既有合法建築物特別安全梯及緊急昇降機間排煙效能改善與驗證
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(3) 國科會編號:PG9703-0026 本部計畫編號:097301070000G2013. 既有合法建築物特別安全梯及緊急昇降機 間排煙效能改善與驗證. 執 行 單 位：財團法人台灣建築中心 研 究 主 持 人：鍾基強 教授 協 同 主 持 人：吳友烈 教授 研. 究. 員：蔡秀芬. 研 究 助 理：林士凱. 內政部建築研究所委託研究報告 中華民國九十七年十二月.
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(5) ARCHITECTURE AND BUILDING RESEARCH INSTITUTE MINISTRY OF THE INTERIOR RESEARCH PROJECT REPORT. Smoke exhaust improvement and validation of the lobby for emergency elevator of a existing building. BY. Kee-Chiang Chung Yu-Lieh Wu Shiou-Fen Tsai Shr-Kai Lin. December 2008.
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(7) 目次. 目次 目次............................................................................................................. i 表次........................................................................................................... iii 圖次.............................................................................................................v 摘要........................................................................................................... ix ABSTRACT........................................................................................... xiii 第一章. 緒論.............................................................................................1. 第一節. 研究背景..............................................................................1. 第二節. 研究目的..............................................................................2. 第三節. 研究內容..............................................................................3. 第四節. 研究方法與進行步驟 .........................................................4. 第二章. 煙的控制與相關法規探討 ........................................................7. 第一節. 煙的危害與煙層流動 .........................................................7. 第二節. 排煙裝置與功能 .............................................................. 10. 第三節. 法規變更內容與影響 ...................................................... 13. 第三章. 梯間排煙改善策略 ................................................................. 19. 第一節. 梯間排煙設備評估* ......................................................... 19. 第二節. 改善步驟........................................................................... 25. 第三節. 機械設備排煙改善策略* ................................................. 27. 第四節. 梯間排煙改善策略比較 .................................................. 28. 第五節. 選擇基準........................................................................... 31. 第四章. 實驗規劃 ................................................................................. 33. 第一節. 實驗設備概述................................................................... 33. 第二節. 模擬分析軟體介紹 .......................................................... 38. 第三節. 實驗規劃........................................................................... 40 i.
(8) 既有合法建築物特別安全梯及緊急昇降機間排煙效能改善與驗證. 第五章. 實驗與模擬結果 .................................. 錯誤! 尚未定義書籤。. 第一節. 實驗結果........................................ 錯誤! 尚未定義書籤。. 第二節. 模擬結果........................................ 錯誤! 尚未定義書籤。. 第六章. 實際案例分析 ..................................... 錯誤! 尚未定義書籤。. 第一節. 案例一：某 21 層住宅大樓* ........ 錯誤! 尚未定義書籤。. 第二節. 案例二：某電影院 ...................... 錯誤! 尚未定義書籤。. 第三節. 案例三：某住宅大樓 ................... 錯誤! 尚未定義書籤。. 第七章. 結論與建議 ......................................... 錯誤! 尚未定義書籤。. 第一節. 結論................................................ 錯誤! 尚未定義書籤。. 第二節. 預期成果 ...................................... 錯誤! 尚未定義書籤。. 第三節. 後續研究與建議 .......................... 錯誤! 尚未定義書籤。. 附錄一. 期中審查會議紀錄回復情形 .............. 錯誤! 尚未定義書籤。. 附錄二. 期末審查會議紀錄回復情形 .............. 錯誤! 尚未定義書籤。. 附錄三. 第一次專家學者座談會會議紀錄回復情形 .. 錯誤! 尚未定義. 書籤。 附錄四. 第二次專家學者座談會會議紀錄回復情形 .. 錯誤! 尚未定義. 書籤。 附錄五. 建築技術規則條文修改 ...................... 錯誤! 尚未定義書籤。. 附錄六. 消防安全法令條文修改 ...................... 錯誤! 尚未定義書籤。. 附錄七. 遮煙幕產品說明書 .............................. 錯誤! 尚未定義書籤。. 參考書目............................................................... 錯誤! 尚未定義書籤。. ii.
(9) 目次. iii.
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(11) 表次. 表次 表 2.1 人體暴露在有毒氣體之情況 ......................................................8 表 2.2 人體承受危害程度之指標分析表 ..............................................8 表 2.3 建築技術規則法規變更內容與說明 ........................................14 表 2.4 消防安全法令變更內容與說明 ................................................16 表 4.1 實驗規劃表 ................................................................................42 表 5.1 參數設定 ................................................ 錯誤! 尚未定義書籤。 表 5.2 實驗與模擬的壓差比較 ........................ 錯誤! 尚未定義書籤。 表 6.1 大樓排煙設備規格表 ............................ 錯誤! 尚未定義書籤。 表 6.2 各尺寸遮煙幕費用明細 ........................ 錯誤! 尚未定義書籤。. v.
(12) 既有合法建築物特別安全梯及緊急昇降機間排煙效能改善與驗證. vi.
(13) 圖次. 圖次 圖 1.1 研究流程圖 ..................................................................................5 圖 2.1 自然排煙示意圖 ........................................................................12 圖 2.2 機械排煙示意圖 ........................................................................12 圖 3.1 五管路系統簡圖 ........................................................................23 圖 3.2 排煙梯間之壓力損失 ................................................................24 圖 3.3 梯間排煙改善步驟示意圖 ........................................................26 圖 3.4 遮煙幕的不同開啟方式 ............................................................31 圖 4.1 實驗場地平面圖 ........................................................................33 圖 4.2 實驗場地實圖 ............................................................................34 圖 4.3 實驗場地規劃圖 ........................................................................35 圖 4.4 風罩式流量計 ............................................................................35 圖 4.5 熱線式風速計 ............................................................................35 圖 4.6 壓差計 ........................................................................................36 圖 4.7 排煙風機 ....................................................................................37 圖 4.8 接收端與數據擷取裝置 ............................................................37 圖 4.9 雷射發射端 ................................................................................37 圖 4.10. 發煙裝置 ..................................................................................38. 圖 4.11. CONTAMW 操作介面............................................................40. 圖 4.12. 對流效應 ..................................................................................42. 圖 4.13 短路效應 ....................................................................................42 圖 5.1 正壓防煙，防火門全關 ........................ 錯誤! 尚未定義書籤。 圖 5.2 負壓排煙，防火門全關 ........................ 錯誤! 尚未定義書籤。 圖 5.3 負壓排煙，防火門全關，照片紀錄 .... 錯誤! 尚未定義書籤。. vii.
(14) 既有合法建築物特別安全梯及緊急昇降機間排煙效能改善與驗證. 圖 5.4 正壓防煙，防火門Ａ開其他防火門關 錯誤! 尚未定義書籤。 圖 5.5 負壓排煙，防火門Ａ開其他防火門關 錯誤! 尚未定義書籤。 圖 5.6 正壓防煙，防火門Ａ開其他防火門關，照片紀錄 錯誤! 尚未 定義書籤。 圖 5.7 正壓防煙，防火門 AB 開防火門 C 關 錯誤! 尚未定義書籤。 圖 5.8 負壓排煙，防火門 AB 開防火門 C 關 錯誤! 尚未定義書籤。 圖 5.9 正壓防煙，防火門 A 關其他防火門開錯誤! 尚未定義書籤。 圖 5.10. 負壓排煙，防火門 A 關其他防火門開錯誤! 尚未定義書籤。. 圖 5.11. 正壓，防火門全關，短路 .................. 錯誤! 尚未定義書籤。. 圖 5.12. 正壓，防火門全關，對流 .................. 錯誤! 尚未定義書籤。. 圖 5.13. 正壓，防火門 A 開其他防火門關，短路與對流之比較錯誤!. 尚未定義書籤。 圖 5.14. 正壓，防火門 AB 開防火門 C 關，短路與對流之比較 錯誤!. 尚未定義書籤。 圖 5.15. 負壓，防火門全關，短路 .................. 錯誤! 尚未定義書籤。. 圖 5.16. 負壓，防火門全關，對流 .................. 錯誤! 尚未定義書籤。. 圖 5.17. 負壓，防火門 A 開其他防火門關，短路 . 錯誤! 尚未定義書. 籤。 圖 5.18. 負壓，防火門 A 開其他防火門關，短路，照片紀錄 ... 錯誤!. 尚未定義書籤。 圖 5.19. 負壓，防火門 A 開其他防火門關，對流 . 錯誤! 尚未定義書. 籤。 圖 5.20. 負壓，防火門 A 開其他防火門關，對流，照片紀錄 ... 錯誤!. 尚未定義書籤。 圖 5.21. viii. 防火門 AB 開防火門 C 關，短路...... 錯誤! 尚未定義書籤。.
