S rostoucím zájmem o obnovitelné zdroje energie se v závěru roku 2022 a v průběhu roku 2023 výrazně zvýšil počet dotazů na instalaci fotovoltaických elektráren (FVE) na střechy budov. Většina z nich se týká statického posudku střechy, který je pro osazení fotovoltaických zařízení zcela zásadní. Cílem tohoto článku je upozornit, že instalace fotovoltaických panelů není tak jednoduchá, jak se někdy předpokládá, a zdůraznit význam statického posouzení.
Proč je statický posudek střechy nezbytný?
Statický posudek střechy je jedním z klíčových dokumentů při návrhu a realizaci fotovoltaické elektrárny (FVE). Přestože se jedná o „neviditelnou“ část projektu, bez něj nelze zodpovědně posoudit, zda je střešní konstrukce schopná unést zatížení fotovoltaických panelů a montážního systému. Mnoho majitelů domů i instalačních firem podceňuje význam statiky při instalaci FVE. Pokud se návrh panelů nebo jejich uchycení nerealizuje s ohledem na únosnost střechy, může dojít nejen k poškození konstrukce, ale i k ohrožení bezpečnosti osob.
Každé přitížení stávající konstrukce, na které konstrukce nebyla navržena, je z odborného hlediska „zásahem do nosné konstrukce“, a je tedy nutné vypracovat projektovou dokumentaci včetně statického posouzení. I kdyby se projektová dokumentace nepožadovala, je ve vlastním zájmu majitele objektu požadovat k zamýšlenému záměru alespoň vyjádření odpovědného statika. Doporučujeme proto hledisko statiky při instalaci fotovoltaiky nepodceňovat a nepodstupovat riziko lokálního, nebo i globálního přetížení střech.
Faktory ovlivňující statické posouzení
Z pohledu stavebního inženýra je nutné při hodnocení problematiky osazování fotovoltaických zařízení na střechy budov vzít v úvahu určité skutečnosti. Zcela zásadní je, zda se jedná o instalaci na novou, právě projektovanou střechu, nebo na střechu již dokončené stavby. Stavba byla projektována a realizována v určité době, za platnosti tehdejších předpisů a norem. To se týká jak jejího stavebního provedení, tak i velikosti případných na střeše uvažovaných zatížení. Proto se při posuzování vhodnosti střechy musíme soustředit na několik faktorů:
- Velikost, typ, sklon, uložení a ukotvení vlastního fotovoltaického zařízení.
- Podklady o stavbě: Zejména původní konstrukční výkresy, popřípadě dochované statické výpočty a technické zprávy. Je však třeba konstatovat, že ne u všech staveb máme tyto podklady k dispozici.
- Údaje z dříve platných norem a jejich porovnání s dnešními postupy.
- Fyzický stav stavby a její nosné konstrukce: Především pak prověření projevů jejího stáří, úprav či případné degradace a poškození.
- Důsledky instalace nového zařízení na střeše: Ty se prokazují právě požadovaným statickým výpočtem nebo posudkem.
Specifika zatížení střechy fotovoltaickými panely
Instalace fotovoltaického střešního systému vždy představuje pro střechu dodatečnou zátěž, což může být problematické zejména u plochých střech nebo starších střech ve špatném stavu. Dříve prováděné střechy byly totiž navrhovány pouze na účinky klimatických zatížení sněhem a větrem. Dnešní normou stanovené hodnoty těchto zatížení jsou ale vyšší, než byly ty původní. U sněhu je to nejméně 18 % navíc a u větru více. Tím vzniká již základní nesoulad při návrhu instalace zařízení. Sníh zatěžuje více střechu, vítr působí opačně větším sáním. Tato zatížení nelze pro osazování fotovoltaických zařízení zanedbat nebo omezit.
Čtěte také: Kalkulace plastových oken online
I když vlastní hmotnost fotovoltaických panelů nebo panelů s nosnými rámy se jeví jako nízká, tj. 0,15-0,35 kN/m2, nelze tyto hodnoty chápat jinak než jako další přitížení střechy. Umístění fotovoltaických zařízení na střeše vyvolá ještě další účinky, které je nutné zohlednit.
Typy střech a jejich specifika
Ze zkušeností z práce v kanceláři je možné říci, že při posuzování dokončených střech vycházejí lépe ty sklonité s krovy. Zde bývá problematickou konstrukcí většinou pouze vaznice. Jinak je tomu ale u plochých střech a lehkých střešních plášťů hal.
Šikmé střechy
- Plošná hmotnost panelů obvykle bývá kolem 12-15 kg/m2.
