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建築火災煙控性能提升之研究室內中庭及大空間煙氣層流作用對火災探測及排煙功能效應及系統連動之驗證分析

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(1)建築火災煙控性能提升之研究 室內中庭及大空間煙氣層流作用對火災探測 及排煙功能效應及系統連動之驗證分析. 內政部建築研究所委託研究報告 中 華 民 國 94 年 12 月.

(2) ( 國 科 會 GRB 編 號 ) PG9401-0924 (本部計畫編號) 094301070000G1004. 建築火災煙控性能提升之研究 室內中庭及大空間煙氣層流作用對火災探測 及排煙功能效應及系統連動之驗證分析. 受委託者:財團法人中華建築中心 研究主持人:楊冠雄 研究人員:蘇崇輝 研究助理:葉琮勤. 內政部建築研究所委託研究報告 中華民國 94 年 12 月.

(3) 目次. 目次 表 次 ................................................................... III 圖 次 ..................................................................... V 摘 要 .................................................................... IX 第一章. 緒 論. 第一節. 緣 起 與 目 的 ........................................ 1. 第二節. 研 究 方 法 與 步 驟 ................................. 3. 第三節. 預 期 成 果 ............................................ 5. 第二章. 探測器原理簡介. 第一節. 煙 氣 層 流 現 象 ..................................... 7. 第二節. 探 測 器 種 類 之 簡 介 .............................. 9. 第三節. 熱 探 測 器 之 原 理 ............................... 12. 第四節. 煙 探 測 器 之 原 理 ............................... 14. 第五節. 火 焰 探 測 器 之 原 理 ............................ 19. 第三章. 火災全尺度實驗之規劃. 第一節. 量 測 儀 器 與 實 驗 設 備 之 佈 置 .............. 21. 第二節. 火 警 受 信 總 機 與 探 測 器 之 安 裝 .......... 29. 第三節. 機 械 排 煙 風 機 轉 速 校 正 實 驗 .............. 40. 第四節. 火 災 全 尺 度 實 驗 之 進 行 步 驟 .............. 43. I.

(4) 室內中庭及大空間煙氣層流作用對火災探測及 排煙功能效應及系統連動之驗證分析. 第四章. 目次. 火災探測之全尺度實驗分析. 第一節. 火 災 探 測 系 統 校 正 實 驗 ..................... 45. 第二節. 火 災 規 模 1 MW 全 尺 度 實 驗 結 果 分 析 56. 第三節. 火 災 規 模 2 MW 全 尺 度 實 驗 結 果 分 析 58. 第四節. 火 災 規 模 3 MW 全 尺 度 實 驗 結 果 分 析 60. 第五節. 火 災 規 模 4 MW 全 尺 度 實 驗 結 果 分 析 62. 第六節. 火 災 規 模 5 MW 全 尺 度 實 驗 結 果 分 析 64. 第七節. 火 災 探 測 全 尺 度 實 驗 結 果 小 結 .......... 66. 第五章. 結論與建議. 第一節. 結 論 ............................................... 67. 第二節. 建 議 ............................................... 70. 參 考 書 目 ............................................................. 73 附 錄 一 : 期 中 成 果 審 查 會 議 記 錄 .......................... 75 附 錄 二 : 期 末 成 果 審 查 會 議 記 錄 .......................... 79. II.

(5) 表次. 表次 表 2.2-1. 各 裝 置 場 所 高 度 所 設 置 之 探 測 器 類 型 ............. 10. 表 2.3-1. 本 案 採 用 之 差 動 式 集 中 型 熱 探 測 器 規 格 ......... 12. 表 2.4-1. 本 案 採 用 之 光 電 式 集 中 型 煙 探 測 器 規 格 ......... 14. 表 2.4-2. 本 案 採 用 之 光 電 式 分 離 型 煙 探 測 器 規 格 ......... 16. 表 2.5-1. 本 案 採 用 之 火 焰 探 測 器 規 格 ........................... 18. 表 3.2-1. 火 警 受 信 總 機 迴 路 端 與 探 測 器 之 連 接 情 形 ...... 34. 表 3.3-1. 排 煙 風 機 轉 速 與 排 煙 風 量 之 關 係 .................... 39. 表 4.1-1. 火 災 規 模 為 0.2 MW 之 探 測 器 鳴 動 時 間 .......... 44. 表 4.1-2. 火 災 規 模 為 0.4 MW 之 探 測 器 鳴 動 時 間 .......... 46. 表 4.1-3. 火 災 規 模 為 0.6 MW 之 探 測 器 鳴 動 時 間 .......... 48. 表 4.1-4. 火 災 規 模 為 0.8 MW 之 探 測 器 鳴 動 時 間 .......... 50. 表 4.1-5. 火 災 規 模 為 1.0 MW 之 探 測 器 鳴 動 時 間 .......... 52. 表 4.2-1. 火 災 規 模 為 1 MW 之 探 測 器 鳴 動 時 間 ............. 54. 表 4.2-2. 火 災 規 模 為 2 MW 之 探 測 器 鳴 動 時 間 ............. 56. 表 4.2-3. 火 災 規 模 為 3 MW 之 探 測 器 鳴 動 時 間 ............. 58. 表 4.2-4. 火 災 規 模 為 4 MW 之 探 測 器 鳴 動 時 間 ............. 60. 表 4.2-5. 火 災 規 模 為 5 MW 之 探 測 器 鳴 動 時 間 ............. 62. III.

(6) 室內中庭及大空間煙氣層流作用對火災探測及 排煙功能效應及系統連動之驗證分析. IV. 表次.

(7) 圖次. 圖次 圖 1.1-1. 典 型 之 排 煙 設 備 連 動 流 程 圖 ............................. 1. 圖 2.1-1. 挑 空 中 庭 與 大 空 間 之 煙 氣 層 流 現 象 .................. 6. 圖 2.1-2. 挑空中庭與大空間火災時所形成煙氣層流現象 . 7. 圖 2.1-3. 位於大空間底部之火源其產生煙柱之平均溫度圖 7. 圖 2.2-1. 探 測 器 種 類 之 整 理 ........................................... 9. 圖 2.3-1. 差 動 式 集 中 型 熱 探 測 器 外 觀 ........................... 11. 圖 2.3-2. 差 動 式 集 中 型 熱 探 測 器 內 部 結 構 .................... 12. 圖 2.4-1. 光 電 式 集 中 型 煙 探 測 器 外 觀 ........................... 13. 圖 2.4-2. 光 電 式 集 中 型 煙 探 測 器 之 內 部 結 構 示 意 圖 ...... 14. 圖 2.4-3. 光 電 式 分 離 型 煙 探 測 器 外 觀 ........................... 15. 圖 2.4-4. 光 電 式 分 離 型 煙 探 測 器 偵 測 原 理 .................... 15. 圖 2.4-5. 大 空 間 建 築 內 裝 置 向 上 式 之 光 束 偵 測 網 格 ...... 16. 圖 2.4-6. 大 空 間 建 築 內 裝 置 水 平 式 之 光 束 偵 測 網 格 ...... 17. 圖 2.5-1. 火 焰 探 測 器 之 外 觀 ......................................... 18. 圖 3.1-1. 本 案 熱 電 耦 儀 器 樹 與 數 據 存 取 記 錄 器 裝 置 示 意 圖 19. 圖 3.1-2. 本 案 熱 電 耦 儀 器 樹 於 實 驗 場 地 之 實 際 佈 置 圖 .. 20. 圖 3.1-3. 本 案 所 使 用 之 數 據 存 取 記 錄 器 ....................... 20. 圖 3.1-4. 本 案 所 使 用 之 數 據 存 取 記 錄 器 與 個 人 電 腦 ...... 21. 圖 3.1-5. 本 案 操 作 軟 體 即 時 測 得 之 火 場 溫 度 介 面 圖 ...... 21. 圖 3.1-6. 本 實 驗 使 用 之 燈 泡 束 示 意 圖 ........................... 22. 圖 3.1-7. 燈 泡 束 於 實 驗 場 地 之 實 際 佈 置 圖 .................... 23. 圖 3.1-8. 本 實 驗 使 用 之 機 械 排 煙 風 機 示 意 圖 ................ 23. 圖 3.1-9. 機 械 排 煙 風 機 於 實 驗 場 地 之 實 際 佈 置 圖 ......... 24 V.

