第五章 居室空間無設撒水系統火災實驗結果與分析
第二節 時間與煙產生量公式修正
一、照度計與燈泡變化距離實驗量測結果
為了瞭解燈泡與照度計間距照度關係以下所得數據將視為日後校正照 度計與燈泡變化距離時之基準，由圖 5-8 來看，X 軸為照度計與燈泡之間距 離，Y 軸為燈泡給與照度計之照度，可見隨著距離加大，其燈泡照度隨之影 響。
LED投射燈不同距離之照度
0 2000 4000 6000 8000 10000
0 20 40 60 80 100
距離(cm) 照度(LUX)
照度(LUX)
圖 5-8 照度計與燈泡相對距離與照度變化關係圖 (資料來源:本研究自行整理)
二、火源置中之 30.48cm 油盤實驗量測點間距結果
內政部建研所之不透光率分析儀所顯示數據為光的遮蔽率，利用 SFPE handbook 內光的遮蔽率(%)公式，詳細如下:
e
klI I
1
1
0.
(5.1)
I0：原始亮度
I：瞬間亮度 k：消光係數(1/m)
l：發射端與接收端距離(m)
針對發光體來計算能見度 S 之公式如下:
(5.2) 設定發射端為發光體，能見度設定為 10m，因此 K 值代 0.8(1/m)，L 為 4.4m，經由遮蔽率公式計算後，得到為 97%，因此當不透光率分析儀量測 到數值為 97%之時間，即判定為煙層到達時間，另外考量到不透光率分析儀 量測點有限，無法一次多點量測，因此本研究採用照度計來作為實驗空間能 見度之量測，為了將照度計所量測之能見度時間基準與不透光率分析儀相 同，因此將將照度計與燈泡設置七個量測點，與不透光率分析儀呈平行，實 驗架設圖片如圖 5-9 所示。本研究以火源為直徑 30.48cm 油盤之 92 無鉛汽 油來作測定，實驗結果如圖 5-10 可得知，當將照度計與燈泡間距設置為 0.4m 時，所設置之七個量測點，各點所測得之能見度達 10m 之時間與不透光率 分析儀相同，因此往後照度計與燈泡間距設定為 0.4m，圖 5-10 可見實驗前 能見度皆顯示高於 100m 範圍，點火後約 180 秒後各量測點皆達能見度小於 10m，與煙控實驗場內所裝設之不透光率分析儀所讀取能見度小於 10m 時間 點相同，另外可得之 500ml 汽油約燃燒約 360 秒。
8
S
k
第五章 居室空間無設撒水系統火災實驗結果與分析
圖 5-9 火源置中之 30.48cm 油盤照度計與燈泡設置位置圖 (資料來源:本研究自行整理)
汽油-30.48cm-於180cm量測能見度(間距35cm)
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 時間(s)
能見度(m)
NO1-1能見度(m) NO2-1能見度(m) NO3-1能見度(m) NO4-1能見度(m) NO5-1能見度(m) NO6-1能見度(m) NO7-1能見度(m) 遮蔽率%換算能見度
圖 5-10 火源置中之 30.48cm 油盤汽油實驗能見度與時間關係圖 (資料來源:本研究自行整理)
由於照度計主要是依賴外部光源來顯示數據，為考慮到實驗中，火源亮 度是否會影響照度計量測燈泡所給與照度之數據，因此本研究將照度計設置 距離火源 1m、1.5m、2m 處三個量測點，高度皆為 1.8m，火源以直徑 30.48cm
的 92 無鉛汽油來測定，實驗結果如圖 5-11 可見，量測點距離火源 1m 之後，
所測得數據可知大約為 3Lux 以下，而依照圖 5-8 顯示，當照度計與燈泡距 離為 0.4m 時，其照度為 1400Lux 左右，因此火源對於照度計於 1m、1.5m、
2m 處三個量測點影響不大，但考慮到儀器本身環境溫度限制，因此設定量 測點皆以距離火源中心 1.5m 之後較為妥當。
圖 5-11 直徑 30.48cm 油盤之汽油實驗火源影響照度計亮度圖 (資料來源:本研究自行整理)
三、實驗空間 1.8m 高度能見度於 10m 時煙層分布情況