- Podpůrný rošt (pokud je použit a panely nejsou kotveny přímo ke střeše) váží do 5 kg/m2.
- Rozvody elektro 1-2 kg/m2.
- Celkové zatížení se u šikmých střech pohybuje okolo 22 kg/m2 (0,2 kN/m2, bezpečně s rezervou 0,25 kN/m2).
Vezmeme-li v úvahu tíhu skladby běžného střechy s dřevěným krovem 125 kg/m2, tj. 1,25 kN/m2, je zatížení od FVE méně než 20 % z celkové tíhy. Pokud je střecha v dobrém stavu, o statiku se obávat nemusíte.
Ploché střechy a lehké střešní pláště hal
U plochých střech je přitížení podstatně vyšší než u šikmých střech. Nekotvené panely je potřeba zabezpečit proti větru a dodatečně je přitížit. K tomu se používají nejčastěji betonové tvárnice nebo nádržky vyplněné pískem. Zařízení je pouze položeno na krytině nebo střešním násypu a zmíněné prvky ho mají stabilizovat proti větru. Plošné přitížení se u plochých střech pohybuje cca 45 kg/m2 (20 kg/m2 samotné FVE panely a 25 kg/m2 je přitížení od konstrukce a zátěže, která zabraňuje překlopení větrem). Setkáváme se však s případy, kdy takové přitížení vyčerpává velkou část nosnosti střechy.
Z hlediska přitížení je nejhorší případ, kdy se na plochou střechu umístí řady panelů ve sklonu na podkonstrukci, ale není možné se kotvit ke střeše a proti účinkům větru se přitěžují dlaždicemi či jiným balastním zatížením. Pak je plošné přitížení např. 0,2 kN/m2 na FVE, 0,24 kN/m2 na závěje a 0,4 kN/m2 na dlaždice, celkem 0,84 kN/m2. Z hlediska přitížení střechy je důležité, o jakou konstrukci střechy se jedná - zda je to lehká konstrukce, nebo zda jde o robustnější řešení.
Čtěte také: Výpočet objemu betonu
Trapézové plechy jako nosná konstrukce
Fotovoltaické elektrárny (FVE) se v masivním měřítku umísťují na nové, ale i na existující objekty, jejichž nosnou část střešního pláště často tvoří trapézové plechy. Pokud není návrh podpěrné konstrukce FV panelů proveden s ohledem na specifika trapézového plechu (zvláště v kombinaci s jinými častými vadami těchto konstrukcí), může to znamenat vážný statický problém. Cílem je poukázat na specifické problémy při osazování FVE na střechy s nosnou konstrukcí z trapézových plechů.
Trapézové plechy jsou stavebními prvky určenými pro přenášení především plošných zatížení. Zatížení lokálními břemeny lze na ně uplatnit jen omezeně. Na jednotlivé vlny trapézového plechu doporučujeme nahlížet jako na samostatné navzájem nespolupůsobící prvky. U všech zatížení je nutné zohlednit jejich skutečné působení na trapézový plech. I plošné prvky, jako např. podhled apod., mohou trapézový plech zatěžovat lokálně, což bývá bohužel velmi často zanedbáno, přičemž taková chyba může mít velmi dramatický dopad.
Vzhledem k tomu, že dodávky trapézového plechu bývají předmětem velmi tvrdého konkurenčního boje, bývá velmi často jejich statický návrh proveden s téměř nulovou rezervou. Navíc je jejich únosnost v mnoha případech stanovena experimentálně, čímž je vyčerpána jakákoliv rezerva na straně konstrukce, na rozdíl od jiných typů konstrukcí, které mají zpravidla schopnost se plasticky přetvářet, vytvářet plastické klouby atp. To pochopitelně výrazně omezuje možnost budoucího přitížení. Pokud tedy plechy nebyly přímo navrženy pro budoucí instalaci FVE, tak se značnou pravděpodobností při posouzení na dodatečnou instalaci nevyhoví (a to i v případě zajištění rovnoměrného roznosu zatížení).
Potřebné podklady pro statický posudek
Při zadání posudku projektantovi nebo statikovi je nezbytné připravit technické informace, které umožní posoudit únosnost střešní konstrukce. Čím přesnější a úplnější tyto informace dodáte, tím rychleji a levněji vám bude posudek vyhotoven. Zajištění všech potřebných podkladů pro statický posudek může být u již existujících střech značně náročné.
Běžné je, že starší domy nebo stavby realizované svépomocí nemají projektovou dokumentaci. Naštěstí to není problém - statický posudek lze zpracovat i bez PD, když máte jisté opatření včetně fotografií. Sepište stručný popis stavební konstrukce.