(15) 圖次. 圖 5.22. 防火門 AB 開防火門 C 關，對流...... 錯誤! 尚未定義書籤。. 圖 5.23. 實驗 14，防火門 A 開其他防火門關，風速 1m/s錯誤! 尚未. 定義書籤。 圖 5.24. 實驗 14，防火門 A 開其他防火門關，風速 5m/s錯誤! 尚未. 定義書籤。 圖 6.1 實際量測照片紀錄 ................................ 錯誤! 尚未定義書籤。 圖 6.2 某住宅大樓梯間排煙/進氣管道圖 ....... 錯誤! 尚未定義書籤。 圖 6.3 場地勘查照片（一） ............................ 錯誤! 尚未定義書籤。 圖 6.4 場地勘查照片（二） ............................ 錯誤! 尚未定義書籤。 圖 6.5 負壓排煙開口全關－案例一 ................ 錯誤! 尚未定義書籤。 圖 6.6 負壓排煙開口 AC 開啟－案例一 ........ 錯誤! 尚未定義書籤。 圖 6.7 正壓防煙開口全關－案例一 ................ 錯誤! 尚未定義書籤。 圖 6.8 正壓防煙開口 AC 開啟－案例一 ........ 錯誤! 尚未定義書籤。 圖 6.9 電影院平面圖 ........................................ 錯誤! 尚未定義書籤。 圖 6.10. 濃煙擴散方向與避難方向－案例一改善前 .. 錯誤! 尚未定義. 書籤。 圖 6.11. 氣流方向與濃煙擴散方向－案例一改善前 .. 錯誤! 尚未定義. 書籤。 圖 6.12. 遮煙幕裝設位置－案例一 .................. 錯誤! 尚未定義書籤。. 圖 6.13. 避難路徑與濃煙擴散方向－案例一改善後 .. 錯誤! 尚未定義. 書籤。 圖 6.14. 氣流方向與濃煙擴散方向－案例一改善後 .. 錯誤! 尚未定義. 書籤。 圖 6.15. 場地勘查照片（三） .......................... 錯誤! 尚未定義書籤。. 圖 6.16. 場地勘查照片（四） .......................... 錯誤! 尚未定義書籤。. ix.
(16) 既有合法建築物特別安全梯及緊急昇降機間排煙效能改善與驗證. 圖 6.17. 場地勘查照片（五） .......................... 錯誤! 尚未定義書籤。. 圖 6.18. 負壓排煙開口全關－案例二 .............. 錯誤! 尚未定義書籤。. 圖 6.19. 負壓排煙開啟一開口－案例二 .......... 錯誤! 尚未定義書籤。. 圖 6.20. 正壓防煙開口全關－案例二 .............. 錯誤! 尚未定義書籤。. 圖 6.21. 正壓防煙開啟一開口－案例二 .......... 錯誤! 尚未定義書籤。. 圖 6.22. 住宅大樓平面圖 .................................. 錯誤! 尚未定義書籤。. 圖 6.23. 濃煙擴散方向與避難路徑－案例二改善前 .. 錯誤! 尚未定義. 書籤。 圖 6.24. 氣流方向與濃煙擴散方向－案例二改善前 .. 錯誤! 尚未定義. 書籤。 圖 6.25. 遮煙幕裝設位置－案例二 .................. 錯誤! 尚未定義書籤。. 圖 6.26. 濃煙擴散方向與避難路徑－案例二改善後 .. 錯誤! 尚未定義. 書籤。 圖 6.27 書籤。. x. 氣流方向與濃煙擴散方向－案例二改善後 .. 錯誤! 尚未定義.
(17) 摘要. 摘要 關鍵詞：梯間排煙設備、防煙、性能改善、電腦模擬 一、 研究緣起： 為提昇舊有建築物之消防安全，確保公共安全，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，並於民國八十四年二月十五日發布施行「舊有建築物防火 避難設施及消防設備改善辦法」 ，又於民國九十四年五月新頒布為「原 有合法建築物防火避難設施及消防設備改善辦法」，明文規定防火區 劃、樓梯、排煙設備、安全梯、消防設備等各項改善項目與方式，主 要用意在維護舊有建築物的防火安全以及梯間排煙設備的改善。 二、 研究方法與過程： 原有合法建築物有其既存之結構，室內型態與使用及樓層高度限 制，實已降低重新增設排煙開口、排煙管道或排煙設備系統的可能 性，且對於舊有建築物具破壞性且成本高，相對降低業主改善之意 願，因此本計劃將研究以「遮煙」方式，以防止煙流由火災區經由垂 直豎穴空間漫延至其他樓層作為研究主軸。梯間排煙室為避難逃生最 重要之通道之一，如何確保梯間排煙之功能為維護人員避難逃生成功 與否之關鍵，因此本研究探討梯間空間之排煙設備，排煙功能評估與 性能驗證，包括（a）排煙室（含區劃開口部之變動）（b）豎穴機道 兩大部分，再配合 1 到 2 個實測案列進行實際建築特別安全梯及緊急 昇降機間排煙性能改善前後之比較分析。 三、重要發現：. xi.
(18) 既有合法建築物特別安全梯及緊急昇降機間排煙效能改善與驗證. 內政部營建署於 93 年修訂建築技術規則設計施工篇第 107 條規 定「梯間排煙室除開向特別安全梯外僅有一處出入口且不得直接連接 居室」，使得原有合法建築物在梯間排煙室部分因大都有多處開口造 成無法符合現有條例且也無從驗證梯間排煙效能。同時在豎穴機道區 劃也考慮其為濃煙竄昇的可能管道，例如緊急昇降梯之豎穴機道間有 可能因車廂上下移動產生活塞效應，如沒有封閉可能會成為煙流垂直 漫延的通道。本計劃除採用電腦模擬分析進行梯間及豎穴機道間防煙 理論分析外也將以實際案例進行現場防/排煙效能實測與驗證。因此 本研究探討原有合法建築物特別安全梯及緊急升降梯間排煙設計是 否因法規修改造成原有合法建築物之梯間排煙系統無法適用於新法 規，但在不影響人員避難安全之前提下，如何以可行之工程設計手法 加以改善為本研究之主要目的。 四、主要建議事項： z 立即可行之建議 主辦機關：內政部建築研究所 協辦機關：內政部營建署、內政部消防署 無論對建築物內部之避難逃生人員或進入火場進行搶救活動之 消防人員而言，煙乃火場中之第一殺手。火場中傷亡人員，多受濃煙、 毒煙之侵害，因此，防排煙遂成了建築防火避難設計上最重要之一 環。在火災發生時煙之流動常無法完全掌控，在某些人為疏忽下（如 防火安全門未關閉），濃煙會因高溫膨脹及熱浮力效應，快速向低壓 區流竄，尤其在建築物之垂直通道內，更容易向上竄升，甚至會佈滿 逃生安全梯或進入昇降機間，使人員逃生困難及影響消防隊員救災工 作。因此，對於既有合法建築物的相關消防檢測必須確實執行，尤其 xii.
