přeskočit na hlavní obsah

Sluneční kolektory a vítr

/up/images/featured/images/slunecni_kolektory_avitr_0.png

Už vícekrát jsem psal o problému sluneční kolektory a sníh, ale ještě nikdy o kolektorech a působení větru. To z toho důvodu, že žádné „smetení" kolektorů větrem nebylo v naší solární historii zaznamenáno, resp. pokud se něco takového stalo, nikdo se s tím veřejně nechlubil a na vše se rychle zapomnělo. Až přece...

Kolektory na teplou vodu

Na prvním obrázku je starší realizace slunečních kolektorů SALK pro přípravu TV. Tři kolektory na typové nosné konstrukci připevněné k ocelovému roštu v prostoru nad obezděným dvorkem. Soustava, která vyhovovala daným podmínkám jako každá jiná.

Rozšíření kolektorů i pro bazén

Stavební vývoj nemovitosti v minulosti dále pokračoval realizací venkovního letního bazénu a stavbou přízemní dílny, jejíž střechu přirozeně vytvořily válcované profily pod kolektorem. Bylo logické, že se musí počet kolektorů kvůli bazénu zvýšit. Dalších tři kolektory rozšířily původní řadu na 6 kolektorů. Vše rozměrově vyšlo, na nové instalaci nebylo nic neobvyklého, kolektory „pracovaly" ke spokojenosti uživatele řadu let.

Až jedna letošní červencová noční vichřice měla takovou rychlost větru, že všechny kolektory fyzicky „smetla" ze střechy na dvorek s bazénem, viz druhý obrázek. Kromě hmotné škody na kolektorech a bazénu, kterou částečně uhradila pojišťovna, se nic jiného nestalo. Pokud by se tak stalo ve dne, mohlo by při pohybu majitele u bazénu dojít k tragédii.

Při rozboru příčin vyšlo najevo, že typové stojany kolektorů zůstaly neporušeny, ale nevydrželo upevnění těchto stojanů k válcovaným profilům. Je také potvrzeno, že jediná řada kolektorů vytvořila větru v průrvě nad dílnou mezi domem majitele a vedlejším domem umělou překážku, která větru vždy odolávala, ale neodolala poslední silné vichřici, jak jsme je poznali a sledujeme od prvního orkánu Kiril.

Můžeme také říci, že při umístění kolektorů za sebou (problém vzájemného stínění, delší rozvody) by k havárii pravděpodobně nedošlo, vítr by měl určitou volnou cestu po stranách kolektorů

Závěr

Zabezpečení kolektorů proti působení větru v souvislosti s nastupující změnou počasí je nutné věnovat daleko větší pozornost. Účinek větru roste s výškou nad terénem, v našem případu ale škodil už ve výšce 4 m nad terénem.

Do budoucna se vyplatí nechat si umístění a upevnění kolektorů posoudit na vítr (a s tím také i sníh) statikem a případně ještě rozšířit pojistku o škody způsobené kolektorům větrem včetně uzavření úrazové pojistky obyvateli. Neradi bychom příště psali o nějaké lidské tragédii, způsobené dalším pádem kolektorů ze střechy.

Pokračující globální oteplování nám přináší nové nepoznané problémy. Pokud byly zaznamenány další podobné události, rádi je zveřejníme nikoliv pro medializaci majitele, ale pro zajištění ochrany zdraví a majetku všech dalších příznivců aktivního využívání sluneční energie.

Jaroslav Peterka
---

Zatížení větru na kolektory

Konstrukce kolektorů bývají nejčastěji umisťovány na střechy, kde jsou minimálně zastiňovány okolím. Na tyto konstrukce působí vlastní hmotnost a zatížení sněhem a větrem. První zatížení můžeme stanovit přesně, působí trvale, zatížení sněhem můžeme odhadnout poměrně přesně, ale jeho maximální hodnota může být dosažena teoreticky 1x za 80 let. Obě tato zatížení působí pouze svisle. Zato zatížení větrem působí z jakéhokoli směru, vesměs vodorovného. Četnost dosažení maximální hodnoty je stejná, jako u zatížení sněhem - pokud ovšem konstruktér dobře toto zatížení odhadne.

