大空間建築全尺度熱煙試驗定量化分析及技術手冊編修研究

﹁大空間建築全尺度熱煙試驗定量化分析及技術手冊編修研究﹂

成果報告

內政部建築研究所協同研究計畫報告

年度

「大空間建築全尺度熱煙試驗定

量化分析及技術手冊編修研究」

協同研究計畫

成果報告

受 委 託 者 ： 財 團 法 人 台 灣 建 築 中 心

研 究 主 持 人 ：楊冠雄

研

究

員 ：葉琮勤

研 究 助 理 ：蔣鎮宇

內 政 部 建 築 研 究 所 協同研究計畫報告

中華民國

107 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）

「大空間建築全尺度熱煙試驗定

量化分析及技術手冊編修研究」

協同研究計畫

計 畫 主 持 人 ： 鄭元良 協 同 主 持 人 ： 楊冠雄 研 究 員 ： 廖浩仁、雷明遠、王天志、楊智勝 研 究 助 理 ： 陳亮宇、邱基敏 研 究 期 程 ： 中華民國107 年 3 月 至 107 年 12 月 計 畫 經 費 ： 新臺幣壹佰貳拾壹萬捌仟伍佰元整

內政部建築研究所協同研究計畫報告

中華民國

107 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）

I

目

次

表

次 ... V

圖

次 ... III

摘

要 ... VII

ABSTRACT ... XXV

第一章

緒 論 ... 1

第一節

計畫主旨與目標

... 1

 

第二節

國內外有關本案之研究情況

... 5

 

第二章

大空間建築全尺度熱煙試驗定量化分析 ... 7

第一節

熱煙試驗定量化依循之規範

... 7

 

第二節

量測儀器設備說明

... 11

 

第三節

大空間建築全尺度熱煙試驗程序

... 31

第四節

發煙量校正結果分析

... 33

第五節

小

結

... 61

第三章

增修大空間建築火災性能式煙控系統設計與應用手冊 .... 63

第一節

技術手冊增修之必要性

... 63

 

第二節

手冊編修之建議內容

... 67

 

第三節

「

ISO

16735 之發煙量計算模式」之內容 ... 77

 

第四節

「增加自然排煙案例」之內容

... 81

 

第五節

「增加機械排煙案例」之內容

... 85

 

第四章

結論與建議 ... 91

目 次

II

第一節

結

論

... 91

 

第二節

建議事項

... 95

 

參考書目

... 97

附錄一

評選會議廠商回應表與期中、期末審查會議委員意見回覆

... 99

III

圖 次

圖

1-1

NFPA

92B 之 4 條不同火災成長速率 ... 2 

圖

1-2

全尺度熱煙試驗之發煙器配合加熱盤情形 ... 2

圖

2-1

我國全尺度熱煙試驗採用汽油盤熱煙試驗或採用

AS4391 熱

煙試驗之案例整理 ... 9 

圖

2-2

AS

4391 中發煙器藉由火盤熱氣，將煙驅動往上竄升 ... 10 

圖

2-3

本案所使用之發煙設備，含發煙器、二氧化碳鋼瓶與煙流導

管等組合而成 ... 11 

圖

2-4

2008 年於高雄捷運美麗島站無價藝術品「光之穹頂」進行全

尺度熱煙測試實況 ... 12 

圖

2-5

本發煙器設備進行

CO2 鋼瓶進行整合之壓力控制閥 ... 13 

圖

2-6

本發煙器設備能以程式控制發煙量輸出，以產生不同濃煙密

度

... 14 

圖

2-7

AS

4391 從 A1 尺寸至 A5 尺寸方型火盤之熱源產生設備 ... 15 

圖

2-8

使用

AS

4391 所列方型火盤之進行熱煙試驗情形 ... 15 

圖

2-9

台鐵新左營車站使用圓型火盤之進行熱煙試驗情形 ... 16 

圖

2-10

桃園國際機場一期航廈使用圓型火盤之進行熱煙試驗情形 16 

圖

2-11

本案使用電子點火型瓦斯燃燒爐作為熱源產生設備 ... 17 

圖

2-12

瓦斯爐心底部利用

ISOWOOL 防火毯保護軌道層之布置情

形

... 18 

圖

2-13

本案使用電子點火型瓦斯燃燒爐作為熱源產生設備之測試

情形 ... 18 

  圖 次

IV

圖

2-14

本案利用捲吸增強變頻式風機系統，以增加前述發煙器所

產生的煙量 ... 19 

圖

2-15

本案捲吸增強變頻式風機系統前方之導煙管 ... 20 

圖

2-16

本案捲吸增強變頻式風機系統後方可見其風葉 ... 20 

圖

2-17

本案捲吸增強變頻式風機系統之轉速（H

Z

）控制器 ... 21 

圖

2-18

本案捲吸增強變頻式風機系統前方之導煙管內，預留設置

煙氣透光率偵測器之位置 ... 21 

圖

2-19

設置完成煙氣透光率偵測器之情形 ... 22 

圖

2-20

本案煙氣透光率偵測器並與電腦連線，及時得知當時之煙

氣透光率 ... 22 

圖

2-21

本計畫所採用之能見度距離量測系統架設完成之情形 ... 23 

圖

2-22

本案能見度距離量測系統之系統架構圖 ... 24 

圖

2-23

本案能見度距離量測系統與電腦監控系統之連結情形 ... 25 

圖

2-24

本案能見度距離量測系統與電腦監控系統之及時顯示畫面 25 

圖

2-25

本案煙層高度與溫度量測系統之系統架構圖 ... 27 

圖

2-26

本案煙層高度與溫度量測系統架設完成之情形 ... 27 

圖

2-27

本案煙層高度與溫度量測系統電腦監控系統及時顯示畫面 28 

圖

3-1

2012 年 6 月 12 日於國家書店網頁上，本手冊高居其暢銷書

排行榜第

6 名 ... 32 

圖

3-2

「桃園國際機場第一航廈改建工程」剖面示意圖 ... 45 

圖

3-3

桃園國際機場第一航廈

1F 與 3F 互相連結之挑空區大空間 . 46 

圖

3-4

桃園國際機場第一航廈自然補氣口設計示意圖 ... 47 

 

V

圖

3-5

桃園國際機場第一航廈全尺度熱煙測試所使用之火盤與發煙

器設備 ... 48 

圖

3-6

桃園國際機場第一航廈全尺度熱煙測試之濃煙蓄積情形 ... 48 

圖

3-7

演奏廳觀眾席

5

MW 火災全尺度熱煙測試 ... 51 

圖

3-8

音樂廳舞台中央

5

MW 火災全尺度熱煙測試 ... 52 

圖

3-9

音樂廳

3 樓等待大廳 1

MW 火災全尺度熱煙測試 ... 53 

圖 次

VII

摘

要

關鍵詞：熱煙試驗、全尺度實驗印證、發煙量校正 一、研究緣起 近代建築設計為了維持寬敞、挑高、舒適之感覺，且須容納大量之人潮，因此大 量採用具有中庭等大空間的設計方式。舉凡：大型購物中心、展覽中心、觀光飯店、 機場、車站等等建築皆是如此。其相關之煙控系統皆採性能式設計，並以 NFPA 92B （Standard for Smoke Management Systems in Malls, Atria, and Large Spaces）作為設計 規範與依循標準。 於此性能式煙控系統設計過程中，大量採取3D CFD 電腦模擬之方式進行系統性 能設計；並利用ASET 與 RSET 之設計理念來評估其於萬一發生火災時，是否可確保 人員避難之安全。而於建築完工啓用前，經常必須於現場進行全尺度熱煙試驗，以驗 證其性能。 為此目的，目前國際間最被廣為使用舆依循之測試相關現場全尺度熱煙試驗規範 為AS 4391（Smoke management systems- Hot smoke test），及我國於 2016 年 10 月所公 告實施之CNS 15937（煙控系統性能現場驗證法-熱煙試驗法）皆採取相近似之測試概 念與架構。 二、研究方法及過程 本計畫之主旨，乃建立一套可精準計量、測試之現場熱煙校正程序（Calibration Procedure），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。 另外，本計畫亦進行增修建築研究所發行之「大空間建築火災性能式煙控系統設 計與應用手冊」，將本計畫之研究成果納入第二版之手冊中，並更新我國近期完成之火 摘 要

