建築用門遮煙性能現場試驗方法之研發

內政部營建署今正委託社團法人台灣防火材料協會進行「建築技術規則 有關新技術、新工法、新材料或新設備現行認可制度之檢討：防火材料之試 驗方法、判斷基準及其他性能要求事項之研究」，並將以遮煙門優先採用新 制度之申報及現場查核試驗，故遮煙性能現場試驗方法急需研究訂定。本項 子計畫將提出以行動式之量測裝置及方法，對於現場安裝建築用遮煙門進行 實際遮煙能力之指示性試驗，以落實優良產品及工法能運用於建築物上，避 免劣幣驅逐良幣，以提升建築物之安全。並將藉由方法制訂、專家座談及現 場實測方式，研提建築用門遮煙性能現場試驗方法。

一、動機與目的

有鑑於火場的避難逃生路徑上，煙的傷害往往比火場溫度更早使人造成 傷害，在火災意外中，因煙致死的人數超過被火燒傷或致死的一半[1]，因 此將火災時產生的煙限制在某區域內，可以降低避難人員的傷亡。然而現實 上要將煙全部隔離並不易做到，因為建築物內有許多不能避免的開口部，例 如提供人們出入的門就是一個可能會導致煙漫流的一個路徑。這些煙流可能 會受到火場熱浮力(buoyancy)、煙囪效應(stack effect)、熱膨脹(expansion)及 風力(wind)的影響，會產生動力向低壓側移動擴散 ，其建築物開口部的洩漏 面積(門縫及五金零件…等)與煙的擴散速率有相當大的關係，因此建築用門 的遮煙能力關係著生命安全，必須加以管控其建築用門之遮煙性能。

本中心於推動建築物防火避難安全作業，並建置防火安全評估指標據以 輔導既有建築物防火安全健檢，按 500 餘案建築物之案例發現，第一安全區 防火及防煙性為既有建築物能防堵鄰接專有空間延燒擴及的主要關鍵，但此 防煙性能在案例現場無任何標示或判定方法得以確認其性能。又按臺北市建 築管理處 101 年委託本中心之「101 年度原有合法建築物防火避難設施及消 防設備改善計畫替代方案委託調查案」研究成果建議三：「既有建築物防火 設備應提昇防煙性能，得以進行現場遮煙性試驗確認其性能以為認定」。

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另有鑑於 105 年恩企於案址施作之防火漆性能與原評定不同事件，造成 故宮南院、台北藝術中心、世大運台北和平國小籃球場等已領有使用執照建 築物不符合建築技術規則建築設計施工篇第 70 條有關結構耐火時效性能情 形，施工現場應有一套指示性試驗方法以供判定其性能。

又因建築技術規則有關建築材料之審核認可制度訂定迄今已 40 餘年，

今在考量防火材料試驗方法已更為明確，且現場施作防火材料之性能是否如 實問題，內政部營建署已委託社團法人台灣防火材料協會進行「建築技術規 則有關新技術、新工法、新材料或新設備現行認可制度之檢討：防火材料之 試驗方法、判斷基準及其他性能要求事項之研究」，並將以遮煙門優先採用 新制度之申報及現場查核試驗，故現場遮煙試驗方法急需研究訂定。

本項子計畫將提出以行動式之量測裝置及方法，對於現場安裝建築用遮 煙門進行實際遮煙能力之指式性比對試驗，以落實優良產品及工法能運用於 建築物上，避免劣幣驅逐良幣，以提升建築物之安全。並將藉由方法制訂、

專家座談及現場實測方式，研提建築用門現場遮煙性試驗法及建築用門遮煙 性能現場檢測查驗方法。

二、文獻回顧

在過去的研究中，2000 年 Rakic [2]曾以 UL 1784 [3]規範研究門縫有無 安裝防煙條對洩漏量的影響，結果得知門安裝防煙條後可降低相當多之洩漏 量，1997 年 Kazuk [4]以 JIS A1516 [5]規範對窗戶做洩漏量試驗，在一定溫 度下洩漏量值取決於玻璃與框間之縫隙大小，當試驗溫度再增加時會使窗玻 璃產生裂痕，導致洩漏量增大。在試驗量測設備發展上，1981 年 Cooper [6]

