建築火災煙控性能提升之研究原有合法建築物防火避難空間防煙改善技術與驗證之研究
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(2) （國科會 GRB 編號） PG9401-0924 （本部計畫編號） 094301070000G1004. 建築火災煙控性能提升之研究 原有合法建築物防火避難空間防煙改善 技術與驗證之研究 .. 受委託者：財團法人中華建築中心 研究主持人：鍾基強 教授 研 究 員：簡賢文 助理研究員：謝宗翰. 內政部建築研究所委託研究報告 中華民國 94 年 12 月.
(3) 目次. 目次 目次 ....................................................................................................I 表次 ..................................................................................................III 圖次 .................................................................................................. V 摘要 ................................................................................................ VII 第一章 緒論 第一節 計畫背景與目的 ...........................................................01 第二節 研究內容 ......................................................................03 第三節 研究方法與架構 ...........................................................07 第二章 煙之流動與控制 第一節 火源產生之煙流束 ........................................................11 第二節 煙層流動與沉降 ...........................................................15 第三節 自然排煙與機械排煙 ....................................................18 第四節 避難安全界定標準 ........................................................22 第三章 原有建築物排煙系統之設計與現況 第一節 排煙系統構成與設計要項 .............................................25 第二節居室排煙與梯間排煙設計方法........................................34 第三節 現階段無法滿足法規要求之案例 ..................................39 第四章 排煙性能測試與診斷 第一節 性能測試方法與診斷儀器 .............................................43 第二節 評估改善建議 ...............................................................54 第五章 案例分析..............................................................................75 第一節 案例一：某醫療院所 ....................................................76 第二節 案例二：某 21 層住宅大樓 ...........................................80 第三節 案例三：某綜合賣場 ....................................................87. I.
(4) 目次. 第六章 結論 第一節 結論..............................................................................95 第二節 建議..............................................................................96 附錄一、現場實地量測照片 .............................................................99 附錄二、現場實地量測數據 ...........................................................105 附錄三、排煙設備設置要求標準點檢表 .........................................113 附錄四、現場平面圖 ......................................................................121 附錄五、期末會議記錄...................................................................129 參考書目 ........................................................................................139. II.
(5) 表次. 表次 表 2-1. 人體承受危害程度之指標分析表 ....................................23. 表 3-1. 防煙區劃之樓地板面積規定 ............................................30. 表 3-2. 排煙設備設置相關法規要求 ............................................35. 表 3-3. 梯間排煙設備設置要求標準.............................................37. 表 4-1. 排 煙 系 統 性 能 測 試 儀 器 用 途 .........................................46. 表 4-2. 避 難 評 估 項 目 ..................................................................62. III.
(6) 表次. IV.
(7) 圖次. 圖次 圖 1-1. 改善原有建築物煙控安全的原則 ....................................06. 圖 1-2. 原有建築物的防火措施 ....................................................09. 圖 2-1. 軸對稱的火源煙流模式圖 ................................................11. 圖 2-2. 控制容積中理想化的煙流束 ............................................14. 圖 2-3. 自然排煙示意圖 ...............................................................21. 圖 2-4. 機械排煙示意圖 ...............................................................21. 圖 3-1. 排煙風機之防火區劃貫穿圖示 ........................................30. 圖 3-2. 排煙上有效開口之設計方法 ............................................31. 圖 3-3. 排煙閘門同時排煙方法 ......................................................31. 圖 3-4. 走廊與居室個別系統化 ....................................................32. 圖 3-5. 排煙風道與排煙風機之位置 ............................................32. 圖 3-6. 排煙機之設置位置 ...........................................................33. 圖 3-7. 排煙口之設置位置（平面） ............................................33. 圖 3-8. 不符合現行法規之排煙系統 ............................................41. 圖 3-9. 排煙系統現況改善步驟流程圖 ........................................42. 圖 4-1. 圓 形 導 管 測 定 位 置 圖 .....................................................44. 圖 4-2. 方 形 導 管 測 定 位 置 圖 .....................................................45. 圖 4-3. 熱 線 式 風 速 計 ..................................................................47. 圖 4-4. 皮 托 管 ..............................................................................47. 圖 4-5. 溫度/溼度/風速/風量/壓力量儀 ...........................................48. 圖 4-6. 風 速 、 風 溫 、 靜 壓 測 試 計 .............................................48. 圖 4-7. 玻 璃 溫 度 計 ......................................................................49. 圖 4-8. 乾 濕 球 溫 溼 度 計 ..............................................................49. 圖 4-9. 數 位 溫 度 計 ......................................................................50. 圖 4-10 溫 度 量 測 組 ......................................................................50 圖 4-11 溫 溼 度 量 測 組 （ NI） /熱 電 偶 .........................................51. V.
(8) 圖次. 圖 4-12 多 功 能 變 頻 道 溫 度 信 號 校 正 器 .....................................51 圖 4-13 微 壓 差 計 ..........................................................................52 圖 4-14 氣 罩 式 流 量 計 .................................................................53 圖 4-15 發 煙 管 、 發 煙 筒 .............................................................53 圖 4-16 五 管 路 系 統 簡 圖 .............................................................73 圖 4-17 排 煙 梯 間 之 壓 力 損 失 .....................................................74 圖 5-1 某 住 宅 大 樓 梯 間 排 煙 /進 氣 管 道 圖 .................................86 圖 5-2 某 綜 合 賣 場 1F 平 面 圖 ....................................................89 圖 6-1 實 地 調 查 評 估 步 驟 流 程 圖 ...............................................98. VI.
(9) 摘要. 摘要 關鍵詞：原有建築物、排煙設備、防火安全評估. 一、 研究緣起 環顧國內現有的許多建築物，其最大的問題之一為建築物在規劃 之初，未確實融入消防避難的設計，尤其是有關防治煙害的方面，更 是缺乏。故欲使此問題獲得解決，必須將煙控系統視為構成建築物不 可或缺的部分，於建築物最初設計時就應考慮進去，但已有的老舊建 築物，若要套用此設計，則必須考慮到許多方面的問題。 二、 研究方法及過程 國內既有合法建築物所存在的問題五花八門，有些存在不符合建 築/消防法規的問題互有關聯性，例如排煙與避難問題；有些為獨立性 較高之問題，例如區劃防火問題。今年的研究計畫內容將針對既有合 法建築物之排煙設備，無法符合建築/消防法規之問題，採實地現況調 查、問題分類方式，先瞭解國內現今所存在的問題，然後再制定一套 可行之改善技術，最後再進行危險等級評估。希望藉由此一計劃之實 施，能加速改善台灣地區既有合法建築物，排煙與避難之安全等級。 研究內容大致可整理成以下之實施順序： 1.進行現況調查，將既有合法建築物所存在之排煙與避難問題進行分 類整理。 2.提出既有合法建築物排煙與避難問題之改善策略及可行技術。 3.改善前與改善後防火安全性能評估方法與工具設計與應用。 4.改善後排煙與避難性能之評估準則與項目建立。 5.評估準則之安全確認的標準又可分為以下三種狀況：. VII.
(10) 摘要. a.起火居室的疏散通道 b.起火樓層的疏散通道 c.非起火樓層的疏散通道. 三、 重要發現 從建築物火災中發現，火跟煙的發展情況，可明顯看出煙對人員 的傷害，無論是在時間上或程度上，皆比火來的嚴重。因此，如何進 行有效之煙控為建築物火災時避難與協助人員逃生之重要目標，因此 本研究將針對不符相關法規之際有建築物，提出可行之改善技術與評 估方法。 四、 主要建議事項 本研究針對既有合法建築物無法滿足現有排煙法規要求之項目 及原因，進行彙整及提供可行之改善技術以協助使用中建築物進行合 理及有效地排煙系統改善方案。 立即可行之建議 主辦機關：內政部建築研究所 協辦機關：行政院消防署、行政院營建署 既有合法建築物屬於使用中之建築物且皆領有合法之使用執照 與建照，但因為法規要求改變，使得部分要求無法符合現行法規要 求，針對此類建築物，建議主管機關採用性能評定安全性方式進行既 有合法建築物煙控性能改善，如此較有彈性不易引起嚴重之反彈。 長期性建議 主辦機關：內政部建築研究所 協辦機關：行政院所屬各機關 本研究所採用之排煙性能量測儀器建議可加以制式化作為煙控 性能評估之標準設備。 VIII.
(11) 摘要. ABSTRACT keywords：Existing buildings、smoke exhaust system、fire safety assessment Due to the fire safety problem variety of existing buildings, some illegal problems may find connections, such as smoke exhaust problems and occupant evacuation problems. However, some problems are quite unique such as the fire compartments. The project will focus on the smoke exhaust problems which can’t meet the existing building or fire regulations and understand and category the real problems. Following the existing problems, the retrofit technology may offer and the evaluated method can be help to increase the fire safety of the existing buildings which have illegal smoke exhaust problems. The research content can divide into: 1. Understand the existing smoke exhaust problem for old buildings. 2. Provide the retrofit technology and feasibility methods. 3. Design the fire safety assessment method 4. Set the evaluation standard and items 5. three different fire safety evaluation situations: (1) evacuation route for fire rooms (2) evacuation route for fire floor (3) evacuation route for un-fire floor.. IX.
