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Inhalt und Ergebnisse des Projektvorhabens "MechTest" wurden ausführlich im Projektabschlussbericht auf 143 Seiten erläutert.
Der Projektabschlussbericht kann über diese Seite per Download abgerufen werden.

Projektabschlussbericht

Download Projektabschlussbericht "MechTest"
STO2-KGe-130902-E (PDF 5,8 MB)
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Titel Projektabschlussbericht „MechTest“ -
Charakterisierung der mechanischen Lastfälle
durch Schnee- und Windlasten an
solarthermischen Kollektoren mit ihren
Befestigungs- und Montagesystemen
Jahr 2013
Autoren Konstantin Geimer, Korbinian Kramer
Institution Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme ISE
Berichtsnummer
Fraunhofer ISE
STO2-KGe-130902-E
Seitenzahl 143
Literaturangaben 30
Tabellen 3
Abbildungen 70
Gefördert durch Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz
und Reaktorsicherheit (BMU)
Förderkennzeichen 0325968A

Ein Verweis auf diesen Bericht als Literaturangabe kann über folgende Links in verschiedenen Formaten aufgenommen bzw. importiert werden:
Download BibTeX-Literaturverweis MechTest Abschlussbericht / Download RefMan (RIS)-Literaturverweis MechTest Abschlussbericht

Kurzfassung

In den letzten Jahren sind in Europa im Bereich von Normung und Zertifizierung zur mechanischen Sicherheit von solarthermischen Anlagen
Defizite deutlich geworden. Die mechanischen Anforderungen der einschlägigen Prüfnormen sind teilweise unrealistisch und Befestigungs-
und Montagesysteme bleiben bisher unberücksichtigt. Hersteller sind dadurch gezwungen eigene Untersuchungen zum Nachweis der
mechanischen Sicherheit an ihren Produkten durchzuführen.

Um die Situation zu analysieren und Lösungen zu erarbeiten wurde das Projekt „MechTest“ initiiert (gefördert durch das Bundesministerium
für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU)). Ziel des Projektvorhabens war die mechanischen Lastfälle durch Schnee- und
Windlasten an solarthermischen Kollektoren mit ihren Befestigungs- und Montagesystemen zu charakterisieren. Neben einer Analyse der
Schadensfälle und Schadensursachen, dem Aufbau eines neuen Belastungsprüfstands wurden eine Vielzahl an Prüfreihen teilweise bei
unterschiedlichen Temperaturen sowie zwei Feldtests an Extremstandorten durchgeführt und ausgewertet. Ein wesentliches Ergebnis des
Projektvorhabens sind neue Prüfverfahren, die eine Prüfung des Gesamtsystems von Solarthermiekollektor mit Befestigungs- und
Montagesystem unter realistischen Lastfällen ermöglichen.

Die Prüfungen haben dabei gezeigt, dass häufig die Befestigungs- und Montagesysteme die Schwachstelle des Gesamtsystems darstellen
was sich gut mit dem Ergebnis der Untersuchung der Schadensfälle und Schadensursachen deckt. Klar wurde dabei auch, dass die
Schwachstellen bzw. Belastungsgrenzen durch empirische Versuche des Gesamtsystems im Originalaufbau sehr gut identifiziert werden
können.

Die Ergebnisse wurden weiterhin vor dem Hintergrund der vorhandenen Normen und im Hinblick auf eine breite Anwendung der neuen
Prüfverfahren zur Senkung von Prüfkosten und Zeitaufwand diskutiert.

Abstract

In recent years in Europe shortcomings have been determined regarding standardization and certification in the field of mechanical safety for
solar thermal systems. This is visible through insufficient mechanical requirements in the relevant testing standards, as well as the fact that
fixing- and mounting systems are not considered. Therefore manufacturers are forced to investigate themselves the mechanical safety for
their own products.

The project “MechTest” (funded by the Federal Ministry for the Environment, Nature Conservation and Nuclear Safety (BMU) in Germany)
was initiated to analyze the situation and find solutions. The purpose of the project “MechTest” was to characterize the mechanical load
cases caused by wind and snow on solar thermal collectors and their fixing- and mounting systems. As part of the project reported cases
of damage and their causes were analyzed, a new test facility was developed and commissioned, a series of mechanical load tests (also
at different climatic conditions) and two field tests at locations with extreme weather conditions were performed.

One of the most important results is a new testing method, making it possible to test the combination of the collector including fixings and
mountings under realistic load cases. The results of the test series also showed that parts of the fixing and mounting system are in most
cases the weakest point, which is in good compliance with the outcomes of the analysis of the damage reports. The new test method has
shown itself to be well suited to determine these weakest points up to breakage within the system of collector, fixings and mountings
experimentally.

Additionally the new testing method was compared to the corresponding standards with the aim to determine the potential to reduce
compliance costs and the time needed.

