第四章 研究成果與檢討
第一節 建物整合遮陽板形式太陽光電板風載重評估
遮陽板依其裝設型式主要可包含水平及垂直兩種配置條件，而板本身可能 具備傾角或與建築物本體間具有間隙等情形，本研究透過氣動力實驗以了解其 風荷載。對於風荷載採用板所受的整體淨風壓係數為代表，分別探討其平均值、
擾動值與尖峰風壓的變化，據以觀察包括排列間距、風攻角、排列位置等因素 的影響。
一、水平遮陽板形式之太陽光電板風壓分布
水平遮陽板的安裝形式，首先採用無傾角水平板並與建築物密接無間隙的 形式，進行模型之氣動力實驗。實務上常見的遮陽板形式建物整合太陽光電板 為配合太陽角度，常會設置一定的俯角，以增加日照機會。於後續實驗即安排 製作具備向下傾角的遮陽板形式建物整合太陽光電板，並比較其間的差異性。
無傾角的水平遮陽板形式之太陽光電板氣動力模型上下板面之風壓孔所得 的風壓資料以孔位所分配格網面積加權計算其瞬時的整體板面淨風壓係數。在 不同風攻角作用下，各片板面平均淨風壓係數分布，如圖 4-1 所示，風壓分佈 以位於簷口高度的遮陽板有較明顯的變化，其餘各片風壓係數多在零值附近，
而最高處遮陽板(第一片)其版面淨風壓分布隨風攻角的改變有明顯不同，風攻 角 0 度時，版面有最大的負風壓作用；風攻角 45 度時，則以上游側有較大的負 風壓作用；風攻角 90 度時，各片遮陽板的淨風壓分布則非常類似。
各片遮陽板整體板面平均淨風壓係數分布如圖 4-2 所示，由圖中可見不同 的上下排間距，未有明顯的差異，均以第一片板的淨風壓係數隨來流風攻角的 變化最為明顯，其餘各片均在零值附近。隨來流風攻角的變化，第一片板的淨 風壓係數在風攻角大於 90 度之後，亦與其餘各片相似均在零值附近。淨風壓係
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Cp mean 0.6
mean net Cp on panels 090-h
Cp mean 0.6
mean net Cp on panels 090-h
Cp mean 0.6
mean net Cp on panels 090-h
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(a)
(b)
(c)
(資料來源：本研究繪製)
圖 4-2 各片水平遮陽形式太陽光電板的整體平均淨風壓係數，排列的 上下間距比(S/A)為(a)0.5 (b)1.0 (c)1.5
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(a)
(b)
(c)
(資料來源：本研究繪製)
圖 4-3 各片水平遮陽形式太陽光電板的整體擾動性淨風壓係數，排列 的上下間距比(S/A)為(a)0.5 (b)1.0 (c)1.5
由整體擾動性淨風壓的分布狀況可了解，除頂層邊緣的遮陽板(第一片) 外，其餘各片均受到鄰片板影響而無嚴重的風荷載，第一片則上板面為自由流 風況，下板面則為受限制情況流場。
本研究同時檢查第一片水平遮陽形式光電板形成的風壓歷時資料機率密度
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函數分布情形，並與常態分布相比較，如圖 4-4 所示。圖中顯示，第一片板的 整體淨風壓機率密度函數十分接近常態分布，因此對於極值的推估可於此項基 礎上進行。
(a)
(b)
(資料來源：本研究繪製)
圖 4-4 風攻角 0 度時，最邊緣水平遮陽形式太陽光電板的淨風壓係數 機率密度函數分布情形，排列的上下間距比(S/A)為(a)0.5 (b)1.5
如圖 4-4 所示，其整體淨風壓力實資料的機率密度函數接近常態分布，因 此得以 Mayne & Cook(1976)建議的方法，推估第一片板在不同風向角及間距變 化下的尖峰風壓係數，計算結果如圖 4-5 所示。屋頂緣水平遮陽形式光電板的 尖峰風壓係數受板排列間距的影響並不明顯，而尖峰風壓可能有正負不同的變 化，因此針對正負區間均進行計算，圖中顯示在風攻角小於 90 度時，水平遮陽 形式光電板直接面對來流，建築物頂層分離剪力流形成較大的負壓，在風攻角
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大於 90 度時，板已落入側風區域或背風區域，建築物頂層分離剪力流形成較大 的負壓影響下降，在此條件下，第一片板整體淨風壓係數值並不高，極值分布 較為收斂。
(a)
(b)
(c)
(資料來源：本研究繪製)