(12) 第一章 緒論. 第一章 緒論 第一節 計劃背景與目的 早期世界各國對建築及消防相關法規，大多採以量化的型態行諸 於條文，這也是說基於防火安全的考量，在建築相關法規條文中，以 明確的數字來要求建築物完工後的內部隔間、建築物設備、建築材料 及相關消防避難煙控設施等。而相關主管單位則以這些明確的數字， 作為檢驗合格與否的標準及核發使用執照的依據。 原有合法建築物經公共安全檢查其防火避難設施及消防設備不 符現行規定案例中，據調查排煙性能無法滿足現行法規要求的建築物 相當多，而排煙設備為火災發生時，在人員避難逃生不受濃煙侵襲的 有力設備，一但排煙性能無法達到預期成效，將會嚴重影響影響人員 避難逃生安全，所以不符現行法規要求之排煙設備必須改善，如因結 構或空間因素無法改善，則必須以性能手法檢討評估避難設施之可行 性。但是即使是根據現行法規而設計並投入使用的建築物，將來用途 也可能會改變。採用性能評估的方法，鑒定按現行規範而設計的建築 物時，還會出現未達到”所賦予的性能”的建築物。對於此類建築物， 可依據防火性能的程度，進行必要的改造。 由於建築物之新工法、新技術、新設備不斷進步與創新，使得建 築物相關法規也隨著社會需求不斷修改，原有合法建築物因某種使用. 1.
(13) 建築火災煙控性能提升之研究 原有合法建築物防火避難空間防煙改善技術與驗證之研究. 目的或原因需要建築物變更，但該建築物卻因構造、結構因素或現有 空間尺度，難以符合現行排煙法規或避難法規之要求，為維護公共安 全本研究計畫將針對原有合法建築物排煙系統與避難設施，進行瞭解 及分類，同時針對目前存在的排煙問題及避難問題，進一步分析採用 技術改善之可行性後，建立改善技術及評估方法，供業主及主管機關 參考。. 2.
(14) 第一章 緒論. 第二節 研究內容 爲加強原有合法建築物之改善，我國建築法於民國七十三年十一 月三日修正，要求其防火避難設施與消防設備應符合現行法令規定， 以確保公共安全，並於民國八十四年二月十五日發布施行「既有合法 建築物防火避難設施及消防設備改善辦法」 ，民國九十三年修正為「原 有合法建築物防火避難設施及消防設備改善方法」 。近年來由於建築 防火的觀念提升與技術之改進，對於建築物所有權人或使用人，自領 得使用執照後，均從其原使用，未破壞建築物原有之結構、設備，但 因法令之變遷，而無法符合現行法令規定，政府依該辦法可強制其改 善，甚至予以處罰，如此作法，在實務上頗具爭議也迭招民怨。特別 是在針對既有建築物的結構進行修改時，有時會不得已出現如圖 1.1 所示的那種未達到現行法規標準的情況，於是採取讓步的方法，要求 達到『所希望的標準』 。故應斟酌各國對既有合法建築物改善之作法， 採性能法規之管理觀念，對無法依現行法令規定改善之既有合法建築 物得以性能相同之替代性改善計畫進行改善，以解決實質困難，同時 達到維護公共安全之目的。 從建築物火災中發現，火跟煙的發展情況，可明顯看出煙對人員 的傷害，無論是在時間上或程度上，皆比火來的嚴重。因此，如何進 行有效之煙控為建築物火災時避難與協助人員逃生之重要目標，因此. 3.
(15) 建築火災煙控性能提升之研究 原有合法建築物防火避難空間防煙改善技術與驗證之研究. 本研究將針對不符相關法規之既有建築物，提出可行之改善技術與評 估方法。 環顧國內現有的許多建築物，其最大的問題之一為建築物在規劃 之初，未確實融入消防避難的設計，尤其是有關防治煙害的方面，更 是缺乏。故欲使此問題獲得解決，必須將煙控系統視為構成建築物不 可或缺的部分，於建築物最初設計時就應考慮進去，但已有的老舊建 築物，若要套用此設計，則必須考慮到許多方面的問題。 國內既有合法建築物所存在的問題五花八門，有些存在不符合建 築/消防法規的問題互有關聯性，例如排煙與避難問題；有些為獨立 性較高之問題，例如區劃防火問題。今年的研究計畫內容將針對既有 合法建築物之排煙設備，無法符合建築/消防法規之問題，採實地現 況瞭解、問題分類方式，先瞭解國內現今所存在的問題，然後再制定 一套可行之改善技術，最後再進行改善後安全等級評估。希望藉由此 一計劃之實施，能加速改善台灣地區既有合法建築物，排煙與避難之 安全等級。 研究內容大致可整理成以下之實施順序： 1.進行現況調查，將既有合法建築物所存在之排煙與避難問題進 行分類整理。 2.提出既有合法建築物排煙與避難問題之改善策略及可行技術。. 4.
(16) 第一章 緒論. 3.改善前與改善後防火安全性能評估方法與工具設計與應用。 4.改善後排煙與避難性能之評估準則與項目建立。 5.評估準則之安全確認的標準又可分為以下三種狀況： a.起火居室的疏散通道 b.起火樓層的疏散通道 c.非起火樓層的疏散通道. 5.
(17) 建築火災煙控性能提升之研究 原有合法建築物防火避難空間防煙改善技術與驗證之研究. 圖 1.1 改善原有建築物煙控安全的原則. 現行法規的標準. 所希望的標準 指導修改︵修改方針︶ 現. 6. 新建時的最低標準. 原有建築物的修改目標（參考標準）. 按照實際情況進行修改 努力爭取接近＂所希望的標準＂， 採取彈性的處理方式，並不是依據 千篇一律的標準。. 狀. 以建築法規為依據的最低標準 （已有不合格）.
(18) 第一章 緒論. 第三節 研究方法與架構 在已有的建築物中，有許多雖然符合當時的防火標準，卻不符合 現行標準的建築物（已有不合格建築物） ，這是因為後來修改標準的 緣故。建築物利用形態與建造建築物當時大不相同，也產生許多不合 格的建築物，要使這些已有的不合格建築物達到合格的標準，就現實 問題而言，還存在各種困難，因此，目前並不要求完全滿足現行標準， 考慮個別建築物的條件，在具體的措施中，對效果顯著的建築物，採 用以技術修改為主要目標的彈性方法，力求減少火災的危險性。 在現行的防火安全性能規定中，雖然根據建築物的用途和規模、 規定建築物結構、防煙措施、內部裝修材料和疏散設施等，但是對於 特定的已有建築物的防火措施問題，如圖 1.2 所示，對不同的建築物 採取不同的措施。現行的法規必須遵守，然而現行法規式千篇一律的 規格明細表式的規定，對於已有的建築物來說，運用這些規定，在防 排煙技術方面會造成不合理的現象。因此，以綜合防火設計的立場出 發，評估已有建築物在現時的防排煙安全性，假如在防排煙安全上有 極不完善之處，就應督促並進行修改。否則就要掌握擴建和改建的機 會，來達到提高防排煙性能的目的。例如改造建築物時，從建築結構 和空間構成方面而言，對於很難改造的建築物，應遵照火災時以保證 生命安全第一的宗旨，採取設置消防設備的方法來彌補。. 7.
(19) 建築火災煙控性能提升之研究 原有合法建築物防火避難空間防煙改善技術與驗證之研究. 但是，即使是根據現行法規而設計並投入使用的建築物，將來用 途也可能改變，因此採用性能式評估的方法，鑑定按照現行法規規範 設計的建築物時，可能會出現為達到『所賦予的性能』建築物。對此 類建築物，可依據防排煙性能的程度，進行必要的改造。 新建築物的防排煙設計方法，在設計階段時，就能隨著使用方式 或結構而作更改，以符合現行法規的標準。但是在既有的建築物中， 其防火鑑定和改造技術中，卻未必能改造成符合現行法規標準的狀 態，必須要考慮到”怎麼樣才能有效的通過在可能範圍內的改造，來 提高安全性”的問題。 現有合法建築物經公共安全檢查，其防火避難設施及消防設備不 符現行規定案例中，據調查排煙性能無法滿足現行法規要求的建築物 相當多，而排煙設備為火災發生時，在人員避難逃生不受濃煙侵襲的 有力設備，一但排煙性能無法達到預期成效，將會嚴重影響影響人員 避難逃生安全，所以不符現行法規要求之排煙設備必須改善，如因結 構或空間因素無法改善，則必須以性能手法檢討評估避難設施之可行 性。. 8.
(20) 第一章 緒論. 圖 1.2 原有建築物的防火措施. 原有合法建築物 （有樓梯和梯間通道空間）. 否. 是否符合消防 法規 是 不需要有關 天井的措施. 有. 全棟避難疏散計劃 無. 自動灑水滅火設備和 上方空間通道的設置. 無 『樓梯間 內有人』. 不同樓層的疏散計劃 有. 無. 有無自動灑水滅火設備 有 樓. 梯. 防排煙 設備. 有無自動灑水滅火設備 無. 有. 梯. 防火設備. 樓 梯 自動扶梯 梯間部分. 防排煙 設備. 防排煙 設備. 樓. 『樓梯間及 樓層有人』. 無 樓 梯 自動扶梯 梯間部分 防火設備 防排煙 設備. 9.
(21) 建築火災煙控性能提升之研究 原有合法建築物防火避難空間防煙改善技術與驗證之研究. 10.