為探討實驗空間，煙層是否均勻，因此，本研究設定火源為直徑 30.48cm 之油盤，燃料為汽油，火源位於空間地面中央，將照度計與燈泡間距設置為 0.4m，架設於實驗空間共十二個量測點，量測高度皆位於 1.8m，各點所測
火源亮度影響於不同距離之比較
0 1 2 3 4 5
0 50 100 150 200 250 300 350 400
時間s 亮度Lux
R1-1(距離火源1m)
R2-1(距離火源1.5m)
R3-1(距離火源2m)
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異不大，因此本研究判定實驗空間中於 1.8m 高度煙濃度呈現均勻分佈。除 了實際實驗外，本研究以 FDS 建立數值模型，由圖 5-14 FDS 所模擬之數據 與前述實驗之圖 5-13 可明顯看出火源置中時實驗與 FDS 模擬所得之能見度 分佈相似，實驗所得知結果為煙層皆均勻分布在空間中，與 FDS 模擬出的 結果相同。
圖 5-12 直徑 30.48cm 油盤 92 無鉛汽油實驗設備架設圖 (資料來源:本研究自行整理)
圖 5-13 高度 1.8m 之能見度分佈(實驗值) (資料來源:本研究自行整理)
能 見 度 圖 例
11.8m
4.4m
(m)
N
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圖 5-14 高度 1.8m 之能見度分佈(模擬值) (資料來源:本研究自行整理)
四、不同燃料於無抽風、無供氣條件下，煙層下降時間與煙產生量公式修正 本研究先將庚烷、PU 沙發泡棉、木框架依 SFPE HANDBOOK 內煙產 生率 Ys (g/g)數值以表 5-1 來進行分類，將由於 92 無鉛汽油熱釋放率的三分 之一次方與時間(t-1)關係趨勢與、PU 沙發泡棉相同，因此與 PU 沙發泡棉歸 類為 Ys>0.037 的物質，另庚烷及木框架則為 Ys≦0.037 的物質。
(m) 能 見 度 圖 例 4.4m
11.8m
N
表 5-1 不同物質煙產生率表
(資料來源: Society of Fire Protection Engineers (SFPE))
本研究主要以 92 無鉛汽油、庚烷、PU 沙發泡棉、木框架四種燃料來進 行性能化煙控公式修證與探討，火源置於實驗空間中心，並於密閉空間下，
進行實驗後，將所量測到能見度達 10m 之時間的負一次方(s)-1 在與不同燃 料所得之熱釋放率取 1/3 次方即為 Q^(1/3)作圖，如圖 5-15 所示，所得結果 得知 Ys>0.037 的物質所得之方程式斜率為 0.0046，Ys≦0.037 的物質所得之 方程式斜率為 0.0021。
將公式(3.1)作 t-1可得(5.3)如下所示:
1 . 8
1
room room
H A
Ve
t Vs
(5.3)將公式(3.2)整理後可得(5.4)如下所示:
3
3 5 1
1
Q Z
k
V
s
(5.4)將公式(5.4)帶入公式(5.3)可得:
5 1
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因此 Ve 值視為為零，將 Ys>0.037 的物質斜率代入(5.3)並乘以 60(min/s)，可 得修正係數 k1為 6，Ys≦0.037 的物質斜率代入(5.3)再乘以 60(min/s)，可得
四、於居室空間不同抽風量煙層下降時間與煙產生量公式修正
在避難安全性能驗證手冊之煙層下降時間，有考慮到空間抽風量之因 子，因此本研究進行不同抽風量下，來量測空間中於 1.8m 高度，能見度達 10m 之時間，進行煙層下降時間與煙產生量公式修正，於實驗空間中，抽風 口位置及風速量測點如圖 5-16 所示，本研究先以變化抽風機不同頻率來變 化抽風量，量測抽風口風速並計算出風量其數據如表 5-2 所示:
