第二章 火災煙控全尺度實驗之規劃
第三節 量測儀器佈置與煙層判定原理
本研究之機械煙控系統火災全尺度實驗其量測儀器包括兩大部 分，一為熱電耦儀器樹與數據存取記錄器、二為燈泡束。兩者所得之 實驗結果，將作為煙層判斷之依據，以獲得不同火災情境下之大空間 建築機械煙控系統之性能分析。
(1) 熱電耦儀器樹與數據存取記錄器
於綜合實驗室貓道下方，每 1 公尺設置 1 個 K 型熱電耦，以形成 熱電耦儀器樹，可量測火場之煙層溫度，示如圖2.3-1。
圖2.3-1 本機械煙控系統火災全尺度實驗之熱電耦儀器樹
其熱電偶所量得之數據經由數據存取記錄器由個人電腦監控並儲 存，自動記錄溫度之變化值，存取頻率為每2 秒一次。
熱電耦儀器樹
圖 2.3-2 本機械煙控系統火災全尺度實驗之數據存取記錄器 (2) 燈泡束
其次，於綜合實驗室貓道下方，每 1 公尺裝置 1 個白色燈泡，再 每 5 公尺裝置 1 個紅色燈泡，而形成燈泡束，提供進行實驗時，以肉 眼或攝影機觀察煙層高度，示如圖2.3-3。
圖2.3-3 本機械煙控系統火災全尺度實驗之燈泡束 20 m
15 m
10 m
5 m
0 m
貓道地板、離地23 m
(3) 煙層判定方法
有關本研究之煙層判定方法有二：一為透過燈泡束，以肉眼或攝 影機觀察煙層高度，其二為藉由熱電耦儀器樹與數據存取記錄器所收 集的火場溫度數據，進行煙層判定。
於第一種煙層判定方法，為透過燈泡束受到火場濃煙之遮蔽，藉 由人工目視記錄與攝影機錄影，以判斷當時之煙層高度。
在第二種煙層判定方面，於實際煙層沈積時，會在高溫煙層與低 溫空氣層之間存在一過渡區域（Transition Zone），而此過渡區域底部高 度即被稱為初步煙層位置（First Indication of Smoke），如圖 2.3-4 所示。
圖2.3-4 NFPA 92B 中之煙層示意圖
本案採取NFPA 92B 之 N 百分比法則（N-percentage Rule）來判斷煙 層的高度，N 百分比法則公式如下所示：
T
（
zi，
t）－
T∞（
zi）＝
NΔ
Tref（T）/ 100其中，T＝煙控溫度 T∞＝環境溫度
Δ
Tref＝煙柱與環境之溫度差 N＝百分比例zi＝煙柱底部離地面之淨高 t＝時間
NFPA 92B 中指出，判斷煙層底部（Smoke Layer Interface）的 N 值為 80～90。本案為求較保守之估計，將煙層底部之 N 值訂為 60，作為煙 層之判定標準，如下圖2.3-5 所示。
圖2.3-5 NFPA 92B 之 N 百分比法則中煙層底部與 N 值關係
第四節 機械排煙火災全尺度實驗之進行步驟
7.點火，煙層上升，觀察煙流動特性與煙沈積現象。
倒數結束，以「點火把」點燃火盤。各觀察員與攝影機，觀察 並記錄火場煙流動特性與煙沈積現象。
8. 點火後，通報機械排煙風機控制人員打開風機及補氣口開啟。
假設火災發生後 90 秒，通報機械排煙風機控制人員，進行機械 排煙。此時，並開啟補氣口。
9.火盤自然熄滅。
讓火盤燃料自然燒盡，等待火盤溫度下降至室溫 10.實驗討論與數據整理。
工作人員收集並整理實驗數據，如有缺失，立即改善。準備在 進行下一實驗項目。
以上之實驗程序，可做成如下之工作流程圖：
實驗開始
第三章 條例式機械煙控系統火災全尺度實驗與分析
第一節 排煙風機轉速校正實驗之結果分析
本研究於進行正式機械煙控系統火災全尺度實驗前，將進行排煙 風機轉速校正實驗，以了解排煙風機轉速與排煙風量之關係。
本排煙風機轉速校正實驗之原理，為在某排煙風機轉速下，於排 煙口量測其風速，再換算成風量，可得風機轉速與排煙風量之關係。
圖3.1-1 為於排煙口附近量測風速之情形。
圖3.1-1 於排煙口附近量測風速之情形
經變化多種不同轉速下，可得由5 Hz 至 55 Hz 間，每 5 Hz 情況下 之轉速與排煙風量之關係，示如表3.1-1。
表 3.1-1 排煙風機轉速與排煙風量之關係
而本案性能式之全尺度實驗設計，則選擇 6 ACH 與 8 ACH 兩種排 煙量。於6 ACH 之排煙量下，約需提供 2,500 cmm 之風量，而 8 ACH 則 約需提供3,333 cmm 之風量。
