第四章 排煙性能之電腦模擬分析
第四節 模擬結果分析
完成上述十種模擬情境後，整理其模擬結果，探討有無撒水情境 下，無裝設排煙設備或裝設自然排煙設備、機械排煙設備，對於火場 之煙流特性及危害分析。模擬結果分析如下：
一、模擬結果與實驗數據驗證分析(比較模擬1)
本研究蒐集108年度內政部建築研究所之「長照機構居室全尺度 火災特性實驗及應用研究」全尺寸實驗結果，並以相同情境規劃進行 模擬。首先針對「無排煙設備及無撒水情況」的實際實驗結果與模擬 數據進行比較(溫度、煙層)，以瞭解模擬與真實的數值差異。
(一)溫度方面：
比較無撒水、無排煙設備之實驗與模擬結果。為簡化溫度感測點 數量，故先將A、B、C三串溫度感測點位於2.7m及1.8m的數值進行平 均後，再進行比較，如圖4-45所示。
圖 4-45 實驗結果與模擬數據溫度比較圖(2.7m & 1.8m)
(資料來源：本研究整理)
由圖4-45得知，溫度在180秒後開始有明顯上升趨勢，2.7m處平 均溫升斜率為0.29 /sec，1.8m處平均溫升斜率為0.16 /sec。比較2.7m
與1.8m的實驗結果及模擬數據發現，其溫升趨勢相似且數值差異在 5%以內。
由火警偵煙探測設備啟動時間(表4-15)發現，在火勢成長速度緩 慢的情況下，當偵煙探測器報警時，環境溫度仍維持在40 以下。因 此，居室內裝設火警偵煙探測設備可減少火勢擴大的可能性。
表 4-15 全尺寸實驗_火警偵煙探測設備啟動時間
偵煙設備種類
項目 及早期 一種 二種
實驗_啟動時間(min/sec)
01:49 02:20 02:29 (資料來源：本研究整理)
(二)煙層方面：
比較無撒水、無排煙設備之實驗與模擬結果。由圖4-46發現，煙 層沉降趨勢相似且數值差異在3%以內。比較實際與模擬結果，在第 300秒時，煙層下降至1.8m以下，因此在火勢成長緩慢的情況下，有 將近5分鐘的時間，可以避免受到煙層的危害。
圖 4-46 實驗結果與模擬數據比較圖(煙層高度)
(資料來源：本研究整理)
1.80m
若進一步比較居室空間尺寸調整為長 6m×寬 4m×高 2.4m 且無撒 水、無排煙設備之模擬結果。由圖 4-47 發現，當居室空間尺寸由「長 8m×寬 6m×高 2.7m」調整為「長 6m×寬 4m×高 2.4m」(約為 2～3 人 房之大小)後，煙層下降時間由 300 秒增快至 252 秒。由模擬結果可 知，若起火居室為 2～3 人房之大小，應爭取於 4 分鐘內完成避難，
以確保住民之安全。
圖 4-47 無撒水、排煙且居室面積及高度縮小之煙層高度比較圖
(資料來源：本研究整理)
1.80m
表 4-16 實際與模擬_煙層沉降示意圖
時間 全尺寸實驗實際畫面 模擬數據
60 秒
120 秒
240 秒
360 秒
480 秒
540 秒
(資料來源：本研究整理)
二、無撒水情境下之關係分析(比較模擬1～5) (一)煙層高度方面：
無撒水情況下，假設起火位置、火源大小及室內配置皆相同僅排 煙設備不同之模擬情境，比較無排煙、自然排煙、機械排煙之煙層高 度，如圖4-48所示。
圖 4-48 無撒水情況，煙層高度比較
(資料來源：本研究整理)
普遍研究煙控系統設計時，皆以離地1.8m的位置設定為安全高度，
可使人員在火場維持站立姿勢。本研究分析無撒水情況下，煙層高度 維持在1.8m以上的時間，模擬1約為306秒；模擬2約為352秒；模擬3 約為500秒；模擬4約為564秒；模擬5約為597秒。詳細分析比較如圖 4-49所示。
故在無撒水情況下，不管裝設何種排煙設備皆能延緩煙層下降的 時間及延長受困人員的逃生時間。就結果而言，無撒水情況下，相較 於法定開窗面積的自然排煙設備，法定排煙量的機械排煙設備可延長 約42%煙層下降至1.8m的時間。
1.80m
偵煙探測點激發排煙設備
對於加大法定要求值設置排煙設備進行比較排煙性能，加大自然 排煙設備有明顯延緩煙層下降至1.8m的趨勢，與法定要求設置相比，
可延長60%的時間。而加大機械排煙設備而言，僅延長19%的時間。
圖 4-49 煙層維持在 1.8m 以上的時間
(資料來源：本研究整理)
(二)溫度方面：
無撒水情況下，假設起火位置、火源大小及室內配置皆相同之模 擬情境，考量到長照機構弱勢人員在逃生時，大多需要依靠輪椅或病 床輔助，本研究以離地1.8m處進行探討無排煙設備、自然排煙設備、
機械排煙設備之溫度。因溫度曲線過多，本研究將模擬1~5中，A、B、
C三串熱電偶樹之量測值取平均後再進行比較，如圖4-50所示。
圖 4-50 無撒水情況，溫度比較
(資料來源：本研究整理)
雖然人員可生存之極限溫度(Breathing level temperature) 約為 131 ，但當室內溫度高於60 時，人員便難以忍受，易造成逃生行 為遲緩。因此，本研究以火場溫度60 來作為依據進行比較，模擬1 為329秒；模擬2約473秒；模擬3約560秒；模擬5約574秒；而模擬4 在600秒前，溫度並無到達60 。
