建築火災煙控性能設計現地排煙
驗證精進計畫
內 政 部建 築研 究 所自 行研 究 成果 報告
中華民國 106 年 12 月
106301070000G0066
建築火災煙控性能設計現地排煙
驗證精進計畫
研究主持人： 蔡銘儒
研究 期程： 中華民國 106 年 3 月至 106 年 12 月
內 政 部建 築研 究 所自 行研 究 期末 報告
中華民國 106 年 12 月
（本報告內容及建議，純屬研究小組意見，不代表本機關意見）MINISTRY OF THE INTERIOR
RESEARCH PROJECT REPORT
Technology Improvement Project on
C
ertification for Field Performance of Smoke
Control System of B
uilding Fire
By Ming Ju Tsai
目次
目次... I 表次... III 圖次... V 摘要... X Abstract ... XIII 第一章 緒論... 1 第一節 研究緣起與目的... 1 第二節 研究方法與步驟... 3 第二章 火災煙霧特性... 7 第一節 火災煙霧詞彙... 7 第二節 火災煙流... 11 第三節 煙霧產生量... 14 第四節 煙層... 28 第五節 能見度... 48 第六節 煙透射率... 55 第七節 煙控系統性能現場熱煙試驗... 62 第八節 小結... 68 第三章 煙量測法與煙層計算模擬... 71 第一節 煙濃度試驗標準設備... 71 第二節 實尺度空間量測裝置... 79 第三節 煙層與發煙量計算... 87 第四章 發煙模式探討與實驗... 97 第一節 發煙機煙產生率動態檢測... 100 第二節 發煙機煙產生率全尺度動態檢測... 103 第三節 氣流率與發煙機驅動力發煙率關係動態檢測... 105 第四節 發煙機驅動力發煙煙密度檢測... 108第五節 小結... 111 第五章 實尺度實驗與模擬比對驗證... 112 第一節 居室無排煙煙層模擬與實驗比對... 112 第二節 居室機械排煙無補氣煙層模擬與實驗比對... 122 第三節 居室機械排煙與補氣煙層模擬與實驗比對... 130 第四節 會議廳機械排煙與補氣煙層模擬與實驗比對... 141 第五節 小結... 153 第六章 結論與建議... 154 第一節 結論... 154 第二節 建議... 154 附錄一 自評審查... 157 附錄二 行政院國家科學技術發展基金補助計畫審查意見... 159 附錄三 自行研究計畫審查會議... 161 附錄四 期中審查會議... 163 附錄五 期末審查會議... 168 附錄六 煙控系統現場熱煙試驗規範(草案)... 173 參考書目... 175
表次
表 1-1 財團法人台灣建築中心自 94 年至 104 年評定完成之性能式設計案件統計 ... 2 表 2-1 內部裝修材火災成長率（αm） ... 22 表 2-2 兩種不同尺寸火源的特性參數 ... 24 表 2-3 某些液體的發煙係數ࢂ ... 25 表 2-4 性能設計評估基準 ... 29 表 2-5 性能式煙控系統設計之模擬結果判定基準 ... 29 表 2-6 安全避難所容許煙密度及能見度 ... 53 表 2-7 煙對避難的影響... 53 表 2-8 消光係數極限（或 D）和相關透射率 ... 56 表 2-9 發光及反射系統的常數 C... 58 表 2-10 PD 7974-6：2004 煙霧效應 ... 59 表 2-11 不同溫差值的分層高度 ... 63 表 3-1 承水盤規格 ... 81 表 3-2 燃燒盤規格... 81 表 3-3 光電式局限型探測器靈敏度試驗數值表 ... 85圖次
圖 1-1 財團法人台灣建築中心 94 年至 105 年間建築物防火避難性能設計案件 採用數值模擬或試驗方法統計圖 ... 2 圖 1-2 熱煙試驗裝置示意圖 ... 3 圖 1-3 研究計畫流程圖 ... 5 圖 2-1 火場中煙的產生機制圖 ... 11 圖 2-2 模擬火災煙體積與天花板高度之關係 ... 20 圖 2-3 0.5 m×0.5 m 油盤煙氣生成量 ... 25 圖 2-4 0.6 m × 0.6 m 油盤煙氣生成量 ... 26 圖 2-5 0.5 m×0.5 m 油盤煙氣減光係數 ... 27 圖 2-6 0.6 m×0.6 m 油盤煙氣減光係數 ... 27 圖 2-7 封閉區間中的火源煙層的熱量與質量守恆 ... 28 圖 2-8 質量守恆在封閉區間注入煙霧期間 ... 31 圖 2-9 在封閉區間中煙霧注入過程期間的界面位置與煙層溫度之計算結果 .... 34 圖 2-10 在機械排煙系統煙控期間質量守恆 ... 35 圖 2-11 在水平通風口煙控期間的質量守恆 ... 39 圖 2-12 在垂直通風口煙控期間的質量守恆 ... 42 圖 2-13 在垂直通風口煙控的圖解 ... 46 圖 2-14 煙的消光之散射及吸收作用 ... 49 圖 2-15 透射率與消光系數關係 ... 56 圖 2-16 透射率與能見度關係 ... 57 圖 2-17 各研究之透射率與能見度關係 ... 58 圖 2-18 CNS 15781-1(IEC 61034-1)試驗裝置示意圖 ... 60 圖 2-19 CNS14818(ASTM E662)試驗裝置示意圖 ... 60 圖 2-20 CNS 14705-1(ISO 5660-1) 試驗裝置示意圖 ... 61 圖 2-21 CNS 15048(ISO 9705-1) 試驗裝置示意圖... 62 圖 3-1 比光學密度垂直試驗裝置 ... 72 圖 3-2 CNS 15781-2 試驗裝置 ... 73 圖 3-3 排氣系統示意圖 ... 75 圖 3-4 煙量測系統裝置排列剖面圖例 ... 75 圖 3-5 CNS 14705-1 試驗裝置 ... 76 圖 3-6 排氣系統設備示意圖 ... 78 圖 3-7 CNS 15048 試驗裝置 ... 79 圖 3-8 實尺度發煙量量測空間平面圖 ... 80 圖 3-9 發煙機與二氧化碳驅動氣瓶 ... 80圖 3-10 燃燒盤與水盤 ... 82 圖 3-11 壓力控制器系統 ... 82 圖 3-12 光源與電源供應器 ... 83 圖 3-13 照度計相對光譜響應度 ... 84 圖 3-14 照度計餘弦修正特性（受光角特性） ... 84 圖 3-15 照度計探頭可分離及可同時多點量測 ... 85 圖 3-16 偵煙探測器 ... 86 圖 3-17 受訊總機與計時器 ... 86 圖 3-18 熱電偶 ... 86 圖 3-19 排煙風機 ... 87 圖 3-20 循環風機 ... 87 圖 3-21 排煙口補氣口位置圖 ... 88 圖 3-22 ISO 16735 封閉區間煙霧注入程序計算煙層高度與發煙量 ... 89 圖 3-23 發煙量計算比較 ... 90 圖 3-24 程式計算與換算煙層高度比較 ... 91 圖 3-25 簡易二層計算法煙層高度與發煙量 ... 91 圖 3-26 建築物防火避難安全性能驗證技術手冊計算煙層高度與發煙量 ... 92 圖 3-27 JIS A 4303 計算煙層高度與發煙量 ... 93 圖 3-28 FDS layer 之煙層高度與發煙量 ... 93 圖 3-29 FDS VISIBILITY-10m 之煙層高度與發煙量 ... 94 圖 3-30 FDS CHAMBER OBSCURATION 之煙層高度與發煙量 ... 94 圖 3-31 煙層高度歷程綜合比較 ... 95 圖 3-32 發煙量歷程綜合比較 ... 95 圖 4-1 火源對發煙煙流之影響 ... 97 圖 4-2 發煙驅動壓力 20psi 火源變化煙層下降比較 ... 98 圖 4-3 發煙驅動壓力 40psi 火源變化煙層下降比較 ... 99 圖 4-4 不同發煙驅動壓力之時間-遮蔽率歷程 ... 99 圖 4-5 不同發煙驅動壓力之時間-能見度歷程 ... 100 圖 4-6 不同光徑之消光係數與透射率對應關係 ... 100 圖 4-7 排氣流量(0.024±0.002)m3 /s 各驅動力之透射率及消光係數 ... 101 圖 4-8 排氣流量(0.024±0.002)m3 /s 各驅動力之發煙產生率及發煙總產生量102 圖 4-9 排氣流量(0.024±0.002)m3 /s 驅動力與發煙產生率關係 ... 102 圖 4-10 排氣流量(2.5±0.5) m3 /s 各驅動力之透射率及消光係數 ... 103 圖 4-11 排氣流量(2.5±0.5) m3 /s 各驅動力之發煙產生率及發煙總產生量 ... 104 圖 4-12 排氣流量(2.5±0.5) m3 /s 驅動力與發煙產生率關係 ... 104 圖 4-15 不同流率下發煙機驅動力與煙流透射率關係 ... 106 圖 4-16 不同流率下發煙機驅動力與煙流消光係數關係 ... 106 圖 4-17 不同流率下發煙機驅動力與煙流能見度關係 ... 107
