情境 2 之模擬結果

情境 2 為模擬當無顯著的常年風向時，可設置垂直通風道以輔助引 導室內空氣形成自然通風，場景 2-1為單純自然通風的場景，風由北側吹 過來，而場景 2-2與場景2-3則為模擬室內發生 3 MW的火災，此二場景 的外部風速條件與場景 2-1相同，但起火位置方別為Room 1與Room 2， 而場景 2-4 與場景 2-5 則是模擬室內發生的火災為 100 kW 的小型火災 時，比較其自然通風模式與火災煙流之關係。邊界與起始條件設定可參 見表 4-5。

表 4-5 情境 2 之不同場景條件設定

場景 Q^_S(W/m²) V (m/s) _o Q^_F(kW) t (s) _d 風向 火源位置

場景2-1 600 5 0 0 ^{北側 無}

場景2-2 600 5 3000 100 北側 Room 1

場景2-3 600 5 3000 100 ^北側 Room 2

場景2-4 600 5 100 120 ^北側 Room 1

場景2-5 600 5 100 120 ^北側 Room 2

場景 2-1為模擬外風速5 m/s所產生的自然通風情形，設定戶外標稱 風速為 5 m/s，由圖4-1北側方向吹過來，房間內部無火源。

場景 2-2為模擬當室內已存在自然通風流場時，此自然通風對火災煙 流的影響，房間1的氣態燃燒器在外風速5 m/s 的場景下，等待100秒使 其建立自然通風後開啟產生 3MW的氣態燃燒器。

場景2-3為模擬當室內已存在自然通風流場時，此自然通風對起火位 置在房間 2 的火災所造成的影響，相同地，吾人先模擬無火源的自然通 風100秒，建立自然通風之後，才開啟3 MW氣態燃燒器。

場景2-4為模擬在外風速5 m/s，風由北側吹過來的場景下，此自然 通風對較小火勢所產生的煙流情勢為何？房間1的氣態燃燒器在等待120 秒使其建立自然通風之後，產生100 kW的熱釋放率。

場景2-5為模擬在外風速5m/s，風由北側吹過來的場景下，當Room 2發生較小的火災，此自然通風對此較小火勢所產生的煙流情勢為何？房 間2的氣態燃燒器在等待120 秒使其建立自然通風之後，產生100 kW 的 熱釋放率。

（1）流場結構

圖4-14為情境2之外部流場結構，可看到此情境的外風由北側吹來，

與情境 1 之貫流風向不同，此情境之自然通風單純靠垂直通風道將屋內 空氣排往戶外，圖 4-15 為場景 2-1 的一號門、三號門與垂直通風道位置 的速度向量圖，可以看到一號門的速度向量為進入屋內，而三號門也為 進入屋內，而垂直通風道則是向上排出屋外，圖4-16為此情境之自然通 風路徑示意圖，可發現與情境 1 不同的是，情境 1 為貫流風向，但由於 空氣流動碰觸至建物尖端產生separation流場結構，在三號門南側形成一 迴流區，造成三號門位置的空氣無法穩定地流往屋內，而情境 2 則因為 三號門在背風（wake）面，三號門的流場較穩定，所以靠著垂直通風道 的牽引形成一穩定進風的流場。

圖 4-14 北側進風，外風速 5 m/s（情境 2）建築物外部流場結構

(a) door 1 (b) door 2 (c) shaft 圖4-15 場景 2-1 之 door1、door3、shaft 速度向量圖

圖 4-16 情境 2 之自然通風路徑

（2）體積流率

圖4-17為情境2各場景之體積流率，4-17(a)為場景2-1一號門、三號 門與垂直通風道位置的體積流率，此場景為單純的自然通風，由圖可看 到，一號門與三號門位置的體積流率皆為正值，代表空氣皆由外界進入 屋內，而垂直通風道位置的體積流率也為正值，代表空氣由屋內經由垂 直通風道向戶外排出，此一現象說明了屋內已建立了自然通風路徑，與 圖4-7(a)場景 1-1的體積流率比較，發現場景2-1 在一號門與垂直通風道 的流量皆比場景1-1的流量小，這是因為少了貫流風向的推力，所以場景 2-1的進風量與排氣量皆比場景1-1還小。

圖 4-17(b)為場景2-2之體積流率，此場景在 Room 1有一3MW的火 源，由圖可看到一號門的體積流率在點火後即從正值變為負值，這代表 大量煙氣由一號門竄出，造成一號門的體積流率從空氣流往室內變為煙 氣排往室外，同時垂直通風道的體積流率也在點燃火源之後也大幅上 升，這也是因為大量煙氣從垂直通風道排出，造成由垂直通風道排出量 變大，接著看圖4-17(c)，此場景在Room 2設置一 3MW的火源，其一號 門的體積流率也在點火後即由正值變為負值，代表大量煙氣從一號門竄 出，而垂直通風道的體積流率上升則代表了煙氣也從垂直通風道排出。

將圖 4-17(b)、圖 4-17(c)與圖 4-7(b)、圖 4-7(c)做比較，此四個場景皆為 3MW 火源的場景，可發現場景 2-2 的體積流率與場景 1-2的體積流率類 似，而場景 2-3的體積流率與場景1-3的體積流率類似，這表示了在火源

