高層建築物排煙系統方案介紹

由於火場中建築物內部設備或裝修等材料發生燃燒或熱分解，將釋 放出固態粒子散播於空氣形成煙霧，因為它有視線遮蔽及刺激效應，導 致人員因能見度降低，進而影響生理與心理作用，並助長驚慌狀況、影 響判斷危害甚大。對於煙霧的控制適當與否，將影響避難者能否逃出發 生火災之建築物，以及消防人員能否找出火災、撲滅火災的影響因素。

在許多情況，逃生路徑上的煙往往比溫度更早達到令人難以忍受程度，

為火災中最大的殺手。

探討高層建築物排煙系統，首先應瞭解火災時所產生的煙的流動，

進而於發生火災時，方可利用蓄煙或進行機械或自然排煙，進行動態式 煙控。將煙進行適當之導引(排煙)、阻擋(防煙)、或是短暫停留(蓄煙)

，以控制煙的蔓延方向與速度，爭取人員避難時間與空間，以增加逃生 成功機會，為近來煙控理念之主流。

一、 排煙系統分類

由於煙的成份為固體微粒及氣體微粒居多，故易受空氣擾動而流動

。火災時雖然火本身可被局限於採用耐火建材的居室內，但煙卻會穿過 很小的開口，流到建築物各處，例如結構物裂縫、貫穿管路的間隙、空 調風管、窗戶縫及門縫等，擴散到鄰接的居室。煙從一居室流到另一居 室，主要的驅使力（Driving Force）依其性質可分為兩大類：一為自 然式（Passive），二為強制式（Active），整理如表 3-1 所示^A-3,4。

在自然式驅使力中，浮力與熱膨脹為煙的高溫度所引起。煙囪效應 及自然風則受當時氣象條件中的外氣溫度與風的大小、方向影響。而強

A-3楊冠雄，建築物防火之煙控設計分析，高雄復文圖書，85 年。

A-4鍾基強，性能式設計煙控與避難系統，全華科技圖書，90 年 7 月。

制式驅使力中的空調系統和電梯活塞效應，則為建築物內的設施所致。

火場六種驅使力會在隔離物、牆、樓地板之間產生壓力差，而影響 煙的流動。因此欲了解建築物火災中煙流動的情形，須先知道各驅使力 的影響程度^C-2。

1、煙囪效應：當建築物外部的氣溫比內部氣體溫度低時，則在建築物 內部空間，如樓梯間、電梯豎井及管路間等，有向上的氣流產生。

2、浮力：煙乃是由高溫空氣帶動灰燼微粒而形成，所以煙本身溫度就 很高。與周圍空氣密度比較，煙的密度相對就低了，故有浮力產生。

3、熱膨脹：火場的高溫除了會產生浮力驅動煙之外，能量的釋放也會 有熱膨脹的現象，而使煙流動。假設火場中只有一個開口，提供空氣 流入火場以及煙流出火場。

4、自然風：外界的風對煙的流動有顯著的效應。建築物窗戶、門被打 開時，風可以影響到建築物內煙的流動。

5、空調系統：在建築物火災中，空調系統通常將煙送到建築物各處。

6、電梯活塞效應：當電梯在一豎井中移動時，將會產生瞬間壓力波。

對於排煙系統之規劃，需考慮上述各種影響因素，否則非但排煙系 統將失效，同時更會造成嚴重之後果。舉例而言，設計不當之空調系統 將會把致命大量的煙送到各區域，還可能送大量新鮮空氣進入火場，助 長燃燒，使得火勢愈來愈大。故在警報器偵測到火或煙時，一般皆設計 將空調系統電源關掉，使得空調系統不繼續送風或換氣。但這樣處置，

只是阻絕了氧氣透過空調系統進入火場。因為煙依然可藉煙囪效應、浮 力效應、或者自然風等，經由送風管、回風管或空氣豎井（Air Shaft

）等，竄到空調系統所供給的區域。

解決之道在於對空調系統設計的修改。譬如在各送風管回風管的開 口，裝上防煙擋板（Smoke Damper）於火災時自動關閉，則煙不致沿著 空調系統，跑得整棟建築物。且目前最新的設計觀念，在發生火災時空

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調系統亦可分區運用來做強制（Active）煙控系統以造成所要的壓力差

，抑制煙的流動，使得空調系統不管在平時或緊急狀態都能發揮效用。

二、 排煙方式之選擇

對於排煙之形式應以何種為佳，需依據現場狀況，並經詳細計算後 方能選用最適宜之方式^B-2。

1、自然排煙方式：

自然排煙方式係利用高溫煙氣的浮力作用，由各房間開口或門窗，

自然向外界排放濃煙。對於煙的排除狀況，必須為室內溫度高於室外，

或是室內壓力高於室外，煙氣即自然排出，在此同時，補充的空氣將由 火場下方流入，形成局部對流情形。自然排煙方式的優點在於因藉由濃 煙與一般空氣的溫度差與壓力差，產生之浮力將使濃煙自然向外流出，

設備極為單純，無須機械設備，費用低、維修容易。同時因無需動力，

此對與建築物火場時電力將中斷之情形下，具有極佳優勢。另排煙口在 平時亦可作為通風口，對於平時經濟效益具有相對優點。

機械排煙方式則利用排煙機、排煙口、排煙風管所組成，在高層建 築物尚包含排煙豎井、送氣豎井等設施，相對安裝費用，與後續維護成 本均較自然排煙方式高昂。

2、機械式排煙方式：

火災時對房間內之煙濃度以大量外氣做稀釋，於工程上並不可行。

同樣地，也不是單純地自房間排氣〝把煙排掉〞，就能達到煙控制的效 果。要達到建築物之煙控制，必須以一系統來整體考慮，系統中必須包 括送、排風機、防煙垂壁、壓力差、氣流等，唯有將其良好配合，建築 物的煙控制系統才算完成，也才能發揮效果。缺少任一項，有效的煙控 制都無法形成。目前應用於高層建築之強制式煙控系統，大致上可分為 下列三種：

B-2 Proulx, G., “Evacuation Planning for Occupants with Disability,” Internal Report No.