(22) 第二章 煙之流動與控制. 第二章 煙之流動與控制 第一節 火源產生之煙流束 在英國評估火場中發煙量的多寡，首先是瞭解火場中進入燃燒範 圍的空氣量，而煙流束的形成則與火源的熱釋放率有直接的關係。較 常用的煙流束物理模型為假設其為圓錐體並將火源產生的煙流來源 視為一點，在火源上方的煙流會擁有相同比例之特徵，其速度、密度 的變化非常小且可忽略，水平面上之平均垂直速度及垂直浮力在所有 高度都視為相同。圖 2.1(a)為實際火源煙流之示意圖，2.1(b)為理想 化之軸對稱火源煙流模式。. 圖 2.1 軸 對 稱 的 火 源 煙 流 模 式 圖 速度曲線. 煙流. Z D. 空氣進入. 火焰 火源. 火源 Z1. Z1 Z0. 虛擬火源. （ a）實 際 的 火 源 煙. （ b）理 想 的 火 源 煙. 11.
(23) 建築火災煙控性能提升之研究 原有合法建築物防火避難空間防煙改善技術與驗證之研究. 2.1.1 煙流平均速度 煙流的平均溫度可由熱力學第一定律的分析得知，如圖 2.2 將煙 流考慮成一等容的穩流過程，因燃燒引起的煙流其增加的質量相當 小，可忽略不計。第一定律可將煙流表示成 Q g + Qt = m& ⋅ (he − hi + ΔKE + ΔPE ) + W. （ 2.1） 其中. ： 控 制 體 積 的 熱 生 成 量 （ kW）. Qg Qt. ： 由 週 遭 傳 入 控 制 體 積 的 熱 量 （ kW）. hi. ： 進 入 控 制 體 積 之 焓 （ kW/kg）. he. ： 離 開 控 制 體 積 之 焓 （ kW/kg）. ΔKE ΔPE W. ： 動 能 改 變 量 （ kW/kg） ： 位 能 改 變 量 （ kW/kg） ： 由 週 邊 所 作 的 功 （ kW）. 穩定煙流時不考慮週邊所做的功，且動能、位能可忽略，因此熱 生成等於火焰的熱釋放率，熱由煙流中藉由傳導及輻射傳至系統。所 以. Qc = Qg + Qt. ，比熱可視為常數，因此第一定律可化簡為： Tm = T0 +. 其中. Tm T0. 12. Qc m& ⋅ C p. ：煙流在高度 z 之平均溫度（℃） ：週遭之溫度（℃）. （ 2.2）.
(24) 第二章 煙之流動與控制. o. C p ： 煙 流 氣 體 之 比 熱 （ kJ / kg- C）. (2.2) 式的使用條件或限制： ※可用來計算煙流的平均溫度。 ※假設煙流為一等容的穩流過程，並忽略動能及位能。 ※火焰的煙流最初是由燃燒後的空氣所混合組成，所以通常採用 和空氣相同的比熱。 2.1.2 煙流體積流率 煙流體積流率為 m& ⋅ Tm ⎛⎜ m& Qc m& = = + V& = ⎜ ρ m ρ 0 ⋅ T0 ⎝ ρ 0 ρ 0 ⋅ T0 ⋅ C p. 其中. Tm. V&. ⎞ ⎟ ⎟ ⎠. （ 2.3）. ： 煙 流 平 均 溫 度 （ K） ： 煙 流 在 高 度 z 之 體 積 流 率 （ m 3 / s）. ρm. ： 高 度 z 之 煙 流 密 度 （ kg / m 3 ）. (2.3) 式的使用條件或限制： ※ 可使用在推導單一區劃的煙沉降時間估算。 其中英國所採用的對流部份之熱釋放率可表示為： Qc =. Q 1.5. （ 2.4）. 13.
(25) 建築火災煙控性能提升之研究 原有合法建築物防火避難空間防煙改善技術與驗證之研究. 圖 2.2 控制容積中理想化的煙流束. me T m. 空氣進入 mi T 0. 控制體積表面. 產生熱能Qg. 14.
(26) 第二章 煙之流動與控制. 第二節 煙層流動與沉降 當建築物發生火災，在火災區域形成一高溫煙氣火場，若氧氣供 給不充分，物質燃燒不完全，必產生大量的固體微粒，而熱空氣之比 重較周圍冷空氣低，所以形成一明顯的上升氣流，尤其在建築物之垂 直通道內，隨著氣流移動，使高溫高熱之煙流快速擴散到建築物內每 一角落。 於建築物火災中產生的煙和高溫氣體流動有兩個主要 因素： 1.煙 層 本 身 的 流 動 性：這 是 因 為 所 包 含 的 高 溫 氣 體 比 周 圍 空氣的密度低。 2.建 築 物 內 空 氣 流 動：雖 然 與 火 完 全 無 關，但 因 空 氣 的 流 動，而會將煙送至建築物內各處。 這兩個因素作用的相對大小，取決於建築物中不同的情況，通 常靠近火場得地方，煙層本身的流動性將處於支配地位，而相反 的，距離火場較遠的地方，建築物內空氣流動就變得相當重要。 由以上兩主要因素，可得知建築物內造成煙層流動的驅動力，可 分為以下六種：. 15.
(27) 建築火災煙控性能提升之研究 原有合法建築物防火避難空間防煙改善技術與驗證之研究. 1.煙囪效應：因建築物內部空氣與室外空氣溫度不同產生壓力差所造 成。在建築物內部垂直通路之空氣產生上升稱為正煙囪效應 （Normal stack effect）或下降的流動及反煙囪效應（Reverse stack effect） ，這因素取決於建築物內部空氣與室外空氣的溫度差 異高低。 2.煙的熱浮力效應：因火焰上方的高溫氣體與周圍冷空氣之間的密度 不同，煙的密度較低，相對的產生煙的浮力。 3.氣體熱膨脹效應：由於燃燒所產生的高溫使氣體膨脹，若常溫 300K 時體積為 1 倍，則在 600K 時體積即變成 2 倍，在 900K 時體積即 變成 3 倍，以此類推。 4.風的影響效應：在建築物不同方位之開口，因風向的關係，便有不 同的壓力。當建築物所有門窗或開口部都緊閉時，風的影響便極輕 微，但所有建築物都有或大或小的孔隙，如：門縫，窗縫等，這些 孔隙將因風的影響，使建築物內部的空氣產生流動。 5.機械通風系統：由於現有建築物以密閉空間居多，大都採用空調通 風系統，尤其是中央空調系統通達各樓層，一但某一樓層發生火 災，所產生之煙霧，便利用回風與送風風管，將煙傳送到很遠的地 方。另一方面，空調系統也正被設計成為煙控的管道，利用防火、 防煙擋板（Damper）控制煙之流動，或利用空調管進行排煙，使. 16.
(28) 第二章 煙之流動與控制. 空調系統發揮更大的功用。 6.電梯活塞效應：把電梯看成是一個活塞，在昇降機間移動，將空氣 吸入與排出而產生氣流，當電梯上下移動時，所形成之壓力差，很 容易將火層之煙流吸入昇降機間，而將煙排至非起火樓層。 在這六項影響煙層流動的因素當中，熱浮力效應與氣體熱膨脹效 應為煙流之高溫所引起的，煙囪效應與自然風則受外界的環境影響， 另外，空調系統與電梯活塞效應則為建築物內部設施所引起。. 17.
(29) 建築火災煙控性能提升之研究 原有合法建築物防火避難空間防煙改善技術與驗證之研究. 第三節 自然排煙與機械排煙 選用何種形式的排煙裝置，應依實際案場，並經由計算才能選用 最適宜之方式。 1.自然排煙 利用高溫煙氣的浮力，由著火房間的開口或門窗，自然向外排煙 的方式，叫作“自然排煙＂。這是完全依靠煙氣本身的動能，不加任 何機械壓力“純自然＂的排煙方式，所以它是設備最簡單，運行最自 然，費用最低廉的一種排煙方式，如圖 2.3。 自然排煙的基本作用，可利用排煙口排煙或利用向外的窗戶排 煙。但無論是任何開口排煙或門窗，只要室外溫度低於室內，或室內 壓力高於室外，煙氣就會向外排出，同時室外較冷的空氣也會由室內 下部流入。又由於氣流的連續性，所以排出的煙氣和進入的外氣一定 相等（因阻礙而不相等時，著火房間就可能因缺氧而趨於熄滅）和形 成局部對流。 自然排煙的開口，如為專用排煙口，為適應煙氣層流積聚於屋 頂、天花板下的特性，配合防煙垂壁，一般都設在天花板下垂直距離 80 公分以內；如為一般窗戶，也應在牆壁高度的 1/2 以上，並應求 出中性層上下的距離，以免有礙排煙。至於進風，則一定在煙氣層流 18.
(30) 第二章 煙之流動與控制. 之下，而且愈低，效用愈好。 自然排煙，原則上是排向室外，但在高樓大廈或大形建築，無法 或不便向外開設窗口時，也可以用煙塔或排向中間的小天井。 向煙塔或小天井自然排煙，究竟不是一種標準的形式，雖然減少 了風向的影響，增加了煙囪效應，但在設置和費用上仍以外牆自然排 煙口最為有利。自然排煙的優點：自然排煙是由屋內外溫差、空氣密 度差而產生的浮力，自然向外排煙，它的設備單純，完全不須機械、 不要動力，除了設計時必須考慮建築的高度、風向、開口或窗戶的位 置和保持開口面積不少於屋內總樓地板面積的 2％以外，可以說相當 簡單，所以費用低，維護容易，火災時，一般也有一定的效果，尤其 排煙口平時即是通風口，優點最多。 2.機械排煙 利用排風機排除著火房間的煙氣，以防止漫延減少災害，並保障 走廊及樓梯間，以至避難室等處逃生與救火行動的安全。系統的構 成，一般均包括排煙機或送風機、排煙口、送風口相應的自動控制設 備在高層大樓還包括排煙豎井和送風豎井等設施，所以安裝與維護、 運轉費用也都很高，如圖 2.4。 總之，無論大、小型建築或集中式、局部式排煙，一般都要注意 19.
