簡易二層法於建築物防火避難之應用研究

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(1)簡易二層法於建築物防火避難之應用研究. 內政部建築研究所研究報告中華民國 96 年 12 月.

(2) 096301070000G2008. 簡易二層法於建築物防火避難之應用研究. 研究人員：吳秉宸研究人員：蕭嘉俊. 內政部建築研究所研究報告中華民國 96 年 12 月.

(3) 目次. 目. 次. 表次…………………………………………………………………………………Ⅲ 圖次…………………………………………………………………………………Ⅴ 摘要…………………………………………………………………………………Ⅶ 第一章. 緒論…………………………………………………………………………………1. 第二章. 相關驗證法之文獻回顧…………………………………………………3. 第三章. 簡易 2 層驗證法之適用範圍……………………………………………… 5. 第四章. 簡易 2 層驗證法之基本說明……………………………………………… 7. 第五章. 簡易二層法計算程式運用………………………………………………21. 第六章. 案例計算結果……………………………………………………29. 第七章. 簡易 2 層計算程式之改良…………………………………………39. 第八章. 結論與建議…………………………………………………………67. 參考書目………………………………………………………………………………71 附錄一程式運算結果範例………………………………………………………73 附錄二期初簡報意見回應情形………………………………………………85 附錄三期中簡報意見回應情形………………………………………………86 附錄四期末簡報意見回應情形………………………………………………88 附錄五 Route B 中煙層下降計算方法……………………………………90. I.

(4) 簡易二層法於建築物防火避難之應用研究. II.

(5) 表次. 表. 次. 表 3-1 表 4-1. 簡易 2 層驗證法之適用範圍 ………………………………………………………5 火源成長模式係數…………………………………………………………………8. 表 4-2. 堆積可燃物每 1 平方公尺的發熱量（q1）…………………………………………12. 表 4-3. 內部裝修材料火災成長率 αm……………………………………………………13. 表 4-4. 簡易二層方法之計算流程………………………………………………………19. 表 5-1. 各項參數隨時間之結果範例……………………………………………………28. 表 6-1. 簡易 2 層計算條件及參數………………………………………………………30. 表 6-2. 與其他計算工具計算結果比較表（R2）…………………………………………32. 表 6-3. 與其他計算工具計算結果比較表（R9）……………………………………33. 表 6-4. 不同格點計算結果比較表（R9）…………………………………………………33. 表 6-5. 簡易 2 層計算條件及參數…………………………………………………………34. 表 6-6. 與其他計算工具計算結果比較表（案例 B）……………………………………34. 表 6-7. 簡易 2 層計算條件及參數…………………………………………………………35. 表 6-8. 與其他計算工具計算結果比較表（A1）…………………………………………36. 表 6-9. 與其他計算工具計算結果比較表（A3）…………………………………………36. 表 7-1. 收斂標準 0.1 之運算結果略表……………………………………………39. 表 7-2. 收斂標準 0.01 之運算結果略表……………………………………………42. 表 7-3. 收斂標準 0.001 之運算結果略表……………………………………………44. 表 7-4. 收斂標準 0.0001 之運算結果略表……………………………………………47. 表 7-5. 收斂標準 0.00001 之運算結果略表……………………………………………49. 表 7-6. 不同收斂標準程式運算時間表…………………………………………………52. 表 7-7. 時間格點 0.1 之運算結果略表……………………………………………52. 表 7-8. 時間格點 0.01 之運算結果略表……………………………………………53. 表 7-9. 時間格點 0.001 之運算結果略表……………………………………………54. 表 7-10. 時間格點 0.0001 之運算結果略表……………………………………………55. 表 7-11. 不同時間格點程式運算時間表…………………………………………………57. 表 7-12. 時間格點 0.1 秒及收斂標準 0.1 運算結果略表………………………………57. 表 7-13. 程式數值疊代間距 0.1 計算結果略表…………………………………………59. 表 7-14. 程式數值疊代間距 0.01 之運算結果略表………………………………………60. 表 7-15. 程式數值疊代間距 0.001 之運算結果略表……………………………………60. 表 7-16. 程式數值疊代間距 0.0001 之運算結果略表…………………………………61 III.

(6) 簡易二層法於建築物防火避難之應用研究. 表 7-17. 程式數值疊代間距 0.00001 之運算結果略表…………………………………62. 表 7-18. 程式數值疊代間距 0.000001 之運算結果略表…………………………………63. 表 7-19. 程式數值疊代間距 0.0000001 之運算結果略表………………………………63. 表 7-20. 程式數值疊代間距 0.00000001 之運算結果略表………………………………64. 表 7-21. 程式數值疊代間距 0.000000001 之運算結果略表……………………………65. 表 7-22. 不同疊代間距程式運算時間表…………………………………………………66. IV.

(7) 圖次. 圖. 次. 圖 4.1. 火災成長曲線圖……………………………………………………………………8. 圖 4.2. T-Square 火災成長曲線圖…………………………………………………………9. 圖 4.3. 熱傳導率曲線關係圖……………………………………………………………17. 圖 5.1. 指令介紹之檔案類別圖…………………………………………………………21. 圖 5.2. 指令介紹之編輯類別圖…………………………………………………………22. 圖 5.3. 指令介紹之專案類別圖…………………………………………………………23. 圖 5.4. 指令介紹之執行類別圖…………………………………………………………23. 圖 5.5. 指令介紹之格式類別圖…………………………………………………………24. 圖 5.6. 設定初始條件範例圖……………………………………………………………25. 圖 5.7. 設定邊界條件範例圖……………………………………………………………26. 圖 5.8. 設定建材性質範例圖……………………………………………………………27. 圖 6.1. 煙層高度…………………………………………………………………………30. 圖 6.2. 熱釋放率…………………………………………………………………………31. 圖 6.3. 煙層溫度…………………………………………………………………………31. 圖 6.4. 煙層密度…………………………………………………………………………32. 圖 8.1. 實驗屋示意圖……………………………………………………………………68. 圖 8.2. 實驗屋俯視佈設示意圖…………………………………………………………69. V.

(8) 簡易二層法於建築物防火避難之應用研究. VI.

(9) 摘要. 摘. 要. 關鍵詞：建築防火、場模式、二層模式、煙層下降在傳統規格式法規出現使用上的不足時，慢慢的就發展出所謂的性能式法規，就是在達成傳統規格式法規規範防火功能目標的前提下，應用各種預防火災、被動式防火、主動式防火及避難安全對策及方案之設計。這種性能式法規發展的主要因素係建築物為因應使用需求有高層化、複合化及特殊化等多元的使用演變，而傳統式的法規因為修訂牽涉範圍極為廣泛，所遭遇的阻力及耗費的時間往往無法及時反應建築使用上的新需求，所以在達到相同規範的需求下漸漸發展出不同的途徑。. 而本研究則是針對 Route B 性能式法規中煙層下降在計算居室避難時，由於天花板低、堆積可燃物發熱量大，煙層下降時間計算過於保守，因此在設計上採用由 zone model 發展出來的簡易二層模式來加以計算評估煙層下降時間。「簡易二層模式」的研發，主要是由早稻田大學建築系長谷見雄二教授所主持「建構具有持續性之災害資料庫與應用研究」之研究計畫而進行，「簡易二層模式」也曾經在日本建築中心進行審議，並且審議順利通過。本所於去年度亦透過研究針對簡易二層模式建立電腦計算程式，而本研究將繼續探討此一驗證方法及電腦程式於實務應用性及可靠度。. VII.

(10) 簡易二層法於建築物防火避難之應用研究. ABSTRACT Keywords：fire safety, zone model, two layer model, Smoke Layer Height. This paper proposes simple equations for predicting the smoke layer height to be used to evaluate the performance of evacuation safety in case of building fire. The simple equations correspond to the typical of design fire, i.e. constant, t-square and their combination and room configuration. These equations were applied to several sample spaces, and their prediction capabilities where capabilities were verified by comparison with a computer model. The following results were obtained. These simple equations have prediction capability almost equivalent to BRI2002, a two-layer zone model, often used as a tool in evacuation safety design.. VIII.

(11) 緒論. 第一章緒論. 建築防火法規制度是建築設計時對火災安全要求的依循，綜觀國內外近年防火安全設計及法規執行，大致上可以區分為規格式法規及性能性法規兩個領域，早期建築物用途及形式較為單純，過去世界各國家在執行方法及經驗累積考量下均採用強制性規格式的法規，一來是尚能符合建築使用需求，再者則是便於主管機關查核；但隨著整體環境發展及變異，規格式的法規經過不斷的修訂後增加了複雜繁瑣的條文，有些甚至因為沒有整體考量而導致失去法規原有的邏輯性，在加上不同領域間法規的互相牽制，規格式法規在使用上確實存在某些盲點與癥結。. 在傳統規格式法規出現使用上的不足時，慢慢的就發展出所謂的性能式法規，就是在達成傳統規格式法規規範防火功能目標的前提下，應用各種預防火災、被動式防火、主動式防火及避難安全對策及方案之設計。這種性能式法規發展的主要因素係建築物為因應使用需求有高層化、複合化及特殊化等多元的使用演變，而傳統式的法規因為修訂牽涉範圍極為廣泛，所遭遇的阻力及耗費的時間往往無法及時反應建築使用上的新需求，所以在達到相同規範的需求下漸漸發展出不同的途徑。. 除了建築使用環境變遷之外，防災科技的進步亦提供了更多的選擇性，所以傳統條列式法規勢必面臨挑戰。因此世界各國在防火設計方面均逐漸發展為性能式走向，且對於傳統法規的解釋上抱持開放的態度，此已為世界防火安全設計之潮流。另外建築除了用途取向之外，在建物美學設計上也逐漸被重視。性能式法規在設計上提供多元化及自由度，使得建築美觀與防災安全管理可以相生相容， 1.