(19) 摘要. 是緊急昇降機的運作是否正常與排煙量是否符合法規應特別注意。 z 中長期建議 主辦機關：內政部建築研究所 協辦機關：內政部營建署、內政部消防署 建築物發生火災時，一般均利用雲梯車進行搶救，然而高層建築 物由於高度過高，雲梯車受其機械性之限制，不能進行有效率搶救 時，常造成重大傷亡，因此高層建築物，在設計階段便應提供適當之 安全設備，以克服消防救災之缺陷。 但在高層建築的火災時，消防人員無法背負太重的消防設備及器 具經由安全梯步行至火場中，所以，高層建築物內作為消防隊員滅火 搶救之「緊急昇降機」則為相當重要的避難及安全救人的通道，因此 於我國建築技術規則及消防法規內明訂此類設備皆應有排煙設備，其 目的就是防止火災發生時濃煙進入該空間內阻礙救災及逃生的路徑。 而現今原有合法建築物在垂直豎穴區劃之防煙能力相當薄弱。所 以緊急昇降機間之排煙設備及防排煙系統設計規劃，為消防安全防災 計畫中不可或缺之部份。. xiii.
(20) 既有合法建築物特別安全梯及緊急昇降機間排煙效能改善與驗證. xiv.
(21) 摘要. ABSTRACT Keywords：smoke exhaust system of lobby、smoke barriers、 performance improvement、computer simulation. The Ministry of interior announced new “Existing building fire safety improvement regulations” on 2007 May 16. All using buildings are included for fire safety evaluation. It can prove that the fire safety aspects are important issues for our government. The smoke control in lobby or stairwell of emergency elevator is one of important indications for improvement. But for considering the existing buildings have the problems for reconstruction the smoke exhaust system on the limited ceiling heights or spaces, using the smoke barriers concepts are suggested for improving the smoke performance of existing buildings. The project will include lobby and elevator shaft two parts to investigate the improvement of smoke control systems in existing buildings. In addition to theoretical studies (computer simulation), one or two cases will study by experimentally. The performance of improvement of smoke control system of lobby will provide after comparison the reconstruction on field buildings. Some useful design parameters will provide for designing reference.. xv.
(22) 既有合法建築物特別安全梯及緊急昇降機間排煙效能改善與驗證. xvi.
(23) 第一章 緒論. 第一章 緒論 第一節 研究背景 為提昇舊有建築物之消防安全，確保公共安全，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，並於民國八十四年二月十五日發布施行「舊有建築物防火 避難設施及消防設備改善辦法」 ，又於民國 94 年 5 月新頒布為「原有 合法建築物防火避難設施及消防設備改善辦法」，明文規定防火區 劃、樓梯、排煙設備、安全梯、消防設備等各項改善項目與方式，主 要用意在維護舊有建築物的防火安全以及梯間排煙設備的改善。 但由於近年來建築防火觀念改變與技術之進步，其相關消防法 令、建築技術規則有關防火避難設施之規定相繼訂定、修正，以致舊 有建築物經常因構造、結構因素或現有空間尺度，難以符合現行法令 規定，而要求其強制改善，否則將面臨停止使用甚至強制拆除之處 罰。以防火避難之功能而言，其執行方式確有檢討及改正的必要，為 保障人民權益及實際執行需要，於是促成了其修正案的出現，並於近 日公布實行。 相較舊版的改善辦法，新版的改善辦法最大的進步莫過於採用 「性能法規」的管理觀念，即對無法依現行法今規定改善之舊有建築 物，以性能相同之替代性改善計畫進行改善，以解決實質因難，同時 達到維護公共安全的目的。. 1.
(24) 既有合法建築物特別安全梯及緊急昇降機間排煙效能改善與驗證. 第二節 研究目的 無論對建築物內部之避難逃生人員或進入火場進行搶救活動之 消防人員而言，煙乃火場中之第一殺手。火場中傷亡人員，多受濃煙、 毒煙之侵害，因此，防排煙遂成了建築防火避難設計上最重要之一 環。在火災發生時煙之流動常無法完全掌控，在某些人為疏忽下（如 防火安全門未關閉），濃煙會因高溫膨脹及熱浮力效應，快速向低壓 區流竄，尤其在建築物之垂直通道內，更容易向上竄升，甚至會佈滿 逃生安全梯或進入昇降機間，使人員逃生困難及影響消防隊員救災。 建築物之安全梯與特別安全梯為建築物內部人員避難逃生之重 要路極，也是消防人員進入火場進行救災之途徑，已有著名案例印 證，如美國在 1980 年著名之 Las Vegas MGM Grand Hotel [1]火災中， 煙自電梯通道，由一樓流竄上層，造成眾多之傷亡。維持一個無煙之 安全梯問，不但對於逃生避難及救災極為重要，其亦有防止高溫之煙 霧流竄之功能，避免火災所造成之傷亡。 建築物發生火災時，一般均利用雲梯車進行搶救，然而高層建築 物由於高度過高，雲梯車受其機械性之限制，不能進行有效率搶救 時，常造成重大傷亡，因此高層建築物，在設計階段便應提供適當之 安全設備，以克服消防救災之缺陷。但在高層建築的火災時，消防人 員無法背負太重的消防設備及器具經由安全梯步行至火場中，所以， 高層建築物內作為消防隊員滅火搶救之「緊急昇降機」則為相當重要 的避難及安全救人的通道，因此於我國建築技術規則及消防法規內明 訂此類設備皆應有排煙設備，其目的就是防止火災發生時濃煙進入該 空間內以阻礙救災及逃生的路徑。而現今原有合法建築物在垂直豎穴. 2.
(25) 第一章 緒論. 區劃之防煙能力相當薄弱。所以緊急昇降機間之排煙設備及防排煙系 統設計規劃，為消防安全防災計畫中不可或缺之部份。 內政部營建署於 93 年修訂建築技術規則設計施工篇第 107 條規 定梯間排煙室除開向特別安全梯外僅有一處出入口且不得直接連接 居室，使得原有合法建築物在梯間排煙室部分因大都有多處開口造成 無法符合現有條例且也無從驗證梯間排煙效能。同時在豎穴機道區劃 也考慮其為濃煙竄昇的可能管道，例如緊急昇降梯之豎穴機道間有可 能因車廂上下移動產生活塞效應，如沒有封閉可能會成為煙流垂直漫 延的通道。本計劃除採用電腦模擬分析進行梯間及豎穴機道間防煙理 論分析外也將以實際案例進行現場防/排煙效能實測與驗證。因此本 研究探討原有合法建築物特別安全梯及緊急升降梯間排煙設計是否 因法規修改造成原有合法建築物之梯間排煙系統無法適用於新法 規，但在不影響人員避難安全之前提下，如何以可行之工程設計手法 加以改善為本研究之主要目的。. 第三節 研究內容 內政部營建署於 2007 年 5 月 16 日新頒布「原有合法建築物防火 避難設施及消防設備改善辦法」，已將現有建築物全部納入檢討，以 取代「舊有建築物防火避難設施及消防設備改善辦法」的規定檢討， 足見政府對於公共安全的重視。在「原有合法建築物防火避難設施及 消防設備改善辦法」第二十三條第四款提及梯間出入口遮煙性能之加 強，但為考慮原有建築物使用現況，再增設機械排煙設備有其困難， 因此重點將在於特別安全梯及緊急昇降機間（以下簡稱梯間）的遮煙 與阻煙的性能，以防止濃煙進入梯間成為人員逃生的障礙，因此本年 度計劃將針對梯間區劃，包括排煙室區劃及豎穴機道區劃進行研究， 3.
(26) 既有合法建築物特別安全梯及緊急昇降機間排煙效能改善與驗證. 以評估採用『遮煙』工法設計的可行性以及相關參數的研擬。 研究內容上除探討理論分析（電腦模擬）外，同時也考慮計劃結 果之落實，將以 1 到 2 個實際案例，進行『遮煙』措施實際改善，評 估排/防煙改善前後的性能差異，以瞭解設計參數可用範圍。. 第四節 研究方法與進行步驟 原有合法建築物有其既存之結構，室內型態與使用及樓層高度限 制，實已降低重新增設排煙開口、排煙管道或排煙設備系統的可能 性，且對於舊有建築物具破壞性且成本高，相對降低業主改善之意 願，因此本計劃將研究以『遮煙』方式，以防止煙流由火災區經由垂 直豎穴空間漫延至其他樓層作為研究主軸。梯間排煙室為避難逃生最 重要之通道之一，如何確保梯間排煙之功能為維護人員避難逃生成功 與否之關鍵，因此本研究探討梯間空間之排煙設備，排煙功能評估與 性能驗證，包括（a）排煙室（含區劃開口部之變動）（b）豎穴機道 兩大部分，再配合 1 到 2 個實測案列進行實際建築特別安全梯及緊急 昇降機間排煙性能改善前後之比較分析。 承上所述，本研究流程可如圖 1.1 所示：. 4.
