第四章 研究結果與討論
第二節 斜屋頂上太陽能板氣動力特性
本研究以太陽能板縮尺模型至於不同坡度之斜面屋頂上，量測其版面的平均及擾 動性淨風壓係數分布如圖 4-10~4-15 所示。比較圖 4-10、4-12、4-14 等平均淨風壓係 數分布可見，就風向角零度而言，屋頂坡度未明顯改變平均淨風壓係數的分布，而平 均淨風壓均呈現較為均勻的分布情形，小攻角時平均淨風壓係數即有較明顯的增加，
同時以角隅附近有較劇烈的變化；風向角 45 度時，來流由太陽能版高側斜 45 度吹襲，
隨屋頂坡度的減小，則負風壓作用愈益嚴重，教部力於結構安全。風向角為 90 度時，
風向為平行於屋脊，且對太陽能版而言屬側吹方式，上下版面風壓均相似，因此平均 淨風壓分布趨近於零。比較圖 4-11、4-13、4-15 等擾動性淨風壓係數分布可見，風向 角 45 度附近，擾動性風壓作用最為強烈。
將版面各風壓孔依其貢獻面積瞬時加權平均為整面上之風壓，再計算其平均與擾 動性淨風壓係數隨風向角變化之分布情形，以屋頂坡度 1:2 為例，如圖 4-16 及圖 4-17 所示。風向角零度時為垂直於屋脊，而風向角 90 度時則為平行於屋脊。由圖 4-16 的
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
C p n e t rms
風攻角 平屋頂 太陽能板Cpnet rms
h=3cm
前 中 後
52
整體平均淨風壓係數分布顯示，太陽能板位於風向角零度時上游區域的前緣時，受不 同風向角作用下，整體平均淨風壓反而均趨近於零，顯示太陽能版傾斜方向雖與屋頂 面坡度方向相反，且位於邊緣渦流作用較劇烈的區域，但因渦流受到太陽能板的破壞，
使得整體受力較輕微。而位於屋脊位置的太陽能版，其整體平均淨風壓係數隨風向角 的變化最為劇烈，負壓狀況時為最低，且正壓狀況時為最高，顯示位於屋頂最高處時，
其受風載重將最大。而太陽能版位於零攻角時下游端的情形，太陽能版傾斜方向與屋 頂面坡度方向近似，雖太陽能板下方仍有開放透空，足以讓氣流通過，但其整體平均 淨風壓係數有隨位於屋脊線上太陽能版受風作用近似的變化，雖其幅度略為減輕，仍 屬較為不利的狀況。由圖 4-17 的擾動性整體淨風壓係數分布狀況可見，仍是以位於屋 脊線的太陽能版所受擾動性風壓最為嚴重，而位於後端(太陽能版傾斜方向與屋頂面坡 度方向近似)的太陽能板亦有近似的情況。
屋頂坡度 1:4，太陽能板整體平均與擾動性淨風壓係數隨風向角變化之分布情形，
如圖 4-18 及圖 4-19 所示，由太陽能板整體平均淨風壓係數的變化可見屋頂坡度較為 平緩時，可能掀翻的負風壓作用有略微減緩。如將太陽能板的底座抬高，亦顯示可更 進一步減緩負風壓作用。
不同片數之太陽能版配置位於 1:2 斜屋頂屋脊區域太陽能板平均淨風壓係數隨風 向角變化之分佈如圖 4-20 所示，在小攻角時，太陽能版高端迎向來流，此時 3 片連裝 太陽能版中間版的平均淨風壓係數其負值略相等於單片的情形，且負值甚低，顯示受 到掀翻的風載重較為嚴重。而風向角大於 90 度時，太陽能版低端轉而迎向來流，此時 3 片連裝太陽能版中間版的平均淨風壓係數其正值略低於單片的情形，顯示風荷載略 為減輕，因風壓屬正值，作用力方向為指向太陽能版，本身即較無掀翻之危險性。
(a) (b)
Mean of Net Pressure
Roof slope : 1 to 2 position : F wind angle : 0 deg,
Mean of Net Pressure
Roof slope : 1 to 2 position : F wind angle : 15 deg,
Mean of Net Pressure
Roof slope : 1 to 2 position : F wind angle : 45 deg,
Mean of Net Pressure
Roof slope : 1 to 2 position : F wind angle : 90 deg, 1_2R2W0H00F
Low High
54
0.05 0.06
0.0
RMS of Net Pressure
Roof slope : 1 to 2 position : F wind angle : 0 deg, 0.04 0.04
0.04
RMS of Net Pressure
Roof slope : 1 to 2 position : F wind angle : 15 deg,
RMS of Net Pressure
Roof slope : 1 to 2 position : F wind angle : 45 deg,
RMS of Net Pressure
Roof slope : 1 to 2 position : F wind angle : 90 deg, 1_2R2W0H00F
Low High
(a) (b)
Mean of Net Pressure
