01
Project Overview
С разработкой национальной «двойной углеродной» стратегии энергосбережение, сокращение выбросов и развитие чистой энергетики стали ключевыми стратегиями развития моей страны. Солнечная энергия считается самым чистым, безопасным и надежным источником энергии будущего. Компания Bosch, которая считает защиту окружающей среды одним из своих основополагающих корпоративных принципов и основным направлением технологических инноваций, активно реализует эту национальную стратегию, планируя установку распределенной фотоэлектрической системы генерации энергии на крыше своего завода в Чанша. Площадь крыши составляет около 25 000 квадратных метров, а ее проектная мощность составляет около 1,8 МВт.
Крыша завода Changsha Bosch имеет однослойную водонепроницаемую мембранную кровлю. Снизу вверх структурные слои следующие: гофрированный стальной лист толщиной 0,8 мм → пароизоляция из полиэтиленовой мембраны толщиной 0,3 мм → теплоизоляция из минеральной ваты толщиной 50+50 мм → водонепроницаемая ПВХ-мембрана толщиной 1,5 мм (с механическим креплением). Поскольку кровельная мембрана использовалась более десяти лет, она изношена. Продолжение использования существующего гидроизоляционного слоя вскоре потребует ремонта, что приведет к дополнительным расходам на вывод из эксплуатации, демонтаж и восстановление фотоэлектрической системы. Поэтому, чтобы поддержать реализацию проекта распределенной фотоэлектрической генерации на крыше и гарантировать, что жизненный цикл гидроизоляционной мембраны крыши совпадает с генерацией фотоэлектрической энергии, перед строительством распределенной фотоэлектрической системы на крыше требовалось провести комплексную реконструкцию гидроизоляции крыши.
02
Проект
2.1
Проектирование плана ремонта гидроизоляции
Поскольку нормальное производство на заводе не могло быть остановлено, после многочисленных обсуждений с владельцем было решено сохранить оригинальную водонепроницаемую ПВХ-мембрану и удалить только ту её часть, которая влияла на герметичность новой ПВХ-мембраны. В то же время, чтобы избежать ускоренной миграции пластификаторов в недавно уложенной ПВХ-мембране, к оригинальной гидроизоляционной мембране был добавлен слой полиэфирного нетканого материала плотностью 80 г/м² для изоляции и защиты. В заключение был уложен и смонтирован новый слой ПВХ-мембраны с использованием механического метода крепления (рис. 1).
Рисунок 1. Конструкция для ремонта гидроизоляции крыши
Чтобы обеспечить соответствие срока службы кровельной мембраны сроку службы фотоэлектрических установок, в качестве новой гидроизоляционной мембраны была выбрана высококачественная ПВХ-мембрана Sika Sarnafil S327-15L толщиной 1,5 мм. Этот материал обладает превосходной атмосферостойкостью (испытание на ускоренное старение в течение 8000 часов), превосходной прочностью на разрыв, высокой отражательной способностью (соответствует требованиям сертификации LEED) и специальным самоочищающимся покрытием, которое уменьшает налипание пыли и сохраняет крышу чистой после дождя.
2.2
Конструкция монтажного основания для фотоэлектрических систем
В целом, резервная нагрузка для однослойной мембранной гидроизоляционной кровли недостаточно велика, чтобы компенсировать вес сборных бетонных блоков. Кроме того, прочность основания кровли на сжатие невысока, а вес сборных бетонных блоков может легко привести к локальному скоплению воды на кровле. Поэтому не рекомендуется использовать традиционный метод крепления противовеса сборных бетонных блоков (рисунок 2) для однослойной мембранной гидроизоляционной кровли. Использование нового метода крепления и установки сборных стальных элементов (рисунок 3) приведет к значительному повреждению мембраны кровли, усложнит ремонт гидроизоляционных элементов и увеличит сроки строительства.
Рисунок 2. Крепление противовеса из сборных бетонных блоков. Рисунок 3. Крепление дополнительной сборной стальной опоры.
Для установки фотоэлектрических систем на однослойной мембранной гидроизоляционной крыше требуется основание, которое минимизирует повреждение гидроизоляционной мембраны крыши, упрощает ремонт поврежденных мембран, ускоряет монтаж и отвечает требованиям по сопротивлению ветровой нагрузке. Для решения этой задачи была специально разработана «гибкая мембранная фотоэлектрическая опора» (рис. 4). Эта опора состоит из диска из нержавеющей стали марки 304, цилиндра и гибкой мембраны, собранных с использованием запатентованной технологии.
Рисунок 4. Гибкая рулонная фотоэлектрическая опора
Гибкая рулонная фотоэлектрическая опора изготавливается путем предварительного сверления отверстий для проникновения в рулон гидроизоляции кровли, теплоизоляционную плиту, пароизоляционную мембрану и гофрированный стальной лист, затем вставляется заклепочная гайка, после чего с помощью специального инструмента она закрепляется на гребне гофрированного стального листа; затем используется крепежный винт М8 для соединения опоры и заклепочная гайка для фиксации опоры на рулоне гидроизоляции кровли; наконец, с помощью сварки горячим воздухом соединяется гибкий рулон опоры (того же продукта и качества, что и рулон гидроизоляции кровли) с рулоном гидроизоляции кровли для формирования полного водонепроницаемого слоя и одновременного устранения перфорации (рисунок 5).