(12) 簡易二層法於建築物防火避難之應用研究. 創造出現代化城市的獨特性及特殊魅力；近年來國內在推動性能設計法已有了具體成效，對於火災行為及建築防火安全性能分析均有進一步認識。. 而一般性能式的法規是以建築物避難路徑時間與煙層下降時間之長短，或以煙層溫度以及煙層濃度作為避難標準進行設計檢討。而為了快速精確地計算相關設計條件，各國又依據本身國情和經濟發展水準建立了與規範結合的相關預測公式。而目前我國所使用的解決方案是在規格式法規（建築技術規則）中增加性能式法規設計的但書，並且另外建立一套性能式法規的基礎，亦即本所「建築物防火避難安全性能驗證技術手冊」所使用的性能驗證方法，一般對於規格式法規（建築技術規則）通稱為 Route A，而性能式法規（建築物防火避難安全性能驗證技術手冊）通稱為 Route B。除此之外，建築技術規則總則編第 3 條及第 3 條之 4 所稱「建築物防火避難綜合檢討評定書與性能設計計畫書」亦可經過特定程序，允許其他的規格式驗證方式，亦即異於 Route A 及 Route B 的方式，一般通稱 Route C。在此，Route B 或是 Route C 都是性能式設計方式，通常所使用的方式都是計算煙層下降時間及避難逃生時間已確保人員逃生避難的安全性。而本研究則是針對 Route B 性能式法規中煙層下降在計算居室避難時，由於天花板低、堆積可燃物發熱量大，煙層下降時間計算過於保守，因此在設計上採用由 zone model 發展出來的簡易二層模式來加以計算評估煙層下降時間。「簡易二層模式」的研發，主要是由早稻田大學建築系長谷見雄二教授所主持「建構具有持續性之災害資料庫與應用研究」之研究計畫而進行，「簡易二層模式」也曾經在日本建築中心進行審議，並且審議順利通過。本所於去年度亦透過研究針對簡易二層模式建立電腦計算程式，而本研究將繼續探討此一驗證方法及電腦程式於實務應用性及可靠度。 2.

(13) 相關驗證法之文獻回顧. 第二章相關驗證法之文獻回顧在針對性能式火災安全設計通常所使用的方法有（一）縮小模型實驗、（二）代數方程式法以及（三）電腦模擬法三種，其中電腦模擬法的模式分析一般可以區分為 zone models 和 field models 兩種，而本研究的簡易二層驗證法則是由 zone models 所發展出來的。而所謂的 zone models，一般是將分析的火場空間區分成幾個控制區域，也就是所謂的 zone，而對於每一個 zone 假設他的各項物理參數都是均質的。然後再從理想氣體的質量守恆跟能量守恆定律可以得到相關的微分方程式。在每個 zone 的物理性質因為假設是均質的，所以只有在 zone 與 zone 之間的質量及能量傳遞我們再以其他模式來加以計算。而在 zone models 的演變上，如果以控制區域的數目來區分的話，可以分為兩個領域，一個是 one zone models，另一個則是 two zone models。One zone models 通常是使用於閃燃後的火場分析，而在早期的火場分析著重於閃燃後的火場分析，所以大都以 one zone models 為主。One zone models 最早可以追溯到 Kawagoe 等人開始使用，他們最早發展出單一區域理論來分析閃燃後的火場，而這個理論就是後來一連串 one zone models 的基礎。而 two zone models 則是在 1970 年代中期之後才開始發展，主要適用於閃燃前的火場分析，最早的雛形是由 Thomas 等人發展出來的一個二層模型。後來 Quintiere 等人則發展出較完整的 two zone models 同時並提出數個電腦模式。一直到了 1970 年代後期，由 Emmons 和 Mitler 才真正創建了第一個完整的單劃分區域的 two zone models；而第一個真正複合劃分區域的 two zone models 則是由 Tanaka（田中）所提出並且公式化。接著 two zone models 的研究繼續發展，陸續發展出許多著名的模型，像是 FIRST、 FAST 及 CCFM 等模型，Jones and. 3.

(14) 簡易二層法於建築物防火避難之應用研究. Forney 並以 FAST 及 CCFM 作為基礎發展出著名的 CFAST 模型。而本研究所使用的簡易 2 層模型是由早稻田大學建築系長谷見雄二教授所主持「建構具有持續性之災害資料庫與應用研究」之研究計畫而發展出來，起源可以溯及至 1986 年本田中哮義博士所開發出來的 BRI2 二層煙流模型，2003 年 BRI2 修正為 BRI2002，並在 2007 年導入新構想的空間模式提出新的修正版 BRI2002P2。. 4.

(15) 簡易 2 層驗證法之適用範圍. 第三章簡易 2 層驗證法之適用範圍簡易 2 層驗證法之適用範圍，不包含醫院、養老院、幼稚園等無自立避難能力人員集中之 F 類場所、危險物工廠、貯藏庫等高火載量及可能快速延燒之 C 類以及 I 類場所，且不包含 B 類之含有貯藏庫高火載量之可能快速延燒場所，如量販店貯藏庫等。表 1 情形之建築物為適用範圍：表 3-1. 簡易 2 層驗證法之適用範圍. 類別. 類別定義. 空間名稱. A 公共集會類類. 供集會、觀賞、社交、戲(劇)院、電影院、演藝廳、等候運輸工具，且無法車站、航空站、候船室等空防火區劃之場所。間。. B 商業類類. 夜總會、酒家、理容院、供商業交易、陳列展 KTV、MTV、公共浴室、百售、娛樂、餐飲、消費貨公司、商場、市場、餐廳、之場所。旅館、觀光飯店等空間。. D 休閒、文教類類. 保齡球、溜冰場、會議廳、供運動、休閒、參觀、展示廳、博物館、美術館、閱覽、教學之場所圖書館、各級學校教室等空間。. E 宗教、殯葬類類. 供宗教信徒聚會殯葬之寺、廟、教堂、宗祠等空間。場所. G 辦公、服務類類. 金融機構、證券交易所、政供商談、接洽、處理一府機關、一般辦公室、事務般事務或一般門診、零所、一般診所、衛生所、店售、日常服務之場所舖等空間。. H 住宿類類. 供特定人住宿之場所. 寄宿舍、招待所、住宅、集合住宅等空間。. （資料來源：簡易二層驗證技術手冊之研究） 5.

(16) 簡易二層法於建築物防火避難之應用研究. 本手冊並非適用於任何空間特性之建築物，目前在執行上仍有其限制條件，其限制條件如下所列：（一）建築物必須為防火建築物。（二）不適用於高火載量及可能快速延燒之場所。（三）本計算法是建立於以下火災模式： 1. 火災進行係指起火至火災擴大延燒之初期火災。 2. 火災假設限定發生於起火居室內。 3.. T2 火災成長模式（T2-fire growth model）。. 4. 二層模式（Zone Model）。（四）非 H 類（住宿類），每一防煙區劃面積≦200m2。*註（五）天花板高度限制＜8m。（六）除排煙相關設施外，不考量其他滅火設備動作之影響。 *註：H 類（住宿類）無面積限制。. 6.

(17) 第四章簡易 2 層驗證法之基本說明. 簡易 2 層驗證法之基本說明. 4.1 基本火災設定說明簡易 2 層主要是針對每個小居室，假設在火災發生之情況下，估計煙層下降時間以確認避難人員是否可以安全的避難至小居室外，故先要計算居室人員避難至居室外部所需之時間，次而計算居室煙層下降至造成避難障礙高度，形成避難危險之時間，最後再確認完成居室避難所需之時間是否超過煙層下降時間。建築物發生火災的任一種變數都足以影響火災的成長及其可能導致之危險性，通常火源的設計對於煙控系統來說有決定性的影響，在火災的初期階段，熱釋放率由燃燒體之性質、數量及大小來決定。如果火源持續擴大，導致閃燃的發生時，此刻的煙控系統就會失效。但是如果火源發生的區域在與大空間連接的小區域內，經由門或窗進入大空間的煙流仍可利用煙控系統加以控制，以避免煙流的擴大。因此，火源的成長期為人員逃生避難的最佳時期，同時也是消防煙控設計的關鍵時期。設定火源大小是火災危險評估中最重要的部分，一般火災設定分為穩態火源、非穩態火源及實際量測火長曲線三種方法。而在本研究中則是假設燃燒火源在發展期間的熱釋放率非常低，且其熱釋放率會隨時間變化，因此將火災成長狀況理想化，以拋物線方程式表示（Heskestad , 1984），也就是將式（4.1）中的 n 取 2 並且加入不同火源成長時間的觀念成為如式（4.2）所示，意即當火源成長至一臨界點後，其熱釋放率會與時間的平方成正比，如圖 4.1 所示，亦即平常所稱的"T-Squared Fires"，本研究使用成長時間的觀念，成長時間 tg 定義為有效燃燒之成長至 1,055kW 以後之時間，而 T-Squared Fires 依火源成長速率又可區分成 Ultra-fast、Fast、Medium 及 Slow 四種成長曲線，各種型式的火源成長係數與. 7.