提出門組件(door assemblies)於高溫下的試驗方法，試驗裝置分為加熱艙與 氣密艙兩部份，門試體置於加熱艙與氣密艙之間，利用試體兩側產生壓差，

在氣密艙內裝設洩漏量流量計，為近年來試驗設備建立的雛形，在內政部建 築研究所所建立的防火門的洩漏量量測設備，即與 Cooper [8]所建立的原理 類似，1995 年 Sudo et al. [9]依據 ISO 5925/1 規定進行試驗裝置建立，研究 中發現試體與壓差計及加熱源的相對位置有極大的關係，因此建議試驗設備

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需具備調節加熱溫度及調整壓力差之功能，其加熱系統與 Cooper [8]直接對 試體加熱不同，採用將空氣溫度加熱後再導入測試艙循環，並且再利用排風 扇減壓，使得試體兩邊產生壓差後，再進行洩漏量量測，並以此裝置進行 100℃~700℃之單雙扇門試驗，試驗中發現雙扇門洩漏量比單扇門大，且在 壓差為 100Pa 以下時，加熱溫度在 400℃以上時，洩漏量比在常溫有減少的 趨勢發生。

在各國有關門的洩漏量試驗規範上，如 ISO 5925-1 [11]、ISO 5925-2 [12]、UL 1784 [3]、BS 476-31 [13]、DIN 18095-1 [14]、DIN 18095-2 [15]、

JIS A1516 [5]及 CNS 15038 [16]，規定試體之漏氣量在常溫及中溫狀態 200

℃時都需於一定壓力下小於一定值，由此可見，除中溫 200℃時門試體之洩 漏量需注意外，一般門試體常溫下之洩漏量亦需要相當重視，原因為由於火 源可能發生於離門較遠處，當煙流竄至門之附近時，其煙流可能溫度較低，

甚至與一般空氣溫度相當，所以當火災發生時，有些門並未受到火熱破壞，

但是門的後方一側，常有人因呼吸困難而死，所以以此種狀況而言，門之防 火時效反而不是重點，重點是門必須具備常溫下及一定壓力下能抵擋煙毒流 竄之能力，而且這不僅跟火災事件相關，當門平時具備良好之遮煙能力時，

在某些情況下亦可減低有毒氣體進入室內空間。

三、現場遮煙試驗之理論基礎

本試驗方法與 CNS 15038 標準試驗方法之試驗原理相同，都是利用體 積流量計配合壓差計進行試體之遮煙性量測，除中溫之體積洩漏量未量測外，

試驗方法與 CNS 15038 之試驗方法及步驟相同，由於 Bernoulli 公式得知，

由於空氣在中溫時，因空氣受熱時空氣之密度變化，因此造成中溫(200±20

℃)體積洩漏量會小於常溫之試驗結果，這也與 Chuang et al. [17、18]、Wu et al.[19]、Tsai et al.[20]、Gross[21]及 Kuo et al.[22]研究建築用門體積洩漏量 隨溫度增高而減少之結果相同，所以本計畫預計進行常溫體積洩漏量試驗，

理論上當常溫通過試驗要求之標準值，中溫之體積洩漏量理論上會低於常溫 之體積洩漏量。因此現場之常溫試驗，應足以代表該遮煙門之中溫遮煙性能 (此樘門過去組成之材料需已經通過 CNS 15038 之試驗為基礎)。

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空氣流動行為可以簡單以一維流動假設(one-dimensional flow assumption) 來進行分析，雖然實際上不存在此種運動行為，但在允許近似情況下，卻可