(8) 室內中庭及大空間煙氣層流作用對火災探測及 排煙功能效應及系統連動之驗證分析. 圖次. 圖 3.1-10. 監 控 室 機 械 排 煙 口 之 開 啟 控 制 盤 .................. 24. 圖 3.1-11. 監 控 室 之 排 煙 風 機 轉 速 控 制 盤 ...................... 25. 圖 3.1-12. 小 型 軸 流 式 風 機 於 實 驗 場 地 之 實 際 佈 置 圖 .... 25. 圖 3.1-13. 貓 道 上 之 小 型 軸 流 式 風 機 排 煙 情 形 ............... 26. 圖 3.2-1. 火 警 受 信 總 機 外 部 之 監 控 面 板 ....................... 27. 圖 3.2-2. 火 警 受 信 總 機 內 部 之 線 路 板 圖 ....................... 27. 圖 3.2-3. 火 焰 探 測 器 之 接 線 示 意 圖 .............................. 28. 圖 3.2-4. 本 案 所 使 用 之 火 焰 探 測 器 位 置 示 意 圖 ............. 28. 圖 3.2-5. 火 焰 探 測 器 於 實 驗 場 地 之 實 際 佈 置 圖 ............. 29. 圖 3.2-6. 光 電 式 分 離 型 煙 探 測 器 之 接 線 示 意 圖 ............. 29. 圖 3.2-7. 本 案 所 使 用 之 光 電 式 分 離 型 煙 探 測 器 位 置 示 意 圖 30. 圖 3.2-8. 安 裝 光 電 式 分 離 型 煙 探 測 器 之 情 形 (1) ............ 30. 圖 3.2-9. 安 裝 光 電 式 分 離 型 煙 探 測 器 之 情 形 (2) ............ 31. 圖 3.2-10 第 一 組 光 電 式 分 離 型 煙 探 測 器 於 離 地 6 公 尺 處 .... 31 圖 3.2-11 光 電 式 分 離 型 煙 探 測 器 第 二 組 於 離 地 高 21 公 尺 處 32 圖 3.2-12. 差動式集中型熱探測器與光電式集中型煙 探 測 器 接 線 圖 ............................................. 32. 圖 3.2-13. 本 案 所 使 用 之 熱 煙 探 測 器 位 置 示 意 圖 ........... 33. 圖 3.2-14 光 電 式 集 中 型 煙 探 測 器 於 實 驗 場 地 之 實 際 佈 置 圖 33 圖 3.2-15 差 動 式 集 中 型 熱 探 測 器 於 實 驗 場 地 之 實 際 佈 置 圖 34 圖 3.2-16. 本案裝置火警受信總機迴路端與探測器之 連 接 示 意 圖 ................................................. 35. 圖 3.2-17. 本 計 畫 所 安 裝 之 儀 器 與 設 備 配 置 圖 ............... 36. 圖 3.2-18. 儀 器 實 際 佈 置 圖 (1) ...................................... 37. 圖 3.2-19. 儀 器 實 際 佈 置 圖 (2) ...................................... 37. VI.

(9) 圖次. 圖 3.3-1. 人 員 於 排 煙 口 附 近 量 測 風 速 之 情 形 (1) ............ 38. 圖 3.3-2. 人 員 於 排 煙 口 附 近 量 測 風 速 之 情 形 (2) ............ 39. 圖 3.4-1. 火 災 全 尺 度 實 驗 排 煙 風 機 啟 動 時 間 示 意 圖 ...... 42. 圖 4.1-1. 油 盤 佈 置 示 意 圖 ............................................ 43. 圖 4.1-2. 油 盤 數 量 一 個 之 實 際 燃 燒 示 意 圖 .................... 43. 圖 4.1-3. 火 災 規 模 為 0.2 MW 下 , 排 煙 量 為 1.36 cmm/m 2 之 煙 沈 積 與 鳴 動 時 間 對 照 圖 .............. 45 P. 圖 4.1-4. P. 火 災 規 模 為 0.4 MW 下 , 排 煙 量 為 1.36 cmm/m 2 之 煙 沈 積 與 鳴 動 時 間 對 照 圖 .............. 47 P. 圖 4.1-5. P. 火 災 規 模 為 0.6 MW 下 , 排 煙 量 為 1.36 cmm/m 2 之 煙 沈 積 與 鳴 動 時 間 對 照 圖 .............. 49 P. 圖 4.1-6. P. 火 災 規 模 為 0.8 MW 下 , 排 煙 量 為 1.36 cmm/m 2 之 煙 沈 積 與 鳴 動 時 間 對 照 圖 .............. 51 P. 圖 4.1-7. P. 火 災 規 模 為 1.0 MW 下 , 排 煙 量 為 1.36 cmm/m 2 之 煙 沈 積 與 鳴 動 時 間 對 照 圖 .............. 53 P. 圖 4.2-1. P. 火 災 規 模 為 1.0 MW 下 , 排 煙 量 為 1.36 cmm/m 2 之 煙 沈 積 與 鳴 動 時 間 對 照 圖 .............. 55 P. 圖 4.2-2. P. 火 災 規 模 為 2.0 MW 下 , 排 煙 量 為 1.36 cmm/m 2 之 煙 沈 積 與 鳴 動 時 間 對 照 圖 .............. 57 P. 圖 4.2-3. P. 火 災 規 模 為 3.0 MW 下 , 排 煙 量 為 1.36 cmm/m 2 之 煙 沈 積 與 鳴 動 時 間 對 照 圖 .............. 59 P. 圖 4.2-4. P. 火 災 規 模 為 1.0 MW 下 , 排 煙 量 為 1.36 cmm/m 2 之 煙 沈 積 與 鳴 動 時 間 對 照 圖 .............. 61 P. 圖 4.2-5. P. 火 災 規 模 為 1.0 MW 下 , 排 煙 量 為 1.36 cmm/m 2 之 煙 沈 積 與 鳴 動 時 間 對 照 圖 .............. 63 P. P. VII.