VIII

災煙控系統設計案例與全尺度熱煙實驗案例，使再版手冊內容更臻完善。並召開一次 專家審查會議，以便使再版本手冊定稿，未來向外發行。

三、重要發現

於大空間建築全尺度熱煙試驗定量化分析方面，本計畫主要依循目前世界上最新 與最權威之澳洲AS 4391-1999 (R2016) Smoke management systems- Hot smoke test 標準 作為依據，以實火替代品模擬火災實況進行全尺度熱煙試驗。 於熱煙試驗中，所使用之量測儀器設備，包含：「A. 煙霧與熱源產生設備」、「B. 捲吸增強變頻式風機系統」、「C. 能見度距離量測系統」、與「D. 煙層高度與溫度量 測系統」等相關之量測儀器設備加以說明。本計畫並依據AS 4391 規範及過去執行之 經驗，整理而成本大空間建築全尺度熱煙試驗之測試程序、測量步驟與方法。 已經建立一套可精準計量、測試之現場熱煙校正程序（Calibration Procedure），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。 本案於上述之各項系統及設備安裝完成後，開始進行一系列之試驗系統測試。測 試項目包括1 台、及 2 台發煙器，分別以 30 psi、40 psi、50 psi、60 psi、70 psi、80 psi 之壓力擊發，並配合捲吸增強變頻式風機系統，以建立T 平方火源與發煙量產生機制。 最後，再分析上述不同測試項目所產生之不同發煙量校正結果，作為日後進行全 尺度熱煙試驗之重要參考依據。 其次，於增修「大空間建築火災性能式煙控系統設計與應用手冊」方面，本計畫 於增修「大空間建築火災性能式煙控系統設計與應用手冊」時，除了將再版內容重新 再進行勘誤，與再修飾說明文字與圖片外，主要編修的內容為：

IX

1. 補充計算理論部分之陳述，增加 ISO 16735: Fire safety engineering -- Requirements governing algebraic equations -- Smoke layers 之發煙量計算方式。

2. 增加自然排煙之案例，將增列國家重大建設「桃園國際機場第一航廈改建工程」 之自然排煙案例說明。 3. 增加機械排煙之案例，將增列國家重大建設「衛武營國家藝術文化中心」新建 工程之機械排煙案例說明。 4. 增加地下車站與隧道火災煙控系統設計與全尺度實驗分析專章。 5. 增加全尺度熱煙實驗之進行程序與熱煙量校正專章。 四、主要建議事項 根據本研究之成果，提出以下具體之立即可行建議及中長期建議。 建議一： 於建築物現場進行全尺度熱煙試驗前，應先於內政部建築研究所台南防火試驗中 心進行相關之發煙量校正實驗，以使與設計條件接近，大幅度提升性能評估之精準度。： 立即可行之建議。 有關煙控系統之設計性能驗證與人員之整體避難安全息息相關，且應該要求這類 建築物在完工後、使用前必須要進行全尺度熱煙試驗。如此，可以藉由現場的試驗發現 到原先設計不良之處，並且予以適度的修正。如此本計畫所建立之諸項全尺度熱煙試 驗測試程序、儀器佈設方式與技術手冊，可發揮積極的導引作用與參考效果。此亦為本 計畫之主旨與目標所在。 摘 要

X 於建築物現場進行全尺度熱煙試驗前，應先於內政部建築研究所台南防火試驗中 心進行相關之發煙量校正實驗，以使與設計條件接近，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。 建議二： 補充CNS 15937（煙控系統性能現場驗證法-熱煙試驗法）僅能應用 pool fire 結合 發煙器所進行示蹤功能，提供定量化分析之程序。：中長期之建議

目前國際間最為廣泛使用之AS 4391（Smoke management systems- Hot smoke test） 測試規範，及我國於2016 年 10 月所公告實施之 CNS 15937（煙控系統性能現場驗證 法-熱煙試驗法）乃於進行現場熱煙試驗時，採取火場強度與熱煙分離（Decouple）之 方式。 然而，目前這兩個測試規範對於如何產生這個相對等量之發煙量之方式以及其相 關之校正程序皆尚未建立數量化分析之方法而只能顯現其「示蹤性能」。可藉由本研 究成果，結合發煙器所進行示蹤功能，提供定量化分析之程序。

XI

ABSTRACT

Keywords: WABEMS, Demand Response, Full-scale Experimental Investigation

In this research project, two goals have been pursued and successfully fulfilled. One is to quantify the full-scale hot smoke tests procedure, which was originated from the AS4391 Standard, widely applied globally for the performance -based smoke management system designs. The other is to update the full-scale hot smoke test handbook, published by the ABRI, Taiwan, some ten years ago.

Three major items were completed in the content:

1. to develop a system enabling a t-squared fire smoke generation, following the NFPA92B guideline.

2. to develop an innovative calibration procedure and to be experimented to quantify the smoke generation rates, following t-squared fires following the NFPA92B curves. The whole experimental set up includes the smoke generation system, with an inverter driven fan amplifiers, and instrumentation trees.

3. to update the ABRI handbook where new cases study will be included. Especially, new chapter will be included, concerning about the railway station and tunnels smoke management system design and egress analysis, with full scale Experimental Investigations. The experimental results conducted in this project has been very successful and the smoke calibration procedure has been experimented, in the real engineering jobs with very successful results. All these good results have been included in the revised handbook as expected.

第一章 緒 論 1

第一章

緒 論

第一節

計畫主旨與目標

近代建築設計為了維持寬敞、挑高、舒適之感覺，且須容納大量之人潮，因此大量 採用具有中庭等大空間的設計方式。舉凡：大型購物中心、展覽中心、觀光飯店、機場、 車站等等建築皆是如此。其相關之煙控系統皆採性能式設計，並以NFPA 92B（Standard for Smoke Management Systems in Malls, Atria, and Large Spaces）作為設計規範與依循 標準。 於此性能式煙控系統設計過程中，大量採取 3D CFD 電腦模擬之方式進行系統性 能設計；並利用 ASET 與 RSET 之設計理念來評估其於萬一發生火災時，是否可確保 人員避難之安全。而於建築完工啓用前，經常必須於現場進行全尺度熱煙試驗，以驗證 其性能。 為此目的，目前國際間最被廣為使用舆依循之測試相關現場全尺度熱煙試驗了規 範為AS 4391（Smoke management systems- Hot smoke test），及我國於 2016 年 10 月 所公告實施之CNS 15937（煙控系統性能現場驗證法-熱煙試驗法）皆採取相近似之測 試概念與架構。

然而，於依循NFPA 92B 進行之設計過程中，其火源之假設乃採取 4 條不同火災 成長速率之t 平方曲線，作為基本假設條件。如下圖 1-1 所示。

2 圖1-1 NFPA 92B 之 4 條不同火災成長速率 另一方面，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pool fire 之產生方式進行，如下圖 1-2 所示。 圖1-2 全尺度熱煙試驗之發煙器配合加熱盤情形

第一章 緒 論 3 此種測試現場濃煙之產生方式，類似於 step 函數，其成長過程與產生速率皆無法 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 特過本計畫解決。 因 此 ， 本 計 畫 之 主 旨 ， 乃 建 立 一 套 可 精 準 計 量 、 測 試 之 現 場 熱 煙 校 正 程 序 （Calibration Procedure），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。 另外，本計畫亦進行增修建築研究所發行之「大空間建築火災性能式煙控系統設 計與應用手冊」，將本計畫之研究成果納入本新再版之手冊中，並更新我國近期完成之 火災煙控系統設計案例與全尺度熱煙實驗案例，使再版手冊內容更臻完善。並召開一 次專家審查會議，以便使再版本手冊定稿，未來向外發行。 綜合上述內容，本研究進行之步驟流程，如下所列： 1. 計畫開始  2. 建立 T 平方火源與發煙量產生機制。  3. 配合濃煙穿透率之發煙量校正程序進行不同火源之全尺度試驗分析。  4. 於本所防火試驗中心進行全尺度熱煙試驗校正程序之實驗比對分析。  5. 增修本所「大空間建築火災性能式煙控系統設計與應用手冊」 並召開專家審查會議  6. 計畫完成

4 經由本計畫之執行，可獲得如下之成果： 1、 完成現場全尺度熱煙試驗校正程序，包含 T 平方火災，提升熱煙測試法應用於驗 證大空間建築性能式煙控系統性能之精確度與可靠度；提供現場煙控系統性能驗 證之標準。 2、 補充 CNS 15937 僅能應用 pool fire 結合發煙器所進行示蹤功能，提供定量化分析 之程序。 3、 完成 T 平方火災之煙控系統性能之定量化分析（Quantitative Analysis）評估。

