FDS 電腦模擬

FDS 模擬情境說明

依據上述台南郭綜合醫院之停車塔參數，並進行 FDS 全尺度模擬並觀察煙 流之動向以及CO2沉降狀況，進而做分析及探討，情境參數說明如下：

1. 火源規劃 (1) 熱釋放率

本研究依據NFPA 502[20]，以及建研所於 98 年之研究報告[17]，

一般轎車火災之熱釋放率約為5 MW。

(2) 火源位置

分別為上、中、下層停車板發生火災，如圖4-1 所示。上方：第 18

(3) 測點位置

依據台南郭綜合醫院之停車塔參數去設置探測點位置，並評估發生 火災。探測點是否會動作。每層探測點設置分佈如圖4-2 所示。

圖 4- 1 模擬情境之火源位置示意圖

圖 4- 2 探測點分佈位置示意圖 2. CO2之設置情形：

觀察CO2在FDS 模擬中，評估 CO2沉降是否能夠有效滅火。依照各類 場所消防安全設備設置標準第82 條及第 83 條[18]計算停車塔 CO2劑量，而

第18 層

第9 層

第1 層

FDS 模擬總共需放射 1790.31 kg 的 CO2，三個車位設置一顆 CO2噴頭，總 共設置12 顆。

若結果不如預期，其改善方案：

(1) CO2可分段放射，為了維持CO2濃度而此方法抑制效果較好。

(2) 使用升降平台，減緩 CO2沉降速度，例如火災發生在第9 層停車板上，

升降平台可移動至第9 層旁或下方，讓 CO2可沉降至第9 層以便滅火，

如圖4-3 所示。

圖 4- 3 升降平台移至第 9 層

依上述模擬情境設計之參數統整，本研究模擬情境項目由表4-2 所示。

表 4- 2 模擬之情境

情境編號 火源 火源位置 CO2劑量

情境一 車輛火災 第1 層 1,790.31 kg 情境二 車輛火災 第9 層 1,790.31 kg 情境三 車輛火災 第18 層 1,790.31 kg 情境四 無火源（僅放射CO2） 1,790.31 kg

第二節 實驗設計與架設 

縮小尺度實驗 1. 尺度法則

縮小尺度模型(Small-scale)實驗是根據流體力學之相似理論所推導出之尺度 法則，將實體建築物縮小成一定比例之模型，並能將火場中之火災現象完整重現。

當縮小比例訂定後，縮小尺度模型所有物理量皆可由下列關係式求得[19]。

幾何位置 m  F



l /m lF



式(1) 溫度 T_m  T_F 式(2)

時間

t

_m

 t

_F

 l

_m

/ l

_F



¹² 式(3) 壓力 ^P_m ^P_F



^l_m/^l_F



式(4)

速度

v

_m

 v

_F

 l

_m

^/ l

_F



¹² 式(5)

總熱釋放率 Q m QF



lm ^/ lF



⁵² 式(6)

對流熱釋放率

Q  

_c,m

Q 

_c,F

 l

_m

/ l

_F



⁵² 式(7) 抽氣體積流率 V_fan,m V_fan,F



l_m/l_F



⁵² 式(8) 材料熱慣性

 

k



c_w,m

  

k



c_w,F l_m/l_F



^0.9 式(9) 其中，m 為縮小尺度模型、F 為全尺度模型、L 為長度。

2. 縮小尺度實驗規劃

本研究將採用縮小尺度實驗，探討停車塔火災時之煙流以及溫度分布情形，

進而評估停車塔設置之差動式分布型探測器之火災偵測能力。實驗規劃說明如 下：

(1) 實驗模型結構

本研究參照台南郭綜合醫院之停車塔結構與尺寸，建置一縮放尺度為 1/15 之實驗模型，其長、寬、高分別為 0.48 m、0.48 m、2.4 m，而頂 層設置約7 cm * 7 cm 大小的通風口，如圖 4-4 所示。