(31) 建築火災煙控性能提升之研究 原有合法建築物防火避難空間防煙改善技術與驗證之研究. 下列幾點： 1.一個排煙系統，包括的範圍不要過大，最多以 500m²為限。 2.儘量縮短水平煙道。 3.重要的走廊、樓梯間和前室等疏散通道，必須做為一個獨立的排煙 系統。 4.使用豎井在著火時僅有著火層排煙口開啟，比較容易形成有效負 壓。 5.同一系統中各防排煙分區的面積，儘量相等。 6.使用自然排煙時，其法規之單一動作，為一有效開口連動，例如若 2m²有 4 扇窗時，須 4 扇窗同時動作，若能自動感應連動更佳，因 自動感應連動能於非目視行為時動作。. 20.
(32) 第二章 煙之流動與控制. 圖 2.3 自然排煙示意圖. 圖 2.4 機械排煙示意圖. 進風口. 進風口. 排煙室. 排煙室. 21.
(33) 建築火災煙控性能提升之研究 原有合法建築物防火避難空間防煙改善技術與驗證之研究. 第四節 避難安全界定標準 火場中所產生的有毒物質包含有相當多的刺激性及痲痺的成 份，如果濃度過高或暴露其中的時間過長則容易導致吸入過多而引起 昏迷、休克，嚴重的話甚至會導致死亡。此類煙氣大多為有機煙粒及 酸性氣體，如 HCl 此種氣體刺激會快速引起眼睛、呼吸道與肺的疼 痛，接著造成呼吸困難等症狀。在未達閃燃點前所產生的使人痲痺性 氣體其成份主為一氧化碳與氰化物。 火場中除了煙的毒性外，高溫煙流所造成的高溫也會經由對流效 應與輻射效應造成人體的皮膚與呼吸道灼傷，而濃煙微粒也會使避難 路線遭受封阻，當避難人員因視線不良無法辨識避難路線時，往往因 避難不及而造成嚴重傷亡，通常避難人員需有 8m 的可視距離才能行 經煙區，此時大多數的火源將產生令人眼睛不舒適且刺激的感覺，但 還不至於造成避難困難的昏厥現象。 如果暴露於上述煙層時間小於五分鐘，將不至於吸入過量的痲痺 性氣體而昏厥，因此針對短時間的火區暴露的限制時間可以煙透視度 做為訂定條件的參考，但仍需注意頭頂上之高溫煙流的熱輻射效應仍 會對人體造成嚴重的傷害，如表 2.1 所示為人體承受危害程度的指標 分析表。. 22.
(34) 第二章 煙之流動與控制. 表 2.1 人體承受危害程度之指標分析表 危害類型. 承受極限. 火場溫度. 氣流溫度需低於 65℃. 有毒氣體 煙層濃度. CO 濃度需低於 1400ppm CO2 濃度需低於 5﹪ 能見度不得低於 8m. 23.
(35) 建築火災煙控性能提升之研究 原有合法建築物防火避難空間防煙改善技術與驗證之研究. 24.
(36) 第三章 原有建築物排煙系統之設計與現況. 第三章 原有建築物排煙系統之設計與現況 第一節 排煙系統構成與設計要項 排煙系統為火災安全系統不可或缺之構成要件，在火災發生時， 排煙系統能正常運作，確實發揮排煙效用，為火場中確保內部人員安 全逃生，及使消防人員能順利進入火場搶救之必要條件。而排煙系統 之排煙能力在設計完成階段，就已大致確定。故對於排煙系統性能之 設計責任重大，應參考實際狀況，多方考慮，針對火災擴大防止，防 煙、排煙及避難安全等目的，進行總體性之規劃設計。務求盡善盡美， 使在火場中能發揮最大效用。 進行有效之排煙系統規劃設計時，除了須符合消防法規之最低規 定外，應參考國內外諸多文獻，作最完善之規劃設計。在設備規劃設 計上，基於防火、排煙之整體性考量，應儘量減少風管、配管、配線 等貫穿防火區劃之設置。若無法避免貫穿防火區劃時，在風管貫通部 分，應於防火牆兩邊設置防火閘門。如圖 3.1 所示。 其基本設計原則如下： 1.排煙設備，原則上採用自然排煙及機械排煙。 2.同一防煙區劃，不得併採自然排煙及機械排煙。 3.居室和走廊，走廊和樓梯間等應為不同之防煙區劃。 4.停車場、特別安全梯附室及緊急昇降機間等，應使用單獨之機械. 25.
(37) 建築火災煙控性能提升之研究 原有合法建築物防火避難空間防煙改善技術與驗證之研究. 排煙系統。不得兼用為其他空間之排煙設備。 5.合用建築物之店舖或旅館等不同用途部分，原則上應採用單獨之 機械排煙系統。 6.(1)防煙區劃應依法規規定，如表 3.1 所示。 (2)各防煙區劃面積大小，應以大致相同為原則。 (3)防煙區劃內部隔間複雜或有小區劃之隔間時，依下列方式整 合，力求排煙上之安定。 a. 在隔間上方開設有效開口部，藉該排煙口進行排煙。如圖 3.2 所示。 b. 在各隔間居室設排煙口，藉由連動開啟排煙。 c. 在各隔間居室之天花板處，設常時開啟之吸入口，並在排煙 風管內設置一排煙閘門，如圖 3.3。 d. 以天花板箱頂排煙之方式為原則。 7.與走廊之橫管儘量少，且主管應為各別系統，如圖 3.4 所示。 8.煙機不得設於較最頂部排煙口低之位置，如圖 3.5。 9、排煙風管可適切配置垂直管道，但應儘量減少橫支管道之設置 長度，如圖 3.6。 10.儘量減少水平風管貫穿防煙區劃，只有在水平風管欲與主管接 續時，以允許該風管貫穿防火區劃。. 26.
(38) 第三章 原有建築物排煙系統之設計與現況. 11.排煙口之設計原則： (1)排煙口距防煙區劃內各部分應在 30m 以內。 (2)同一防煙區劃隔間形複雜或 L 型長廊，即使在 30m 之水平 距離內，只一個排煙口有不能有效排煙之虞時，最好採平 面矩形之分割法，使各部分至排口之排煙路徑，不致過於 曲折。如圖 3.7。 (3)防煙區劃設有可動之隔間時，應分別設置排煙口，並使連 動。 (4)排煙口應設於能有效排煙之位置。 (5)同一防煙區劃內，設有兩個以上排煙口時，各排煙口應能 藉機械或電動方式連動啟動。 (6)排煙口以設於天花板面為原則。 (7)排煙口應設於與避難方向及煙流方向相反之位置。設於走 廊之排煙口，不得設於安全級數較走廊高之附室及樓梯附 近。 (8)設於走廊上之排煙口之優劣順序如下: 1設置長度約等於走廊寬度之線形排煙口。 2在走廊中央部位設置方型排煙口。 3在牆壁上半部設置排煙口。. 27.
(39) 建築火災煙控性能提升之研究 原有合法建築物防火避難空間防煙改善技術與驗證之研究. (9)排煙口後設有可藉手動操作之開啟機構，設有防災中心 者，必須有遙控操作之啟動設計。 (10)排煙口之手動操作裝置，應設於操作有效之出入口處，其 安裝高度，應符合法規規定(天花板下垂之手拉式，H≦ 180cm)。 12.排煙機之設置原則 (1)排煙機及其電動機，原則上應設於以耐火構造區劃，且配 備有換氣設備之屋頂機械房內。 (2)排煙機四週應保有 60cm 以上之維修空間。 (3)排煙機之吸入側及排出側，不可有過度彎曲之設計，如無 法避免時，應在轉彎之風管內，加裝導風片。 (4)排煙機與排煙風管之接續，應使用法蘭銜接，不得設置任 何風量開關或閘門。 (5)選定排煙機時，應考慮系統靜壓小於計算上之靜壓，導致 風量過大時亦不致造成電動機過載運轉。 (6)應考慮定期檢查時之防音、防震問題，必要時應採取適當 措施。 (7)排煙機應採用通過法規規定，檢驗合格之排煙機。 (8)排煙機不得包覆防止機器散熱之隔熱材料。. 28.
(40) 第三章 原有建築物排煙系統之設計與現況. (9)使用同一台排煙機之各防煙區劃，應儘可能規劃為相同面 積。 13.排煙風管設計原則 (1) 排煙風管應專用，原則上不得兼供換氣、空調使用。 (2) 風管內風速應在 20m/sec 以下。 (3) 風管大小尺寸計算，依等摩擦損失法或靜壓再的法決定之。 (4) 風管之板厚，應為符合高速風管之規定。 (5) 風管之材質，應為鋁板或鋼板。 (6)垂直貫穿各樓層之主風管，原則上應設於耐火構造之管道 間內。 (7)風管必須貫穿防火區劃時，其貫穿部分應設置溫度熔絲式 防火閘門，其動作溫度為 280℃。 (8)垂直風管等主管，原則業應避難設置防火閘門。 14.排煙出口設計原則 (1) 排煙出口，應防止對向風(逆風)之干擾。 (2) 應考慮不致延燒，波及鄰接建築物及其他樓層。 (3) 已排出之煙，應避免由窗戶等開口或進口再度流入建築物 內。 (4) 排煙出口之排煙風速，應在 10m/sec 以下。. 29.