Рисунок 5: Соединение и фиксация гибкой рулонной фотоэлектрической опоры и гофрированной стальной пластины крыши
Согласно данным испытаний, проведенных Китайской группой по инспекции и сертификации строительных материалов (Suzhou Co., Ltd.), испытательное усилие отрыва гибкой рулонной фотоэлектрической опоры, соединенной со стальной пластиной толщиной 0,8 мм, составило 5,7 кН. С учетом коэффициента запаса прочности 2, расчетная нагрузка гибкой рулонной фотоэлектрической опоры составляет 2,85 кН/шт.
2.3
Тип крепления фотоэлектрических систем и конструкция фиксированного основания
После решения использовать гибкие рулонные фотоэлектрические опоры для неподвижного основания фотоэлектрической опоры, конструкция опоры была разработана таким образом, чтобы обеспечить надежное соединение неподвижного основания с фотоэлектрической опорой. Расположение неподвижного основания также было стратегически продумано для удовлетворения требований по сопротивлению выдергиванию ветровой нагрузки отдельных фотоэлектрических модулей.
В этом проекте использовалась двухрядная односкатная опорная конструкция с уклоном 16°. Каждая опора состоит из двух опорных стоек, соединённых с гибкой рулонной фотоэлектрической опорой, которая крепится к однослойной водонепроницаемой рулонной кровле с помощью крепёжных болтов М8 (рис. 6).
Рисунок 6 Узел соединения основания колонны кронштейна фотоэлектрической системы
Расположение стационарных оснований соответствует соответствующим стандартам GB 50009-2012 «Нормы и правила по нагрузкам на строительные конструкции», GB 50797-2012 «Нормы и правила по проектированию фотоэлектрических электростанций» и NB/T 10115-2018 «Нормы и правила по проектированию опорных конструкций фотоэлектрических установок». Рассчитывается требуемая для фотоэлектрического модуля устойчивость к вырыванию ветровой нагрузкой, а также проверяется прочность опорных рельсов, опорных балок и колонн для определения количества и расстояния между стационарными основаниями.
03
Ремонт гидроизоляции кровли
3.1
Очистка основания кровли
Очистите крышу от мусора и пыли, большая часть которых сосредоточена возле водосточных труб.
3.2
Укладка слоя нетканого изоляционного материала
После очистки основания кровли уложите на исходную гидроизоляционную ПВХ-мембрану слой полиэфирного нетканого материала плотностью 80 г/м². Укладка должна быть ровной и прямой, с нахлестом 80 мм.
3.3
Установка новой гидроизоляционной ПВХ-мембраны
Перед укладкой производится предварительная укладка, выравнивание и фиксация рулонными креплениями, после чего укладывается ещё один рулон, перекрывающий эти крепления. Ширина нахлёста составляет 120 мм (ширина нахлёста по короткой стороне — 80 мм). Затем кромки нахлёста свариваются в единое целое сварочным автоматом. Эффективная ширина сварки кромок нахлёста составляет ≥25 мм.
3.4
Гидроизоляция узловых соединений
Были удалены и очищены оригинальные водонепроницаемые мембраны на деталях крыши, таких как парапеты, световые люки, кровельные вентиляторы, проемы и водосточные трубы, которые мешали закрытию новых водонепроницаемых мембран, а для повторной обработки деталей были использованы новые водонепроницаемые мембраны из ПВХ.
3.5
Завершающая очистка и самопроверка
После завершения строительства очистите и приведите в порядок крышу, затем с помощью специального крюка проверьте качество сварных швов. При обнаружении каких-либо проблем немедленно устраните их.
3.6
Приёмка работ по гидроизоляции
После самообследования и проверки на наличие дождевой воды крыша не имела протечек и была принята владельцем. Затем началось строительство системы распределенной фотоэлектрической генерации на крыше. Крыша после ремонта гидроизоляции показана на рисунке 7.
Рисунок 7 Крыша после ремонта гидроизоляции
04
Строительство крышной распределенной фотоэлектрической системы генерации электроэнергии
4.1
Установка гибкого монтажного листа для фотоэлектрических модулей
Установите гибкую рулонную фотоэлектрическую опору, выполнив следующие шаги: 1) Определите положение пружины в соответствии со схемой расположения фиксированного основания кронштейна фотоэлектрической установки и выполните соответствующие регулировки в соответствии с положением гребня гофрированного стального листа крыши, чтобы определить точку опоры; 2) Предварительно просверлите отверстия в крыше в месте расположения точки опоры и закрепите заклепочную гайку на гребне гофрированного стального листа с помощью заклепочной гайки; 3) Закрепите крепежный винт М8 в заклепочной гайке и одновременно затяните гибкую рулонную фотоэлектрическую опору и крепежный винт М8 на гидроизоляционной мембране крыши; 4) Используйте ручной сварочный пистолет для приваривания горячим воздухом гибкого рулона опоры к гидроизоляционной мембране крыши; 5) После установки опоры используйте вакуумный течеискатель, чтобы проверить качество сварного шва, чтобы убедиться в отсутствии риска утечки.