(10) 室內中庭及大空間煙氣層流作用對火災探測及 排煙功能效應及系統連動之驗證分析. VIII. 圖次.

(11) 摘要. 摘. 要. 關鍵字:火災探測系統、機械煙控系統、全尺度實驗. 一、研究緣起 近年來,台灣地區陸續完工啟用許多大型公共建 築物,為講求讓使用者有明亮、舒適的感覺,常於中 設計具備有中庭或挑高之大空間建築,而這類地方又 常是人群眾多聚集之地;故當發生火災須緊急避難 時,火警偵煙系統能否有效鳴動以及其煙控性能之要 求非常重要。 目前我國現行消防法規中,有關煙控系統部分於 「 各 類 場 所 消 防 安 全 設 備 設 置 標 準 」 第 188 條 中 有 相 關規定。條文中規定防煙區劃面積大小、防煙壁下垂 之深度、排煙口位置與排煙量大小等等設計,此為典 型 條 例 式 ( Prescr iptive Code) 法 規 之 規 定 。 然而,對於具備大空間之挑高建築而言,條例式 煙控系統設計並不能完全重現發生火災時之煙流動狀 況,導致所選取之排煙量無法滿足實際需求,且火警 偵煙系統能否及時或更早偵測到火災並且鳴動在緊急 避難方面亦非常重要。因此,有必要針對大空間建築 特性進行火警偵煙系統鳴動與機械排煙性能二者之分 析。以期發生火災時,兩者能有效連動運作,進而確 實保障人員安全避難。. IX.

(12) 室內中庭及大空間煙氣層流作用對火災探測及 排煙功能效應及系統連動之驗證分析. 二、研究方法與過程 本研究之主旨為藉由全尺度實驗來進行火警偵煙 系統對於機械排煙風機之性能影響分析,係以內政部 建 築 研 究 所 台 南 防 火 實 驗 室 30 公 尺 高 之 大 空 間 實 驗 場 進行不同火災規模之油盤火災實驗。 於偵煙系統鳴動部分,依據適合於大空間建築內 配置之光電式分離型煙探測器另配合傳統火焰及熱煙 探測器做實際模擬比對。 而於煙層下降速度分析判定方法有二:其一為透 過燈泡束,以肉眼或攝影機觀察煙層高度,其二則為 藉由熱電耦儀器樹與數據存取記錄器所收集之火場溫 度數據,進行煙層判定。 就第一種煙層判定方法而言,為透過燈泡束受到 火場濃煙之遮蔽,藉由人工目視記錄與攝影機錄影, 以判斷當時之煙層高度。 在 第 二 種 煙 層 判 定 方 面 , 本 研 究 採 取 NFP A 92 B 之 N 百 分 比 法 則 ( N-percentage Rule ) 來 判 斷 煙 層 高 度,進而評估其排煙性能。. 三、實驗結果分析 本實驗所安裝之火警偵煙系統,經由全尺度實驗 後,證實於大空間裝置傳統之火焰式與集中型熱煙探 測 器 於 小 規 模 之 火 災 如 0.2 MW 至 0.8 MW 時 , 因 發 煙 量與熱輻射量無法達到鳴動範圍,確實有無法有效偵 測火警之情形發生。 X.

(13) 摘要. 而 於 1 MW 至 5 MW 之 火 災 時 , 火 焰 探 測 器 能 有 效於第一時間偵測火災並啟動警報,然若配置之位置 離起火點有一段距離,則於火災發生時仍形同失效。 光電式分離型煙探測器經實驗可知為最適合裝置 於大空間建築之探測器之一。其優點在於不會因為偵 測範圍內突然有非預期之遮蔽物造成火警誤報,而是 設定為有復歸之緩衝時間。在緩衝時間內若遮蔽物已 移除則將回復正常偵測。. 四、主要建議事項. ※立即可行建議 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. 有關補氣系統之設計,於我國目前條例式法規中 並未說明。但在進行性能式之機械煙控系統設計時, 補氣口之位置與大小卻為影響煙控性能之重要因素之 一。機械排煙口之啟動排煙,須配合補氣口之開啟, 藉 以 形 成 Push-Pull 之 良 好 氣 流 組 織 , 繼 而 導 引 濃 煙 往 排煙口排出。因此,除了有足夠面積之排煙口設計 外,亦要搭配補氣口之設計,才能提升整個煙控系統 之性能,確實保障人身安全。 經由本研究實驗結果得知,機械排煙口與補氣口 開啟時機之快慢與否,往往決定機械煙控性能顯示之 XI.

(14) 室內中庭及大空間煙氣層流作用對火災探測及 排煙功能效應及系統連動之驗證分析. 成效。是故,若能於大空間建築內部裝置可較早偵知 火 災 探 測 器 , 如 VESDA( Very Early Smoke Detection and Alar m ) 與 光 電 式 分 離 型 煙 探 測 器 系 統 。 便 可 儘 早 偵知火災發生同時並連動機械排煙口與補氣口開啟。. ※中長期建議 主辦機關:內政部建築研究所 協辦機關:內政部建築研究所. 本研究全尺度實驗場地之機械排煙口位置,雖位 於建築物之最頂處,但由於頂部貓道之設置,濃煙無 法直接往機械排煙口排出,對於機械煙控性能依然稍 有影響。. XII.

(15) 摘要. ABSTRACT Keywords: Atrium and Large Space Building, Smoke Management and Detection System Interaction, Full-Scale Hot Smoke Test It is the goal of this study to analyze the optimal design and installation of the smoke detection system of buildings with atria and large spaces and the validation of the interaction of the detection and smoke management system through full-scale experiments. Due to the hot air layer, which frequently existed in building atria owing to solar incidence, the smoke detectors might have difficulty in detecting a fire when the smoke plum was hindered from reaching the roof. Sometimes, a redundant smoke detection system using beam detectors can be designed, coupled with CCTV in providing human confirmation mechanism, and to avoid false alarms. On the other hand, another types of detecting system, such as Infra Red Flame Detectors, can also be installed to construct a quick-response hybrid detection system, which then actuates the sprinkler or water drenching system and the smoke management system as well. It remains the main goals in this project to investigate the temperature stratification phenomenon and the interaction of the detection system with smoke management by performing full-scale experiments. The experimental results obtained will be utilized as an important reference for future system designs and possible code modifications.. XIII.

(16) 室內中庭及大空間煙氣層流作用對火災探測及 排煙功能效應及系統連動之驗證分析. XIV. 摘要.