第一章 緒 論

5

第二節 國內外有關本案之研究情況

目前國際間最為廣泛使用之AS 4391（Smoke management systems- Hot smoke test） 測試規範，及我國於2016 年 10 月所公告實施之 CNS 15937（煙控系統性能現場驗證 法-熱煙試驗法）乃於進行現場熱煙試驗時，採取火場強度與熱煙分離(decouple)之方式。 亦即，於進行5 MW 之火源大小之熱煙實驗，並不須要真正以燃料燒出 5 MW 大小之 火場強度，而只須要能產生出5 MW 之相對等量之發煙量以進行煙控性能之測試即可。 也因此，其實驗場所之火場規模、溫度、與輻射強度等，皆得以大幅度降低對於試驗環 境之影響。且因此可選取對環境無害之發煙系統為之，因而大大增強其實際應用之可 行性。 然而，目前這兩個測試規範對於如何產生這個相對等量之發煙量之方式以及其相 關之校正程序皆尚未建立數量化分析之方法而只能顯現其「示蹤性能」。此為實際運用 此規範時，全世界性能式防火煙控工程界目前所面臨之共同問題。 本研究計畫為因應我國大量進行性能式煙控系統設計，且經消防署審查通過之案 件，亦即通稱之Route C 案件之一項重要驗證工具。同時，為呼應國際間，目前對於 AS 4391 及我國 CNS 15937 之殷切期望；未來或可以增添修訂條款或附件之方式，與國間 性能式防火煙控工程界相互接軌，並作出具體貢獻，具重要性與急迫性。 自1997 年以來國內楊冠雄教授，已進行之一系列我國公共工程之 Route C 性能式 煙控與避難系統設計與全尺度熱煙試驗之案例分析，可提供初步之基礎。包含：桃園國 際機場二期航廈新建工程、一期航廈改建工程、臺北鐵路地下化萬華、板橋專案，松山、 及南港專案等，高雄鐵路地下化高雄、左營、及鳳山專案等；臺灣高速鐵路臺北、板橋、 桃園、苗栗、臺中、嘉義、臺南、左營各車站。臺北捷運淡水線、高雄捷運紅線、橘線 等車站及隧道段、與京華城購物中心、自由時報總部大樓、及臺北小巨蛋等等商業大空

6 間建築之全尺度熱煙試驗。將進一步加以經驗整合，逐步釐清；將可實用之程序並進一 步更新應用。 國外研究方面，於近期香港地鐵亦開始有單一之測試案例進行，但尚不如我國之 普遍。主要原是因是，其商業運轉行為持續進行，對於現場測試產生較大之制約條件。 反之，於中國大陸地區急起直追。不但已通過 GA/T 999-2012《防排煙系統性能現 場驗證方法熱煙試驗法》由公安部四川消防研究所負責啟草，且已由全國消防標準化 技術委員會建築消防安全工程分技術委員會（SAC/TC113/SC13）加以推廣。此份熱煙 試驗法與我國之CNS 15937 相當類似，大量納入 AS 4391 之主要內容。AS 4391 之主 要制訂國，紐西蘭與澳洲近期對於本規範尚未提出任何修正建議。 而上述之所有國內外研究內容，皆尚未進行驗證數量化分析之探討，形成一片空 白，亟待開始有所著墨，並進行系統化分析。

第二章 大空間建築全尺度熱煙試驗定量化分析

7

第二章

大空間建築全尺度熱煙試驗定量化分析

第一節

熱煙試驗定量化依循之規範

本計畫採取全尺度實驗印證（Full-scale Experimental Validation）之方式，於內政部 建築研究所台南防火實驗中心進行相關試驗與校正程序之實驗比對分析工作。其中， 選擇於內政部建築研究所台南實驗中心以全尺度試驗之方式進行，基本上與未來於各 熱煙試驗之現場條件相當接近；預期並無較困難之處。反而，於台南實驗中心此試驗條 件可控之程度比各現場試驗者更高，應具備更好之實驗條件，足以成功。

本計畫主要依循目前世界上最新與最權威之澳洲 AS 4391-1999 (R2016) Smoke management systems- Hot smoke test 標準作為依據，以實火替代品模擬火災實況進行煙 控功能驗證。該標準是由澳大利亞和紐西蘭代表聯合訂定，至今已普遍受世界各國使 用於煙控管理系統之現場驗證。 AS 4391 提供於進行全尺寸火災煙控測試時之重要參考規範，使其測試結果不失公 正性，以減少爭議。澳洲 AS 4391 熱煙測試標準，其主要內容可分為五大部分，其主 要內容分別為： 1. 測試設備 2. 測試程序 3. 人員及環境之保護 4. 測試紀錄之要求 5. 測試前準備與測試後報告

8 AS 4391 測試程序為目前國際間最具權威，並被廣為採用的全尺度熱煙測試程序。 其主要的精神在於，採取火源大小與發煙量分離（decouple）的方式。其理論基礎則為， 進行煙控系統性能驗證所須之火災情境，是產生與實況相等之發煙量，並非去重現火 場火源大小之熱釋放率強度！ 事實上，楊冠雄教授所帶領之研究團隊為我國第一個依據 AS 4391 規範進行全尺 度煙霧測試之團隊。亦於，2006 年執行內政部建築研究所之研究案「大空間建築煙控 系統全尺度熱煙性能試驗程序及規範之研究」時，業已建立我國適合採用之本土化全 尺度煙控系統熱煙試驗程序及規範，並與AS 4391 接軌，其重要性不言可喻。 而楊冠雄教授所帶領之研究團隊於2004 年進行之高速鐵路左營站火災煙控全尺度 實驗分析與印證方案，為我國採用 5 MW ~ 20 MW 汽油盤熱煙試驗 或 採用 AS4391 熱煙試驗之重要分水嶺。請詳見下頁圖2-1 所示。 自2005 年台鐵新左營車站進行火災煙控熱煙試驗後，即開啟了我國全面採用 AS 4391 熱煙試驗之時代。而 2016 年 10 月 5 日正式公告實施之「CNS 15937 煙控系統性 能現場試驗法-熱煙試驗」，亦以 AS 4391 熱煙試驗方法為主軸。 於 CNS 15937 試驗法標準經審定尚未公布前，楊冠雄教授所帶領之研究團隊於 2016 年，共進行了衛武營藝術文化中心新建工程 19 個不同的火災情境的現場全尺度 熱煙實驗，驗證電腦模擬之預測分析結果，堪稱為國內首例運用CNS 15937 標準之案 例。 因此，本計畫所將建立之各個測試程序與校正方法，亦將於內政部建築研究所台 南實驗中心以全尺度試驗之方式進行，以相互呼應，並獲得精確之成果。

第二章 大空間建築全尺度熱煙試驗定量化分析

9

10

第二章 大空間建築全尺度熱煙試驗定量化分析

11

第二節

量測儀器設備說明

本計畫於進行本案大空間建築全尺度熱煙試驗時，為採用 AS 4391, Smoke Management Systems Hot Smoke Test 之標準規範作為測試方法之依據。以下就「A. 煙 霧與熱源產生設備」、「B. 捲吸增強變頻式風機系統」、「C. 能見度距離量測系統」、 與「D. 煙層高度與溫度量測系統」等相關之量測儀器設備加以說明。 2.2.1 煙霧與熱源產生設備 AS 4391 乃利用發煙器（Smoke Generator）產生濃煙，配合火盤提供之熱浮力以重 現火災之實際情形。發煙器之出口需置於火盤上方，以便順利推動濃煙向上竄升，如圖 2-2 所示。 圖2-2 AS 4391 中發煙器藉由火盤熱氣，將煙驅動往上竄升

12 本案依據 AS 4391 所載內容，使用之發煙設備，包括：發煙器、二氧化碳鋼瓶與 煙流導管等組合而成。發煙器之運作方法為:藉由 Vicount 發煙器內置之電熱器，將 Smoke Oil 180 油基性液態發煙油加熱至 370 o_{C；再經由調節二氧化碳鋼瓶噴出之壓力，} 將發煙器所產生的白煙推進煙流導管中。再經由火盤加熱之熱浮力，驅動熱煙往上竄 升，如圖2-3 所示。 圖2-3 本案所使用之發煙設備，含發煙器、二氧化碳鋼瓶與煙流導管等組合而成 本案所將使用之Vicount 發煙器配合採用不會污染建築物，且可長時間維持漂浮於 空氣中、適合建築物大空間與室內觀察煙霧流動情形之油基（Oil Based）發煙材 Smoke Oil 180 來進行實驗。

本發煙材料自英國進口，採用食用油等級之液體油為基材 且同時通過 NATO`s AQAP 1 及 ISO 9OO1 認證，為具備無毒性、不燃性、長期穩定持效、且對環境不會 造成污染，之良好發煙材。