4.2
Установка системы крепления фотоэлектрических модулей
После завершения монтажа основания для фотоэлектрического кронштейна можно приступать к его установке. Поскольку кронштейн представляет собой металлическую конструкцию, его края и углы могут легко повредить гидроизоляционную мембрану кровли. Поэтому готовую гидроизоляционную мембрану необходимо защитить во время подъёма и монтажа. Для защиты зоны подъёма используются ковровое покрытие и деревянные доски.
При установке кронштейна для фотоэлектрических систем на однослойную гидроизоляционную мембрану кровли следует максимально избегать резки и сварки. Поэтому отверстия в кронштейне предварительно просверливаются на заводе-изготовителе. Для крепления и фиксации кронштейна на месте монтажа используются болты М8. Это минимизирует риск повреждения гидроизоляционной мембраны кровли в процессе монтажа (рисунок 8).
Рисунок 8. Соединение и фиксация кронштейна фотоэлектрической системы
4.3
Установка фотоэлектрических панелей
Для этого проекта были выбраны 3324 фотоэлектрические панели из монокристаллического кремния мощностью 550 Вт и размерами 2279 мм × 1134 мм × 35 мм. Панели крепятся к кронштейнам металлическими зажимами и болтами М8 (рис. 9).
Рисунок 9. Укладка и крепление фотоэлектрических панелей
4.4
Прокладка кабелей
Подключите фотоэлектрические панели последовательно в соответствии с порядком установки. Каждая секция должна иметь внешние разъёмы на одном конце кронштейна. Для подключения секций к инвертору используйте фотоэлектрические кабели PV-1×4. Проложите кабели непосредственно под фотоэлектрическими панелями по встроенному кабельному лотку кронштейна. Установите дополнительные кабельные лотки в местах, где панели отсутствуют.
4.5
Установите заземляющую сетку для защиты от молний
Положительный и отрицательный полюса со стороны постоянного тока фотоэлектрических модулей остаются плавающими и незаземлёнными. В распределительных шкафах постоянного и переменного тока установлены устройства защиты от перенапряжения для предотвращения повреждений от перенапряжения, вызванного молнией. Вокруг фотоэлектрических модулей используется плоское стальное кольцо 25 x 4 мм, оцинкованное методом горячего цинкования, которое крепится к кронштейнам фотоэлектрических модулей и подключается к основной системе молниезащиты здания. Сопротивление заземления не превышает 4 Ом.
4.6
Подключение к сети и ввод в эксплуатацию
После завершения строительства фотоэлектрической системы (рисунок 10) она была подключена к сети и введена в эксплуатацию. После двух месяцев интенсивного и планомерного строительства проект был успешно подключен к сети и введен в эксплуатацию, при этом эффективность генерации электроэнергии соответствовала ожиданиям владельца.
Рисунок 10 Крыша после завершения установки фотоэлектрической системы генерации электроэнергии
Заключение
Успешное создание солнечной системы на крыше требует тщательного внимания к гидроизоляции, соединительным элементам, эксплуатации и обслуживанию. Установка распределенной фотоэлектрической системы на больших, открытых заводских крышах — один из наиболее эффективных способов экономии энергии и сокращения выбросов для предприятий, и все больше компаний планируют установить фотоэлектрические системы на своих крышах. Сочетание однослойной гидроизоляционной мембранной кровли с солнечной системой на крыше обеспечивает эффективную гидроизоляцию крыши и надлежащее функционирование внутренних помещений, а также экономичное, простое и надежное решение. Важнейшими факторами являются гидроизоляция и срок службы гидроизоляционной мембраны крыши, а также устойчивость системы крепления фотоэлектрических систем к ветровым нагрузкам. Это означает, что выбор надежной гидроизоляционной мембраны и подходящего основания для крепления фотоэлектрических систем имеет решающее значение. Данный проект включал гидроизоляцию исходной крыши и последующую установку распределенной фотоэлектрической системы. Для обеспечения общей безопасности и надежности проекта были проведены профессиональные исследования и расчеты несущей способности конструкции и ветроустойчивости опор. Это не только повысило гидроизоляцию крыши, но и стало активным ответом на требования экологичного строительства и повторного использования чистой энергии, например, солнечной энергии. Кроме того, водонепроницаемая ПВХ-мембрана Sika Sarnafil S327L и гибкая мембранная система крепления фотоэлектрических элементов, использованные в проекте, получили высокую оценку заказчика и могут служить примером для коллег.