圖 4-5 屋頂高度處水平遮陽形式太陽光電板的尖峰淨風壓係數隨風 攻角變化，排列的上下間距比(S/A)為(a)0.5 (b)1.0 (c)1.5
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40
Cp mean 0.6
mean net Cp on panels vtc-h
Cp mean 0.6
mean net Cp on panels vtc-h
Cp mean 0.6
mean net Cp on panels vtc-h
Cp mean 0.6
mean net Cp on panels vtc-h
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(a)
(b)
(c)
(資料來源：本研究繪製)
圖 4-7 垂直排列太陽光電板各片整體平均淨風壓係數隨風攻角變化，
排列的左右間距比(S/A)為(a)0.5 (b)1.0 (c)1.5
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(a)
(b)
(c)
(資料來源：本研究繪製)
圖 4-8 垂直排列太陽光電板各片整體擾動性淨風壓係數隨風攻角變 化，排列的左右間距比(S/A)為(a)0.5 (b)1.0 (c)1.5
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(a)
(b)
(資料來源：本研究繪製)
圖 4-9 最側邊邊緣太陽光電板的淨風壓係數機率密度函數分布情 形，排列的左右間距比(S/A)為(a)0.5，風攻角 0 度 (b)1.5，風攻角 45
度
如圖 4-9 所示，其整體淨風壓歷時資料的機率密度函數接近常態分布，因 此採用與前段相同 Mayne & Cook(1976)建議的方法，推估最邊緣的光電板(第一 片)在不同風向角及間距變化下的尖峰風壓係數，計算結果如圖 4-10 所示。最 邊緣的板(第一片)光電板的尖峰風壓係數受光電板排列間距的影響並不明顯，
由於本案例中尖峰風壓可能有正負不同的變化，因此針對正負區間均進行計 算，圖中顯示在風攻角小於 45 度時，光電板直接面對來流，建築物側面分離剪 力流形成較大的負壓，在風攻角大於 90 度時，板已落入側風區域或接近背風區 域，建築物分離剪力流形成較大負壓的影響趨緩，因此，第一片板整體淨風壓 係數值並不高，極值分布正負值的範圍亦較為收斂。而風攻角接近 330 度附近
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時，由於第一片板對於來流而言落在接近側風面下游區，同時原第一片板感受 風壓作用的兩側面形成角色對調的狀況，因此兩面相減形成的淨風壓係數成為 正值，面對來流直接的作用因此正的風壓係數數值甚高；同時此狀況下尖峰淨 風壓係數的變化範圍亦較大，部分風攻角的變化範圍跨越正負值區間，顯示這 種流況對於光電板的風荷載應為較危險的狀況。
(a)
(b)
(c)
(資料來源：本研究繪製)
圖 4-10 最側邊邊緣處垂直遮陽形式太陽光電板的尖峰淨風壓係數分 布，排列的左右間距比(S/A)為(a)0.5 (b)1.0 (c)1.5
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(a)
(b)
(c)
(d)
(資料來源：本研究繪製)
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Cp mean 0.6
mean net Cp on panels 060-s
Cp mean 0.6
mean net Cp on panels 060-m
Cp mean 0.6
mean net Cp on panels 060-h
Cp mean 0.6
mean net Cp on panels 060sh SCAN001
(資料來源：本研究繪製)
圖 4-12 向下傾角 30 度太陽光電板的各片版面平均淨風壓係數分 布，排列的上下間距比(S/A)為(a)0.5 (b)1.0 (c)1.5 (d)2.0
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(a)
(b)
(c)
(資料來源：本研究繪製)
圖 4-13 向下傾角 15 度太陽光電板的各片的整體平均淨風壓係數，排 列的上下間距比(S/A)為(a)0.5 (b)1.0 (c)1.5
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(a)