第二章 大空間建築全尺度熱煙試驗定量化分析 13 事實上，本團隊自2006 年開始，即已長期持續使用本項 Smoke Oil 180 發煙材料 配合Vicount 發煙器，進行多項實驗，獲得良好成果。其中，最顯著之案例為，2008 年 於高雄捷運系統紅線與橘線之交會站，亦即美麗島站「光之穹頂」所進行之全尺度熱煙 測試。美麗島站被認定為全世界最美麗之地下鐵車站之第 2 名，並具備價值不斐之公 共藝術內裝。由於工程進度及通車進度緊湊之關係，進行全尺度熱煙測試之時，全部內 部裝潢幾乎已全部完成。於此情況下進行全尺度熱煙測試，必然須確保對於整體內部 環境不得造成任何影響，如圖2-4 所示。 圖2-4 2008 年於高雄捷運美麗島站無價藝術品「光之穹頂」進行全尺度熱煙測試實況 其Vicount 發煙器詳細之規格，說明如下： 最大發煙量：250 m3_/min。 熱交換最大功率：2,000 W。

14 熱交換器加熱溫度：350℃。 煙油容量：4 公升。 暖機時間：5 分鐘。 燃燒顆粒粒徑：0.3 micron。 電源：110VAC/60Hz。 另外，本發煙器設備能以程式控制發煙量輸出，以產生不同濃煙密度進行多種火 災情境測試。其具備程式控制輸出系統，可提供能夠配合發煙器及 CO2鋼瓶進行整合 之壓力控制閥（0 ~ 80 psi），並以個人電腦軟體程式控制發煙器之煙量輸出，如下圖 2-5 與圖 2-6 所示。 圖2-5 本發煙器設備進行 CO2鋼瓶進行整合之壓力控制閥

第二章 大空間建築全尺度熱煙試驗定量化分析 15 圖2-6 本發煙器設備能以程式控制發煙量輸出，以產生不同濃煙密度 最後，介紹本煙霧與熱源產生設備中之熱源產生設備。由於 AS 4391 其主要的精 神在於，採取火源大小與發煙量分離（decouple）的方式。故進行煙控系統性能驗證所 須之火災情境，是產生與實況相等之發煙量，並非去重現火場火源大小之熱釋放率強 度。因此，其熱源產生設備之用途，為產生讓測試用白煙有充足的熱浮力而已。 早期本團隊使用AS 4391 所列不同尺寸容器，大小從 A1 尺寸至 A5 尺寸之方型火 盤作為其熱源產生設備，如圖2-7 與圖 2-8 所示。但經由多次大空間建築現場之熱煙試 驗後，發現測試用白煙並未獲得充足的熱浮力，而達到大空間建築頂部進行蓄積。因 此，改採用可提供較大熱浮力的多個圓形火盤，作為進行大空間建築熱煙試驗之熱源 產生設備。圖2-9 與圖 2-10，分別為台鐵新左營車站與桃園國際機場一期航廈，使用圓 型火盤作為熱源產生設備進行熱煙試驗情形。

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圖2-7 AS 4391 所列從 A1 尺寸至 A5 尺寸方型火盤之熱源產生設備

第二章 大空間建築全尺度熱煙試驗定量化分析

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圖2-9 台鐵新左營車站使用圓型火盤之進行熱煙試驗情形

18 為產生讓測試之白煙有充足的熱浮力，本計畫進行大空間建築全尺度熱煙試驗時， 採用較大規模之瓦斯燃燒系統。本團隊為應用大量之瓦斯爐心，來增加其熱容量。亦即 使用電子點火型瓦斯燃燒爐，以作為熱源產生設備，如圖2-11 所示。 圖2-11 本案使用電子點火型瓦斯燃燒爐作為熱源產生設備 此電子點火型瓦斯燃燒爐，其可使用15 kg 以上之液化石油氣。瓦斯爐心底部利用 ISOWOOL 防火毯保護軌道層之布置情形，如圖 2-12 與圖 2-13 所示。

第二章 大空間建築全尺度熱煙試驗定量化分析

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圖2-12 瓦斯爐心底部利用 ISOWOOL 防火毯保護軌道層之布置情形

20 2.2.2 捲吸增強變頻式風機系統 本大空間建築全尺度熱煙試驗將使用捲吸增強變頻式風機系統，以配合煙霧產生 設備進行操作，模擬火源捲吸情形。 過去進行大空間建築全尺度熱煙試驗時，因未使用捲吸增強變頻式風機系統，因 此發煙量無法向上提升。本計畫為改善此現象，特別利用捲吸增強變頻式風機系統之 風量補充，以增加前述發煙器所產生的煙量，可進行較大火載量規模之模擬測試，如圖 2-14 至圖 2-17 所示。詳細之規格，說明如下： (1) 風葉直徑：30 inch。 (2) 變頻範圍：0 ~ 60 Hz。 (3) 使用電壓：三相 220V。 (4) 輸出功率：500 W。 圖2-14 本案利用捲吸增強變頻式風機系統，以增加前述發煙器所產生的煙量

第二章 大空間建築全尺度熱煙試驗定量化分析

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圖2-15 本案捲吸增強變頻式風機系統前方之導煙管

22 圖2-17 本案捲吸增強變頻式風機系統之轉速（Hz）控制器 另外，本案捲吸增強變頻式風機系統前方之導煙管內，亦設置有煙氣透光率偵測 器，用以確認經由導煙管出口，以捲吸增強變頻式風機送出的煙氣，其濃度達到進行大 空間建築全尺度熱煙試驗時之標準。圖2-18 為本案捲吸增強變頻式風機系統前方之導 煙管內，預留設置煙氣透光率偵測器之位置。 圖2-18 本案捲吸增強變頻式風機系統前方之導煙管內，預留設置煙氣透光率偵測器 之位置

第二章 大空間建築全尺度熱煙試驗定量化分析 23 其次，圖2-19 為本案捲吸增強變頻式風機系統前方之導煙管，設置完成煙氣透光 率偵測器之情形。而為於進行熱煙試驗時，同步獲得捲吸增強變頻式風機送出的煙氣 透光率，本案煙氣透光率偵測器並與電腦連線，及時得知當時之煙氣透光率，如圖 2-20 所示。 圖2-19 設置完成煙氣透光率偵測器之情形 圖2-20 本案煙氣透光率偵測器並與電腦連線，及時得知當時之煙氣透光率

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2.2.3 能見度距離量測系統

本計畫所採用之能見度距離量測系統，為依據Beer Lambert Law 原理進行基本系 統設計。其中，K3 能見度距離量測系統，為針對避難路徑上反射光源，進行能見度量 測。而K8 能見度距離量測系統，則為針對避難路徑上直射光源，進行能見度量測。

其原理為火場中的能見度S（Visibility, m），為人的視力所能辨視之最遠距離。當 光線通過火場，其強度會受到煙的阻擋而衰減。為獲得火場中能見度距離之值，首先計 算光衰減係數α（Light Extinction Coefficient, m-1）。

L e I I _  0 其中，I 為光經一段距離 L 後之剩餘強度（cd），亦即接受端強度；I0 為光之初始 強度（cd），亦即發射端強度；α為光衰減係數（m-1）；L 為距離（m），亦即發射端 與接受端之間的距離。其次，再計算能見度S。 S = K / α 其中，α為光衰減係數，可由前面所述式子求得。K = 3 時，表示反光式指標（Light-reflection Sign），如避難指標等；而 K = 8，表示發光式指標（Light-emitting Sign）， 如避難方向指示燈等。以上數值，並能於電腦上即時顯示及記錄。本計畫所使用能見度 距離量測系統詳細之規格，說明如下： (1) 投射光源及接收器，如圖 2-21 所示。 投射光源：2,000 lux。 光度計量測範圍：0 ~ 40,000 lux。 光度計訊號輸出：4 ~ 20 mA，DC。

第二章 大空間建築全尺度熱煙試驗定量化分析 25 圖2-21 本計畫所採用之能見度距離量測系統架設完成之情形 (2) 能見度距離量測系統：須提供電腦及類比訊號轉換器進行實驗數據之 AD/DA 轉換 功能，並設計軟體將實驗數據轉換為能見度直接於電腦上實時顯示並紀錄實驗數據， 本設備之系統架構如圖2-22 所示。 圖2-22 本案能見度距離量測系統之系統架構圖

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圖2-23 本案能見度距離量測系統與電腦監控系統之連結情形

