火災事件重覆的在國內外發生，火災的損失金額也愈來愈龐大，動 輒上億，現今的台灣產業高度密集化、高單位成本化，尤其應注重火災 的預防，火災後果模擬是一項將火災損失予以量化的好工具，去思考防 火策略該如何的做，如何防範才夠、才有效，其中特別應強調防火的有 效性。也許廠區內設置了很多、很好的防火設施，卻不夠有效，其實跟 沒有是一樣的；現今台灣的防火的盲點就在防火設施是否有效，以前很 難去評估防火的有效性，現在，可以用火場模擬的方式進行評估，應是 較佳的解決方案。
面對目前現有多元化、複雜化、高層化與地下化的建築物或特殊製 程，提供適當的消防防護與防火設計是一項非常具有挑戰性的工作。對 於業界，不僅能協助其對未知物質之危害鑑定與評估工作，亦可對製程 設計與改良提出建議。
第一年計畫預期完成之工作項目及成果計有：火災全場模式之數值 模擬、穩態與暫態之流場、溫度場與煙流分析、火場最佳排煙模式之建 立，進行火場最佳排煙模式之建立是較困難的，但目前已完成第一年所 預期之工作，還些許超前到第二年之進度。
可以由前面章節之介紹知道煙控系統能夠有效地將煙層集中，但排 煙口面積跟排煙速率還需再做最佳化，讓煙層的沉降速率減慢，並加大 排煙的量，以延長科技廠房中工作之人員逃生的時間，並減低成本的損 失。將來還需更進一步作大空間廠房的模擬，研究當某一空間發生火災 時對其他空間產生的影響。
第六章 可供推廣之研發成果資料表
□可申請專利 ■ 可技術移轉 日期：96 年 10 月 31 日
國科會補助計畫
計畫名稱：生物科技廠房災害風險評估分析技術之建立－子計畫：
生物科技廠房火災煙控系統與安全設計之研究 計畫主持人：林 顯 群
計畫編號：NSC 95-2625-Z-011-003 學門領域：流體力學 技術/創作名稱 生物科技廠房火災煙控系統與安全設計 發明人/創作人 林 顯 群
本計畫乃以生技製藥廠房為研究對象，分別針對全場模式模擬與煙 控分析，實體廠房之全尺度實驗與數值模擬驗證，以及最佳化安全 設計與模擬評估為主要課題進行研究。將利用泛用型計算流體力學 軟體進行研究分析，首先依照虛擬之生技製藥廠房建構數值模型，
其次按照實際的環境條件設定模型的邊界條件，經由求解運算與迭 代收斂，最後由後處理程序得到流場、溫度場與煙流的趨勢圖，而 由後處理程序所得到的各種重要之煙場圖面，觀察廠房內部煙流動 方向與熱集中的區域，以建構火災之煙控分析與最佳排煙模式。
技術說明
This research proposal focuses on the smoke-control system, automatic sprinkler system, and fire-safety analysis for a biotech plant. A virtual pharmaceutical factory model, with the proper boundary conditions incorporating with the actual environmental conditions, is constructed to execute a series of computational simulation using CFD software. The calculated flow field, smoke path, and temperature distribution can be utilized to identify the airflow, smoke flow paths and hotspots inside this building. Knowing this smoke flow paths and hotspots will help us to build a better design for fire prevention, smoke control system, and automatic sprinkler system.
可利用之產業及 可開發之產品
產業：生物科技產業。
產品：藥品、醫療保健、農產品、食品。
技術特點
本計畫之技術，可依據生物科技廠房所可能發生火災以及排煙的情 形，做一系列的安全措施及模擬分析，以預先規劃火災發生後之逃 生，以及排煙系統打開時之情形，找出較安全的方法以降低災害的 發生和人員的傷亡。
推廣及運用的價 生物科技產業之火災排煙系統、及應變安全措施。
※ 1.每項研發成果請填寫一式二份，一份隨成果報告送繳本會，一份送 貴單
位研發成果推廣單位（如技術移轉中心）。
※ 2.本項研發成果若尚未申請專利，請勿揭露可申請專利之主要內容。
參考文獻
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[2] 陳旻彬，”生物科技廠建築規劃之基礎研究”，逢甲大學建築研究所碩士 論文，2003年。
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研究計畫研究報告，2005年。
[6] http://www.tccfd.gov.tw/level.asp?contentURL=./service/textcontent1.asp&
level=2&parent=54&rfnbr=147 ，台中市消防局
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[11] Janssens, M. and Parker, W. J., “Oxygen Consumption Calorimetry”.