圖 4-18 不同流率下發煙機驅動力與平均發煙率 ... 107 圖 4-19 發煙機驅動力發煙於 CNS 15781-1 試驗箱之透射率時間歷程 ... 108 圖 4-20 發煙機驅動力發煙於 CNS 15781-1 試驗箱之透射率下降至 60％之時間 ... 109 圖 4-21 光徑於 4 個不同高度量測 ... 109 圖 4-22 單由發煙機之驅動力發煙之情形 ... 110 圖 4-23 發煙機驅動力發煙於實驗室實尺度之透射率時間歷程 ... 110 圖 4-24 發煙機驅動力發煙於實驗室實尺度之透射率下降至 60％之時間 ... 111 圖 5-1 居室無排煙煙層量測第 1 次測試各高度位置透射率歷程 ... 112 圖 5-2 居室無排煙煙層量測第 2 次測試各高度位置透射率歷程 ... 113 圖 5-3 居室無排煙煙層量測第 3 次測試各高度位置透射率歷程 ... 113 圖 5-4 居室無排煙煙層量測第 1 次測試各高度位置消光係數歷程 ... 114 圖 5-5 居室無排煙煙層量測第 2 次測試各高度位置消光係數歷程 ... 114 圖 5-6 居室無排煙煙層量測第 3 次測試各高度位置消光係數歷程 ... 115 圖 5-7 居室無排煙煙層量測第 1 次測試各高度位置 10m 能見度歷程 ... 115 圖 5-8 居室無排煙煙層量測第 2 次測試各高度位置 10m 能見度歷程 ... 116 圖 5-9 居室無排煙煙層量測第 3 次測試各高度位置 10m 能見度歷程 ... 116 圖 5-10 居室無排煙煙層量測 3 次測試各高度位置透射率下降至 60%時間 ... 117 圖 5-11 居室無排煙煙層量測 3 次測試各高度位置能見度下降至 10m 時間 ... 117 圖 5-12 居室無排煙煙層量測各高度位置 60%透射率與 10m 能見度時間比較 ... 118 圖 5-13 居室無排煙煙層量測第 1 次試驗各高度位置二種偵煙探測器作動時間 ... 118 圖 5-14 居室無排煙煙層量測第 2 次試驗各高度位置二種偵煙探測器作動時間 ... 119 圖 5-15 居室無排煙煙層量測第 3 次試驗各高度位置二種偵煙探測器作動時間 ... 119 圖 5-16 居室無排煙煙層量測 3 次試驗平均各高度位置二種偵煙探測器作動時間 ... 120 圖 5-17 居室無排煙煙層量測試驗與模擬比對 ... 121 圖 5-18 居室無排煙無風機煙層量測試驗與模擬比對 ... 122 圖 5-19 無補氣抽排煙配置 ... 123 圖 5-20 發煙機發出煙霧經由風機吸取及釋放並與火源熱流結合成煙流柱 .... 123 圖 5-21 無補氣、排煙與煙層狀況 ... 124 圖 5-22 無補氣、排煙第 1 次試驗各測點之透射率時間歷程 ... 124 圖 5-23 無補氣、排煙第 2 次試驗各測點之透射率時間歷程 ... 125 圖 5-24 無補氣、排煙第 1 次試驗各測點之消光系數時間歷程 ... 125 圖 5-25 無補氣、排煙第 2 次試驗各測點之消光系數時間歷程 ... 126
圖 5-26 無補氣、排煙第 1 次試驗各測點之能見度時間歷程 ... 126 圖 5-27 無補氣、排煙第 2 次試驗各測點之能見度時間歷程 ... 127 圖 5-28 無補氣、排煙以透射率作為煙層認定之 2 次試驗比較 ... 127 圖 5-29 無補氣、排煙以能見度作為煙層認定之 2 次試驗比較 ... 128 圖 5-30 無補氣、排煙以透射率及能見度作為煙層認定之比較 ... 128 圖 5-31 無補氣、排煙第 1 次試驗 4 分區各高度偵煙器作動時間比較 ... 129 圖 5-32 無補氣、排煙第 2 次試驗 4 分區各高度偵煙器作動時間比較 ... 129 圖 5-33 無補氣、排煙 4 分區各高度偵煙器作動時間平均 2 次試驗比較 ... 130 圖 5-34 無補氣、排煙煙層量測試驗與模擬比對 ... 130 圖 5-35 補氣抽排煙配置 ... 131 圖 5-36 補氣、排煙與煙層狀況 ... 132 圖 5-37 補氣、排煙第 1 次試驗各測點之透射率時間歷程 ... 133 圖 5-38 補氣、排煙第 2 次試驗各測點之透射率時間歷程 ... 133 圖 5-39 補氣、排煙第 1 次試驗各測點之消光系數時間歷程 ... 134 圖 5-40 補氣、排煙第 2 次試驗各測點之消光系數時間歷程 ... 134 圖 5-41 補氣、排煙第 1 次試驗各測點之能見度時間歷程 ... 135 圖 5-42 補氣、排煙第 2 次試驗各測點之能見度時間歷程 ... 135 圖 5-43 補氣、排煙以透射率作為煙層認定之 2 次試驗比較 ... 136 圖 5-44 補氣、排煙以能見度作為煙層認定之 2 次試驗比較 ... 136 圖 5-45 補氣、排煙以透射率及能見度作為煙層認定之比較 ... 137 圖 5-46 補氣、排煙第 1 次試驗 4 分區各高度偵煙器作動時間比較 ... 137 圖 5-47 補氣、排煙第 2 次試驗 4 分區各高度偵煙器作動時間比較 ... 138 圖 5-48 補氣、排煙 4 分區各高度偵煙器作動時間平均 2 次試驗比較 ... 138 圖 5-49 補氣、排煙煙層量測試驗與模擬比對 ... 139 圖 5-50 有無排煙與補氣之 FDS 模擬結果比較 ... 140 圖 5-51 有無排煙與補氣之透射率認定之煙層比較 ... 140 圖 5-52 有無排煙與補氣之偵煙器作動認定之煙層比較 ... 141 圖 5-53 會議廳平面圖 ... 142 圖 5-54 會議廳立面圖 ... 142 圖 5-54(續) 會議廳立面圖 ... 143 圖 5-56 補氣與出口煙層時間歷程 ... 144 圖 5-57 第五階聽講席煙層時間歷程 ... 144 圖 5-58 第四階聽講席煙層時間歷程 ... 145 圖 5-59 第三階聽講席煙層時間歷程 ... 145 圖 5-60 第二階聽講席煙層時間歷程 ... 146 圖 5-61 第一階聽講席煙層時間歷程 ... 146 圖 5-62 演講席煙層時間歷程 ... 147 圖 5-63 木堆與油盤燃燒歷程與發煙情形 ... 148
圖 5-64 有無風機產生流率之煙流情形 ... 149
圖 5-65 有無風機產生流率之煙層情形 ... 149
圖 5-67 無風機流率第 19 區之煙層量測 ... 151
圖 5-68 有風機流率第 19 區之煙層量測 ... 152
摘要
關鍵字：熱煙試驗、煙控、性能設計 一、研究緣起 近 10 餘年來國內都會地區發展相當迅速，在有限的區域範圍內，為滿足民 眾對居住與空間的需求，建築物已呈現高層化、大型化、集合化、多元複合化的 趨勢發展。隨著新材料、新工法、新設備及新技術的發展，加上新穎的空間設計 理念，導致部分建築物無法適用傳統的建築防火及消防「規格式法規」，或產生 互相牴觸之情事。因此，建築技術規則於 93 年增修總則編第三條及第三條之 4 將性能設計納入規定，隨後消防法亦於 99 年增修第六條納入性能設計規定。統 計我國性能評定機構財團法人台灣建築中心自 94 年至 104 年評定完成之性能式 設計案件已近 156 件，其中約 58 件以電腦模擬評估(表 1-1)，而性能設計大都 集中於防火避難設計(主要以煙控性能評估人員避難)，但在此 10 年間主要由評 定機構邀請之專家學者，依其專長大都就設計者之評估資料進行書面審查，偶有 地方消防機關會就個案於結構體與設備完成後，要求以熱煙試驗測試確認其電腦 模擬評估效能，如 102 年基隆海洋科技博物館、105 年高雄衛武營藝術文化中心， 由陳盈月(2017)統計如圖 1-1 顯示 94 年至 96 年有 4.8％、97 年至 99 年有 1.7 ％採全尺寸試驗驗證，100 年後完全以電腦模擬。日本專家指出，電腦模擬因程 式裡有太多假設前提條件過於單純，不足以反映真實情況，且電腦程式有許多未 透露用途目的的原始碼，只有設計者清楚，旁人難以檢核其正確性。因此在日本 即使是歐美已常使用的電腦模擬軟體，其模擬結果仍然受到質疑，在實務應用上 實在有必要輔以實驗證明，以確保其安全性。本所 102 年依澳洲標準 AS 4391 進行研究並研擬為 CNS 標準草案，此草案已於 105 年 10 月 5 日公告為 CNS 15937(2016)煙控系統性能現場試驗法－熱煙試驗，惟此法之熱煙僅為示蹤性質， 並未規範以實際煙量進行驗證，雖已可較真實性驗證主管機關審核通過之煙控性 能設計，但於驗證過程因無法具體以煙量驗證實際設計完成建築物火災發生時可 能產生之煙量，故仍難以避免發生有效性之爭議，因此本計畫將開發可控熱煙量 時間歷程方式以及其校驗方法以補此標準之不足。二、研究方法 由 AS 4391 標準中作為煙氣部分於用語及定義為示蹤煙氣(Tracer smoke)， 並以圖 8 由造煙器產生示蹤煙氣，經由導管送入火羽流中，就目前國內常用造煙 機係經由加熱器加熱煙油，此煙油經過如美國食品藥物局(FDA)核可不具汙染性、 pH 值應接近中性、顏色為白色，且殘留物少，經由高壓 CO2吹出造煙機進入火羽 流，造煙機只能產生固定煙量，如單位時間內產生特定煙濃度(以能見度表示) 煙量，而送出造煙機煙量則可由高壓 CO2氣壓值決定送出造煙機之煙量，由於標 準並未規範可視化之煙量，其煙量係以火源大小、熱釋放率、溫度，以及煙層溫 度估算羽流捲吸空氣的質量流量(kg/s)，於主要出口路徑內輔以使用遮光計測定 由於煙使光源強度降低之煙遮蔽效應量測（此值被用作一個基準），以作為煙氣 流動過程中的量化評估。或以一個多點吸氣式偵煙探測器系統，協助確定不可見 的煙通過建築內受阻或蓄積情況，以作為判斷煙控效果。 本研究將開發可依火災時間歷程之發煙量，控制造煙機輸出之煙量，以具 體特定濃度之煙量取代示蹤性，以遮光計測定避難通道或出口之遮蔽基準，以及 建立發煙時間歷程校驗方法。 三、重要發現 1. 以風機產生可程控之流率(如 t 平方)，配合發煙機提供固定之煙密度以及適 當熱源提供基本熱浮力方式，可供作實尺度空間煙層計算模擬量化之驗證， 但風機所產生之流率與發煙密度應經過查驗測試。 2. 熱煙試驗量測煙層之設備可依 CNS 15781-1 之光源及接收器，煙層之判定可 依 CNS 15781-2 所建議在量測光徑 3 m 長之透射率 60 ％為基準。 3. 偵煙探測器可作為現場熱煙試驗煙層輔助觀測之參考，但不適宜作為煙層判 定之依據。 4. 本研究以可控流率方式於規則空間中，以 3 m 光徑之透射率 60 ％做為煙層判 定，經多次試驗結果具有良好之再現性。 四、主要建議事項 建議一：
