第二章 高層建築煙流的行為特性
第三節 煙囪效應
每一座工廠或焚化場的煙囟，都是圓筒形的(方的極少)直直的、
高高的，由於煙囟向外氣體的溫度差和密度差，高溫的煙氣都產生浮 力而發生排吸作用。現代的高樓建築也有直立的豎井形管道、樓梯 間，結構就和煙囟一樣，煙氣進入以後，它也有強大的吸排作用。了 解它的壓力分佈，分析它的中性層，知道它排氣和吸氣的特性，在排 煙設計上是一項十分重要的事情。
2.3.1 正煙囪效應與逆煙囟效應
高樓建築豎井的管道和樓梯間，有許多開口，如各層的走廊通 道，其壓力分佈和氣體的排吸更為複雜，依中性層理論，上層下層的 壓力一定相反，排氣部分和進氣部分，即氣體(煙氣和外氣)流入的樓 層和流出的樓層，卻倒也不難確定。高溫煙氣，尤其是煙囟內的高溫 煙氣，由於與外氣的溫度差、密度差和壓力差而發生浮力；這個浮力，
也可稱為煙囪作用。使氣體向上流動的是正煙囪效應，向下流動的是 逆煙囟效應。在煙囟中煙氣的溫度甚高於外氣溫度，故正熱壓作用 大；一般高樓豎井形的管道和樓梯間內，其氣溫也是經常高於室外，
也發生正熱壓作用，而且建築越高溫差越大，正熱壓作用也越大，氣 體自然向上流出；若內部氣溫低於外部氣溫，就形成反熱壓作用，氣 體自然自上流入。
圖 2.5 正逆煙囪效應下的氣流狀況
（資料來源：本研究整理）
氣體的流動是連續性的，在高樓建築的管道樓梯間中，因為中性 層的存在(雖然也在上下移動)，上下的熱壓也相反－如圖 2.5 所示。
所以，當內部氣溫高於外部中性層上部形成正熱壓而排氣時，從中性 層下部進氣；相反的，外部氣溫高於內部時，中性層上部形成反熱壓 而進氣時，則從中性層下部排氣[4]。
無論正煙囪效應或逆煙囪效應，管道和樓梯間內外的壓力差都為：
△Pj=ρjw−ρjn gH (2.39) 上式 Pj為管道.樓梯間內外的壓差，Pa
ρjw為管道.樓梯向外部的氣體密度，kg/m3 ρjn為管道.樓梯內部的氣體密度，kg/m3
h 為管道.樓梯內部的某點至中性層的垂直距離，m 因煙氣與空氣均可視為理想氣體，即 pjw=353/Tjw，pjn=353/Tjn， g=9.8，
亦即： △Pj=3460(1/Tjw)−(1/Tjn) h (2.40) 上式 Tjw為外部氣溫，k
Tjn為內部氣溫，k
進風
排氣 中性層
排氣
進風
(a)正煙囪效應 (b)逆煙囪效應
由此算出的壓力差為絕對值。當管道和樓梯間等豎井內為正煙囪 效應，即氣體向上流出時，在中性層以上為正值，以下為負值；豎井 內為逆煙囪效應，即氣體由上流入時，在中性層以上為負值以下為正 值。當然，實際上中性層並不一定在豎井的正中央，是由上下開口大 小和內外溫度的高低所決定。
2.3.2 高層建築著火後的煙囟效應
高樓建築由於豎井形管道和樓梯間的存在，它由溫差引起的壓力 和壓力分佈，由溫差和開口引起的中性層和中性層的移動以及正煙囪 效應和逆煙囪效應所引起的氣體流動，在上兩節均已經說明，高溫煙 氣的流動，完全是受建築構造和熱壓作用所支配，由事先的計算和設 計，我們可以作有利的安排改變。
為求進一步的了解高樓著火點，由煙囟效應所引起的氣體(煙氣和 空氣)流動情形，再以圖 2.6，2.7 別總結如下：
圖 2.6 煙囪效應對火災煙氣流動之影響
（資料來源：本研究整理）
中性層 排氣
進風
(a)起火點在中性層下方 (b)起火點在中性層上方
圖 2.7 煙囪效應對火災煙氣流動之影響
（資料來源：本研究整理）
(1)在正煙囪效應下著火點在中性層以下時，如圖 2.6 (a)：
A.煙氣將隨空氣流入豎井，使豎井內氣溫大幅度升高，浮力加大，
豎井內氣流上升加強。
B.煙氣在豎井內上升至中性層以上時，即經通道走廊流出豎井，進 入各樓層。
C.如果各樓層上下之間，沒有開口或滲漏，在中性層以下各樓層，
除了著火層以外，將無煙氣；如有開口或滲漏，煙氣將向上滲透。
D.中性層以下各樓層，流進煙後，煙氣仍將隨空氣流入豎井(當然也 向上滲透)在向上流動；在中性層以上各樓層將煙氣隨空氣排出 室外。
(2)在正煙囪效應下，著火點在中性層以上時，如圖 2.6(b)：
A.著火房間內的煙氣將隨空氣流通過門窗或開口，排出室外向上滲 透。
B.著火層以上各樓層，如無開口或滲透，即無煙氣；如有滲透，仍 將隨空氣流排出室外。
C.著火層以下各樓層，均無煙氣。中性層以下各層，空氣自外流入 豎井；中性層以上各樓層，空氣自豎井流出。
進風
排氣 中性層
(a)起火點在中性層下方 (b)起火點在中性層上方
(3)在逆煙囪效應下，著火點在中性層以下時，如圖 2.7(a)：
A.著火層的煙氣，將隨空氣流排出室外和向上滲透。
B.當樓層上下之間沒有滲漏時，其餘上下各層，均無煙氣。
(4)在逆煙囪效應下，著火點在中性層以上時，如圖 2.7(b)：
A.煙氣除向上滲透外，將隨空氣流大量進入豎井，向下流動以至通 過走廊通道，進入中性層以下各樓層。
B.中性層以上各樓層，如一著火層沒有開口或滲漏，則煙氣將會進 入。
一般說來，在冬季時，高樓建築豎井內的氣溫多高於外氣，火災 時溫差更大，煙囟作用更使著火點在中性層以下的火災情況趨於嚴 重。在夏季時高樓普遍使用空調，豎井內氣溫低於外氣，發生中性層 以上的火災情況也較嚴重，但煙囪效應可能反轉，情況可能減輕。總 之，煙囟作用對火災有很大的影響，必須注意。