第二章 大空間建築全尺度熱煙試驗定量化分析 27 2.2.4 煙層高度與溫度量測系統 本計畫於進行大空間建築全尺度熱煙試驗，為確保煙霧辨識之一致性，煙濃度偵 測值將比照「火警探測器認可基準」規範，並參考「各類場所消防安全設備設置標準」 第 114 條所定義之偵煙探測器做為濃煙偵測元件，每個偵測位置垂直高度 0.5 公尺以 內須有一個偵測點，並立即顯示記錄各偵測點煙層沉降時間。亦即，煙層高度量測系 統，進行全度度熱煙試驗之煙沈積速度與時間關係之建立。 本系統使用測溫線作為感測器。其測溫線之規格為K 型熱電耦線，性能為 0.75 級 (或以上)，素線徑 0.3 mm，芯線之二素線身應以鐵氟龍(Tefion)材質包覆線身。亦即， 煙層溫度量測系統，進行全度度熱煙試驗之煙層溫度與時間關係之建立。 本案於煙層高度與溫度感測器之設置，可配合實驗場地，自地面起每隔50 公分之 垂直高度設置一感測器，總高度 12 公尺，每個測量點之垂直方向上共計有 24 個感測 器，並設置至少4 個以上(含)之測量點，即至少設置 96 個偵煙探測器。 另外，本計畫再創新發展成功以一般PC 電腦及自行編譯軟體，即可簡易判讀之煙 層下降數據處理系統（Data Acquisition System），且全部取材自一般垂手可得之微軟軟 體。如此，可簡易地與微軟之WORD、EXCEL 等工具，直接互通，並即時繪製成圖。 亦即提供電腦及類比訊號轉換器，將前述感測器與電腦連接進行實驗數據之AD/DA 轉 換功能，系統須能直接於電腦上直接實時顯示及記錄火災避難過程中各個時間下之煙 沉積高度，而非只顯示各單個探測器鳴動之時間與高度。 本案煙層高度與溫度量測系統之系統架構圖，如圖2-25 所示。而於試驗現場架設 完成之情形，如圖2-26 所示。

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圖2-25 本案煙層高度與溫度量測系統之系統架構圖

第二章 大空間建築全尺度熱煙試驗定量化分析

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第二章 大空間建築全尺度熱煙試驗定量化分析 31

第三節

大空間建築全尺度熱煙試驗程序

本計畫依據 AS 4391 規範及過去執行之經驗，整理而成本大空間建築全尺度熱煙 試驗之測試程序、測量步驟與方法，如下所列： 1. 確認測試現場防護設施完備。 於進行測試前，必須確認測試現場防護設施完備，方可進行下一測試程序。 2. 架設能見度距離量測系統於預定之位置上。 此步驟將依照每個測試項目之需求，將能見度距離量測系統置於預定量測位置上。 其位置主要為人員避難路徑上，例如樓梯間出入口、或緊急出入口等位置。 3. 架設煙層高度與溫度量測系統於預定之位置上。 此步驟將依照每個測試項目之需求，將煙層高度與溫度量測系統置於預定量測位 置上。 4. 架設影像紀錄系統於預定之位置上。 此步驟將依照每個測試項目之需求，將影像記錄系統之攝影機置於預定位置上。 5. 架設火盤與煙霧產生設備於假想之起火點位置上。 將火盤與煙霧產生設備放置在預定位置上，並確認火盤底部之保護設施完備。 6. 確認排煙系統之風機與閘門可正常運轉。 於進行點火測試前，需確認其排煙系統之風機與閘門可正常運轉。

32 7. 熱源產生設備附近放置滅火設備。 於熱源產生設備附近放置滅火器設備，可預防突發狀況之發生。另外，並準備防火 毯，放置於熱源產生設備底部，與其他需要特別保護的地方。 8. 開啟本案 4 種量測系統進行記錄。 將本案 3 種量測系統，亦即「能見度距離量測系統」、「煙層高度與溫度量測系 統」、「影像紀錄系統」等，固定於之量測位置後，確認各系統運作正常後，開啟3 種 量測系統進行紀錄。 9. 點火並啟動發煙器，觀察煙流動特性與現象。 點火開啟瓦斯爐心，燃燒60 秒後，開始計時並啟動發煙器。人員利用攝影機觀察 並記錄火場煙流動特性與煙控性能。 10. 開啟相關之排煙風機與排煙閘門。 依照每個測試項目之緊急排煙模式設計，開啟相關之排煙風機與排煙閘門。 11. 測試結束，關閉相關之排煙風機與排煙閘門。 熱煙試驗測試結束後，關閉相關之排煙風機與排煙閘門。 12. 關閉本案 3 種量測系統，進行數據整理與分析。 關閉本案3 種量測系統，亦即「能見度距離量測系統」、「煙層高度與溫度量測系 統」、「影像紀錄系統」等，工作人員存檔收集並整理測試數據，做成紀錄加以整理分 析，而結束大空間建築全尺度熱煙試驗單一測試項目。

第二章 大空間建築全尺度熱煙試驗定量化分析 33

第四節

發煙量校正結果分析

於AS 4391 C1.2 中開宗明義說明，其原文與中文翻譯分別如下： 「本項測試程序，主旨在印證煙控系統的運轉、控制程序、或者技術可行的話，煙 之沉積厚度。本項測試程序並不嘗試重現在真實火災狀況下之濃煙遮蔽性質或煙控系 統的性能。本項試驗的主旨，在於提供一個工具，來加強了解與減少煙控系統運轉的一 些不確定性，也不要求必須強制執行。」上述說明，道出了應用 AS 4391 主要的限制 條件。 換言之，目前澳洲的AS 4391 及我國內容相似的 CNS 15937 之主要制訂的任務， 仍然集中於將煙流可視化（Flow Visualization）、可示踪（Gas Tracking），使現場全尺 度實驗之煙流特性，更容易觀察為主要功能。若可行的話，再同步觀察濃煙沉積之厚 度。以定性化分析為主要考量（Qualitative Analysis）。 因此，前者所提示的，都是一些使用上的限制條件；但是後者，這一重點，卻也指 引出一個重點，那就是未來評估煙控系統性能的一個重要發展方向所在。也就是未來 AS 4391 及/或 CNS 15937 是否可以經由部分修訂，而可對於煙控系統的性能，進行數 量化分析的可能性（Quantitative Analysis）。 這項動機，就是本計畫的主旨與目標所在，也是納入煙控系統發煙量校正程序的 主要動機所在，並將以CNS 15937 為主要修訂對象。

34 CNS 15937 的主要架構，因為引進了可獨立產生的發煙系統設計，因此，若能在原 有基礎上加以配置合適的火源產生設備並與發煙系統加以整合，則此標準規範是具備 進一步發展成為，可對煙控系統進行現場運轉性能全尺度試驗的應用潛力的。有鑑於 此，本計畫就開始進行了這項發煙量校正程序的研發。 本案於上述之各項系統及設備安裝完成後，開始進行一系列之試驗系統測試。測 試項目包括1 台、及 2 台發煙器，分別以 30 psi、40 psi、50 psi、60 psi、70 psi、80 psi 之壓力擊發，並配合捲吸增強變頻式風機系統，以建立T 平方火源與發煙量產生機制。

最後，再分析上述不同測試項目所產生之不同發煙量校正結果，作為日後進行全 尺度熱煙試驗之重要參考依據。本案完成發煙量校正之測試項目包括：

1. 1 台發煙器以 30 psi 擊發，配合以 t-squard, Fast 成長曲線運轉之捲吸增強變頻式風 機系統。

2. 1 台發煙器以 40 psi 擊發，配合以 t-squard, Fast 成長曲線運轉之捲吸增強變頻式風 機系統。

3. 1 台發煙器以 50 psi 擊發，配合以 t-squard, Fast 成長曲線運轉之捲吸增強變頻式風 機系統。

4. 1 台發煙器以 60 psi 擊發，配合以 t-squard, Fast 成長曲線運轉之捲吸增強變頻式風 機系統。

5. 1 台發煙器以 70 psi 擊發，配合以 t-squard, Fast 成長曲線運轉之捲吸增強變頻式風 機系統。

6. 1 台發煙器以 80 psi 擊發，配合以 t-squard, Fast 成長曲線運轉之捲吸增強變頻式風 機系統。

第二章 大空間建築全尺度熱煙試驗定量化分析

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7. 2 台發煙器皆以 30 psi 擊發，配合以 t-squard, Fast 成長曲線運轉之捲吸增強變頻式 風機系統。

8. 2 台發煙器皆以 40 psi 擊發，配合以 t-squard, Fast 成長曲線運轉之捲吸增強變頻式 風機系統。

9. 2 台發煙器皆以 50 psi 擊發，配合以 t-squard, Fast 成長曲線運轉之捲吸增強變頻式 風機系統。

10. 2 台發煙器皆以 60 psi 擊發，配合以 t-squard, Fast 成長曲線運轉之捲吸增強變頻式 風機系統。

11. 2 台發煙器皆以 70 psi 擊發，配合以 t-squard, Fast 成長曲線運轉之捲吸增強變頻式 風機系統。

12. 2 台發煙器皆以 80 psi 擊發，配合以 t-squard, Fast 成長曲線運轉之捲吸增強變頻式 風機系統。

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實驗項目1： 1 台發煙器以 30 psi 擊發，配合以 t-squard, Fast 成長曲線運轉之捲吸增