Inhalt Projektabschlussbericht

 

1                Hintergrund

2                Projektziel und Vorgehensweise

2.1            Arbeitspakete

2.1.1        AP 1 Detaillierte Analyse von Schadensfällen und Schadensursachen

2.1.2        AP 2 Aufbau eines Forschungsteststands für Belastungstests

2.1.3        AP 3 Vergleichende Messungen am Forschungsteststand und im Freiland

2.1.4        AP 4 Ableitung eines Testverfahrens und Erarbeitung einer Rechenmethode

2.2            Rückblick Arbeits- und Zeitplanung

2.3            Kick-off Workshop

2.4            Projektpartner

3                Kollektoren, Systeme und deren mechanische Verbindungstechnik

3.1.1        Flachkollektor (FK)

3.1.2        Vakuumröhrenkollektor (VRK)

3.1.3        Kompaktanlagen mit Speicher

3.2            Befestigungs- und Montagesysteme

3.2.1        Begrifflichkeiten

3.2.2        Stand der Technik

4                Normen im Zusammenhang mit mechanischen Lasten

4.1            EN 12975 Thermische Solaranlagen und ihre Bauteile - Kollektoren

4.2            EN 12976 Thermische Solaranlagen und ihre Bauteile - vorgefertigte Anlagen

4.3            EN 12179 Widerstand gegen Windlast-Prüfverfahren von Vorhangfassaden

4.4            EN 12211 Fenster und Türen Windwiderstandsfähigkeit Prüfverfahren

4.5            IEC 61646/61215 Photovoltaik Prüfnormen

4.6            EN 1991 Einwirkungen auf Tragwerke

4.6.1        EN 1991-1-4: Einwirkungen auf Tragwerke, Windlasten

4.6.2        EN 1991-1-3 Einwirkungen auf Tragwerke, Schneelasten

4.6.3        Arbeitsblatt zur Ermittlung von Schneelasten an ST Anlagen (BDH, BSW)

4.7            ASTM E1830

4.8            Verfahren in Europa

4.9            Vergleich der Normen

4.10          Weitere Anforderungen und Entwicklungen im Normungskontext

4.10.1      CE Kennzeichnung

4.10.2      Anforderungen des DiBt in Deutschland

4.10.3      Normentwurf des CEN Technical Comitee 128 Workgroup 3

5                AP 1 Analyse von Schadensfällen und Schadensursachen

5.1            Schäden an Kollektoren oder deren Befestigungs- und Montagesystemen

5.2            Situation Flachkollektoren

5.3            Besonderheit aufgeständerter Anlagen und Aufdachmontage

5.4            Situation VRK

5.5            Situation Thermosiphonsysteme

5.6            Situation Befestigungs- und Montagesysteme

5.7            Rechtliche Bestimmungen und Versicherungsumfang

5.8            Zusammenfassung

5.9            Ergebnisse des „Expert workshop mechanical loads“ vom 23.11.2012

6                AP 2 Aufbau eines Forschungsteststands für erweiterte mechanische Belastungstests

7                AP 3.2 Charakterisierung realer Lasten an unterschiedlichen Extremstandorten

7.1            Feldmessungen auf Gran Canaria

7.1.1        Messaufbau

7.1.2        Versuchsdurchführung

7.1.3        Auswertung und Ergebnisse

7.2            Feldmessungen auf der Zugspitze

7.2.1        Messaufbau und Versuchsdurchführung

7.2.2        Auswertung und Ergebnisse

7.3            Betrachtung der Schneeanlagerung an Vakuumröhrenkollektoren (VRK)

8                AP 3.1 Empirische Untersuchungen von Belastungszuständen bei unterschiedlichen Belastungsarten am Prüfstand

8.1            Prüfreihe Normenvergleich schwellende Belastung und Schublastprüfung

8.1.1        Vergleich von ST-Normprüfung und PV-Normprüfung am Referenzkollektor

8.1.2        Schwellende Belastung

8.1.3        Ermittlung der Druckbelastungsgrenze / Variation Kollektorbefestigung

8.1.4        Schublastprüfung

8.2            Prüfreihe Tieftemperaturprüfungen

8.2.1        Vergleich Zugbelastungsgrenze bei Raumtemperatur und – 30 °C

8.2.2        Vergleich Druckbelastungsgrenze Dachhaken bei Raumtemperatur und – 30 °C

8.3            Prüfreihe VRK und Thermosiphon Kompaktsystem

8.3.1        Adapterplatten für VRK Prüfung

8.3.2        VRK-Prüfung horizontal

8.3.3        Prüfung VRK Thermosiphon Kompaktsystem

8.4            Zusammenfassung

9                AP 4 Ableitung verbesserter Prüfverfahren

9.1            Unterschiedliche Lastfälle und deren Bedeutung für die Prüfpraxis

9.1.1        Senkrechte Lasten – vertikal angeordnete Zylinder

9.1.2        Senkrechte Lasten – schräg angeordnete Zylinder

9.1.3        Schublasten – vertikal angeordnete Zylinder

9.1.4        Schublasten – schräg angeordnete Zylinder

9.2            Einfluss von Saugerverteilung und Randabstand auf die Homogenität der Flächenlast

9.2.1        Modellgrundlage

9.2.2        Ergebnis und Umsetzung in der Prüfpraxis

9.3            Untersuchung geeigneter Rechenmethoden

10              Diskussion der Ergebnisse vor dem Hintergrund der erforderlichen bauaufsichtlichen Zulassung durch das Deutsche Institut für Bautechnik (DIBt)

11              Zusammenfassung

12              Verwertung der Ergebnisse und Ausblick

13              Literatur und Referenzen

13.1          Veröffentlichungen

13.2          Presserückmeldungen

13.3          Literaturangaben