《民用建筑太阳能光伏系统应用技术规范》中屋面安装相关条文解读-solarbe文库

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1 民用建筑太阳能光伏系统应用技术规范中屋面安装部分内容编制背景1．1 屋面光伏系统发展潜力巨大近年来我国太阳能光伏技术得到了长足的发展，光伏系统在建筑中的应用已经成为太阳能光伏技术发展的重要方向。在建筑中，面积相同的情况下，南向坡屋面接收的太阳辐射量是南立面的 1.85 倍，平屋面接收的太阳辐射量是南立面的 1.65 倍，因此发展屋面光伏系统是推动光伏系统在建筑中应用的十分重要的一步。屋面光伏系统具有巨大的发展潜力。据统计，截止到 2008 年底，我国总建筑面积为 410.2 亿 m2，其中城市房屋建筑面积为 176.5 亿 m2，村镇房屋建筑面积为 233.7 亿 m2 [1]。根据推算，到 2009 年底，我国总建筑面积约为 430.2 亿 m2，其中城市房屋建筑面积为194.1 亿 m2，村镇房屋建筑面积为 236.1 亿 m2。建筑Interpretation of Terms Related to Roof Installation in Technical Specification for PV System of Civil Buildings Zeng Yan， ZhongJishou， Zhang Lei， Lu Yongfei（ China Architecture Design and ResearchGroup, Beijing 100022, China）Abstract The newly developed Technical specification for PV system of civil buildings presents a complete technicalsystem for application of PV system in civil buildings, covering from design, construction to inspection and acceptance. Thearticle introduces installation types of roof PV system and gives one by one interpretation of terms related to roof installation,adding that purposeof the terms developed is to ensure normal operation of the PV roofs, such as drainage, waterproofing andinsulating.Key words solar PV system; technical specification; roof installation; waterproofing;drainage 民用建筑太阳能光伏系统应用技术规范中屋面安装相关条文解读曾雁，仲继寿，张磊，鲁永飞（中国建筑设计研究院，北京 100044）摘要最新编制的民用太阳能光伏系统应用技术规范从设计到施工再到验收，建立了一套完善的民用太阳能光伏系统应用技术体系。本文介绍了屋面光伏系统的安装形式，并对规范中有关屋面光伏系统安装的条文作了逐条解读；指出规范中此部分条文规定的目的是确保光伏屋面正常的排水、防水、保温隔热等功能，实现屋面光伏系统的高效运行。关键词太阳能光伏系统；技术规范；屋面安装；防水；排水文章编号 1007-497X（ 2011）－ 11－ 0001-06 中图分类号 TU231 文献标识码 A 收稿日期 2011-02-21基金项目 “ 十一五 ” 国家科技支撑计划项目 “ 可再生能源与建筑集成示范工程 ” 课题（编号 2006BAA04B05）研究成果之一。作者简介曾雁，男，国家一级注册建筑师，教授级高级建筑师，现任中国建筑设计研究院太阳能建筑技术研究所总建筑师。联系地址 100044 北京市西城车公庄大街 19 号住宅工程中心，电话 010-88327102 ， E-mail zengycadg.cn。