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Windlasten an Bauteilen

Texte français en cours de rédaction !

Im Hinblick auf die Errichtung von PV-Anlagen stellt sich die Frage der Lagesicherheit, da diese Anlagen auf den vorhandenen Dächern in der Regel nur aufgestellt werden, nicht aber durch die Dachhaut gegen Verschieben oder Abheben gesichert werden können. Da viele Flachdächer aber nur begrenzte Lastreserven aufweisen, versucht man Systeme zu finden, die mit möglichst wenig Ballast bzw. bei normaler Exposition allein mit dem Eigengewicht auskommen. Diese Systeme werden in der Fachliteratur aktuell unter dem Begriff „ballastfrei" bzw. korrekter „ballastarm" kontrovers diskutiert, da es nach DIN EN 1991-1-4:2010-12 keine Ansätze für die hierbei genutzten Druckaus­gleichsvorgänge gibt.

Für ballastgesicherte Flachdach-Photovoltaiksysteme bietet sich daher die Durchführung von Windkanal-Modellversuchen nach WtG-Richtlinie an, um die realistischerweise zu erwartenden Windlasten und daraus zu bemessenden eventuellen Ballastanforderungen im Sinne der DIN EN 1991-1-4:2010-12, Kapitel 1.5 korrekt zu ermitteln.  Flachdächer in diesem Sinne sind Dächer, die weniger als ± 5° geneigt sind (s. DIN EN 1991-1-4:2010-12), so dass hinsichtlich der Überströmung durch Wind von einem Strömungsabriss an der Dachkante bzw. Attika ausgegangen werden darf (was streng genommen noch bis etwas über 20° Dachneigung so auftritt). Dies wird abgegrenzt im Gegensatz zu Steildächern, die als Abrisskante vom First bzw. Dachhochpunkt dominiert werden. Typisch für die Überströmung von Flachdächern ist die Ausbildung von Randwirbeln bei Anströmung über Eck. Diese auch als „Tütenwirbel" bezeich­neten Strömungsformen besitzen hohe lokale Drehgeschwindigkeiten und erzeugen vor allem im Eck- und Randbereich entsprechend hohe Sog­wirkungen auf das Dach.

Messungen an einer Vielzahl von PV-Systemen am I.F.I. Institut für Industrie­aerodynamik GmbH, Institut an der Fachhochschule Aachen konnten belegen, dass die Belastungen der auf einem Flachdach aufgestellten Anlagen deutlich unter den streng genommen hierfür nicht gedachten Kennwerten ähnlicher Geometrien (z.B. Sheddach oder frei stehende Dächer) nach DIN EN 1991-1-4: 2010-12 liegen, da die Windlasten über den PV-Modulen wesentlich durch einen Druckausgleich mit dem Luftraum auf deren Unterseite ausgeglichen und dadurch für die Module selbst nicht voll wirksam werden.

Auch für PV-Freilandanlagen werden nach EN 1991-1-4, Abschnitt 7.3 bisher konservative Lastbeiwerte von cp = +2,0 und -2,6 [-] bereits für den Mittelbereich A freistehender Pultdächer nach Norm gefordert. Rand- und Eckbereiche würden mit Beiwerten bis zu cp = 3,1 und -3,2 bemessen. Windkanalmessungen an Freiland-Photovoltaikanlagen zeigen hingegen, dass selbst für die erste Reihe einer Anlage im Norden die abhebenden Lasten zur Bemessung der Unterkonstruktionen um mindestens 30% zu hoch bemessen würden. Für die erste Reihe im Süden sind die auf Druck gegen den Boden wirkenden cp-Werte um bis zu 50% überdimensioniert. Reihen welche sich im Windschatten zwischen Nord- und Südreihe befinden erreichen noch größere Windlastab­minderungen.