簡易 2 層驗證法之基本說明

簡易 2 層主要是針對每個小居室，假設在火災發生之情況下，估計煙層下降 時間以確認避難人員是否可以安全的避難至小居室外，故先要計算居室人員避難 至居室外部所需之時間，次而計算居室煙層下降至造成避難障礙高度，形成避難 危險之時間，最後再確認完成居室避難所需之時間是否超過煙層下降時間。

建築物發生火災的任一種變數都足以影響火災的成長及其可能導致之危險 性，通常火源的設計對於煙控系統來說有決定性的影響，在火災的初期階段，熱 釋放率由燃燒體之性質、數量及大小來決定。如果火源持續擴大，導致閃燃的發 生時，此刻的煙控系統就會失效。但是如果火源發生的區域在與大空間連接的小 區域內，經由門或窗進入大空間的煙流仍可利用煙控系統加以控制，以避免煙流 的擴大。因此，火源的成長期為人員逃生避難的最佳時期，同時也是消防煙控設 計的關鍵時期。

設定火源大小是火災危險評估中最重要的部分，一般火災設定分為穩態火 源、非穩態火源及實際量測火長曲線三種方法。而在本研究中則是假設燃燒火源 在發展期間的熱釋放率非常低，且其熱釋放率會隨時間變化，因此將火災成長狀 況理想化，以拋物線方程式表示（Heskestad , 1984），也就是將式（4.1）中的 n 取 2 並且加入不同火源成長時間的觀念成為如式（4.2）所示，意即當火源成長至

一臨界點後，其熱釋放率會與時間的平方成正比，如圖4.1 所示，亦即平常所稱

的"T-Squared Fires"，本研究使用成長時間的觀念，成長時間 tg定義為有效燃燒 之成長至1,055kW 以後之時間，而 T-Squared Fires 依火源成長速率又可區分成 Ultra-fast、Fast、Medium 及 Slow 四種成長曲線，各種型式的火源成長係數與

簡易 2 層驗證法之基本說明

成長時間如表4-1 所示。各種火源成長型式及其各類替代物質如圖 4.2 所示。

圖4.1 火災成長曲線圖

表4-1 火源成長模式係數

項目 成長係數 成長時間

T-Squared Fires Α（kW/s²）

t

^g（s）

緩慢（Slow） 0.002931 600

普通（Medium） 0.01127 300

快速（Fast） 0.04689 150

極快速（Ultra Fast） 0.1878 75

（資料來源：簡易二層驗證技術手冊之研究）

（資料來源：簡易二層驗證技術手冊之研究）

堆 疊 草 堆 (高 1m )

A

c：居室有效傳熱面積(m²)

C

p ：空氣比熱，1.0(kJ/kg/K)

c

：周圍牆壁之比熱 (kJ/kg/K)

E

：居室排煙率(m³/s)

e

：單一排煙口的有效排煙率(m³/s)

H ：居室天花板高度(m)

h

k：有效熱傳導率(kW/m²/K)

k

：實驗係數(kg/s/kW^1/3/m^5/3)

k

w ：周圍牆壁之熱傳導率 (kW/m/K)

‧

m

e ：居室有效排煙率(kg/s)

‧

m

s ：煙生成率(kg/s)

‧ ：火源熱釋放率(kW)

Q

‧

Q

w ：熱損失率(kW)

q

l ：居室可燃物密度之發熱量(MJ/m²)

T

：煙層溫度(K)

T

0 ：初期空氣溫度(K)

t

：時間(sec)

w ：單一排煙口的排煙率(m

³/s)

Z

：煙層高度(m)

Z

s ：煙層厚度(m)

α

：火源成長係數(kW/s²)

α

f ：可燃物的火源成長係數(kW/s²)

α

m ：居室裝修材料的火源成長係數(kW/s²)

ρ

s：煙層密度(kg/m³)

ρ

：周圍牆壁之密度 (kg/m³)