開發可程控火源：立即可行建議 主辦機關：內政部建築研究所 協辦機關與機構：內政部營建署、消防署 在建築物現場進行全尺度熱煙試驗時，依據 AS 4391 及 CNS 15937 其熱煙之 產生方式，乃以發煙器配合一般加熱盤，類似池火之產生方式進行。此種測試現 場濃煙之產生方式，類似於階梯函數，其成長過程與產生速率無皆法控制；因此， 與設計時依據 NFPA 92B 之假設條件，火源與濃煙發生乃依據 T 平方成長，有相 當大的差距。此關鍵點常造成質疑，所採用之熱煙試驗程序，是否足以充分評估 煙控系統之設計性能；與及煙控系統性能是否可被驗證已經達到標準之判定，亟 待解決。本研究已發展在階梯函數池火源狀態以風機程控方式控制發煙流率，建 議續發展可程控(如 t2 成長)火源，將可精準計量、測試、評估與驗證煙控系統 之設計性能。 建議二： 建立現場熱煙校正程序：立即可行建議 主辦機關：內政部建築研究所 協辦機關與機構：內政部營建署、消防署 建立一套可精準計量、測試之現場熱煙校正程序，尤其 T 平方火災所需進 行之校正程序，使與設計條件接近，並可進行系統化之數量化分析，；而於現場 進行熱煙試驗時，將可忠實的呈現煙控系統之性能，大幅度提升性能評估之精準 度，並逐漸形成我國未來廣為採用之現場煙控系統性能驗證之依循標準。
Abstract
Keywords:Hot smoke test, Smoke control, Performance design
From the AS 4391 standard as part of the flue gas and tracer smoke as the definition of tracer smoke (Figure 8) from the smoke tracer flue gas produced by the catheter into the plume, the current domestic commonly used The cigarette maker heats the tobacco smoke through a heater. The tobacco smoke has been approved by the Food and Drug Administration (FDA) to be non-polluting, the pH value should be near neutral, the color is white, and the residue is less, Smoke machine into the fire plume, cigarette maker can only produce a fixed amount of smoke, such as the unit of time to produce a specific smoke concentration (in visibility) of the amount of smoke, while sending smoke machine smoke volume can be determined by the pressure of high pressure CO2 Because of the standard does not regulate the visualization of the
amount of smoke, the amount of smoke based on the size of the fire source, heat release rate, temperature, and the temperature of the smoke layer plume entrainment air mass flow rate (kg / s), at The primary exit route was supplemented by the use of a sunshade to measure the smoke shadowing effect due to the reduced light intensity of the smoke (this value was used as a benchmark) as a quantitative assessment of the flue gas flow. Or a multi-point aspirating smoke detector system to assist in determining the invisible or obstructed build-up of smoke in buildings as a means of determining smoke control effects.
This study will develop smoke emissions that can be traced over the duration of a fire, control the amount of smoke output by a cigarette maker, replace tracing with a specific amount of smoke, determine the screening criteria for a refuge or exit using a sunshade, Smoke time history verification method.
第一章 緒論
第 一 節 研 究 緣 起 與 目 的
近10餘年來國內都會地區發展相當迅速，在有限的區域範圍內，為滿足民眾 對居住與空間的需求，建築物已呈現高層化、大型化、集合化、多元複合化的趨 勢發展。隨著新材料、新工法、新設備及新技術的發展，加上新穎的空間設計理 念，導致部分建築物無法適用傳統的建築防火及消防「規格式法規」，或產生互 相牴觸之情事。因此，建築技術規則於93年增修總則編第三條及第三條之4將性 能設計納入規定，隨後消防法亦於99年增修第六條納入性能設計規定。統計我國 性能評定機構財團法人台灣建築中心自94年至104年評定完成之性能式設計案件 已近156件，其中約58件以電腦模擬評估(表1-1)，而性能設計大都集中於防火避 難設計(主要以煙控性能評估人員避難)，但在此10年間主要由評定機構邀請之專 家學者，依其專長大都就設計者之評估資料進行書面審查，偶有地方消防機關會 就個案於結構體與設備完成後，要求以熱煙試驗測試確認其電腦模擬評估效能， 如102年基隆海洋科技博物館、105年高雄衛武營藝術文化中心，由陳盈月(2017) 統計如圖1-1顯示94年至96年有4.8％、97年至99年有1.7％採全尺寸試驗驗證， 100年後完全以電腦模擬。日本專家指出，電腦模擬因程式裡有太多假設前提條 件過於單純，不足以反映真實情況，且電腦程式有許多未透露用途目的的原始碼， 只有設計者清楚，旁人難以檢核其正確性。因此在日本即使是歐美已常使用的電 腦模擬軟體，其模擬結果仍然受到質疑，在實務應用上實在有必要輔以實驗證明， 以確保其安全性。本所102年依澳洲標準AS 4391進行研究並研擬為CNS標準草案， 此草案已於105年10月5日公告為CNS 15937(2016)煙控系統性能現場試驗法－熱 煙試驗，惟此法之熱煙僅為示蹤性質，並未規範以實際煙量進行驗證，雖已可較 真實性驗證主管機關審核通過之煙控性能設計，但於驗證過程因無法具體以煙量 驗證實際設計完成建築物火災發生時可能產生之煙量，故仍難以避免發生有效性 之爭議，因此本計畫將開發可控熱煙量時間歷程方式以及其校驗方法以補此標準 之不足。表 1-1 財團法人台灣建築中心自 94 年至 104 年評定完成之性能式設計案件統計 94 年度 95 年度 96 年度 97 年度 98 年度 99 年度 100 年度 101 年度 102 年度 103 年度 104 年度 合計 申請 案件 性能設計 1 6 5 7 7 10 4 12 11 18 7 17 4 9 6 15 13 19 7 17 14 26 79 156 性能設計 (含綜合檢討) 5 2 3 8 7 10 5 9 6 10 12 77 採用 FDS 模擬 1 2 3 4 8 3 5 3 8 10 8 55 採用 BRI 2002 模擬 1 - 1 - - - 2 採用 CFAST 模擬 - - - 1 - - - - 1 資料來源：財團法人台灣建築中心提供本研究整理 資料來源：建築物防火避難性能設計評定認可之使用安全查核驗證研究-本研究重繪 圖 1-1 財團法人台灣建築中心 94 年至 105 年間建築物防火避難性能設計案件 採用數值模擬或試驗方法統計圖 4.8% 1.7% 0.0% 0.0% 14.3% 9.1% 10.2% 7.4% 6.3% 6.6% 5.1% 5.1% 6.3% 5.8% 6.1% 5.1% 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 94~96年度 97~99年度 100~102年度 103~105年度 財團法人台灣建築中心 94年至105年間建築物防火避難性能設計案件採用數值模擬或試驗方法統計 全尺寸試驗-燃燒試驗 數值模擬工具：FDS煙流模擬 數值模擬工具：FDS煙流模擬(電影院) 數值模擬工具：SIMULEX人員避難模擬