強變頻式風機系統 測試情境： 進行本項實驗前，首先將1 台發煙器設備之 CO2鋼瓶壓力控制閥，以電腦程式控 制為30 psi 輸出，以輸出實驗用白煙。其次，設定捲吸增強變頻式風機系統為以 t-squard, Fast 成長曲線運轉，以捲吸周圍空氣增大發煙量。接著開啟煙層高度與溫度量測系統與 能見度距離量測系統，準備進行實驗。 於現場指揮官倒數完畢後，開啟所有瓦斯燃燒爐以產生熱源。接著開啟 1 台發煙 器設備與捲吸增強變頻式風機系統，開始由導煙管發出白煙，如圖2-28 所示。捲吸增 強變頻式風機系統依t-squard, Fast 成長曲線之運轉結果，如圖 2-29 所示。 圖2-28 實驗項目 1 由導煙管發出白煙之測試情形

第二章 大空間建築全尺度熱煙試驗定量化分析 37 圖2-29 實驗項目 1 捲吸增強變頻式風機系統依 t-squard, Fast 成長曲線之運轉結果 煙層高度量測結果： 檢視所有8 條煙層高度與溫度量測系統之煙層高度與鳴動時間後，求得其平均值， 實驗項目1 其煙層高度量測結果，如下圖 2-30 所示。 圖2-30 實驗項目 1 之煙層高度量測結果 發煙量校正結果： 若以校正場地之樓地板面積342.25 m2_{計算，煙層下降至離地9 公尺共費時 260 秒，}

38

故發煙量校正結果為3.95 m3_/sec。

實驗項目2： 1 台發煙器以 40 psi 擊發，配合以 t-squard, Fast 成長曲線運轉之捲吸增

強變頻式風機系統 測試情境： 進行本項實驗前，首先將1 台發煙器設備之 CO2鋼瓶壓力控制閥，以電腦程式控 制為40 psi 輸出，以輸出實驗用白煙。其次，設定捲吸增強變頻式風機系統為以 t-squard, Fast 成長曲線運轉，以捲吸周圍空氣增大發煙量。接著開啟煙層高度與溫度量測系統與 能見度距離量測系統，準備進行實驗。 於現場指揮官倒數完畢後，開啟所有瓦斯燃燒爐以產生熱源。接著開啟 1 台發煙 器設備與捲吸增強變頻式風機系統，開始由導煙管發出白煙，如圖2-31 所示。捲吸增 強變頻式風機系統依t-squard, Fast 成長曲線之運轉結果，如圖 2-32 所示。 圖2-31 實驗項目 2 由導煙管發出白煙之測試情形

第二章 大空間建築全尺度熱煙試驗定量化分析 39 圖2-32 實驗項目 2 捲吸增強變頻式風機系統依 t-squard, Fast 成長曲線之運轉結果 煙層高度量測結果： 檢視所有8 條煙層高度與溫度量測系統之煙層高度與鳴動時間後，求得其平均值， 實驗項目2 其煙層高度量測結果，如下圖 2-33 所示。 圖2-33 實驗項目 2 之煙層高度量測結果 發煙量校正結果： 若以校正場地之樓地板面積342.25 m2_{計算，煙層下降至離地8 公尺共費時 196 秒，}

40

故發煙量校正結果為6.98 m3_/sec。

實驗項目3： 1 台發煙器以 50 psi 擊發，配合以 t-squard, Fast 成長曲線運轉之捲吸增

強變頻式風機系統 測試情境： 進行本項實驗前，首先將1 台發煙器設備之 CO2鋼瓶壓力控制閥，以電腦程式控 制為50 psi 輸出，以輸出實驗用白煙。其次，設定捲吸增強變頻式風機系統為以 t-squard, Fast 成長曲線運轉，以捲吸周圍空氣增大發煙量。接著開啟煙層高度與溫度量測系統與 能見度距離量測系統，準備進行實驗。 於現場指揮官倒數完畢後，開啟所有瓦斯燃燒爐以產生熱源。接著開啟 1 台發煙 器設備與捲吸增強變頻式風機系統，開始由導煙管發出白煙，如圖2-34 所示。捲吸增 強變頻式風機系統依t-squard, Fast 成長曲線之運轉結果，如圖 2-35 所示。 圖2-34 實驗項目 3 由導煙管發出白煙之測試情形

第二章 大空間建築全尺度熱煙試驗定量化分析 41 圖2-35 實驗項目 3 捲吸增強變頻式風機系統依 t-squard, Fast 成長曲線之運轉結果 煙層高度量測結果： 檢視所有8 條煙層高度與溫度量測系統之煙層高度與鳴動時間後，求得其平均值， 實驗項目3 其煙層高度量測結果，如下圖 2-36 所示。 圖2-36 實驗項目 3 之煙層高度量測結果 發煙量校正結果： 若以校正場地之樓地板面積342.25 m2_{計算，煙層下降至離地4.5 公尺共費時 462}

42

秒，故發煙量校正結果為5.56 m3_/sec。

實驗項目4： 1 台發煙器以 60 psi 擊發，配合以 t-squard, Fast 成長曲線運轉之捲吸增

強變頻式風機系統 測試情境： 進行本項實驗前，首先將1 台發煙器設備之 CO2鋼瓶壓力控制閥，以電腦程式控 制為60 psi 輸出，以輸出實驗用白煙。其次，設定捲吸增強變頻式風機系統為以 t-squard, Fast 成長曲線運轉，以捲吸周圍空氣增大發煙量。接著開啟煙層高度與溫度量測系統與 能見度距離量測系統，準備進行實驗。 於現場指揮官倒數完畢後，開啟所有瓦斯燃燒爐以產生熱源。接著開啟 1 台發煙 器設備與捲吸增強變頻式風機系統，開始由導煙管發出白煙，如圖2-37 所示。捲吸增 強變頻式風機系統依t-squard, Fast 成長曲線之運轉結果，如圖 2-38 所示。 圖2-37 實驗項目 4 由導煙管發出白煙之測試情形

第二章 大空間建築全尺度熱煙試驗定量化分析 43 圖2-38 實驗項目 4 捲吸增強變頻式風機系統依 t-squard, Fast 成長曲線之運轉結果 煙層高度量測結果： 檢視所有8 條煙層高度與溫度量測系統之煙層高度與鳴動時間後，求得其平均值， 實驗項目4 其煙層高度量測結果，如下圖 2-39 所示。 圖2-39 實驗項目 4 之煙層高度量測結果 發煙量校正結果： 若以校正場地之樓地板面積342.25 m2_{計算，煙層下降至離地2 公尺共費時 595 秒，}

44

故發煙量校正結果為5.75 m3_/sec。

實驗項目5： 1 台發煙器以 70 psi 擊發，配合以 t-squard, Fast 成長曲線運轉之捲吸增

強變頻式風機系統 測試情境： 進行本項實驗前，首先將1 台發煙器設備之 CO2鋼瓶壓力控制閥，以電腦程式控 制為70 psi 輸出，以輸出實驗用白煙。其次，設定捲吸增強變頻式風機系統為以 t-squard, Fast 成長曲線運轉，以捲吸周圍空氣增大發煙量。接著開啟煙層高度與溫度量測系統與 能見度距離量測系統，準備進行實驗。 於現場指揮官倒數完畢後，開啟所有瓦斯燃燒爐以產生熱源。接著開啟 1 台發煙 器設備與捲吸增強變頻式風機系統，開始由導煙管發出白煙，如圖2-40 所示。捲吸增 強變頻式風機系統依t-squard, Fast 成長曲線之運轉結果，如圖 2-41 所示。 圖2-40 實驗項目 5 由導煙管發出白煙之測試情形

第二章 大空間建築全尺度熱煙試驗定量化分析 45 圖2-41 實驗項目 5 捲吸增強變頻式風機系統依 t-squard, Fast 成長曲線之運轉結果 煙層高度量測結果： 檢視所有8 條煙層高度與溫度量測系統之煙層高度與鳴動時間後，求得其平均值， 實驗項目5 其煙層高度量測結果，如下圖 2-42 所示。 圖2-42 實驗項目 5 之煙層高度量測結果 發煙量校正結果： 若以校正場地之樓地板面積342.25 m2_{計算，煙層下降至離地2 公尺共費時 657 秒，}

