第三章 高層建築物排煙系統與人員避難的關聯性
第三節 高層建築物排煙系統與人員避難的關聯
災發生之可能性。高層建築物因興建成本較高，也因此需透過仔細計算 下的合理成本，藉由安全設備的硬體面與防災管理的軟體面交互配合，
以確保建築物中每一位人員包括避難弱者之生命安全。高層建築物排煙 系統與人員避難的關聯性分析，即在於將二者間取得適當之連結。
高層建築之內部空間規劃與設計必定有其需求性，例如規劃何處為 購物商場、何處為辦公室、何處為餐廳、何處為住宅後，當仔細計算在 建築用途下人員避難所需時間後，選擇適當而不過當的排煙系統，將可 在經濟成本與消防安全間取得平衡。
對於高層建築排煙與避難關聯性之理念，主要為將濃煙侷限於某一 部分，使濃煙不至於影響人員之避難逃生行為，而達到安全保障之目的
。此與警報系統之「分層鳴動」理念恰為一致，均為不希望因事故發生 後，造成人員恐慌，因此發生二次意外傷害事件。
在進行建築物排煙系統與人員避難關聯性分析時，對於人員安全避 難的解析，必須將以下的因素納入考量：
一、疏散路線的規劃。
二、樓梯設置的個數與位置。
三、疏散路徑的管理。
四、避難層的位置。
五、避難安全門的設置。
六、出口、走廊及樓梯的寬度。
七、人員的因素。
當中涉及的有工程面、管理面，及二者之間的結合。而人員的因素 中，更包含人員步行速度、出口單位流通率，及人員的心理因素。
因此，高層建築管理單位在防火管理執行時，需制定全棟避難方案 與管理作業，包含全棟避難與部份避難之情境與時機、全棟/部份避難 之運作與管理機制，以確保內部人員瞭解與熟悉緊急避難計畫，並定期 辦理防火訓練及演習，以確保災害事故發生後，人員可以順利完成避難 動作。
對於排煙系統對高層建築物人員避難時之影響時，必須確保其運作 可保證人員在完全疏散時有良好之避難空間，因而需爭取的即是控制煙 層的擴散時間不得低於人員疏散的時間，否則將危害人員的安全，造成 遺憾的後果，因此「避難安全驗證」即分為「樓層避難安全驗證」與「
全棟避難安全驗證」。
前者為以建築物單一樓層為對象，先自樓層任一居室發生火災事故 時起算，計算該樓層內所有避難者開始進行避難，至避難行為結束，如 表 3-6 所示。所處避難環境中包含居室及自居室通往樓梯之走廊，都能 夠保持火災產生之濃煙不至於下降至「使人員避難有困難」之高度，所 計算的為﹝避難開始時間﹞+﹝步行時間﹞+﹝出口通過時間﹞總和值 與﹝煙層擴散下降時間﹞之相比較，如表 3-7 所示。
而「全棟避難安全驗證」則以整棟建築為分析對象，從建築物不特 定樓層中的任一居室發生火災事故開始計算，計算該樓層內所有避難者 開始進行避難，至避難行為結束，如表 3-8 所示。所計算的為﹝避難開 始時間﹞+﹝整棟人員步行時間﹞+﹝整棟人員離開出口通過時間﹞總 和值與﹝全棟煙層擴散下降時間﹞之相比較，如表 3-9 所示。
針對排煙設計與避難之關聯性探討，本研究針對前述 WTC 調查報告 所提出的「濃煙局部排洩方式(Smoke Purge)」、「核心式加壓(Core Pressurization)」、「三明治式加壓(Sandwich Pressurization)」、
「 局 部 區 域 煙 控 配 合 樓 梯 加 壓 (Zoned Smoke Control with Stair Pressurization)」等四種手法，分別探討高層建築物排煙系統與人員
避難關聯性。
首先應釐清的是，在建築設施中，煙控系統與防火系統因主要功能 與目的不同，二者間是有區隔的。防火系統主要目的為盡速滅火、以感 應到熱時，無須人為操作即自動觸發系統啟動，例如撒水系統，而建築 物的煙控系統則為感應到煙後，啟動系統。
對於火場燃燒時產生濃煙分布區域如圖 3-14 所示。由於對於可利 用的三種控制方法，即(一)增壓化、(二)減壓化、(三)產生適當氣流組 織，前二者主要概念即在於─為了利用壓力差，可以將建築物內部區分 成數個「濃煙控制區」(smoke control zones)，當中可以使用單一樓 層或數個樓層為單一區域，也可以將某一個樓層區分為數個區域，不同 區 域 間 的 劃 分 ， 主 要 是 利 用 排 煙 風 門 (smoke damper) 、 氣 密 門 窗 (airtight doorsand windows)及防煙壁(smoke-proof barrier)進行區 隔。
一、濃煙局部排洩方式(Smoke Purge)
火災發生後，為了將濃煙排除，採用濃煙局部排洩方式將濃煙排除
，目前常見法規所規定之排煙設備，即為此種原理，如圖 3-15。當中除 專用排煙系統外，另涉及空調通風系統之回風設備兼用排煙技術，雖然 因此需增加設備耐熱、耐火等級，然而對高層建築而言，如可減少設備 裝置空間，進而降低整體興建成本，在國外是如此規劃設計的。
此種排煙方式對於避難時間上之爭取，主要為在火災發生初期將形 成火柱(Fire Plume)，煙將因浮力現象、往上竄流，藉由向上之排煙方 式，可以產生濃煙排除外，同時可以在上方空間形成負壓區，減緩濃煙 之擴散，身處火場者將可順利逃生。
