3A 1,1t Brandenburg 2,0t Magdeburg 3,5t 5,0t P1 5,0t P2 5,0t P Halle 5,0t QP 6,3t WBS 70 Sonstige Baujahr WE % 27,3 1,3 2,2 2,0 4,0 0,6 16,7 6,8 2,0 29,7 WE ,4 Im Projekt erfassbar: WE

10 Aufstellungsvarianten der Solarkollektoren auf dem P2 Flachdach Kollektorenfläche Muldenträgerelement, mit Rauchabzug und Dachausstieg, Breite1,65m Stahlträgerabstandzwischen 2,0 mbis 4,0 m

11 Aufstellungsvarianten der Solarkollektoren auf dem P2 Flachdach

12 Aufstellungsvarianten der Solarkollektoren auf dem WBS70 Flachdach Stahlträger Kollektorenfläche Trogträgerelement Stahlträgerabstand zwischen 2,0m bis 4,0m

13 Aufstellungsvarianten der Solarkollektoren auf dem WBS70 Flachdach

14 Streckenauflagerkräfte eines Kollektors bezogen auf einen 1,0m breiten Kollektorstreifen Kollektorneigung: Kollektorhöhe: Eigengewicht eines 1,0m breiten Kollektorstreifens: Windkraft nach ENV 1 für Winddruck: Windkraft nach ENV 1 für Windsog: Eislast für allseitigen Eisansatz von 3cm: 30 1,5 m 0,45 kn 0,57 kn 0,85 kn 0,63 kn Auflagerkräfte (Druck [kn/m]) A 0,39 B 0,55 Windrichtung Windkraft Eigenlast A C 0,28 B C

15 Streckenauflagerkräfte eines Kollektors bezogen auf einen 1,0m breiten Kollektorstreifen Eigenlast A Auflagerkräfte (Sog [kn/m]) A 0,52 Windkraft B 0,23 C 0,43 C B Windrichtung Auflagerkräfte (Eislast [kn/m]) A 0,54 B 0,54 C Eislast Eigenlast A B

16 Betonkonsole zur losen Montage der Kollektoren

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19 h a d b