(17) 第一章 緒論. 第一章 第一節. 緒. 論. 緣起與目的. 建築物發生火災時,可藉由兩種途徑得知,一為火災探 測器偵知、二為人員發現。典型之排煙設備連動流程圖,如 圖 1.1-1 所示。當由人員發現起火時,可於火災現場或防災 中心直接按下排煙閘門手動開啟裝置,進行緊急之自然或機 械排煙。 圖 1.1-1. 典型之排煙設備連動流程圖. 1.

(18) 室內中庭及大空間煙氣層流作用對火災探測及 排煙功能效應及系統連動之驗證分析. 其次,若由火災探測器自動偵知火災發生,則排煙系統 之啟動時間,完全視火災探測器偵知時間之快慢而定。亦 即,火災探測器愈早偵知火災發生,可愈快時間內啟動排煙 系統,以減少煙氣對於人員避難之危害,其重要性不言可 喻。 目前我國現行消防法規中,有關火災自動探測部分,見 於「各類場所消防安全設備設置標準」第二章第一節之「火 警自動警報設備」。文中詳細列出裝設各種火警自動警報設 備之規定,例如探測器裝置之場所、位置、與高度等等。其 所列條文為適用一般居室裝設探測器之用,於具備室內中庭 與大空間之建築,則無明訂,需採行性能式之設計,才能滿 足大空間建築對於火災探測之設計需求。 是故本計畫之目的,主要為進行室內中庭與大空間火災 探測與排煙系統連動之研究,並利用內政部建築研究所之台 南歸仁防火實驗室,進行火災全尺度驗證分析。 其次,考量室內中庭與大空間頂部內所產生之層流現象 (Stratification)對於火災探測之影響,本計畫亦對其進行系 統化分析與全尺度驗證。 以上研究成果,預期可提供我國室內中庭與大空間火災 探測設計之重要參考依據,亦可為日後制訂相關火災探測性 能式設計規範之主要基礎。. 2.

(19) 第一章 緒論. 第二節. 研究方法與步驟. 有關本計劃之主要工作內容及進行步驟,如下所述: 1.室內中庭及大空間火災探測系統設計方法分析與資料蒐集 本項工作將進行室內中庭及大空間相關火災探測系統 之設計手法分析,與資料蒐集。包括現行法規中,對於不 同種類之火災探測器,其運用範圍與場所。並分析歸納 出,適合室內中庭及大空間使用之性能式火災探測系統設 計方式。 2.進行大空間火災探測系統與煙控系統相互連動全尺度實驗 將於內政部建築研究所之台南歸仁防火實驗室,進行 大空間火災探測系統與煙控系統相互連動之全尺度實驗, 實際獲得本土化之數據,包括火災探測性能、偵知時間、 及與煙控系統連動時間等。 3. 室內中庭及大空間煙氣層流現象資料蒐集 本項工作首先將進行室內中庭及大空間煙氣層流現象 之研究與資料蒐集,將探討其形成原因與對火災探測之影 響。其次,將提出解決方案,提供相關之設計參考。 4.進行大空間煙氣層流作用對火災探測性能影響全尺度實驗 將於內政部建築研究所之台南歸仁防火實驗室,進行 大空間煙氣層流作用對火災探測性能影響之全尺度實驗, 實際獲得本土化之數據,包括火災探測性能、偵知時間、 及與煙控系統連動時間等。. 3.

(20) 室內中庭及大空間煙氣層流作用對火災探測及 排煙功能效應及系統連動之驗證分析. 5. 結論與建議 完成上述之相關資料蒐集與全尺度火災實驗後,本研 究計畫將提出適合我國採用之室內中庭及大空間建築性能 式火災探測設計參考。以期補足目前我國於這方面條例式 法規之不足,並提升有關大空間火災探測之設計能力。. 承上所述,本計劃主要工作內容及其詳細進行步驟,可 示如下之工作流程圖:. 計劃開始 ↓ 1.室內中庭及大空間火災探測系統設計方法分析與資料蒐集 ↓ 2.進行大空間火災探測系統與煙控系統相互連動全尺度實驗 ↓ 3. 室內中庭及大空間煙氣層流現象資料蒐集 ↓ 4.進行大空間煙氣層流作用對火災探測性能影響全尺度實驗 ↓ 5.結論與建議 ↓ 計劃完成. 4.

(21) 第一章 緒論. 第三節. 預期成果. 經由本年度計畫之執行,預期可完成如下之具體成果:. 1. 完成建築物火警探測系統設計方法分析與資料蒐集。. 2. 完成大空間煙氣層流作用對火災探測性能影響之全尺度實 驗分析與驗證。. 3. 完成大空間火災探測系統與煙控系統相互連動之全尺度實 驗分析與驗證。. 4. 建立我國大空間建築火警探測與煙控系統連動設計之本土 化數據,以提供相關法規之修法依據。. 5.

(22) 室內中庭及大空間煙氣層流作用對火災探測及 排煙功能效應及系統連動之驗證分析. 6.

(23) 第二章 探測器原理簡介. 第二章 第一節. 探測器原理簡介 煙氣層流現象. 一般而言,在大空間中庭頂部下層之部分常會因為日光 照射或熱輻射等效應而使該處空氣受熱。當火源燃燒以致煙 層被悶燒或燃燒中之物質所加熱,使得其密度略低於周遭環 境 冷 空 氣 時 , 則 會 有 「 煙 氣 層 流 現 象 」 ( Stratification) 之 產生,有關挑空中庭與大空間煙氣層流現象之形成,示如圖 2.1-1 與圖 2.1-2 所示。. 圖 2.1-1. 挑空中庭與大空間之煙氣層流現象. 7.

(24) 室內中庭及大空間煙氣層流作用對火災探測及 排煙功能效應及系統連動之驗證分析. 圖 2.1-2. 挑空中庭與大空間火災時所形成煙氣層流現象. 火 災 時 其 煙 柱 平 均 溫 度 示 如 圖 2.1-3, 由 圖 中 可 知 平 均 煙柱溫度仍比熱空氣之溫度更低。故中庭頂部下方若形成了 熱空氣層,煙層則無法到達中庭頂部之排煙口,且裝置於其 上之煙偵測器亦無法做警報之動作。. 圖 2.1-3. 8. 位於大空間底部之火源其產生煙柱之平均溫度圖.

(25) 第二章 探測器原理簡介. 第二節. 探測器種類之簡介. 火災發生時所產生之熱、煙以及火焰等可被偵測出來而 自動感知到火災發生,並能將此信號轉換成火災信號並向受 信機通報之儀器即稱為探測器。 探測器主要分成熱探測器、煙探測器(其中並有結合熱 煙複合式之探測器)、以及火焰探測器三大類,其中視各種 不同用途、運作原理、及偵測範圍設置之探測器,並安裝於 探測器最容易捕捉到火災狀態之處,同時能適應火警分區規 劃或探測區域內存在之可燃物狀態。圖 2.2-1 中,為列出目 前所有探測器種類型之整理。 對於圖 2.2-1 所列之眾多探測器種類中,特種、一種、 二 種 、 與 三 種 ( 以 下 簡 稱 為 (特 )、 (1)、 (2)、 (3)) 之 規 格 定 義為:凡溫度範圍越大、靈敏度越高者,其編號越小。例 如,一種探測器所偵測之範圍與靈敏度,將比三種探測器來 得大,且分離型亦比集中型之偵測範圍更廣。 基於各種探測器有其個別之用途、原理、及偵測範圍, 因此若無一法規訂定其安裝與適用範圍,勢必將有許多問題 產生。因此,根據「各類場所消防安全設備設置標準」中法 規第 114 條所規定探測器應依裝置場所高度之內容,整理成 下表 2.2-1。 由上表可知,在 15 公尺至 20 公尺間,能偵測到火警者 僅剩離子式、光電式與火焰式等三種,因本實驗場所係屬此 高度,故將採用火焰式、光電式分離型及集中型與在此範圍 已達到偵測極限之傳統差動式集中型做為實驗比對者。 9.