二、核心式加壓(Core Pressurization)
當火災發生一段時間後(數分鐘後)，若火勢尚未能及時撲滅，為將
逐漸增多之濃煙控制於某區域，無法擴散至同樓層其他位置，因此採用
「核心式加壓」方式進行煙控策略，如圖 3-16。此時將起火樓層區分為 數個不同壓力分佈區域，藉由彼此壓力不同，將濃煙劃分擴散情行形加 以 控 制 。 所 利 用 之 設 備 包 含 排 煙 風 門 (smoke damper) 、 氣 密 門 窗 (airtight doorsand windows)及防煙壁(smoke-proof barrier)，把濃 煙控制於單一區域、進行區隔。
此種排煙方式對於避難時間上之爭取，為已把濃煙局部控制於某一 區域(Smoke Zone)，無法擴散至同一樓層其它位置，如此濃煙將不會妨 礙人員逃生行為，身處離起火點較遠、但仍位於火樓層者，將可順利逃 生。
三、三明治式加壓(Sandwich Pressurization)
當火災發生較長之時間後(數十分鐘後)，或是濃煙確定已經擴散至 其他樓層，此時將採用「三明治式加壓」之排煙方式。主因於高層建築 物內部通常構造較為複雜，同時人員亦即為眾多，無未經規劃適當之煙 控策略，將造成避難時整棟大樓嚴重的恐慌。
此時將以樓層為單位，劃分濃煙控制區域，將整棟樓層化分成數個 不同壓力分佈的區域，其中將以起火樓層為負壓區，上下樓層為正壓區
，藉由彼此壓力不同，將濃煙擴散至各樓層情形加以控制，以避免其他 樓層人員避難逃生時受到阻礙。
本排煙方式使用時機主要為起火樓層已無人員停留，均已離開火場
，因此將可以進行其他樓層之避難行為，不致引起恐慌，同時將可以提 供消防搶救人員良好的搶救指揮中心。
四、局部區域煙控配合樓梯加壓(Zoned Smoke Control with Stair Pressurization)
本排煙方式使用時機為各樓層設有逃生樓梯，供人員進行避難時使 用，而為了避免濃煙進入樓梯間，將設置「樓梯間加壓」系統。
對於高層建築人員避難時成功與否，具重大影響之關鍵。國外許多 老舊建築由於未設置局部區域煙控配合樓梯加壓，因此許多人員最終受 困於逃生樓梯，並造成死亡事故。
美國消防安全協會於 NFPA92A 中訂定相關規定，對於壓力有一定之 限制條件，包含：
1. 防煙壁兩側最小壓力差建議：依建築形式（有無自動撒水系統
）、天花板高度，設計不同壓力差，如下表所示。
2. 門外最大壓力差建議：依門扇大小訂定不同最大壓力差，門全 被開啟之力量為 30lbf（約 4 公斤）。
對於局部區域煙控配合樓梯加壓之方式，將可以同時提供火勢消防 搶救人員良好的搶救環境，因此本煙控方式，近年來已逐步成為高層建 築物必定設置的消防安全設備之一。
當建築物內部具有避難弱者時，應注意其在行動不便上之，前國內 由財團法人台灣建築中心所擬定之「高層建築物中間層避難空間設置原 則」[7]即將「中間層避難空間」之構造限定區劃牆、出入口防火設備
、緊急照明設備、自動撒水設備及緊急昇降機加以規範，經由防火時效 與功能性限制，達到對於避難人員之保障。
小結
由前述之研究成果可知，高層建築物的煙控系統與避難逃生的關聯 因素，最主要為時間因素，即利用煙控設備系統增加火災濃煙的擴散時 間，確保人員得以避難時間內安全逃離建築物，而控制此時間因素之要 項除包含(1).疏散路線的規劃、(2).樓梯設置的個數與位置、(3).疏散 路徑的管理、(4).避難層的位置、(5).避難安全門的設置、(6).出口、
走廊及樓梯的寬度、(7).人員的因素等 7 項外，尚包含建築物的用途特 性，以及維護管理的程度等。
至於，高層建築物設置前述的 4 種排煙設計系統之目的，乃希望隨 著建築物內部火災濃煙擴散的進展，4 種排煙設計系統能分階段發揮其 應有的功效，以接力的方式進行動態式煙控，將濃煙進行適當之導引(
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，此為該系統之優 點。
然而，4 種排煙設計排煙系統的啟閉與控制，需仰賴完整的監控系 統、警報系統、區劃密閉等條件配合，其範圍涉及工程技術與使用管理 等層面，任一環節稍有失誤，後果甚為嚴重，此為其最大的缺點。面對 此項問題，僅能以建立設備的第二道確認系統、落實人員操作訓練、加 強設備的維護管理等方式予以解決。
表 3-6 房間避難安全之檢驗─人員避難逃生
避難行動之預測方法 檢驗方法房間名稱
室內人員 之密度 ρ（人/㎡
）
避難開始之時
間（分） 歩行時間（分） 通過房門之時 間（分）
辦公室 0.25
30
area start
t
ΣA
= ⎟
⎠
⎜ ⎞
⎝
= ⎛
∑ l v
t
travel max l eff effarea queue
B N t A
Σ
= Σρ
房間避難時間
t
e=t
start +t
travel +t
queue(資料來源：參考文獻 A-5)