Damit Montagesysteme montiert werden dürfen, müssen sie entsprechende Normen einhalten, worunter auch die EN 1991-1-4 zählt. Bei allen Vorgaben in Sachen Statik, Materialien und Co enthält diese Norm spezielle Angaben über Windlasten, denen PV-Anlagen mitsamt Montagesystemen auf Dächern ausgesetzt sind. Im ersten Teil dieser Blogserie haben wir über den Ablauf dieser Tests berichtet. In diesem Beitrag gehen wir ein bisschen tiefer auf die Thematik der aerodynamischen ballastarmen PV-Flachdachsysteme ein und informieren über die Parameter des Berechnungstools.
PV-Anlagen auf Flachdächern werden gegen sogenannte Lastfälle, sprich einem „Abheben“ und einem „Abheben mit Verschieben“ gesichert, um auch stärksten Stürmen standhalten zu können. Hierfür kommen verschiedene Formeln zum Einsatz, anhand derer genau berechnet werden kann, wie die entsprechende Windlast ist und wie die Gegebenheiten auf dem Dach sein müssen, um diese Lastfälle zu verhindern. In diesen Formeln sind Faktoren, wie unter anderem die Sicherheitsbeiwerte gemäß EN 1990, der Haftreibungsbeiwert, Korrekturfaktoren, die Masse einer Moduleinheit und die Erdbeschleunigung, berücksichtigt.
Zusätzlich beschreibt die Norm DIN EN 1991-1-4, wie die Windlast berechnet werden muss: w = qp * cp
Hierbei ist qp der Böengeschwindigkeitsdruck in der Bezugshöhe z (Gebäudehöhe). Unter cp versteht man hingegen die dimensionslosen Formbeiwerte, die für das vorhandene System angesetzt werden müssen. Entnommen werden diese Beiwerte entweder direkt aus der Norm oder aus den Grenzschichtwindkanal-Untersuchungen. Letztere sind dabei wesentlich akkurater. Der Böengeschwingkeitsdruck qp lässt sich wiederum aus folgenden Werten berechnen: Windlastzone, Geländekategorie und Gebäudehöhe.
Weitere Faktoren, die es bei der Berechnung zu berücksichtigen gibt und ihre Bedeutung:
- Einfluss der Windrichtung kd:
Sofern es die Norm erlaubt, kann dieser Faktor auf 0,9 gesetzt werden. In Deutschland wird ein Wert von 1,0 festgesetzt.
- Modulanstellwinkel kT der PV-Anlage gegenüber der Dachhaut:
Wie schon aus unserem vorherigen System bekannt, benötigt man bei einem 10° aufgeständertem System weniger Ballast als bei einem 15° aufgeständertem System.
- Einfluss der Lasteinflussfläche kA:
Dieser Faktor basiert auf der Abnahme der Druckbeiwerte mit steigender Lasteinflussfläche. Hierbei wird untersucht, wie viele Module im Verbund verhindern, dass das zu untersuchende Modul abheben kann.
- Einfluss der Dachneigung kα:
Das AeroFix System kann bis zu einer Dachneigung von 10° eingesetzt werden, AeroFlat bis zu einer Dachneigung von 30°.
- Einfluss der Attika kp:
Eine Attikaaufkantung kann in manchen Dachzonen zu einer Zunahme der resultierenden Windlasten führen, in anderen Dachzonen aber auch zu einer Abnahme. Dies hängt vom Verhältnis der Attikahöhe zu Gebäudehöhe ab.
- Abstand von der Gebäudekante:
Bei den AeroFix G3 Systemen wird ein minimaler Randabstand von 60 cm vorgegeben. Dieser kann sich bei einer vorhandenen Attika verringern. Wird die Anlage trotzdem in diesem Bereich geplant, wird der notwendige Ballast hier um den Faktor 1,6 erhöht.
- Haftreibungsbeiwert μ:
Der Haftreibungsbeiwert μ ist abhängig von der Dacheindeckung. Bei Foliendächern wird ein Wert von 0,45 angenommen und bei Bitumendächern von 0,6. Dieser Wert ist aber auf den Dach projektspezifisch zu ermitteln.