「增加機械排煙案例」之內容

1993 年美國 ASHRAE 揭櫫了大空間建築煙控系統性能式設計的新方向。其概念 為，煙控系統之設計，乃為了協助人員自建築物安全避難（to help occupants escape from a building）；而並非將煙排掉（not for smoke removal）。至此，全世界邁入了性能式煙 控與避難系統設計的新紀元。從傳統的排煙之觀念，進化為煙控之設計理念。

依據這個設計理念，煙控系統必須有效的將煙層高度控制在不會危害人員避難的 高度以上，並須具有良好的能見度與充分的時間，以便人員可以在這個時間內避難完 成。這個可供避難時間就稱為ASET（Available Safe Egress Time）。

另一方面，人員所需要的安全避難時間，簡稱為RSET（Required Safe Egress Time）， 可由電腦模擬或實際消防演練而得。如此 ASET 與 RSET 相互比對，就構成了大空間

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建築煙控與避難系統性能式設計主要之安全判定標（Safety Criteria）。

若 ASET 大於 RSET，則煙控與避難系統基本上是安全的。反之，若 ASET 小於 之澳洲標準AS 4391, Smoke Management Systems Hot Smoke Test 測試方法，由發煙器

第三章 增修「大空間建築火災性能式煙控系統設計與應用手冊」

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產生白煙之方式進行。

本案先期之電腦模擬共進行了19 個不同的火災情境分析，且皆已獲得消防署之審 核認可。經本計畫之實驗驗證結果顯示，所有19 個情境之 ASET 全部大於 RSET，且 皆具有2 倍以上的安全裕度，結果相當成功。而這 19 個情境，可以大抵分區分為兩個 建築空間類型。

第一個類型，為典型的室內大空間建築。包含：演奏廳、音樂廳、歌劇院、及中劇 院之廳內觀眾區。於此四個大廳院內，頂部皆具有極大之蓄煙空間（Smoke Reservoir）。

因此基本上，此建築設計奠定了防火安全避難之重要基礎。

舉例而言，在進行演奏廳之熱煙測試時，本計畫刻意進行了排煙機失效運轉模式

（Fail Safe）實驗。首先，依照既定之熱煙標準測試程序 SOP，進行測試。而當達到且 已超過消防署審核認可之 RSET 以上，且安全裕度達到 2 倍以上之時，刻意將排煙機 關閉。以模擬因某種特殊原因，排煙機已經無法動作，但此時繼續放煙。實驗結果顯示，

即便如此，整個大空間仍然持續有效的維持避難安全。此重要結果亦顯示，大空間建築 之蓄煙區設計是首要也是最重要的建築設計理念。此重要性於本計畫中已具體呈現。

其中，演奏廳觀眾席5 MW 火災全尺度熱煙測試，如下圖 3-9 所示。

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圖3-9 衛武營國家藝術文化中心演奏廳觀眾席 5 MW 火災全尺度熱煙測試

一般而言，排煙風機之設計規範，大抵皆採用可耐受350 ^oC 之高溫，而仍可持續 運轉達 1 小時以上。本計畫所進行的排煙機失效運轉模式實驗，更進一步驗證了，即 便在此種嚴酷之情況下，仍然是可以保障此四個大廳院內部觀眾區人員之避難安全。

具體而言，此四個大廳之廳內煙控測試結果，皆一致顯示，不但 ASET 皆大於消 防署審核通過之RSET，且各具備 2 倍以上之安全裕度，結果相當成功。音樂廳舞台中 央5 MW 火災全尺度熱煙測試，如下圖 3-10 所示。

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圖3-8 衛武營國家藝術文化中心音樂廳舞台中央 5 MW 火災全尺度熱煙測試

第二類建築空間情境，為四個大廳之等待區。也就是觀眾在買票 陸續進場後，在 廳外等待之空間。此部分之建築空間類型，為具有較為瘦高之挑高（Atrium）大空間，

與上一類之廳內矮胖式建築空間不同。其實驗結果顯示，也是相當成功。

其主要之成功因素，乃是因為此類中庭不但具備大量之蓄煙空間，同時其蓄煙區 位於頂部，離地面皆有較高之距離。因此，當排煙風機啟動時，可有效的將壓力中性面

（Neutral Pressure Plan）提高。因此，在壓力中性面底下，全部成為補氣通路（make-up air）。此有利之氣流組織，對於人員避難提供了安全的保障。此類建築之煙控系統設計 理念，即為藉由機械或自然排煙之設置，將壓力中性面有效提高，以提供避難人員良好 之無煙的避難路徑（a smoke-free egress path）。

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此現象在如戲劇院之頂樓等待大廳，尤其明顯。當排煙風機啟動後，所有的濃煙皆 被控制於逃生出口頂部上方離地約5 公尺以上之範圍。即使實驗進行了 1,200 秒以上，

煙層仍然未沉降，而不會危害到任何人員之避難。此又是一個重要之實驗結果，充分印 證了上述之設計理念。

其中，本計畫最嚴酷之火災煙控與避難情境為音樂廳 3 樓之等待大廳。此實驗情 境之避難路徑通道淨高，只有約2.8 公尺左右，與人員避難所需之 2.1 公尺淨高，相當 接近。實驗開始進行後，發現火源熱浮力所造成之溫度分層（Temperature Stratification）

開始產生良好之作用。其所造成之頂部噴流（Ceiling Jet）開始導引濃煙向外擴散，形 成有如隧道一般之火災場景。而隨著濃煙之下沈，曾一度達到能見度低達約35 公尺左 右，卻仍然遠大於人員安全避難所須之10 公尺能見度之範圍，如下圖 3-11 所示。

圖3-11 衛武營國家藝術文化中心音樂廳 3 樓等待大廳 1 MW 火災全尺度熱煙測試

其最後結果仍然顯示，也提供了大於 2 倍以上之安全裕度，實驗結果極為成功。

此亦是我國首度於此種建築空間類型下，所進行之全尺度熱煙性能測驗實驗，為我國 於此方面之發展立下了新的里程碑，其影響既深且遠。

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總結而言，本計畫所進行之19 處火災模擬情境全尺度熱煙實驗之結果顯示，不但 ASET 皆大於內政部消防署所審核通過之 RSET，且各具備 2 倍以上之安全裕度，結果 相當成功。

本計畫之整體實驗結果，不但印證了衛武營國家藝術文化中心之火災煙控與避難 系統具備了良好之性能，且為我國於性能式火災煙控避難系統之工程領域開創了嶄新 的一頁，具備未來大量應用於我國之大型公共工程之潛力；如大巨蛋球場、新建航厦、

及各類大型展覽館等建築之應用，以充分確保人員之火災避難安全，深具意義。

92 management systems- Hot smoke test 標準作為依據，以實火替代品模擬火災實況進行全 尺度熱煙試驗。AS 4391 測試程序為目前國際間最具權威，並被廣為採用的全尺度熱煙 程序（Calibration Procedure），使與設計條件接近，並可進行系統化之數量化分析；而 於現場進行熱煙試驗時，將可忠實的呈現煙控系統之性能，大幅度提升性能評估之精 準度。

本案於上述之各項系統及設備安裝完成後，開始進行一系列之試驗系統測試。測 試項目包括1 台、及 2 台發煙器，分別以 30 psi、40 psi、50 psi、60 psi、70 psi、80 psi 之壓力擊發，並配合捲吸增強變頻式風機系統，以建立T 平方火源與發煙量產生機制。