(26) 室內中庭及大空間煙氣層流作用對火災探測及 排煙功能效應及系統連動之驗證分析. 非蓄積型︵一種、二種、三. 非蓄積型︵一種、二種、三 蓄積型︵一種、二種、三種︶. 蓄積型︵一種、二種︶ 非蓄積型︵一種、二種︶ 蓄積型︵一種、二種、三種︶. 集中型︵多信號︶ 分離型 集中型 集中型. 集中型︵多信號︶. 補償式集中型︵一種、二種︶ 熱複合式集中型︵多信號︶ 感知線型︵特種、一種、二 集中型︵特種、一種、二 熱半導體式︵一種、二種、三 分離型 熱電偶式︵一種、二種、三種︶ 空管式︵一種、二種、三種︶ 集中型︵一種、二種︶. 10. 煙複合 式. 式 式. 火焰探測 器 煙探測 器 熱探測 器. 光電 熱 複 合 式 熱 煙 複 合 式離子 定溫 差動. 探測器種類之整理 圖 2.2-1. 探測器.

(27) 第二章 探測器原理簡介. 表 2.2-1. 各裝置場所高度所設置之探測器類型. 裝置場所高度. 探測器種類 差動式集中與分離型全部、 熱複合式補償式集中型、. 未滿 4 公尺. 定溫式與離子式集中型全部、 光電式集中與分離型全部、 火焰式 差動式集中與分離型全部、 熱複合式補償式集中型、 定溫式(特)(1)、離子式集中型(1)(2)、. 4 公 尺 以 上 未 滿 8 公尺. 光電式集中型(1)(2)、 光電式分離型全部、 火焰式 差動式分離型全部、 離子式集中型(1)(2)、. 8 公 尺 以 上 未 滿 15 公尺. 光電式集中型(1)(2)、 光電式分離型全部、 火焰式 離子式集中型(1)、. 15 公尺以上. 光電式集中型(1)、. 未滿 20 公尺. 光電式分離型(1)、 火焰式. 11.

(28) 室內中庭及大空間煙氣層流作用對火災探測及 排煙功能效應及系統連動之驗證分析. 第三節. 熱探測器之原理. 依照上節內容所述,差動式偵測器依其偵測熱(或高 溫)之原理可將其分類為差動式集中型、差動式分離型,係 為一種捕捉火災高熱,並向受信機發出火警信號等功能之探 測器 有關熱探測器之運作原理如述:通常定義為「周圍溫度 上昇率達至某速率以上時,造成局部區域熱效應而觸發火警 動作之探測器」,當探測器周圍溫度快速上升而達到火災前 期標準時(動作溫度),探測器內部會膨脹而壓迫感應浪板 使金屬接點導通回報火警受信總機,其外觀與內部結構分別 如圖 2.3-1 與圖 2.3-2。. 圖 2.3-1. 12. 差動式集中型熱探測器外觀.

(29) 第二章 探測器原理簡介. 圖 2.3-2. 差動式集中型熱探測器內部結構. 感熱室 排氣孔. 接點. 膜片. 本研究使用之差動式集中型熱探測器為二種,其規格如 表 2.3-1 所示。. 表 2.3-1. 種. 本案採用之差動式集中型熱探測器規格. 類. 二. 種. 動作電源. DC 24 V, 25 mA. 動作溫度. 室溫+30℃,30 秒內鳴動. 有效警戒高度 4 公尺以下. 4-20 公尺. 有效警戒面積 150 平方公尺 75 平方公尺 適用溫度. -10℃~+55℃. 重. 量. 約 130 g. 尺. 寸. 120×120×37 mm(L×H×W). 13.

(30) 室內中庭及大空間煙氣層流作用對火災探測及 排煙功能效應及系統連動之驗證分析. 第四節. 煙探測器之原理. 鑒於煙霧造成可視光線散射物理現象,亦可應用在火警 偵測之部分,乃利用光電管使其所射出之光線造成散射,其 受光部之光電子能造成電阻變化,繼而觸發警報。而利用此 原理做為偵測火警方式之煙探測器則稱為光電式煙探測器。 光電式煙探測器主要可分為兩種類型,即所謂集中型與 分離型,若須在小空間裡安裝探測器時,可使用前者光電式 集中型;相對於大空間時,則可使用後者光電式分離型。 光電式煙探測器集中型通常定義為「周圍空氣之含煙量 達至某一濃度時,部份煙會造成光電子受光量變化而觸發火 警動作之探測器」,其結構係在其內部設置一暗箱並完全遮 住周圍光線,僅空氣能夠流過。另於暗箱另一側設置燈泡光 源,而光束只能以單方向前進,平常於內部僅空氣能流通, 光電子並無變化;唯當發生火警時,煙一流入暗箱後,電阻 即變化(減少)。而電阻減少引起電流變化後經交換電路檢 查出後即向火警受信總機通報火警信號,其外觀與內部結 構,分別如圖 2.4-1 與圖 2.4-2 所示。 圖 2.4-1. 14. 光電式集中型煙探測器外觀.

(31) 第二章 探測器原理簡介. 圖 2.4-2. 光電式集中型煙探測器之內部結構示意圖 散亂光 暗箱. 光束. 光源. 煙. 本研究使用之光電式集中型煙探測器為二種,其規格如 表 2.4-1 所示。. 表 2.4-1 種. 本案採用之光電式集中型煙探測器規格 類. 二. 種. 動作電源. DC 24 V. 監視電流. 30 μA. 動作電流. 30 mA. 有效警戒高度 4 公尺以下. 4 至 20 公尺. 有效警戒面積 150 平方公尺 75 平方公尺 適用溫度. -10℃~+55℃. 適用溼度. 0-95 %. 重. 量. 約 150 g. 尺. 寸. 120×120×87 mm(L×H×W). 15.

