The forces upon a collector and roof are the major consideration when designing a rack or selecting mounting hardware. These forces a categorized as dead loads, live loads, and environmental loads. Dead loads result from the weight of the collector, the mounting hardware, and the collector fluid-and remain constant. For SWH systems that use glazed flat-plate or evacuated-tube collectors, the collector dead load is approximately 3 to 5 pounds per square foot(psf). For comparison, a layer of shingles has a dead load of 2 to 3 psf. he exact empty and filled weights of a particular collector can be obtained from the manufacturer's specification sheets. Integral collector storage(ICS) units and thermosyphon systems contain tanks and may have dead loads that range from 25 to 70 psf Live loads are intermittent, resulting from movable objects The weights of the staged equipment and of solar installers working on a roof would be considered live loads. These loads typically don't affect rack design, but the roof itself must be able to support live loads Environmental loads come from rain, snow, earthquakes and wind. Rain is rarely considered when designing the mounting for a solar array unless the design causes pooling on the roof. It is best practice to avoid such a situation by orienting the attachments to the roof in a manner that permits normal drainage of the roof surface Typical snow loads in the United States range from zero in areas such as Florida and Southern California to 100 psf in northern Maine to up to 400 psf in some locations in Alaska. Drifting and sliding snow can increase these loads
significantly. Snow loads for collector racks are affected by local siting-whether they are in an exposed area where wind will readily blow snow off, or they are in a sheltered area where the snow is unlikely to be blown away Due to their filled weight, ICS and thermosyphon systems may be subjected to significant earthquake loads Consideration of earthquakes is specific to portions of California, as well as Hawaii, Puerto Rico, and the U.S. Virgin Islands. Evaluating the effects of these loads is complex and should involve professional engineering Wind loads are a critical consideration for tilted racks. The greater angle a collector is from the plane it is mounted on, the more impact wind loads will have. The magnitude of wind loads depends upon Wind speeds at the particular location The height at which the collector is mounted. A collector mounted on a 30-foot-high roof, for example, will experience greater wind loads than one mounted on a lower roof The collector exposure. Coastal homes that are unsheltered, for example, will have much greater wind loads than homes sheltered by large buildings or trees Wind-loading effects are exponentially related to the wind speed. A site with twice the wind speed of another will be subject to four times the wind force. Maps are available to assist designers with determining wind speed. In some cases, local authorities having jurisdiction will specify the design" ind speed
Distributed versus concentrated loads. Many roof loads are considered distributed loads, which means they are spread out evenly over an area-like the roof sheathing, underlayment and roofing material. Wind and snow loads on the roof surface are also distributed loads. But when the wind or snow load is on the collector, it is exerted on the feet, becoming a concentrated load, which is applied to points on the roof structure. Concentrated loads for flush-mounted collectors tend to have minimal impact on the stresses in the roof structure. When collectors are installed on tilt racks, the geometry of a tilt rack amplifies the impacts of the wind. The design of the mounting rack will have a significant effect on how large the concentrated loads will be on the roof structure.
Ground Mounted SWH Systems Likely, the best solar window at your site will determine whether your solar water heating(SWH) system is roof-mounted or ground mounted. Both have their advantages and disadvantages Since the ground-mount is independent of the roof, any concerns associated with the strength of the roof for supporting solar collectors are eliminated. Using a ground-mounted array also minimizes the safety risks associated with installing equipment on an elevated surface. Tilt racks are commonly used in ground mounted systems and provide the owner with an opportunity to install the collectors at an angle that best suits the application However, ground-mounted systems require their own foundation and are usually more expensive than roof-mounted SWH systems. Besides cost, there are other challenges associated with ground-mounted arrays. The type of soil in an area can have a huge impact on the stability of a new foundation. The presence of rock ledge may require drilling and pins to secure the foundation and clay may cause settling that could affect the integrity of the collector array. Additionally, ground-mounted arrays typically require burying pipe and can significantly increase the amount of piping needed between the collector array and the storage tank. This not only adds costs but also can affect performance by increasing heat loss in the system and potentially requiring more pumping power.