(27) 第一章 緒論. 原有合法建築物特別安全及緊急昇降機間排煙效能改善與 驗證研究. 國內外建築防煙措施及設計工法之收集. 不同法規時期梯間排煙性能之比較分析. 電腦理論分析. 梯間加壓防煙性能分析. 梯間遮煙性能改善. 實際案例改善分析. 提出原有合法建築特別安全梯間及緊急昇降梯間排煙 效能之改善工程技術及新產品造價分析. 計畫完成 圖 1.1 研究流程圖 （資料來源：本研究整理）. 5.
(28) 既有合法建築物特別安全梯及緊急昇降機間排煙效能改善與驗證. 6.
(29) 第二章 煙的控制與相關法規探討. 第二章 煙的控制與相關法規探討 第一節 煙的危害與煙層流動 火災中煙流會降低能見度而阻礙人員避難逃生。能見度的高低取 決於煙的成份、濃度、微粒的大小與多寡、分佈情況、照明設備及人 員現場的心理狀態。所產生具有刺激性及痲痺性的成份的有毒物質， 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導致昏 迷、休克，嚴重的話甚至會死亡。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、呼吸道及肺的疼痛，接 著造成呼吸困難等症狀。在未達閃燃點前火災中所產生的痲痺性有毒 氣體其成份主為一氧化碳與氰化物。 火災中除了有毒氣體外，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及呼吸道灼傷，而濃煙微粒也會使人員 在避難路線上遭受封阻，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 8～10m 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，但還不至於造成使人昏厥的現象。 如果暴露於上述煙流時間小於五分鐘將不至於吸入過量的痲痺 性有毒氣體而昏厥，因此針對短時間的火災區域暴露的限制時間可以 煙可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。當皮膚在超過 1.7 KW/m2 的環境 下便會受到傷害，依傷害程度不同而造成輕度、重度灼傷，甚至於死 亡。熱輻射值達 3.0 KW/m2 時，皮膚暴露超過 10 秒就會造成傷害，. 7.
(30) 既有合法建築物特別安全梯及緊急昇降機間排煙效能改善與驗證. 而達 7.0 KW/m2 時，暴露超過 2 秒即會燒傷。人體暴露在一般有毒氣 體之情況如下表 2.1 所示，而人體承受危害程度的指標分析[16][17] 如下表 2.2 所示。 表 2.1 人體暴露在有毒氣體之情況 5 分鐘. 30 分 鐘. 化學成份. 昏厥或無法行動. 死亡. 昏厥或無法行動. 死亡. CO ( ppm ). 6000. 12000. 1000. 2500. HCN( ppm ). 150. 250. 90. HCl ( ppm ). 500. 16000. 200. 170 <12﹪. （資料來源：參考書目 16、17） 表 2.2 人體承受危害程度之指標分析表 火場溫度 有毒氣體 煙層濃度 熱輻射值. 承 受 極 限 氣流溫度需低於 60℃ CO 濃度需低於 1400ppm CO2 濃度需低於 5﹪ 能見度不得低於 8m 不得超過 1.7 KW/m2. （資料來源：參考書目 16、17） 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. 8.
(31) 第二章 煙的控制與相關法規探討. 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： 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 9.
(32) 既有合法建築物特別安全梯及緊急昇降機間排煙效能改善與驗證. 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。. 第二節 排煙裝置與功能 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。 一、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 2.1。 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. 10.
(33) 第二章 煙的控制與相關法規探討. 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。但是向 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。 二、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 2.2。 總之，無論大、小型建築或集中式、局部式排煙，一般都要注意 下列幾點： 11.
(34) 既有合法建築物特別安全梯及緊急昇降機間排煙效能改善與驗證. 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。. 進風口. 進風口. 排煙室. 圖 2.1 自然排煙示意圖 （資料來源：參考書目 10） 12. 排煙室. 圖 2.2 機械排煙示意圖.
(35) 第二章 煙的控制與相關法規探討. 第三節 法規變更內容與影響 由於近年來建築防火觀念改變與技術之進步，其相關消防法令、 建築技術規則有關防火避難設施之規定相繼訂定、修正，以致舊有建 築物經常因構造、結構因素或現有空間尺度，難以符合現行法令規 定，而要求其強制改善，否則將面臨停止使用甚至強制拆除之處罰。 相較舊版的改善辦法，新版的改善辦法最大的進步莫過於採用 「性能法規」的管理觀念，即對無法依現行法今規定改善之舊有建築 物，以性能相同之替代性改善計畫進行改善，以解決實質因難，同時 達到維護公共安全的目的。 內政部營建署於 2007 年 5 月 16 日新頒布「原有合法建築物防火 避難設施及消防設備改善辦法」，已將現有建築物全部納入檢討，以 取代「舊有建築物防火避難設施及消防設備改善辦法」的規定檢討。 在「原有合法建築物防火避難設施及消防設備改善辦法」中特別安全 梯梯間的防/排煙功能為改善的重點之一，但為考慮原有建築物使用 現況，再增設機械排煙設備有其困難，因此重點將在於特別安全梯及 緊急昇降機間的遮煙與阻煙的性能，以防止濃煙進入梯間成為人員逃 生的障礙。 在本節將針對「建築技術規則」與「消防安全法令」中，對特別 安全梯及緊急昇降機間相關法規的變更列表整理，可比較二十年來的 法規變更內容及趨勢。其中建築技術規則第九十七條與一百零七條在 七十一年與九十四年間未做更改。與本研究相關的消防法規從八十五 年至九十五年內容並未更改。. 13.
(36) 既有合法建築物特別安全梯及緊急昇降機間排煙效能改善與驗證. 表 2.3 建築技術規則法規變更內容與說明 710615 公布條文. 現行條文. 第九十七條 第九十七條 （安全梯之構造）安全梯之構造，依下列規 安全梯之構造，依下列規定： 定： 一、室內安全梯之構造： 一、室內安全梯之構造： (一) 安全梯間四周牆壁除外牆依前章 (一) 安 全 梯 間 四 周 牆 壁 應 為 防 火 構 規定外，應具有一小時以上防火 造，天花板及牆面，應以不燃材 時效，天花板及牆面之裝修材料 料裝修。 並以耐燃一級材料為限。 (二) 進入安全梯之出入口，應裝設安 (二) 進入安全梯之出入口，應裝設具 全門，其構造應符合甲種防火門 有一小時以上防火時效且具有半 或鑲嵌鐵絲網玻璃之乙種防火 小時以上阻熱性之防火門，並不 門，並不得設置門檻；安全門之 得設置門檻；其寬度不得小於九 寬度不得小於安全梯之寬度。除 十公分。 供住宅使用者外，安全門應向避 二、戶外安全梯之構造： 難方向開啟。 (一) 安全梯間四週之牆壁除外牆依前 二、戶外安全梯之構造： 章規定外，應具有一小時以上之 (一) 安全梯應為防火構造。 防火時效。 (二) 安全梯與建築物任一開口間之距 (二) 安全梯與建築物任一開口間之距 離，除至安全梯之安全門外，不 離，除至安全梯之防火門外，不 得小於二公尺。但開口面積在一 得小於二公尺。但開口面積在一 平方公尺以內，並裝置鑲嵌鐵絲 平方公尺以內，並裝置具有半小 網之固定玻璃者，不在此限。 時以上之防火時效之防火設備 (三) 出入口應裝設符合甲種防火門或 者，不在此限。 鑲嵌鐵絲網玻璃之乙種防火門規 (三) 出入口應裝設具有一小時以上防 定之安全門，但以室外走廊連接 火時效且具有半小時以上阻熱性 安全梯者，其出入口得免裝設安 之防火門，並不得設置門檻，其 全門。 寬度不得小於九十公分。但以室 三、特別安全梯之構造： 外走廊連接安全梯者，其出入口 (一) 自室內至安全梯，應經由陽台或 得免裝設防火門。 本編規定之排煙室，使得進入； 三、特別安全梯之構造： 樓梯間及排煙室之四周牆壁應為 (一) 樓梯間及排煙室之四週牆壁除外 防火構造，其天花板及牆面之裝 牆依前章規定外，應具有一小時 修，應為不燃材料。 以上防火時效，其天花板及牆面 之裝修，應為耐燃一級材料。管 道間之維修孔，並不得開向樓梯. 14.
