Montaggio su tetto piano Avvertenze generali Con la crescente diffusione dei sistemi fotovoltaici, oltre a dimensioni elettriche, durata, tempi di garanzia ecc., anche i dettagli di montaggio assumono sempre più importanza. Mentre all'inizio i moduli il più delle volte sono stati montati in piccole quantità sui tetti, nel frattempo ci sono numerose varianti di montaggio per tutti i tipi possibili di tetto e forme di rialzamento fino a tetti industriali di ampia superficie o installazioni in campo aperto. Con il crescente numero di impianti, anche assicurazioni cercano sempre di più di esercitare influenza sugli standard di qualità degli impianti a causa di un certo accumulamento statistico di sinistri. Nella valutazione dei rischi di danno, si dà particolare importanza ai montaggi sul tetto piano e particolarmente alle soluzioni di zavorramento. Mentre nel caso di errori di montaggio su tetti inclinati, nel singolo caso, difetti di tenuta del tetto, danni ai moduli e perdite di reddito rappresentano un rischio di danno limitato, con soluzioni di zavorramento insufficienti sul tetto piano possono assolutamente sorgere rischi per terzi; in caso di sovraccarico del tetto a causa di carichi di zavorramento troppo pesanti, a sua volta si deve prendere in considerazione il rischio del sovraccarico del tetto fino al crollo della costruzione! Le seguenti indicazioni Vi aiuteranno a limitare tutti questi rischi per il progettista o l'installatore ed a rendere possibile una progettazione sicura e professionale. 1 Zavorramento o fissaggio Avvertenze generali per montaggi su tetto piano In molti casi, proprio in impianti su tetti piani, nella fase di offerta si prende tecnicamente poco in considerazione i tetti in questione. Offerte globali in kw comprendono spesso una soluzione standard di zavorramento senza chiarire in anticipo se il livello dei carichi di zavorramento è realistico e se gli edifici esistenti sono in grado di essere caricati con un sovraccarico aggiuntivo attraverso il peso dei moduli e della struttura portante, tanto meno con carichi di zavorramento aggiuntivi. Spesso si prende poco in considerazione che i pesi di zavorramento moltiplicano il carico complessivo a seconda della costruzione e con ciò su molti tetti esistenti probabilmente sono difficilmente realizzabili. Per una compilazione professionale dell'offerta, come prima e spesso migliore variante bisogna definitivamente verificare se un fissaggio dell'impianto FV sulla costruzione del tetto sia possibile. Riserve da parte del cliente contro la penetrazione della copertura del tetto non sono opportune a causa dei dettagli di montaggio sempre più professionali con soluzioni di tenuta affidabili. Anzi il progettista dovrebbe anche esporre al cliente il rischio molto più grande di soluzioni di zavorramento progettate in modo sbagliato e/o presentare i carichi di zavorramento veramente necessari. Se la soluzione di zavorramento risulta come variante tecnicamente migliore per l'oggetto, in ogni caso è necessario un dimensionamento aritmetico del carico di zavorramento tenendo conto delle norme vigenti e di tutti i parametri individuali. Eventualmente è possibile una minimizzazione dei carichi di zavorramento necessari attraverso un'ottimizzazione dei dettagli meccanici di costruzione. Generalmente non è consigliabile una miscela di soluzioni di zavorramento e di fissaggio. Essa richiede un dispendioso calcolo statico individuale nel singolo caso a causa delle deformazioni elastiche nel sistema. 1 / 12
