Swissolar
ERFA Wind und Schnee
Werner Erismann, Leiter Anlagenbau erneuerbare Energien
Agenda
1. Vorschriften und Normen
2. Grundlagen der Projektierung
3. Wind
4. Schnee
5. Risiken, Versicherungen
2 Swissolar / ERFA Wind und Schnee / W. Erismann
Vorschriften und Normen
Elektrotechnische Vorschriften
Verordnung Plangenehmigungsverfahren für elektrische Anlagen:
VPeA (SR734.25)
Verordnung über elektrische Niederspannungserzeugnisse NEV:
(SR 734.26)
Verordnung über elektrische Niederspannungsinstallationen NIV:
(SR 734.27)
Niederspannungs-Installations-Norm NIN:
(SEV 1000:2010, Kapitel 7.12 /STI 233.1104)
Leitsätze Blitzschutzsysteme (SEV 4022:2008)
Anschlussbedingungen des zuständigen Netzbetreibers (Werkvorschriften)
Relevante IEC und EN-Normen
usw.
3 Swissolar / ERFA Wind und Schnee / W. Erismann
Vorschriften und Normen
Raumplanungsgesetz
Bau – und Zonenordnung (Kanton, Gemeinde)
VKF Brandschutzmerkblatt
Swissolar «Stand der Technik-Papier»
SIA Normen
Grundlagen der Projektierung von Tragwerke SN 505‘260
Einwirkungen auf Tragwerke SN 505‘261
Betonbau SN 505‘262
Stahlbau SN 505‘263
Holzbau SN 505‘264
usw.
4 Swissolar / ERFA Wind und Schnee / W. Erismann
Grundlagen der Projektierung SN 505 260
Entwurf von Bauwerken und Bauteilen
Nutzungsvereinbarung (Bauherr / Planer)
Anforderungen, Nutzungsdauer
austauschbare Bauteile: 25 Jahre
Normale Bauteile: 50 Jahre
Tragwerksanalyse
Bemessung, Nachweise:
Tragsicherheit
Gebrauchstauglichkeit
usw.
5 Swissolar / ERFA Wind und Schnee / W. Erismann
Windkraft:
W = cw * A * P * v2 / 2g
cw = Strömungswiderstandskoeffizient
A = Angriffsfläche (m2)
P = Dichte der Luft 12.04 N/m3
(auf Meereshöhe, bei Normaldruck 1013 hPa ≈ 1 bar, 20° C)
v = Windgeschwindigkeit (m/s)
g = Erdbeschleunigung 9.81 m/s2
Windkraft (physikalisch)
6 Swissolar / ERFA Wind und Schnee / W. Erismann
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
1300
1400
1500
1600
1700
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49
Windkraft (N/m2)
m/s
N/m2
Windkraft:
W = cw * A * P * v2 / 2g
Windkraft (physikalisch)
7 Swissolar / ERFA Wind und Schnee / W. Erismann
100
km/h
474 N/m2
1534 N/m2
180
km/h
für cw = 1.0
Berechnung Windkraft pro Modul:
W = cw * A * P * v2 / 2g
cw = 1.1 (runde Scheibe, quadratische Platte)
A = 1.65 m2
P = Dichte der Luft 12.04 N/m3
(auf Meereshöhe, bei Normaldruck 1013 hPa ≈ 1 bar, 20° C)
v = 180 km/h = 50 m/s
g = Erdbeschleunigung 9.81 m/s2
W = 1.1 * 1.65 m2 * 12.04 N/m3 * (50 m/s)2 / 2 / 9.81 m/s2 ≈ 2800 N
Windkraft beim Sturm Lothar (26.12.1999)
8 Swissolar / ERFA Wind und Schnee / W. Erismann
Einflussfaktoren für den Wind
9 Swissolar / ERFA Wind und Schnee / W. Erismann
abhängig von:
Geländeklasse (Seeufer, grosse Ebene, freies Feld, Stadtgebiet)
Lage (Gipfel, Kamm usw.)