δ

：周圍牆壁之厚度 (m) 4.3 火災成長率 αf、αm說明

αf、αm皆為可燃物火災延燒之火災成長率，αf,為堆積可燃物之火災成長率，

αm為內部裝修材料之火災成長率。αf,依堆積可燃物的發熱量，應用公式（4.3a）、

（4.3b）計算其值，αm則依據牆壁及天花板材料設置的種類，查表4-2 可得。假

設該居室內有許多用途，則每1m²的堆積可燃物發熱量會隨著用途的不同而有所

差異，因此可依各用途面積比率，計算其平均發熱量後，再用平均發熱量計算火 災成長率αf。

故總火災成長率α=αf+αm

堆積可燃物之火災成長率 αf值依照下列公式計算：

i. α

_f =0.0125

( q

_l ≤170

) (4.3a) ii. α

_f

= 2 . 6 × 10

⁻⁶

× q

_l⁵³

( q

_l >170

) (4.3b)

上式中

q

1：居室可燃物密度之發熱量(MJ/m²)。依照表 2-2 用途設定其值。

單位樓地板面積堆積可燃物發熱量

q

1小於170（MJ）時，其堆積可燃物之 火災成長率全部設定為0.0125；但若堆積可燃物之發熱量 q1大於170（MJ）時，

其火災成長率隨著每1m²的堆積可燃物之發熱量而變更。

每 m²堆積可燃物發熱量

q

1依上表用途設定其值，對於同一居室內有不同的 用途，則依面積比率計算其平均值。

簡易 2 層驗證法之基本說明

表4-2 堆積可燃物每1 平方公尺的發熱量（q1）

室內停車場或其他類

4.4 煙生成率計算 m‧

s

根據過去的研究成果得知，一般煙霧產生量與火源發熱速度的1/3 次方及煙

層下端高度的5/3 次方成比例關係。

正確計算則應以微分方程式來解，這裡提出的是以簡易方法來計算從起火開 始到降至避難障礙高度期間之平均煙生成率。煙的生成率如下列計算式所示：

3 5 3 1

Z Q k

m

& =_s & （4.4）

其中

Q& ：火源熱釋放率（KW）

Z：煙層高度（m）

k：實驗係數 k=0.076 (Heskestad 1986）

其中，煙生成率‧

m

s公式的第一項‧Q1/3是指火災表面最大燃燒速度，受此項

的影響，熱釋放率越大，則其煙霧的生成率就越大。第二項Z^5/3表示火災熱氣流

週遭空氣的捲入，使濃煙量增大的程度。

4.5 居室有效排煙率計算

排煙設備於避難開始時即啟動，但有效排煙量亦需考量到煙層溫度的影響。

當煙層溫度超過280℃時，排煙系統內之防火閘門即會關閉而停止該居室的排煙。

公式（4.7b）w 表示有效排煙口排氣的能力，其實際排煙量 e 值可能比實際

排煙機的排煙能力

w 小，所以一般規定為其上限值。公式（4.7a）表示排煙機所

排除排煙口下方煙量之有效排煙量計算居室有效排煙速率時需考量到煙層密度 與排煙效率，其計算式如下所示：

m ρ

^s

E

& = (4.5)

居室排煙率E 則可由下列計算式求得：

∑

= e

E

(4.6)

i.

e

=3.9

Z

_s

w

²³ (

w

>60

Z

_s³) (4.7a)

ii.

e = w

(

w

≤60

Z

_s³) (4.7b)

其中

ρ

s ：煙層密度(kg/m³) E ：居室排煙率(m³/s)

e ：單一排煙口的有效排煙率(m³/s) w ：單一排煙口的排煙率(m³/s)

4.6 煙層厚度計算

有別於Route B 之計算方法，為了更精確的計算小居室煙層下降高度，在此 不採用直接簡易的計算，而採用考慮煙層密度且使用煙生成率扣掉居室有效排煙 率之積分，來預測煙層下降之行為。但因實際上有些場所之煙生成率扣掉居室有 效排煙率為負值，所以在計算煙生成率扣掉居室有效排煙率設定最小值為 0.00001（kg/s）。煙層厚度可由以下計算式計算而得：

∫

⁻

= ^t

s e s

s

dt

A m Z m

0 ^&

ρ

^& _（4.8）

其中

m& ：煙生成率(kg/s)

s

m& ：居室有效排煙率(kg/s)

e

ρ

s ：煙層密度(kg/m³)

簡易 2 層驗證法之基本說明

A ：居室樓地板面積(m²)

D=(

V )1/3

^s

heat tr ansf e r co ef f. [W /m

2.