Rack Design Racks are designed to transfer dead and environmental loads from the collectors to the roof structure. Hardware secures the collectors to the rack, the rack is attached to the building surface(usually the roof and the structure then carries the loads to the ground. SWH mounting kits are usually available from the collector manufacturer to match the collectors' frame. Most mounting kits use clamps that are inserted into frame extrusions, and proprietary mounting hardware. This is in contrast to most PV racks, which can be used with most modules. Two types of tilt racks are common strut-type aluminum racks for flat-plate collectors and stainless-steel racks for evacuated-tube collectors. ICS units may also be installed o tilt racks, but these collectors are less prevalent in the U.S than flat-plate and evacuated-tube collectors. Installing collectors in a landscape position can improve the aesthetics of the installation and reduce the wind loads the roof
Tilt or Parallel? For aesthetics, it is often preferable to mount collectors at the same slope as the roof Parallel-mounted arrays are less conspicuous and also minimize the effects of wind on the collector array. But in systems where parallel mounting will dramatically impact system performance-for example when the roof pitch is too shallow, placing the collector at risk of summertime overheating and wintertime underperformance-tilt racks may be used. A tilt rack elevates the upper portion of the collector to increase the array's mounting angle. For further discussion about the impact of the collector tilt on system performance see"Site Assessment for Solar Water Heating Systems in HP159(homepower.com/159.64)
Aluminum for flat-plate collectors. Several manufacturers offer a tilt rack that uses two struts one supports the upper portion of the collector, while the other supports the bottom portion. The upper strut is connected to legs attached to feet that are secured to the roof structure. The lower rail is attached directly to mounting feet without legs. The distance between the rails depends upon the environmental loads and the strength of the collector frame. Loads can cause bending stresses, which also are affected by beefiness of the collector frame. Lighter, shallower frames will have more deflection(i.e., will bend more) and require more support than deeper frames. Longer cantilevers will increase the stresses in the collector frame, as will a large spacing between the rails. The allowable cantilever collector is less than the allowable span between the rails. For example SunEarth specifies a maximum cantilevered length that is 20% When the roof orientation is less than ideal, tilt racks can often be rotated 90° to allow for a wall-mounted array
This aluminum tilt-up rack for flat-plate collectors(by SunEarth) makes the most of a shallow roof pitch. of the length of the collector while allowing the rails to be spaced at roughly 75% of the collector length. Stainless steel for evacuated-tube collectors In contrast to flat-plate collectors, which can use the structure of the collector frame for bracing and support, evacuated-tube collectors rely strictly on the rack for structural support. Since stainless steel is stronger than aluminum, the thickness and size of an evacuated-tube rack tend to be thinner and smaller than those for a flat-plate collector. Racks for evacuated tubes require significantly more bracing-the manifold could easily be pushed sideways since the collector itself lacks the rigidity of a flat-plate collector. Diagonal bracing is required for evacuated-tube tilt racks.
An evacuated-tube collector is secured to the rack by clamping the manifold and the tube's mounting rail to a frame, which has two or three rails that run parallel to the tubes. The collector is tilted by using legs bolted to the mounting rails and attached to the roof via a foot or to another stainless steel section that connects to the bottom end of the mounting rail to form a triangle Evacuated-tube collectors often need cross-bracing, seen here through and behind the tubes.