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故發煙量校正結果為5.21 m3_/sec。

實驗項目6： 1 台發煙器以 80 psi 擊發，配合以 t-squard, Fast 成長曲線運轉之捲吸增

強變頻式風機系統 測試情境： 進行本項實驗前，首先將1 台發煙器設備之 CO2鋼瓶壓力控制閥，以電腦程式控 制為80 psi 輸出，以輸出實驗用白煙。其次，設定捲吸增強變頻式風機系統為以 t-squard, Fast 成長曲線運轉，以捲吸周圍空氣增大發煙量。接著開啟煙層高度與溫度量測系統與 能見度距離量測系統，準備進行實驗。 於現場指揮官倒數完畢後，開啟所有瓦斯燃燒爐以產生熱源。接著開啟 1 台發煙 器設備與捲吸增強變頻式風機系統，開始由導煙管發出白煙，如圖2-43 所示。捲吸增 強變頻式風機系統依t-squard, Fast 成長曲線之運轉結果，如圖 2-44 所示。 圖2-43 實驗項目 6 由導煙管發出白煙之測試情形

第二章 大空間建築全尺度熱煙試驗定量化分析 47 圖2-44 實驗項目 6 捲吸增強變頻式風機系統依 t-squard, Fast 成長曲線之運轉結果 煙層高度量測結果： 檢視所有8 條煙層高度與溫度量測系統之煙層高度與鳴動時間後，求得其平均值， 實驗項目6 其煙層高度量測結果，如下圖 2-45 所示。 圖2-45 實驗項目 6 之煙層高度量測結果 發煙量校正結果： 若以校正場地之樓地板面積342.25 m2_{計算，煙層下降至離地2 公尺共費時 504 秒，}

48

故發煙量校正結果為6.79 m3_/sec。

實驗項目7： 2 台發煙器皆以 30 psi 擊發，配合以 t-squard, Fast 成長曲線運轉之捲吸

增強變頻式風機系統 測試情境： 進行本項實驗前，首先將2 台發煙器設備之 CO2鋼瓶壓力控制閥，以電腦程式控 制為30 psi 輸出，以輸出實驗用白煙。其次，設定捲吸增強變頻式風機系統為以 t-squard, Fast 成長曲線運轉，以捲吸周圍空氣增大發煙量。接著開啟煙層高度與溫度量測系統與 能見度距離量測系統，準備進行實驗。 於現場指揮官倒數完畢後，開啟所有瓦斯燃燒爐以產生熱源。接著開啟 2 台發煙 器設備與捲吸增強變頻式風機系統，開始由導煙管發出白煙，如圖2-46 所示。捲吸增 強變頻式風機系統依t-squard, Fast 成長曲線之運轉結果，如圖 2-47 所示。 圖2-46 實驗項目 7 由導煙管發出白煙之測試情形

第二章 大空間建築全尺度熱煙試驗定量化分析 49 圖2-47 實驗項目 7 捲吸增強變頻式風機系統依 t-squard, Fast 成長曲線之運轉結果 煙層高度量測結果： 檢視所有8 條煙層高度與溫度量測系統之煙層高度與鳴動時間後，求得其平均值， 實驗項目7 其煙層高度量測結果，如下圖 2-48 所示。 圖2-48 實驗項目 7 之煙層高度量測結果 發煙量校正結果： 若以校正場地之樓地板面積342.25 m2_{計算，煙層下降至離地9 公尺共費時 120 秒，}

50

故發煙量校正結果為8.55 m3_/sec。

實驗項目8： 2 台發煙器皆以 40 psi 擊發，配合以 t-squard, Fast 成長曲線運轉之捲吸

增強變頻式風機系統。 測試情境： 進行本項實驗前，首先將2 台發煙器設備之 CO2鋼瓶壓力控制閥，以電腦程式控 制為40 psi 輸出，以輸出實驗用白煙。其次，設定捲吸增強變頻式風機系統為以 t-squard, Fast 成長曲線運轉，以捲吸周圍空氣增大發煙量。接著開啟煙層高度與溫度量測系統與 能見度距離量測系統，準備進行實驗。 於現場指揮官倒數完畢後，開啟所有瓦斯燃燒爐以產生熱源。接著開啟 2 台發煙 器設備與捲吸增強變頻式風機系統，開始由導煙管發出白煙，如圖2-49 所示。捲吸增 強變頻式風機系統依t-squard, Fast 成長曲線之運轉結果，如圖 2-50 所示。 圖2-49 實驗項目 8 由導煙管發出白煙之測試情形

第二章 大空間建築全尺度熱煙試驗定量化分析 51 圖2-50 實驗項目 8 捲吸增強變頻式風機系統依 t-squard, Fast 成長曲線之運轉結果 煙層高度量測結果： 檢視所有8 條煙層高度與溫度量測系統之煙層高度與鳴動時間後，求得其平均值， 實驗項目8 其煙層高度量測結果，如下圖 2-51 所示。 圖2-51 實驗項目 8 之煙層高度量測結果 發煙量校正結果： 若以校正場地之樓地板面積342.25 m2_{計算，煙層下降至離地3.5 公尺共費時 385}

52

秒，故發煙量校正結果為7.56 m3_/sec。

實驗項目9： 2 台發煙器皆以 50 psi 擊發，配合以 t-squard, Fast 成長曲線運轉之捲吸

增強變頻式風機系統 測試情境： 進行本項實驗前，首先將2 台發煙器設備之 CO2鋼瓶壓力控制閥，以電腦程式控 制為50 psi 輸出，以輸出實驗用白煙。其次，設定捲吸增強變頻式風機系統為以 t-squard, Fast 成長曲線運轉，以捲吸周圍空氣增大發煙量。接著開啟煙層高度與溫度量測系統與 能見度距離量測系統，準備進行實驗。 於現場指揮官倒數完畢後，開啟所有瓦斯燃燒爐以產生熱源。接著開啟 2 台發煙 器設備與捲吸增強變頻式風機系統，開始由導煙管發出白煙，如圖2-52 所示。捲吸增 強變頻式風機系統依t-squard, Fast 成長曲線之運轉結果，如圖 2-53 所示。 圖2-52 實驗項目 9 由導煙管發出白煙之測試情形

第二章 大空間建築全尺度熱煙試驗定量化分析 53 圖2-53 實驗項目 9 捲吸增強變頻式風機系統依 t-squard, Fast 成長曲線之運轉結果 煙層高度量測結果： 檢視所有8 條煙層高度與溫度量測系統之煙層高度與鳴動時間後，求得其平均值， 實驗項目9 其煙層高度量測結果，如下圖 2-54 所示。 圖2-54 實驗項目 9 之煙層高度量測結果 發煙量校正結果： 若以校正場地之樓地板面積342.25 m2_{計算，煙層下降至離地3.5 公尺共費時 363}

54

秒，故發煙量校正結果為8.01 m3_/sec。

實驗項目10： 2 台發煙器皆以 60 psi 擊發，配合以 t-squard, Fast 成長曲線運轉之捲吸

增強變頻式風機系統 測試情境： 進行本項實驗前，首先將2 台發煙器設備之 CO2鋼瓶壓力控制閥，以電腦程式控 制為60 psi 輸出，以輸出實驗用白煙。其次，設定捲吸增強變頻式風機系統為以 t-squard, Fast 成長曲線運轉，以捲吸周圍空氣增大發煙量。接著開啟煙層高度與溫度量測系統與 能見度距離量測系統，準備進行實驗。 於現場指揮官倒數完畢後，開啟所有瓦斯燃燒爐以產生熱源。接著開啟 2 台發煙 器設備與捲吸增強變頻式風機系統，開始由導煙管發出白煙，如圖2-55 所示。捲吸增 強變頻式風機系統依t-squard, Fast 成長曲線之運轉結果，如圖 2-56 所示。 圖2-55 實驗項目 10 由導煙管發出白煙之測試情形

第二章 大空間建築全尺度熱煙試驗定量化分析 55 圖2-56 實驗項目 10 捲吸增強變頻式風機系統依 t-squard, Fast 成長曲線之運轉結果 煙層高度量測結果： 檢視所有8 條煙層高度與溫度量測系統之煙層高度與鳴動時間後，求得其平均值， 實驗項目10 其煙層高度量測結果，如下圖 2-57 所示。 圖2-57 實驗項目 10 之煙層高度量測結果 發煙量校正結果： 若以校正場地之樓地板面積342.25 m2_{計算，煙層下降至離地2 公尺共費時 476 秒，}

56

故發煙量校正結果為7.19 m3_/sec。

實驗項目11： 2 台發煙器皆以 70 psi 擊發，配合以 t-squard, Fast 成長曲線運轉之捲吸

增強變頻式風機系統 測試情境： 進行本項實驗前，首先將2 台發煙器設備之 CO2鋼瓶壓力控制閥，以電腦程式控 制為70 psi 輸出，以輸出實驗用白煙。其次，設定捲吸增強變頻式風機系統為以 t-squard, Fast 成長曲線運轉，以捲吸周圍空氣增大發煙量。接著開啟煙層高度與溫度量測系統與 能見度距離量測系統，準備進行實驗。 於現場指揮官倒數完畢後，開啟所有瓦斯燃燒爐以產生熱源。接著開啟 2 台發煙 器設備與捲吸增強變頻式風機系統，開始由導煙管發出白煙，如圖2-58 所示。捲吸增 強變頻式風機系統依t-squard, Fast 成長曲線之運轉結果，如圖 2-59 所示。 圖2-58 實驗項目 11 由導煙管發出白煙之測試情形