K]

D=(volume)

^1/3

Z ：煙層厚度(m)

s

4.11 F

ortran 與 Visual Basic 視窗化撰寫

第五章 簡易 2 層法計算程式運用

本研究以前述之電腦模擬程式，並且輔助與本所「建築物防火避難驗 證技術手冊」規範內 200m

²

以下較小居室空間內相關安全避難評估。

本程式包含部分文書處理之功能方便使用者資料整理，另外，還包含計算流 程說明，計算設定，運算等。各種主要功能之介紹，將列如下述所示：

5.1 檔案

檔案包括以下諸列功能：（如圖5.1 所示）

開新檔案：開啟一個未使用過的文書檔，並可以開始編輯。

開啟舊檔：開啟一個舊有的文書檔案，並可以開始編輯。

儲存檔案：儲存目前編輯之檔案。

另存新檔：儲存目前編輯之檔案至新空間。

列印：列印目前開啟之文書檔案。

離開：關閉程式。

圖5.1 指令介紹之檔案類別圖

簡易 2 層法計算程式運用

（資料來源：本研究自行整理）

5.2 編輯

編輯包括以下諸列功能：（如圖5.2 所示）

復原：復原上一步動作。

剪下：剪下所選取之文字敘述。

複製：複製所選取之文字敘述。

貼上：貼上所選取之文字敘述。

全選：選取全部範圍。

尋找：設定尋找關鍵字，搜尋整篇文章出現關鍵字之地方。

取代：設定尋找關鍵字，取代整篇文章出現關鍵字之地方。

圖5.2 指令介紹之編輯類別圖 5.3 專案

專案包括以下諸列功能：（如圖5.3 所示）

設定初始條件：設定初始條件。

設定邊界條件：設定邊界條件。

（資料來源：本研究自行整理）

設定建材性質：設定建材性質。

進階：進階設定收歛條件，本程式收斂條件以內定為10^-4。

圖5.3 指令介紹之專案類別圖 5.4 執行

專案包括以下諸列功能：（如圖5.4 所示）

開始：開始執行程式。

按下後跳出MS-DOS 視窗進行運算，請勿關掉，關掉會導致運算強制終止。

圖5.4 指令介紹之執行類別圖

簡易 2 層法計算程式運用

（資料來源：本研究自行整理）

（資料來源：本研究自行整理）

5.5 格式

格式包括以下諸列功能：（如圖5.5 所示）

字型：更改字體大小、字型、上下標等。

對齊：靠左對齊 靠右對齊 置中對齊

縮排：設定文書檔案縮排。

定位點：增加文書檔案之定位點。

圖5.5 指令介紹之格式類別圖

5.6 輸入參數

如前幾節所示，點選程式上方之【專案】欄，並且輸入已知條件，請參考上

述a. 計算前提設定條件設定及 b.計算使用之起始參數與常數，並且分別輸入下列

三項，輸入後請按下【存檔】之後【離開】，便完成設定。

c-1 初始條件：設定初始條件。（如圖 5.6）

（資料來源：本研究自行整理）

居室樓地板面積設定：使用限制為兩百平方公尺以下之居室樓地板面積。

平均天花板高度設定：使用限制為八公尺以下之居室樓天花板高度。

可燃物發熱量設定：可燃物發熱量設定請詳見表2-2 堆積可燃物每 1 平方公 尺的發熱量（q1）。

排煙量設定：排煙量設定請參照計算居室有效排煙速率之相關設定。

居室周圍牆壁之厚度：請參照居室設定之初始條件。

圖5.6 設定初始條件範例圖 c-2 設定邊界條件：設定邊界條件。（如圖 5.7）

計算時間間隔設定：本手冊建議參考計算時間間隔設定為0.01sec。

其他相關秒數之收斂效果比較請參考附錄一。

簡易 2 層法計算程式運用

（資料來源：本研究自行整理）

實驗係數設定：0.076。

起始溫度：請參考居室設定之初始條件。

空氣比熱設定：建議值為1。

圖5.7 設定邊界條件範例圖 c-3 設定建材性質：設定建材性質。（如圖 5.8）

設定裝修材料耐燃等級：請參照表2-3 之相關耐燃等級分類。

周圍牆壁之熱傳導率：請參照建材性質。

周圍牆壁之密度：請參照建材性質。

周圍牆壁之比熱：請參照建材性質。

（資料來源：本研究自行整理）