Jak působí zatížení větrem

Vzduch při svém proudění působí na veškeré předměty, které jsou větru vystavené. Toto působení ovlivňuje celá řada hledisek. Nejdůležitějším je rychlost větru, tvar konstrukce, výška konstrukce nad okolním terénem, ale i nadmořská výška, kde je konstrukce umístěná, a v neposlední řadě i vliv okolí. Tlak větru se projevuje na jednotlivých částech konstrukce různě. Na návětrné straně působí vítr jako tlak, na ostatních závětrných stěnách působí jako sání. Toto sání působí často i na veškeré plochy střechy. Stabilitu kolektorů v neposlední řadě ovlivňuje i samotné konstrukční řešení. Při výpočtu tlaku větru se vychází z kolmého průmětu celé konstrukce vůči směru větru. Nejvyšší hodnoty tlaku větru jsou stanovovány pro kolmé působení.

Převládající směr větru

Vítr může působit prakticky z jakéhokoli směru. Na většině lokalit na našem území jsou většinou dva směry větrů, které jsou nebezpečnější. Předvládající směr větrů je většinou od západu, s mírnými odchylkami k jihu nebo k severu. A poměrně nebezpečné jihovýchodní větry, které se vyskytují při přechodu fronty.

Vliv rychlosti větru

Tlak větru je závislý zejména na rychlosti větru (ale i na viskozitě vzduchu - tedy na Reynoldsově čísle, na hustotě vzduchu atd.), přesněji řečeno je úměrný druhé mocnině rychlosti větru. Největší rychlosti větru jsou dosahovány pouze na malém území a během krátkého časového úseku (nejsme v hurikánové oblasti Karibiku). Jsou to jednotlivé poryvy, po kterých v oslabeném lese zůstane průsek o šířce třeba 20 m a o délce i pár stovek metrů.

Vliv tvaru konstrukce

Drtivá většina konstrukcí má pravoúhlý, kvádrovitý tvar. Pro tento tvar byly stanoveny poměrně přesně tlaky, které působí na jednotlivé jeho stěny, respektive na dílčí části objektů. Tlak větru se stanovuje pomocí tvarového součinitele. Tento tvarový součinitel je velmi různý podle tvaru objektu. Pohybuje se od cca 0,3 pro aerodynamická auta přes 1,4 pro hranaté předměty, tedy i budovy (1,40 pro běžný objekt jako celek - z toho 0,80 tlak na návětrné plochy konstrukce a 0,60 sání na závětrných, ale i na bočních plochách konstrukce) ale i více (2,0 - 3,0 na hranách objektů, nároží nebo plochy podél hran plochých střech). Hodnoty do 0,60 platí sání na šikmých střešních plochách. Tvarový součinitel vyjadřuje hodnotu, kterou je nutno upravit základní tlak větru.

Při navrhování konstrukcí se na našem území rozlišují dva typy krajiny - městská a otevřená krajina. Zatímco v otevřené krajině se může vítr relativně bez omezení rozběhnout, v městské krajině je zemský povrch zdrsněn řadou konstrukcí a objektů, které rychlost větru znatelně zbrzdí. Nutno si ale uvědomit, že tento stav by měl trvat po celou dobu existence konstrukce! Co když současný běžný developer skoupí pozemky v okolí, zbourá veškeré stavby a potom emigruje na Bermudy nebo do jižní Afriky?

Vliv nadmořské výšky

Na našem území jsou stanoveny pouze dvě základní oblasti, určené podle dlouhodobých měření meteorologů. Oblasti III. - IV. jsou dány mapou větrových oblastí normy, přičemž horské oblasti 700 - 1 300 m n.m. tvoří V. oblast a hory s výškou nad 1 300 m tvoří VI. oblast. Hodnoty základního charakteristického zatížení větrem jsou uvedeny v tabulce.

