第二章 文獻探討
2.3 連結送水管系統配置與設計
2.3.2 系統配置方式
傳統的連結送水管系統配置方式，是在建築物的中間樓層設置中繼 幫浦，以串連地面之消防車幫浦接續將水源送往建築物高層部，並確保 出水壓力、出水量及水帶有效防護範圍，以達到消防救災可及性。配置 情形示意如圖 。
資料來源：本研究整理
中繼 幫浦
消防車(幫浦) 送水口
圖 8 傳統連結送水管系統配置方式
各層出水口
近年國內較新的連結送水管系統配置方式，其中繼幫浦係改採高、
低層幫浦分別設置於屋頂層及地下層，低層幫浦負責低樓層之出水，高 層幫浦則負責高層部的出水，由於水本身的重力壓，高層幫浦往下打(下 行管)時只能設計到某個樓層，否則出水壓力將過高，而低層幫浦往上打 (上行管)至高層幫浦一次側，則僅須有押入揚程1kgf/cm2即可。與上述傳 統配置方式相較，由於兩台(高層及低層)幫浦間之落差距離提高，故低層 幫浦揚水能力須採用較高揚程者，配置情形示意如圖 。
資料來源：本研究整理
2.3.3 水力設計
中繼幫浦全揚程在下列計算值以上：
全揚程H＝h1消防水帶摩擦損失水頭＋h2配管摩擦損失水頭＋h3落差＋
60m放水壓力
所謂「摩擦損失」，即為管道中的水流由於摩擦力的作用產生阻力，
高層 中繼幫浦
低層
中繼幫浦 消防車(幫浦)
上行管
下行管
各層出水口
圖 9 新式連結送水管系統配置方式
消耗了水流動的能力，而造成的壓力損失。
1.管道內的流體流動之類別29
管道內的流體流動之類別，係以雷諾係數(Reynold’s Number)做為判 別，分為層流、穩流及紊流三大類別。
表 2 流體流動分類表
類別 判別區隔
層流 (laminar flow) Re < 2000 穩流(transition flow) 2000< Re <4000 紊流 (turbulent flow) Re > 4000
29 張蓉台，「水在管路中的阻力計算(上)(下)」，中華水電冷凍空調，272、273，92-100、79-87 頁，民 國 95 年 6 月、95 年 7 月
2.一般壓力流體管路的摩擦損失計算公式及使用條件 表 3 壓力流體管路摩擦損失及使用條件表
類別 使用條件
Hazen–Williams Equation
穩流
穩流與亂流共存
不可壓縮流體
4℃ － 25℃
管線上有許多分歧管或分支管
Darcy–Weisbach Equation
層流
Colebrook–White Equation
亂流
不可壓縮流體
可壓縮流體
直管部份 (1)Hazen–Williams 公式
英制單位
010666
1085.