附錄 實驗設備
根據生物科技廠房實際的使用狀況，規劃出相關實驗項目，參考國 際 標 準 ISO 9705 大 尺 寸 房 間 火 災 試 驗 法[8]為 基 本 架 構 ， 進 行 燃燒產物的分析和熱釋放率。利用量熱儀進行其燃燒產物的分析和熱釋 放率的計算。以下將針對燃燒試驗的儀器設備加以說明。
一、整體測試系統的架構
首 先 是 關 於 大 尺 寸 房 間 火 災 試 驗 儀 器 設 備 的 部 份。本 研 究 是 採 用 國 際 標 準 組 織(ISO) 所 定 測 試 方 法 ISO 9705[8]為 基 本 架 構 ，架 設 此 大 尺 寸 房 間 試 驗 所 需 之 試 驗 設 備 。圖 1 即 為 此 試 驗 之 整 體 示 意 圖 ， 材 料 組 合 在 試 驗 房 間 內 由 一 引 燃 源 引 燃 後 ， 房 間 內 量 測 溫 度 的 熱 電 偶 和 量 測 熱 通 量 的 熱 通 量 計 在 各 個 測 試 點 量 測 ，量 測 時 是 產 生 微 電 壓 訊 號 ，經 由 資 料 擷 取 系 統 配 合 電 腦 即 時 處 理 軟 體 LabVIEW 的 使 用 ， 將 電 壓 訊 號 轉 換 成 相 關 的 物 理 量 。
圖1 ISO 9705[8]整 體 實 驗 示 意 圖
燃 燒 的 氣 體 產 物 則 是 經 由 集 煙 罩 和 排 氣 管 收 集，在 經 過 一 段 距 離 ， 使 氣 體 速 度 場 、 濃 度 分 佈 更 趨 均 勻 後 ， 方 由 取 樣 管 將 氣 體 抽 至 CO/CO 分 析 儀 以 及 O 分 析 儀 進 行 氣 體 分 析。在 排 氣
管 中 同 時 裝 設 有 雙 向 皮 托 管(Bi-directional pitot tube)以 及 熱 電 偶 用 以 計 算 管 中 流 速，同 時 亦 透 過 白 光 系 統 進 行 流 動 式 煙 濃 度 的 量 測 。
值 得 一 提 的 是 ， 透 過 電 腦 軟 體 LabVIEW 的 使 用 ， 除 了 能 迅 速 將 資 料 收 集 儲 存 之 外 ，更 能 即 時 運 算，計 算 出 一 氧 化 碳 和 二 氧 化 碳 的 產 生 率 ，以 及 氧 氣 的 消 耗 率 ，並 以 此 氧 消 耗 率 計 算 出 熱 釋 放 率 ，且 所 有 的 試 驗 結 果 都 能 馬 上 顯 現 在 電 腦 上。下 節 將 針 對 各 部 分 設 備 分 別 簡 介 。
二、儀器設備簡介
（ 一 ） 試 驗 房 間
房 間 是 由 四 面 垂 直 相 接 的 牆 、 地 板 和 天 花 板 組 成 ， 外 部 尺 寸 如 下 ：
長 度 3.7m； 寬 度 2.8m； 高 度 2.8m
再 以 裝 修 工 法 施 作，使 用 內 裝 材 料 後，內 部 尺 寸 可 達 與 ISO 9705[7]所 規 定 者 相 同 ：
長 度 3.6±0.05m； 寬 度 2.4±0.05m； 高 度 2.4±0.05m 在 一 面 內 部 尺 寸 為 2.4m×2.4m 的 牆 上 設 有 一 開 口 部 通 風 ， 其 他 的 牆 面 地 板 與 天 花 板 皆 不 設 通 風，此 開 口 部 的 尺 寸 亦 沿 用 ISO 9705[7]所 規 定 ：
寬 度 0.8±0.01m； 高 度 2.0±0.01m
（ 二 ） 排 氣 系 統
排 氣 系 統 主 要 包 含 集 煙 罩 、 排 氣 管 以 及 可 使 氣 體 混 合 均 勻 的 擾 流 片 等 。 集 煙 罩 作 用 即 在 於 收 集 試 驗 中 從 房 間 開 口 處 流 出 的 氣 體 燃 燒 產 物 。 接 著 燃 燒 產 物 沿 著 排 氣 管 流 動 ， 在 距 離 風 管 前 端 約 十 倍 風 管 直 徑 處 方 為 測 試 段 ，
雙 向 皮 托 管 、 熱 電 偶 和 白 光 系 統 都 在 此 處 量 測 。 並 有 取
樣 管 將 燃 燒 氣 體 由 此 抽 至 氣 體 分 析 儀 中 進 行 分 析 。