(37) 第二章 煙的控制與相關法規探討. 間。 安全梯之樓梯間於避難層之出入口，應 裝設具一小時防火時效之防火門。 建築物各棟設置之安全梯，應至少有一座於 各樓層僅設一處出入口且不得直接連接居 室。. 第一百零七條 第一百零七條 緊急用昇降機之構造除本編第二章第十 緊急用昇降機之構造除本編第二章第十 二節及建築設備編對昇降機有關機廂、機 二節及建築設備編對昇降機有關機廂、機 道、機械間安全裝置、結構計算等之規定外，道、機械間安全裝置、結構計算等之規定外， 並應依下列規定： 並應依左列規定： 一、機間： 一、機間： （一）四 周 應 為 防 火 牆 及 防 火 樓 板 構 （一）四周應為具有一小時以上防火時 造，其天花板及牆面裝修，應使 效之牆壁及樓板，其天花板及牆 用不燃材料，其出入口應為甲種 面裝修，應使用耐燃一級材料。 防火門。除供住宅使用者外，防 （二）出入口應為具有一小時以上防火 火門應向避難方向開啟。 時效之防火門。除開向特別安全 （五）每座昇降機占樓地板面積不得小 梯外，限設一處，且不得直接連 於十平方公尺。 接居室。 二、機間在避難層之位置，自昇降機出口或 （六）每座昇降機之樓地板面積不得小 昇降機間之出入口至通往戶外出入口之 於十平方公尺。 步行距離不得大於三十公尺。戶外出入 二、機間在避難層之位置，自昇降機出口或 口並應臨接寬四公尺以上之道路或通 昇降機間之出入口至通往戶外出入口之 道。 步行距離不得大於三十公尺。戶外出入 三、機道應每二部昇降機以防火牆隔開，但 口並應臨接寬四公尺以上之道路或通 川堂部分及連接機械間之鋼索、電線等 道。 周圍，不在此限。 三、機道應每二部昇降機以具有一小時以上 昇降速度不得小於每分鐘六十公尺。 防火時效之牆壁隔開，但連接機間之出 入口部分及連接機械間之鋼索、電線等 周圍，不在此限。 一、 昇降速度每分鐘不得小於六十公尺。. （資料來源：本研究整理）. 15.
(38) 既有合法建築物特別安全梯及緊急昇降機間排煙效能改善與驗證. 表 2.4 消防安全法令變更內容與說明 951215 前之法規. 951215 後修正條文. 第一百八十八條 第一百八十八條 第一項第一款至第四款排煙設備，依下列規 第一項第一款至第四款排煙設備，依下列規 定設置： 定設置： 三、 依第一款、第二款區劃（以下稱為防煙 三、 排煙口設手動開關裝置及探測器連動自 區劃）之範圍內，任一位置至排煙口之 動開關裝置；以該等裝置或遠隔操作開 水平距離在三十公尺以下，排煙口設於 關裝置開啟，平時保持關閉狀態，開口 天花板或其下方八十公分範圍內，除直 葉片之構造應不受開啟時所生氣流之影 接面向戶外，應與排煙風管連接。但排 響而關閉。手動開關裝置用手操作部分 煙口設在天花板下方，防煙壁下垂高度 應設於距離樓地板面八十公分以上一百 未達八十公分時，排煙口應設在該防煙 五十公分以下之牆面，裝置於天花板 壁之下垂高度內。 時，應設操作垂鍊或垂桿在距離樓地板 八、 排煙口之開口面積在防煙區劃面積之百 一百八十公分之位置，並標示簡易之操 分之二以上，且以自然方式直接排至戶 作方式。 外。排煙口無法以自然方式直接排至戶 四、 排煙口之開口面積在防煙區劃面積之百 外時，應設排煙機。 分之二以上，且以自然方式直接排至戶 九、 前款之排煙機能隨任一排煙口之開啟而 外。排煙口無法以自然方式直接排至戶 動作，其排煙量在每分鐘一百二十立方 外時，應設排煙機。 公尺以上，且在一防煙區劃時，在該防 五、 排煙機應隨任一排煙口之開啟而動作。 煙區劃面積每平方公尺每分鐘一立方公 排煙機之排煙量在每分鐘一百二十立方 尺以上，在二區以上之防煙區劃時，在 公尺以上；且在一防煙區劃時，在該防 最大防煙區劃面積每平方公尺每分鐘二 煙區劃面積每平方公尺每分鐘一立方公 立方公尺以上。但地下建築物之地下通 尺以上；在二區以上之防煙區劃時，在 最大防煙區劃面積每平方公尺每分鐘二 道，其總排煙量應在每分鐘六百立方公 立方公尺以上。但地下建築物之地下通 尺以上。 道，其總排煙量應在每分鐘六百立方公 十、 連接緊急電源，其供電容量應供其有效 尺以上。 動作三十分鐘以上。 十一、 排煙口直接面向戶外且常時開啟 六、 連接緊急電源，其供電容量應供其有效 動作三十分鐘以上。 者，得不受第六款、第七款及前款之限 制。前項之防煙壁，指以不燃材料建造，七、 排煙口直接面向戶外且常時開啟者，得 不受第六款及前款之限制。 自天花板下垂五十公分以上之垂壁或具 有同等以上阻止煙流動構造者。但地下 前項之防煙壁，指以不燃材料建造，自天花 建築物之地下通道，防煙壁應自天花板 板下垂五十公分以上之垂壁或具有同等以上 阻止煙流動構造者。但地下建築物之地下通 下垂八十公分以上。 道，防煙壁應自天花板下垂八十公分以上。. 16.
(39) 第二章 煙的控制與相關法規探討. 第一百八十九條 第一百八十九條 特別安全梯或緊急昇降機間排煙室之排煙設 特別安全梯或緊急昇降機間排煙室之排煙設 備，依下列規定選擇設置： 備，依下列規定選擇設置： 二、 設置排煙、進風風管時，應符合下列規 二、 設置排煙、進風風管時，應符合下列規 定： 定： (一) 排煙風管貫穿防火區劃時，在貫 (一) 排 煙 、 進 風 風 管 貫 穿 防 火 區 劃 穿處設防火閘門，其與貫穿部位 時，應在貫穿處設防火閘門，該 合成之構造，並具一小時以上之 閘門應符合排煙設備用閘門認可 防火時效；排煙風管跨樓層設置 基準之規定；該風管與貫穿部位 時，其立管應置於防火區劃之管 合成之構造應具所貫穿構造之防 道間。但設置之風管具防火性能 火時效；其跨樓層設置時，立管 並經中央消防主管機關認可，該 應置於防火區劃之管道間。但設 風管與貫穿部位合成之構造具一 置之風管具防火性能並經中央消 小時以上之防火時效，且其排煙 防主管機關認可，該風管與貫穿 口設排煙防火閘門者，不在此限。 部位合成之構造具所貫穿構造之 (二) 排煙口及進風口設排煙閘門。排 防火時效者，不在此限。 煙口位於天花板高度二分之一以 (二) 排煙口位於天花板高度二分之一 上之範圍內，開口面積在四平方 以上之範圍內，與直接連通戶外 公尺（兼用時，為六平方公尺） 之排煙風管連接，該風管並連接 以上，並與排煙風管連接。進風 排煙機。進風口位於天花板高度 口位於天花板高度二分之一以下 二分之一以下之範圍內；其直接 之範圍內，開口面積在一平方公 面向戶外，開口面積在一平方公 尺（兼用時，為一點五平方公尺） 尺（兼用時，為一點五平方公尺） 以上，並與進風風管連接。但排 以上；或與直接連通戶外之進風 煙口或進風口位於防火區劃貫穿 風管連接，該風管並連接進風機。 處時，應設排煙防火閘門。 (三) 排煙機、進風機之排煙量、進風 (三) 排煙風管內部斷面積在六平方公 量在每秒四立方公尺（兼用時， 尺（兼用時，為九平方公尺）以 每秒六立方公尺）以上，且可隨 上，進風風管內部斷面積在二平 排煙口、進風口開啟而自動啟動。 方公尺（兼用時，為三平方公尺） (四) 進風口、排煙口依前款第四目設 以上，該等風管並直接連通戶外。 手動開關裝置及探測器連動自動 (四) 設有排煙量、進風量在每秒四立 開關裝置；除以該等裝置或遠隔 方公尺（兼用時，每秒六立方公 操作開關裝置開啟外，平時保持 尺）以上，且可隨排煙口、進風 關閉狀態，開口葉片之構造應不 口開啟而自動啟動之排煙機、進 受開啟時所生氣流之影響而關 風機者，得不受本款第二目及第 閉。 三目排煙口、進風口開口面積及 風管內部斷面積之限制。 17.