分析因溫度造成人員逃生速度延緩的時間，在偵煙探測器啟動後 200秒時，無裝設排煙設備之火場溫度達到60 ，而裝設自然排煙設 備較無排煙設備延長44%，裝設機械排煙設備較無排煙設備延長70%，
因此可證明裝設排煙設備可延長受困人員受到溫度危害的時間。
分析以兩倍法定要求設置排煙設備對火場溫度影響，加大自然排 煙設備較原法定要求，可使火場位於1.8m處溫度，在600秒內不會上 升至60 ；而加大機械排煙設備較原法定要求，可延長火場1.8m處溫 度上升至60 約4%的時間(14秒)。因此，加大自然排煙設備排煙口面 積較加大機械排煙設備排煙量，有較明顯的排煙性能提升。
60 偵煙探測點激發排煙設備
圖 4-51 無撒水情況下，溫度上升至 66 所需時間(1.8m)
(資料來源：本研究整理)
(三)有害氣體方面(CO2)：
無撒水情況下，假設起火位置、火源大小及室內配置皆相同僅排 煙設備不同之模擬情境，比較無排煙、自然排煙、機械排煙之CO2量，
如下圖所示。
圖 4-52 無撒水情況，CO2氣體濃度比較
(資料來源：本研究整理)
由參考書目【21】得知，CO2濃度超過10,000PPM開始對人體有 危害。分析無撒水情況下，各模擬CO2濃度達10,000PPM所需的時間，
二氧化碳濃度上升至 1 萬 PPM 時間比較：
機械排煙 > 自然排煙 > 無排煙。
偵煙探測點 激發排煙設備
延長比例(%) 43% 70% N/A 74%
無裝設排煙設備約365秒；裝設自然排煙設備約424秒；裝設機械排煙 設備約468秒。由此發現，裝設機械排煙設備較自然排煙設備，可延 緩CO2濃度達10,000PPM約10%的時間(44秒)。
分析以兩倍法定要求設置排煙設備對火場有害氣體影響，加大自 然排煙設備可有效控制CO2濃度在600秒內，不會上升至1萬PPM；而 加大機械排煙設備較原法定要求，可延緩CO2濃度達1萬PPM約4%的 時間(18秒)，使受困人員有較長的逃生時間。
三、有撒水情境下之關係分析(比較模擬 6～10) (一)煙層高度方面：
有撒水情況下，假設起火位置、火源大小及室內配置皆相同僅排 煙設備不同之模擬情境，比較無排煙、自然排煙、機械排煙之煙層高 度，如下圖所示。
圖 4-53 有撒水情況，煙層高度比較
(資料來源：本研究整理)
排煙設備啟動時間(149 秒)
撒水頭啟動時間差約 43 秒
1.80m
由圖4-53發現，當撒水頭啟動時，火場內煙氣可能因受撒水影響
圖 4-54 有撒水情況，溫度比較
(資料來源：本研究整理)
雖人員可生存之極限溫度(Breathing level temperature)約為131 ， 但當室內溫度高於60 時，人員便難以忍受，易造成逃生行為遲緩。
由圖4-54發現，有撒水情況下，火場溫度皆低於60 ，因此受溫度造 成傷亡的機率降低。
(三)有害氣體方面(CO2)：
有撒水情況下，假設起火位置、火源大小及室內配置皆相同僅排 煙設備不同之模擬情境，比較無排煙、自然排煙、機械排煙之CO2量，
如下圖所示。
排煙設備啟動時間(149 秒)
撒水頭啟動時間相差最大值為 43 秒
圖 4-55 有撒水情況，CO2氣體濃度比較
(資料來源：本研究整理)
由參考書目【21】得知，CO2濃度超過10,000PPM開始對人體有 危害。由圖4-55發現，有撒水情況下，CO2濃度皆控制在10,000PPM，
因此受二氧化碳造成危害的可能性降低。
排煙設備啟動時間
撒水頭啟動時間相差最大值為 43 秒
四、評估法定排煙量是否滿足排煙性能 動速度依David V. Canter【26】要求設置(表4-18)。為使疏散情況更接 近現實，將假設為人力不足的情況(僅兩名醫護人員)且病床需同時由
表 4-19 避難疏散模擬結果
動作 模擬時間(sec) 動作 模擬時間(sec) 1.火災開始 0 2.偵煙探測器警報 149
動作 模擬時間(sec) 動作 模擬時間(sec) 3.一床疏散 185 4.二床疏散 219
動作 模擬時間(sec) 動作 模擬時間(sec) 5.三床疏散 255 6.四床疏散 291
動作 模擬時間(sec) 動作 模擬時間(sec) 7.五床疏散 330 8.疏散完畢 335
(資料來源：本研究整理)
(二)評估排煙性能：
圖 4-57 有撒水情況，煙層高度比較
(圖 4-55、圖 4-56 資料來源：本研究整理)
由表4-20可知，在無撒水情況下，以法定要求設置機械排煙設備 或自然排煙設備，其排煙性能皆足以滿足人員進行避難逃生，若偵煙 探測器能將報警時間提早，更能減少火災造成的危害。
而由圖4-57可知，在有撒水情況下，因受濃煙可能受撒水拖曳影 響，煙層將快速下降至距離地面1.8m處。同時，由於機械排煙係以機 械風力強制將濃煙排除，故撒水一段時間後，將可維持煙層高度在距 離地面1.5m以上。
偵煙探測點激發排煙設備