(32) 室內中庭及大空間煙氣層流作用對火災探測及 排煙功能效應及系統連動之驗證分析. 光電式分離型煙探測器係為了防止香菸等局部地區煙氣 所引起之假火災動作起見,故發展出適用於大範圍之光電式 分離型探測器。通常定義為「周圍空氣之含煙量達至某一濃 度時,大空間範圍內煙之累積量會造成光電子受光量產生變 化而觸發火警動作之探測器」,此儀器乃由一傳送端與接收 端所組成,由傳送端送出訊號並由接收端處理傳送端之訊號 強弱,若光線路徑中遇到煙層遮蔽時,將影響光電子受光量 之多寡,導致光線散射與電阻減少,繼而產生電流變化引發 火警信號。其外觀與偵測原理如圖 2.4-3 與圖 2.4-4 所示。 圖 2.4-3. 光電式分離型煙探測器外觀. 圖 2.4-4 光電式分離型煙探測器偵測原理. 傳送端. 光軸. 透鏡. 16. 接收端. 校正調整部.

(33) 第二章 探測器原理簡介. 本案使用光電式分離型煙探測器,規格示如表 2.4-2。. 表 2.4-2. 本案採用之光電式分離型煙探測器規格. 動作電源. DC 24V,10 mA 偵測開始調變電流 19 mA. 監視電流. 警示電流 27.1 mA 觸發警報電流 28.4 mA. 適用溫度. -30℃~+55℃. 適用溼度. 10-93 %. 重. 量 傳送端為 598 g,接收端為 663 g. 於本研究上面所述,火災濃煙可能具有分層之現象,以 下有幾種探測器安裝方法可克服: 1.裝置向上式之光束偵測網格(Grid): 此方法無論是否有前述之分層現象狀況皆能夠快速偵測 到煙層之成長,可利用一個或多個探測器可構成一交叉火警 偵測網格,示如圖 2.4-5。. 圖 2.4-5. 大空間建築內裝置向上式之光束偵測網格. 17.

(34) 室內中庭及大空間煙氣層流作用對火災探測及 排煙功能效應及系統連動之驗證分析. 2.裝置水平式之光束偵測網格: 吾人可在中庭頂部裝置多個光束式偵測器,其次在較低 之煙層再額外裝置偵測器,除須注意調整探測器之位置外, 亦要避免與其他偵測器光束重疊及在火場底部可能有非預期 之情況產生(例如人員行經或有遮蔽物遮住偵測器導致光束 衰減,回路電阻變小,形成火警誤報),示如圖 2.4-6。. 圖 2.4-6. 18. 大空間建築內裝置水平式之光束偵測網格.

(35) 第二章 探測器原理簡介. 第五節. 火焰探測器之原理. 火焰式探測器係一能捕捉到火災時所產生之火焰而自動 將警報信號傳向火警受信機通報之探測器。火災初期並不一 定會產生火焰,以致火焰探測器之機能不見得會發生效果。 因它只限於某些地區,例如防火建築物通道部分(通道與建 築物合成一體而視其為構造物之通道部分)才需設置此種火 焰探測器,其外觀結構示如圖 2.5-1。 圖 2.5-1. 火焰探測器之外觀. 本研究使用之火焰探測器,其規格示如表 2.5-1。. 表 2.5-1 動作電源 監視電流. 本案採用之火焰探測器規格 DC 24V 警示電流 200 μA 觸發警報電流 60 mA. 有效偵測角度與距離 120 度扇形,有效距離 10 公尺 重. 量. 約 180 g. 尺. 寸. 120×120×37 mm (L×H×W). 19.

(36) 室內中庭及大空間煙氣層流作用對火災探測及 排煙功能效應及系統連動之驗證分析. 20.

(37) 第三章 火災全尺度實驗之規劃. 第三章 第一節. 火災全尺度實驗之規劃 量測儀器與實驗設備之佈置. (1) 熱電耦儀器樹與數據存取記錄器 於建研所台南歸仁防火試驗室之綜合實驗場貓道下方, 每 1 公尺設置 1 個 K 型(K-Type)熱電耦,以形成熱電耦 儀器樹,可量測火場之煙層溫度,而偵測高度為 5 公尺至 24 公尺,儀器裝置示如圖 3.1-1 與下圖 3.1-2。. 圖 3.1-1. 本案熱電耦儀器樹與數據存取記錄器裝置示意圖. 熱電耦儀器. 21.

(38) 室內中庭及大空間煙氣層流作用對火災探測及 排煙功能效應及系統連動之驗證分析. 圖 3.1-2. 本案熱電耦儀器樹於實驗場地之實際佈置圖. 熱電耦量得之數據經數據存取記錄器傳至個人電腦來監 控、儲存數據,並自動記錄即時火場溫度之變化值,存取頻 率設定為每 1 秒一筆記錄,儀器與操作介面示如下圖 3.1-3 至 3.1-5 所示。 圖 3.1-3. 22. 本案所使用之數據存取記錄器.

(39) 第三章 火災全尺度實驗之規劃. 圖 3.1-4. 本案所使用之數據存取記錄器與個人電腦. 寬頻區域網路線 (跳 線 ). 熱電耦儀器樹. 圖 3.1-5. 本案操作軟體即時測得之火場溫度介面圖. 即時火場溫度曲線. 數據存取記錄器上共有 20 個頻道(Channel),與儀器 樹之對應為:5 公尺與 Channel 1 連接,依此類推 24 公尺則 連接 Channel 20。 傳統之數據存取記錄器,因其自動數據擷取記錄間隔過 長,故有人員必須在旁不斷記錄數據之缺點,若於小火源之 23.

(40) 室內中庭及大空間煙氣層流作用對火災探測及 排煙功能效應及系統連動之驗證分析. 實驗尚可接受;但若在龐大火源下,火源之輻射熱 ( Radiation Heat) 可 能 造 成 人 員 有 不 適 之 感 覺 。 因 此 改 進 設 備後,此問題已有獲得相當之改善,人員可分配至其他工 作,如後將提到之偵測器鳴動時間記錄等。. (2) 燈泡束 其次,再於綜合實驗室貓道下方每 1 公尺裝置 1 個白色 燈泡,再每 5 公尺裝置 1 個紅色燈泡,繼而形成燈泡束,以 目 視 或 攝 影 機 觀 察 煙 層 高 度 , 儀 器 裝 置 如 圖 3.1-6 與 下 圖 3.1-7 所示。. 圖 3.1-6. 本實驗使用之燈泡束示意圖. 貓 道 地 板 離 地 面 23 m 20 m 15 m 10 m 燈泡束 5m 0m. 24.

(41) 第三章 火災全尺度實驗之規劃. 圖 3.1-7. 燈泡束於實驗場地之實際佈置圖. (3) 機械排煙風機 本 綜 合 實 驗 室 貓 道 ( Cat Way) 上 方 另 設 有 一 套 機 械 排 煙風管與 12 個排煙口,可提供本案進行大空間建築機械排 煙系統性能研究之用,設備示如圖 3.1-8 與 3.1-9 所示。. 圖 3.1-8. 本實驗使用之機械排煙風機示意圖 機械排煙風機 小型軸流式風機 4 台 (左右各兩台). 25.