(18) 簡易二層法於建築物防火避難之應用研究. 成長時間如表 4-1 所示。各種火源成長型式及其各類替代物質如圖 4.2 所示。. 圖 4.1 表 4-1. 火災成長曲線圖（資料來源：簡易二層驗證技術手冊之研究）火源成長模式係數. 項目. 成長係數. 成長時間. T-Squared Fires. Α（kW/s2）. tg. 緩慢（Slow）. 0.002931. 600. 普通（Medium）. 0.01127. 300. 快速（Fast）. 0.04689. 150. 極快速（Ultra Fast）. 0.1878. 75. （資料來源：簡易二層驗證技術手冊之研究）. 8. （s）.

(19) 簡易 2 層驗證法之基本說明衣櫃 (薄夾板 ) 各型紙箱 (高 4.6m ) 池型甲醇快速燃燒的大型傢俱木板床墊 (高 1.5m ). 堆疊草堆 (高 1m ). 棉製 /聚酯彈簧床墊. 6000. 熱釋放率 (K W ). 5000 4000 U ltra Fast. 3000. Fast. M edium. 2000 1000. Slow. 0. 200. 400. 600. 800. 時間 (sec) 圖 4.2 T-Square 火災成長曲線圖（資料來源：簡易二層驗證技術手冊之研究）故本研究設計火源大小採如下公式. Q = α (t − t 0 ). n. （4.1）. 其中 Q：火源的熱釋放率（kW） α：火源的成長係數（kW/s2） t：開始燃燒後的時間（sec） t0：有效的著火時間（sec），通常設定為 0 n：1,2,3,4,…... Q = αt g. 2. （4.2）. tg：有效的燃燒後的時間（sec） 4.2 符號說明以下條列說明本研究所採用之符號與其意義：. A. ：居室樓地板面積(m2). 9.

(20) 簡易二層法於建築物防火避難之應用研究. Ac：居室有效傳熱面積(m2) Cp. ：空氣比熱，1.0(kJ/kg/K). c. ：周圍牆壁之比熱 (kJ/kg/K). E. ：居室排煙率(m3/s). e. ：單一排煙口的有效排煙率(m3/s). H. ：居室天花板高度(m). hk：有效熱傳導率(kW/m2/K) k. ：實驗係數(kg/s/kW1/3/m5/3). kw. ：周圍牆壁之熱傳導率 (kW/m/K). ‧ me ：居室有效排煙率(kg/s) ‧ ms. ：煙生成率(kg/s). ‧ Q. ：火源熱釋放率(kW). ‧ Qw ：熱損失率(kW). 10. ql. ：居室可燃物密度之發熱量(MJ/m2). T. ：煙層溫度(K). T0. ：初期空氣溫度(K). t. ：時間(sec). w. ：單一排煙口的排煙率(m3/s). Z. ：煙層高度(m). Zs. ：煙層厚度(m). α. ：火源成長係數(kW/s2). αf. ：可燃物的火源成長係數(kW/s2).

(21) αm ：居室裝修材料的火源成長係數(kW/s2). 簡易 2 層驗證法之基本說明. ρs：煙層密度(kg/m3) ρ. ：周圍牆壁之密度 (kg/m3). δ. ：周圍牆壁之厚度 (m). 4.3 火災成長率 αf、αm 說明 αf、αm 皆為可燃物火災延燒之火災成長率，αf,為堆積可燃物之火災成長率， αm 為內部裝修材料之火災成長率。αf,依堆積可燃物的發熱量，應用公式（4.3a）、（4.3b）計算其值，αm 則依據牆壁及天花板材料設置的種類，查表 4-2 可得。假設該居室內有許多用途，則每 1m2 的堆積可燃物發熱量會隨著用途的不同而有所差異，因此可依各用途面積比率，計算其平均發熱量後，再用平均發熱量計算火災成長率 αf。故總火災成長率 α=αf+αm 堆積可燃物之火災成長率 αf 值依照下列公式計算：. i. α f = 0.0125. ( ql ≤ 170 ). (4.3a). ii. α f = 2.6 ×10 −6 × ql5 3. ( ql > 170 ). (4.3b). 上式中. q1：居室可燃物密度之發熱量(MJ/m2)。依照表 2-2 用途設定其值。單位樓地板面積堆積可燃物發熱量 q1 小於 170（MJ）時，其堆積可燃物之火災成長率全部設定為 0.0125；但若堆積可燃物之發熱量 q1 大於 170（MJ）時，其火災成長率隨著每 1m2 的堆積可燃物之發熱量而變更。每 m2 堆積可燃物發熱量 q1 依上表用途設定其值，對於同一居室內有不同的用途，則依面積比率計算其平均值。 11.

(22) 簡易二層法於建築物防火避難之應用研究. 表 4-2. 堆積可燃物每 1 平方公尺的發熱量（q1）. 發熱量編號. 居室的種類. （單位 MJ/m2）. 住宅的居室. 720. 住宅以外建築物內的臥室. 240. 辦公室及其他類似場所. 560. 會議室及其他類似場所. 160. 教室. 400. 體育設施的運動場及其他類似場所. 80. 博物館或美術館的展示場及其他類似場所. 240. 百貨商場或其他販. 家具或書籍等賣場及. 960. 賣物品的店鋪. 其他類似場所. （一）. （二）. （三）. （四）餐飲店或其他餐廳. 劇場、電影院、演藝. 其他. 480. 簡易餐廳. 240. 其他餐廳. 480. 觀眾席部份. 固定座位. 場、觀覽場、集會（五）廳、集會場及其他類. 其他. 似場所舞台部份. 12. 400. 480 240.

(23) 簡易 2 層驗證法之基本說明. （六）. 室內停車場或汽車. 室內停車場或其他類. 修理場. 似場所車道及其他類似場所. 走廊、樓梯、及其他通道玄關、大廳及其他類. 劇場、電影院、演藝. 似場所. 場、觀覽場、集會廳、. 240. 32 32 160. 集會場及其他類似場（七）. 所或百貨商場或其他販賣物品的店鋪，以及其他作為類似該用途之場所其他. 80. （八）. 升降機及其他建築設備的機械室. 160. （九）. 頂樓廣場或陽台. 80. （十）. 倉庫及其他儲放物品的房間. 2,000. （資料來源：建築物防火避難安全性能驗證技術手冊）. 另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（無天花板時以屋頂代替）及室內部份（迴廊、窗台及其他類似部分除外）裝修材料耐燃等級的不同，請參照表 4-3 所示規定數值。表 4-3. 內部裝修材料火災成長率 αm. 裝修材料耐燃等級. 成長係數(kW/s2). 耐燃一級. 0.0035. 耐燃二級. 0.014. 耐燃三級. 0.056. 其他. 0.35. （資料來源：建築物防火避難安全性能驗證技術手冊） 13.

(24) 簡易二層法於建築物防火避難之應用研究. ‧ 4.4 煙生成率計算 ms 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。煙的生成率如下列計算式所示：. m& s = kQ& 1 3 Z 5 3. （4.4）. 其中. Q& ：火源熱釋放率（KW） Z：煙層高度（m） k：實驗係數 k=0.076 (Heskestad 1986） ‧ ‧ 其中，煙生成率 ms 公式的第一項 Q1/3 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 Z5/3 表示火災熱氣流週遭空氣的捲入，使濃煙量增大的程度。. 4.5 居室有效排煙率計算排煙設備於避難開始時即啟動，但有效排煙量亦需考量到煙層溫度的影響。當煙層溫度超過 280℃時，排煙系統內之防火閘門即會關閉而停止該居室的排煙。公式（4.7b）w 表示有效排煙口排氣的能力，其實際排煙量 e 值可能比實際排煙機的排煙能力 w 小，所以一般規定為其上限值。公式（4.7a）表示排煙機所排除排煙口下方煙量之有效排煙量計算居室有效排煙速率時需考量到煙層密度與排煙效率，其計算式如下所示：. m& e = 14. ρs E 60. (4.5).

(25) 簡易 2 層驗證法之基本說明. 居室排煙率 E 則可由下列計算式求得： E = ∑e. (4.6). i. e = 3.9Z s w2 3 ( w > 60 Z s3 ). (4.7a). ( w ≤ 60Z s3 ). (4.7b). ii. e = w 其中. ρ s ：煙層密度(kg/m3) E. ：居室排煙率(m3/s). e. ：單一排煙口的有效排煙率(m3/s). w. ：單一排煙口的排煙率(m3/s). 4.6 煙層厚度計算有別於 Route B 之計算方法，為了更精確的計算小居室煙層下降高度，在此不採用直接簡易的計算，而採用考慮煙層密度且使用煙生成率扣掉居室有效排煙率之積分，來預測煙層下降之行為。但因實際上有些場所之煙生成率扣掉居室有效排煙率為負值，所以在計算煙生成率扣掉居室有效排煙率設定最小值為. 0.00001（kg/s）。煙層厚度可由以下計算式計算而得： m& s − m& e dt 0 Aρ s. Zs = ∫. t. （4.8）. 其中. m& s ：煙生成率(kg/s) m& e ：居室有效排煙率(kg/s). ρ s ：煙層密度(kg/m3) 15.