(41) 建築火災煙控性能提升之研究 原有合法建築物防火避難空間防煙改善技術與驗證之研究. (5) 排煙出口應以厚 1.55mm 以上之鋼板製成。 (6) 排煙出口應遠離新鮮空氣入口，避免煙回流進入建築物內。. 表 3.1 防煙區劃之樓地板面積規定 場所. 排煙設備採用. 面積. 自然排煙 樓地板面積≦500 m2. 一般居室 機械排煙. 樓地板面積＞500 m2 集會場所之 機械排煙. 天花板高 5 m 以上. 觀眾席部份 內裝採不燃材料. 圖 3.1 排煙風管之防火區劃貫穿圖示 排煙風管. 防火閘門. 防火閘門. 排煙口. 排煙口. 防火閘門. 防火閘門. 排煙口. 排煙口. 防火閘門. 防火閘門. 排煙口. 排煙口. 30.
(42) 第三章 原有建築物排煙系統之設計與現況. 圖 3.2 排煙上有效開口之設計方法. 通路 排煙口. 最遠距離≦30m. 開口. 開口 居室 A. 居室 B. 居室 C. 圖 3.3 排煙閘門同時排煙方法. 走廊 手動開啟裝置. 隔間. 排煙口. 居室 A. 排煙口 防火區劃. 居室 B 居室 C 排煙口 排煙閘門 防火區劃 31.
(43) 建築火災煙控性能提升之研究 原有合法建築物防火避難空間防煙改善技術與驗證之研究. 圖 3.4 走廊與居室個別系統化 排煙口. 走廊. HFD. HFD. 居室 A. 排煙口. 居室 B. 排煙口. 圖 3.5 排煙風道與排煙風機之位置 排煙機. 排煙機. (A)不理想設計例. 32. (B)理想設計例.
(44) 第三章 原有建築物排煙系統之設計與現況. 圖 3.6 排煙機之設置位置 排煙機. (A)不理想設計例. 排煙機. (B)理想設計例. 圖 3.7 排煙口之設置位置(平面). ≦30m. ≦30m 排煙口. ≦30m. 排煙口. ≦30m ≦30m. ≦30m ≦30m. ≦30m. 33.
(45) 建築火災煙控性能提升之研究 原有合法建築物防火避難空間防煙改善技術與驗證之研究. 第二節 居室排煙與梯間排煙設計方法 此章節首先說明現階段按照建築技術規則第 101 條、第 102 條 與消防法第 188 條、第 189 條及第 190 條進行設計規範之說明。 A.居室之排煙設備設計要領 (一) 設計流程. 算出各防煙區劃面積. 算出各區劃排煙風量. 排煙口尺寸選定 （吸入風速 10m/sec 以下）. 排煙風管排煙量選定 （依區劃條件決定風量）. 排煙風管尺寸計算 （等摩擦損失法或靜壓再得法）. 風管靜壓值計算 （以最遠端之開口靜壓損失為依據）. 排煙風機選定. 34.
(46) 第三章 原有建築物排煙系統之設計與現況. (二)防煙區劃之樓地板面積規定，如前表 3.1 所示。 (三)排煙設備設置需求如表 3.2 所示。 表 3.2 排煙設備相關法規要求 項目. 法規要求標準. 1.排煙口開口面積. ※自然排煙：防煙區劃之樓地板面積 2%以上。 ※機械排煙：不限定。. 2.排煙口位置. ※區劃內任一點至排煙口水平距離≦30m。. 3.排煙口高度. ※裝於天花板上或天花下方 80cm 內之牆面，但防煙 垂壁小於 80cm 時應在該尺寸內。. 4.排煙機風量. ※Q＞120 m3/min 且防煙區劃樓地板面積每 m2 要 1m3/min 以上。 ※但二個防煙區劃以上時，以最大面積每 m2 要 2m3/min 以上。. 5.排煙口之手動啟動裝 ※設於牆面：0.8m~1.5m 高。 置 ※設於天花板：1.8m 高並標示操作方法。 6.材質. ※排煙口風道與煙接觸部份使用不燃材料。. 7.排煙機之排煙量. ※ 一個防火區劃 Q=60K‧A ※ 二個防火區劃以上 Q=60 × 2 × K‧Amax ※ 集會場所之觀眾席 Q=60K‧At Q：排煙量 m3/hr A：防火區劃面積 m2 K：餘裕係數 1.1 Amax：最大防火區劃面積 m2 At：最大防火區劃面積 × 2 m2. ※防煙區劃之排煙量 Q(m3/hr) Q=60‧ｑ‧A Q：排煙量 m3/hr 8.居室自然排煙計算要 q：防火區劃每 1 m2 之排煙量 m3/min‧m2 領 A：防煙區劃樓地板面積 m2 ※排煙口之有效開口面積 a (m2) a：防煙區劃樓地板面積之 2%以上. 35.
(47) 建築火災煙控性能提升之研究 原有合法建築物防火避難空間防煙改善技術與驗證之研究. 表 3.2 排煙設備相關法規要求（續） 項目. 法規要求標準. ※ 特殊開口 (1) 0＜Q＜45° a=A × Q/45 8.居室自然排煙計算要 (2) 45°≦ Q ≦90° 領 a=A a：有效開口面積 A：開口部面積 Q：迴轉角度 ※排煙口之有效開口面積 a(m2) 9.居室之機械排煙計算 要領. a= Q/3600v v：排煙口之有效開口通過風速需小於 10m/sec 以下 若防煙區劃內設有二個以上排煙口，則排煙口之有 效開口面積 a'(m2) ※a'=a/n. 36. n：排煙口數目.
(48) 第三章 原有建築物排煙系統之設計與現況. B.特別安全梯間緊急昇降機間之排煙設備設計要領 (一)設計流程 各排煙室排煙量決定 （專用 4m3/sec；兼用 6m3/sec）. 排煙口及排煙柵門尺寸選用 （吸入風速在 10m/sec 以下）. 排煙風管排煙量 （專用 4m3/sec；兼用 6m3/sec）. 排煙風管尺寸計算 （等摩擦損失法或靜壓再得法）. 排煙風管最大靜壓值計算 （以最遠端之開口靜壓損失為依據）. 進氣風管之截面積 （專用 2m2 以上；兼用 3m2 以上）. (二)梯間排煙設備設置要求準如表 3.3 所示 表 3.3 梯間排煙設備設置要求標準 項目. 法規要求標準. ※開口面積：專用 2m2 以上；兼用 3m2 以上。 ※開放裝置：手動開關高度 0.8≦h≦1.5m，須標示易 1.直接開向屋外之窗戶 懂之操作方法。 ※安裝高度：天花板高度 1/2 以上。 ※材質：與煙接觸部份使用不燃材料。 2.以管道方式進氣及排 ※進氣口面積：專用 1m2 以上；兼用 1.5m2 以上。 煙 ※進氣管斷面積：專用 2m2 以上；兼用 3m2 以上。 37.
(49) 建築火災煙控性能提升之研究 原有合法建築物防火避難空間防煙改善技術與驗證之研究. 表 3.3 梯間排煙設備設置要求標準（續） 項目. 法規要求標準. ※排煙開口面積：專用 4m2 以上；兼用 6m2 以上。 ※排煙管斷面積：專用 6m2 以上；兼用 9m2 以上。 ※材質：與煙接觸部份用不燃材料。 2.以管道方式進氣及排 ※進氣口高度：天花板高度 1/2 以下。 煙 ※排煙口高度：天花板高度 1/2 以上。 ※排煙口手動開關位置：天花板垂下者高度距樓地板 1.8m;設於牆面者距樓地板面 0.8m≦h≦1.5m。 ※進氣管直接連通外氣;排煙管最上部要開放。 ※進氣開口面積：專用 1m2 以上；兼用 1.5m2 以上。 ※進氣風管截面積：專用 2m2 以上；兼用 3m2 以上。 ※排煙風管：專用 4m2/sec 以上(14400 m3/hr；兼 6 m3. 3. 機械排煙設備標準. 4. 計算要項. /sec 以上(21600 m3/hr)。 ※排煙口面積： A=Q/v A：開口面積 m2； Q：排煙量 m3 /sec； v：吸入風速在 10m/sec 以下。 ※排煙風管：風速 20m/sec 以下。 ※材質：與煙接觸部份使用不燃材質。 ※進氣口高度：天花板高度 1/2 以下。 ※排煙口高度：天花板高度 1/2 以上。 ※排煙口手動開關位置：天花板垂下者高度距樓地板 1.8m；設於牆面者距樓地板面 0.8m≦h≦1.5m。 ※排煙機應接緊急電源，以耐燃配線。 ※進氣柵門、排煙柵門要有連動控制。 ※特別安全梯附室或昇降機間專用情形 Q=K‧144400 m3/hr K=餘裕係數=1.1 ※特別安全梯附室或昇降機間兼用情形 Q=K‧21600 m3/hr K=餘裕係數=1.1 ※機械排煙有效開口 A(m2) A=Q/v Q=排煙量 m3 /sec v=吸入風速(10m/sec 以下). 38.
