第三章 研究方法與設計
第一節 FDS 電腦模擬
模擬軟體介紹
FDS(National Insitute of Standards Technology，2002)是由 National Institute of Standards and Technology（NIST）發展出來的一套電腦模擬軟體，它可用來模擬火災 發生以及氣流動態等情況。此程式之設計原理為遵循質量守衡（Conservation of Mass）、 物種守衡（Conservation of Species）、動量守衡（Conservation of Momentum）以及能 量守衡（Conservation of Energy）等四種守衡關係而發展出來的程式。
FDS 主要是以大渦流模擬法（Large Eddy Simulation，LES）為基礎，將建築物空 間切割為多格細小之格點，利用數值法求得各守恆方程式之解，可以用來模擬火災發 生以及氣體流動之狀態等情境。Smoke view 將 FDS 所計算之結果，利用繪圖軟體呈 現出 2D 或 3D 動畫效果。
依據蒐集之資料，了解國內外目前撒水頭設置集熱板實況，建置 FDS(Fire Dynamics Simulator)模擬空間進行電腦模擬，分析集熱板設置之高度、距離、形狀、
材質等來求得其撒水頭作動之情境。根據其模擬結果設計實驗之情況據以觀察影響探 測器作動時間之因子。
模擬方法步驟流程
(一) 本研究以法規規定 500 平方公尺設置自動撒水設備，利用 FDS 模擬以實際 集熱板裝置之情形，模擬各種不同情境進行比較其撒水作動時間以及其有效性。
(二) 設立量測點－熱電偶（thermocouple）可量測其空間中之溫度、速度、能見 度。所以本研究會於不同高度、位置及集熱板上方裝設熱電偶，以測量以上所需數據，
以探討不同位置所產生之情境。
(三) 裝設集熱板設備之撒水系統設置－利用法規規定之裝設距離、防護範圍、設 置高度、顆數等，設置於模擬空間中，並可判斷其作動之時間、溫度、速度等進行比 較其實質性之探討。
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模擬空間建置
確立模擬工具後，本研究以蒐集國內相關裝設集熱板之場所，如表 2-2 所示，做 為其改變集熱板模擬之條件。本研究模擬情境項目分為三種配置：
（1）集熱板模擬有效性，將按照以法規規定 500 平方公尺為一防煙區劃進行繪製，
如圖 3-1 所示。
圖 3-1 集熱板模擬建置圖
且針對於場勘所蒐集之各個場所設置集熱板之情形可發現，一般設置集熱板現況 有兩種情形，一種為上方並無障礙物，另一種設置情形為上方有障礙物導致撒水頭需 設置於障礙物下方，但又因法規對於設置撒水頭規定，當撒水頭與天花板距離差距 30 公分以上時，需設置集熱板之必要性。因此對於此障礙物之情形，依據所蒐集之照片 依照其遮蔽率百分比進行分析統整如表 3-1 所示。
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表 3-2 場勘遮蔽率分析
現勘圖例 遮蔽率 現勘場所數量
現況 1 0% 9 個
現況 2 70%以上 7 個
（資料來源：本研究自行整理）
並根據場勘蒐集天花板高度進行模擬之設置，場勘天花板高度最高為 12 公尺，最 低為 3.4 公尺，最多為 5.3 公尺，因此對於模擬空間設置天花板高度使用 5.3 公尺為設 置條件。而針對於不同火勢之大小，並找出撒水頭作動與未作動之臨界點。且改變不 同裝設集熱板之高度其撒水頭作動之比較。並依據現況改變上方障礙物之遮蔽率百分 比（遮蔽率 0%、40%、50%、60%、70%、80%、90%），如圖 3-2 所示，進行撒水頭 作動時間之比較，且若改變火源位置其撒水作動時間之情形。其模擬條件如表 3-3 所 示。
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圖 3-2 模擬遮蔽率百分比之示意圖
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表 3-3 模擬條件
模擬之空間大小 25m*20m*5.3m
撒水頭數量 56 顆（利用法規配置，撒水頭間距 3m）
上方遮蔽率 由根據現況進行改變上方遮蔽率，利用天花板面積計算百分比，並平均 分布於天花板(長方形障礙物條狀開口)
火源位置 中央四顆撒水頭中間 兩顆撒水頭中間
火源大小 用正庚烷油盤不同面積計算之火源熱釋放率
油盤直徑 熱釋放率
0.6m 615kW
0.7m 930kW
0.9m 1800kW
（資料來源：本研究自行整理）
（2）本研究模擬第二種配置將設置兩組貨架，如圖 3-3 所示。其尺寸為寬 1.2 公尺、長 5.2 公尺、高 4.5 公尺，且每一層貨架高度為 1.5 公尺，進行當天花板撒水 頭作動時，貨架式撒水頭裝設有無集熱板時，是否會影響其作動情形。且火源架設於 最底層之貨架。
圖 3-3 貨架式模擬示意圖
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（3）本研究模擬第三種配置將設置撒水頭與樑側淨距不同時，如圖 3-4 所示。裝 設集熱板是否能增加其有效性模擬，且火源位置放置於與撒水頭同側、異側與樑正下 方，並將撒水頭高度分別設置於 5.2 公尺、5 公尺、4.8 公尺進行模擬比較。且樑所設 置的高度為 50 公分，因此當撒水頭設置於 4.8 公尺時將會與樑平行同高。於此情形下 集熱板是否會增加撒水頭作動溫度與有效性。
圖 3-4 撒水頭與樑模擬示意圖
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