(26) 簡易二層法於建築物防火避難之應用研究. A. ：居室樓地板面積(m2). 而煙層高度之計算式如下：. Z = H − Zs. （4.9）. 其中. Z s ：煙層厚度(m). H. ：居室天花板高度(m). 上式煙層高度達到避難障礙煙層高度 1.8 公尺時，即為該高度上方煙霧蓄積之可能容許量。從避難者所在樓面算起的煙層高度，其高度基準位置為居室樓面之最高位置，H 為居室天花板高度，可利用煙霧下降至 1.8 公尺的時間，計算出場所之煙層下降時間。. 4.7 熱損失率計算依據 MaCaffrey 等所推導之有效熱傳導率 hk 可求得整個火災是由周圍牆壁的熱損失率. Q& w ，再經由 BRI2002 並制定與實驗相符合之熱傳導率曲線方程式，. 如圖 2.3 所示，修正其計算式如下：. Q& w = hk × Ac × (T − T0 ) ⎧8.3 × 10 −3 hk = ⎨ *2 / 5 ⎩ 0.1Q .. Q * ≡ Q/ 1116 D 5 / 2. 16. （4.9）. (Q * < 2 × 10 −3 ) (2 × 10 −3 ≤ Q * ). (14) (4.10).

(27) 簡易 2 層驗證法之基本說明. D=( Vs )1/3 其中. Q&. ：火源熱釋放率(kW). Q*：熱釋放率與體積關係判別式 Ac ：居室有效傳熱面積(m2) ：周圍牆壁之熱傳導率 (kW/m/K). hk. heat transfer coeff. [W/m2.K]. 100. D=(volume)1/3. 80. Q. 60. ⎧8.3 × 10−3 hk = ⎨ *2 / 5 ⎩ 0.1Q. 40 20 0. quiescent 0. (Q * < 2 × 10−3 ) (2 × 10− 3 ≤ Q* ) well-stirred. 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 * 5/ 2 Q ≡ Q / 1116 D by room size [-] 圖 4.3. 熱傳導率曲線關係圖. （資料來源：簡易二層驗證技術手冊之研究）. 4.8 煙層溫度計算煙層溫度可由能量守恆方程式推導下列的計算式：. ⎛. . ⎞ ∫0 ⎜⎝ Q− Q w ⎟⎠dt = A × Z s × ρ s × C p ×(T −T 0 ) t. （4.11）. 其中. Q&. ：火源熱釋放率(KW). t. ：時間(sec) 17.

(28) 簡易二層法於建築物防火避難之應用研究. Z s ：煙層厚度(m). A. ：居室樓地板面積(m2). Q& w ：熱損失率(KW). T. ：煙層溫度(K). T0. ：初期空氣溫度(K). ρ s ：煙層密度(kg/m3). 4.9 煙層密度計算煙層密度之計算公式如下：. ρs =. 353 T. T. ：煙層溫度(K). 其中. 4.10 簡易二層法解題程序解題程序如下：. a. 利用已知之各項物理初始條件代入方程式； b. 設定相關之邊界條件； c. 以簡易二層方法之計算流程進行程式運算； d. 重複步驟 c，直至達到下列的收斂標準。. T n +1 − T n T. 18. n +1. < 1× 10 − 4 其中 n 代表疊代次數.

(29) 簡易 2 層驗證法之基本說明. 4.11 Fortran 與 Visual Basic 視窗化撰寫本研究所採用的電腦程式係由本所 95 年度協同研究案「簡易二層驗證技術手冊之研究」所發展，為了方便計算避難安全，撰寫視窗化介面程式，使用 Fortran 程式語言，並配合 Visual Basic 視窗介面，在計算流程方面，配合表 4-4 之計算步驟，配合簡易二層方法之計算流程，讓使用者只需要掌握各項參數便可使用之。表 4-4. 簡易二層方法之計算流程. 計算步驟：時間疊代 t. 【1】計算熱釋放率. 【2】煙層厚度疊代. 【3】計算煙生成率. 【4】計算有效排煙率. 煙層厚度之疊代至所需. 時間疊代【5】煙層溫度疊代. 之收斂標準 T n +1 − T n. 【6】計算煙層厚度. T n +1 < 1× 10 − 4. 【7】計算煙層高度. 【8】計算煙層溫度. 【9】計算熱損失率. 【10】計算煙層密度（資料來源：簡易二層驗證技術手冊之研究） 19.

(30) 簡易二層法於建築物防火避難之應用研究. 20.

(31) 簡易 2 層法計算程式運用. 第五章簡易 2 層法計算程式運用. 本研究以前述之電腦模擬程式，並且輔助與本所「建築物防火避難驗證技術手冊」規範內 200m2 以下較小居室空間內相關安全避難評估。本程式包含部分文書處理之功能方便使用者資料整理，另外，還包含計算流程說明，計算設定，運算等。各種主要功能之介紹，將列如下述所示： 5.1 檔案檔案包括以下諸列功能：（如圖 5.1 所示）開新檔案：開啟一個未使用過的文書檔，並可以開始編輯。開啟舊檔：開啟一個舊有的文書檔案，並可以開始編輯。儲存檔案：儲存目前編輯之檔案。另存新檔：儲存目前編輯之檔案至新空間。列印：列印目前開啟之文書檔案。離開：關閉程式。. 圖 5.1. 指令介紹之檔案類別圖. （資料來源：本研究自行整理） 21.

(32) 簡易二層法於建築物防火避難之應用研究. 5.2 編輯編輯包括以下諸列功能：（如圖 5.2 所示）復原：復原上一步動作。剪下：剪下所選取之文字敘述。複製：複製所選取之文字敘述。貼上：貼上所選取之文字敘述。全選：選取全部範圍。尋找：設定尋找關鍵字，搜尋整篇文章出現關鍵字之地方。取代：設定尋找關鍵字，取代整篇文章出現關鍵字之地方。. 圖 5.2. 指令介紹之編輯類別圖. （資料來源：本研究自行整理）. 5.3 專案專案包括以下諸列功能：（如圖 5.3 所示）設定初始條件：設定初始條件。設定邊界條件：設定邊界條件。. 22.

(33) 簡易 2 層法計算程式運用. 設定建材性質：設定建材性質。進階：進階設定收歛條件，本程式收斂條件以內定為 10-4。. 圖 5.3. 指令介紹之專案類別圖. （資料來源：本研究自行整理）. 5.4 執行專案包括以下諸列功能：（如圖 5.4 所示）開始：開始執行程式。按下後跳出 MS-DOS 視窗進行運算，請勿關掉，關掉會導致運算強制終止。. 圖 5.4. 指令介紹之執行類別圖. （資料來源：本研究自行整理） 23.

(34) 簡易二層法於建築物防火避難之應用研究. 5.5 格式格式包括以下諸列功能：（如圖 5.5 所示）字型：更改字體大小、字型、上下標等。對齊：靠左對齊靠右對齊置中對齊縮排：設定文書檔案縮排。定位點：增加文書檔案之定位點。. 圖 5.5. 指令介紹之格式類別圖. （資料來源：本研究自行整理）. 5.6 輸入參數如前幾節所示，點選程式上方之【專案】欄，並且輸入已知條件，請參考上述 a. 計算前提設定條件設定及 b.計算使用之起始參數與常數，並且分別輸入下列三項，輸入後請按下【存檔】之後【離開】，便完成設定。. c-1 初始條件：設定初始條件。（如圖 5.6）. 24.

(35) 簡易 2 層法計算程式運用. 居室樓地板面積設定：使用限制為兩百平方公尺以下之居室樓地板面積。平均天花板高度設定：使用限制為八公尺以下之居室樓天花板高度。可燃物發熱量設定：可燃物發熱量設定請詳見表 2-2 堆積可燃物每 1 平方公尺的發熱量（q1）。排煙量設定：排煙量設定請參照計算居室有效排煙速率之相關設定。居室周圍牆壁之厚度：請參照居室設定之初始條件。. 圖 5.6. 設定初始條件範例圖（資料來源：本研究自行整理）. c-2 設定邊界條件：設定邊界條件。（如圖 5.7）計算時間間隔設定：本手冊建議參考計算時間間隔設定為 0.01sec。其他相關秒數之收斂效果比較請參考附錄一。 25.

(36) 簡易二層法於建築物防火避難之應用研究. 實驗係數設定：0.076。起始溫度：請參考居室設定之初始條件。空氣比熱設定：建議值為 1。. 圖 5.7. 設定邊界條件範例圖（資料來源：本研究自行整理）. c-3 設定建材性質：設定建材性質。（如圖 5.8）設定裝修材料耐燃等級：請參照表 2-3 之相關耐燃等級分類。周圍牆壁之熱傳導率：請參照建材性質。周圍牆壁之密度：請參照建材性質。周圍牆壁之比熱：請參照建材性質。. 26.