(50) 第三章 原有建築物排煙系統之設計與現況. 第三節 現階段無法滿足法規要求之案例 本研究案將藉由對國內目前原有合法建築物，進行嘗試的取樣調 查，以瞭解不符法規的類別，以及原有合法建築物的防火避難安全狀 況。 本計劃就目前建築物常見排煙性能不足之問題，整理分析如下： A.排煙量不足 排煙量不足的原因有很多，例如風機馬力估算錯誤（太小）、 閘門密閉不良、排煙管道未專用及排煙管道壓損計算錯誤或 施工品質不良造成壓損過高等等，如圖 3.8 所示： ＊改善策略： 根據現場實際狀況，如果空間尺寸允許直接更換風機與閘 門，就直接更換，若不行的話，則採取性能式替代方案來解 決。 B.排煙口位置錯誤 在許多現有的建築物當中，因早期的法規並無對於排煙有硬 性規定，所以許多的排煙口位置均不符合規定，例如排煙口 的位置與補氣口的位置相鄰、高度不合規定，這會造成補進 來的空氣受到濃煙的污染，所以這是不適當的。. 39.
(51) 建築火災煙控性能提升之研究 原有合法建築物防火避難空間防煙改善技術與驗證之研究. ＊改善策略： 在結構空間尺寸的允許下，將原有的排煙口或進氣口，擇 一將其封閉，並在適當的位置開一個新的排煙口或進氣 口，來解決此問題。 C.排煙系統性能設計顛倒 在現有的建築物中發現，有許多建築物所裝設的排煙系統， 其作動性能的設計完全顛倒，合理的設計是利用機械排煙自 然進氣，但是在訪查的建築物中卻發現，該建築物的排煙系 統設計與此相反，即利用自然排煙機械進氣，這樣的設計理 念是不合理的。如圖 3.8 所示： ＊改善策略： 將原有的排煙設備作動情況作更正，也就是改成利用機械排 煙自然進氣的方式，來作為排煙的改善方法。實地調查步驟 如圖 3.9 所示：. 40.
(52) 第三章 原有建築物排煙系統之設計與現況. 圖 3.8 不符合現行法規之排煙系統. 風機馬力估算錯誤（1）. 風機馬力估算錯誤（2）. 閘門密閉不良（1）. 閘門密閉不良（2）. 排煙管道施工不良. 排煙管道未專用. 送風閘門（進氣口）. 窗戶（排煙口）. 41.
(53) 建築火災煙控性能提升之研究 原有合法建築物防火避難空間防煙改善技術與驗證之研究. 圖 3.9 排煙系統現況改善步驟流程圖. 原有合法建築物. 發現或懷疑排煙系統 無法滿足法規要求 研擬標準排煙系統性能 量測工具（可攜式） 提出改善策略建議方法. 排煙量不足. 排煙口位置錯誤. 排煙系統設計錯誤. 是否可以直接改善 直接改善不合格處 否. 是. 提出性能式替代方案. 以可行之消防設 備或輔助避難設 備進行功能替代 Route B （防火避難安全性能驗證法）. 安全性能驗證. Route C 改善後. 改善後 合於現行法規要求. 42.
(54) 第四章 排煙性能測試與診斷. 第四章 排煙性能測試與診斷 第一節 性能測試方法與診斷儀器 一種可容易攜帶的性能測試的儀器，可很容易且迅速瞭解建築物 之排煙性能，將是改善既有建築物排煙系統不可或缺之工具。此種系 統主要可用來量測建築物煙控系統的風速、壓力、溫度、壓差等等， 感測反應速度快，誤差小。可利用與電腦連結進行分析、並與現行消 防法規比對、提供設計改善方案等。 (一)、量測方式 各出、回風口之量測視風口種類而定： 各出、回風口採用 VANE-TYPE 測量，離風口格柵或葉片 25 ㎜~50 ㎜之間，並劃分量測區域，Vane 尺寸為 d 時則 Vane 邊與框邊不得大於 1/2d，Vane 與 Vane 之間距離不得大於 d， 如果距離無法調整好則要重疊測量，注意排風、回風口則需緊 靠風口格柵或葉片，間距不得大於 10 ㎜。若以皮托管或熱球 式測量風管內之風速時，則應參考量測位置區分圖(參考圖 4.1 及 4.2 之量測點分區說明圖)。使用皮托管或熱球式測量風管內 之風速時風管內量測點分佈區域位置說明： 分佈在風管截面積上各點的風速並不均一，所以在測定時 必須把此截面劃分為許多部份，取個部份適當點之風速加以平 均。以下分圓形風管與方形（矩形）風管來探討。 43.
(55) 建築火災煙控性能提升之研究 原有合法建築物防火避難空間防煙改善技術與驗證之研究. 1.圓形風管：圓形風管其測定點依風管大小決定，圓形管徑 8~15cm （3~6 英吋）者測定六點，管徑 12~120cm（5~48 英吋） 者測定十點，管徑 110cm（44 英吋）以上按照 CNS2726 「鼓風機試驗法」規定自風管中心線取 20 點，如圖 4.1 所示。. 圖 4.1 圓形導管測定位置圖. 等同心圓環面積. R. D. 等同心圓環面積 上之測定點 .316R. .548R .707R .837R .949R. 44.
(56) 第四章 排煙性能測試與診斷. 2.方形（矩形）風管：方形及矩形風管可將風管截面積等分為 16~64 等面積方格，每方格之寬度不得大於 15cm（6 英吋） ，量各方格中心之風速，在求其平均值， 如圖 4.2 所示。. 圖 4.2 方形導管測定位置圖 X. Y. 方格中心點. 16 到 64 等份矩形面積. ※測定時為避免擾流之影響，通常在擾動位置下游 7.5D 或上游 1.5D 處作為測定點（D 為風管之直徑）。. 45.
(57) 建築火災煙控性能提升之研究 原有合法建築物防火避難空間防煙改善技術與驗證之研究. (二)、量測時所用之相關儀器 排煙系統性能量測時所使用到之儀器，如表 4.1 所列。 表 4.1 排煙系統性能測試儀器用途 項次. 儀器名稱. 用途說明. 風速量測 1 熱線式風速計 風速 2 皮托管 溫度/濕度/風速/風量/壓 風速、溫濕度、壓力等 3 力量儀 測試 4 風速、風溫、靜壓測試計 風速、壓力、溫度測試 溫度量測 5 玻璃溫度計 溫濕度量測 6 乾溼球溫溼度計 溫度量測 7 數位溫度計 溫度量測 8 溫度量測組 9 溫濕度量測組(NI)/熱電偶 溫濕度量測 多功能變頻道溫度信號 10 校正器 差壓量測 11 微壓差計 流量量測 12 氣罩式流量計 煙流動方向量測 13 發煙管、發煙筒. 46. 圖號說明表 圖 4.3 圖 4.4 圖 4.5 圖 4.6 圖 4.7 圖 4.8 圖 4.9 圖 4.10 圖 4.11 圖 4.12 圖 4.13 圖 4.14 圖 4.15.
(58) 第四章 排煙性能測試與診斷. 圖 4.3 熱線式風速計. 圖 4.4 皮托管. 47.
(59) 建築火災煙控性能提升之研究 原有合法建築物防火避難空間防煙改善技術與驗證之研究. 圖 4.5 溫度/濕度/風速/風量/壓力量儀. 圖 4.6 風速,風溫,靜壓測試計. 48.
(60) 第四章 排煙性能測試與診斷. 圖 4.7 玻璃溫度計. 圖 4.8 乾溼球溫溼度計. 49.
(61) 建築火災煙控性能提升之研究 原有合法建築物防火避難空間防煙改善技術與驗證之研究. 圖 4.9 數位溫度計. 圖 4.10 溫度量測組. 50.
(62) 第四章 排煙性能測試與診斷. 圖 4.11 溫濕度量測組(NI)/熱電偶. 圖 4.12 多功能變頻道溫度信號校正器. 51.
(63) 建築火災煙控性能提升之研究 原有合法建築物防火避難空間防煙改善技術與驗證之研究. 圖 4.13 微壓差器. 52.
(64) 第四章 排煙性能測試與診斷. 圖 4.14 氣罩式流量計. 圖 4.15 發煙管、發煙筒. 53.
(65) 建築火災煙控性能提升之研究 原有合法建築物防火避難空間防煙改善技術與驗證之研究. 第二節 評估改善建議 原有合法建築物排煙系統經過現場量測分析後發現與現行法規 有不符之處時，根據「原有合法建築物防火避難設施及消防設備改善 方法」，必須進行改善。但改善的合理性及安全性必須加以考量，排 煙系統本身並不具有滅火效果功能，僅是當人員避難逃生時，提供人 員或救災所需通道之淨空，以避免相關人員被濃煙侵襲造成災害，因 此，當原有合法建築物因其既存在之使用或結構問題，無法加裝排煙 設備時， 「替代方案」之安全性及合理性必須有一定之評估準則，因 此內政部建築研究所於 93 年 2 月編撰「建築物防火避難安全性驗證 技術手冊」，作為原有建築物防火避難性能改善評估之依據，顯而易 見防排煙性能之替代之安全性與成功與否，須同時考慮人員避難逃生 之行為是否可以完成，所以有必要將防排煙計畫與避難計畫同時進行 評估比較，以確保人員之安全。以下將個別評估計畫進行詳細說明。 4.2.1 居室排煙評估 一個可行的避難安全驗證方法之應用，必須有避難計劃的訂定與 推動為基礎，去落實各項不確定的假設條件。在周全完善的避難安全 計劃下，藉避難安全性能驗證方法所評估之結果將更接近實際避難狀 況，更能合理判斷避難逃生之安全性能。. 54.
