模擬空間建構及參數規劃

本研究採用 Pyrosim 進行電腦數值模擬，探討當長照機構發生火 災時，在有無撒水情況下，裝設排煙設備對火場煙流沉降之危害影響，

並評估現今法定排煙設置是否滿足避難逃生需求。

一、空間規劃

依照 108 年度內政部建築研究所另一委託研究案之「長照機構居 室全尺度火災特性實驗及應用研究」全尺寸實驗規劃之實際模型屋，

進行模擬空間設置。現勘起火室樓地板為長 8.0m×寬 6.0m，面積約為 48m²(圖 4-2)，置入相同配置如床位、床頭櫃等，以契合全尺寸實驗 情境，實際與模擬空間對照如圖 4-3、4-4 所示：

圖 4-2 現勘_起火居室空間平面圖

(資料來源：108 內政部建築研究所_「長照機構居室全尺度火災特性實驗及應用研究」)

圖 4-3 現勘_起火居室空間圖

(資料來源：本研究整理)

圖 4-4 模擬_起火居室空間圖

(資料來源：本研究整理)

自然排煙窗

觀測窗

觀測窗

石膏板 (天花板)

本研究採用Pyrosim進行電腦數值模擬，探討有無裝設排煙設備 (如：自然排煙設備或機械排煙設備)對於火場煙流影響分析。根據排 煙設備種類分成三種情境規劃，詳細如下：

(1)無裝設排煙設備：

第一種情境為無裝設排煙設備。為契合全尺寸實驗結果，將依照 該研究案全尺寸實驗規劃進行相同配置，於模擬空間內擺置一張泡棉 (聚氨酯)床墊、兩張塑膠製床頭櫃。

(2)裝設自然排煙：

第二種情境為裝設自然排煙設備。以第一種情境配置為基礎，加 裝自然排煙口。依《各類場所消防安全設備設置標準》第188條之規 定，排煙口設置於天花板或其下方80cm以內且開口面積在防煙區劃 面積2%以上。本研究模擬空間樓地板面積為48m²，自然排煙量最低 需求為48m²×2%=0.96m²。本研究場勘自然排煙口尺寸為長2.1m×寬 0.5m×1個，開口面積為1.05m² 48m²×2%=0.96m²，放置於天花板下方 80cm以內(圖4-5)，經檢討滿足法規要求。

(3)裝設機械排煙：

第三種情境為裝設機械排煙設備。以第一種情境空間配置為基礎，

加裝機械排煙口。依《各類場所消防安全設備設置標準》第188條之 規定，排煙口應設置於天花板或其下方80cm內且排煙機之排煙量需 維持120m³/min以上。故本研究將於天花板上設置一個長0.6m×寬0.4m 的機械排煙口(圖4-6)，排煙量設置為120 m³/min。。

圖 4-5 自然排煙設備空間示意圖(側視圖)

圖 4-6 機械排煙設備空間示意圖(俯視圖)

(圖4-5、4-6資料來源：本研究整理) 機械排煙口(0.6m X 0.4m)

自然排煙口(2.1m X 0.5m)

二、網格規劃

一般而言，要獲取最合適的網格大小需由較粗糙的網格逐漸細化，

直到從模擬結果或迭代曲線圖中，無明顯數值差異變化為止。但反覆 嘗試需要耗費大量時間。因此，本研究根據陳泓翔【25】提出使用電 腦模擬火災情境時，建議以邊長為 10 公分的正方體作為切割。詳細 網格數量及示意圖如表 4-1、圖 4-7 所示：

表 4-1 模擬空間網格數量表 模擬空間_網格數量

項 目 網格數

X 軸 103

Y 軸 109

Z 軸 36

總計 404,172

圖 4-7 網格規劃示意圖(俯視圖)

(表4-1、圖4-7資料來源：本研究整理) 非起火室

起火室

三、溫度量測點規劃

本研究於模擬空間內設置熱電偶樹 (Thermocouple Tree)以量測 溫度變化。熱電偶樹以離地 0.1m 為第一點，而後每間距 0.2m 設置一 點，一束熱電偶樹共計 13 個量測點。本模擬空間將設置 3 束熱電偶 樹作為火場溫度量測。

圖 4-8 溫度量測點設置空間示意圖(正視圖)

圖 4-9 溫度量測點設置空間示意圖(俯視圖)

(圖4-8、4-9資料來源：本研究整理)

四、煙層高度量測點規劃

本研究將於模擬空間內設置煙層高度測試點，用以量測實驗空間 內煙層隨時間的高度變化，量測範圍由地面至 2.7m。本模擬設置 20 個煙層高度量測點作為火場煙層高度量測使用。

C 點 B 點 A 點

鐵門位置

觀測窗

圖 4-10 煙層高度設置空間示意圖(正視圖)

圖 4-11 煙層高度設置空間示意圖

(圖4-10、4-11資料來源：本研究整理)

五、撒水頭及偵煙探測器設置規劃

針對有無撒水情境下，裝設排煙設備對煙層影響之研究，本研究 將於模擬空間內設置撒水頭及偵煙探測設備，詳細設備參數如下表 4-2、表 4-3 所示。

表 4-2 撒水頭模擬參數規格表

項目 數值

啟動溫度 72.0 ( )

撒水頭靈敏度量測指標 33.0 ( )

動作壓力 1.47 (bar)

K 值 30.0 (L/min )

設置高度 3m

(資料來源：本研究整理)

表 4-3 偵煙探測設備模擬參數規格表

項目 數值

偵測方式 感煙式

遮光率 15 (%/m)

設置高度 2.7m

(資料來源：本研究整理)

依《各類場所消防安全設備設置標準》第 46 條第二款之規定，

快速反應型撒水頭（第一種感度），各層任一點至撒水頭之水平距離 在 2.3m 以下。但防火構造建築物，其水平距離得增加為 2.6m 以下。

因此，本研究將以防護半徑為 2.6m 為基準來規劃撒水頭位置，由圖 4-12 得知，本研究模擬空間至少應配置 6 顆撒水頭。

圖 4-12 撒水頭設置空間示意圖(俯視圖)

(資料來源：本研究整理)

本研究將在距離地面 2.7m 處且於該空間中央，裝設偵煙探測點，

模擬空間示意圖如圖 4-13 所示。針對裝設火警偵煙探測設備的規範，

將依照【各類場所消防安全設備設置標準】第 115 條設置：

1. 天花板上設有出風口時，除火焰式、差動式分布型及光電式 分離型探測器外，應距離該出風口一點五公尺以上。

2. 牆上設有出風口時，應距離該出風口一點五公尺以上。但該 出風口距天花板在一公尺以上時，不在此限。

3. 天花板設排氣口或回風口時，偵煙式探測器應裝置於排氣口 或回風口周圍一公尺範圍內。

4. 局限型探測器以裝置在探測區域中心附近為原則。

5. 局限型探測器之裝置，不得傾斜四十五度以上。但火焰式探 測器，不在此限。

圖 4-13 火警偵煙探測設備設置空間示意圖(俯視圖) 六、二氧化碳設置規劃

本研究將在模擬空間內設置二氧化碳的偵測器，用以量測模擬火 場中的危害氣體隨時間的變化。本研究將於門口旁及距離地面 1.5m 處，放置二氧化碳的偵測點，詳細空間示意圖如圖 4-14 所示。

火警偵煙探測點位置 鐵門位置

觀測窗

圖 4-14 二氧化碳偵測器設置空間示意圖(俯視圖)

(圖4-13、4-14資料來源：本研究整理)