Sealing Roof Attachments With the recent explosion of residential grid-tied PV systems numerous flashing products have been introduced to help waterproof roof attachment points. Many of these products are easy to integrate with parallel-mounted solar collectors However, using these products with tilt racks proves to be a greater challenge. Most mounting feet on tilt racks require two lag screws to resist the withdrawal forces that can occur at the rear foot. Though there are a number of mechanical flashing products on the market that utilize two lag screws, only a few integrate with selected tilt racks in the SWH industry. H
กองเก็บและหลังคาจะพิจารณาหลักออกเป็นชั้น หรือเลือกติดตั้งฮาร์ดแวร์ เหล่านี้กำลังเป็นประเภทตายโหลด โหลด live และสิ่งแวดล้อมโหลด โหลดตายเป็นผลมาจากน้ำหนักของตัวเก็บรวบรวม การติดตั้งฮาร์ดแวร์ และน้ำมันเก็บ- และคง สำหรับระบบ SWH ที่ใช้เคลือบ จานแบน หรือ หลอดอพยพสะสม โหลดตายเก็บได้ประมาณ 3-5 ปอนด์ ต่อตาราง foot(psf) สำหรับการเปรียบเทียบ ชั้นของงูสวัดมีการโหลดตายของ psf. 2-3 เขาแน่นอนว่าง และกรอกข้อมูล สามารถรับน้ำหนักของเก็บเฉพาะจากแผ่นข้อมูลจำเพาะของผู้ผลิต รวบรวมเป็น storage(ICS) หน่วยและระบบ thermosyphon ประกอบด้วยถัง และอาจโหลดตายที่ช่วงจาก 25 psf 70 โหลด Live อย่าง เกิดจากสามารถเคลื่อนย้ายวัตถุน้ำหนักของอุปกรณ์ที่กำหนด และของติดตั้งพลังงานแสงอาทิตย์ที่ทำงานบนหลังคาจะเป็นโหลด live โหลดเหล่านี้โดยทั่วไปไม่มีผลต่อการออกแบบชั้นวาง แต่หลังคาเองต้องสามารถรองรับโหลด live โหลดสิ่งแวดล้อมมาจากฝน หิมะ แผ่นดินไหว และลม ฝนไม่ค่อยถือว่าเมื่อออกแบบติดตั้งสำหรับอาร์เรย์พลังงานแสงอาทิตย์นอกจากทำให้การออกแบบร่วมกันบนดาดฟ้า จึงควรหลีกเลี่ยงสถานการณ์ดังกล่าว โดย orienting สิ่งที่แนบไปยังดาดฟ้าซึ่งอนุญาตให้ระบายน้ำปกติโหลดหิมะทั่วไปพื้นผิวหลังคาในช่วงสหรัฐอเมริกาศูนย์ในพื้นที่เช่นรัฐฟลอริดาและแคลิฟอร์เนียภาคใต้ 100 psf ในเมนเหนือไปถึง 400 psf ในบางสถานอะลาสกา ลอย และเลื่อนหิมะสามารถเพิ่มโหลดเหล่านี้อย่างมีนัยสำคัญ โหลดหิมะสำหรับชั้นเก็บได้รับผลกระทบ โดยภายในกำหนด-อยู่ในพื้นที่สัมผัสที่ลมจะพัดหิมะพร้อมปิด หรืออยู่ในบริเวณที่กำบังที่หิมะไม่น่าจะถูกพัดไปเนื่องจากน้ำหนักของพวกเขาเต็ม ICS และ thermosyphon ระบบอาจอยู่ภายใต้การเกิดแผ่นดินไหวที่สำคัญโหลดพิจารณาเกิดแผ่นดินไหวว่าเฉพาะบางส่วนของแคลิฟอร์เนีย ฮาวาย เปอร์โตริโก และหมู่ เกาะเวอร์จินของสหรัฐอเมริกา ประเมินผลกระทบของโหลดเหล่านี้มีความซับซ้อน และควรเกี่ยวข้องกับวิชาชีพวิศวกรรมโหลดลมเป็นปัจจัยสำคัญสำหรับชั้นรับน้ำหนัก มุมสูงที่เก็บได้จากเครื่องบินจะติดตั้งบน ลมผลกระทบเพิ่มเติมโหลดได้ ขนาดของโหลดลมขึ้นอยู่กับความเร็วลมที่ตำแหน่งเฉพาะความสูงที่ติดตัวเก็บรวบรวม รวบรวมการติดตั้งบนหลังคาสูง 30 ฟุต เช่น จะพบโหลดลมมากขึ้นกว่าหนึ่งติดตั้งบนหลังคาที่ต่ำกว่าแสงอาทิตย์ บ้านชายฝั่งทะเลที่เป็น unsheltered ตัวอย่าง ได้ยิ่งลมโหลดมากกว่าบ้านสถานที่อาคารขนาดใหญ่ หรือต้นไม้ผลการโหลดลมสร้างเกี่ยวข้องกับความเร็วลม ไซต์ที่ มีสองความเร็วลมอีกจะ มีครั้งที่สี่ลมแรง แผนที่มีการช่วยออกแบบ ด้วยการกำหนดความเร็วลม ในบางกรณี หน่วยงานท้องถิ่นที่มีอำนาจจะระบุการออกแบบ"ความเร็ว indกระจายเมื่อเทียบกับปริมาณเข้มข้น โหลดหลังคาหลายจะพิจารณากระจายโหลด ซึ่งหมายความว่า พวกเขากระจายออกผ่านการตั้งเหมือนหลังคา sheathing, underlayment