亦即進行全尺度實驗時，貓道上方之機械排煙系統與軸流式排煙 風機，皆需一起開啟，才能達到所需排煙風量。
第二節 排煙風量為 1 cmm/m
2之全尺度實驗結果分析
(1) 火災規模為 3 MW
c火災情境描述：
假設火場發生 3 MW 之火災，即使用 15 個火盤，如圖 3.2-1 所示。
點火後 90 秒，通報人員將排煙風機打開，使其運轉頻率為 30 Hz，提 供排煙風量為1 cmm/m2，以符合國內現行條例式法規之規定。
圖3.2-1 假設火場發生 3 MW 之火災，即使用 15 個火盤情形 d煙沈積速度：
經由熱電耦儀器樹與數據存取記錄器所收集的火場溫度數據，利
0 5 10 15 20 25
0 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600
Time (Sec)
Height (m)
圖 3.2-2 火災規模為 3 MW 且排煙量為 1 cmm/m2之煙沈積速度圖
e實驗結果分析：
經由上述之煙沈積速度圖與觀察火場之錄影帶得知，本項實驗於 點火後 90 秒開啟補氣口以及排煙風機後，煙層高度往上升，煙層最低 點約離地面15.5 公尺。
(2) 火災規模為 4 MW
c火災情境描述：
假設火場發生 4 MW 之火災，即使用 20 個火盤，如圖 3.2-3 所示。
點火後 90 秒，通報人員將排煙風機打開，使其運轉頻率為 30 Hz，提 供排煙風量為1 cmm/m2，以符合國內現行條例式法規之規定。
圖3.2-3 假設火場發生 4 MW 之火災，即使用 20 個火盤情形
d煙沈積速度：
經由熱電耦儀器樹與數據存取記錄器所收集的火場溫度數據，利 用N 百分比法進行煙層之判定，其結果如下圖 3.2-4 所示。
0 5 10 15 20 25
0 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600
Time (Sec)
Height (m)
圖 3.2-4 火災規模為 4 MW 且排煙量為 1 cmm/m2之煙沈積速度圖
e實驗結果分析：
由上述之煙沈積速度圖與觀察火場之錄影帶得知，本項實驗於點 火後 90 秒開啟補氣口以及排煙風機後，煙層高度往上升，煙層最低點 約離地面15 公尺。
與先前之3 MW 實驗項目比較，由於火載量變大，排煙時間較前者 有顯著之增加，且煙層離地最低點也比較低。
(3) 火災規模為 5 MW
c火災情境描述：
假設火場發生 5MW 之火災，即使用 25 個火盤，如圖 3.2-5 所示。
點火後 90 秒，通報人員將排煙風機打開，使其運轉頻率為 30 Hz，提 供排煙風量為1 cmm/m2，以符合國內現行條例式法規之規定。
圖 3.2-5 假設火場發生 5MW 之火災，即使用 25 個火盤情形
d煙沈積速度：
經由熱電耦儀器樹與數據存取記錄器所收集的火場溫度數據，利 用N 百分比法進行煙層之判定，其結果如下圖 3.2-6 所示。
0 5 10 15 20 25
0 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600
Time (Sec)
Height (m)
圖 3.2-6 火災規模為 5 MW 且排煙量為 1 cmm/m2之煙沈積速度圖 e實驗結果分析：
由上述之煙沈積速度圖與觀察火場之錄影帶得知，本項實驗於點 火後 90 秒開啟補氣口以及排煙風機後，煙層高度往上升，煙層最低點 約離地面14 公尺。
與先前之3 MW 與 4 MW 實驗項目比較，由於火載量變大，排煙時 間較前者有顯著之增加，且煙層離地最低點也比較低。
第三節 排煙風量為 0.7 cmm/m
2之全尺度實驗結果分析
Time (Sec)
Height (m)
圖 3.3-1 火災規模為 3 MW 且排煙量為 0.7 cmm/m2之煙沈積速度圖
e實驗結果分析：
由上述之煙沈積速度圖與觀察火場之錄影帶得知，本項實驗於點 火後 90 秒開啟補氣口以及排煙風機後，煙層高度往上升，煙層最低點 約離地面15 公尺以下。