0 C di Q
f =
−•
−•
( 4 )f ：直管的摩擦損失(ft水柱/100 ft
、 mm 水柱/m)
Q：流量(gpm
、 m
3/s)
(2)Darcy–Weisbach 公式 英制單位
g (3)Colebrook–White公式 英制單位
ε, e：管內壁的光滑度或粗糙度(ft,ft)
很粗糙的管材 114 10-4 3.5 造成嚴重的亂流現象 164 10-5 5.0
3.Hazen-Williams公式簡化表示方式
54
:
1.水鎚壓力波的最大值H，可以Joukowski equation30公式求得：
H=av/g ( 16 )
v：流速(m/s)
g：重力加速度(m/s2)
30 A Review of Water Hammer Theory and Practice
其中a，為15℃水的壓力波傳播速度： 時須選擇適當之空氣室(Air Chamber)容量者，可依據下列公式計算評 估：
圖 10 隔膜型水鎚吸收器
資料來源：www.z-tide.com.tw
2.3.5 實務設計案件統計與分析-以臺北市 98 年~100 年為例
1.經統計臺北市98年~100年新建建築物消防安全設備設計案件，設有連結送水管者之件數及比率如下：
表 6 新建建築物消防安全設備設計案件統計表 項目
年度 新建設計案(件) 設有連結送水管(件) 比率
98 407 255 62.65%
99 420 253 60.24%
100 304 189 62.17%
總計 1,131 697 61.63%
(資料來源：本研究整理) 2.連結送水管設計方式分為管徑規格法及水力計算法，統計情形如下：
利用隔膜片形成壓縮氣室，運用壓 縮氣室原理吸收水鎚現象。
表 7 連結送水管設計方式統計表
年度11.64%，比例逐年上昇。
總計34件採水力計算法設計者，建築物17-20層樓以下者4件、21-30 層樓者27件、30層樓以上者3件，全數均為一定規模以上之高層建築物，
其中21、22層樓之建築物各9件為最多。
4.近三年設計發展趨勢
查臺北市自97年開始有設計者採用電腦水力計算法驗證連結送水管 之設計，該案件為地上27層、地下4層建築物，臺北市政府消防局以邀請 產官學界之學者專家共同召開委員會方式審查，於是開展了相關議題之 熱烈討論，97年審查之初主要針對落實監造制度及管系穩流驗證結果作 為審查主軸，99年則開始探討各閥組件之選用，並且將消防隊所使用之 移動式小幫浦及消防車送水壓力限制納入設計時之考量，100年更開始提 出水鎚現象分析及相關防護措施，各發展時期雖形成不同的議題主軸，
惟審查時均是以建築物個案條件加以探討及要求，尚未有系統整體之研 究報告。
2.4 小結
綜觀以上連結送水管系統之系統配置、元件功能、特性、設置規範、
相關公式與設計案件統計，本研究擬採用FMEA方法找出系統之失效模 式、後果嚴重性及改善系統功能之可能性。目前國內連結送水管已趨向 性能化設計，設計者及業主勇於挑戰傳統法條式規範提出不同設計方
案，突顯重視實際使用需求及相關限制條件之重要性，本研究後續將運 用相關軟體實際模擬驗證，期提出有助於系統可靠度相關建議，達到所 投資消防設備成本能確實發揮效用之目的。
第三章 連結送水管系統之失效模式與效應分析
3.1 FMECA 分析的主要工作及步驟
FMECA分析的主要工作及步驟包括：(1)確定系統的範圍 (2)詳細了解系統 (3)分解系統為元件
(4)識別和分析各元件的失效模式 (5)評估各元件失效模式的起因
(6)評估各失效模式的可能性和關鍵值 (7)評估失效後果對系統的嚴重性和關鍵值 (8)評估探測和干預(或改善)的可能性和關鍵值 (9)以表格方式顯示成果
(10)綜合分析及撰寫報告
3.2 定義系統與元件拆解
1.識別分析系統本研究係從系統設計者角度進行風險分析，無法達到原設計功能稱 識別系統及定義範圍
系統分級拆解 元件功能確認
辨識所有破壞模式
評估所有失效模式 的後果
初步篩選評估分析成果
評估各失效模式 偵測干預的可能性
