Windlast bzw. Winddruckberechnung bei einem Sonnensegel

Jeder , der sich mit dem Gedanken trägt ein feststehendes Sonnensegel zu installieren, hat sicherlich zunächst ein “muliges” Gefühl, wenn er daran denkt wie sich das Sonnensegel wohl bei Wind bzw. Sturm verhält und welche Kräfte wohl bei einem Sturm auf die Befestigungspunkte wirken.

Oft bekommt man darüber von den Herstellern keine oder nur unzureichende Informationen.

Wir versuchen nachfolgend die Theorie in die praktische Anwendung umzusetzen!

1. Der Winddruck

Wie berechnet man den Winddruck?
Hier die Formel: (CW:2) x P x A x V²

CW = CW Wert; z.B. 1,10 bei einer Quadratplatte von 1m²
P= Dichte; 1,225 kg/m³ Normdichte bei 15°C auf Meereshöhe
A= Projektionsfläche
V= Windgeschwindigkeit

Zunächst müssen wir uns hierzu die Wingeschwindigkeitstabelle nach Windstärken betrachten:

Wind	Windstärke Beaufort	m/s	km/h	kn	mi/h
Stille	0	<= 0.2	<= 0.7	<= 0.4	<= 0.4
leiser Zug	1	<= 1.5	<= 5.4	<= 2.9	<= 3.4
leichte Brise	2	<= 3.3	<= 11.9	<= 6.4	<= 7.4
schwache Brise	3	<= 5.4	<= 19.4	<= 10.5	<= 12.1
mäßige Brise	4	<= 7.9	<= 28.4	<= 15.3	<= 17.7
frische Brise	5	<= 10.7	<= 38.5	<= 20.8	<= 23.9
starker Wind	6	<= 13.8	<= 49.7	<= 26.8	<= 30.9
steifer Wind	7	<= 17.1	<= 61.6	<= 33.3	<= 38.3
stürmischer Wind	8	<= 20.7	<= 74.5	<= 40.2	<= 46.3
Sturm	9	<= 24.4	<= 87.8	<= 47.4	<= 54.6
schwerer Sturm	10	<= 28.4	<= 102.2	<= 55.2	<= 63.5
orkanartiger Sturm	11	<= 32.6	<= 117.4	<= 63.4	<= 73.0
Orkan	12	<= 36.9	<= 132.8	<= 71.7	<= 82.5
Orkan	13	<= 41.4	<= 149.0	<= 80.5	<= 92.6
Orkan	14	<= 46.1	<= 166.0	<= 89.6	<= 103.2
Orkan	15	<= 50.9	<= 183.2	<= 98.9	<= 113.9
Orkan	16	<= 56.0	<= 201.6	<= 108.9	<= 125.3

Wenn wir den Winddruck einmal bei stürmischem Wind = Windstärke 8 = Windgeschwindigkeit =20,7 m² auf eine 1m² große Platte berechnen - sieht dass wie folgt aus.

(1,1:2)x1,225 kg/m³ x 1m² x 20,7² (m/s) = 288,69 N/m²

D.H. Wenn die Windkraft auf eine senkrecht stehende Platte quer zur Windrichtung wirkt erhalten wir einen Winddruck von 288,69 N / 9,81 =29,42 kg

Dies ist der theoretische Ausgangspunkt für eine theoretische Berechnung von Winddruck eines Sonnensegels.

Nehmen wir an, wir haben eine Platte mit einer Fläche von 36 m² (6x6 m) und die Platte würde senkrecht stehen und die gesamte Fläche von einer Windgeschwindigkeit von 74,5 km/h würde auf die Platte wirken, dann hätten wir nachfolgenden Winddruck - (1,1:2)x1,225 kg/m³ x 36m² x 20,7² m/s = 10393,02 N entspricht 1059,43 kg

Spätestens jetzt wird ein gewisser “Schockzustand” auftreten!

Nur wir können Sie beruhigen solche Kräfte treten bei einem Sonnensegel mit Sicherheit nicht auf: Warum ??

1. Ein Sonnensegel steht niemals senkrecht sondern ist immer geneigt, also wird nur ein Teilbereich der Fläche als Windangriffsfläche bzw. Projektionsfläche zu Grunde gelegt

2. Sonnensegel aus Stoff haben je nach Webdichte eine gewisse Winddurchlässigkeit somit verändert sich der CW-Wert

3. Und je nach Windrichtung (Windverwirblungen) und Montageart wird die Angriffsfläche nochmals verändert

Desweiteren verändert sich die Luftdichte mit steigender Temperatur mit der tatsächlichen Höhe über Null und zusätzlich wenn es regnet.

Für die Umsetzung in die Praxis sind dies zu viele Unbekannte um eine genaue Berechnung durchführen zu können. Der einzige Wert der noch verhältnismässig genau berechnet werden kann, ist je nach Neigung und Montageart die tatsächliche Windangriffsfläche bzw. Projektionsfläche!

Wenn Sie bei uns ein Sonnensegel konfigurieren, erhalten Sie eine Berechnung über die Zuglast in kg an den Befestigungsecken. Dieser Berechnung liegt ein geringer Teil Theorie und ein großer Anteil praktische Erfahrung zu Grunde. Gemäß unserer Erfahrung liegen Sie mit diesen Berechnungswerten bis zur Windstärke 7-8 auf der sicheren Seite und wir können garantieren, dass unsere Sonnensegel diese Werte auch aushalten.

Wir haben die letzten 10 Jahre ca. 3000 Sonnensegel geplant die entsprechend montiert wurden. Zum Teil waren einige dieser Segel weit höheren Windstärken als Windstärke 8 ausgesetzt. Wir hatten in diesem Zeitraum genau zwei Sturmschäden. Bei diesen Segeln hatte sich das Gewicht durch auftretende Wassersäcke erheblich erhöht und führte zum Ausreissen der Ecken. Diese Wassersäcke hatten sich wiederum auf Grund zu geringer Neigung gebildet.

Deshalb müssen wir nochmals darauf hinweisen, dass bei der Montage eines Sonnensegel auf einen kontrollierten und stetigen Ablauf von Regenwassers geachtet werden muss . Kontrollierten und stetigen Wasserablauf erhalten Sie bei einer Neigung >=14°.

Die von uns ausgewiesenen Zuglastwerte an den Aufhängeecken sind für Sie bei der weiteren Planung der Befestigungsmittel wie Säulen, Dübel etc. äussert hilfreiche Empfehlungswerte und geben Ihnen schliessendlich die notwendige Grundsicherheit, damit Sie lange Freude an Ihrem Sonnensegel haben.

Wir bitten jedoch um Verständnis, dass wir auf Grund der vielen Unsicherheitsfaktoren, die zwischen der Berechnung und der praktischen Umsetzung vorliegen, keine Gewährleistung bei Sturmschäden übernehmen können.