Gebäudeform / Form das angeströmten Körpers
Staudruckzone (SN 505 261; Angang E)
Charakteristischer Wert des Staudrucks (qp0) SN 505 261; „Einwirkungen auf Tragsysteme“
10 Swissolar / ERFA Wind und Schnee / W. Erismann
Staudruckzone (SN 505 261, Anhang E)
Bsp: Mittelland: qp0 = 0.9 kN/m2 ≈ 90 kg/m2
Voralpen: qp0 = 1.1 kN/m2 ≈ 110 kg/m2
Alpen: qp0 = 1.1 - 3.3 kN/m2 ≈ 110 - 330 kg/m2
Föhntäler, Jurahöhen usw. durch Spezialisten bestimmen lassen!
Druck und Sog auf Gebäude und Gebäudeteile SN 505 261; „Einwirkungen auf Tragsysteme“
11 Swissolar / ERFA Wind und Schnee / W. Erismann
Quelle: SN 505 261
Öffnung im Luv Öffnung im Lee:
Überdruck Unterdruck
Windkräfte, Kraftbeiwert (cfi) SN 505 261; „Einwirkungen auf Tragsysteme, Anhang D“
12 Swissolar / ERFA Wind und Schnee / W. Erismann Quelle: SN 505 261
Achtung:
Rand- und Eckzonen sind
speziell zu betrachten!
Berechnung der Windkraft auf Gebäudeteile:
qk = cred * cd * cfi * qp0 * Aref
cred = Reduktionsfaktor = gemäss SN 505 261 Anhang C
cd = Dynamischer Beiwert = gemäss SN 505 261 Anhang C
cfi = Kraftbeiwert = gemäss SN 505 261 Anhang C
qp0 = charakteristischer Wert des Staudrucks (gemäss SN 505 261; Anhang E)
Aref = Angriffsfläche (m2)
Windkräfte auf Gebäude und Gebäudeteile SN 505 261; „Einwirkungen auf Tragsysteme“
13 Swissolar / ERFA Wind und Schnee / W. Erismann
ohne Sicherheitszuschlag!
Windkräfte auf eine Südaufständerung
14 Swissolar / ERFA Wind und Schnee / W. Erismann
Montage-Systeme für Flachdächer
15 Swissolar / ERFA Wind und Schnee / W. Erismann
Ballastierung mit Kies
oder Substrat
Aerodynamische Systeme
brauchen nur wenig Zusatzballast
PV-Anlagen auf Flachdächern
Kritische Punkte:
Dachaufbau
Durchdringungen durch die Dachhaut
Tragkonstruktion, Krafteinleitung
Massivbau (Beton)
Trägerrost (Stahl- o. Holzbau)
Materialdepot
Bewuchs Verschattung
Befestigung der Absturzsicherung
Fixierung der PV-Anlage mit Kies oder Substrat
Raugewicht Kies, nass / trocken 18 kN/m3
Substrat nass 16 kN/m3
Substrat trocken 10 kN/m3
16 Swissolar / ERFA Wind und Schnee / W. Erismann
Einflussfaktoren für den Schnee
17 Swissolar / ERFA Wind und Schnee / W. Erismann
Schneefall und Schneemenge abhängig von:
Meereshöhe, Klima, Topographie
Standort, Form, Abmessung des Gebäudes
Beschaffenheit des Dachs (Material, Reibung)
Windverfrachtungen
Besondere örtliche Verhältnisse
Raumgewichte von Schnee:
Neuschnee 1.0 kN/m3
Filzschnee, nach ein paar Std. 2.0 kN/m3
Altschnee 3.5 kN/m3
Nassschnee 4.0 kN/m3
Flächenlast auf horizontaler Fläche:
qk = 𝟏 + 𝒉
𝟎
𝟑𝟓𝟎
𝟐
∗ 0.4 kN/m2 ≥ 0.9 kN/m2 0.9 kN/m2 = unterer Grenzwert
Die Werte entsprechen einer mittleren Wiederkehrperiode von 50 Jahren.
0.4 kN/m2 = Standardwert
h0 = Meereshöhe +/- Korrektur je nach regionalem Klima
(gemäss SIA Norm 261 Anhang D)
Bsp.: Mittelland: Meter über Meer +/- 0
Teile Wallis u. Graubünden: m ü. M. - 200m
Nordtessin: m ü. M. + 200m
Charakteristische Schneelast (horizontal) SIA Norm 261; „Einwirkungen auf Tragsysteme“
18 Swissolar / ERFA Wind und Schnee / W. Erismann
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
1.40
1.60
1.80
2.00
2.20
2.40
2.60
2.80
3.00
3.20
3.40
3.60
3.80
4.00
350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1000
qk (kN/m2)
m.ü.M
Ohne Sicherheitszuschlag!