第 二 節 研 究 方 法 與 步 驟
由 CNS 15937「煙控系統性能現場試驗法－熱煙試驗」標準中作為煙氣部分 於用語及定義為示蹤煙氣(Tracer smoke)，並以圖 1-2 由造煙器產生示蹤煙氣， 經由導管送入火羽流中，就目前國內常用造煙機係經由加熱器加熱煙油，此煙油 經過如美國食品藥物局(FDA)核可不具汙染性、pH 值應接近中性、顏色為白色， 且殘留物少，經由高壓 CO2吹出造煙機進入火羽流，造煙機只能產生固定煙量， 如單位時間內產生特定煙濃度(以能見度表示)煙量，而送出造煙機煙量則可由高 壓 CO2氣壓值決定送出造煙機之煙量，由於標準並未規範可視化之煙量，其煙量 係以火源大小、熱釋放率、溫度，以及煙層溫度估算羽流捲吸空氣的質量流量 (kg/s)，於主要出口路徑內輔以使用遮光計測定由於煙使光源強度降低之煙遮蔽 效應量測（此值被用作一個基準），以作為煙氣流動過程中的量化評估。或以一 個多點吸氣式偵煙探測器系統，協助確定不可見的煙通過建築內受阻或蓄積情況， 以作為判斷煙控效果。 本計畫將開發可依火災時間歷程之發煙量，控制造煙機輸出之煙量，以具體 特定濃度之煙量取代示蹤性，以遮光計測定避難通道或出口之遮蔽基準，以及建 立發煙時間歷程校驗方法。 資料來源：CNS 15937 圖 1-2 熱煙試驗裝置示意圖 煙釋放到熱羽流 支撐架 導煙管 發煙裝置 石膏板 燃燒盤和承水盤 防水墊(有須要時)本計畫研究流程如圖 1-3，主要工作概述如下: ﹙1﹚ 蒐集發煙量量測相關國內外標準及研究文獻，以研擬規劃造煙時間歷程校 驗可行方法。 ﹙2﹚ 採造煙機方式，同步進行造煙用煙油發煙量量測及造煙機發煙量可程式控 制系統之建構，在造煙機煙油煙產生率量測方面，將以密閉式量測與動態 式量測，密閉式量測將以 CNS 14818(2004)/ISO5659-12(固體材料燃燒煙 濃度試驗法-比光學密度垂直式驗法/Plastics -- Smoke generation -- Part 2: Determination of optical density by a single-chamber test)標準於 0.51m3密閉 箱體量測煙油煙產生之比光學密度及產生率，CNS 15781-2(2015)電(光) 纜於特定條件下燃燒之煙密度量測-第 2 部：試驗程序及要求，標準於 27m3 密閉箱體內造煙系統可控煙產生率，另以 CNS 14705-2(2016)建築材料燃 燒熱釋放率試驗法-第 2 部：煙產生率(動態檢測)，於良好通風條件下小尺 度煙油加熱之動態煙產生率及 CNS 15048(2007)建築材料耐燃性試驗法-全尺度燃燒試驗法，大尺度量測可控造煙之動態煙產生率量測，可經由動 態煙產生率與密閉式蓄煙狀態比較分析其關係，作為造煙可控模式之建 立。 ﹙3﹚ 於本所防火實驗中心消防實驗室空間容積約 325m3 (CNS 15937(煙控系統 性能現場試驗法-熱煙試驗)建議用於空間容積 250m3 以上)進行實驗並與 造煙時間歷程比對、分析與修正。 ﹙4﹚ 將修正後方式於防火實驗中心大會議廳(樓地板有高低差之不規則較大空 間)進行排煙設計，再依熱煙試驗法標準及火災條件發煙歷程進行可控造 煙進行煙控實測，及與設計比對分析其準確度。 ﹙5﹚ 建立造煙量校驗程序與規範，以補足熱煙試驗法提高此法客觀驗證可信 度。 適當的驗證方法不但可使性能設計更具可靠性，更可靈活運用評估工具(如電 腦模擬) 發揮性能防火設計所帶來的優點(兼顧空間利用彈性及安全水準)，落實 建築性能化防火性能設計相關先進技術，以作為我國精進建築防火避難性能評定
認可制度之參考。
第二章 火災煙霧特性
第 一 節 火 災 煙 霧 詞 彙
煙(smoke) ISO 16735(2006)：材料經過熱裂解或燃燒釋出於空中浮游的固體、液體微粒及 氣體，連同伴隨或其他方式混入質量之中的空氣量。 ISO 13943(2008)：火災煙氣(在火災中由燃燒或熱裂解所產生之所有氣體及煙霧， 包含懸浮粒子)可見的部分。 CNS 14996(2006)、CNS 14651(2008)、CNS 14652(2008)：當材料進行熱裂解或 燃燒時釋放於空氣之固、液體粒子及氣體。 CNS 14818：燃燒或熱裂解產生含有可見的固體及/或液體粒子懸浮物的氣體。 CNS 15937：當材料進行熱裂解或燃燒時釋放於空氣之固、液體粒子及氣體。 煙灰(soot) CNS 14996：有機物質或材料不完全燃燒所產生之微粒，主要是碳微粒。 ISO 13943(2008)：在燃燒期間或之後產生及沉積的微粒物質。通常由細分離微 粒組成，主要是碳，由有機材料不完全燃燒產生。 煙產生量(smoke production) ISO 13943：在火災或火災試驗中煙產生量，參照煙的消光面積(單位：m2 )。 CNS 14705-2：量測期間煙產生率之積分值。ISO 13943：在火災或火災試驗中單位時間煙產生量，被計算為在量測點煙體積 流量及消光係數的乘積(m2 /s)。 CNS 14705-2：於量測點的煙體積流率與煙消光係術之乘積。 煙遮蔽(smoke obscuration) CNS 14705-2：光通過煙層導致其強度之減低，通常以百分率(%)為單位表示之。
煙遮蔽率(smoke obscuration rate)
CNS 14996：通過煙所減少之光強度(％) 煙透光性(opacity of smoke) CNS 14996：光束通過煙的衰減量測。在特定條件下，一光束行經煙區域時，其 所量測入射光通量(I)對穿透光通量(T)之比值(I/T)。 透射率(transmittance) ISO 13943：在特定條件下，光通過煙透射光強度對入射光強度之比值。參照煙 遮蔽，煙透射比是煙透光性得倒數，透射率是無因次，通常以百分 比表示。
煙透射比(transmittance through smoke)
CNS 14996：在特定條件下，一光束行經煙區域時，其所量測穿透光通量(T)對入 射光通量(I)之比值(T/I)。
CNS 14818：在測定條件下，以材料質量減量，表示煙不透明程度。
煙質量光學密度(mass optical density of smoke)
ISO 13943：煙光學密度乘以係數 V/(Δm．L) ，單位：(㎡/g)，其中 V=試驗箱 體積，Δm=由試驗試體損失的質量，L=光徑長度。
煙光學密度(optical density of smoke)
CNS 14996：光束通過煙的衰減量測，為「煙透光性」之自然對數。
CNS 14652：光束行進通過煙區域時之衰減量測，作為煙不透明度大小之指標， 如下式表示。Log(I/I0)，I=穿透量，I0=入射量。
CNS 14818：光相對透光(透過度)之普通對數，可作為煙不透明度大小的指標。
比光學密度(specific optical density)
CNS 14818：將測試箱的體積除以試片暴露面積和光徑長度，求得係數，再將此 係數乘以煙光學密度即為比光學密度。
煙比光學密度(specific optical density of smoke)
CNS 14996：在特定測試方法中考量其測試環境特性後，試體燃燒產生煙之不透 光性光學密度量測。 ISO 13943：煙比光學密度乘以幾何因子(V/(A．L)，V=試驗箱體積，A=試體曝火 表面積，L=光徑長度)，詞彙“比＂的使用不表示“每單位質量＂， 而是表示與特定測試裝置相關聯的量及試體的曝火表面的面積，煙 比光學密度是無因次。
消光係數(extinction coefficient)
ISO 13943：每單位光徑長度，入射光強度與透射光強度比值的自然對數(m-1
)。
CNS 14705-2：每單位光徑長度之入射光強度對透射光強度的比率之自然對數 值。
煙消光面積(extinction area of smoke)
ISO 13943：煙佔有體積與煙消光係數的乘積。煙量的量測(㎡)。
煙比消光面積(specific extinction area of smoke)
ISO 13943：在特定時段內由試體產生的煙消光面積除以相同時段試體損失的質 量(㎡/g)。