Immagine esemplare: File di moduli danneggiate a causa di ribaltamento su un tetto piano (zavorramento insufficiente) Fonte: Stampa specializzata Immagine esemplare: Montaggio su una costruzione di tetto piano con zavorramento assolutamente insufficiente Fonte: Schletter GmbH 2 Limiti tecnici di soluzioni di zavorramento Potenziale di rischio per il progettista e per l'installatore Mentre nel caso di errori di montaggio su tetti inclinati, nel singolo caso, difetti di tenuta del tetto, danni ai moduli e perdite di reddito rappresentano un rischio di danno limitato, con soluzioni di zavorramento insufficienti sul tetto piano possono assolutamente sorgere rischi per terzi! In caso di sovraccarico del tetto a causa di carichi di zavorramento troppo pesanti, a sua volta si deve prendere in considerazione il rischio del sovraccarico del tetto fino al crollo della costruzione. Dimensionamenti sbagliati di carichi di zavorramento, nel caso di danno, possono assolutamente essere legati con un pericolo potenziale per la vita e l'integrità di persone non coinvolte! Generalmente è certo prevista la copertura di tali danni potenziali nelle assicurazioni di responsabilità civile; questo vale solamente fino al momento in cui non sia presente negligenza grave. L'equipaggiamento di un tetto piano con pesi in calcestruzzo senza nessuna verifica della capacità portante statica dell'edificio può eventualmente essere inteso come negligenza. L'installatore, come azienda specializzata, quindi deve dimensionare lo zavorramento secondo tutti i parametri (altezza del tetto, zona di vento, classe di rugosità del terreno, dimensione di moduli ecc.) in modo tale da escludere assolutamente un sollevamento, scorrimento e ribaltamento. Proprio le condizioni meteorologiche estreme degli ultimi anni, a causa dei cambiamenti climatici incipienti, ci dimostrano anche l'alta priorità di una progettazione tecnicamente pulita e sicura. Le informazioni elencate qui di seguito dimostrano possibilità per una progettazione professionale. 2 / 12
2.1 Carichi concentrati ammissibili Il carico di pressione ammissibile dell'isolamento esistente del tetto in abbinamento alla membrana di tenuta rivestita al di sopra, generalmente limita il carico concentrato massimalmente ammissibile (generalmente in kg/m2 o kn/m2). Durante il dimensionamento costruttivo dei pesi di zavorramento bisogna osservare che il carico concentrato massimale non venga superato! Possibili pericoli in caso di superamento sono Cedimento dell'isolamento Affondamento dello zavorramento Dilatazione eccessiva della copertura del tetto Infragilimento della copertura del tetto Difetto di tenuta sottostruttura fotovoltaica zavorramento manto di copertura isolamento Si può limitare il carico concentrato attraverso un'adeguata ripartizione proporzionata. 2.2 Carichi per unità di superficie ammissibili Il carico per unità di superficie ammissibile (generalmente in kg/m2 o kn/m2) si riferisce generalmente alla superficie complessiva del tetto o a parti della superficie del tetto. Il carico per unità di superficie massimale viene prestabilito dalla capacità portante della costruzione. Bisogna intanto prendere in considerazione che, oltre al peso dei moduli, della sottostruttura e dei possibili pesi di zavorramento, anche il carico locale di neve secondo la norma deve essere assorbito addizionalmente! L'installatore deve allora controllare esattamente sulla base della presente statica dell'edificio se il peso aggiuntivo dell'impianto FV e soprattutto dello zavorramento può veramente essere assorbito dalla struttura del tetto. Soprattutto dopo gli avvenimenti seri dell'inverno 2005/2006, l'importanza di queste direttive di dimensionamento è molto chiara per tutti. Bisogna prendere in considerazione che secondo le direttive della nuova norma DIN 1055 spesso sono necessari zavorramenti molto pesanti per poter appesantire un impianto secondo le regole. Possibili pericoli in caso di superamento del carico per unità di superficie Cedimento parziale della struttura del tetto Cedimento completo della struttura del tetto Crollo dell'edificio Danni alle persone neve moduli struttura Possibilità per limitare il carico per unità di superficie zavorramento Riduzione dell'occupazione Disposizione mirata delle file dei moduli sopra le travi del tetto Ottimizzazione della costruzione 3 / 12