由於本項實驗之排煙風量小於現行條例式法規之規定值，因此其 煙控性能與先前合乎法定值之實驗案例比較，降低許多。
(2) 火災規模為 4 MW
Time (Sec)
Height (m)
圖 3.3-2 火災規模為 4 MW 且排煙量為 0.7 cmm/m2之煙沈積速度圖
e實驗結果分析：
由上述之煙沈積速度圖與觀察火場之錄影帶得知，本項實驗於點 火後 90 秒開啟補氣口以及排煙風機後，煙層高度往上升，煙層最低點 約離地面13 公尺。
由於本項實驗之排煙風量小於現行條例式法規之規定值，因此其 煙控性能與先前合乎法定值之實驗案例比較，降低許多。
(3) 火災規模為 5 MW
Time (Sec)
Height (m)
圖3.3-3 火災規模為5 MW 且排煙量為 0.7 cmm/m2之煙沈積速度圖
e實驗結果分析：
由上述之煙沈積速度圖與觀察火場之錄影帶得知，本項實驗於點 火後 90 秒開啟補氣口以及排煙風機後，煙層高度往上升，煙層最低點 約離地面12 公尺以下。
由於本項實驗之排煙風量小於現行條例式法規之規定值，因此其 煙控性能與先前合乎法定值之實驗案例比較，降低許多。
第四節 條例式機械排煙實驗小結
第四章 性能式機械煙控系統火災全尺度實驗與分析
第一節
排煙風量為6 ACH之全尺度實驗結果分析
(1) 火災規模為 3 MW
c火災情境描述：
假設火場發生 3 MW 之火災，即使用 15 個火盤，如圖 4.1-1 所示。
點火後 90 秒，通報人員將排煙風機打開，使其排煙風量達到 6 ACH，
大於現行條例式法規之規定值。
圖4.1-1 假設火場發生 3 MW 之火災，即使用 15 個火盤情形
d煙沈積速度：
經由熱電耦儀器樹與數據存取記錄器所收集的火場溫度數據，利 用N 百分比法進行煙層之判定，其結果如下圖 4.1-2 所示。
0 5 10 15 20 25
0 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600
Time (Sec)
Height (m)
圖4.1-2 火災規模為 3 MW 且排煙風量為 6 ACH 之煙沈積速度圖
e實驗結果分析：
由上述之煙沈積速度圖與觀察火場之錄影帶得知，本項實驗於點 火後 90 秒開啟補氣口以及排煙風機後，煙層高度往上升，煙層最低點 約離地面16.5 公尺。
(2) 火災規模為 4 MW
c火災情境描述：
假設火場發生 4 MW 之火災，即使用 20 個火盤，如圖 4.1-3 所示。
點火後 90 秒，通報人員將排煙風機打開，使其排煙風量達到 6 ACH，
大於現行條例式法規之規定值。
圖4.1-3 假設火場發生 4 MW 之火災，即使用 20 個火盤情形 d煙沈積速度：
經由熱電耦儀器樹與數據存取記錄器所收集的火場溫度數據，利 用N 百分比法進行煙層之判定，其結果如下圖 4.1-4 所示。
0 5 10 15 20 25
0 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600
Time (Sec)
Height (m)
圖4.1-4 火災規模為 4 MW 且排煙風量為 6 ACH 之煙沈積速度圖
e實驗結果分析：
由上述之煙沈積速度圖與觀察火場之錄影帶得知，本項實驗於點 火後 90 秒開啟補氣口以及排煙風機後，煙層高度往上升，煙層最低點 約離地面16 公尺。
與先前之3 MW 實驗項目比較，由於火載量變大，排煙時間較前者 有顯著之增加，且煙層離地最低點也比較低。
(3) 火災規模為 5 MW
c火災情境描述：
假設火場發生 5MW 之火災，即使用 25 個火盤，如圖 4.1-5 所示。
點火後 90 秒，通報人員將排煙風機打開，使其排煙風量達到 6 ACH，
大於現行條例式法規之規定值。
圖 4.1-5 假設火場發生 5MW 之火災，即使用 25 個火盤情形 d煙沈積速度：
經由熱電耦儀器樹與數據存取記錄器所收集的火場溫度數據，利 用N 百分比法進行煙層之判定，其結果如下圖 4.1-6 所示。