煙層(smoke layer)
ISO 16735：因火災產生而形成與累積在封閉區間最高邊界之下的相對均質之煙 容積，也被稱為熱上層或熱氣體層。
煙層界面(smoke layer interface)
第 二 節 火 災 煙 流
鍾基強(1999)整理，煙的產生是由固體物質燃燒而在其附近釋放出揮發性可 燃氣體，由於這些可燃氣體的燃燒以致在火的上方形成一個帶有高溫煙氣的火柱， 這就是高溫煙流，因為此高溫煙流的比重比四周的泠空氣低，造成此高溫煙流明 顯的上升而聚集在天花板上，而展開橫向的移動，如果沒有阻隔物時，此股高溫 煙流會快速的向四周延伸擴散，最後將導致整個樓層面皆被此高溫煙流所充滿。 由以上的分析可知火的大小決定了煙的大小，在火煙尖頂部上升的高溫氣體 柱中總是含有比可燃氣體燃燒時所需的更多空氣，而這部份剩餘空氣是相當熱的， 並且和燃燒時所產生的熱煙充分混合，從而構成煙不可分割的主要組成部份。基 本上當火逐漸增大時，所產生的煙和高溫氣體也將隨著增加，這些高溫煙流如未 能將其排出的話，將在天花板下方形成一個高溫氣體層，要是不進行控制的話， 這個高溫氣體層將隨著火的進一步增大，高溫氣體層的厚度也將逐漸地增加，如 圖2-1所示。 資料來源：「地下建築物煙控策略與設計分析研究」 圖 2-1 火場中煙的產生機制圖 陳詠翔(2012)整理，煙在建築物內的流動擴散所憑藉的驅使力主要分為兩大類，自然式（Passive）與強制式（Active），而自然式的驅使力包括：煙囪效應、 浮力、熱膨脹、自然風等。強制式則區分為空調系統與電梯活塞效應兩種，其中 浮力與熱膨脹是由煙流中的高溫所引起，而煙囪效應與自然風則是受當時的外在 條件如溫度、風量及風向等影響，空調系統與活塞效應則為建築物的內在設施所 引起。上述之驅使力會在火場空間中造成壓力差，進而影響煙的流動，以下將分 別討論各驅使力的影響程度。 1. 煙囪效應 當建築物室內空氣溫度高於室外時，由於室內外空氣密度的不同而産生浮 力。當建築物內上部的壓力大於室外壓力，下部的壓力小於室外壓力，且當建築 物上部外牆上有開口時，室內空氣將沿樓梯間、電梯井、管道井等豎井流動經由 上部開口而流向室外，而外界的空氣將經由建築物下部的補氣口補氣，沿樓梯間、 電梯井、管道井等豎井流動而流向室內，藉此形成持續向上流動的流場，這就是 建築物的煙囪效應。它是由高層建築物內外空氣的密度差造成的，高層建築的外 部溫度低於內部溫度而形成的壓力差將空氣從低處壓入，穿過建築物向上流動，
然後從高處流出建築物，這種現象被稱爲正煙囪效應（Normal Stack Effect）。
在低處外部壓力大於內部壓力，在高處則相反，在中間某一高度，內外壓力相同， 稱為壓力中性帶，而壓力中性帶的高低將會大幅影響煙流的擴散情形，在火災發 生在較低層時，壓力中性帶將處於較低的高度，此時煙從低層上升至高層內的潛 力更大，煙囪效應對豎井和較高層的煙污染較為顯著。由煙囪效應造成的壓力差 和氣流分佈，以及中性壓力面的位置，取決於建築物內分隔物的開口對氣體流動 的限制程度。火災時，由於燃燒放出大量熱量，室內溫度快速升高，建築物的煙 囪效應更加顯著，且因建築物外部持續提供空氣，使火災有足夠的媒介進行燃燒， 可能加快其火災蔓延的速度。因此煙囪效應對建築物的空氣的流動起著重要作 用。 2. 浮力（Buoyancy）
火災產生之煙流伴隨著極大的熱量，而空氣受熱體積變大，使得密度變小， 故會產生浮力，而煙流比上周為的空氣密度小了許多，故火場中的煙流具有極大 的浮力，而煙流流出後會漸漸與周圍空氣混合 ，降低溫度，其浮力也將隨火源距離越遠而越小。 3. 熱膨脹（Expansion） 煙流內的熱量使氣體體積變大，進而驅使煙流流動，由於火場中氣體溫度 快速升高，空氣膨脹過程亦相當迅速，並會造成相當大的壓力，這些壓力將迫使 煙流往上及往下的流動，使煙流迅速的擴展。 4. 自然風效應（Wind Effect） 外界風對煙的流動有顯著的效應，當建築物的窗戶、門被打開且直接連接 外界時，外界的風向、風力、風速將大幅影響建築物內煙的流動，且這種影響隨 建築物的形狀、規模與對外開口的大小而變化。一般風力作用使得建築物迎風面 的牆壁經受向內的壓力，而背風面和兩側的牆壁有朝外的壓力，平頂層上有向上 的壓力，這兩種壓力，使外界風從迎風面流入建築物內，從背風面及頂層上開口 流出建築物外，而建築物頂上的負壓力對內部的垂直通風管道有一種吸力的作用。 同時正的水平風壓力將促使壓力中性面上升，負的水平風壓力將促使壓力中性面 下降。 氣密較好的建築物而言，外界風的影響較不顯著。但是火場常發生窗戶玻 璃受到火災現場的高溫而膨脹破裂，建築物的氣密性則遭破壞。外界的風可輕易 影響內部煙的流動。 5. 空調系統（HVAC System） 建築物內部的空調系統，往往會在內部形成一流動較快速的流場，且通常 空調系統的目的是為了調適工作人員的環境，或控制重要儀器設備的環境溫度與 加強散熱效果，如此一來，當火災發生時，大量的煙流隨著內部流場進行擴散，
空調系統所造成的流場將會把大量的煙流往工作人員或重要儀器設備輸送，造成 危險或損失。且空調系統還可能送大量新鮮空氣到火場，助長燃燒，並可能將煙 流於火場中吹散，使偵測系統不易偵測到火災的發生。 相反的，空調系統所造成的流場亦可依照建築物的內部空間進行設計，以 控制火災發生時建築物內部的煙霧流動，如可在發生火災時空調系統亦可運用來 做為強制排煙系統，則空調系統在緊急狀態時亦能發揮效用。
6. 電梯活塞效應（Elevator Piston Effect）
當電梯在一豎井中移動時，會在豎井內產生瞬間壓力（Transient Pressure）， 向下移動的電梯，將會迫使在電梯以下部分的空氣，因受擠壓而向豎井外流動， 在電梯以上部分的空氣，會被吸入而向豎井內流動。換言之，電梯可視為一個活 塞，在電梯上下的移動當中，會壓出與吸入上下方的空氣，形成氣流，造成壓力 差。
第 三 節 煙 霧 產 生 量
鍾基強(1999)，和燃燒時夾雜空氣的總體積相比，可燃氣體的體積較小。因 此，理論上認為煙的產生率大致是上升火焰和高溫氣體柱中夾雜的污染空氣量來 估算之，而夾雜污染空氣量取決於(a)火的周界(b)火的燃燒熱和(c)火上方高溫 氣體柱的有效高度(即在地板與天花板下方形成的煙和高溫氣體層底部之間的距 離)由燃燒所產生的混合氣體的量(即煙產生量)可由下式估算： m 0.096P ⁄ ⁄ (2-1) 上式中各參數示意圖可參閱圖2-1，各參數說明如下： P：為火的周界，m y：為地板到天花板下方煙層底部的距離ρ0：周圍空氣的比重，㎏/m3 T0：周圍空氣的絕對溫度，K T：煙捲流中火的絕對溫度，K g：重力加速度，9.8 m/s2 m ：煙的產生率，㎏/s 如果考慮 290K 時之外氣，比重1.22 ㎏/m3 ，煙流中火的絕對溫度為1100K， 代入2-1 式則可得一簡化公式為 m 0.18 P y ⁄ (2-2) 上述公式清楚地顯示了煙的產生率與火的大小(P)成正比，並且與煙層下方 的淨空距離有一對數比例關係。 高洪菊(2004)，煙氣生成量計算模型是定量研究和分析煙氣流動規律及進行 煙氣控制的重要手段，它受火災規模、平均火焰高度、材料特性和建築空間特性 等諸多因素的影響。在一定的建築空間和火災規模條件下，煙氣生成量主要取決 於煙羽流的品質流量。煙羽流的品質流量由可燃物的品質損失速率、燃燒所需的 空氣量及上升過程中捲吸的空氣量三部分組成。其中，可燃物的品質損失速率和 燃燒所需的空氣量是一定的，因此，在一定高度上煙羽流的品質流量主要取決於 煙羽流對周圍空氣的捲吸能力，而煙氣生成量就是煙羽流在煙層高度處的品質流 量。 典型煙氣生成量的計算方法 一、小面積火源的羽流 根據Heskestad 模型和NFPA 92B《商業街、中庭和大空間煙控系統指南》中 的有關模型，CBSE ( the Charted Institution of Building Services Engineers) 於1995 年在技術備忘錄19 (TM 19) 中推薦了一個針對小面積火源(本文所指小 面積火源和大面積火源均為相對著火房間的尺寸而言) 煙氣控制設計的數學模 型。
成量，並基於以下假設條件: (1) y ； (2) 煙氣層在火焰上方較遠處，且y 5 ， 為火源的線性尺寸，m; (3) 除池火具有確定位置的虛點火源外，建築火災中其他形式火源的虛點火源y 值可能相當小，一般取y 0 。 對於小面積火源的軸對稱羽流的煙氣生成量採用式(2-3)： 0.071 ⁄ ⁄ (2-3) 式中: ——煙氣生成率，kg/s； Q c —— 對流熱釋放速率， 0.07 ，Q 為火源熱釋放速率, kW； y ——煙氣層高度，m； y ——虛點火源的高度，m; H f ——火焰高度， 0.2 ⁄ ，m。 對於小面積火源的牆羽流、角羽流，其煙羽流捲吸的空氣量可分別大致視為 軸對稱羽流的1/2 和1/4 ，其煙氣生成量分別採用式(2-4) 和式(2-5) 計算： 0.044 ⁄ ⁄ (2-4) 0.028 ⁄ ⁄ (2-5) 二、大面積火源的羽流 Thomas 和Hinkley 等人在大量實驗和理論工作的基礎上，總結出大面積火 源軸對稱羽流的煙氣生成量計算的經驗公式，見式(2-6)。該公式被稱為Large Fire Equation (LFE) ：