圖 5-16 抽風口量測示意圖 (資料來源: 本研究自行整理)
抽風口(0.6m*0.4m) 火源
1.6m
11.8m
4.4m
N
第五章 居室空間無設撒水系統火災實驗結果與分析 10.3 10.4 10.4 10.37 29.856 12.3 12.5 12.4 12.40 35.712
量設點風速m/s 示，所得結果得知 Ys>0.037 的物質所得之方程式斜率皆為-0.01，截距為 0.0171、0.0124、0.0095、0.012、0.0098、0.0074，圖 5-18 Ys≦0.037 的物質 所得之方程式斜率皆為-0.01，截距為 0.0123、0.0114、0.0065、0.008、0.0048、
0.0039。
t-1：該居室火災產生的煙層下降達到 1.8 高度的時間倒數（s）
Aroom：該居室樓地板面積（m2）
Hroom：該居室之平均天花板高度（m）
Q：燃料之熱釋放率(kW) Z：煙層高度(m)
D：燃料直徑(m)
Ve：有效排煙量（m3/s）
本次實驗於抽風、自然供氣情況下，將 Ys>0.037 的物質所列出之截距 代入(5.6)後，再乘以 60(min/s)可得到 k1為 6 D，Ys≦0.037 的物質所列出之 截距代入(5.6) 後，再乘以 60(min/s)可得到 k1皆為 6 D。總結以上修正係數 K1，得知煙產生量與油盤本身大小 D(等量直徑)有直接關係，等量直徑計算 如表 5-3 所示，整體來看煙產生量修正係數 k1為 6D，而原先避難安全性能 驗證手冊中，應是採用發煙量較大之燃料，如輪胎之類，故煙產生量係數為 9，可看出較為保守，倘若使用者運用到本實驗之修正係數，需考量到燃料 直徑之限制，因此本研究仍建議維持煙產生量係數為 9 較為保守。
第五章 居室空間無設撒水系統火災實驗結果與分析
圖 5-18 Ys≦0.037 的物質於不同抽風量之煙層下降時間 (資料來源: 本研究自行整理)
表 5-3 等量直徑 D 計算圖例
燃料 計算圖例
油類
泡棉
木框架
b
b=D
c
b p
c=D
√(a*b)=D
a a
a a
√(a*p)=D
2*a=D
六、比較居室空間於有無抽風情況下 1.8m 能見度之變化
一般隧道在設定排煙量時，需考量到物體輻射熱與臨界風速之間關係，
以免於排煙情況下產生擾亂煙層，造成限制人員避難問題，受到空間及儀器 設備性能之限制，本研究實驗空間所設定之排煙機風量小於法規所規定，但 從實驗中仍可看到，在最大抽風量(35.7CMM)下，於 1.8m 高度，其能見度 與無抽風情況下較有改善趨勢，針對抽風對煙層下降時間(人員避難時間)之 影響，本研究以 92 無鉛汽油、庚烷、PU 沙發泡棉、木框架四種燃料，進行 於有無抽風情況下，量測高度設定為 1.8m 之情況下，來觀察能見度變化之 情形，從圖 5-19、圖 5-20、圖 5-21、圖 5-22，皆可得到抽風對人員於避難 時之時間，有正面影響。
汽油-高度1.8m之能見度有無抽風比較
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
70 90 110 130 150 170 190 210
時間(s) 能
見 度(
)m
無撒水無抽風(距離地面1.8m)
無撒水有抽風(距離地面1.8m)
圖 5-19 汽油-高度 1.8m 能見度於有無抽風比較
第五章 居室空間無設撒水系統火災實驗結果與分析
木框架-高度1.8m能見度有無抽風之比較
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
140 160 180 200 220 240
時間(s) 能
見 度(
)m
無撒水無抽風(距離地面1.8m) 無撒水有抽風(距離地面1.8m)
圖 5-22 木框架-高度 1.8m 能見度於有無抽風比較 (資料來源: 本研究自行整理)
第五章 居室空間無設撒水系統火災實驗結果與分析