(40) 既有合法建築物特別安全梯及緊急昇降機間排煙效能改善與驗證. 進風口、排煙口依前款第四目設 手動開關裝置及偵煙式探測器連 動開關裝置，火災時，除以手動 開關裝置或偵煙式探測器連動開 啟外，應保持關閉狀態。. (五). （資料來源：本研究整理） 其中「建築技術規則」的第一百條、一百零一條、一百零二條與 「消防安全法令」的第一百九十條，雖均與本研究有關，但因近年來 的變動並不大，故不予以列出。 從以上法規的變更，可看出以下幾點變化： 一、. 法規更具體且量化的表示，如：以「應裝設具有一小時以上 防火時效及半小時以上阻熱性之防火門」取代『裝設符合甲 種防火門或鑲嵌鐵絲網玻璃之乙種防火門規定之安全門』。. 二、. 在「建築技術規則」第九十七條新增： 『安全梯之樓梯間於避 難層之出入口，應裝設具一小時防火時效之防火門。建築物 各棟設置之安全梯，應至少有一座於各樓層僅設一處出入口 且不得直接連接居室。』. 三、. 除此之外，其要求之項目不外乎下列幾項：. (一) 構造：均應為防火構造。 (二) 裝修材料：應以不燃材料裝修（戶外安全梯除外） 。 (三) 出入口：防火門、寬度及開啟方向。 (四) 緊急電源與照明設備：必須設置（戶外安全梯除外）。 (五) 開口部：面積大小、距離因素及固定窗與否。. 18.
(41) 第三章 梯間排煙改善策略. 第三章 梯間排煙改善策略 第一節. 梯間排煙設備評估*. 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；另一為梯間排煙室風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，如遮煙 幕。第二種情況就梯間排煙室風量無法滿足現行法規之要求，則需考 慮增加風機風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 Fricition Method）的設計原理，是假設系統中 ，unut fricition rate） 所有管段的單位長度全壓損失 F（又稱單位摩擦率 R 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 ∑ L e 而言，即 FR =. ΔP L + ∑ Le. （3.1）. 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。 ＊本節為 94 年“建築火災煙控性能提升之研究(I)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”已完成之內容。. 19.
(42) 既有合法建築物特別安全梯及緊急昇降機間排煙效能改善與驗證. 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 外，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 ，進而全出單位摩擦率。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. （3.2）. 4Q ⋅D VD πD 2 4Q = = Re = ν ν πDν. （3.3）. ※ 其中 V 為速度;ν為黏滯係數;Q 為流量;D 為管徑。 將（3.3）是代入下式摩擦因子的半經驗 Altshul-Tsal 方程式，可 得到（3.5）式摩擦因子與圓管的關係 ⎛ e 68 ⎞ ⎟⎟ + f ′ = 0.11⎜⎜ ⎝ D f Re ⎠. 0.25. （3.4）. 若 f ′ ≥ 0.018 : f = f ′ 若 f ′ < 0.018 : f = 0.85f ′ + 0.0028 ※其中ε為絕對粗操度；Df 為等效直徑。 ⎛ ⎞ ⎜ε ⎟ 68 ⎟ f = 0.11⎜ + 4Q ⎟ ⎜D ⎜ ⎟ πDν ⎠ ⎝. 20. 0.25. ⎛ ε 17πDν = 0.11⎜⎜ + Q ⎝D. ⎞ ⎟⎟ ⎠. 0.25. （3.5）.
(43) 第三章 梯間排煙改善策略. 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： ⎛ fL ⎞ ΔV 2 ΔPt = ΔPf + ΔPd = ⎜⎜ + ∑ C ⎟⎟ ⋅ ⎝ Df ⎠ 2 f (L + ∑ L e ) ΔV 2 = ⋅ Df 2. （3.6）. 假設選定的等摩擦率為 FR，則由（3.1）式及（3.6）式可得 FR =. f ρV 2 ΔP = ⋅ L + ∑ Le D 2. （3.7）. 將（3.3）式及（3.5）式代入（3.7）式，可得等摩擦率與管徑的關係 為 ⎛ ε 17πDν 0.88 ρQ ⎜⎜ + Q ⎝D FR (D ) = 2 5 π D 2. ⎞ ⎟⎟ ⎠. 0.25. （3.8）. 其中ρ為空氣密度。 因此若給定一管段的等摩擦率 FR，即可利用數值方法的方式求 解（3.8）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。再決定管路系統的 風機時，必須先找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（3.9）式 決定. 21.
(44) 既有合法建築物特別安全梯及緊急昇降機間排煙效能改善與驗證 m. n. i =1. j=1. Pfan = ∑ ΔPt,i + ∑ ΔPt, j + SEFs + SEFd. （3.9）. 其中 Pfan：風機所需的全壓（Pa） m. ∑ ΔP i =1. t,i. n. ∑ ΔP j=1. t, j. ：送風側關鍵路徑上的壓降（Pa）. ：回風側關鍵路徑上的壓降（Pa）. M：送風側關鍵路徑上的總管路數 n：回風側關鍵路徑上的總管路數 SEFs：由於風機出口條件造成的系統效應因子（Pa） SEFd：由於風機入口條件造成的系統效應因子（Pa） 4.摩擦法的計算程序可歸納如下： a.定適當的單位摩擦率，或者先決定適當的主管段流速，再求出主管 段的單位摩擦率。 b.假定所有管段的單位摩擦率皆相等，由（3.8）式求出各管段的管徑。 c.由（4.6）式計算各管段的全壓損失。 d.將各路徑上的全壓損失相加，並找出關鍵路徑，再由（4.9）式求出 風機所需提供的全壓。 等摩擦法由於其計算程序不致太複雜，所以設計者沒有電腦的輔 助，仍可靠摩擦線圖進行管段的設計。由於等摩擦法設計風管系統， 會使系統具有流速由上游往下游逐漸遞減的特色，因此只要將容許的 最高流速設定於主管段，就可將系統中的流速限定在此範圍內。但是. 22.
(45) 第三章 梯間排煙改善策略. 對於管路系統中各管段長度變化相當大時，由（4.8）式可知所設計 出的系統必然有嚴重的壓力不平衡性。管段尺寸尚未決定前，就必須 先已估計的方式決定配件損失係數，所得結果的精確性因而降低。等 摩擦法適用的場合為對稱型的系統，也就是各路徑總長度或總等效長 度相當接近系統，在對稱系統中使用等摩擦法設計將可以得到良好的 壓力平衡。 二、管路系統之守恆定律 1.質量守恆 對於系統中的某節點 a 而言，流入的總體積流率必定等於流出的 總體積流率，即. ∑Q. a,in. = ∑ Q a,out. （4.10）. 以圖 3.1 所示的五管路系統為例，以下各式恆成立 節點 a： Q1 = Q 2 + Q 4 節點 b： Q 2 = Q 3 + Q 5. 圖 3.1 五管路系統簡圖 （資料來源：參考書目 10） 23.