式中: P ——火源的周長，m。 應用式(2-6) 時應注意單位面積上的火源熱釋放速率Q "應處於200 kW/m2 ～ 750 kW/m2 的範圍內。式(2-6)只適用於計算煙氣層在火焰高度以下時煙氣的生成 量, 其結果比其他一些基於理論的關係式更加符合試驗結果。 當y 10 時, 式(2-6) 也可用於計算煙氣層在火焰高度以上時煙氣的生 成量， 但其結果受火源熱釋放速率的影響比較大。對於特定的火災類型，一般 假定單位元面積火源的熱釋放速率為常數, 對於方形火源的t2 火，Q Q" /16。 根據公式(2-6) 就可以推導出 0.752 " ⁄ ⁄ ⁄ 。由此可以看出, 煙氣生成量正比於 ⁄ ，而不是 ⁄ 。這與小面積火源是不同的(小面積火源煙 氣生成量正比於 ⁄ )，表明火源熱釋放速率對大面積火源煙氣生成量的影響比 對小面積火源煙氣生成量的影響大。 在 此 基 礎 上 ,Hansell 提 出 大 面 積 火 源 的 煙 氣 生 成 量 可 以 用 0.188 ⁄ (此方程稱為“改進了的LFE＂) 表示。EF為捲吸因數，它表示 受牆體影響的煙羽流捲吸的空氣量與軸對稱煙羽流捲吸的空氣量的比值，也表示 燃料源的有效周長與其總周長的比值。 對於方形火源的軸對稱羽流、牆羽流和角羽流，EF 的取值分別為1、0.75 和 0.5。當EF 為1時，該計算公式則與式(2-6) 一樣。以色列理工學院的Michael Poreh 和英國建築研究院的Gordon Garrad 應用Hansell 提出的EF 值，通過一 系列試驗測量在不同的高度下煙羽流質量流量與火源周長的比值，試驗資料非常 集中，但大多數試驗資料都比“改進了的LFE＂的預測值大。則“改進了的LFE＂ 被進一步改進為: ⁄ 0.752 ⁄ ⁄ ，其中： /4 。 將上述有關試驗資料和採用這一公式計算的結果與式(2-6) 的計算結果進行比 較後發現, 試驗資料和LFE 的計算結果非常吻合，只有在 / 3 的時候，試 驗資料才會背離用公式 0.752 ⁄ ⁄ 得出的值，這可能是試驗資料 超出“改進了的LFE＂的適用範圍所致。 Hinkley 提出“改進了的LFE＂的適用範圍是 ⁄ 10 ，而現有資料表明其 適用範圍是 ⁄ 3。
Zukoski 等人做了一系列的測量來確定牆壁對方形火源煙氣生成量的影響， 並根據試驗情況建議牆羽流的EF 值取0.57。 另外，有人提出應用假想火源模型(鏡像模型) 來說明受牆體影響的煙羽流 與軸對稱煙羽流的關係。假想火源模型是假定在牆的另一面存在一個與實際火源 強度相同的虛擬火源，虛擬火源和實際火源共同組成一個假想的軸對稱火源。假 定實際火源的溫度和火焰高度與假想的軸對稱火源相同。對於牆羽流和角羽流來 說實際煙羽流捲吸的空氣量近似於假想火源模型軸對稱煙羽流的1/2 和1/4; 對 於大面積火源來說，煙羽流捲吸的空氣量與 / 成正比。因此：大面積火源牆羽 流和角羽流的EF 值分別為0.5 2 / 0.71 和0.25 4 / 0.5。 許多學者認同並在Hansell 的研究成果基礎上，提出大面積火源條件下牆羽 流和角羽流的煙氣生成量可分別按式(2-7) 和式(2-8) 計算： 0.14 / (2-7) 0.09 / (2-8) 三、大、小面積火源的軸對稱羽流 McCaffrey 通過天然氣擴散火焰的火災實驗, 總結出一組分別描述穩定火 焰區、間斷火焰區及煙羽流區的煙氣生成量的計算公式 , 見式(2-9)～ 式 (2-11)。該組煙氣生成量計算公式已經被區域火災類比軟體CFAST 所採用。 在穩定火焰區: 0.011 / . ，0.00 0.08 (2-9) 在間斷火焰區: 0.026 / . ，0.08 0.20 (2-10) 在羽流區: 0.124 / . ，0.20 (2-11) McCaffrey 的計算方法是普通的點火源羽流模型的一種擴展，對每個區域使
用一套不同的係數, 這些系數均是通過實驗獲得的。
Thomas 和Hinkley 的計算方法與McCaffrey 的計算方法都適用於大面積火 源。通過計算對比得出：當y < 3.5 m 時，兩者的計算結果較接近；當y > 3.5 m 時， 用McCaffrey 方法計算的煙氣生成量大於Thomas-Hinkley 方法計算的結 果。 四、線性火源的羽流 線性火源是矩形火源的一種, 當y 5 ( 為線性火源長邊的尺寸，m ) 時， 羽流接近於軸對稱羽流，其煙氣生成量可用式(2-3) 計算。當較長邊是短邊的3 倍以上時，其煙氣生成量可按式(2-12) 計算： 0.21 / / 5 (2-12) 五、受火風壓影響的羽流 在小的防火分隔間或靠近建築開口處的羽流會因為受到火風壓的影響而偏 斜， 擾亂火焰的高度和長度，致使羽流捲吸的空氣量增加。假設火源為大面積 火源，位於小分隔間或靠近建築開口，且y 5 ，則其煙氣生成量可用式(2-13) 計算： 0.34 / (2-13) 公式(2-13) 只適用於計算煙氣層在火焰高度以下時煙氣的生成量，當 y 10 時也可以用於計算煙氣層在火焰高度以上時煙氣的生成量。 JIS A 4303(1994)排煙設備檢查標準附錄4提出模擬火災實驗式，是一時間 與煙體積關係式。 V 0.195 60 H m min⁄ (2-14) 其中 V：煙體積(m3 /min) 0.195：根據實驗係數
60：時間的單位，從秒轉換為分的換算係數 γ ：上升煙內的煙比重(kg/m3 ) γ ：上升煙外的煙比重(kg/m3 ) 標準 使用0.7 γ ：常溫空氣的比重(kg/m3 ) ，標準使用1.18 T ：常溫空氣的絕對溫度(°K) ，標準使用300 C：空氣的定壓比熱(kj/kg．℃) ，標準使用0.24 H ：從火表面到煙層下端的距離(m)，標準可能是樓地板至天花板之間的距離 Q：發熱量(kJ/s)，標準使用Q=0.0133t2 t：模擬火災從起火開始的經過時間(s) g：重力加速度(m/s2 )，標準使用9.8 資料來源：本研究依式2-14繪製 圖 2-2 模擬火災煙體積與天花板高度之關係 0 500 1000 1500 2000 0 60 120 180 240 300 煙體 積V (m 3/mi n) 時間(s) H0=2.4m H0=2.7m H0=3.0m H0=4.0m H0=5.0m H0=6.0m
目前，世界上還未開發出成熟的方法用於計算建築火災中煙氣的生成量。現 有的各種計算方法都有其局限性，基於很多假設條件，而且其中一些方法的計算 結果和試驗結果還有一定差別，需要進一步的研究和改進。 建築物防火避難安全性能驗證技術手冊(第二版)(2016)，本手冊設計火源大 小採如下公式 Q = α(t-t0)2 Q = α(t/tg)2 其中 Q ：燃燒成長期熱釋放率（kW） t ：時間（s） t0 ：起火時間（s），通常設定為0 tg ：熱釋放率達1MW 之特性時間（s） α ：成長係數（kW/s2 ） 火災發生時，單位時間所產生之發煙量必須考量其居室的形狀、用途（可燃 物的發熱量）及內部裝修材料等因素，其計算公式如下列所示。 V 9 α α A H H H 1.8 （2-15） 其中 αf , αm ： 根據堆積可燃物與內部裝修材料燃燒特性而選定之火災成長率。 Aroom ：該居室之樓地板面積（㎡） Hlow ： 從該居室樓地板面最低點起算之平均天花板高度（m）。 Hroom ：從該居室之基準點起算之平均天花板高度（m）。 堆積可燃物之火災成長率αf 值依下列公式計算： α 〈 0.0125 q 170 2.6 10 q q 170 （2-16） 其中 ql ：每㎡ 堆積可燃物之發熱量。 內部裝修材料之火災成長率αm 是依照面對該居室牆壁（離地板高度1.2 公
尺以下者除外）、天花板（無天板時以屋頂代替）及室內部分（迴廊、窗台及其 它類似部分除外）裝修材料種類的不同，而顯示表2-1 所列數值。 表 2-1 內部裝修材火災成長率（αm） 耐燃一級 0.0035 耐燃二級 0.014 耐燃三級 0.056 木材及其他級外材料 0.35 資料來源：「建築物防火避難安全性能驗證技術手冊(第二版)」 計算基本原則需依據其空間形狀、可燃物發熱量、內部裝修材料等影響因素 計算其發煙量。 根據過去的研究成果得知，一般煙霧產生量與火源發熱速度的1/3 次方及煙 層下端高度的5/3 次方成比例關係。 正確計算則應以微分程式來解，這裡提出的是以簡易方法來計算從起火開始 到降至避難障礙高度期間之平均發煙量。 其中發煙量Vs 公式中的第一項 α α A 是指火災表面最大燃燒速度，這項的值越大，則其煙霧的發煙量就越大而第 二項 H H H 1.8 表示火災熱氣流周圍空氣的捲入，使濃煙量增大的程度。 煙層簡易二層驗證法(2016)，煙的生成率如下列計算式所示： m kQ Z （2-17） 其中 m ：煙產生率（kg/s） Q：火源的熱釋放率（kW）