Čtěte také: Beton a cement: výpočet
Seznam požadovaných podkladů:
Dále uvedené požadavky na podklady jsou sestaveny především pro případ posudku již existující střechy. Principiálně ale pochopitelně platí i pro novostavby.
- Typ plechu: Označení výrobce a konkrétního profilu.
- Jmenovitá tloušťka plechu.
- Materiál plechu: Není-li identifikace plechu dle označení typu plechu zcela jistá.
- Způsob uložení: Rozpětí plechů, orientace (kolmo, souběžně s vaznicemi), počet vrstev, délka „přeplátování“.
- Výkresy střechy: Např. z pasportu budovy, kde je znázorněna konstrukce a použité materiály.
- Uvažovaná max. hmotnost FVE panelů vč. podkonstrukce.
Je nutno upozornit, že výše uvedené parametry mohou být v každém místě střechy různé, byť se plechy jeví na první pohled jako zcela shodné. Velmi často bývají plechy zesíleny v místě závějí (u atik, u světlíků, u VZT apod.) nebo v místě prostupů. Tyto požadované údaje lze nejlépe zjistit z platného kladečského výkresu skutečného provedení trapézových plechů.
Není-li takový projekční podklad k dispozici, je zapotřebí provést detailní stavebně technický průzkum, tj. zaměření plechů, odebrání vzorků a jejich laboratorní vyhodnocení spočívající minimálně ve stanovení tloušťky jádra plechu (nelze zjistit prostým odměřením - nejprve je zapotřebí odborně odstranit všechny povlaky včetně zinkové vrstvy). Dále je zapotřebí provést ověření mechanických vlastností (tahovou zkouškou).
Analýza zatížení
Při návrhu trapézového plechu bývá uvažováno s náhradním plošným zatížením (zpravidla v intervalu 10-50 kg/m2, dnes běžně i 100 kg/m2) jako s rezervou na technologické rozvody v objektu, na podhledy apod. Tato rezerva mnohdy nebývá vyčerpána a může být využita pro dodatečné osazení FVE. Je však zapotřebí důsledně uvážit problematiku lokálních břemen. Z toho důvodu je ve většině případů nutné provést podrobnou hmotnostní a geometrickou analýzu skutečně osazených břemen a vytvořit „mapu zatížení“ vztaženou ke kladečskému plánu tr. plechů tak, aby bylo zřejmé, kde a jakou hodnotou je zatížena každá jednotlivá vlna tr. plechu.
| Poloha vlny (m) | Zatížení vlny 1 (kg) | Zatížení vlny 2 (kg) | Zatížení vlny 3 (kg) | Zatížení vlny 4 (kg) | Zatížení vlny 5 (kg) |
|---|---|---|---|---|---|
| 0.0 - 0.5 | 10 (x) | 5 | 5 | 5 | 5 |
| 0.5 - 1.0 | 15 (x) | 10 (x) | 5 | 5 | 5 |
| 1.0 - 1.5 | 20 (x) | 15 (x) | 10 (x) | 5 | 5 |
| 1.5 - 2.0 | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 |
Legenda: Křížek v kroužku (x) značí zespodu zavěšené břemeno. Křížek ve čtverečku značí břemeno uložené na střešním plášti.
Důsledky nedostatečného posouzení
Nedostatečně zkoordinované a propracované řešení návrhu FVE ve vztahu ke střešní konstrukci bývá bohužel častou příčinou pozdějších komplikací při realizaci záměru osadit FVE a nezřídka může vést ke zmaření celé plánované investice či k jejím podstatným změnám (omezení výkonu, nutnost zesilování střechy apod.), případně v extrémním případě k havárii konstrukce (tj. porušení trapézového plechu). Pokud nosnost střechy nevychází, je potřeba navrhnout pro zařízení samostatnou konstrukci.
Zároveň je vhodné zvýšit informovanost stavebníků a dotčených orgánů. Bohužel platí, že samotný projektový návrh firem specializovaných na fotovoltaiku nepostačuje. Pořizovatel fotovoltaického zařízení se často domnívá, že posouzení vhodnosti střechy je již dodavatelem vyřešeno nebo že není důležité se jím zabývat. To je zásadní neznalost. Instalaci je třeba řešit celkově.
Při všech těchto pracích je nutná účast autorizovaných osob. To platí i pro atypické konstrukce, jako je například fotovoltaika na zábradlí balkonů, kde je potřeba posoudit konstrukce, aby nehrozilo, že při věším větru elektrárna uletí nebo spadne.
tags: #staticky #vypocet #strechy #informace