(46) 既有合法建築物特別安全梯及緊急昇降機間排煙效能改善與驗證. 2.能量守恆 管路系統中流體的全壓降代表具有的總機械能，且最佳管路系統 其各路徑的總全壓降須相等，其可用能量守恆來表示。對於系統中的 某節點 a 而言，流體在 a 點所具有的全壓必定等於以 a 點為起點的子 路徑上之總全壓降，即 Pt,a =. ∑ ΔP. （4.11）. t. subpath. 如圖 3.1 所示的五管路系統為例，以下各式恆成立： 節點 a： Pt,a = Pt,2 + Pt,3 = Pt,2 + Pt,5 = Pt,4 節點 b： Pt,b = Pt,3 = Pt,5 3.排煙梯間之壓力損失 將排煙梯間以控制體積質量守恆的觀念來看，如圖 3.2 所示：. Vin. 排煙梯間. ΔPe =. Vout. 2 ρ (Vin2 - Vout ). 2. 圖 3.2 排煙梯間之壓力損失 （資料來源：參考書目 10） 圖中 ΔPe 為排煙梯間的壓力損失，其為進入及排出之速度所造 成，當排出風速大於進入風速時才有負壓產生，進氣口處才有可能進 24.
(47) 第三章 梯間排煙改善策略. 氣；反之，若進入風速大於或等於排出風速時穎正壓產生，進氣口處 不可能進氣。. 第二節 改善步驟 上述是評估排煙室中的排煙設備性能，但對於擁有良好性能的排 煙設備卻不能確保排煙室乾淨的建築物，如許多原有建築物的梯間排 煙室設置兩個以上開口，使排煙室無法發揮其功能。因此，本研究的 重點在於此現況的解決策略。由於有兩個以上的開口時容易造成排煙 室的排煙效果受到影響，針對建築物中的多開口不能直接將其封閉， 因此法勢必會讓業主及住戶反彈甚大，因此必須採用性能式煙控工法 來解決，改善步驟如圖 3.3 所示。圖中灰底部份為排煙設備的改善步 驟。 必須先確定排煙室原本是採用自然排煙、機械排煙或是無排煙系 統。自然排煙和無排煙系統本身沒有裝設機械風機，所以無法採用正 壓防煙工法，所以可採取裝設遮煙幕。而機械排煙可分為負壓排煙和 正壓防煙，負壓排煙在近幾年的防排煙觀念已經備受質疑。負壓排煙 的機械風機可以調整為正壓防煙，但若無法調整的話亦可採用遮煙 幕。正壓防煙則可對機械風機稍作微調，確認防煙壓力是否有達到標 準 12.5 Pa 以上。當決定改善策略後，必須做安全檢驗，確定防煙效 果可達預期，確定防煙壓力有達到標準。通過安全檢驗後，則此性能 工法可符合現有法規的標準。 策略的選擇可參照圖 3.3 所示，因建築物本身的條件有所不同而 有所改變，了解各種防排煙工法，在選擇最適合的策略上也是很重要 的。. 25.
(48) 既有合法建築物特別安全梯及緊急昇降機間排煙效能改善與驗證. 既有不符合法規之建築物 消防排煙系統. 建築區劃構造. (. 閘門緊密. ) 負壓排煙. 正壓防煙. 排煙口位置錯誤. 排煙量不足. 排煙室開口數目不符法規. 梯間垂直區劃 電梯門. 自然排煙. 機械排煙工法. 機械設備排煙 管路共用. 防煙區劃破壞. 防煙/阻煙策略. 不可行. 可行. 評估壓力達防煙效果. 改善後性能評估 為 94 年原有合法 建築物防火避難空間. 合乎法規標準. 防煙改善技術與驗證 之研究計畫內容。. 圖 3.3 梯間排煙改善步驟示意圖 （資料來源：本研究整理） 26. 不可行. 可行. 調整為正壓防煙. 提出改善策略. 裝設遮煙幕.
(49) 第三章 梯間排煙改善策略. 第三節 機械設備排煙改善策略* 本節針對原有合法建築物的機械設備排煙改善策略擷取 94 年” 建築火災煙控性能提升之研究(I)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”的重點內容來比較說明，藉由對國內目前原 有合法建築物進行嚐試的取樣調查，以了解不符法規的類別，以及原 有合法建築物的防火避難安全現況。 就目前建築物常見排煙性能不足之問題，整理分析如下： 一、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。 ＊. 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或閘門，就 直接更換，若不行的話，則採取性能是替代方案來解決。 二、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汙 染，所以這是不適當的。. ＊. 改善策略： ＊本節為 94 年“建築火災煙控性能提升之研究(I)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”已完成之內容。 27.
(50) 既有合法建築物特別安全梯及緊急昇降機間排煙效能改善與驗證. 在結構空間尺寸的允許下，將原有的排煙口或補氣口，則一將其 封閉，並再適當的位置開一個新的排煙口或補氣口，來解決此問題。 三、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。 ＊. 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。. 第四節 梯間排煙改善策略比較 上述所提是排煙設備所面對的問題以及其改善策略，本研究著重 於緊急昇降梯與特別安全梯間的排煙性能來提出改善策略，因兩者所 強調的功能是不一樣的，所以在改善策略上也是有所差異的，以下將 會詳述排煙室的改善策略。 一、自然排煙： 自然排煙的原理是利用煙本身的熱浮力，經由開口或者是門窗， 自然向外排煙。完全利用煙本身的動能，不加任何的機械壓力，所以 這是一個最簡單而且費用低廉的方法。只要室外溫度低於室內，或者 室內壓力高於室外，煙霧就會向外排出。在同時室外較冷的空氣也會 從室內的下方流進，根據質量守恆，排出的煙和進入的空氣會相等， 也因此形成一個局部對流。 28.
(51) 第三章 梯間排煙改善策略. 自然排煙的排煙口一般設置在天花板下 80 公分的地方，如果排 煙口為一般窗戶也應設置在牆壁高度二分之一以上。進氣口則一定是 設置煙層下方，而且越低效果越好。 自然排煙原則上是排向室外，但對於許多高樓大廈並無法對外裝 設窗口，故可利用煙塔或天井達到排煙的效果。煙塔或天井由於不是 直接面向外邊，所以直接減少了風向的影響，但也增加了煙囪效應。 相對於在外牆設置窗口，煙塔或天井所付出的花費以及裝設難易度卻 相對較大，也因此自然排煙雖為設備和原理簡單的排煙方法，但是在 設計上還是必須考慮建築物的高度、風向、開口或窗戶的位置和開口 面積的大小，如有設計不良皆會造成在火災時無法達到應有的效果。 二、負壓排煙： 負壓排煙為目前最常見的排煙系統，負壓排煙的使用目的是為了 火災發生時，讓人們在濃煙還沒有充滿整個火場空間時有足夠的時間 可以逃生。負壓排煙系統主要是確保濃煙可以保持在空間的上層，使 得下層可以保有更多的新鮮空氣，讓人們可以吸到新鮮空氣，增加逃 生成功的可能性。當火災發生時，會不斷的燃燒產生大量的濃煙，而 高溫煙層會因熱浮力影響而不斷上升，並造成明顯的層溫結果。透過 計算方式，可以使排煙系統將火災造成而不斷產生的濃煙排放出去。 此種設計常用於人與火源在同一區劃空間時。 負壓排煙系統其構成包括排煙機或送風機、排煙口、進氣口和其 相應的自動控制設備，而排煙口一般是設置在天花板上或靠近天花 板，進氣口則是設置在接近地板的位置。在高層大樓還包括排煙豎井 和送風豎井等設備，所以安裝以及維護費用相當高。 三、正壓防煙： 29.
