引导语 2400Pa和5400Pa，光伏行业的朋友应该对这两组数字再熟悉不过了。但是他们究竟是什么意思，又是怎么得到的呢？这次我们就来深入探究下他们的来历。 目录： 1. 两个压强的由来，2400Pa和5400Pa 2. 一个额外的雪压测试，5400Pa 3. 一个系数，3倍阵风安全系数 4. 一个风速，130km/h 文章内为了表示方便 以下标准都采用其编号进行叙述
两个压强的由来 2400Pa和5400Pa 关于组件的承压能力，我们经常能听到一个数字：2400Pa，伴随他的还有另一组数字：5400Pa。那么这两个数字有什么意义，他们又是怎么得到的呢？ 我们把时间拉回到2005年4月，当时新版的IEC 61215公布并取代了存在12年的1993版本，在2005年版IEC 61215的第10.16章节，解释了2400Pa和5400Pa的由来：
2400Pa用公式计算如下：
这就是2400Pa和5400Pa的最初来历。按照小树洞的性格，对这样一个无头无脑的解释我是相当不满意的，本着“只许我忽悠别人，不许别人忽悠我”的精神(神经病)，小树洞对2400Pa和5400Pa再次进行了深度的挖掘，以下是我的理解。 一个额外的雪压测试 5400Pa 先从最简单的5400Pa的雪压测试开始讲起。在IEC 61215的2005版本规定，如果考虑雪荷载，那么需要在最后一个测试循环时，将正面压力从2400Pa增大到5400Pa。
▵机械荷载测试的三个循环 （来源：2005版IEC 61215） 根据上一篇：翻译翻译，什么叫组件“机械荷载测试” | 测试荷载&设计荷载，如何匹配项目要求？我们知道在SLS荷载情况下，如果以雪荷载为主导，采用欧标EN 1990的CHR第二种组合形式，那么5400Pa相当于在2400Pa的风压(W)上又增加了3960Pa的雪压(S)。
▵SLS的部分荷载组合形式 （来源：EN 1990）
▵忽略自重影响 需要在2400Pa风压基础上 再增加3960Pa雪压 （来源：EN 1990） 而这个3960Pa的雪是什么概念呢？ 按照IEC 62938的计算，假如雪密度采用的是3kN/m3，那么3960Pa就相当于1.32m厚的雪。小树洞曾经在哈尔滨待了4年，是一个见过世面的南方人，所以本洞清楚雪是一种可以挤压的物质，在不同的湿度和重量下，其密度变化很大，根据霓虹国的研究表明，3960Pa(404kg/m2)相当于0.87m到1.56m深度的雪压。
▵雪的深度与其质量的关系 (来源：日本建筑协会）
这样看来，3960Pa的雪还挺大的。我们也看到，在后来的2016版IEC 61215-2规范中，已经删去了组件测试5400Pa的强制要求。 接下来我们看看2400Pa的风是什么情况。 一个系数 3倍阵风安全系数 空气在流经地面的过程中并不是永远保持一个恒定的速度，而是“忽大忽小”变化的。在设计任何结构的时候，我们常常会采用某一段短期时间内的最大风速来进行强度计算，我们称之为“阵风风速”。这个短期的最大风速与长期的平均风速之间，存在一个转换系数叫做“风速阵风系数”。
▵10分钟阵风系数的计算图例
▵大气边界层本身的湍流脉动 引起了近地面的阵风效应 对于“阵风系数”的详细介绍，大家可以移步：台风区光伏支架“翻肚皮”| 阵风系数和风振系数取1.0？大错特错！ 由于IEC 61215指定800Pa乘以3倍阵风安全系数后，得到“风压2400Pa”。由此我们可以判断出，2400Pa是一个阵风风压，而通常阵风风压(风速)都是采用3秒阵风来进行结构计算，因此我们可以认为2400Pa是一个3秒阵风风压。依据伯努利定理，风压正比于风速的平方，3倍风压意味着根号3倍的风速，也就是1.73倍风速。
▵伯努利定理 风压正比于风速的平方 综上可知，130km/h是一个平均风速，而2400Pa是考虑“阵风系数”1.73后的3秒阵风风压。那么这个1.73的“3秒阵风系数”到底是多大呢？ 首先我们得了解一个事实，由于空气流动非常复杂，其原理至今都没有人可以拍着胸脯说搞清楚了。根据下图中的不同理论模型，3秒风速与1小时的风速之间，大概存在1.25~1.72倍的系数。
▵一系列理论模型将1小时的平均风速 转换为不同时距的风速 (来源：WMO/TD-NO.1555） 3秒风速和1小时风速之间的1.72转换系数，和IEC 61215规定的1.73阵风系数就很接近了，如果把2400Pa看成一个3秒阵风风压，那么130km/h就等于是1小时的平均风速，这样看来3倍的阵风安全系数看上去也挺合理。 大家要注意，这里的“阵风安全系数=3.0”和我们上一篇讲的测试荷载与设计荷载之间的“材料安全系数r_m=1.5”，是两个相互独立的不同概念：
阵风安全系数的3.0里面并没有包含材料安全系数1.5。 对于类似美标ASCE 7和澳标AS1170这样的标准，其基本风速都为3秒阵风，风速里面已经考虑阵风系数。而对于像国标GB 50009和欧标EN 1991-1-4这样的标准，因为其基本风速为10分钟平均风速，在这些规范里面往往都会有一个系数，来将10分钟风压转为3秒风压。比如国标的“阵风系数”和欧标的“结构系数CsCd”。因此不管是测试荷载还是设计荷载，都要考虑阵风安全系数。 那么一个130km/h，1小时的平均风速到底是什么概念呢？ 一个风速 130km/h 阅读过小树洞之前文章的朋友应该了解，对于一个风速而言，其背后有很多特定的参数，比如时距、离地高度、重现期等等。根据前面的分析，我们已经知道了，这个130km/h是一个1小时的平均风速，我们不妨再大胆地假设下，这是一股台风！ 根据热带气旋等级分类标准：GT/T 19201，我国台风是按照2分钟的平均风速来定义的。从下图可以得知，在台风登陆前，可以采用1.07~1.17倍的系数，将1小时的平均风速转化为2分钟的平均风速。 因此，130km/h（1小时的平均风速），可以转变为：139~152km/h (2分钟的平均风速）。需要注意的是，这些假设都是在离岸地区10m高度上进行的转换。
▵一系列理论模型将1小时的平均风速 转换为不同时距的风速 (来源：WMO/TD-NO.1555） 139~152km/h 的台风差不多就是蒲福风力13~14级了。
▵蒲福风力等级表 （来源：GB/T 19201）
▵2021年7月25日12时30分 第6号强台风“烟花”在舟山市登陆 最大风力等级13级 这样看来，130km/h的风速足够了。 综上，2400Pa计算所使用的130km/h、3倍阵风安全系数都挺合理的。那么是不是意味着2400Pa的组件压强测试也是合理的呢？ 答案是： 不合理！远远不够！ 本文转载自微信公众号：小树洞谈光伏支架 全文结束 谢谢阅读 关注小树洞 做个有料的 光伏工程师
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