2.3 Protezione di edifici esistenti durante l'adattamento della norma Un altro punto importante dopo l'adattamento della norma DIN 1055 è la protezione di edifici esistenti che sono stati progettati prima della divulgazione della nuova norma. Una località al sud della Germania ad es. presenta invece di finora 1,2kN/m2 di carico di neve (corrisponde a circa 120kg/m2) secondo la nuova norma 1,6kN. Un capannone costruito prima dell'adattamento della norma con una capacità portante di ad es. 1,4kN è ancora soggetto alla protezione di edifici esistenti e definitivamente non deve essere attrezzato ulteriormente. Ma se un'azienda specializzata installa un impianto FV su un tetto con protezione di edifici esistenti, allora vigono le nuove norme di carico per la verifica statica; la protezione di edifici esistenti si estingue nel momento del montaggio di attrezzature ulteriori e/o di adattamenti archittetonici! Il dimensionamento complessivo viene poi eseguito secondo le nuove norme. 3 Criteri di dimensionamento per soluzioni di zavorramento 3.1 Norme determinanti DIN 1055 Carichi presunti in edifici, parte 4: Carichi di vento, edizione 03/2005 DIN 1055 Carichi presunti in edifici, parte 5: Carichi di neve e gelo, edizione 06/2005 DIN 1055-100 Azioni su strutture portanti, basi della progettazione di strutture portanti, concetto di sicurezza e regole di dimensionamento, edizione 03/2001 Eurocodice 1: Azioni in strutture portanti, edizione 06/2002 in Italia: D.M. 14/01/2008, parte 3.3. e parte 3.4. 3.2 Carichi di vento particolari Secondo le norme sopra menzionate, in molti progetti con formazioni del terreno particolari non si possono effettuare progettazioni secondo i parametri standard. Questo vale particolarmente anche per carichi di zavorramento. Se ci sono tali forme del terreno particolari (ad es. edifici su colline ecc.), quindi si deve effettuare un separato calcolo statico individuale. 3.3 Parametri per il calcolo dello zavorramento I parametri necessari per il calcolo dello zavorramento si compongono dai dettagli di costruzione del rialzamento del modulo previsto (geometria dei supporti, configurazione delle travi, angolo di inclinazione, disposizione dei moduli, misure addizionali per la resistenza al vento, distanza dei supporti ecc.) ed i dettagli geografici della località prevista: zona di vento secondo DIN 1055 (in Italia: D.M. 14/01/2008) categoria del terreno secondo DIN 1055 (in Italia: classe di rugosità del terreno secondo D.M. 14/01/2008) altezza s.l.m. altezza di colmo sul piano di campagna eventualmento altezza dell'attico eventualmente posizione esposta I dettagli geografici devono essere indicati per un calcolo (vedi anche checklist dati geografici, Schletter GmbH) 4 / 12
3.4 Determinazione del carico La determinazione della zona di vento può essere eseguita secondo la norma soltanto attraverso la corrispondente mappa delle zone di vento. Poiché questo procedimento è abbastanza impreciso e quasi impossibile con la risoluzione disponibile secondo la norma, la Schletter GmbH mette a disposizione un servizio internet per la determinazione del carico (carichi di vento, carichi di neve secondo i codici di avviamento postali). 3.5 Dimensionamento del carico di zavorramento Condizione di carico 1 - risucchio del vento Il dimensionamento di un carico di zavorramento contro sollevamento a causa di risucchio del vento rappresenta un'esigenza minimale. Se una corrente d'aria incontra una superficie inclinata con la rispettiva velocità di vento da presumere, dunque si dimostra una differenza di pressione dinamica attraverso la diversa velocità della corrente sul lato superiore ed inferiore. La forza che la differenza di pressione produce sulla superficie deve essere compensata dallo zavorramento affinché la disposizione non si sollevi. risucchio del vento Per un lungo periodo di tempo, il dimensionamento dello zavorramento contro sollevamento era l'unico criterio per la selezione dei carichi di zavorramento. Questo procedimento era parzialmente anche tollerato da istituti di controllo poiché con questo dimensionamento risultano già carichi abbastanza pesanti. Le tabelle di statica di produttori di sistemi di montaggio indicano il più delle volte anche questa esigenza minimale; per costruzioni ottimizzate tale tabella può senza'altro anche essere sufficiente. In ogni caso si può usare tale tabella per chiarire approssimativamente i carichi minimali. L'installatore, con l'aiuto di questa tabella, può chiarire senza un ulteriore calcolo dispendioso se il tetto piano è adeguato per questa capacità portante minimale, se è favorevole prendere in considerazione un'ulteriore soluzione di zavorramento, o se generalmente bisogna scegliere soluzioni alternative. Tabella esemplare per sovraccarichi contro risucchio del vento - statica di sistema Schletter GmbH 5 / 12