(66) 第四章 排煙性能測試與診斷. 一、煙控計劃與避難計劃 避難是指火災發生時，建築物內人員往安全處逃生之行為，一般 分為起火居室避難、起火樓層避難及整棟建築物的避難。而火災的危 險狀態會影響空間內的安全移動，所以避難最終的安全處所為類似屋 外的安全避難處所。從過去的案例可以得知避難安全的確保，最重要 為防止火、煙對避難人員造成危害，而火災發展階段與避難關係在起 火至初期延燒階段，其因應對策為居室的避難；火災從起火室延燒至 進入全面燃燒，波及至其他居室時，則應進行樓層的避難；至於火勢 延燒至樓梯前則應完成整棟建築物的避難。所以避難計劃目標是以防 止火煙影響建築物內部人員，並使避難者迅速逃生至安全處所。至於 煙控的整體性安全計劃，則包含可防止火煙危害的煙控計劃及迅速完 成避難逃生的避難計劃。 （一）煙控計劃 1.煙控 (1).煙控之目的 煙控之目的為防止火災發生時，濃煙急速經由防煙 區劃往其他區劃蔓延，利用排煙機或煙本身之浮力將濃 煙排出或針對重要區劃內部加壓以防止濃煙入侵等。即 運用防排煙之各種方法控制煙之流動，以確保或形成可. 55.
(67) 建築火災煙控性能提升之研究 原有合法建築物防火避難空間防煙改善技術與驗證之研究. 安全避難之路徑或空間。 (2).防煙與排煙 防煙與排煙係相互補關係，當防煙措施方法可確保 避難路徑或避難空間之安全性時，再運用排煙措施，以 確實達到安全目的。防煙與排煙不得偏向任一方，依據 建築物之需求策定合理之防排煙計劃。 (3).煙控之方法 煙控之方法包含密閉防煙方式、自然排煙方式、機 械排煙方式。計劃時依據煙控對象居室、避難路徑、避 難空間等防煙要求，採用適當之煙控方式。 (4).煙控區劃之種類 濃煙因火勢擴大後迅速四處擴散，煙控之首要係採 取區劃以防止擴散。區劃可能因用途不同而設定，可能 因面積太大而予以區劃，可能因避難上之安全程序之不 同而設定區劃，可能因避難垂直蔓延而將垂直貫通空間 （管道間、電梯坑道、樓梯間等）設定區劃或利用樓版 形成層間區劃。. 56.
(68) 第四章 排煙性能測試與診斷. A.用途區劃之煙控 不同用途之居室，其起火危險性、內部人員之避 難能力、火載量的規模及管理體制均不同，為確保各 不同用途空間內之人員安全，應避免不同用途空間彼 此間煙之流動擴散，而予以必要的防煙區劃。 B.面積區劃之煙控 同一用途之居室面積過大時，應依建築消防相關 法令設置防煙區劃，防止煙之快速流動擴散。且在建 築使用目的容許之情況下，盡量設置隔牆式之防煙區 劃。 C.安全區劃之煙控 為確保避難路徑所在位置之安全區劃，應按避難 之先後，依走廊、排煙室、避難樓梯逐次提昇安全層 次，進行適當之煙控。 D.垂直貫通空間區劃之煙控 挑高空間、樓梯間、電梯機道、自動扶梯四周、 風管管道間、配管管道間、電氣配線管道間等設置於 建築內部之垂直貫通空間，火災發生時最容易成為濃 煙往上層擴散之主要路徑。垂直貫通空間區劃之煙控. 57.
(69) 建築火災煙控性能提升之研究 原有合法建築物防火避難空間防煙改善技術與驗證之研究. 應考慮日常使用之方便性需求，提昇火災時確實構成 區劃之可靠性。 E.層間區劃之煙控 建築物各樓層以樓版形成之水平區劃稱為層間 區劃。係構成用途、面積區劃之重要前提，特別是超 高層建築物等避難時間較長，防災計劃時常利用建築 物之某一部份作為避難據點，計劃時必須確實防止煙 往上層部蔓延。 2.排煙計劃 (1).排煙之目的 排煙之目的係作為煙控之一環，將濃煙排出建築物 外，以確保避難路徑及避難據點之安全。 (2).排煙之對象空間 排煙對象空間依據避難上安全層次，區分成居室、 走廊、排煙室（特別安全梯或緊急升降機）等三部份， 依各部分之安全特性，選擇適當的排煙方法。 (3).排煙方式 排煙計劃時，應充分了解自然排煙方式、第二種排 煙方式、機械排煙方式等各方式之特徵而採用適當之方. 58.
(70) 第四章 排煙性能測試與診斷. 式。 (4).排煙設備之計劃 A.排煙設備之計劃 排煙設備除充分了解排煙對象空間、排煙方式之 特性外，還須詳細考慮是否能有效排煙。又建築物全 體之排煙設備除考慮設備整體之合理性外，亦必須與 避難計劃之需求相互整合。 B.計劃之合理性 排煙係建築物全體避難計劃、防災計劃之一環。 除排煙手段以外，若其他方面之計劃對防災避難都已充 分考量，則建築物或建築物內部空間亦可不必設置排煙 設備。建築消防相關規定中，原有部分免設置之規定， 可更積極導入性能驗證方法之規定，合理策定建築物全 體之防災計劃。 （二）避難計劃 1.避難行動 所謂避難係指因火災等緊急狀況發生時，為維護生命安 全而移動治安全場所之行為稱之。建築物防災計劃應依其離 開起火室、起火樓層及起火建築物等連貫性之避難行動，制. 59.
(71) 建築火災煙控性能提升之研究 原有合法建築物防火避難空間防煙改善技術與驗證之研究. 定避難計劃並評估其安全性。 2.人員特性 避難計劃之避難對象應包括長時間停留之居住者或工 作者，以及暫時停留之外來者等所有建築物內之人員，並充 分檢討其人員屬性、人數、避難能力後，訂定避難因應對策。 3.使用型態 避難計劃應充分掌握建築物之用途、使用狀況等使用 型態，及使用者、管理者是否屬單純或複雜後，再測定計 劃。 4.避難計劃原則 (1).兩方向避難之確保 建築物內部之各部分，不論火災發生之機率多寡而 假定都有可能發生，則建築物內之任一部分原則上必須 設定兩方向以上之避難路徑；不得已時，應將單一方向 避難路徑部分局限至最小限度。 (2).避難路徑之構成 避難路徑應盡量簡單明快，避免路徑曲折或樓梯位 置不明或轉換，避難設施應有充分之容量且平衡配置， 避免避難出口、樓梯位置等偏離配置而影響避難安全性. 60.
(72) 第四章 排煙性能測試與診斷. 能。 (3).安全區劃之設定 大規模或高層化等避難時間較長之建築物，從居室 至避難樓梯間之避難路徑上，原則上應依先後順序設定 階段性之安全區劃，以提昇避難安全性能。 (4).避難設施之防護 避難設施應能防護火災危險，提供避難行動使 用，且隨著安全區劃之層次提昇防護能力。避難樓梯或 特別安全梯間之排煙室，應力求確保其安全性能。 (5).人員生理及心理因素之考量 避難行動時，避難人員之判斷力、行為能力無法 維持平時狀態，計劃時應考慮緊急狀態下人員生理及心 理之因素。 (6).行動不便者之考量 病人、殘障者、幼兒、高齡者等無法期待具有一 般成人同等之避難能力，故收容多數行動不便者之建 築物，應依特性策定適用的避難計劃。 （三）避難安全之評估 1.避難預測. 61.
(73) 建築火災煙控性能提升之研究 原有合法建築物防火避難空間防煙改善技術與驗證之研究. 依據避難設施之計劃內容，將避難狀況作定量預測，並 歸納特性，檢討避難上之危害因素，回饋計劃之改善或修 正，並將避難流動之特性反映至防排煙等對策上，謀求計劃 之綜合效果。 2.避難設施評估 利用避難評估方法，定量評估避難時間或滯留人數作為 分析設施之位置、寬度、面積等依據，確認計劃之有效性； 評估方法由容許避難時間及避難行動所需時間所構成。 3.避難評估項目 避難評估方法所使用之避難者特性值、避難流動特性 值應合理設定作為計算評估之標準。評估方法中包括下列之 基準值（如表 4.2 所示）： 表 4.2 避難評估項目 1.避難者之特性值. ＊ 避難人員密度（用途別） ＊ 避難步行速度（居室、走廊）. 2.空間之特性值. ＊ 最大滯留人員密度（走廊、排煙室）. 3.避難流動之特性值. ＊ 水平部分之流動係數 ＊ 垂直部分之流動係數. 4.評估用之預測值. ＊ ＊ ＊ ＊ ＊. 62. 起火室之開始避難時間 非起火室之開始避難時間 居室之容許避難時間 走廊之容許避難時間 樓層之容許避難時間.