(37) 簡易 2 層法計算程式運用. 圖 5.8. d. 設定建材性質範例圖（資料來源：本研究自行整理）. 開始計算完成上述 c-1、c-2、c-3，並均【存檔】後【離開】，選擇【執行】後，按下. 【開始】，便可以進行本程式之運算。. e. 結果輸出本程式之結果輸出是採.txt 檔輸出，可以配合一般之文書處理軟體，繪製表. 格，或是使用後處理軟體繪製圖形，來呈現安全避難驗證結果。檔案排列順序為，時間（sec）；時間（min）；.熱釋放率；煙生成率；有效排煙率；煙層厚度；煙層高度；熱損失率；煙層溫度；煙層密度。其使用文書處理軟體排版後之結果範例檔案如下述所示：（表 5-1）. 27.

(38) 簡易二層法於建築物防火避難之應用研究. 表 5-1. 各項參數隨時間之結果範例. t(sec) t(min) 1.熱釋放率 2.煙生成率 3.有效排煙率 4.煙層厚度 5.煙層高度 6.熱損失率 7.煙層溫度 8.煙層密度. 0.0. 0.000 0.0000000 0.0000000 0.00000000 0.0000000 2.4000000 0.0000000 30.000000 1.1650165. 1.0. 0.016 0.1538813 0.1751600 0.00030542 0.0004177 2.3995822 0.1464663 30.004799 1.1649980. 2.0. 0.033 0.6155254 0.2778740 0.00096859 0.0013248 2.3986751 0.5883069 30.027256 1.1649117. 3.0. 0.050 1.3849323 0.3637951 0.00190159 0.0026013 2.3973986 1.3073945 30.074166 1.1647314. 4.0. 0.066 2.4621018 0.4402174 0.00306771 0.0041976 2.3958023 2.2871985 30.149773 1.1644409. 18. 0.300 49.857562 1.1609815 0.03673706 0.0511199 2.3488800 36.947147 35.295350 1.1450059. 19. 0.316 55.551173 1.1994880 0.04012139 0.0559291 2.3440708 40.833753 35.846686 1.1429619. 20. 0.333 61.552546 1.2368212 0.04361387 0.0609107 2.3390892 44.893532 36.421497 1.1408386. 75.00 1.250 865.58268 1.9782044 0.34199858 0.5726874 1.8273125 524.65189 98.002789 0.9514753 76.00 1.266 888.81877 1.9710699 0.34861917 0.5862793 1.8137206 538.27476 99.595065 0.9474092 76.99 1.283 912.30574 1.9632772 0.35524879 0.5999990 1.8000009 552.05658 101.19828 0.9433501 （資料來源：簡易二層驗證技術手冊之研究）. 28.

(39) 案例計算結果. 第六章案例計算結果本研究是蒐集相關使用 Route C 的防火避難案例，將這些案例使用本研究的電腦程式進行驗證，並且與其他計算工具結果作一個比對，推求本研究所使用電腦程式的正確性。下列的蒐集相關避難驗證資料因為涉及部分公司資料，所以僅以代號來稱呼。. 6.1 案例 A （一）背景說明：本案例是位於信義計畫區某企業集團的辦公大樓，建物為地上 27 層，地下. 5 層的鋼骨構造建築物，總建築面積約為 2700 平方公尺，是屬於復合用途的辦公大樓，有咖啡廳、中西式餐廳、精品百貨、金融證券、停車空間及辦公空間，此大樓地上一層為避難層，設有座特別安全梯、2 座室內安全梯及 2 部緊急升降梯，本案件主要是利用性能式法規來替代規格式法規「建築技術規則」建築設計施工篇第 93 條及第 98 條。此建築物的特性條件為正方量體，無曲線造型空間，防火區劃、防煙區劃及內裝修材料均照相關規格式法規設計，為防火構造建築物；內部人員絕大多數屬於可自力避難人員，在居室避難部分房間（小居室）使用簡易 2 層方式加以驗證，人員避難時間則使用 Route B 的方式加以計算。（二）計算結果：本案例首先選取 3 樓餐飲業的居室空間（R2），前提條件如下表 6-1 所示，經過計算之後詳細計算資料詳見附錄一，下面僅以圖表方式呈現結果如圖. 6.1-6.4。. 29.

(40) 簡易二層法於建築物防火避難之應用研究. 表 6-1 簡易 2 層計算條件及參數（資料來源：本研究整理）居室樓地板面積. 42.67m2. 平均天花板高度. 3.7m. 可燃物發熱量. 480MJ/m2. 裝修材料等級. 耐燃一級. 排煙方式. 機械排煙. 排煙量. 34m3/min. 計算時間間隔. 0.01sec. 初期空氣溫度. 298k. 火災成長係數. 0.08. 實驗係數. 0.076kg/s/kW1/3/m5/3. 牆壁熱傳導率. 0.04×10-3kW/m/k. 周圍牆壁厚度. 0.125m. 周圍牆壁密度. 300kg/m3. 周圍牆壁比熱. 1.63kj/kg/k. 空氣比熱. 1.0kj/kg/k. （資料來源：本研究自行整理）. （m）. 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0. 84.13s. 0. 10. 20. 30. 40. 50. 圖 6.1 煙層高度（資料來源：本研究自行整理）. 30. 60. 70. 80 （sec90 ）.

(41) （kW）. 案例計算結果. 600 500 400 300 200 100 0 0. 10. 20. 30. 40. 50. 60. 70. 80. 90. 60. 70. 80. 90. （sec）圖 6.2 熱釋放率（資料來源：本研究整理）. （℃）. 120 90 60 30 0 0. 10. 20. 30. 40. 50. （sec）圖 6.3 煙層溫度（資料來源：本研究整理）. 31.

(42) 簡易二層法於建築物防火避難之應用研究. （kg/m3）. 1.5 1.2 0.9 0.6 0.3 0 0. 10. 20. 30. 40. 50. 60. 70. 80. （sec）圖 6.4 煙層密度（資料來源：本研究整理）（三）計算結果比較：與其他使用簡易 2 層的計算工具結果比較如下表 6.2。因為相關數據都呈現相同的趨勢，僅於數值上有所差異，所以下表僅列出煙層下降至 1.8M 時（阻礙避難人員逃生）的數據加以比較。表 6-2 與其他計算工具計算結果比較表（R2）本研究所使用程式. 其他工具. 84.13. 66.00. 煙層下降至 1.8M 的熱釋放率（kW）. 566.287. 348.480. 煙層下降至 1.8M 的煙層溫度（℃）. 115.658. 92.736. 0.908. 0.965. 煙層下降至 1.8M 時間（s）. 煙層下降至 1.8M 的煙層密度（kg/m3）（資料來源：本研究自行整理）. 另外，在使用同一案例中的另一個小居室空間（樓版面積 32m2，平均天花板高度 3m，排煙輛 32m3/min）來加以計算，計算結果比較如下表 6.3 所示。. 32. 90.

(43) 案例計算結果. 表 6-3 與其他計算工具計算結果比較表（R9）本研究所使用程式. 其他工具. 70.01. 47.00. 煙層下降至 1.8M 的熱釋放率（kW）. 392.153. 226.202. 煙層下降至 1.8M 的煙層溫度（℃）. 125.683. 85.988. 0.885. 0.983. 煙層下降至 1.8M 時間（s）. 煙層下降至 1.8M 的煙層密度（kg/m3）. 另外，針對此一案例亦進行時間格點的差異比較，使用不同的時間格點 0 〱及 0001 下去計算，比較點上的差異，所得結果如下表 6.4 所示。表 6-4 不同格點計算結果比較表（R9）時間間隔 0.01. 時間間隔 0.001. 70.01. 70.018. 煙層下降至 1.8M 的熱釋放率（kW）. 392.153. 392.242. 煙層下降至 1.8M 的煙層溫度（℃）. 125.683. 125.709. 0.885. 0.885. 煙層下降至 1.8M 時間（s）. 煙層下降至 1.8M 的煙層密度（kg/m3）（資料來源：本研究自行整理）. 6.2 案例 B （一）背景說明：本案例是位於台北市北區某開發案，為 2 相鄰建築物，進行避難驗證的建物一棟為為地上 8 層，地下 4 層的鋼骨構造建築物，建築面積約為 4900 平方公尺，是屬於複合用途建築物，有百貨商場、餐飲場所、零售市場及辦公空間，本案件主要是利用性能式法規來替代規格式法規「建築技術規則」建築設計施工篇第. 91 條、93 條及第 98 條。此建築物防火構造建築物；內部人員絕大多數屬於可自力避難人員，在居室避難部分房間（小居室）使用簡易 2 層方式加以驗證，人員避難時間則使用 Route. B 的方式加以計算。. 33.

(44) 簡易二層法於建築物防火避難之應用研究. （二）計算結果：本案例選取 2 樓及 8 樓廚房的居室空間，相關參數條件如下表 6.5。表 6-5 簡易 2 層計算條件及參數. 2F. 8F. 2. 居室樓地板面積. 41.40m. 平均天花板高度. 3.0m. 2. 64.80m 3.0m. 可燃物發熱量. 2. 240MJ/m. 240MJ/m2. 裝修材料等級. 耐燃一級. 耐燃一級. 排煙方式. 無排煙. 無排煙. 3. 排煙量. 0m /min. 0m3/min. 計算時間間隔. 0.001sec. 0.001sec. 初期空氣溫度. 293k. 293k. 火災成長係數. 0.0691. 0.0691. 實驗係數. 0.076kg/s/kW1/3/m5/3. 0.076kg/s/kW1/3/m5/3. 牆壁熱傳導率. 0.04×10-3kW/m/k. 0.04×10-3kW/m/k. 周圍牆壁厚度. 0.125m. 0.125m. 周圍牆壁密度. 300kg/m3. 300kg/m3. 周圍牆壁比熱. 1.63kj/kg/k. 1.63kj/kg/k. 空氣比熱. 1.0kj/kg/k. 1.0kj/kg/k. （資料來源：本研究自行整理）. （三）計算結果比較：與其他使用簡易 2 層的計算工具結果比較如下表 6.6，在此因為蒐集到相關資料僅有煙層下降時間，所以僅列出煙層下講時間的比較。表 6-6 與其他計算工具計算結果比較表（案例 B）本研究所使用程式. 其他工具. 2F 居室煙層下降至 1.8M 時間（s）. 116.438. 60.00. 8F 居室煙層下降至 1.8M 時間（s）. 129.691. 76.80. （資料來源：本研究自行整理）. 34.