(b)
(c)
(d)
(資料來源：本研究繪製)
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圖 4-14 屋頂高度，向下傾角 30 度太陽光電板的整體擾動性風壓係 數，排列的左右間距比(S/A)為(a)0.5 (b)1.0 (c)1.5 (d)2.0
(a)
(b)
(c)
圖 4-15 屋頂高度，向下傾角 15 度水平太陽光電板的擾動性風壓係數 分布，排列的左右間距比(S/A)為(a)0.5 (b)1.0 (c)1.5
資料來源：本研究繪製
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本研究採用 Mayne & Cook(1976)建議的方法，推估最邊緣的光電板(第一片) 光電板在不同風向角及間距變化下的尖峰風壓係數，計算結果如圖 4-16 及圖 4-17 所示。最邊緣的光電板(第一片)光電板的尖峰風壓係數受光電板排列間距 的影響並不明顯，由於本案例中尖峰風壓可能有正負不同的變化，因此針對正 負區間均進行計算，圖中顯示在風攻角小於 60 度時，光電板較為直接面對來 流，建築物側面分離剪力流形成較大的負壓，在風攻角大於 90 度時，光電板已 落入側風區域或接近背風區域，建築物分離剪力流形成較大負壓的影響趨緩，
因此，第一片光電板整體淨風壓係數值並不高，極值分布正負值的範圍亦較為 收斂。而風攻角大於 180 度之後其氣動力形為的表現基本上為反對稱，因此不 再重複。由尖風風壓的分部顯示，具有向下傾角的水平遮陽板其整體尖峰風壓 係數均比無傾角的情形為低，且在風攻角大於 90 度的條件下，其尖峰風壓係數 變化區間僅在正負 0.5 之間，顯示其瞬間擾動性風荷載亦不高。
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(a)
(b)
(c)
(d)
圖 4-16 屋頂高度，向下傾角 30 度太陽光電板的尖峰淨風壓係數分 布，排列的左右間距比(S/A)為(a)0.5 (b)1.0 (c)1.5 (d)2.0
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資料來源：本研究繪製
(a)
(b)
(c)
圖 4-17 屋頂高度，向下傾角 15 度水平太陽光電板的尖峰淨風壓係數 分布，排列的左右間距比(S/A)為(a)0.5 (b)1.0 (c)1.5
資料來源：本研究繪製
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四、具備外推間距之水平遮陽板風荷載
本研究為探討水平遮陽板再配置為與建築物立面牆面間有間距，亦即遮陽 板有外推的情形時，對其風荷載的影響性。因此製作具有外推間距的無傾角及 有向下傾角之遮陽板模型進行探討，板整體平均淨風壓係數如圖 4-18 所示。無 傾角的水平遮陽板在具有外推不同間距後，其整體的平均淨風壓係數仍以建築 物簷口高度處的地一片板有最嚴重的負風壓作用，隨風攻角的增加則逐步回 昇，在風攻角 90 度以後的情況，其風壓係數值均在零值附近。
與無外推而與建築物緊密接合的水平遮陽板風壓係數相比較顯示，外推之 後遮陽板平均風荷載有小幅度減輕的現象。
具有外推間距的水平遮陽板不論是否具有向下之傾角，板之整體擾動性淨 風壓係數如圖 4-19 所示，其整體擾動性淨風壓係數均明顯高於無外推的情形，
顯示板與建物間的間距存在，促進板之後緣與牆體間的氣流流動，將促使版面 所受擾動風壓更為劇烈。
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(a)
(b)
(c)
圖 4-18 具備不同外推間距之水平遮陽板整體平均淨風壓係數隨風攻 角之變化，(a)無向下傾角，外伸四分之一版深 (b)無向下傾角，外伸
二分之一版深 (c)向下傾角 30 度，外伸四分之一版深。
資料來源：本研究繪製
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(a)
(b)
(c)
圖 4-19 具備不同外堆間距之水平遮陽板整體擾動性淨風壓係數隨風 攻角之變化，(a)無向下傾角，外伸四分之一版深 (b)無向下傾角，外
伸二分之一版深 (c)向下傾角 30 度，外伸四分之一版深。
資料來源：本研究繪製
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