และวัสดุหลังคา โหลดลมและหิมะบนพื้นผิวหลังคาก็โหลดแบบกระจาย แต่เมื่อโหลดลมหรือหิมะตัวเก็บรวบรวม มันนั่นเองเท้า กลายเป็น โหลดเข้มข้น ซึ่งใช้จุดบนโครงสร้างหลังคา โหลดเข้มข้นสำหรับล้างติดสะสมมักจะ มีผลกระทบน้อยที่สุดในความตึงเครียดในโครงสร้างหลังคา เมื่อติดตั้งสะสมบนชั้นเอียง เรขาคณิตของชั้นเอียงกำลังโคจรอยู่ซึ่งผลกระทบของลม การออกแบบของชั้นติดจะมีผลสำคัญในขนาดปริมาณเข้มข้นจะอยู่ในโครงสร้างหลังคาดินติด SWH ระบบแล้ว ส่วนแสงหน้าต่างที่ไซต์ของคุณจะกำหนดว่า ระบบ heating(SWH) ของคุณน้ำมีหลังคาติดตั้ง หรือติดตั้งพื้น ทั้งสองมีข้อได้เปรียบของพวกเขา และจะตัดออกเสียตั้งแต่ภูเขาพื้นดินเป็นอิสระหลังคา ข้อสงสัยใด ๆ ที่เกี่ยวข้องกับความแข็งแรงของหลังคาเพื่อสนับสนุนพลังงานแสงอาทิตย์สะสม นอกจากนี้ยังใช้อาร์เรย์ที่ติดพื้นดินช่วยลดความเสี่ยงความปลอดภัยที่เกี่ยวข้องกับการติดตั้งอุปกรณ์บนพื้นผิวที่สูง ชั้นเอียงใช้กันทั่วไปในพื้นดินที่ติดตั้งระบบ และเจ้าของมีโอกาสที่จะสะสมในมุมที่เหมาะสมกับแอพลิเคชันอย่างไรก็ตามการติดตั้ง ระบบติดดินต้องมูลนิธิของตนเอง และมักจะแพงกว่าระบบ SWH หลังคาติดตั้ง นอกจากต้นทุน มีความท้าทายอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องกับอาร์เรย์ที่ติดพื้นดิน ชนิดของดินในพื้นที่สามารถมีผลกระทบมากกับความมั่นคงของมูลนิธิใหม่ ของหินหิ้งอาจเจาะและหมุดเพื่อมูลนิธิ และดินอาจทำให้เกิดตะกอนที่อาจมีผลต่อความสมบูรณ์ของอาร์เรย์เก็บ นอกจากนี้ เรย์ติดพื้นดินโดยทั่วไปต้อง burying ท่อ และสามารถเพิ่มจำนวนท่อที่จำเป็นระหว่างการเก็บอาร์เรย์และถัง นี้ไม่เพียงแต่เพิ่มต้นทุน แต่ยัง สามารถส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพการทำงาน โดยเพิ่มการสูญเสียความร้อนในระบบ และอาจต้องใช้สูบน้ำพลังงานชั้นวางชั้นวางของออกแบบถูกออกแบบมาเพื่อถ่ายโอนโหลดตาย และสิ่งแวดล้อมจากการสะสมโครงสร้างหลังคา ฮาร์ดแวร์ยึดสะสมเพื่อชั้น ชั้นแนบกับพื้นผิวอาคาร (ปกติหลังคาและโครงสร้างแล้วนำโหลดไปพื้นดิน ชุดติดตั้ง SWH มีปกติจากผู้ผลิตเก็บให้ตรงกับกรอบของสะสม ชุดติดตั้งที่ส่วนใหญ่ใช้ clamps ที่มีแทรกเฟรม extrusions และฟทร์แวร์ติดตั้งฮาร์ดแวร์ อยู่ตรงข้ามส่วนใหญ่วิศวกรรมชั้น ซึ่งสามารถใช้กับโมดูลส่วนใหญ่ ชนิดสองชั้นเอียงเป็นชั้นอลูมิเนียมชนิดป๋อนี้ทั่วไปสำหรับการสะสมแผ่นแบนและราวเหล็กสเตนเลสสำหรับสะสมหลอดอพยพ หน่วย ICS อาจ o ติดตั้งเอียงราว แต่เหล่านี้สะสมอยู่น้อยที่แพร่หลายในอเมริกาที่กว่าสะสม จานแบน และ หลอดอพยพ ติดตั้งสะสมในตำแหน่งแนวนอนสามารถปรับปรุงความสวยงามของการติดตั้ง และลดโหลดลมหลังคาTilt or Parallel? For aesthetics, it is often preferable to mount collectors at the same slope as the roof Parallel-mounted arrays are less conspicuous and also minimize the effects of wind on the collector array. But in systems where parallel mounting will dramatically impact system performance-for example when the roof pitch is too shallow, placing the collector at risk of summertime overheating and wintertime underperformance-tilt racks may be used. A tilt rack elevates the upper portion of the collector to increase the array's mounting angle. For further discussion about the impact of the collector tilt on system performance see"Site Assessment for Solar Water Heating Systems in HP159(homepower.com/159.64)Aluminum for flat-plate collectors. Several manufacturers offer