3.6 Dimensionamento del carico di zavorramento Condizione di carico - scorrimento Oltre alla forza di sollevamento, la corrente d'aria produce una pressione dinamica sulla superficie inclinata. Attraverso la scomposizione vettoriale della forza di pressione risultante emerge una forza di spinta che agisce parallelamente al tetto sulla costruzione. Con una pura soluzione di zavorramento, questa forza di spinta deve essere compensata unicamente attraverso attrito sulla superficie del tetto affinché le file dei moduli non vengano spostate sul tetto. A causa dei coefficienti di attrito della copertura del tetto spesso abbastanza sfavorevoli e incalcolabili, il sovraccarico necessario eventualmente può ammontare ad un multiplo del carico contro risucchio del vento! È possibile di evitare il carico aggiuntivamente necessario bloccando le file o collegandole. scorrimento 3.7 Dimensionamento del carico di zavorramento Condizione di carico 3 - ribaltamento Una fila singola sul tetto può anche ribaltare, particolarmente con vento da dietro, con una breve lunghezza della base di supporto e con un'alta posizione del baricentro. Bisogna prendere in considerazione anche questo caso completamente affinché anche un vento dal nord sia domabile. Il carico necessario per evitare il ribaltamento può ammontare ad un multiplo del carico contro risucchio del vento! Una minimizzazione dei carichi di zavorramento necessari nella singola fila è possibile attraverso carichi ripartiti regolarmente, una larga base di appoggio o frangiventi; ulteriori possibilità costruttive consistono nell'accoppiamento di alcune file. ribaltamento 6 / 12
4 Ottimizzazione dei carichi di zavorramento Possibilità costruttive I valori di zavorramento determinati secondo la norma menzionata spesso non sono realizzabili a causa della limitata capacità portante dei tetti. Una limitazione dei carichi di zavorramento necessari è realizzabile attraverso diversi adattamenti costruttivi. 4.1 Collegamento delle file singole (Esempio di costruzione Schletter CompactVario) Il ribaltamento di singole file può completamente essere escluso attraverso il collegamento delle singole file con una trave continua per la ripartizione del carico. In questo caso, si può ignorare completamente il carico di zavorramento contro ribaltamento. La trave per la ripartizione del carico deve essere dimensionamento in modo tale che il possibile momento di ribaltamento di una singola fila possa essere assorbito senza deformazione plastica. Anche uno scorrimento delle singole file è reso più difficile con questa costruzione; il sovraccarico contro scorrimento potrebbe essere ridotto a causa del frangivento mutuo delle file a seconda della quantità delle file di circa 20% fino a circa 40%. Un dimensionamento esclusivamente con il carico di zavorramento contro risucchio del vento è possibile se lo scorrimento può essere impedito costruttivamente attraverso bloccaggio sul tetto (ad es. bloccaggio della trave per la ripartizione del carico all'attico). 4.2 Ottimizzazione dell'angolo ed evitamento di ribaltamento attraverso frangivento (Esempio di costruzione Schletter WindSafe - frangivento) Il dimensionamento di un carico di zavorramento contro ribaltamento non è necessario con una fila chiusa da dietro poiché si evita il "vento da sotto". Addizionalmente si può ulteriormente minimizzare il carico da applicare attraverso ottimizzazione dell'angolo di montaggio. 4.3 Ottimizzazione di geometria e ripartizione del carico (Esempio di costruzione Schletter SolRack) Piazzando le file in una massicciata in ghiaia di un tetto piano, consente di tralasciare la considerazione di una caduta a causa di scorrimento. Ulteriormente l'inclinazione verso ribaltamento è ridotta a causa di una base di supporti più grande e perciò minimizza lo zavorramento aritmetico contro ribaltamento. Si può raggiungere un'ulteriore riduzione attraverso ripartizione asimmetrica del carico di ghiaia (dietro 2/3, davanti 1/3). Di conseguenza, per il tetto, anche in questo esempio possono bastare carichi ancora realizzabili per lo zavorramento. 7 / 12