Charakteristische Schneelast (horizontal) SIA Norm 261; „Einwirkungen auf Tragsysteme“
19 Swissolar / ERFA Wind und Schnee / W. Erismann
Bern
550 m
1.39 kN/m2
St. Gallen
675 m
1.89 kN/m2
Bsp: Flachdach, Bern 550 m ü. M.
qk = 1 + 550
350
2
∗ 0.4 kN/m2 = 1.39 kN/m2 ≈ 139 kg/m2
q′k = qk * µi * ce * ct
qk = charakteristische Schneelast horizontal (kN/m2)
µi = Dachformbeiwert, abhängig von Dachgeometrie
(gemäss SIA Norm 261 Kap. 5, Fig. 2) = 0 – 2.0
für PV-Anlagen oft = 0.8
ce = Expositionsbeiwert (Wind) (gemäss SIA Norm 261 Kap. 5.2.4)
stark / normal / schwach = 0.8 / 1.0 / 1.2
ct = thermischer Beiwert
im Allgemeinen = 1.0
20 Swissolar / ERFA Wind und Schnee / W. Erismann
Dach-Schneelast SIA Norm 261; „Einwirkungen auf Tragsysteme“
ohne Sicherheitszuschlag!
q′k = qk * µi * ce * ct
Kraftaufteilung Schrägdach
21 Swissolar / ERFA Wind und Schnee / W. Erismann
α
q’’k q//k
q//k = q’k * cos(α) * (sin(α) - µr)
Schneelast parallel zur Dachhaut (Trauflast)
Bsp: Schrägdach mit PV, Bern 550 m ü. M., normale Exposition
q′k = 1.39 kN/m2 * 0.8 * 1.0 * 1.0 = 1.11 kN/m2
q’’k = q’k * cos α
Schneelast auf schräger Fläche
Reibungskoeffizient Modul - Schnee
22 Swissolar / ERFA Wind und Schnee / W. Erismann
q//k = q’’k * cos(α) * (sin(α) - µr)
µr = Gleitreibungskoeffizient zwischen Schnee und Modul 0 !!!
Für die Dachneigung 20°
für ein Modul (landscape): q//k = q’k * cos α * sin α * 1.00m =
1.11 kN/m2 * 0.94 * 0.34 * 1.00m = 0.36 kN/m1
für ein Modulfeld mit 6 Modulen (landscape):
6 * 0.36 kN/m1 = 2.13 kN/m1
Achtung: für den Schneefänger inkl. dessen Verankerung!
23 Swissolar / ERFA Wind und Schnee / W. Erismann
Schneelast parallel zur Dachhaut (Trauflast)
ohne Sicherheitszuschlag!
Einfluss der Trauflast
24 Swissolar / ERFA Wind und Schnee / W. Erismann
Quelle: Dachdeckerverband Nordrhein
Dächer ohne Schneefang
25 Swissolar / ERFA Wind und Schnee / W. Erismann
Kausale Haftpflicht!
Für Gebäudeeigentümer
und, oder Anlagenbesitzer
PV-Anlagen auf Ziegeldächern
26 Swissolar / ERFA Wind und Schnee / W. Erismann
Deformation Dachhaken
keine Billigprodukte
Deformation bei der
Ausführung berücksichtigen
Chemische und physikalische Einflüsse
Materialien
Unterschiedliche Metalle
Zweimetall- oder Kontaktkorrosion
Längenausdehnung infolge Temperaturdifferenzen:
27 Swissolar / ERFA Wind und Schnee / W. Erismann
∆l = l0 * ∆T * α α ( pro ° K) ∆l = 10m * 70° K * α
Aluminium 23.8 * 10-6 16.6 mm
Chromstahl 11.0 * 10-6 7.7 mm
Kupfer 17.0 * 10-6 11.9 mm
Stahl unlegiert 11.0 * 10-6 7.7 mm
Holz (II zur Faserrichtung) 0.90 * 10-6 0.6 mm
Risiken der «am Bau» Beteiligten
Betriebs-Versicherung
28 Swissolar / ERFA Wind und Schnee / W. Erismann
Haftpflicht Kasko
Betriebshaftpflichtversicherung (z.B. Mobiliar)
Nicht versichert sind Ansprüche aus:
Schäden an Grundstücken, Gebäuden und andern Werken auf Nachbarliegenschaften
durch Abbruch-, Erd-, Erdbewegungs- oder Bauarbeiten
Bauherrenhaftpflichtversicherung
Schäden an Sachen, die ein Versicherter zum Gebrauch, zur Bearbeitung, Verwahrung
oder Beförderung oder aus anderen Gründen (z.B. in Kommission, zu
Ausstellungszwecken) übernommen oder die er gemietet oder gepachtet hat.