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將空間 A 區和 B 區之開口面積視為 M ，因此通過開口的氣體體積流量 Q，公式可表示為：

M V

Q ₂ (m³/s)

 M ^P Q   2

(m³/s) Q 體積流量 (m³/s) 則質量流量為

P M

Q_m  2

(kg/s) Q 質量流量 (kg/s) m

工程設計中流量係數值一般在 0.6~0.7 之間，由以上可知管狀開口與薄 壁開口之計算方式上類似，兩者最主要差異是不同流量值的選擇而已，不同 的流量係數選擇會直接影響開口部流量計算值，決定流量係數值的因素是多 樣複雜的。由質量流量得知，當溫度增加時，其質量流量會隨之減少。

圖 2.7-1 空氣一維流動模型假設的示意圖

148 四、儀器校正

使用之精密儀器為一台體積流量計、一台壓差計及ㄧ台風車，風車部分 為主要能提供穩定之可調風源即可，因此儀器校正著重在體積流量計及壓差 計，體積流量計及壓差計均須經 TAF 實驗室提供校正報告。體積流量計方 面，以理論體積洩漏量值與實際量測之體積流量計進行比較，提供該體積流 量計是否準確，避免因試驗前不小心之碰撞，或導致試驗者之公信力接受挑 戰之情形發生。

體積流量計在現場準確性比對實驗，採用比對的方式進行應較為準確，

步驟說明如下：

先於鋼板設一孔洞，此孔洞為依 Bernoulli 之理論計算出，流量係數假 設為 0.7，代入空氣密度與 25Pa 規定之限制體積流量值 25m³/h，就可得出 孔洞之尺寸(15.4 cm²)。

孔洞尺寸計算：

假設空氣溫度為20℃

25/60/60=0.70*M*((2*25)/1.2)^0.5 M=25/60/60/0.70/((2*25)/1.2)^0.5 =0.0015368982m²

=15.3689815326cm² πr2=15.3689815326cm² r=2.212cm

此孔洞之半徑為 2.212cm

此孔洞為理論值，當然與實際體積流量計之值會有所差異，因此兩值一 定會存在一個比值，此比值可以當作是一個現場流量計校正系數，未來之比 對箱都統一尺寸時，比值應該都會相同。當此比值存在時，未來各儀器應該 符合此規定才能進行試驗。

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試驗方法參考 CNS 15038「建築用門遮煙性試驗法」（修訂公佈日期為 99 年 11 月 18 日），另洩漏量判斷基準依據內政部 100 年 6 月 23 日內授營 建管字第 1000805256 號函之「CNS15038 建築用門遮煙性能試驗法」判定 基準，在 25Pa 壓差下，其換算為標準狀態下之洩漏量不得大於 25m³／h 以 下，另外量測 10Pa 及 50Pa 時中溫及常溫洩漏量皆無異常之現象。

五、現場建築用門遮煙試驗

本現場試驗儀器除加熱系統未具備外，其他皆符合 CNS 15038 之規定。

原理如 ISO 5925-1[11]、BS 476-31[13]及 CNS 15038 之規定，如下表所示：

表2.7-1 建築用門遮煙試驗裝置之設計原理

規範 建築用門遮煙試驗裝置示意圖 裝置系統說明 ISO 5925-1

BS 476-31

CNS 15038

資料來源：本計畫整理

如下列各圖所示，系統分為三部分，第一部份為試體艙，試體艙為透明 塑膠布所構成，試體艙四周填以不透氣膠帶；第二部份為量測系統，包括一 台體積流量計及ㄧ台壓差計；第三部份為充氣設備，配置有鼓風機一台，組 裝之方式如下所示：

送風機 流量計 試體艙 試體 (Baffle 控制正負壓)

洩漏氣體

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圖 2.7-2 現場遮煙設備基本配置示意圖

圖 2.7-2 現場遮煙設備基本配置示意圖