(45) 案例計算結果. 6.2 案例 C （一）背景說明：本案例是位於台北縣某住商大樓新建工程，為地上 30 層，地下 8 層的鋼骨構造建築物，建築面積約為 2700 平方公尺，是屬於複合用途建築物，有娛樂健身場所、餐飲場所、集合住宅及旅館，本案件主要是因為高度達 25 層樓或 90 公尺需進行防火避難綜合檢討。此建築物防火構造建築物；內部人員絕大多數屬於可自力避難人員，在居室避難部分房間（小居室）使用簡易 2 層方式加以驗證，人員避難時間則使用 Route. B 的方式加以計算。（二）計算結果：本案例選取編號 A1 及 A3 的居室空間，相關參數條件如下表 6.7。表 6-7 簡易 2 層計算條件及參數. A1. A3. 居室樓地板面積. 214.43m2. 167.83m2. 平均天花板高度. 2.8m. 2.8m. 可燃物發熱量. 720MJ/m2. 720MJ/m2. 裝修材料等級. 耐燃一級. 耐燃一級. 排煙方式. 無排煙. 無排煙. 3. 排煙量. 0m /min. 0m3/min. 計算時間間隔. 0.001sec. 0.001sec. 初期空氣溫度. 303k. 303k. 火災成長係數. 0.15388. 0.15388 1/3. 實驗係數. 0.076kg/s/kW /m. 0.076kg/s/kW1/3/m5/3. 牆壁熱傳導率. 0.04×10-3kW/m/k. 0.04×10-3kW/m/k. 周圍牆壁厚度. 0.125m. 0.125m 3. 5/3. 周圍牆壁密度. 300kg/m. 300kg/m3. 周圍牆壁比熱. 1.63kj/kg/k. 1.63kj/kg/k. 空氣比熱. 1.0kj/kg/k. 1.0kj/kg/k. （資料來源：本研究自行整理）. 35.

(46) 簡易二層法於建築物防火避難之應用研究. （三）計算結果比較：與其他使用簡易 2 層的計算工具結果比較如下表 6.8 及 6.9。再次不再詳列計算結果，下表僅列出煙層下降至 1.8M 時（阻礙避難人員逃生）的數據加以比較。表 6-8 與其他計算工具計算結果比較表（A1）本研究所使用程式. 其他工具. 104.42. 120. 煙層下降至 1.8M 的熱釋放率（kW）. 1677.851. 2215.892. 煙層下降至 1.8M 的煙層溫度（℃）. 156.552. 213.926. 0.82. 0.725. 本研究所使用程式. 其他工具. 93.461. 109. 煙層下降至 1.8M 的熱釋放率（kW）. 1344.147. 1828.264. 煙層下降至 1.8M 的煙層溫度（℃）. 150.623. 214.332. 0.833. 0.724. 煙層下降至 1.8M 時間（s）. 煙層下降至 1.8M 的煙層密度（kg/m3）（資料來源：本研究自行整理）. 表 6-9 與其他計算工具計算結果比較表（A3）. 煙層下降至 1.8M 時間（s）. 煙層下降至 1.8M 的煙層密度（kg/m3）（資料來源：本研究自行整理）. 6.4 以 FDS 模擬通過性能驗證避難案例分析本研究本欲尋求已通過性能避難驗證的案例，找尋是否有用 FDS 運算小空間居室煙層下降的結果，經過查詢台灣建築中心通過性能避難驗證案例後，以 FDS 進行模擬避難煙層下降的案例如下表所示（僅列出部分資料）：表 6-10 以 FDS 模擬方式通過性能避難驗證案例表編號. 案件名稱. 使用類別. 驗證工具. 94ES002C. 台北車站 OOOOOOO 用地 BOT 開發案. 商場、集合住宅等. FDS 及 Simulex. 94ES003C. 遠 O 百貨 OOOOOO 變更設計案. 商場百貨. FDS. 95ES001C. 南港 OOOOOO 二期新建工程. 辦公大樓. FDS 及 Simulex. （資料來源：本研究自行整理） 36.

(47) 案例計算結果. 經進一步探究其避難驗證報告書內容發現，此三案均無對小型居室空間進行. FDS 的模擬，因此本來欲尋求不同模擬程式來加以比對本研究所用程式適用性的目標無法達成，必須透過未來其他研究發法來加以比對。. 6.4 小結一、研究所用之電腦程式在初步使用時間間隔 0.01 秒及 0.001 秒的結果相近，將進行相關格點測試以決定經濟的計算格點。二、在時間的運算上，使用 0.01 秒單一案例運算結束大約在兩個小時左右，. 0.001 秒運算大約要 5 個小時以上，程式可考慮增加運算時間參數，供研究參考，並且可以檢討程式原始檔，對程式運算加以精簡。三、電腦程式運算後所輸出的結果建議可以增加原始資料欄位或是另一輸出檔，方便資料比對及整理。四、在同樣與其他使用簡易 2 層方式運算出來的結果比較，煙層下降時間上差異性頗大，大部分的案例本研究所使用的程式在設計上偏向不安全方（煙層下降較慢，時間較長），但是在部分案例上又偏向保守方（煙層下降較快，時間較短），所呈現出來的趨向沒有一致性；另本研究本來欲尋求已通過性能避難驗證的案例，找尋是否有用 FDS 運算小空間居室煙層下降的結果，經過查詢台灣建築中心通過性能避難驗證資料後，本來欲尋求不同模擬程式來加以比對本研究所用程式適用性的目標無法達成，必須透過未來其他研究發法（如實尺寸的實驗及數個電腦模擬程式交互比對）才有辦法確定程式正確性。五、而在煙層溫度及煙層密度方面，跟煙層下降出現相同的情形，不論使用何. 37.

(48) 簡易二層法於建築物防火避難之應用研究. 種計算方式來進行簡易 2 層煙層下降計算，並利用 Route B 的方式計算人員避難時間來比較，在這幾個案例雖然煙層下降時間互有差異，但是在避難上均是安全的。亦即是雖然煙層下降時間有所偏差，但是應用於驗證人員避難的安全性時結果一致是安全的。. 38.

(49) 簡易 2 層法計算程式之改良. 第七章簡易 2 層計算程式之改良本研究所使用的電腦程式在計算的時候，往往電腦計算時間動輒 5 個小時以上。為了改良程式的運算速度，經檢視其原始碼之後，發現影響其計算時間的因素主要有三：（一）計算程式疊代的收斂標準、（二）計算程式計算的時間格點及（三）計算程式疊代的數值間距。本章節將就這三個影響因素來探討對計算結果的影響，並改良其計算時間，使其在使用上更具便利性。. 7.1 計算程式收斂標準測試本研究所使用的電腦程式在計算時的收斂標準原本設定為. T n +1 − T n T. n +1. ＜10-4. （如第 19 頁圖 4-4 所示），此一收斂標準在運算程式是可以更改的，為探求收斂標準對於程式運算時間及運算結果的影響，所以選取一案例並將其他參數條件固定（房間原始參數固定，程式格點固定為 0.0001，計算程式疊代的數值間距固定為 0.000000001），僅改變其收斂標準（從 10-1~10-5），並在原始程式中加入擷取程式運算時間的功能來進行比對，且由於格點為 0.0001 使程式輸出資料量過大，下列僅列出最後數筆資料作比對，如表 7-1～7-5 所示。表 7-1 收斂標準 0.1 之運算結果略表 t(sec). t(min). 1.熱釋放率. 2.煙生成率. 78.025 1.300417 936.8145 1.980888. 3.有效排煙率 4.煙層厚度 5.煙層高度. 6.熱損失率. 0.363695 0.599898 1.800102 484.1867. 92.4463 0.965942. 0.363696. 78.0252. 1.30042 936.8193 1.980886. 0.363697 0.599901 1.800099 484.1893 92.44661 0.965941. 78.0253 1.300422 936.8217 1.980886. 0.363697 0.599902 1.800098 484.1906 92.44677 0.965941. 78.0254 1.300423 936.8241 1.980885. 0.363698 0.599904 1.800096 484.1919 92.44692 0.965941. 78.0255 1.300425 936.8265 1.980884. 0.363699 0.599905 1.800095 484.1933 92.44708. 0.96594. 78.0256 1.300427 936.8289 1.980883. 0.363699 0.599906 1.800094 484.1946 92.44723. 0.96594. 78.0258. 1.30043 936.8337 1.980881. 1.8001. 8.煙層密度. 78.0251 1.300418 936.8169 1.980887. 78.0257 1.300428 936.8313 1.980882. 0.5999. 7.煙層溫度. 484.188 92.44646 0.965942. 0.3637 0.599908 1.800092 484.1959 92.44739 0.965939 0.363701 0.599909 1.800091 484.1972 92.44754 0.965939 39.

