第五章、 建築物煙控系統模擬程式
5.1 煙控程式原理簡介
在本報告中，將利用美國冷凍空調協會（American Society of Heating, Refrigerating and Air - Conditioning Engineers, ASHRAE），所 發展的建築物煙控設計程式，模擬各種煙控策略。主要可從程式中，
計算建築物內居室部分（Compartment）與樓梯間（Stairwell）及電梯 所構成的豎井部分（Shaft），其間的壓力差。
煙控程式可模擬的建築物煙控策略包括有：機械排煙、樓梯間加 壓、樓梯間前室加壓（Vestibule Pressurization）與正負壓區劃等強制 式煙控系統。其中在計算樓梯間加壓煙控系統策略時，亦可將樓梯間 與居室之間門的開啟與否列入考慮。而在模擬正負壓區劃煙控系統 時，也可將樓梯間加壓煙控系統併入使用，即有層間區劃與垂直區劃 等自然式煙控系統的設計理念。
而本程式的假設與限制有以下五點：
一、假設每個空間的溫度與壓力為均一值。
二、氣體流動與洩漏路徑發生在每一平面的中間高度。
三、假設加壓系統的供氣量，不隨空間壓力改變而變化。
四、室外空氣溫度為定值。
五、地面的大氣壓力為101325 Pa。
ASHRAE所發展的煙控程式，乃是將建築物各空間，如居室、樓 梯間前室等，視為一個節點（Node）。假設每一空間或者稱節點，各 有各的溫度與壓力。而節點間若有連通的話，氣體的流動可看成為一 空間或節點的網路（Network of Spaces or Nodes）。但像樓梯間及電梯 間等此類的垂直空間，其每一樓層視為一節點，如圖5-1所示。
氣體的流動為從壓力高的節點流至壓力低的節點，是經過各種開 口，如門窗的開啟、間隙、結構的縫隙等。而經由各種開口的流量，
為其流動路徑兩側的壓力差的函數。可寫成：
&m CA = 2 ρ∆
P （5-1）式子中的流動係數（Flow Coefficient）C為無因次，而在煙流動 分析中，取0.6至0.7之間的值，本煙控程式取C值為0.65。故從式子中 可知，若知建築物內兩相連部分的壓力差及其之間的流動面積，則可 求得兩相連部分間的氣流質量流率。
但通常（5-1）式改寫成：
&m C = ′ ∆
P （5-2）其中C'為調整流動係數（Adjusted Flow Coefficient）如下式：
′ =
C CA P RT 2
atm（5-3）
而欲求建築物內各節點間的流動面積，則須先了解建築物內部煙 流動的路徑。其路徑形態有：平行路徑（Parallel Path）、串聯路徑（Series Path）及平行與串聯路徑的組合等三種。
不同的煙流動的路徑形態，其等效流動面積（Effective Flow Area）
亦有不同的求法。而等效流動面積乃是在相同壓力差及流量下，煙所 流過總路徑的所有面積，用一個等效面積來表示。此種求法類似於電 路系統中，計算電路的等效電阻。
例如圖5-2為平行路徑，其等效流動面積之求法為：
A
e= A
1+ A
2+ A
3 （5-4）故根據以上推論可知，煙流過平行路徑的等效面積，為各路徑面
圖5-1 氣流網路示意圖
A A A
1
2
3
Q Q Q
1
2
3
圖5-2 平行路徑
A
A
1
Q1 2
Q2
A3 Q3
圖5-3 串聯路徑
A
eA A
eA
e& & &
m
12+ m
2a+ m
23= 0
（5-11）將（5-12）式、（5-13）式及（5-14）式代入（5-11）式中得：
′ − + ′ − + ′ − =
( )
欲解（5-18）式可用一階泰勒級數（Taylor's Series）展開，再用 數值分析中的牛頓法（Newtorian Method）解聯立方程式，則可得建 築物內各節點的壓力值。而本程式求得壓力的方法，為依外氣溫度與 建築物內部溫度，先粗估各節點的壓力，再代入質量守恆定律檢驗是 否符合，若不符合則疊代至求出為止。程式的流程如圖5-6所示。
A
A
A
Q
Q
4 Q4
5 5
6 6
A
A
1
2
Q1
Q2
A3
Q3
發煙源
圖5-4 平行與串聯路徑
Outside
1 2 3
圖5-5 氣流節點例子
輸入外氣與 建築物各項資料
計算每個流動 路徑調整後 的流動係數 開始
粗估各節點 的壓力值
解建築物內 居室部分
的壓力
解建築物內 豎井部分
的壓力
居室與豎井 的壓力值
皆收斂
No
重新估計壓力值
Yes
結束 列印結果
圖5-6 建築物煙控程式流程圖