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3
960Pa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：
阵风安全系数是考虑风荷载脉动效应的系数。
材料安全系数是考虑组件自身材料不一致性的系数。
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
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光伏工程师
内容整理自近道网老站，原始发布于 2022 年 11 月 14 日。