a tilt rack that uses two struts one supports the upper portion of the collector, while the other supports the bottom portion. The upper strut is connected to legs attached to feet that are secured to the roof structure. The lower rail is attached directly to mounting feet without legs. The distance between the rails depends upon the environmental loads and the strength of the collector frame. Loads can cause bending stresses, which also are affected by beefiness of the collector frame. Lighter, shallower frames will have more deflection(i.e., will bend more) and require more support than deeper frames. Longer cantilevers will increase the stresses in the collector frame, as will a large spacing between the rails. The allowable cantilever collector is less than the allowable span between the rails. For example SunEarth specifies a maximum cantilevered length that is 20% When the roof orientation is less than ideal, tilt racks can often be rotated 90° to allow for a wall-mounted arrayThis aluminum tilt-up rack for flat-plate collectors(by SunEarth) makes the most of a shallow roof pitch. of the length of the collector while allowing the rails to be spaced at roughly 75% of the collector length. Stainless steel for evacuated-tube collectors In contrast to flat-plate collectors, which can use the structure of the collector frame for bracing and support, evacuated-tube collectors rely strictly on the rack for structural support. Since stainless steel is stronger than aluminum, the thickness and size of an evacuated-tube rack tend to be thinner and smaller than those for a flat-plate collector. Racks for evacuated tubes require significantly more bracing-the manifold could easily be pushed sideways since the collector itself lacks the rigidity of a flat-plate collector. Diagonal bracing is required for evacuated-tube tilt racks.An evacuated-tube collector is secured to the rack by clamping the manifold and the tube's mounting rail to a frame, which has two or three rails that run parallel to the tubes. The collector is tilted by using legs bolted to the mounting rails and attached to the roof via a foot or to another stainless steel section that connects to the bottom end of the mounting rail to form a triangle Evacuated-tube collectors often need cross-bracing, seen here through and behind the tubes.Sealing Roof Attachments With the recent explosion of residential grid-tied PV systems numerous flashing products have been introduced to help waterproof roof attachment points. Many of these products are easy to integrate with parallel-mounted solar collectors However, using these products with tilt racks proves to be a greater challenge. Most mounting feet on tilt racks require two lag screws to resist the withdrawal forces that can occur at the rear foot. Though there are a number of mechanical flashing products on the market that utilize two lag screws, only a few integrate with selected tilt racks in the SWH industry. H
การแปล กรุณารอสักครู่..