圖5.8 設定建材性質範例圖 d 開始計算

完成上述c-1、c-2、c-3，並均【存檔】後【離開】，選擇【執行】後，按下

【開始】，便可以進行本程式之運算。

e 結果輸出

本程式之結果輸出是採.txt 檔輸出，可以配合一般之文書處理軟體，繪製表 格，或是使用後處理軟體繪製圖形，來呈現安全避難驗證結果。

檔案排列順序為，時間（sec）；時間（min）；.熱釋放率；煙生成率；有效排 煙率；煙層厚度；煙層高度；熱損失率；煙層溫度；煙層密度。其使用文書處理 軟體排版後之結果範例檔案如下述所示：（表5-1）

簡易 2 層法計算程式運用

（資料來源：本研究自行整理）

表5-1 各項參數隨時間之結果範例

t(sec) t(min) 1.熱釋放率 2.煙生成率 3.有效排煙率 4.煙層厚度 5.煙層高度 6.熱損失率 7.煙層溫度 8.煙層密度

0.0 0.000 0.0000000 0.0000000 0.00000000 0.0000000 2.4000000 0.0000000 30.000000 1.1650165 1.0 0.016 0.1538813 0.1751600 0.00030542 0.0004177 2.3995822 0.1464663 30.004799 1.1649980 2.0 0.033 0.6155254 0.2778740 0.00096859 0.0013248 2.3986751 0.5883069 30.027256 1.1649117 3.0 0.050 1.3849323 0.3637951 0.00190159 0.0026013 2.3973986 1.3073945 30.074166 1.1647314 4.0 0.066 2.4621018 0.4402174 0.00306771 0.0041976 2.3958023 2.2871985 30.149773 1.1644409 18 0.300 49.857562 1.1609815 0.03673706 0.0511199 2.3488800 36.947147 35.295350 1.1450059 19 0.316 55.551173 1.1994880 0.04012139 0.0559291 2.3440708 40.833753 35.846686 1.1429619 20 0.333 61.552546 1.2368212 0.04361387 0.0609107 2.3390892 44.893532 36.421497 1.1408386 75.00 1.250 865.58268 1.9782044 0.34199858 0.5726874 1.8273125 524.65189 98.002789 0.9514753 76.00 1.266 888.81877 1.9710699 0.34861917 0.5862793 1.8137206 538.27476 99.595065 0.9474092 76.99 1.283 912.30574 1.9632772 0.35524879 0.5999990 1.8000009 552.05658 101.19828 0.9433501

（資料來源：簡易二層驗證技術手冊之研究）

第六章 案例計算結果

本研究是蒐集相關使用Route C 的防火避難案例，將這些案例使用本研究的 電腦程式進行驗證，並且與其他計算工具結果作一個比對，推求本研究所使用電 腦程式的正確性。下列的蒐集相關避難驗證資料因為涉及部分公司資料，所以僅

本研究是蒐集相關使用Route C 的防火避難案例，將這些案例使用本研究的 電腦程式進行驗證，並且與其他計算工具結果作一個比對，推求本研究所使用電 腦程式的正確性。下列的蒐集相關避難驗證資料因為涉及部分公司資料，所以僅

在文檔中 簡易二層法於建築物防火避難之應用研究 (頁 17-0)