Vliv výšky konstrukce

Základní tlak větru je v normě stanoven pro výšku 10 metrů nad terénem. S přibývající výškou konstrukce se zvyšuje vliv proudění větru, protože se snižuje vliv okolního terénu. Toto zvýšení tlaku není zanedbatelné. Ve výškách od 300 m nad terénem se jeho vliv už prakticky neprojevuje.

Vliv konstrukcí v bezprostředním okolí

Jakákoli překážka postavená větru do cesty způsobuje urychlení větru při jejím obtékání, zejména na hranách. A větší rychlost větru znamená i větší zatížení. Tak například podél hrany objektu s rovnou střechou („paneláku") v pruhu o šířce 1,5 až 3,0 metry se sání větru může zvýšit cca třikrát (tvarový součinitel z 0,6 na 2,0). Samotný kolektor při sklonu 40° se v normě podobá samostatně stojícím přístřeškům, např. stanicím MHD s průměrným tvarovým součinitelem cca 1,30. Mezi nimi je ale zásadní rozdíl - zatímco přístřešek má střechu ve výšce nad podkladem, takže vítr jej snadno „podteče", kolektor spočívá nízko nad střechou. Pokud vítr nemůže kolektor podtéci, zvýší se koeficient na hodnotu 1,60. Při nadzvednutí kolektoru sice vítr může protéci, ale za cenu zvýšení jeho rychlosti.

A opět větší rychlost větru znamená i větší zatížení. Podobně negativní účinky může mít i výšková budova v bezprostřední blízkosti, nebo umístění kolektorů na střeše objektu nacházejícího se v proluce sousedních budov vyšších o 2 - 3 patra. Podobně budova v areálu závodu, nacházející se na konci dlouhé komunikace i budovy umístěné na hraně vysokého svahu (zde je nutno započítat do výšky konstrukce výšku od paty svahu).

Vliv konstrukčního řešení

Kolektory se osazují na střešní konstrukci přes roznášecí rošt tak, aby se minimalizovaly zásahy do střešní konstrukce a aby nedocházelo k přitěžování nosné konstrukce.

Nejméně štastné řešení je umístění kolektorů do jediné řady vedle sebe, zejména pokud se kolektory umístí k hraně střechy (např. k zadní straně objektu tak, aby kolektory nepopouzely útlocitné oko úředníka stavebního úřadu). Kritická vzdálenost je cca do 3,0 metrů od hrany. Zde se může projevit zrychlení proudění větru, které má za následek zvýšení zatížení.

Umístění kolektorů v jediné řadě vedle sebe má dva nepříznivé důsledky: jednak se podstatně zmenšuje rameno sil, které konstrukci kotví, a jednak všechny kolektory přenášejí maximální zatížení.

Umístěním kolektorů do dvou řad se podstatně zvětší rameno kotevních sil cca 3x až 4x (při zhotovení obslužné lávky mezi řadami kolektorů pro jejich umístění tak, aby si vzájemně nestínily). Další výhodou je, že vůči větru se kolektory vzájemně dobře zastiňují. První řada přebírá plné zatížení, ale druhá a další řada, pokud je vzdálenost řad kolektorů rovna cca dvojnásobku jejich výšky, přejímá pouze 30 % tohoto zatížení. Navíc kolektory ve dvou řadách zkracují celkovou šířku konstrukce na polovinu.

Velmi zjednodušeně lze odhadnout: pokud zvolíme umístění do dvou řad za základní namáhání kotev (= 1), může umístění v jediné řadě stejné šířky zvýšit hodnoty 5x až 6x, pro délku řady pro všechny kolektory najednou zvyšuje kotevní síly na cca 10ti násobek! Osazení kolektorů na kraj budovy může tuto hodnotu ještě dále zdvojnásobit

Ing. Jan Suchánek

zdroj: Alternativní energie

Líbil se vám článek?

ano: 317     ne: 329

Doporuč


 

Poslat známému


logo © 2007 4-INDUSTRY, s.r.o. Všechna práva vyhrazena. Ochrana údajů –  Podmínky při poskytování služeb