5 Calcolo assistito da software sulla base delle norme vigenti; esempi di calcolo Una progettazione professionale di soluzioni di zavorramento sul tetto piano è, proprio con l'introduzione delle nuove norme ed i molti parametri diversi, soltanto possibile con strumenti di software. Per il chiarimento del funzionamento servono alcuni esempi. Tutti gli esempi sono puramente informativi senza pretesa di correttezza tecnica. Calcoli esemplari vedi allegati. Confronto degli esempi di calcolo Gli esempi hanno l'intenzione di spiegare l'applicazione delle indicazioni di zavorramento e le possibilità per l'ottimizzazione della costruzione. In tutti gli esempi, gli altri parametri (CAP, località, altezza dell'elemento, inclinazione del modulo, altezza del tetto, distanza dei supporti, classe di rugosità del terreno ecc.) sono costanti per rendere possibile il confronto delle diverse varianti di costruzione. Esempio 1 In esempio 1 si sceglie una semplice disposizione ad una fila. Per la verifica contro sollevamento sarebbero necessari 2x77,2 kg per ogni supporto (secondo grafica davanti rispettivamente dietro); questo è anche il valore il quale è rilevabile in forma semplificata nelle tabelle secondo 3.5. La verifica allo scorrimento richiede 2x129,5 kg. La verifica al ribaltamento richiede 141,2 più 251,4 kg. Con una distanza dei supporti di 1,4 m scelti risultano circa 280kg per ogni metro lineare di fila di moduli. Il carico massimale delle tre verifiche è il carico di zavorramento necessario. Esempio 2 In esempio 2 si è scelto "fissaggio orizzontale" e "accoppiamento delle file di moduli". Questo corrisponde ad es. alla costruzione secondo punto 4.1. Si deve soltanto applicare un carico di zavorramento di 2x77,2 kg per ogni supporto, questo corrisponde a circa 110kg per ogni metro lineare di fila di moduli. Esempio 3 In confronto ad esempio 1 qui non vengono applicati singoli pesi, ma un peso fisso viene posizionato centralmente sotto il supporto. Bisogna compensare qui, attraverso un carico addizionale, la ripartizione del peso ottimizzata già in esempio 1 contro ribaltamento. La verifica al ribaltamento richiede qui 502,8 kg (invece di 141,2 più 251,4 kg come in esempio 1). Con una distanza dei supporti di 1,4 m scelti risultano circa 360kg per ogni metro lineare di fila di moduli! Esempio 4 Esempio 4 corrisponde ad esempio 2, però con un frangivento aggiuntivo Si deve soltanto applicare un carico di zavorramento di 2x37,3 kg per ogni supporto, questo corrisponde a circa 53kg per ogni metro lineare di fila di moduli. Qui è ben riconoscibile la minimizzazione del sovraccarico attraverso l'ottimizzazione della costruzione. 6 Sintesi Con il presente strumento di progettazione si ha l'intenzione di facilitare la scelta delle adeguate varianti di fissaggio sul tetto piano. Per limitare il rischio, per il progettista e l'installatore è indispensabile eseguire una progettazione assolutamente professionale, proprio con tetti piani! In molti casi però bisogna anche prendere conoscenza del fatto che fissaggi su tetti piani con soluzioni di zavorramento, malgrado la possibilità dell'ottimizzazione della costruzione, falliscono per la capacità portante del tetto e, di conseguenza, in nessun caso devono essere realizzati. In tali casi, o bisogna scegliere una soluzione di fissaggio come alternativa o bisogna anche accettare che a volte un'offerta non sia realizzabile. Lo scopo degli sforzi comuni deve essere di aumentare la qualità di montaggio a lungo termine, di ridurre il più possibile il rischio di garanzia per l'installatore dell'impianto e particolarmente di continuare a mantenere il consenso eccellente di impianti di energia solare nel pubblico. 8 / 12
7 Allegati Esempi di calcolo Esempio 1 9 / 12
Esempio 2 10 / 12
Esempio 3 11 / 12
Esempio 4 Schletter GmbH, 2010, I400112IT, V2 12 / 12