1.1 火災簡介
火災的性質是其物理及其化學現象，係強烈的交互作用著；在火焰、
燃料和環境間的相互作用是高度非線性的，其相關過程量化的估計經常是 複雜的。在一區劃空間內的火災，其燃燒過程中主要涵蓋進出燃料與四周 環境的質通量(mass fluxes)與熱通量(heat fluxes)。圖一係區劃空間內火災此 類相互作用的示意圖；圖中顯示出區劃空間內火災發生時，質傳與熱傳過 程的複雜度。
圖一、區劃空間內火災的各項質通量與熱通量示意圖[1]
在探討火災事件時分為室內及室外燃燒，本研究主要在探討室內單一 區劃空間燃燒，室內燃燒熱傳受到周遭環境限制(如天花板、牆壁、地板)，
無法向外界空間傳遞，以致產生熱積存現象，形成極高溫度場。室內火災 燃燒情形分為通風控制燃燒(ventilation control fire) 及燃料控制燃燒(fuel control fire) 兩類，前者因空間內的密閉燃燒，氧氣供應量逐漸難以達到供
冷層 火焰
燃燒物
目標物
熱層
天花板 通風口
熱通量 質通量
應當量(stoichiometric)，其燃燒的持續時間及火勢大小、燃燒速率皆視通風 狀況而定，即由通風參數(ventilation parameters，hv與Av)所決定。由於空氣 供應量不足，燃燒產物除了二氧化碳外，因不完全燃燒而形成有毒一氧化 碳氣體及大量濃煙，為火災事件造成另一種災害。後者的燃燒由於氧氣供 應量充足，燃燒視燃料量多寡而定，因其燃料供應量充足，燃燒速率較快，
火勢也較大，極易造成蔓延擴散的情形。但當燃料量少，通風過於充足（即 入口風量大），則會使火焰在蔓延前燃料即已經用盡，火焰因而自然熄滅。
火災事件有其規則性，隨著時間增長，其平均溫度分佈趨勢概分為五 個階段，如圖二[2]所示：
1. 點火 (ignition) :
係一個放熱過程，因火焰而導致周圍溫度大幅度升高，它可始 自點燃性燃燒及自發性燃燒。
2. 成長期 (growth) :
依燃燒的型態、燃料的種類、環境的交互作用及氧的供應程 度，火焰的成長速率可快可慢；在此階段，一般而言溫度較低，而 火的位置多半在火源附近區域，為可逃生時期。
3. 閃燃期 (flashover) :
由於燃燒不完全的可燃物粒子散佈在空氣中達到一定量，再加 上燃燒產生的熱，瞬間引燃空氣中的可燃物粒子，猶如爆炸景象，
形成一片火海，此即閃燃現象(flashover)。一般而言，空間內的溫度 高達 500℃至 600℃間，即致閃燃。
4. 完全發展期 (fully developed fire) :
5. 衰退期 (decay) :
當燃料逐漸耗盡，其能量釋出銳減，導致區劃空間內氣體平均 溫度陡降；此時燃燒情形可能由通風控制狀態轉為燃料控制狀態。
需要注意的是在此時期雖然溫度減低，但將熄的濃煙，及前幾段時 期的持續高溫將導致房屋結構不穩定，因此火災所引起的潛在危險 仍然存在。
圖二、區劃空間中火災溫度-時間變化圖[2]
1.2 研究目的
本研究計畫的目的乃探討於火災情況下，單一空間內排煙系統與自動 撒水系統間的交互影響。在現階段部分，主要著重於國內外文獻的搜集，
火災、排煙、撒水等單一理論模式的建立，測試、驗證（與可取得的資料）、
調整並進行縮尺鹽水模型相關實驗的初步規畫執行。
在現階段研究部分，將針對火災過程中，區劃空間內上述兩系統相互 作用時的熱流現象進行分析，分為物理模式的發展及煙流之鹽水模型實驗 驗證。由於一個全尺寸的實驗雖然可以提供最真實的情形，但是設備的花 費及難度都太大了，所以本計畫的研究將利用縮尺實驗，不止它的花費可 減少許多，而且縮尺實驗在實驗儀器上所遇到因低雷諾數現象所產生的問
題跟全尺寸實驗所遇到的是一樣的。鹽水模型可以模擬大部份物理上的流 動特性並提供一質優的測量環境，就是水力學的相似性技術，這就是本文 所應用的原理。
1.3 研究文獻
火災是一種相當複雜的物理現象，牽涉範圍甚廣，於文獻上概分為兩 部分：一為經驗公式及實驗研究部份、二為電腦數值評估程式研究部份，
茲說明如下：
1、經驗公式及實驗研究方面：
國外研究火災已行之有年，目前就所知如下：
1958 年 Kawagoe 對通風控制火災作最早之研究[3]。
1968 年 Hinkley et al. 等學者提出燃料充足夠的火燄，在遞界層中有 55%的燃燒熱釋放率是由熱輻射散失[4]。
1968 年 Waternan 研究閃燃現象，由 3.64 公尺×3.64 公尺×2.43 公尺的 區劃進行燃燒實驗，提出由地板發出 20 kW/m2的熱源即可 產生閃燃[5]。
1975 年 Frideman 由甲基丙烯酸甲酯(PMMA)薄板燃燒效應，提出最 大熱輻射約佔燃燒熱的三分之一[6]。
1979 年 Thomas and Bullen，及 1981 年 Takada and Akita 以小區劃內 燃燒酒精驗證 1975 年 Friedman 之理論。[7]
1982 年 Thomas 對閃燃下了三個物理定義[8]。
Bullen 及 Evans，由實驗結果推演出一系列火災半經驗公式[9]。
國內對火災研究有：
民國 71 年，陳火炎之建築物消防避難問題之研究[12]。
民國 76 年，丁育群之高樓建築防火設施規劃設計之研究[13]。
民國 76 年，簡賢文之建築物火災危險評估技術及應用之研究[14]。
民國 83 年，王芳萍之火災事件下熱流現象之分析[15] 。 民國 85 年，楊冠雄之建築物防火之煙空設計分析[16]。
民國 86 年，楊冠雄之建築物火災時煙流動特性之研究[17]
民國 87 年，楊冠雄之建築物火災時煙控系統運轉策略分析[18]
民國 87 年，熊光華之建築物防火性能檢驗測試及應用研究[19]。
民國 88 年，鍾基強之建築物火災危險評估與煙控設計[20]。
陳俊勳之建築物火災危險評估電腦模式驗證研究[21]。
楊冠雄之建築物空調系統與煙控併用系統性能評估與設 計準[22]。
2、腦數值評估程式研究部份：
國外對火災研究以經驗公式寫成電腦程式評估火災者，包括：ASCOS
、ASET、ASET-B、DETACT、FAST、FAST-M、FIREFORM、MLTFUEL
、FIREDATA、CFAST….等等，及 1993 年由 Peacock[23]等學者發展出 CFAST 之評估軟體。
國內對火災熱傳電腦程式模擬方面，除了民國 80 年鐘進偉[24]研究點 模式火災現象，民國 81 年洪啟仁[25]研究火災之輻射熱傳分析之外，對整 體分析模擬之研究僅有民國 83 年鄧治東[15]之研究，就作者手頭所有的資 料而言，其他相關的模擬皆付諸闕如。