Roof slope : 1 to 4 position : F wind angle : 0 deg, 1_4R4W0H00F
Low -0.24
-0.22 -0.20
-0.18 -0.14-0.16 -0.12
Mean of Net Pressure
Roof slope : 1 to 4 position : F wind angle : 15 deg,
Mean of Net Pressure
Roof slope : 1 to 4 position : F wind angle : 45 deg,
Mean of Net Pressure
Roof slope : 1 to 4 position : F wind angle : 90 deg, 1_4R4W0H00F
Low High
56 0.13 0.12
0.14
RMS of Net Pressure
Roof slope : 1 to 4 position : F wind angle : 0 deg,
0.12 0.10
0.14 0.12 0.18 0.16
0.18
RMS of Net Pressure
Roof slope : 1 to 4 position : F wind angle : 15 deg, 1_4R4W0H00F
Low High
0.06
0.08 0.08
0.10
RMS of Net Pressure
Roof slope : 1 to 4 position : F wind angle : 45 deg,
RMS of Net Pressure
Roof slope : 1 to 4 position : F wind angle : 90 deg, 1_4R4W0H00F
Low High
(a) (b)
Mean of Net Pressure
Roof slope : 1 to 8 position : F wind angle : 0 deg,
Mean of Net Pressure
Roof slope : 1 to 8 position : F wind angle : 15 deg,
Mean of Net Pressure
Roof slope : 1 to 8 position : F wind angle : 45 deg,
Mean of Net Pressure
Roof slope : 1 to 8 position : F wind angle : 90 deg, 1_8R8W0H00F
Low High
58 0.140.15
0.16
RMS of Net Pressure
Roof slope : 1 to 8 position : F wind angle : 0 deg,
RMS of Net Pressure
Roof slope : 1 to 8 position : F wind angle : 15 deg,
RMS of Net Pressure
Roof slope : 1 to 8 position : F wind angle : 45 deg,
RMS of Net Pressure
Roof slope : 1 to 8 position : F wind angle : 90 deg, 1_8R8W0H00F
Low High
圖 4-16 位於 1:2 斜屋頂不同區域太陽能板整體平均淨風壓係數隨風 向 角 變 化 之 分 佈 情 形
資料來源：本研究繪製
圖 4-17 位於 1:2 斜屋頂不同區域太陽能板擾動性淨風壓係數隨風向 角 變 化 之 分 佈 情 形
資料來源：本研究繪製
-1.2 -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
整體Cp net平均值
風攻角
後 (B) 前 (F) 中 (M)
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
整體擾動性
C p n et
風攻角
屋頂面坡度1:2後 (B) 前 (F) 中 (M)
60
圖 4-18 位於 1:4 斜屋頂不同區域太陽能板整體平均淨風壓係數隨風 向 角 變 化 之 分 佈 情 形
資料來源：本研究繪製
圖 4-19 位於 1:4 斜屋頂不同區域太陽能板擾動性淨風壓係數隨風向 角 變 化 之 分 佈 情 形
資料來源：本研究繪製
-1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
整體Cp net平均值
風攻角
屋頂面坡度 1:4
後 (B) 前 (F) 中 (M) 中 (M) 抬高支架
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
整體擾動性
C p n et
風攻角
屋頂面坡度1:4後 (B) 前 (F) 中 (M) 中 (M) 抬高支架