标准规范中国建筑防水 · 屋面工程2011． 11 01面积中可用于安装光伏系统的面积合计 185.1 亿 m2，其中屋面面积为 89 亿 m2（城市可用于安装光伏系统的屋面面积为 11 亿 m2，农村可用于安装光伏系统的屋面面积为 78 亿 m2）。如果 20的屋顶安装太阳能电池，就会有 178 GWp 的装机容量，因此屋面光伏系统市场发展潜力巨大。近年来政府也出台了一系列的优惠补贴政策来支持屋面光伏系统的发展。 2009 年 3 月颁布了太阳能光电建筑应用财政补助资金管理暂行办法，支持开展光电建筑应用示范，并开始实施 “ 太阳能屋顶计划 ” ，对城市光电建筑一体化应用、农村及偏远地区建筑光电利用等给予定额补助。1.2 屋面光伏系统设计安装尚存在较多问题由于之前缺少太阳能光伏系统在建筑中应用的相关标准和规范，使得光伏系统在屋面的安装较为混乱，不论是对系统效率还是对建筑自身功能都造成了负面影响。屋面光伏系统的安装存在的问题主要包括破坏屋面防水、阻碍屋面排水、倾角设置不当、通风散热不好、灰尘积雪清理困难等几个方面。为指导和规范光伏系统在建筑中的应用，由中国建筑设计研究院、太阳能建筑专业委员会组织编写了民用建筑太阳能光伏系统应用技术规范（以下简称规范），从设计到施工再到验收，建立了一套完善的技术体系。在该规范中，针对屋面光伏系统的安装作了详细的规定。2 光伏系统与屋面常见的结合形式根据屋顶形式的不同，光伏组件的安装方式也有所不同。通常在平屋面的安装方式有倾斜支架安装、平行架空安装以及平铺安装几种；在坡屋面的安装方式有顺坡平行架空安装、顺坡镶嵌式安装、光伏瓦安装；另外还有中庭顶部的采光顶安装。2.1 平屋面安装在平屋面的安装方式中，倾斜支架安装是将光伏组件固定在支架上，再通过基座固定在屋面上，可以根据当地太阳辐射情况调节支架倾角（图 1 左上）。这种安装方式影响上人屋面的使用，并需要留出检修、疏散等通道。平行架空安装是在平屋面上设置架空的框架，在框架上通过支架安装光伏组件，并通过支架调节倾角（图 1 右上）。这种安装方式不影响上人屋面的使用，检修可以在架空空间及光伏组件的前后排间隙完成，安装面积大。平铺式安装是将光伏组件平铺在平屋面上，这种安装方式不会造成前后遮挡，安装面积大，但一般说来倾角不可调节，组件效率较低（图 1 下）。2.2 坡屋面安装在坡屋面的安装方式中，顺坡平行架空安装是将光伏组件通过支架架空在坡屋面上，组件与支架的倾角与屋面坡度相同（图 2 中部）。这种安装方式对屋面防水影响较小，仅需对基座处采取防水措施即可，且便于组件的接线与背板的通风；但它对屋面的外观影响较大。顺坡镶嵌式安装是将光伏组件镶嵌在屋面中，组件表面与屋面瓦平齐（图 2 两翼）。这种安装方式对屋面外观影响较小，但组件周边防水面积大、背板通风散热不好。光伏瓦安装就是用属于 “ 建材型光伏构件 ” 的光伏瓦替代传统的瓦片，做法与传统的瓦屋面相同（图 3）。这种做法是将光伏组件视为建筑不可分割的构件，实现了光伏建筑的一体化，但目前国内能生产光伏瓦的厂家较少。2.3 采光顶安装标准规范02 CBW-Roofing Engineering 2011.11中庭顶部的采光顶式安装是将光伏系统与传统的采光顶结合（图 4），安装方法与光伏幕墙相似，但对组件之间的防水性能要求较高，而且对中庭的采光有影响。3 规范中与屋面光伏系统安装相关条文解读规范中针对屋面光伏系统安装常见的问题，制定的相关条文共有 4.3.4、 4.3.5、 4.3.7、 4.3.8、 4.3.9、5.2.3、 5.2.4、 5.4.4、 6.1.2、 6.2.2 等 10 条，其中 4.3.8 包含 9 小项， 4.3.9 包含 4 小项， 6.1.2 包含 3 小项。具体内容如下。3.1 规划、建筑和结构设计阶段1） 4.3.4 光伏组件不应跨越建筑变形缝设置。建筑主体结构在伸缩缝、沉降缝、防震缝的变形缝两侧会发生相对位移，若光伏组件跨越屋面变形缝，则在建筑主体发生相对位移时会遭到破坏。因此，为保证光伏组件的安全，不应跨越建筑变形缝设置。2） 4.3.5 光伏组件的安装不应影响所在建筑部位的雨水排放。