(42) 室內中庭及大空間煙氣層流作用對火災探測及 排煙功能效應及系統連動之驗證分析. 圖 3.1-9. 機械排煙風機於實驗場地之實際佈置圖. 機械排煙風管. 此 套機械排煙風管與 12 個排煙口之開啟與關閉開關設置於 1 樓內之監控室,於進行機械排煙火災全尺度實驗時,經由人 工開啟。其操作盤示如圖 3.1-10。可藉由其排煙風機轉速控 制盤,調整風機轉速至所需風量,示如圖 3.1-11。. 圖 3.1-10. 26. 監控室機械排煙口之開啟控制盤.

(43) 第三章 火災全尺度實驗之規劃. 圖 3.1-11. 監控室之排煙風機轉速控制盤. 風速監控面板. 其次,於貓道上另有四台小型軸流式風機,每台風量為 15 CMS,安裝方式為穿牆固定式,如圖 3.1-12 所示。而小 型軸流式風機之實際排煙情形示如圖 3.1-13。. 圖 3.1-12. 小型軸流式風機於實驗場地之實際佈置圖. 27.

(44) 室內中庭及大空間煙氣層流作用對火災探測及 排煙功能效應及系統連動之驗證分析. 圖 3.1-13. 28. 貓道上之小型軸流式風機排煙情形.

(45) 第三章 火災全尺度實驗之規劃. 第二節. 火警受信總機與探測器之安裝. 本研究於偵煙系統部份實驗所需之探測器,皆必須與火 警 受 信 總 機 做 連 線 , 火 警 受 信 總 機 之 規 格 結 構 示 如 圖 3.2-1 與 3.2-2。如圖所示,L1 至 L5 分別與探測器做串接。 圖 3.2-1. 火警受信總機外部之監控面板 探測器火警監控面板 (可接 5 組探測器). 圖 3.2-2. 火警受信總機內部之線路板圖 探測器線路安裝位置 (正負極) 正 : 編 號 為 COM 負 : 編 號 為 L1. L5. 迴路共線 AC 電 源 輸 入 與 部 份 探測器所需之額外電. 29.

(46) 室內中庭及大空間煙氣層流作用對火災探測及 排煙功能效應及系統連動之驗證分析. 於本計畫所用到之探測器安裝步驟,將於下詳細敘述: 1.火 焰 探 測 器 : 火 焰 探 測 器 之 安 裝 線 路 與 實 際 場 地 配 置 圖示如下圖 3.2-3 至 3.2-5。如圖所示,火焰探測器與火警受 信總機 L1 接點做連線,且安裝於離地面高 5.5 公尺之處並 對準火源放置處,以在實驗開始時能偵測火源並做鳴動。 圖 3.2-3. 火焰探測器之接線示意圖 終端電阻接至最後之探測器. 接至火警受信總機. 10KΩ 終 端 電 阻. C( COM) : 接 至 火 警 受 信 總 機 之 正 極 端 L : 接 至 火 警 受 信 總 機 之 L1 端. 圖 3.2-4. L. 30. 本案所使用之火焰探測器位置示意圖. 火 焰 探 測 器 , 離 地 5.5 公.

(47) 第三章 火災全尺度實驗之規劃. 圖 3.2-5. 火焰探測器於實驗場地之實際佈置圖. 火焰探測器. 2.光 電 式 分 離 型 煙 探 測 器 第 一 組 與 第 二 組 : 水 平 式 光 束 偵測網格來做實際全尺度之安裝與配置。安裝線路與實際場 地配置圖如圖.3.2-6 至下圖 3.2.8 所示。 圖 3.2-6. 光電式分離型煙探測器之接線示意圖. 受信總機 迴路共線 24V DC 復歸電源. + - + -. C L. 10KΩ 終 端 電 阻 至下一組. 接收端 C( COM) : 接 至 火 警 受 信 總 機 之 正 極 端 L : 接 至 火 警 受 信 總 機 之 L2 端 與 L3 端 (計有兩組探測器各置於不同高度). 傳送端. 31.

(48) 室內中庭及大空間煙氣層流作用對火災探測及 排煙功能效應及系統連動之驗證分析. 圖 3.2-7. 本案所使用之光電式分離型煙探測器位置示意圖. L3 接收端. 傳送端. 光電式分離型煙探測器第二組 ( 離 地 21 公 尺 ). L2 接收端. 傳送端 光電式分離型煙探測器第一組 (離地 6 公尺). 圖 3.2-8. 32. 安裝光電式分離型煙探測器之情形(1).

(49) 第三章 火災全尺度實驗之規劃. 圖 3.2-9. 圖 3.2-10. 安裝光電式分離型煙探測器之情形(2). 第一組光電式分離型煙探測器於離地高 6 公尺處. 光電式分離型 探測器第一組. 光電式分離型煙探測器第一組與火焰探測器裝置在同一 區域,以便於比較出同區域高度其鳴動時間快慢。在實驗之 前亦必須對準傳送端與接收端,以確保傳送端發出之光束能 夠完全進入接收端,以減少非預期之誤差。 33.

(50) 室內中庭及大空間煙氣層流作用對火災探測及 排煙功能效應及系統連動之驗證分析. 圖 3.2-11 光電式分離型煙探測器第二組於離地高 21 公尺處. 傳送端. 3.差 動 式 集 中 型 熱 探 測 器 與 光 電 式 集 中 型 煙 探 測 器 : 兩 者之安裝線路與實際場地配置圖示如圖 3.2-12 至圖 3.2-15。 兩者之安裝線路圖與火焰偵測器相同。安裝於貓道兩側欄 杆,高度約為 22 公尺。 圖 3.2-12 差動式集中型熱探測器與光電式集中型煙探測器 接線圖 終端電阻接至最後之探測器. 接至火警受信總機. 10KΩ 終 端 電 阻. C( COM) : 接 至 火 警 受 信 總 機 之 正 極 端 L : 接 至 火 警 受 信 總 機 之 L4、 L5 端. 34.

(51) 第三章 火災全尺度實驗之規劃. 圖 3.2-13. 本案所使用之熱煙探測器位置示意圖. L5 L4. 光電式集中型煙探測器 , 離 地 22 公 尺 差動式集中型熱探測器 , 離 地 22 公 尺. 圖 3.2-14. 光電式集中型煙探測器於實驗場地之實際佈置圖. 光電式集中型煙 探測器. 35.

(52) 室內中庭及大空間煙氣層流作用對火災探測及 排煙功能效應及系統連動之驗證分析. 圖 3.2-15. 差動式集中型熱探測器於實驗場地之實際佈置圖. 差動式集中型熱 探測器. 量測儀器與實驗設備之佈置敘述至此,可將之整理成表 3.2-1,與圖 3.2-16 至 3.2-17 所示。. 表 3.2-1. 火警受信總機迴路端與探測器之連接情形. 火警受信總機 迴路編號 L1. 36. 連接之探測器種類. 安裝高度. 火焰探測器. 5.5 公尺. L2. 光電式分離型煙探測器第一組 6 公尺. L3. 光電式分離型煙探測器第二組 21 公尺. L4. 光電式集中型煙探測器. 22 公尺. L5. 差動式集中型熱探測器. 22 公尺.

