第四章 結果與討論
4.8 夾層情境計算結果
4.8.5 情境三模擬結果
如圖 4.22、圖 4.23 所示，本簡易二層法煙層下降至 1.8m 時間為 127.29 秒;FDS 煙層下降至 1.8m 時間為 161.2 秒，本簡易二層法煙層 溫度於為 118.2 度; FDS 煙層溫度為 114.6 度。
如圖 4.22 所示，本簡易二層法於火災初期即直接計算煙層厚度，
故整體趨勢成拋物線狀，FDS 停滯原因係因煙柱流(Plume)及天花板 噴流(Ceiling Jet)之延遲時間，此情境之煙層下降計算方式並不需考慮 有夾層狀況，其煙生成率採用舊版簡易二層法之設定，故情境三之煙 層高度結果既為一般居室無夾層狀況之計算結果。如圖 4.23 所示，
本情境之煙層溫度上升趨勢與 FDS 相近。
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圖 4.22 情境三煙層高度與時間關係圖
圖 4.23 情境三煙層溫度與時間關係圖
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4.8.6 情境四煙層高度模擬結果與各情境之比較
情境四之設計目的係由於目前夾層居室之煙層下降計算方法係 將夾層面積併入樓地板面積作新的居室面積參數計算，為了探討此計 算方式之安全性，故將本簡易二層法及 FDS 作相同計算方式之比較，
並與目前夾層情境一(有無防煙垂壁)之煙層下降結果作對照探討其 差別。
如圖 4.24 所示，此圖為情境四與各情境煙層高度下降之結果，
五條實線為本簡易二層法各情境煙層下降之趨勢，紅色虛線為 1.8m 高度線;橘色虛線為 FDS 於情境四之計算結果;情境一(有防煙垂壁)簡 易二層法煙層下降至 1.8m 時間為 139.41 秒;情境一(無防煙垂壁)簡易 二層法煙層下降至 1.8m 時間為 111.08 秒;情境二簡易二層法煙層下降 至 4.06m 已達程式收斂標準;情境三簡易二層法煙層下降至 1.8m 時間 為 127.29 秒; 情境四簡易二層法煙層下降至 1.8m 時間為 135.03 秒;
情境四 FDS 煙層下降至 1.8m 時間為 171.13 秒。
由圖 4.24 結果可知，情境一(無防煙垂壁)之煙層下降速度最快 (111.08 秒)，係因此情境於夾層邊界之煙生成率採用 Roger H.[20]所 提出之露台型煙流(Balcony spill plume)公式，其多考量了煙流通過夾 層邊緣所捲入之空氣造成煙生成率之增量。
由前述夾層樓地板面積計算說明可知，情境四之樓地板面積係將 居室「夾層面積」＋「原樓地板面積」作總和重新計算，本情境原樓 地板面積設定為 150m2，夾層面積則依據目前法規「建築技術規則建 築設計施工篇」中所述夾層面積最大限制為原樓地板面積之 1/3 作設 定即為 50m2，故情境四樓地板面積則採 150 m2+50 m2=200 m2，而此 樓地板之設定扔在簡易二層法適用範圍內(≤200 m2)。
由圖 4.24 結果可知，簡易二層法情境四煙層下降至 1.8m 之時間 較情境三與情境一(無防煙垂壁)晚，其係因情境四計算參數之樓地板 面積為 200 m2，而其他情境(情境一、二、三)皆為 150 m2，故情境四
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之計算方式因面積影響提供了煙流更多蓄積空間使其煙層下降速度 較慢，其中情境一(有防煙垂壁)之煙層下降時間較情境四晚，係因情 境一之防煙垂壁提供了夾層下方蓄煙空間，使得煙層在夾層下方停滯 了 28.33 秒。
綜上結果可知，簡易二層法夾層各情境到達 1.8m 時間皆小於 FDS 到達 1.8m 時間，故可推斷本簡易二層法不管採用哪種夾層情境 之煙層高度計算結果皆較 FDS 安全性高，而情境一之計算方式採用 Roger H.[20]所提出之露台型煙流(Balcony spill plume)公式，多考量了 煙流通過夾層邊緣所捲入之空氣造成煙生成率之增量，且在無防煙垂 壁下其煙層下降時間最快，故可建議將此夾層情境計算方式納入目前 簡易二層法中，以提供居室夾層情境較安全且合理之煙層下降驗證。
圖 4.24 各情境煙層高度與時間關係圖
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4.9 結論
1. 本研究考量之簡易二層法驗證結果與日本 BRI2002 相近;在增列 熱輻射模型至現有簡易二層法中，其結果顯示此熱輻射模型貼近 FDS 及實驗結果。
2. 實驗及 FDS 透過 N-percent method 得到之煙層高度，該方法受 N 值所採取之大小及熱電偶離火源之遠近影響，決定煙層高度判斷 上之差異大小。
3. 本研究之第四版簡易二層法較第三版簡易二層法準確，其係因本 研究之第四版簡易二層法熱輻射模型依據 Siegel and Howell 選用 之封閉模型作居室內部空間配置(view factor)且考慮放射率及透 射率相關設定較符實際狀況，而第三版簡易二層法則是以火源熱 功率乘以 1/3 作為熱輻射損失估算。
4. 使用「建築物防火避難安全性能驗證技術手冊」進行居室性能驗 證時，其判斷煙層下降過於嚴苛不符實際狀況，係因「建築物防 火避難安全性能驗證技術手冊」之火源發熱量與其煙層密度使用 定值直接作煙層下降之計算，而本簡易二層法之火源發熱量採 T2 火災成長模式且密度根據理想氣體方程式隨溫度而變化，其結果 與 FDS 比對後可知於小居室中簡易二層驗證技術係為較合理之驗 證方式。
5. 簡易二層法夾層各情境中，其到達 1.8m 時間皆小於 FDS 到達 1.8m 時間，故可推斷本簡易二層法夾層情境之煙層高度計算結果皆較 FDS 安全性高，而情境一之計算方式採用 Roger H.[20]所提出之 露台型煙流(Balcony spill plume)公式，多考量了煙流通過夾層邊 緣所捲入之空氣造成煙生成率之增量，且在無防煙垂壁下其煙層 下降時間最快，故可建議將此夾層情境計算方式納入目前簡易二 層法中，以提供居室夾層較安全且合理之煙層下降驗證。
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第五章 未來工作與建議
1. 與相關文獻之驗證結果顯示，考慮熱輻射之簡易二層法在煙層下 降與溫度分布均較為準確，未來將依據現有熱輻射模型及本研究 夾層之結果，導入動量方程將使預測更符實際狀況。
2. 探討自然排煙口中性層之物理現象，如下圖5.1 所示，一般煙層 界線(藍色實線)與中性層邊界線(紫色實線, Neutral axis)不一致，中 性層係居室內壓力為零之邊界線，於中性層上方其居室內部壓力 大於居室外部之大氣壓力，煙流向外流出;於中性層下方其居室內 部壓力小於居室外部之大氣壓力，空氣將由居室外部向居室內補 氣進入，若導入相關中性層之壓力項文獻經驗公式，並準確判斷 排煙口中性層所在高度位置將可優化本程式於自然排煙口之計算 結果。
圖 5.1 居室內中性層與煙層示意圖
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