(50) 簡易二層法於建築物防火避難之應用研究. 78.0259 1.300432 936.8361 1.980881 78.026 1.300433 936.8385. 0.363701 0.59991. 1.80009 484.1985. 92.4477 0.965939. 1.98088. 0.363702 0.599912 1.800088 484.1999 92.44785 0.965938. 78.0261 1.300435 936.8409 1.980879. 0.363703 0.599913 1.800087 484.2012 92.44801 0.965938. 78.0262 1.300437 936.8433 1.980878. 0.363703 0.599915 1.800085 484.2025 92.44816 0.965937. 78.0263 1.300438 936.8457 1.980877. 0.363704 0.599916 1.800084 484.2038 92.44831 0.965937. 78.0264. 1.30044 936.8481 1.980877. 0.363705 0.599917 1.800083 484.2051 92.44847 0.965936. 78.0265 1.300442 936.8505 1.980876. 0.363705 0.599919 1.800081 484.2065 92.44862 0.965936. 78.0266 1.300443 936.8529 1.980875. 0.363706 0.59992. 78.0267 1.300445 936.8553 1.980874. 0.363707 0.599921 1.800079 484.2091 92.44893 0.965935. 78.0268 1.300447 936.8577 1.980873. 0.363708 0.599923 1.800077 484.2104 92.44909 0.965935. 78.0269 1.300448 936.8601 1.980873. 0.363708 0.599924 1.800076 484.2117 92.44924 0.965934. 78.027. 1.30045 936.8625 1.980872. 1.80008 484.2078 92.44878 0.965936. 0.363709 0.599925 1.800075 484.2131. 92.4494 0.965934. 78.0271 1.300452 936.8649 1.980871. 0.36371 0.599927 1.800073 484.2144 92.44955 0.965934. 78.0272 1.300453 936.8673. 0.36371 0.599928 1.800072 484.2157 92.44971 0.965933. 1.98087. 78.0273 1.300455 936.8697 1.980869. 0.363711 0.59993. 78.0274 1.300457 936.8721 1.980869. 0.363712 0.599931 1.800069 484.2183 92.45002 0.965932. 78.0275 1.300458 936.8745 1.980868. 0.363712 0.599932 1.800068 484.2197 92.45017 0.965932. 78.0276. 0.363713 0.599934 1.800066. 1.30046 936.8769 1.980867. 1.80007. 484.217 92.44986 0.965933. 484.221 92.45033 0.965932. 78.0277 1.300462 936.8793 1.980866. 0.363714 0.599935 1.800065 484.2223 92.45048 0.965931. 78.0278 1.300463 936.8817 1.980865. 0.363714 0.599936 1.800064 484.2236 92.45064 0.965931. 78.0279 1.300465 936.8841 1.980865. 0.363715 0.599938 1.800062 484.2249 92.45079. 0.96593. 78.028 1.300467 936.8865 1.980864. 0.363716 0.599939 1.800061 484.2263 92.45095. 0.96593. 78.0281 1.300468 936.8889 1.980863. 0.363716 0.59994. 0.96593. 78.0282. 1.30047 936.8913 1.980862. 0.363717 0.599942 1.800058 484.2289 92.45125 0.965929. 78.0283 1.300472 936.8937 1.980861. 0.363718 0.599943 1.800057 484.2302 92.45141 0.965929. 78.0284 1.300473 936.8961 1.980861. 0.363718 0.599945 1.800056 484.2315 92.45156 0.965928. 78.0285 1.300475 936.8985. 1.98086. 0.363719 0.599946 1.800054 484.2329 92.45172 0.965928. 78.0286 1.300477 936.9009 1.980859. 0.36372 0.599947 1.800053 484.2342 92.45187 0.965927. 78.0287 1.300478 936.9033 1.980858. 0.36372 0.599949 1.800051 484.2355 92.45203 0.965927. 78.0288. 1.30048 936.9057 1.980857. 0.363721 0.59995. 1.80006 484.2276. 92.4511. 1.80005 484.2368 92.45218 0.965927. 78.0289 1.300482 936.9081 1.980857. 0.363722 0.599951 1.800049 484.2381 92.45234 0.965926. 78.029 1.300483 936.9105 1.980856. 0.363722 0.599953 1.800047 484.2395 92.45249 0.965926. 78.0291 1.300485 936.9129 1.980855. 0.363723 0.599954 1.800046 484.2408 92.45265 0.965925. 78.0292 1.300487 936.9153 1.980854. 0.363724 0.599955 1.800045 484.2421. 78.0293 1.300488 936.9177 1.980853. 0.363724 0.599957 1.800043 484.2434 92.45296 0.965925. 40. 92.4528 0.965925.

(51) 簡易 2 層法計算程式之改良. 78.0294. 1.30049 936.9201 1.980853. 0.363725 0.599958 1.800042 484.2447 92.45311 0.965924. 78.0295 1.300492 936.9225 1.980852. 0.363726 0.599959 1.800041 484.2461 92.45327 0.965924. 78.0296 1.300493 936.9249 1.980851. 0.363726 0.599961 1.800039 484.2474 92.45342 0.965923. 78.0297 1.300495 936.9273. 0.363727 0.599962 1.800038 484.2487 92.45358 0.965923. 1.98085. 78.0298 1.300497 936.9297 1.980849. 0.363728 0.599964 1.800036. 78.0299 1.300498 936.9321 1.980849. 0.363728 0.599965 1.800035 484.2513 92.45389 0.965922. 78.03. 1.3005 936.9345 1.980848. 484.25 92.45373 0.965923. 0.363729 0.599966 1.800034 484.2527 92.45404 0.965922. 78.0301 1.300502 936.9369 1.980847. 0.36373 0.599968 1.800032. 484.254. 78.0302 1.300503 936.9393 1.980846. 0.36373 0.599969 1.800031 484.2553 92.45435 0.965921. 78.0303 1.300505 936.9417 1.980845. 0.363731 0.59997. 78.0304 1.300507 936.9441 1.980845. 0.363732 0.599972 1.800028 484.2579 92.45466. 0.96592. 78.0305 1.300508 936.9465 1.980844. 0.363732 0.599973 1.800027 484.2593 92.45481. 0.96592. 78.0306. 1.30051 936.9489 1.980843. 0.363733 0.599974 1.800026 484.2606 92.45497 0.965919. 78.0307 1.300512 936.9513 1.980842. 0.363734 0.599976 1.800024 484.2619 92.45512 0.965919. 78.0308 1.300513 936.9537 1.980841. 0.363734 0.599977 1.800023 484.2632 92.45528 0.965918. 78.0309 1.300515 936.9561 1.980841. 0.363735 0.599979 1.800021 484.2645 92.45543 0.965918. 78.031 1.300517 936.9586 78.0311 1.300518 78.0312. 1.98084. 936.961 1.980839. 1.30052 936.9634 1.980838. 0.363736 0.59998. 1.80003 484.2566. 92.4542 0.965921 92.4545 0.965921. 1.80002 484.2659 92.45559 0.965918. 0.363736 0.599981 1.800019 484.2672 92.45574 0.965917 0.363737 0.599983 1.800017 484.2685. 92.4559 0.965917. 78.0313 1.300522 936.9658 1.980837. 0.363738 0.599984 1.800016 484.2698 92.45605 0.965916. 78.0314 1.300523 936.9682 1.980837. 0.363738 0.599985 1.800015 484.2711 92.45621 0.965916. 78.0315 1.300525 936.9706 1.980836. 0.363739 0.599987 1.800013 484.2725 92.45636 0.965916. 78.0316 1.300527. 936.973 1.980835. 0.36374 0.599988 1.800012 484.2738 92.45652 0.965915. 78.0317 1.300528 936.9754 1.980834. 0.36374 0.599989 1.800011 484.2751 92.45667 0.965915. 78.0318. 1.30053 936.9778 1.980833. 0.363741 0.599991 1.800009 484.2764 92.45683 0.965914. 78.0319 1.300532 936.9802 1.980833. 0.363742 0.599992 1.800008 484.2777 92.45698 0.965914. 78.032 1.300533 936.9826 1.980832. 0.363742 0.599993 1.800007 484.2791 92.45714 0.965914. 78.0321 1.300535. 936.985 1.980831. 78.0322 1.300537 936.9874. 1.98083. 0.363743 0.599995 1.800005 484.2804 92.45729 0.965913 0.363744 0.599996 1.800004 484.2817 92.45744 0.965913. 78.0323 1.300538 936.9898 1.980829. 0.363744 0.599998 1.800002. 78.0324. 0.363745 0.599999 1.800001 484.2843 92.45775 0.965912. 1.30054 936.9922 1.980829. 78.0325 1.300542 936.9946 1.980828. 0.363746. 0.6. 484.283. 92.4576 0.965912. 1.8 484.2857 92.45791 0.965912. （資料來源：本研究自行整理）. 41.