量化失效模式關鍵值
評估分析成果處置決策 圖 11FMECA 主要工作與步驟
之為失效，原設計功能範疇包括系統運作正常、出水壓力足夠、系統達 一定安全性、符合救災人員需求、顧及救災人員安全等。
連結送水管新式配置作為分析範圍，分為高、低層兩台中繼幫浦，
一樓連結送水口供消防車，故本分析系統定義範圍包括消防人員、消防 車、送水管、送水口、壓力調整閥、中繼幫浦、立管及配管、中繼幫浦 二次側之逆止閥、中繼水箱二次側之逆止閥、出水口及水帶與瞄子等。
圖 12 連結送水管新式配置昇位圖 2.元件拆解
本分析系統拆解為下列12項主要元件：
表 9 連結送水管元件拆解及編號
編號 元件名稱
A 消防人員 B 消防車
C 送水管(水帶)
D 送水口
E 送水口附近的止水閥 F 壓力調整閥
G 中繼幫浦 H 立管及配管
I 中繼幫浦二次側之逆止閥 J 中繼水箱二次側之逆止閥 K 出水口
L 水帶與瞄子
圖 13 系統拆解編號位置示意圖
圖 14 系統拆解編號位置示意圖
3.3 識別和分析各元件的失效模式及可能產生後果
本步驟係識別系統各元件哪裡可能會出錯，一旦出錯會導致何種結 果，探討內容涉及人、物、方法及行為，亦即包括人為錯誤、設備本身 問題、溝通困難或元件老舊之必然發展等。
1.消防人員
使用連結送水管時，於建築物一樓送水口處負責將水源由消防車輸 送至連結送水管通常為消防車司機，該消防人員必須能夠正確研判送水 壓力、幫浦啟動順序及察覺送水中系統故障或緊急狀況，做適當之處置，
使得連結送水管系統發揮應有救災功能。
若消防人員(司機)操作送水壓力低於設計值，將導致出水壓力不足，
若高於設計值，則出水壓力將高於設計值；若啟動兩台中繼幫浦操作順 序錯誤，則可能導致中繼幫浦吸入空氣；若指揮官或第一梯到達現場之 救災人員已使用系統救災卻因研判錯誤需變更出水樓層，則可能要耗費 更多時間調整而影響救災效能。
2.消防車
連結送水管系統之所以能夠源源不絕供應救災水源，必須靠建築物 預設之中繼幫浦與消防車幫浦串聯運轉，因此消防車應持續提供必要之 送水壓力，不得任意中斷。
若公設消防栓水源供應不足，將導致系統在中繼水箱補供應完後，
中繼幫浦將吸入空氣，若消防車本身幫浦效能不足，未能提供足夠水量，
亦將導致中繼幫浦吸入空氣。
3.送水管(水帶)
送水管為銜接消防車與送水口之水帶，在連結送水管系統使用中，
水帶必須能承受長時間送水壓力且不得脫落或爆管，否則恐造成系統中 斷，須耗費時間更換水帶。
4.送水口
送水口為2 1/2”雙口型，距基地地面之高度在1公尺以下0.5公尺以
上，且標明連結送水管送水口字樣，係水源輸入連結送水管系統的入口，
供銜接兩條63mm之水帶。
5.送水口附近的止水閥
送水口附近依法應設一組逆止閥與止水閥，該止水閥目的是供後續 逆止閥維修時使用，惟在系統竣工查驗測試時常見送水後才發現此止水 閥遭關閉，以致無法於第一時間將水輸送進立管。
6.壓力調整閥
壓力調整閥包括減壓閥、背壓閥、持壓閥等均屬之，主要利用控制 器來調節流量大小，閥的精確度取決於一設定點在最小流量時與最大流 量時之壓力下降比率，惟其最怕的是管路雜質阻塞問題，將導致壓力調 整閥故障。
圖 15 壓力調整閥工作原理示意
圖 16 壓力調整閥裝置位置示意圖 7.中繼幫浦
本分析對象之中繼幫浦分為低層幫浦及高層幫浦，兩台幫浦不同的 故障模式可能對系統產生不同的影響後果。
8.立管及配管
立管及配管為系統輸送管道，必須能承受連結送水管系統使用中各 種壓力變化，因此系統設計時必須審慎評估考量。
9.中繼幫浦二次側之逆止閥
中繼幫浦二次側之逆止閥主要作用為防止管路內水逆流，並防止水 鎚效應損壞幫浦。
10.中繼水箱二次側之逆止閥
中繼水箱二次側之逆止閥主要為防止管路內水源逆流如中繼水箱，
壓力調整閥
確保水源補給流向。
11.出水口
為系統水源出口，連接水帶以供消防人員救災使用。
12.水帶與瞄子
水帶與瞄子為提供消防人員銜接出水口以深入火場救災使用。
水帶與瞄子為提供消防人員銜接出水口以深入火場救災使用。