火災煙流

鍾基強(1999)整理，煙的產生是由固體物質燃燒而在其附近釋放出揮發性可 燃氣體，由於這些可燃氣體的燃燒以致在火的上方形成一個帶有高溫煙氣的火柱，

這就是高溫煙流，因為此高溫煙流的比重比四周的泠空氣低，造成此高溫煙流明 顯的上升而聚集在天花板上，而展開橫向的移動，如果沒有阻隔物時，此股高溫 煙流會快速的向四周延伸擴散，最後將導致整個樓層面皆被此高溫煙流所充滿。

由以上的分析可知火的大小決定了煙的大小，在火煙尖頂部上升的高溫氣體 柱中總是含有比可燃氣體燃燒時所需的更多空氣，而這部份剩餘空氣是相當熱的，

並且和燃燒時所產生的熱煙充分混合，從而構成煙不可分割的主要組成部份。基 本上當火逐漸增大時，所產生的煙和高溫氣體也將隨著增加，這些高溫煙流如未 能將其排出的話，將在天花板下方形成一個高溫氣體層，要是不進行控制的話，

這個高溫氣體層將隨著火的進一步增大，高溫氣體層的厚度也將逐漸地增加，如 圖2-1所示。

資料來源：「地下建築物煙控策略與設計分析研究」

圖 2-1 火場中煙的產生機制圖

陳詠翔(2012)整理，煙在建築物內的流動擴散所憑藉的驅使力主要分為兩大

類，自然式（Passive）與強制式（Active），而自然式的驅使力包括：煙囪效應、

浮力、熱膨脹、自然風等。強制式則區分為空調系統與電梯活塞效應兩種，其中 浮力與熱膨脹是由煙流中的高溫所引起，而煙囪效應與自然風則是受當時的外在 條件如溫度、風量及風向等影響，空調系統與活塞效應則為建築物的內在設施所 引起。上述之驅使力會在火場空間中造成壓力差，進而影響煙的流動，以下將分 別討論各驅使力的影響程度。

1. 煙囪效應

當建築物室內空氣溫度高於室外時，由於室內外空氣密度的不同而産生浮 力。當建築物內上部的壓力大於室外壓力，下部的壓力小於室外壓力，且當建築 物上部外牆上有開口時，室內空氣將沿樓梯間、電梯井、管道井等豎井流動經由 上部開口而流向室外，而外界的空氣將經由建築物下部的補氣口補氣，沿樓梯間、

電梯井、管道井等豎井流動而流向室內，藉此形成持續向上流動的流場，這就是 建築物的煙囪效應。它是由高層建築物內外空氣的密度差造成的，高層建築的外 部溫度低於內部溫度而形成的壓力差將空氣從低處壓入，穿過建築物向上流動，

然後從高處流出建築物，這種現象被稱爲正煙囪效應（Normal Stack Effect）。

在低處外部壓力大於內部壓力，在高處則相反，在中間某一高度，內外壓力相同，

稱為壓力中性帶，而壓力中性帶的高低將會大幅影響煙流的擴散情形，在火災發 生在較低層時，壓力中性帶將處於較低的高度，此時煙從低層上升至高層內的潛 力更大，煙囪效應對豎井和較高層的煙污染較為顯著。由煙囪效應造成的壓力差 和氣流分佈，以及中性壓力面的位置，取決於建築物內分隔物的開口對氣體流動 的限制程度。火災時，由於燃燒放出大量熱量，室內溫度快速升高，建築物的煙 囪效應更加顯著，且因建築物外部持續提供空氣，使火災有足夠的媒介進行燃燒，

可能加快其火災蔓延的速度。因此煙囪效應對建築物的空氣的流動起著重要作 用。

2. 浮力（Buoyancy）

火災產生之煙流伴隨著極大的熱量，而空氣受熱體積變大，使得密度變小，

故會產生浮力，而煙流比上周為的空氣密度小了許多，故火場中的煙流具有極大 的浮力，而煙流流出後會漸漸與周圍空氣混合

，降低溫度，其浮力也將隨火源距離越遠而越小。

3. 熱膨脹（Expansion）

煙流內的熱量使氣體體積變大，進而驅使煙流流動，由於火場中氣體溫度 快速升高，空氣膨脹過程亦相當迅速，並會造成相當大的壓力，這些壓力將迫使 煙流往上及往下的流動，使煙流迅速的擴展。

4. 自然風效應（Wind Effect）

外界風對煙的流動有顯著的效應，當建築物的窗戶、門被打開且直接連接 外界時，外界的風向、風力、風速將大幅影響建築物內煙的流動，且這種影響隨 建築物的形狀、規模與對外開口的大小而變化。一般風力作用使得建築物迎風面 的牆壁經受向內的壓力，而背風面和兩側的牆壁有朝外的壓力，平頂層上有向上 的壓力，這兩種壓力，使外界風從迎風面流入建築物內，從背風面及頂層上開口 流出建築物外，而建築物頂上的負壓力對內部的垂直通風管道有一種吸力的作用。

同時正的水平風壓力將促使壓力中性面上升，負的水平風壓力將促使壓力中性面 下降。

氣密較好的建築物而言，外界風的影響較不顯著。但是火場常發生窗戶玻 璃受到火災現場的高溫而膨脹破裂，建築物的氣密性則遭破壞。外界的風可輕易 影響內部煙的流動。

5. 空調系統（HVAC System）

建築物內部的空調系統，往往會在內部形成一流動較快速的流場，且通常 空調系統的目的是為了調適工作人員的環境，或控制重要儀器設備的環境溫度與 加強散熱效果，如此一來，當火災發生時，大量的煙流隨著內部流場進行擴散，

空調系統所造成的流場將會把大量的煙流往工作人員或重要儀器設備輸送，造成 危險或損失。且空調系統還可能送大量新鮮空氣到火場，助長燃燒，並可能將煙 流於火場中吹散，使偵測系統不易偵測到火災的發生。

相反的，空調系統所造成的流場亦可依照建築物的內部空間進行設計，以 控制火災發生時建築物內部的煙霧流動，如可在發生火災時空調系統亦可運用來 做為強制排煙系統，則空調系統在緊急狀態時亦能發揮效用。

6. 電梯活塞效應（Elevator Piston Effect）

當電梯在一豎井中移動時，會在豎井內產生瞬間壓力（Transient Pressure）， 向下移動的電梯，將會迫使在電梯以下部分的空氣，因受擠壓而向豎井外流動，

在電梯以上部分的空氣，會被吸入而向豎井內流動。換言之，電梯可視為一個活 塞，在電梯上下的移動當中，會壓出與吸入上下方的空氣，形成氣流，造成壓力 差。