843, Fire Risk Management Program, IRC, NRCC, Canada, 2002.

(1).機械式排煙煙控系統（Mechanical Venting）

(2).梯間增壓化煙控系統（Stairwell Pressurization）

(3).正負壓區劃煙控系統（Zoned Smoke Control）

3、強制式煙控系統方式：

強制式煙控系統設計之主旨在於以強制通風方式，以建立自火場至 逃生通道之間有利之壓力梯度，使濃煙無法進入逃生空間；即使進入，

亦限定於一個可控制之微小範圍。

為達此目的，有三個主要之設計手段；一為增壓化，二為減壓化，

三為造成有利之氣流組織。應用於排煙系統中，則可利用防火／防煙閘 門控制空調以及煙控系統，進行加壓排煙形成正負壓力區劃，為目前煙 控的有效方式。

增壓化係指在一密閉之牆面兩側（例如防火門），藉由強制通風造 成高低壓差，以防止煙自門縫洩露，如圖 3-1 所示。此原理對一般活動 人數多的辦公、商業用途建築物而言，為一非常有效的煙控方法。減壓 化的原理主要是利用機械排煙的方法，將火場形成負壓，使煙排出建築 物外。常見於大空間建築、具中庭的建築，如圖 3-2 所示。

有利之氣流組織則係藉由強制通風造成足夠速度之氣流，以在空曠 之通道上阻擋煙之擴散，如圖 3-3 所示。此種方式被大量應用於公路隧 道、地下鐵、逃生走廊等無法將之完全封閉之區域中。

於圖 3-4、圖 3-5、圖 3-6 中，則有效地利用以上的設計手法，即 可在建築內部失火之房間，藉由排煙產生負壓，人逃出至走廊時遇到正 壓 ⊕ 氣流，煙被拋在他的後面。再逃至更正壓 ⊕⊕ 的前室，即使〝漏 網之煙〞也在此被進一步阻擋；人在進入到最大正壓 ⊕⊕⊕ 如樓梯間，

煙無法自逃生門之門縫洩露，而人推開逃生門進入樓梯間時〝漏網之煙

〞欲跟進，卻被更大如掌風底擋住，而人終於逃到了完全無煙的樓梯間 而得救。此〝建立有利之壓力梯度，以阻擋煙之漫延〞即為強制式煙控 系統設計之精髓所在，如圖 3-7 所示。

三、 補氣效應於排煙系統中重要性

在高層建築物排煙系統中，補氣系統亦扮演者重要的角色，尤其是 針對自然排煙，更有重要之影響。根據日本研究發現，如以不同尺寸的 排口(37.5、25.0、12.5 ㎡)進行排煙，火場中良好的補氣系統，不但可 以使強化整體排煙系統之運轉，並可改善火場惡劣環境，使人員避難逃 生得以安全進行^B-13,17。相關優點包含：

1、排煙量增加：依據實測結果，當補氣系統補氣量增加時，可提高整 體排煙量之數值，對火場排煙有正面性的效果，進而對火場人員避 難有正面性的效益，如圖 3-8 所示。

2、煙層高度提升：火場中煙層高度對人員避難逃生行為之進行具有極 大之影響，由實測值發現，當當補氣系統補氣量增加時，可提高火 場中濃煙之高度，對火場人員避難有正面性的效益，因此對於排煙 系統不僅須注意規定之排煙量，亦必須對補氣效應產生之濃煙高度 影響慎加考慮，如圖 3-9 所示。

3、煙層溫度降低：火場中的熱對於燃燒區內及鄰近區域之人員皆具危 險性，由火焰輻射現象產生之高熱空氣，亦能引致燒傷、熱虛脫、

脫水及呼吸道閉塞。人類生存極限之水平呼吸溫度（Breathing Level Temperature）約為 131℃（300℉），而水平呼吸高度（Breathing Level Height），約為從地板向上算起一般約為 1.5 公尺（5 呎）以上之距 離。對於呼吸而言，超過 66℃（150℉）之溫度便難以忍受，此溫度 可能會使火場發生一段時間後人員逃生速度減緩，因此適當之補氣 效應能使煙層溫度降低，對火場人員避難有正面性的效益，如圖 3-10 所示。

目前國際間高層建築物煙控系統將補氣系統分為三類：

1、自然式補氣系統(Nonmechanical Replacement Air System) 2、機械式專用補氣系統(Dedicated Replacement Air System)

B-13田中哮義，建築火災安全工學入門，財團法人日本建築中心，東京。

B-17財團法人日本建築協會，＂新‧建築防災計劃指針＂，1995 年版。

3、機械式兼用補氣系統(Dedicated Replacement Air System) 相關設計上考量重點包含^B-13：

1、置換的空氣需是戶外新鮮的空氣，因此進氣口一定要遠離排煙口。

1、置換的空氣需是戶外新鮮的空氣，因此進氣口一定要遠離排煙口。