К вопросу устойчивости к ветровым нагрузкам вертикальных (фасадных) фотоэлектрических станций

Цель работы – разработка методики и оценка надежности элементов крепления фасадной фотоэлектрической системы здания.

Для корректной имитации режима работы фасадной фотоэлектрической системы учтены реальные условия, такие как стохастичность прихода солнечной радиации, температура окружающей среды в течение года, ориентация фасада и положение модулей фотоэлектрической системы, пропорции здания, ветровые воздействия и др.

Выполнена оценка скорости ветра, нормативного ветрового давления и несущей способности элементов крепления ФЭС для г. Екатеринбурга.

Моделирование несущей способности инженерных элементов крепления ФЭС к стене здания осуществлялось в программном комплексе ЛИРА-САПР, который реализует метод конечных элементов в форме перемещений, то есть искомой разрешающей функцией служит перемещение.

Метод позволил определить усилия в анкерах крепления элементов ФЭС от ветровых нагрузок, веса панелей и их сочетания при различных скоростях и направлениях ветра.

Показано, что нагрузка не превышает величины предельных нагрузок на элементы крепления ФЭС, полученных на основании испытаний – предельная нагрузка на анкер составляет 21,84 кН. Учитывая несущую способность анкеров крепления панелей ФЭС на собственный вес, срез и вырыв при совместном действии нагрузок, предельно допустимое значение скорости ветра составляет 60,9 м/сек, что значительно выше значений скорости ветра, наблюдаемых в настоящее время и прогнозируемых в связи с климатическими изменениями для г. Екатеринбурга.

1. . СП 131.13330.2012. Свод правил. Строительная климатология (с изменением № 2). – Электронный ресурс. – URL: https://www.ecosvc.ru/upload/iblock/81c/ivmnvi1ix0mt7ujjgso5hi1ukahodddv.pdf?ysclid=lr77qbjhm1541163510

2. . ЛИРА-САПР. Книга I. Основы. Е. Б Стрелец-Стрелецкий, А. В. Журавлев, Р. Ю. Водопьянов. Под ред. Академика РААСН, докт. техн. наук, проф. А. С. Городецкого. – Издательство LIRALAND, 2019. – 154 с.

3. . Программный комплекс ЛИРА-САПР. Руководство пользователя. Обучающие примеры / Ромашкина М. А.,Титок В. П. Под редакцией академика РААСН Городецкого А. С. Электронное издание, 2018 г. – 254 с.

4. . СП 20.13330.2016. Свод правил. Нагрузки и воздействия. (Code of Practice. Loads and Impacts.) – Электронный ресурс. URL: https://mchs.gov.ru/uploads/document/2022-03-15/079727a84b6dfc87f4f6c2db1a5693ed.pdf?ysclid=lr77ucqis8989140111

5. . Синица М. О., Комшин А. С. Энергетические установки и технологии // Энергетические установки и технологии Учредители: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение. высшего образования «Севастопольский государственный университет». – 2023. – Т. 9. – №. 3. – С. 63-72.

6. . Тиличкан А. А. Моделирование напряженно-деформированного состояния трансформируемой конструкции. Актуальные научные исследования в современном мире. 9-1(65). – 2020. – Стр. 72-77.

7. . Cimmino M. C. et al. Composite solar faηades and wind generators with tensegrity architecture // Composites Part B: Engineering. – 2017. – V. 115. – Рp. 275-281.

8. . Vasel A., Iakovidis F. The effect of wind direction on the performance of solar PV plants // Energy Conversion and Management. – 2017. – V. 153. – Pp. 455-461.

9. . Valladares-Rendσn L. G., Schmid G., Lo S. L. Review on energy savings by solar control techniques and optimal building orientation for the strategic placement of faηade shading systems // Energy and Buildings. – 2017. – V. 140. – Pp. 458-479.

10. . Matuska T., Sourek B. Faηade solar collectors // Solar Energy. – 2006. – V. 80. – No. 11. – Pp. 1443-1452.