(74) 第四章 排煙性能測試與診斷. 二、樓層避難安全驗證法 樓層避難安全驗證法分為二個階段驗證避難安全性能，第一階段 為針對可能起火的居室，假設再火災發生時，確認居室人員是否可以 安全的避難至居室外部。具體言之，乃先計算居室人員避難至居室外 部所需之時間，次而計算煙層下降至安全極限高度，形成避難危險之 時間，最後再確認完成居室避難所需之時間是否超過煙層下降至極限 高度形成避難危險之時間（避難安全容許時間）。 第二階段為考量起火居室以外之部分，確認該樓層之全部人員是 否可以安全避難，一般人員避難至居室外部後，仍未屬於安全狀況， 需繼續避難至建築物安全處所。加上火災可能蔓延擴大至居室外部， 形成起火室以外的避難障礙，所以樓層之避難安全性應先計算人員避 難至樓梯內部之避難開始時間、步行時間、通過樓梯出口之避難所需 時間總和，續而計算其避難路徑之煙層下降時間，進而確認樓層避難 所需之時間是否超過煙層下降時間，最後確認所有居室人員在不同的 避難路徑下是否可以安全的避難逃生。. 三、樓層避難安全驗證程序 (一).依特定樓層的對象，選定整棟樓層中可能發生火災的處所， 假設為起火室。 (二).計算避難人員從所處位置的居室位置避難至戶外安全處所 63.
(75) 建築火災煙控性能提升之研究 原有合法建築物防火避難空間防煙改善技術與驗證之研究. 之完成避難逃生所需之時間，其值包括： 1.避難開始時間 2.到達出口之步行時間 3.通過出口所需之時間 (三).依假設居室起火，計算其所產生濃煙之煙層下降至安全極限 高度而形成人員避難逃生障礙之時間，其計算值包括： 1.避難安全容許煙層下降至極限高度之續煙體積 2.假設火災所產生之煙等氣體生成量 3.計算居室設置排煙設備之有效排煙量 (四).依上述(二)所計算之居室人員完成避難所需之總時間，確認 小於(三)所計算該居室火災煙層下降至極限高度之避難安 全容許時間。 (五).居室均完成(二)、(四)項之避難驗證後，再進一步驗證整層 樓是否安全避難。 (六).避難人員從起火室，經過走道，進入樓梯，始為完成樓成之 避難，此避難逃生所需之時間分為三個部分： 1.避難開始時間 2.步行到達直通樓梯所需之時間 3.通過樓梯出口所需之時間. 64.
(76) 第四章 排煙性能測試與診斷. (七).按每個不同起火室產生之濃煙，沿著該樓層避難路徑下降至 容許界線，形成避難至樓梯出口前障礙之避難安全容許時 間，此部份煙層下降時間之計算可分為： 1.容許煙層下降界限高度之煙霧容許蓄積的體積 2.假設煙的產生量 3.計算居室排煙設備之排煙量 (八).依第(六)所計算之樓層避難完成時間，應確認避難所需之時 間是否大餘第(七)項計算避難危險產生時間（避難安全容許 時間）。 (九).驗證每一起火居室均符合地(六)、(八)之驗算後，樓層避難 安全驗證作業方為完成。 四、整棟建築物避難安全驗證法 整棟建築物避難安全驗證法分為下列二個階段驗證整棟建築物 之避難安全性能。第一階段為先確認各樓層之避難驗證是否安全，也 就是居室及樓層避難逃生所需之時間是否超過煙層下降界限容許時 間。 第二階段為檢討整棟建築物之避難安全，即使可以確保各樓層之 避難安全性能，但如果起火居室之濃煙蔓延流入直通樓梯或其他樓層 時，仍會造成其他居室及樓層人員避難上之困難。故首先依各假設之. 65.
(77) 建築火災煙控性能提升之研究 原有合法建築物防火避難空間防煙改善技術與驗證之研究. 起火室計算建築物內所有人員在火災危害安全容許時間前，可以避難 至建築物外部之避難安全處所。整棟建築物避難安全驗證要先計算全 部人員避難至建築物外部所需之時間，並計算煙層侵入樓梯造成危害 之時間，最後確認煙霧進入樓梯之危險形成時間是否低於人員避難至 建築物外部所需之避難時間。 五、整棟建築物避難安全驗證程序 (一).確認前述樓層避難安全驗證之 9 項步驟是否符合規定，也就 是先確認樓層避難是否安全。 (二).確定建築物內部之所有起火居室。 (三).計算建築物所有人員避難至地面層外部安全處所避難逃生 所需之時間。 1.避難開始時間 2.避難至地面出口所需之步行時間 3.通過地面出口所需之時間 (四).起火室所產生之濃煙經樓層之個部分流入樓梯內之時間（以 下簡稱整棟建築物煙層下降時間），有關其煙層從起火室散 播至各避難路徑，侵入樓梯之煙層下降時間之計算可分為： 1.容許煙層下降屆縣高度之煙霧容許積蓄體積 2.假設煙的產生量. 66.
(78) 第四章 排煙性能測試與診斷. 3.計算居室排煙設備之排煙量 (五).確認第(三)步驟計算之避難所需時間是否超過第(四)步驟所 計算之煙層下降之時間。 (六).全部起火居室均應依第(三) ~ (五)步驟驗證確認。. 67.
(79) 建築火災煙控性能提升之研究 原有合法建築物防火避難空間防煙改善技術與驗證之研究. 4.2.2 梯間排煙評估 梯間排煙室所面臨的防排煙問題，不外乎兩種情況發生，一為完 全沒有梯間排煙；另一為梯間排煙量無法滿足現行法規之要求。針對 第一種情況就是增加新的排煙設備，包括自然排煙或機械排煙。如果 無法增加排煙設備，則須以其他消防設備進行替代性能設計，設計完 後須進行性能驗證，如前節內容所述。第二種情況就是梯間排煙量無 法滿足現行法規之要求，則須考慮增加風機排煙量或減少管道壓損來 進行，本節說明排煙風管管道壓損計算的基本原理及計算方法。 （一）等摩擦法 (1)原理 等摩擦法(Equal Friction Method)的設計原理，是假設系統中所 有管段的單位長度全壓損失FR(又稱單位摩擦率，unit friction rate)都 相同。此處所指的長度，是管段本身的長度L再加上屬於該管段配件 的等效長度ΣLe而言，即. FR =. ΔP L + ∑ Le. （4.1）. 由於摩擦率的單位長度定義是包含了配件的等效長度，因此應用等 摩擦法時，配件的動態損失應以等效長度計算。若欲使用局部損失係 數，則應先將其轉換成等效長度。. 68.
(80) 第四章 排煙性能測試與診斷. 一般情況下，單位摩擦率的選擇方式，除了可憑設計者的經驗選 定，也可由先決定出適當的主管段流速，然後以類似速度法的方式求 出主管段的尺寸、全壓降 ΔP ，進而求出單位摩擦率。主管段的單位 摩擦率決定後，將此摩擦率值應用至系統中所有管段，以求出各管段 的設計尺寸。 （2）理論模式推導 首先假設所有管段都是圓管，則其流速（V）與雷諾數（Re）為. V=. Q 4 = A πD 2. （4.2）. 4Q ⋅D VD πD 2 4Q = = Re = ν ν πDν. （4.3）. ※其中V為速度；ν為黏滯係數；Q為流量；D為管徑。 將（4.3）式代入下式摩擦因子的半經驗Altshul-Tsal方程式，可 得到（4.5）式摩擦因子與圓管的關係 0.25. ⎛ ε 68 ⎞ ⎟⎟ f ′ = 0.11⎜⎜ + ⎝ D f Re ⎠ 若 f ′ ≥ 0.018 : f = f ′ 若 f ′ < 0.018 : f = 0.85f ′ + 0.0028. （4.4）. ※其中ε為絕對粗造度；Df 為等效直徑。. ⎛ ⎜ε 68 f = 0.11⎜ + ⎜ D 4Q ⎜ πDν ⎝. ⎞ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎠. 0.25. ⎛ ε 17πDν ⎞ = 0.11⎜⎜ + ⎟⎟ D Q ⎠ ⎝. 0.25. （4.5）. 69.
(81) 建築火災煙控性能提升之研究 原有合法建築物防火避難空間防煙改善技術與驗證之研究. 由於系統的全壓損失 ΔPt 包括了摩擦損失 ΔPf 與動態損失 ΔPd ，可 得到 Darcy-Weisbachz 方程式： ΔPt = ΔPf + ΔPd ⎞ ρV 2 ⎛ fL = ⎜⎜ + ∑ C ⎟⎟ ⋅ ⎠ 2 ⎝ Df f (L + ∑ L e ) ρV 2 = ⋅ Df 2. （4.6）. 假設選定的等摩擦率為FR，則由（4.1）式及(4.6)式可得. f ρV 2 ΔP FR = = ⋅ L + ∑ Le D 2. （4.7）. 將(4.3)式及(4.5)式代入(4.7)式，可得等摩擦率與管徑的關係為 ⎛ ε 17πDν ⎞ 0.88 ρQ ⎜⎜ + ⎟⎟ D Q ⎝ ⎠ FR (D ) == 2 5 π D. 0.25. 2. （4.8）. 其中ρ為空氣密度。 因此，若給定一管段的等摩擦率FR，即可利用數值方法以迭代的方式 求解（4.8）式，而得到管徑D。 （3）風機全壓損失 風機是管路系統中流體的動力，為了克服流體在管路中流動所產 生的全壓損失，使流體能夠達到系統所需要風量，除了管路設計外就 必須有風機提供足夠的動力克服運動中的全壓降。在決定管路系統的 風機時，必須先找出系統中全壓降最大的一條路徑，該路徑被稱為「關 鍵路徑」(critical path)，找出關鍵路徑後，風機全壓可依照(4.9)式決. 70.
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