極大(3MW)的場景下，其外風的風向對火災的煙流情勢幾乎沒有影響，

在火源極大的場景下，大量的高溫煙氣主宰了煙流的走向，速度 5 m/s外 風幾乎對其無法造成影響。

圖4-17(d)為場景2-4 之體積流率，此場景為模擬在Room 1發生一熱 釋放率 100kW的小型火災，由圖4-17(d)可觀察到一號門位置與垂直通風 道的體積流率皆有上升的現象，而三號門的位置變化則不大，圖 4-18為 場景 2-4在一號門位置的溫度截面圖，由圖可看到高溫煙氣從一號門的上 方流出，但一號門下方卻補充更多的空氣進來，造成一號門位置的體積 流率上升，而垂直通風道則是因為煙氣從垂直通風道排出，所以垂直通 風道的排氣量增加，造成體積流率上升，與圖4-7(d)場景1-4之體積流率 比較，可發現場景 2-4 一號門與垂直通風道的體積流率皆比場景 1-4 還 小，這代表了當室內有一較小的火源時，其外風速的風向的確會影響到

排煙的現象。

圖4-17(e)為場景2-5的體積流率，此場景為模擬在Room 2 位置有一

熱釋放率100kW的小型火災，由圖可發現火源點燃後，其一號門與垂直

通風道的體積流率皆上升，因為此場景的火源在Room 2的關係，較高溫 的煙氣進入了垂直通風道內，使得垂直通風道的煙囪效應較明顯，排煙 效率變高，所以垂直通風道的體積流率上升，而雖然煙氣也有從一號門 向外排出，但因一號門的下方成為一補氣的開口，進氣量比單純自然通 風時還要多，所以體積流率也上升，與圖4-7(e)場景1-5的體積流率比較，

場景2-5在一號門與垂直通風道位置的體積流率上升量皆比場景1-5一號 門與垂直通風道的體積流率上升量還少，由這兩個場景的比較再次說明 了在火源較小(100kW)的場景中，其外風速的風向的確會影響到煙流的發 展。

0 100 200 300 400 500 600 700 800

圖4-18 場景 2-4，一號門之截面溫度圖(t=500)

（3）煙層分布

圖 4-19 為場景 2-2 不同時間之煙流圖，此場景的火源位置在 Room 1，火源大小為 3MW，由圖可看到煙氣在點火後 10秒即開始累積，點火 後30秒Room 1 的煙層則下降至1.5m，此時Room 2 的煙層也在快速的 下降，在點火後50秒，Room 2 的煙層也下降到了1.5m，而在點火後的 120秒，煙氣即充滿了兩間房間。

圖4-20為場景2-3不同時間之煙流圖，此場景的火源位置在Room2， 火源大小為3MW，此場景在點火後 20秒 Room 2的煙層即下降至1.5m， 點火後40秒Room 1 的煙層也下降至1.5m，點火後110秒煙層則充滿兩 間房間。

將以上兩個場景與圖 10、圖 11 場景 1-2、場景 1-3 不同時間的煙流 圖做個比較，可發現煙層下降至1.5m的時間大致上相同，因為火源極大，

排煙口的面積不夠，所以大量煙氣一下子就累積下來至 1.5m處，但煙氣 散布在整個房間的時間有稍微往後延一點，

圖 4-21為場景 2-4不同時間之煙流圖，此場景的火源位置在Room1， 火源大小為 100kW，在點火後20 秒煙層開始累積，點火後130秒 Room1 的煙層下降至 1.8m，由於煙氣會從一號門流出的關係，所以煙層的累積 較緩慢，在點火後 220秒Room 1與 Room 2的煙層同時下降至1.5m處，

而最後煙層的中性面高度約落在 1.2m處。

圖 4-22為場景 2-5不同時間的煙流圖，此場景火源設置在Room 2， 火源大小為 100kW，在點火後20 秒煙層開始累積，點火後200秒 Room2 的煙層下降至 1.5m處，點火後 290 秒Room 1的煙層下降至1.5m處，而 最後煙層的中性面高度維持在 1.2m的高度。

場景 2-4與場景2-5 煙層下降至1.5m處的時間比場景1-4、場景1-5 下降的時間還長，是因為場景1-4、場景1-5 受到貫流風向的影響，造成 煙氣被貫流風向壓制在屋內，無法順利的由一號門排出，而場景2-4與場 景 2-5則多了一號門的位置可以將煙排出，所以延緩了煙層下降的時間。

(a) t=110(點火後 10秒)，煙層開始累 積

(b) t=130(點火後 30秒)，Room1煙層 下降至 1.5m

(c) t=150(點火後50秒)，Room2煙層 下降至 1.5m

(d) t=220(點火後120 秒)，煙氣充滿兩 間房間

圖4-19 場景 2-2 不同時間的煙流圖

(a) t=110(點火後10 秒)，煙氣開始累 積

(b) t=120(點火後20 秒)，Room2煙層 下降至1.5m

(c) t=140(點火後 40秒)，Room1煙層 下降至1.5m

(d) t=210(點火後 110秒)，煙氣充滿兩 間房間

圖 4-20 場景 2-3 不同時間的煙流圖

(a) t=140(點火後20秒)，煙氣開始累 積

(b) t=250(點火後130 秒)，Room1煙層 下降至 1.8m

(c) t=340(點火後220 秒)，Room1與 Room2煙層同時下降至1.5m

(d) t=600(點火後480 秒)，中性面高度 約1.2m

圖4-21 場景 2-4 不同時間的煙流圖

(a) t=140(點火後 20秒)，煙氣開始累 積

(b) t=320(點火後 200秒)，Room2煙層 下降至1.5m

(c) t=410(點火後290 秒)，Room1煙層 下降至1.5m

(c) t=600(點火後 480秒)，煙層維持在 高度 1.2m處

圖 4-22 場景 2-5 不同時間的煙流圖