Schäden, die an Sachen infolge Ausführung oder Unterlassung einer Tätigkeit eines
Versicherten an oder mit ihnen (z.B. Bearbeitung, Reparatur, Beladen oder Entladen
eines Fahrzeuges) entstanden sind.
Als Tätigkeit im vorstehenden Sinne gelten auch Projektierung und Leitung, Erteilung von
Weisungen und Anordnungen, Überwachung und Kontrolle sowie ähnlichen Arbeiten.
Bauwesen- oder Montageversicherung
29 Swissolar / ERFA Wind und Schnee / W. Erismann
Bauwesen- / Montage-Versicherung
Versichertes Risiko:
Schäden an Bauleistungen durch unvorhergesehene Bauunfälle während der
Projektdauer. Zum Beispiel infolge von Feuer- und Elementarereignissen, Einsturz,
Bodenbewegungen, Ungeschicklichkeit, Nachlässigkeit, Böswilligkeit oder Vandalismus.
Zusatzdeckung:
Feuer- und Elementarschäden (ev. kantonale Bauzeitversicherung) Aufräumungskosten,
Baugrund und Bodenmassen, bestehende Bauten, Fahrhabe, Gerüstematerial, usw.
Maintenance-Deckung, innere Unruhen, Erdbeben, Transporte usw.
Kombinierte Zusatz-Versicherung auf 1. Risiko
Versicherungssumme z.B. CHF 250’000.- für bestehende Bauten u.a.m.
Muss für das jeweilige Projekt individuell abgeschlossen werden!
30 Swissolar / ERFA Wind und Schnee / W. Erismann
Versicherungslösungen
31 Swissolar / ERFA Wind und Schnee / W. Erismann
Werkvertrag (SIA 118) vs. Kaufvertrag (OR)
Werkvertrag: Rügefrist nach SIA 118:
Nach der Bauabnahme kann der Bauherr
während zwei Jahren zu jedem Zeitpunkt
Mängel rügen. Kleinere Mängel können
gesammelt werden und dem Unternehmer
zu einem beliebigen Zeitpunkt innerhalb der
Rügefrist vorlegt werden. Die Beweislast,
ob ein Mangel vorliegt oder nicht, liegt beim
Unternehmer.
Verdeckte Mängel kann der Bauherr
während insgesamt fünf Jahren rügen.
Gemäss Bundesgerichtsentscheid sind
diese innert 7 Tagen nach Entdeckung zu
melden. Die Beweislast für verdeckte
Mängel liegt beim Bauherrn.
Für absichtlich verschwiegene Mängel gilt
eine Rügefrist von 10 Jahren.
32 Swissolar / ERFA Wind und Schnee / W. Erismann
Kaufvertrag: Verjährungsfrist nach OR
Für die Mängelrechte beim Kauf von
beweglichen Sachen gilt ab dem 1.01.2013
eine Verjährungsfrist von 2 Jahren.
Wird eine bewegliche Sache bestimmungs-
gemäss in ein unbewegliches Werk integriert
und verursacht es dort aufgrund eigener
Mängel eine Mangelhaftigkeit, so beträgt eine
kaufrechtliche Verjährung von 5 Jahren.
Arbeitssicherheit, Rechtsgrundlagen Verantwortlichkeiten
33 Swissolar / ERFA Wind und Schnee / W. Erismann
Quelle: suvapro; „Sicher zu Energie vom Dach“
34 Swissolar / ERFA Wind und Schnee / W. Erismann
Besten Dank für die Aufmerksamkeit!