（ 三 ） 燃 燒 器
試 驗 之 引 燃 源 使 用 丙 烷 氣 體 燃 燒 器 ， 並 依 ISO 9705[8]
規 定 製 作 一 170mm×170mm 之 砂 燃 燒 器 (Sand burner)， 當 引 燃 源 引 燃 後 ， 試 驗 即 為 開 始 ， 總 試 驗 時 間 共 二 十 分 鐘 ， 在 剛 開 始 的 十 分 鐘 ， 燃 燒 器 提 供 100kW 淨 熱 輸 出 ， 接 下 來 的 十 分 鐘，使 用 300kW 的 淨 熱 輸 出，直 到 試 驗 時 間 結 束 。
(四)氣 體 處 理 系 統
此 系 統 由 前 置 處 理 系 統 以 及 各 氣 體 分 析 儀 所 組 成 。 (1)氣 體 分 析 儀 ：
包 括 氧 氣 分 析 儀 和 一 部 紅 外 線(NDIR) CO/CO2 氣 體 分 析 儀 。
(2)前 置 處 理 系 統 ：
此 系 統 的 最 前 端 在 於 排 氣 管 中 測 試 段 的 取 樣 端 ， 取 樣 端 從 氣 體 濃 度 均 勻 的 測 試 段 進 行 燃 燒 氣 體 的 取 樣，而 為 避 免 取 樣 氣 體 高 溫、含 水 汽 時 對 氣 體 分 析 儀 器 的 損 害 和 導 致 量 測 數 據 有 所 誤 差 ， 因 此 針 對 取 樣 氣 體 以 玻 璃 棉 、 濾 紙 、 冷 卻 器 等 加 以 過 濾 、 冷 卻 ， 並 用 水 汽 吸 收 劑 (Drierite)吸 收 水 汽 後 才 再 加 以 分 析 。
（ 五 ） 雙 向 皮 托 管(Bi-directional Pitot Tube)
雙 向 皮 托 管 將 接 受 到 的 流 體 壓 力 差 轉 換 成 微 電 壓 訊 號 後 傳 送 出 去 ， 再 使 用 壓 差 轉 能 器 （Defferential Pressure transducer）將 訊 號 轉 換 回 壓 力。並 配 合 熱 電 偶 量 測 皮 托 管 附 近 的 氣 體 溫 度 ， 如 此 即 可 計 算 出 在 該 位 置 的 流 速 。
（ 六 ） 熱 通 量 計(Heat Flux Meter)
2
以 免 熱 通 量 計 受 高 熱 而 受 損 。
（ 七 ） 熱 電 偶(Thermocouple)
使 用K-type熱 電 偶(Chromel-alumel Thermocouple).
三、試驗房間內部儀器架設
在 此 將 說 明 試 驗 房 間 內 溫 度 和 熱 通 量 測 試 點 的 詳 細 位 置 。 (1)溫 度 測 試 點
熱 電 偶 樹(Thermocouple Trees)的 放 置 位 置 ：
共架設三排熱電偶樹以了解測試室內垂直的氣體溫度分
佈，其在房間內的相關位置如圖 2 (a)所示，在房間的正中央，離引 燃源較遠端的角落和門口正中央此三個位置上各擺放一排，除門口 正中央的熱電偶樹外，其餘之熱電偶垂直位置如圖2 (b)所示，每一 排使用八個熱電偶。
(a) (b)
圖 2：(a)熱電偶樹在試驗房間內位置圖 (b)熱電偶的垂直位置分布圖 天花板附近的溫度測試點：
在天花板附近的溫度量測點包括四個部份，一部分為了解天 花板下火災成長的情形，將熱電偶裝在材料表面上以量測其表面溫 度；一部分為置於天花板下方 10cm處用以量測天花板下方的氣體
溫度，在燃燒器正上方並置有一測試點，用以量測引燃源正上方靠 近天花板處的氣體溫度，這兩部份如圖3所示。
圖3 氣體溫度量測位置 (2)熱 通 量 測 試 點
地板上的放置位置
地板上測試點的放置位置如圖 4 所示，用以量測房間火災試 驗中，上層高溫氣體以及引燃源等對地板造成的熱通量，此熱通 量雖然主要是以輻射熱為主，但熱對流效應也不應完全忽視，因 此量測所得之熱通量並不完全代表是輻射熱通量。
地板上測試點的放置位置如圖 4 所示，用以量測房間火災試 驗中，上層高溫氣體以及引燃源等對地板造成的熱通量，此熱通 量雖然主要是以輻射熱為主，但熱對流效應也不應完全忽視，因 此量測所得之熱通量並不完全代表是輻射熱通量。