(52) 簡易二層法於建築物防火避難之應用研究. 表 7-2 收斂標準 0.01 之運算結果略表 t(sec). t(min). 1.熱釋放率. 2.煙生成率. 77.081 1.284683 914.2831 1.964913. 3.有效排煙率. 4.煙層厚度. 5.煙層高度. 6.熱損失率. 7.煙層溫度. 8.煙層密度. 0.3559582 0.599879 1.800121 545.6814 100.3776 0.945424. 77.0811 1.284685 914.2855 1.964913. 0.3559589. 77.0812 1.284687 914.2879 1.964912. 0.3559595 0.599882 1.800118 545.6842 100.3779 0.945423. 77.0813 1.284688 914.2903 1.964911. 0.3559602 0.599883 1.800117 545.6856 100.3781 0.945422. 77.0814. 0.3559609 0.599884 1.800116. 1.28469 914.2926. 77.0815 1.284692. 1.96491. 0.59988. 1.80012 545.6828 100.3778 0.945423. 545.687 100.3783 0.945422. 914.295 1.964909. 0.3559615 0.599886 1.800114 545.6883 100.3784 0.945422. 77.0816 1.284693 914.2974 1.964909. 0.3559622 0.599887 1.800113 545.6897 100.3786 0.945421. 77.0817 1.284695 914.2998 1.964908. 0.3559629 0.599888 1.800112 545.6911 100.3788 0.945421. 77.0818 1.284697 914.3021 1.964907. 0.3559635. 1.80011 545.6925 100.3789. 0.94542. 77.0819 1.284698 914.3045 1.964906. 0.3559642 0.599891 1.800109 545.6939 100.3791. 0.94542. 77.082. 0.59989. 1.2847 914.3069 1.964905. 0.3559649 0.599893 1.800107 545.6953 100.3792 0.945419. 77.0821 1.284702 914.3092 1.964905. 0.3559655 0.599894 1.800106 545.6967 100.3794 0.945419. 77.0822 1.284703 914.3116 1.964904. 0.3559662 0.599895 1.800105. 77.0823 1.284705. 914.314 1.964903. 0.3559669 0.599897 1.800103 545.6994 100.3797 0.945418. 77.0824 1.284707 914.3164 1.964902. 0.3559675 0.599898 1.800102 545.7008 100.3799 0.945418. 77.0825 1.284708 914.3187 1.964901. 0.3559682. 77.0826. 545.698 100.3796 0.945419. 0.5999 1.800101 545.7022. 100.38 0.945417. 1.28471 914.3211. 1.9649. 0.3559689 0.599901 1.800099 545.7036 100.3802 0.945417. 77.0827 1.284712 914.3235. 1.9649. 0.3559695 0.599902 1.800098. 545.705 100.3804 0.945417. 77.0828 1.284713 914.3258 1.964899. 0.3559702 0.599904 1.800096 545.7063 100.3805 0.945416. 77.0829 1.284715 914.3282 1.964898. 0.3559709 0.599905 1.800095 545.7077 100.3807 0.945416. 77.083 1.284717 914.3306 1.964897. 0.3559715 0.599906 1.800094 545.7091 100.3808 0.945415. 77.0831 1.284718 77.0832. 914.333 1.964896. 0.3559722 0.599908 1.800092 545.7105. 100.381 0.945415. 1.28472 914.3353 1.964896. 0.3559729 0.599909 1.800091 545.7119 100.3812 0.945415. 77.0833 1.284722 914.3377 1.964895. 0.3559735 0.599911 1.800089 545.7133 100.3813 0.945414. 77.0834 1.284723 914.3401 1.964894. 0.3559742 0.599912 1.800088 545.7146 100.3815 0.945414. 77.0835 1.284725 914.3425 1.964893. 0.3559749 0.599913 1.800087. 77.0836 1.284727 914.3448 1.964892. 0.3559755 0.599915 1.800085 545.7174 100.3818 0.945413. 77.0837 1.284728 914.3472 1.964892. 0.3559762 0.599916 1.800084 545.7188. 77.0838. 0.3559769 0.599917 1.800083 545.7202 100.3821 0.945412. 1.28473 914.3496 1.964891. 77.0839 1.284732 914.3519. 1.96489. 77.084 1.284733 914.3543 1.964889. 545.716 100.3816 0.945413 100.382 0.945413. 0.3559775 0.599919 1.800081 545.7216 100.3823 0.945412 0.3559782. 0.59992. 1.80008. 545.723 100.3825 0.945411. 77.0841 1.284735 914.3567 1.964888. 0.3559789 0.599922 1.800078 545.7243 100.3826 0.945411. 77.0842 1.284737 914.3591 1.964887. 0.3559795 0.599923 1.800077 545.7257 100.3828 0.945411. 42.

(53) 簡易 2 層法計算程式之改良. 77.0843 1.284738 914.3614 1.964887. 0.3559802 0.599924 1.800076 545.7271 100.3829. 0.94541. 77.0844. 0.3559809 0.599926 1.800074 545.7285 100.3831. 0.94541. 1.28474 914.3638 1.964886. 77.0845 1.284742 914.3662 1.964885. 0.3559815 0.599927 1.800073 545.7299 100.3833 0.945409. 77.0846 1.284743 914.3686 1.964884. 0.3559822 0.599929 1.800072 545.7313 100.3834 0.945409. 77.0847 1.284745 914.3709 1.964883. 0.3559829. 77.0848 1.284747 914.3733 1.964883. 0.3559835 0.599931 1.800069. 77.0849 1.284748 914.3757 1.964882. 0.3559842 0.599933 1.800067 545.7354 100.3839 0.945408. 77.085. 1.28475. 914.378 1.964881. 77.0851 1.284752 914.3804. 0.59993. 1.80007 545.7326 100.3836 0.945408 545.734 100.3837 0.945408. 0.3559849 0.599934 1.800066 545.7368 100.3841 0.945407. 1.96488. 0.3559855 0.599935 1.800065 545.7382 100.3842 0.945407. 77.0852 1.284753 914.3828 1.964879. 0.3559862 0.599937 1.800063 545.7396 100.3844 0.945406. 77.0853 1.284755 914.3852 1.964879. 0.3559869 0.599938 1.800062 545.7409 100.3845 0.945406. 77.0854 1.284757 914.3875 1.964878. 0.3559875. 77.0855 1.284758 914.3899 1.964877. 0.3559882 0.599941 1.800059 545.7437 100.3849 0.945405. 77.0856. 0.3559889 0.599942 1.800058 545.7451. 1.28476 914.3923 1.964876. 0.59994. 1.80006 545.7423 100.3847 0.945406 100.385 0.945405. 77.0857 1.284762 914.3946 1.964875. 0.3559895 0.599944 1.800056 545.7465 100.3852 0.945404. 77.0858 1.284763. 914.397 1.964874. 0.3559902 0.599945 1.800055 545.7479 100.3853 0.945404. 77.0859 1.284765 914.3994 1.964874. 0.3559909 0.599946 1.800054 545.7493 100.3855 0.945404. 77.086 1.284767 914.4018 1.964873. 0.3559915 0.599948 1.800052 545.7506 100.3857 0.945403. 77.0861 1.284768 914.4041 1.964872. 0.3559922 0.599949 1.800051. 77.0862. 0.3559929 0.599951 1.800049 545.7534. 1.28477 914.4065 1.964871. 545.752 100.3858 0.945403 100.386 0.945402. 77.0863 1.284772 914.4089. 1.96487. 0.3559935 0.599952 1.800048 545.7548 100.3862 0.945402. 77.0864 1.284773 914.4113. 1.96487. 0.3559942 0.599953 1.800047 545.7562 100.3863 0.945402. 77.0865 1.284775 914.4136 1.964869. 0.3559949 0.599955 1.800045 545.7576 100.3865 0.945401. 77.0866 1.284777. 0.3559955 0.599956 1.800044 545.7589 100.3866 0.945401. 914.416 1.964868. 77.0867 1.284778 914.4184 1.964867. 0.3559962 0.599958 1.800042 545.7603 100.3868. 0.9454. 77.0868. 0.3559969 0.599959 1.800041 545.7617. 100.387. 0.9454. 1.80004 545.7631 100.3871. 0.9454. 1.28478 914.4207 1.964866. 77.0869 1.284782 914.4231 1.964866. 0.3559975. 0.59996. 77.087 1.284783 914.4255 1.964865. 0.3559982 0.599962 1.800038 545.7645 100.3873 0.945399. 77.0871 1.284785 914.4279 1.964864. 0.3559989 0.599963 1.800037 545.7659 100.3874 0.945399. 77.0872 1.284787 914.4302 1.964863. 0.3559995 0.599964 1.800036 545.7673 100.3876 0.945398. 77.0873 1.284788 914.4326 1.964862. 0.3560002 0.599966 1.800034 545.7686 100.3878 0.945398. 77.0874. 0.3560009 0.599967 1.800033. 1.28479. 914.435 1.964861. 545.77 100.3879 0.945397. 77.0875 1.284792 914.4374 1.964861. 0.3560015 0.599969 1.800031 545.7714 100.3881 0.945397. 77.0876 1.284793 914.4397. 0.3560022. 1.96486. 77.0877 1.284795 914.4421 1.964859. 0.59997. 1.80003 545.7728 100.3882 0.945397. 0.3560029 0.599971 1.800029 545.7742 100.3884 0.945396 43.