光伏组件在平屋面上安装时，支架基座的设置不应影响安装部位的排水，组件顶部不应出现局部积水等情况。3） 4.3.7 在多雪地区建筑屋面上安装光伏组件时，宜设置人工融雪、清雪的安全通道。冬季光伏组件上的积雪不易清除，因此在多雪地区的建筑屋面上安装光伏组件时，宜采用人工融雪、清雪设置安全通道的办法，能够及时地清理积雪并避免滑落后的积雪对光伏组件造成遮挡。4） 4.3.8 在平屋面上安装光伏组件应符合下列规定1 光伏组件安装宜按最佳倾角进行设计；当光伏组件安装倾角小于 10° 时，应设置维修、人工清洗的设施与通道。3 采用支架安装的光伏方阵中光伏组件的间距应满足冬至日投射到光伏组件上的阳光不受遮挡的要求。太阳高度角较高时，安装倾角过大会降低太阳辐射的有效接收面积；太阳高度角较小时，光伏方阵排列过密则会造成相互遮挡。因此，必须进行日照计算分析来确定光伏组件的最佳倾角，并综合考虑各季节的太阳高度角、辐照强度以及日照时数，以增加光伏组件的安装面积并提高光伏方阵的效率。2 光伏组件安装支架宜采用自动跟踪型或手动调节型的可调节支架。采用自动跟踪型可调支架或手动调节型可调支架，能够根据不同季节的太阳高度角来调节光伏组件标准规范中国建筑防水 · 屋面工程2011． 11 03的倾角，还能根据不同时段的太阳方位角，来调节光伏组件朝向，以增加太阳辐射的有效接收面积，提高发电效率。4 在建筑平屋面上安装光伏组件，应选择不影响屋面排水功能的基座形式和安装方式。常用的支架基座形式有点式和条式两种。点式基座占面积小，不影响屋面排水；条式基座与排水方向垂直布置时会阻碍雨水排放。因此，在屋面上安装光伏组件支架，应选择点式基座形式，不应选择与屋面排水方向垂直的条形基座。5 光伏组件基座与结构层相连时，防水层应铺设到基座和金属埋件的上部，并应在地脚螺栓周围做密封处理。6 在平屋面防水层上安装光伏组件时，其支架基座下部应增设附加防水层。5、 6 两项针对的是基座顶部金属埋件周边的防水薄弱环节，如处理不当，雨水容易从埋件的螺栓周围下渗到达结构层，对结构层的受力钢筋造成腐蚀，形成安全隐患。因此，设置光伏组件基座时应当将防水层铺设到基座和金属埋件的上部，并在地脚螺栓周围做密封处理，隔绝雨水下渗路径；此外还应在基座下部增设一层附加防水层（图 5），即使基座顶部发生渗漏，雨水也不会到达结构层。7 对直接构成建筑屋面面层的建材型光伏构件，除应保障屋面排水通畅外，安装基层还应具有一定的刚度；在空气质量较差的地区，还应设置清洗光伏组件表面的设施。建材型光伏构件作为建材直接构成建筑屋面的面层，除了满足光伏组件的性能外，还应满足作为屋面面层材料所需的基本性能，如必须能够顺畅地排放雨水；还有，由于建材型光伏构件作为面层材料安装在屋面最外层，屋面就没有了原本应有的保护层，因此，建材型光伏构件必须具备一定的刚度，以便充当保护层的作用。此外，在尘土较多的地区，灰尘积累在光伏组件表面到达一定程度时会严重影响组件的发电效率，因此必须设置清洗光伏组件表面的设施，以保证光伏组件表面的清洁度。8 光伏组件周围屋面、检修通道、屋面出入口和标准规范04 CBW-Roofing Engineering 2011.11光伏方阵之间的人行通道上部应铺设保护层。由于光伏方阵需要经常性的检修、维护，人员往来频繁、器材堆积，因此，在光伏组件周围屋面、检修通道、屋面出入口和光伏方阵之间的人行通道处，应铺设刚度较大的刚性保护层，以防止屋面防水层被破坏。9 光伏组件的引线穿过平屋面处应预埋防水套管，并应做防水密封处理；防水套管应在平屋面防水层施工前埋设完毕。光伏系统管线较多，屋面的光伏组件所发的电需通过引线接到室内的供配电柜，在引线穿过屋面处应预埋防水套管，以保护引线的安全。防水套管应当在屋面防水层施工之前埋设完毕，并且套管周边应做好防水密封处理。5） 4.3.9 在坡屋面上安装光伏组件应符合下列规定1 坡屋面坡度宜按光伏组件全年获得电能最多的倾角设计。由于光伏组件与坡面坡度相同，为获得更多太阳辐射，应以光伏组件全年获得电能最多为原则，通过日照计算并综合考虑各季节的太阳高度角、辐照强度以及日照时数来确定屋面坡度。在低纬度地区，还要注意屋面坡度不影响屋面的排水。