(52) 既有合法建築物特別安全梯及緊急昇降機間排煙效能改善與驗證. 近年來國內外防排煙的觀念不斷更新，負壓排煙用於排煙室此種 方法不斷受到質疑。由於此法是在濃煙已經侵入排煙室之後再將煙排 出，並非提供一個無煙的逃生空間，對於逃生人員以及消防人員這會 造成不安全感，也因此正壓防煙的觀念就此而生。 正壓防煙室利用送風機，在火災發生時，送入氣流，使排煙室產 生正壓，而使濃煙不易進入，即使防火門被突然開起也必須有足夠的 正壓力阻絕濃煙，減少濃煙進排煙室，使排煙室可以常保無煙狀態， 這也就是正壓防煙的目的。 對於排煙室的正壓防煙系統，必須考慮送風量大小，若送風量過 大，則會造成防火門開啟不易，影響人員逃生避難，而送風量過小， 則會使壓力不夠，無法阻絕濃煙進入排煙室。根據文獻[23]可知，排 煙室的壓力許高於火場 12.5 Pa 才可以達到阻煙效果，而當所有的防 火門關閉時，壓差不得超過 87 Pa，當壓差達 102 Pa 時，會使防火門 開啟困難。 正壓防煙所需要的設備和設置位置都與負壓排煙大同小異，因此 正壓防煙的設備、安裝和保養費用都不便宜。 四、遮煙幕： 由於許多現有建築物本身沒有排煙風管和排煙設備，若要使用正 壓防煙或負壓排煙皆是一項大工程，因此不使用排煙設備的防煙新工 法就開始出現。在法規要求開口必須減少的現況下，又無法實際將開 口封閉不使用，在這些情況下遮煙幕是可行的選擇。 在 1980 年美國拉斯維加斯米高梅酒店大火，造成多人於高樓上 曾因濃煙嗆死的意外，此意外震驚美國境內，也促使政府產生安全意. 30.
(53) 第三章 梯間排煙改善策略. 識，針對大樓火災濃煙問題進行研究與防護，特別針對豎穴機道濃煙 擴散的問題與建築法規之間的複雜議題，之後遮煙幕因應而生。. 圖 3.4 遮煙幕的不同開啟方式 （資料來源：本研究整理） 遮煙幕主要是用來防止濃煙經由電梯豎道漫延到其他樓層。遮煙 幕本身的氣密效果極佳，再配合建築物本身的消防系統，在火災發生 時自動啟動，如發生停電，遮煙幕也可以手動啟動。遮煙幕在設置的 時候不需去改變建築物本身裝潢，設備本身和開關都是內藏式的，裝 設完成後，外觀不會有太大的改變。相對於排煙系統需安裝風機和風 管，遮煙幕的施工也是簡單省事許多。相較於防火門的笨重，遮煙幕 的輕巧是使人員逃生可更加迅速的，而且圖 3.4 也顯示出對於行動不 便者，遮煙幕也是比防火門還要容易通過的。. 第五節 選擇基準 改善策略的選擇必須考慮建築物本身的條件，而且以業主的角度 31.
(54) 既有合法建築物特別安全梯及緊急昇降機間排煙效能改善與驗證. 而言消防安全固然重要，但在現實層面來說若需花費過高的改善預算 則會降低業主的改善意願，因此考慮改善的預算是相當重要的一環。 若要使用正壓防煙，建築物本身最好已有機械風機以及建築物本 身的排煙管道已相當完整。如果要對一棟沒有完整排煙管道的建築物 做大肆整頓，還需再購買高功率的風機，這樣的改善預算不易讓業主 接受。因此正壓防煙適合用於改善本身為負壓排煙的建築物，建築物 本身如有排煙系統期排煙管道是比較完整的，可以不用花費過多的經 費來進來改善。 在部分的現有建築物中使用年限超過 20 年以上，建築物本身並 未裝設排煙設備，如果要使用正壓防煙在實行上有極大困難，在此情 況下裝設遮煙幕會是更適合的策略，遮煙幕的使用條件相對於正壓防 煙室比較低的，且遮煙幕同樣可達到確保排煙室乾淨的功能。所以了 解各種策略的差異，並且評估建築物本身的條件來做出正確選擇是非 常重要的，本研究也將會利用實際案例分析來討論策略選擇的方法。. 32.
(55) 第四章 實驗規劃. 第四章 實驗規劃 第一節 實驗設備概述 一、實驗空間 本研究實驗進行的場所將規劃於內政部建築研究所在台南縣歸 仁鄉的「防火實驗中心」，其實驗場地平面圖如圖 4.1 所示，實際場 地圖片如圖 4.2 所示。. AA. BB A. B. C. 圖 4.1 實驗場地平面圖 （資料來源：本研究整理） 33.
(56) 既有合法建築物特別安全梯及緊急昇降機間排煙效能改善與驗證. AA BB. 圖 4.2 實驗場地實圖 （資料來源：本研究整理） 因實驗所需，於實驗場地以木板隔出適合實驗的空間作為排煙 室，如圖 4.1 所示，於 A 處的入口上方加裝一木板，並開一直徑為 46cm 的圓孔以裝設風管之用（如圖 4.2 AA 處）。於 B 處的位置加裝 一木牆，並開兩個直徑均為 46cm 的圓孔以裝設風管之用，且設置一 處與 A 處相同大小的出入口（如圖 4.2 BB 處） 。並依圖 4.3 規劃於居 室內放置發煙機模擬火災發煙，並於排煙室內設置雷射煙層量測截面 以此紀錄煙層的濃度變化，影像設備也設置於排煙室內以觀察並紀錄 煙霧是否會進入排煙室以及排煙的效果，壓力測點則是於各防火門中 央往兩側延伸約 20cm 的距離利用壓差計進行測量。 二、實驗相關設備 A. 風速、風量量測設備： 本實驗有關風速與風量量測的設備採用 TSI 風罩式風量計及 34.
(57) 第四章 實驗規劃. TESTO 熱線式風速計，其外觀如圖 4.4 及圖 4.5 所示，此風罩式風量 計可同時量測風量及風溫，其溫度量測範圍為 0℃～60℃；風量量測 範圍為 0.84～55.0 m3/min；TESTO 熱線式風速計，其風量量測範圍為 0.6～20 m/s。. 雷射截面 壓力測點. 壓力測點. 圖 4.3 實驗場地規劃圖 （資料來源：本研究整理）. 圖 4.4 風罩式流量計. 圖 4.5 熱線式風速計. （資料來源：本研究整理） 35.
(58) 既有合法建築物特別安全梯及緊急昇降機間排煙效能改善與驗證. B. 壓差量測設備： 本實驗有關壓差量測的設備採用 TESTO 壓差計，其外觀如圖 4.6 所示，此壓差計量測範圍為 0 Pa～200 Pa，解析度為±0.1 Pa。. 圖 4.6 壓差計 （資料來源：本研究整理） C. 排煙風機與風管： 實驗使用風量介於 2240~2700 m3/h，轉速大約在 1720 RPM 的風 機，經由轉接口，縮口至直徑約 46 cm 的風管，以便進行實驗，其外 觀如圖 4.7 所示。 D. 影像設備： 在實驗空間內架設影像攝影設備，可記錄使用不同的排煙策略或 是不同的壓差對於煙層的控制情形。 E. 雷射煙層量測設備 在本實驗所採用之雷射煙層量測設備主要原理為利用發射端和 接收端餘糧測距離內受煙粒子遮蔽而導致接收端之電壓變化，在透過 36.
(59) 第四章 實驗規劃. 數據擷取裝置來將電壓值輸出，後經由轉換轉變為遮蔽率與時間的關 係。電壓的變化範圍約為 3~6 伏特，當電壓值達到 4.5 伏特則表示已 達 10 米可視距離上限，架設實景如圖 4.8 與 4.9 所示。. 圖 4.7 排煙風機 （資料來源：本研究整理）. 圖 4.8 接收端與數據擷取裝置. 圖 4.9 雷射發射端. （資料來源：本研究整理） 37.
(60) 既有合法建築物特別安全梯及緊急昇降機間排煙效能改善與驗證. 圖 4.10. 發煙裝置. （資料來源：本研究整理）. 第二節 模擬分析軟體介紹 本研究以實驗為主，以模擬加以對照，目的是希望能以正確的模 擬結果減少實驗所帶來的金錢與時間的消耗，也可以作為實驗前的評 估與設計工具。 CONTAMW 軟體介紹 CONTAMW（美國國家標準與技術研究院 NIST 研製開發）這 個軟體可以幫助確定： a.. 氣流與壓力：由於機械通風、作用於建築外立面的風壓以及室 內外溫差引起的熱壓效應，建築系統記憶體在的滲入、滲出以及 房間之間的氣流與壓力。. b.. 污染物濃度：依靠氣流傳播的污染物散發問題。 它計算房間氣流的能力可以評價建築內通風的好壞，可以確定. 38.
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