11. . Gratia E., De Herde A. Optimal operation of a south double-skin faηade // Energy and Buildings. – 2004. – V. 36. – No. 1. – Pp. 41-60.

12. . Powell D. et al. A reflective adaptive solar faηade for multi-building energy and comfort management // Energy and Buildings. – 2018. – V. 177. – Pp. 303-315.

13. . Eren O., Erturan B. Sustainable buildings with their sustainable faηades // International Journal of Engineering and Technology. – 2013. – V. 5. – No. 6. – P. 725.

14. . Li M. et al. Numerical and experimental investigation of precast concrete faηade integrated with solar photovoltaic panels // Applied Energy. – 2019. – V. 253. – P. 113509.

15. . Aschehoug Ψ., Bell D. BP SOLAR SKIN-a faηade concept for a sustainable future // SINTEF, Trondheim, STF22 A. – 2003. – V. 3510.

16. . Sathkumara T. M., [14]. Waidyasekara A. S., Victar H. The feasibility of transparent solar panels for high-rise building faηade in Sri Lanka // Construction Innovation. – 2023.

17. . Lotfabadi P. Solar considerations in high-rise buildings // Energy and Buildings. – 2015. – V. 89. – Pp. 183-195.

18. . Khedidja K., Wided B. R., Houcine B. Complete study of design and dimensioning of photovoltaic solar panels on the modern faηade for office equipment in Bechar // SIENR Ghardaοa–Algeria October. – 2018. – Pp. 24-25.

19. . Visa I., Moldovan M., Duta A. Novel triangle flat plate solar thermal collector for faηades integration // Renewable Energy. – 2019. – V. 143. – Pp. 252-262.

20. . Frattolillo A. et al. Potential for building faηade-integrated solar thermal collectors in a highly urbanized context // Energies. – 2020. – V. 13. – No. 21. – P. 5801.

21. . Wang W. T., Yang H., Xiang C. Y. Green roofs and faηades with integrated photovoltaic system for zero energy eco-friendly building – A review // Sustainable Energy Technologies and Assessments. – 2023. – V. 60. – P. 103426.

22. . Peng J. et al. Developing a method and simulation model for evaluating the overall energy performance of a ventilated semi-transparent photovoltaic double-skin faηade // Progress in Photovoltaics: Research and Applications. – 2016. – V. 24. – No. 6. – Pp. 781-799.

23. . Alrashidi H. et al. Thermal performance evaluation and energy saving potential of semi-transparent CdTe in Faηade BIPV // Solar Energy. – 2022. – V. 232. – Pp. 84-91.

24. . Huang Y. C. et al. Analysis and monitoring results of a building integrated photovoltaic faηade using PV ceramic tiles in Taiwan // International Journal of Photoenergy. – 2014. – V. 2014. – No. 1. – P. 615860.

25. . Reker S., Schneider J., Gerhards C. Integration of vertical solar power plants into a future German energy system // Smart Energy. – 2022. – V. 7. – P. 100083.

26. . Riaz A. et al. A review on the application of photovoltaic thermal systems for building faηades // Building Services Engineering Research and Technology. – 2020. – V. 41. – No. 1. – pp. 86-107.

27. . Elmalky A. M., Araji M. T. Computational fluid dynamics using finite volume method: A numerical model for Double Skin Faηades with renewable energy source in cold climates // Journal of Building Engineering. – 2022. – V. 60. – P. 105231.

28. . Visa I. et al. Facades integrated solar-thermal collectors-challenges and solutions // Energy Procedia. – 2017. – V. 112. – Pp. 176-185.

29. . Pawlak-Jakubowska A. Retractable roof module with photovoltaic panel as small solar power plant // Energy and Buildings. – 2023. – V. 288. – P. 112994.

30. . Corkish R., Prasad D. Integrated solar photovoltaics for buildings // Journal of Green Building. – 2006. – V. 1. – No. 2. – Pp. 63-76.

31. . Dehra H. An investigation on energ performance assessment of a photovoltaic solar wall under buoyancy-induced and fan-assisted ventilation system // Applied energy. – 2017. – V. 191. – Pp. 55-74.