2 光伏组件宜采用顺坡镶嵌或顺坡架空安装方式。根据与屋面结合的形式来分，坡屋面常用的光伏组件安装方式主要有顺坡镶嵌和架空安装两种。顺坡镶嵌即光伏组件镶嵌在坡屋面中，组件表面与瓦面相平，组件与屋面浑然一体，但通风不好；顺坡架空安装即光伏组件通过支架架设在屋面之上，组件的通风散热较好，但组件突出屋面，视觉效果受到影响。可以根据建筑设计的要求来选择顺坡镶嵌或是顺坡架空安装。3 建材型光伏构件与周围屋面材料连接部位应做好建筑构造处理，并应满足屋面整体的保温、防水等功能要求。建材型光伏构件在坡屋面安装时，与周围屋面其他材料连接的部位易出现冷桥，防水层的铺设易出现渗漏，因此连接部位的构造应采取针对性的措施，避免出现上述问题，保证光伏构件及连接部位满足屋面保温、防水等功能要求。4 顺坡支架安装的光伏组件与屋面之间的垂直距离应满足安装和通风散热间隙的要求。顺坡架空在屋面上的光伏组件与屋面间，宜留有大于 100 mm 的通风间隙（图 6）。控制通风间隙的目的有两个，一是通过加强屋面通风来降低光伏组件背板的温度，提高发电效率；二是保证组件安装维护的空间。3.2 太阳能光伏系统安装阶段1） 5.2.3 屋面结构层上现场砌筑（或浇筑）的基座，完工后应做防水处理，并应符合现行国家标准屋面工程质量验收规范 GB 50207 的规定。在既有屋面上现场砌筑（或浇筑）基座，必须先拆开原屋面的防水层、保温层才能施工；被破坏的防水层存在漏水隐患，应采取措施加强该处的防水，并满足屋面工程质量验收规范的规定。2） 5.2.4 预制基座应放置平稳、整齐，固定牢固，且不得破坏屋面的防水层。在既有屋面上采用直接放置支架基座的方式安装光伏系统时，基座不与原屋面的结构层发生关系；为保证结构的安全性，必须保证基座放置平稳、整齐，并需要采取措施进行固定，避免发生倾覆、滑移等现象。由于基座与结构层不发生关系，设置附加防水层困难，因此，应尽量保全原屋面的防水层。3） 5.4.4 光伏组件或方阵与建筑面层之间应留有安装空间和散热间隙，并不得被施工等杂物填塞。与 4.3.9 的第 4 项的目的相同，所留的空间为了满足光伏组件背板的通风降温以及组件的安装维修所用，要保持空间的顺畅。3.3 工程验收阶段1） 6.1.2 光伏系统工程验收前，应在安装施工中完成隐蔽项目的现场验收。标准规范中国建筑防水 · 屋面工程2011． 11 05欢迎投稿cbwcbw.com.cn在所列出的隐蔽项目中包括了 “ 预埋件或后置螺栓（锚栓）连接件 ” 、“ 基座、支架、光伏组件四周与主体结构的连接点 ” 以及 “ 基座、支架、光伏组件四周与主体围护结构支架的建筑构造做法 ” 。这三项隐蔽项目的验收主要针对两个问题第一，保证结构安全，主要是连接件的力学性能以及防腐处理；第二，保证屋面的功能，主要是防水处理以及保温做法。支架基座与结构层的连接处以及镶嵌安装时组件与周围瓦片交接部位是防水和保温的薄弱环节，应当采取措施加强防水并避免出现冷桥。2） 6.2.2 对影响工程安全和系统性能的工序，必须在本工序验收合格后才能进入下一道工序的施工。在所列的工序中，列在第一项的工序就是 “ 在屋面光伏系统工程施工前，进行屋面防水工程的验收 ” 。这主要针对基座与结构层的连接部位的防水做法，基座周边设置的附加防水层需延伸至基座顶部预埋件底部；由于施工工序的原因，必须在支架安装前予以验收。4 结语从规划设计到系统安装再到工程验收，与屋面光伏系统安装相关的条文都多次提到保证屋面防水，由此我们可以看出，规范对于屋面光伏系统相关防水技术的重视。此外，规范还对屋面光伏系统的正常运行提出了一系列保障措施，包括保证光伏组件合理的倾角设置、光伏组件表面的清洁、组件的通风降温措施等。规范通过从设计、安装、验收全过程进行全面控制，做到统一规划、同步设计、同步施工和同步验收，以确保屋面正常的排水、防水、保温隔热等功能，并实现屋面光伏系统的高效运行。该规范现已发布实施，标准号为 JGJ 203 2010。参考文献[1] 中华人民共和国国家统计局 .中国统计年鉴 2009[M]. 北京中国统计出版社， 2009.标准规范06 CBW-Roofing Engineering 2011.11