Z ：樓地板至煙層之高度（m） k ：實驗係數=0.076 一般煙霧產生量與火源熱釋放率1/3 次方及煙層下端高度5/3 次方成比例 關係。 正確計算則應以微分方程式來解，這裡提出的是以簡易方法來計算從起火開 始到降至避難障礙高度期間之平均煙生成率。其中，煙產生率m 公式的第一項 Q 是指火災表面最大燃燒速度，受此項的影響，熱釋放率越大，則其煙霧的 生成率就越大。第二項Z 表示火災熱氣流週遭空氣的捲入，使濃煙範圍增大 的程度。 排煙量的計算是排煙設計中的重要步驟，只有正確計算出排煙量，才能合理 設計排煙系統，保證人員的安全疏散和成功的消防撲救。然而，對煙氣生成量的 計算，有不同的計算方法，並且不同計算方法得到的煙氣生成量差別較大。「兩 種煙氣生成量計算方法的比較分析」一文，選取兩種常用的煙氣生成量計算方法 進行比較分析，分別為前蘇聯煙氣生成量及Heskestad煙氣生成量的計算。 前蘇聯把可燃物質的發煙係數作為有關物質的火災危險性指標之一，所謂發 煙係數是指單位品質物質在燃燒時所生成的能見度達到臨界危險值時的煙氣容 積， （m3 /kg）。煙氣光學濃度的臨界危險值一般取0.5 m-1 。 Heskestad模型把捲吸進羽流的空氣量看作是煙氣生成量，它可以估算為整 個煙羽流在煙層以下的空氣捲吸量。煙氣生成量的公式為： 0.071 / / 0.00192 ， (z>z l) (2-18) 0.0056 (2-19) 其中， 為煙氣產生率，kg/s； 為對流熱釋放速率，kW； 0.6 0.8 ； 為煙氣層高度，m；z0為虛點源位置，m；z1為平均火源高度，m。
虛點源位置公式為： 0.083 / 1.02 (2-20) 其中， 為熱釋放速率，kW；D 為火源當量直徑，m。 平均火焰高度公式為： 0.235 / 1.02 (2-21) 選取 0.5 m × 0.5 m 和 0.6 m × 0.6 m 兩種尺寸的油盤進行分析研究，兩 種尺寸油盤的熱釋放速率、燃燒速率等燃燒參數見表 2-2，兩種尺寸油盤的煙氣 生成量等參數也列在表 2-2 中。 對於柴油的發煙係數，本文取其平均值，根據表 2-3 中的資料，可知柴油的 發煙係數為 604.5 m3 /kg，根據表 2-2 中的燃燒速度，可得根據前蘇聯方法計算 得到的煙氣生成量。 表 2-2 兩種不同尺寸火源的特性參數 油盤尺寸(m2 ) 0.5 m × 0.5 m 0.6 m × 0.6 m 有效直徑 D(m) 0.56 0.68 熱釋放速率(kW) 145.3 227.8 對流熱釋放速率(kW) 101.7 159.5 燃燒速度(kg/s) 0.0041 0.0065 虛點源位置(m) 0.037 0.035 平均火焰高度(m) 1.15 1.37 蘇聯方法的煙氣生成量(m3 /s) 2.48 3.94 資料來源：「兩種煙氣生成量計算方法的比較分析」
表 2-3 某些液體的發煙係數 液體名稱 （m3 /kg） 丁醇 75～80 汽油 230～256 乙醚 200～330 環乙烷 435～470 甲苯 527～562 柴油 589～620 資料來源：「兩種煙氣生成量計算方法的比較分析」 用Heskestad方法，可以計算出0.5 m × 0.5 m和0.6 m × 0.6 m兩種不同尺 寸的油盤在不同煙氣層高度下的煙氣生成量。 圖2-3及圖2-4分別列出了兩種不同尺寸火源用不同方法得到的煙氣生成 量。 資料來源：「兩種煙氣生成量計算方法的比較分析」本研究重繪 圖 2-3 0.5 m×0.5 m 油盤煙氣生成量 0 20 40 60 80 100 0 5 10 15 20 25 30 煙 氣 生 成 量 ( kg/s) 煙氣層高度(m) Heskestad 蘇聯
資料來源：「兩種煙氣生成量計算方法的比較分析」本研究重繪 圖 2-4 0.6 m × 0.6 m 油盤煙氣生成量 Heskestad 煙氣生成量表示的是捲吸熱氣團的量，在火源功率一定的情況下， 煙氣層高度越高，煙氣生成量越大，生成煙氣的濃度越低。因為煙粒子的消光係 數與顆粒濃度呈線性關係，所以顆粒濃度的變化可以反映光學濃度的變化。圖 2-5 及圖 2-6 表示的是 0.5 m× 0.5 m 油盤和 0.6 m × 0.6 m 油盤不同煙氣層高 度下煙氣光學濃度的變化。 目前性能化設計中用的煙氣生成量公式，主要是以 Heskestad 模型為主的 幾個模型，這些公式只考慮了生成熱氣體的量，而沒有考慮所生成煙氣濃度的大 小，對於前蘇聯和 Heskestad 這兩種不同的煙氣生成量的計算方法，Heskestad 煙氣生成量計算方法表示的是捲吸熱氣團的量，沒有考慮煙氣光學濃度的變化， 而前蘇聯煙氣生成量計算方法表示的是單位品質物質在燃燒時生成的具有一定 能見度的煙氣的容積。之所以產生計算值上的較大的差距，是因為兩種方法計算 過程中考慮的因素不同，計算方法的理論依據不同，所以得到的結果也不同。目 前常用的火災煙氣生成量計算方法由於各自的理論依據不同，使用不同的方法得 到的計算結果會產生比較大的偏差。 0 20 40 60 80 100 120 0 5 10 15 20 25 30 煙 氣 生 成 量 ( kg/s) 煙氣層高度(m) Heskestad 蘇聯
資料來源：「兩種煙氣生成量計算方法的比較分析」 圖 2-5 0.5 m×0.5 m 油盤煙氣減光係數 資料來源：「兩種煙氣生成量計算方法的比較分析」 圖 2-6 0.6 m×0.6 m 油盤煙氣減光係數 Heskestad 蘇聯 煙氣層高度(m) 消光係數(1/m) Heskestad 蘇聯 煙氣層高度(m) 消光係數(1/m)
第 四 節 煙 層
由 ISO 16735 說明，在封閉空間中，由火源產生有浮力的煙層是一複雜的熱 物理現象，可能是極度瞬變，或是接近穩態。煙層可包含牽涉有焰燃燒的區域以 及無燃燒發生的區域。除了浮力之外，煙層可能受到機械風機產生的動力所影 響。 煙是由燃燒產生，累積在封閉區間的上層，假設煙形成溫度與氣體濃度相當 均勻的一層，基於應用於煙層的質量、種類與能量守恆原理，可計算平均溫度、 煙濃度及界面位置。 資料來源：ISO 16735 圖 2-7 封閉區間中的火源煙層的熱量與質量守恆Chen(2016)根據 IBC 、NFPA 101 及 NFPA 92，這些基準應用於分析模式模
擬結果確定煙層界面的（即，將煙層的高度保持在步行面上方至少 6 ft 處），如 表 2-4。
內政部建築研究所 2009 年出版之「大空間建築火災性能式煙控系統設計與
應用手冊」(2009)之性能判定基準乃依據 Australian Building Codes Board, Department of Building and Housing New Zealand, International Code Council and the National Research Council of Canada. 所 共 同 頒 布 之 「International Fire Engineering Guidelines」而來。手冊所提性能式煙控 系統設計，有關人員逃生避難空間之性能判定基準，如表 2-5。 熱流 質量流 控制體積 羽流 火源 通風氣流壁體熱吸收 通風氣流 通風氣流
表 2-4 性能設計評估基準 參數 基準說明 基準值 溫度 在步行面上方 1.83 m（6 ft）的高度溫度<60℃（140°F） 60℃ 能見度 在步行面上方 1.83 m（6 ft）的高度處保持>10 m（33 ft） 的出口標誌的能見度 10 m CO 在步行面上方 1.83 m（6 ft）的高度處將 CO 濃度限制在 220 ppm，20 min，150 ppm，30 min。 220-150 ppm
資料來源：Virtual Compartment: An Alternative Approach To Means Of Egress Design In Airport Pedestrian Tunnel. 表 2-5 性能式煙控系統設計之模擬結果判定基準 項目 判定基準 (1)人員逃生避難空間之溫度 <60 ℃ (2)人員逃生避難空間之CO濃度 <1500 ppm (3)人員逃生避難空間之能見度 >10 m (4)人員逃生避難空間之輻射熱強度 <6.3 kW/m2 (5)人員逃生避難空間之煙層淨高 離地1.8 m 資料來源：「大空間建築火災性能式煙控系統設計與應用手冊」 本研究係以CNS 15937「煙控系統性能現場試驗法-熱煙試驗」為基礎，研 究可模擬火災發煙量歷程，提供造煙控制模式與煙量歷程測試法參考，CNS 15937 係規定在建築物內，於安全溫度內不造成建築物設施設備及室內裝修損壞條件下， 產生指定煙量之煙控系統熱煙試驗法，所需的試驗裝置、試驗程序和安全防護要 求，以及產生定量煙氣及確定熱煙試驗火源規模的方法。 此試驗法目的是作為建築煙控系統調適過程，以模擬火災情境係測試系統 之運作，作為管理機關認可之工具。不是做為每個已安裝之煙控系統執行熱煙試 驗之強制性要求。 試驗室以酒精(工業用)燃燒產生一個熱空氣羽流，然後填充示蹤煙氣。此 羽流觸動煙控制系統的性能監測，已與系統相比較供管理機關認可參考。