第二章 大空間建築全尺度熱煙試驗定量化分析 57 圖2-59 實驗項目 11 捲吸增強變頻式風機系統依 t-squard, Fast 成長曲線之運轉結果 煙層高度量測結果： 檢視所有8 條煙層高度與溫度量測系統之煙層高度與鳴動時間後，求得其平均值， 實驗項目11 其煙層高度量測結果，如下圖 2-60 所示。 圖2-60 實驗項目 11 之煙層高度量測結果 發煙量校正結果： 若以校正場地之樓地板面積342.25 m2_{計算，煙層下降至離地2 公尺共費時 411 秒，}

58

故發煙量校正結果為8.32 m3_/sec。

實驗項目12： 2 台發煙器皆以 80 psi 擊發，配合以 t-squard, Fast 成長曲線運轉之捲吸

增強變頻式風機系統 測試情境： 進行本項實驗前，首先將2 台發煙器設備之 CO2鋼瓶壓力控制閥，以電腦程式控 制為80 psi 輸出，以輸出實驗用白煙。其次，設定捲吸增強變頻式風機系統為以 t-squard, Fast 成長曲線運轉，以捲吸周圍空氣增大發煙量。接著開啟煙層高度與溫度量測系統與 能見度距離量測系統，準備進行實驗。 於現場指揮官倒數完畢後，開啟所有瓦斯燃燒爐以產生熱源。接著開啟 2 台發煙 器設備與捲吸增強變頻式風機系統，開始由導煙管發出白煙，如圖2-61 所示。捲吸增 強變頻式風機系統依t-squard, Fast 成長曲線之運轉結果，如圖 2-62 所示。 圖2-61 實驗項目 12 由導煙管發出白煙之測試情形

第二章 大空間建築全尺度熱煙試驗定量化分析 59 圖2-62 實驗項目 12 捲吸增強變頻式風機系統依 t-squard, Fast 成長曲線之運轉結果 煙層高度量測結果： 檢視所有8 條煙層高度與溫度量測系統之煙層高度與鳴動時間後，求得其平均值， 實驗項目12 其煙層高度量測結果，如下圖 2-63 所示。 圖2-63 實驗項目 12 之煙層高度量測結果 發煙量校正結果： 若以校正場地之樓地板面積342.25 m2_{計算，煙層下降至離地2 公尺共費時 322 秒，}

60

第二章 大空間建築全尺度熱煙試驗定量化分析

61

第五節

小 結

本計畫採取全尺度實驗印證之方式，主要依循目前世界上最新與最權威之澳洲AS 4391-1999 (R2016) Smoke management systems- Hot smoke test 標準作為依據，以實火替 代品模擬火災實況進行煙控功能驗證，於內政部建築研究所台南防火實驗中心進行相 關試驗與校正程序之實驗比對分析工作。 目前澳洲的AS 4391 及我國內容相似的 CNS 15937 之主要制訂的任務，仍然集中 於將煙流可視化、可示踪，使現場全尺度實驗之煙流特性，更容易觀察為主要功能。若 可行的話，再同步觀察濃煙沉積之厚度。因此，若能在原有基礎上加以配置合適的火源 產生設備並與發煙系統加以整合，則此標準規範是具備進一步發展成為，可對煙控系 統進行現場運轉性能全尺度試驗的應用潛力的。有鑑於此，本計畫就開始進行了這項 發煙量校正程序的研發。 本案於前述之各項系統及設備安裝完成後，開始進行一系列之試驗系統測試。測 試項目包括1 台、及 2 台發煙器，分別以 30 psi、40 psi、50 psi、60 psi、70 psi、80 psi 之壓力擊發，並配合捲吸增強變頻式風機系統，以建立T 平方火源與發煙量產生機制。 最後，再分析上述不同測試項目所產生之不同發煙量校正結果，作為日後進行全尺度 熱煙試驗之重要參考依據。各發煙量校正實驗測試項目之結果，如下表2-1 所列。 最後，建議於建築物現場進行全尺度熱煙試驗前，應先於內政部建築研究所 台南防火試驗中心進行相關之發煙量校正實驗，以使與設計條件接近，大幅度提 升性能評估之精準度。

62 表2-1 本案各發煙量校正實驗測試項目之結果 發煙量校正實驗 測 試 情 境 發煙量校正結果 實驗項目1 1 台發煙器以 30 psi 擊發，配合以 t-squard, Fast 成長曲線運轉之捲吸增強 變頻式風機系統。 3.95 m3_/sec 實驗項目2 1 台發煙器以 40 psi 擊發，配合以 t-squard, Fast 成長曲線運轉之捲吸增強 變頻式風機系統。 6.98 m3_/sec 實驗項目3 1 台發煙器以 50 psi 擊發，配合以 t-squard, Fast 成長曲線運轉之捲吸增強 變頻式風機系統。 5.56 m3_/sec 實驗項目4 1 台發煙器以 60 psi 擊發，配合以 t-squard, Fast 成長曲線運轉之捲吸增強 變頻式風機系統。 5.75 m3_/sec 實驗項目5 1 台發煙器以 70 psi 擊發，配合以 t-squard, Fast 成長曲線運轉之捲吸增強 變頻式風機系統。 5.21 m3_/sec 實驗項目6 1 台發煙器以 80 psi 擊發，配合以 t-squard, Fast 成長曲線運轉之捲吸增強 變頻式風機系統。 6.79 m3_/sec 實驗項目7 2 台發煙器皆以 30 psi 擊發，配合以 t-squard, Fast 成長曲線運轉之捲吸增 強變頻式風機系統。 8.55 m3_/sec 實驗項目8 2 台發煙器皆以 40 psi 擊發，配合以 t-squard, Fast 成長曲線運轉之捲吸增 強變頻式風機系統。 7.56 m3_/sec 實驗項目9 2 台發煙器皆以 50 psi 擊發，配合以 t-squard, Fast 成長曲線運轉之捲吸增 強變頻式風機系統。 8.01 m3_/sec 實驗項目10 2 台發煙器皆以 60 psi 擊發，配合以 t-squard, Fast 成長曲線運轉之捲吸增 強變頻式風機系統。 7.19 m3_/sec 實驗項目11 2 台發煙器皆以 70 psi 擊發，配合以 t-squard, Fast 成長曲線運轉之捲吸增 強變頻式風機系統。 8.32 m3_/sec 實驗項目12 2 台發煙器皆以 80 psi 擊發，配合以 t-squard, Fast 成長曲線運轉之捲吸增 強變頻式風機系統。 10.63 m3_/sec

第三章 增修「大空間建築火災性能式煙控系統設計與應用手冊」 63

第三章

增修「大空間建築火災性能式煙控系統設計與應用手冊」

第一節

技術手冊增修之必要性

綜觀歐美、日本等先進國家，皆以性能式防火工程設計（Performance-based Fire Engineering Design）之理念，應用電腦模擬分析與全尺度實驗印證之手法來進行其 相關之基本系統設計與細部設計工作，並蔚為世界性之潮流。 因此，對於具備中庭或挑高與開闊空間部分之車站、航站大廈與體育館等建築物 而言，若基於特別設計考量，例如防煙區劃面積過大、無法設置防煙垂壁、或無法設置 法規值之機械排煙量等等時，其消防安全設備亦可依循消防法第 6 條第 3 項規定，檢 具具體證明經中央消防主管機關認可。 故內政部建築研究所遂於2009 年發行「大空間建築火災性能式煙控系統設計與應 用手冊」，本手冊係以先進國家之性能式煙控系統設計規範為基礎，配合詳細解說我國 近十年來所完成之諸項大空間建築性能式煙控系統設計案例，提供設計者及一般民眾 參考。 此手冊以時間為經，以設計理念為緯對於性能式煙控系統設計進行了系統化之比 對分析，並結集近年來所完成之諸項大空間建築性能式煙控系統設計案例成冊，以進 行經驗之傳承。此種過程或將對我國大空間建築性能式火災煙控系統設計之應用建立 基礎。 自從本手冊發行以來，普遍深受好評，並獲得國內設計者大量參考採用。2012 年 6 月 12 日於專售政府機關出版物之國家書店網頁上，本手冊高居其暢銷書排行榜第 6 名，如下圖3-1 所示。

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