圖 4- 4 縮小 1/15 之實驗模型

(2) 火源設置規劃 1. 熱釋放率

本研究依據NFPA 502[20]，以及建研所於 98 年之研究報告[18]，一 般轎車火災之熱釋放率約為5 MW，經由式(6)計算後，其相對於 1/15 縮 小尺度之熱釋放率約為 6 kW，故本研究將採用此火源大小進行實驗測 試。

為了確認火源大小，本研究採用汽油以及庚烷作為燃料，量測此二 種燃料於直徑12.7 cm 以及 14.5 cm 油盤中之燃燒率(burning rate)，再將 測得之燃燒率分別乘上燃料之燃燒熱以及燃燒效率，即可求得熱釋放率。

本研究採用之汽油與庚烷之燃燒熱及燃燒效率如表 4-3 所示，測得之汽 油與庚烷燃燒率與熱釋放率如圖4-5 及表 4-4 所示。本研究於後續縮小尺 度實驗將採用汽油作為燃料，並使用直徑12.7 cm 之油盤進行測試。

表 4- 3 汽油與庚烷之燃燒熱及燃燒效率

燃料參數 汽油 庚烷

燃燒熱( H) 43,700 kJ/kg 44,600 kJ/kg

燃燒效率(χ) 0.92 0.93

圖 4- 5 汽油與庚烷之燃燒率圖

表 4- 4 燃燒率與熱釋放率之表格 汽油

(油盤 14.5cm)

庚烷 (油盤 12.7 cm)

汽油 (油盤 12.7 cm) 燃燒率

Burning rate (g/s) 0.2211 g/s 0.1707 g/s 0.1645 g/s 熱釋放率

HRR (kW) 8.9 kW 7 kW 6.6 kW

2. 火源設置位置：本研究之火源設置位置將分別設置於於第 1 層、第 9 層，以及第18 層，設置位置如圖 4-6 所示。

3. 熱電偶設置：本研究參考停車塔內差動式分布型探測器實際設置情 形，於縮小尺度模型中規劃設置37 支熱電偶，設置位置如圖 4-6 中 所示之藍色圓點。

圖 4- 6 縮小尺度模型熱電偶分布圖

部分全尺度實驗

本研究為模擬停車塔之停車空間，如圖4-7 所示，實驗情境利用矽酸鈣板進 行架設，車體離矽酸鈣板約25 cm，設置如圖 4-8 所示，黑色箭頭為側壁式撒水 頭，而實驗將會進行兩個部分：

1. 撒水分布：將會評估側壁式撒水頭撒進車體內之水量，而近一步的去分析側 壁式撒水頭是能否夠滅火。情境將會有開窗（開前窗或後窗、開的數量）以 及窗戶破裂時之情況。

2. 側壁式滅火實驗：圖 4-9 中黑色箭頭為側壁式撒水頭，滅火實驗之情境將採 用K 值為 80 Lpm/bar ^. 之側壁式撒水頭進行滅火測試，如圖4-10 所示。撒 水頭放水壓力設定為1 kgf/cm²，高度為1.65 m，分別設置在於停車板下方 四個角落，撒水啟動時間依據建研所98 年研究報告之參數，在車子高達 800

℃時進行撒水。

圖 4- 7 停車塔之停車空間照片

圖 4- 8 實驗空間示意圖

圖 4- 10 K80 側壁式撒水頭 熱電偶設置

熱電偶分別設置在三面牆在1.8 m 高的位置及引擎蓋、車頂、後車箱上 方，車體內設置於引擎蓋、駕駛座、油箱以及後車箱，總共設置 15 支，以 測量實驗進行中之車內溫度變化，如圖4-11~12 所示。

圖 4- 11 部分全尺度實驗熱電偶設置俯視圖

圖 4- 12 部分全尺度實驗熱電偶側面圖

在文檔中 停車塔自動滅火設備設計及滅火效能之研究 (頁 69-80)