因在建築物內，於安全溫度內不造成建築物設施設備及室內裝修損壞條件 下所進行之試驗，故而性能設計評估基準之溫度、CO及熱輻射強度，在不造成建 築物設施設備及室內裝修損壞條件下將無法模擬實測，僅能以能見度與煙層進行 模擬試驗，但此二項基準應為Chen所述「在步行面上方1.8 m的高度處保持>10 m 的出口標誌的能見度」，以下將就煙層、能見度量測進行探討。 煙層部分依據ISO 16735計算： 標準之方程組適用於靜態環境中火源上方的煙層，若氣流受到與火無關現 象的顯著擾動，則方程組不適用。例如，暖通空調(HVAC)系統造成的氣流，或外 部風力之影響顯著時，宜計入考量。若主動滅火系統，例如撒水頭，與煙層有顯 著的交互作用，則方程組不適用。 火源必須足夠小，使平均火焰高度低於界面位置，特性羽流寛度小於封閉 區間的寛度 (受到用於獲得羽流特性的方程式附加的限制)。 計算煙層狀況的方法發展為適用於兩個限度的階段，其中一個限度階段為 火災初始階段之簡單的封閉區間煙霧注入過程 ( 通常為 t2 火源)，此時煙控設 備尚未動作。另一個限度階段為擬穩態通風狀況，當煙產生率與自煙層流出速率 相同時，中間的階段 (亦即煙霧仍在注入，但排煙系統正在動作)，不在此標準 附件的處理範圍。 顯式方程式適用於沒有排煙之封閉區間的暫態煙霧注入過程，及在自然或 機械式排煙之下的擬穩態狀態。 一、封閉區間煙霧注入程序 直到煙層界面向下移動至垂直開口的上沿之前，煙霧是累積在封閉區間的 上部，如圖 2-8 所示。由於熱膨漲的效應，多餘的空氣被排出封閉區間（只要 煙層底部高於開口的上沿，此假設均為有效，在煙層下降至開口的上沿以下，當 新鮮空氣流入封閉區間時，煙流出封閉區間之外）。
資料來源：ISO 16735 說明 1 因熱膨漲造成的過量空氣 2 樓地板面積 A 圖 2-8 質量守恆在封閉區間注入煙霧期間 下列為熱釋放率建立的方程式 Q t αt (2-22) 其中， Q：火源的熱釋放率(kW) α：火災成長率(kW⋅s-2) t：時間(s) n = 0 表示穩定燃燒的火源，n = 2 表示隨時間平方增長的火源。 熱釋放率中以輻射釋出部分 χ，火源對流熱釋放率是由下列公式表示 Qc 1 χ Q 1 χ αt (2-23) 在火源上方高度 z 的火羽流氣體的質量流率m 公式。 m 0.076 1 χ ⁄ Q ⁄ z ⁄ (2-24) 此方程式只在上述的平均火焰高度有效，若得出的界面位置低於平均火焰
高度，則計算結果可能不準確的。 界面位置是依羽流質量氣流以均勻密度累積在上層的計算。 z t . ⁄ ⁄ t ⁄ ⁄ (2-25) 其中 ρs：煙密度(kg⋅m-3) A：封閉區間的樓地板面積(m2 ) H：封閉區間的高度(m) 要計算界面位置，必須先假設煙密度，在實際的應用中，ρs = 1.0 可讓大 空間封閉區間初期煙霧注入程序有守恆的結果。 煙層溫度是以火災熱釋放的熱量將體積 A(H-z) 的煙層加熱的方式計算。 封閉區間邊界的吸收熱量予以忽略。 Ts t 1 λ T (2-26) 符號 λ 為封閉區間邊界的熱吸收部分，除非羽流、煙層及封閉區間之間 的熱輻射交換的計算是耦合的，建議假設 λ = 0，亦即熱量全部用於加熱煙層。 在實際的應用中，ρs = 1.0 可讓大空間封閉區間初期煙霧注入程序有可接受的 結果。 計算範例： 封閉區間中火源 Q = 0.05t2 (α = 0.05 kW/s2 , n = 2, D = 1m) 如圖 2-8 所 示。 封閉區間樓地板面積 A 為 100 m2 。 封閉區間高度 H 為 8 m。門口開口高度 Hu 為 2 m。 假設熱釋放的輻射部分 χ, 為 0.333。
封閉區間邊界的熱吸收予以忽略 (λ = 0)。 CO2 產率 η 為 7.61 × 10−5 kg/kJ。 計算在第 60 秒時，界面高度與溫度。 使用方程式 (2-24)，界面高度為 z 0.076 ρs 1 χ ⁄ ⁄ A t ⁄ ⁄ = 0.076 1.0 1 0.3331 3⁄ . ⁄ 100 60 1823− 32=5.04 煙層溫度 Ts 1 λ T . . . . . 20 32.2 要使用羽流方程式，火焰高度必須低於界面高度。在此特殊情況下，平均 火焰高度遠低於界面高度，即 L 1.02D 0.235Q ⁄ 1.02 1.0 0.235 0.05 60 ⁄ 0.86 此為依據 ISO 16734:2006 附錄 A 的計算。 以類似的方式，計算煙層高度與溫度，如圖 2-8 所示。為了方程組的有效 性，煙層底部必須高於平均火焰高度及門口開口的上沿。在此範例中，第 126 秒 時，平均火焰高度與煙層高度幾乎相同 z .. . ⁄ . ⁄ 126 ⁄ ⁄ 2.39 L 1.02D 0.235Q ⁄ 1.02 1.0 0.235 0.05 126 ⁄ 2.38 在第 142 秒時，煙層高度與門口開口的上沿高度幾乎重合。 z .. . ⁄ . ⁄ 142 ⁄ ⁄ 2.01 因此，使用此方程組限制於 126 秒之前的期間。
資料來源：本研究依 ISO 16735 所列方程式繪製 圖 2-9 在封閉區間中煙霧注入過程期間的界面位置與煙層溫度之計算結果 圖 2-9 的計算在 A = 100 m2 ，H = 8 m，Q = 0.05t 2 ，χ = 0.333，λ = 0.0 時有效。 二、機械排煙系統所進行的穩態煙控 在煙控階段期間，煙霧透過機械排煙系統排除，如圖 2-10 所示。計算在產 生與排出率平衡的擬穩態之煙層性質。假設封閉區間邊界的低處有足夠的開口， 空氣可輕易的流入。在此方程組中，熱釋放率假設為常數。火羽流的質量流率由 方程式 (2-24) 計算。給定容積流率為嘗試設計參數，質量排氣率可由以下計算 m ρ V (2-27) 界面高度是依質量排氣率等於羽流質量流率的計算。 m m (2-28) 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 60 120 180 煙層溫度( ℃) 界面高度z (m ) 時間(s) 界面高度 煙層溫度 有效範圍之外 (t > 126 s)
資料來源：ISO 16735 說明 1 流入空氣 2 排氣系統 圖 2-10 在機械排煙系統煙控期間質量守恆 界面位置是依質量排氣率等於羽流質量流率的計算。 z . ⁄ ⁄ (2-29) 要計算界面位置，煙層密度(如溫度)必須已知，可由假設守恆或是組合下 列方程式計算。
ρ (2-30) 在多數工程計算中，煙層經常被認定為近似理想氣體。 煙層溫度的計算是基於流入煙層的熱流等於排氣與封閉區間表面吸收之熱 量損失總合。 T T (2-31) 有效熱傳導係數是依據封閉區間邊界構造材料所計算，熱傳導可由熱厚型 行為 (半無限體近似) 或熱薄型行為 (薄材質的穩態溫度曲線) 近似。 h √ D 4 D 4 (2-32) 特性時間 tc 通常定為 1000 s。 計算範例： 圖 2-10 中，火源位於封閉區間的中央。 封閉區間的樓地板面積 A 為 100 m2 (10 m × 10 m)。 封閉區間高度 H 為 8 m。火源的熱釋放率 Q 為 300 kW。 火源的輻射部分 χ 為 0.333。 火源直徑 D 為 1.0 m。
機械排煙率 Ve 為 4 m3/s。 封閉區間邊界是由 100 mm 厚度的混凝土版所構成。 混凝土的熱性質假設為 k = 0.0015 kW/m⋅K，Cv = 2026 kJ/m3⋅K. 參考溫度 T0 為 20 °C (293 K)，其相應的參考密度 ρ0 為 1.205 kg/m3 。 界面位置與溫度的方程組為相關聯的，這些方程式是迭代求解。 1) 假設界面高度為封閉區間總高度的 50 % ，如下： z 4.0 2) 由方程式 (2-24) 計算界面高度的羽流質量流率： mp 0.076 1 χ ⁄ Q ⁄ z ⁄ 0.076 1 0.333 ⁄ 300 ⁄ 4 ⁄ 4.48 3) 由方程式 (2-32) 計算有效的熱傳導係數： 封閉區間邊界假定為熱厚型行為，如下： 4 t 4 . 1000 0.108 0.1 因此，有效的熱傳導係數為 h √ √ . . 0.049 4) 由方程式 (2-31) 計算煙層溫度： A 100 40 8 4 260 T T . . . 20 37.4 5) 由方程式 (2-30) 計算煙層密度： ρ . 1.137
6) 由方程式 (2-27) 計算機械排煙系統的質量流率： m ρ V 1.137 4.0=4.55 7) 由方程式(2-28) 修正界面高度，使得羽流質量流率等於質量排氣率： z me 0.076 1 χ ⁄ ⁄ ⁄ . . . ⁄ ⁄ ⁄ 4.04 8) 重複步驟 2) 至 7) 直到羽流質量流率與質量排氣率一致。 在此特殊範例中，三次迭代便足以獲得結果，如下 z = 4.04 m， Ts = 37.4 °C， m m 4.55 kg/s 9) 要使用羽流方程式 (2-24)，平均火焰高度必須低於界面高度。在此特 殊範例中，此條件達成，由於 L 1.02D 0.235Q ⁄ 1.02 1.0 0.235 300 ⁄ 1.28 4.04 此為依據 ISO 16734:2006 附錄 A 的計算。 三、水平通風口的穩態煙控 如圖 2-11 所示，煙由自然通風排出。假設新鮮空氣可由封閉區間下部流 入。計算在熱量與質量平衡的擬穩態之煙層性質。質量流率平衡如下： m m m (2-33) 在此方程組中，熱釋放率假設為常數。由方程式(2-24) 可得羽流質量流率。 依據 ISO 16737 計算通過通風口的質量流率。
資料來源：ISO 16735 說明 1 樓地板面積 A a Avent b Aopen 圖 2-11 在水平通風口煙控期間的質量守恆 使用方程式(2-29) 計算界面位置，質量排氣率由方程式(2-34) 計算。 使用方程式(2-30) 計算煙層密度。 使用方程式(2-31) 計算煙層溫度。 使用方程式(2-32) 計算有效的熱傳導係數。 排煙的質量氣流率是由計算通過開口的氣流量之方程式計算。 m C A 2ρ ρ ρ g H z ∆p (2-34) 樓地板高度的壓差是由慣用的方程式應用在較低處開口計算通過開口的氣 流量。