(53) 第三章 火災全尺度實驗之規劃. 1 2. CO COM L1 L2 L3 L4 L5 CO COM. 圖示說明 DC 24V. -. 迴路線 L. 迴路線 COM. DC 24V 正. DC 24V 負. +. 圖 3.2-16 本案裝置火警受信總機迴路端與探測器之連接示意圖. 37.

(54) 室內中庭及大空間煙氣層流作用對火災探測及 排煙功能效應及系統連動之驗證分析. 圖示說明. 2. 個人 電腦 火警受 信總機. 1. 圖 3.2-17 本計畫所安裝之儀器與設備配置圖. 38. 數據 記錄器.

(55) 第三章 火災全尺度實驗之規劃. 圖 3.2-18. 儀 器 實 際 佈 置 圖 (1). 圖 3.2-19. 儀 器 實 際 佈 置 圖 (2). 39.

(56) 室內中庭及大空間煙氣層流作用對火災探測及 排煙功能效應及系統連動之驗證分析. 第三節. 機械排煙風機轉速校正實驗. 本研究於進行正式火災全尺度實驗前,將進行排煙風機 轉速校正實驗,以瞭解排煙風機轉速與排煙風量之關係。 機械排煙風機風量校正之進行步驟如下所列: 1. 除 塵 : 機 械 排 煙 風 機 必 須 要 經 過 一 「 除 塵 」 之 手 續 , 將 囤 積 於 風 管 內 之 積 塵 排 除 , 方 可 達 到 最 大 動 作 55 Hz 之 風 量,倘若無此動作,則風機將因為積塵堵住風管無法有效排 放廢氣,造成內外壓力差並將觸發警鈴動作。除塵動作必須 重複持續四到五次,方可去除乾淨。 2.開 啟 風 機 開 關 : 通 報 風 機 開 關 控 制 人 員 打 開 開 關 。 3. 測 定 風 量 : 人 員 分 別 於 「 最 靠 近 小 型 軸 流 式 風 機 」 (從小型風機算起第一個通風孔)、「中間通風孔」(從小 型軸流式風機算起第三個通風孔)與「最遠離小型軸流式風 機」(從小型風機算起第六個通風孔)測定風量,測定情形 示 如 下 圖 3.3-1 與 3.3-2。 圖 3.3-1. 40. 人 員 於 排 煙 口 附 近 量 測 風 速 之 情 形 (1).

(57) 第三章 火災全尺度實驗之規劃. 圖 3.3-2. 人 員 於 排 煙 口 附 近 量 測 風 速 之 情 形 (2). 4. 擷 取 數 據 : 與 法 規 規 定 之 排 煙 風 機 之 風 量 標 準 做 比 對 。 本 次 風 機 校 正 實 驗 風 量 數 據 測 結 果 , 如 表 3.3-1 所 列 。 表 3.3-1. 排煙風機轉速與排煙風量之關係. 頻 率 (Hz) 最 靠 近 風 機 (m/s) 中 間 通 風 孔 (m/s) 最 遠 離 風 機 (m/s) 總 風 量 (m 3 /min) P. P. 10. 2. 1.1. 0.8. 450. 15. 3.3. 2.7. 2.2. 570. 20. 4.8. 4.3. 3.7. 750. 25. 6.8. 5.6. 5. 950. 30. 9. 7. 6.5. 1,190. 35. 11. 8.8. 7.6. 1,340. 40. 13.5. 11. 9. 1,600. 45. 15. 12.6. 10.7. 1,850. 50. 16.5. 15. 12. 2,100. 55. 18. 16.8. 13.8. 2,300. 通 風 孔 直 徑 : 60 cm 最靠近風機:從小型軸流風機算起第一個通風孔 中間通風孔:從小型軸流風機算起第三個通風孔 最遠離風機:從小型軸流風機算起第六個通風孔. 41.

(58) 室內中庭及大空間煙氣層流作用對火災探測及 排煙功能效應及系統連動之驗證分析. 得到排煙風機轉速與排煙風量之關係後,可應用於日後 進行機械排煙風量之調整,而遂有性能式設計之實驗設計。 例 如 , 本 實 驗 場 地 之 樓 地 板 面 積 約 為 1,091 m 2 ( 22.5 m P. P. × 48.5 m) 。 當 進 行 條 例 式 設 計 之 機 械 排 煙 系 統 火 災 全 尺 度 實 驗 時 , 其 所 需 之 法 規 規 定 排 煙 風 量 為 1,091 cmm。 故 當 機 械 排 煙 風 機 之 轉 速 開 至 30 Hz 時 , 亦 即 約 可 提 供 1,190 cmm 之排煙風量,相當於法規規定值。 因 此 , 本 研 究 遂 以 風 機 轉 速 30 Hz 作 為 性 能 式 與 條 例 式 設 計 之 排 煙 風 量 分 野 , 30 Hz 以 上 則 為 性 能 式 設 計 之 排 煙 風 量 , 本 全 尺 度 實 驗 選 擇 6 ACH 與 8 ACH 兩 種 排 煙 量 。 於 6 ACH 之 排 煙 量 下 , 約 需 提 供 2,500 cmm 之 風 量 , 而 8 ACH 則 約 需 提 供 3,333 cmm 之 風 量 。 亦即進行全尺度實驗時,貓道上方之機械排煙系統與軸 流式排煙風機皆需一起開啟,方可能達到所需排煙風量。. 42.

(59) 第三章 火災全尺度實驗之規劃. 第四節. 火災全尺度實驗之進行步驟. 有關進行正式火警偵煙系統之火災全尺度實驗之進行步 驟如下: 1. 將 正 確 數 量 之 火 盤 放 置 在 預 定 位 置 上 : 此 步 驟 將 依 照 所 欲 模擬之火災規模,放置正確數量之火盤。例如,若要模擬 3 MW 的 火 災 規 模 , 則 需 放 置 15 個 火 盤 。 2. 火 場 四 周 放 置 滅 火 設 備 : 於 火 場 四 周 放 置 滅 火 設 備 , 一 來 能預防火場突發狀況之發生,二來亦需要熄滅「點火把」 之火焰。 3. 開 啟 燈 泡 束 、 以 及 觀 察 員 與 攝 影 機 就 位 : 本 正 式 實 驗 進 行 時,將開啟燈泡束,並分派人員於地面及不同樓層進行觀 察火場煙沈積情形,利用攝影機記錄存檔。 4. 確 認 機 械 排 煙 風 機 之 狀 況 : 指 派 專 人 負 責 操 作 , 並 確 認 實 驗當時貓道上方機械排煙口之「關閉」或「開啟」狀況, 及調整風量大小。 5. 火 盤 注 入 燃 料 : 依 照 先 前 預 備 實 驗 所 得 之 結 果 , 將 適 當 數 量之燃料注入火盤。 6. 數 據 存 取 記 錄 器 開 始 記 錄 並 計 時 : 啟 動 數 據 存 取 記 錄 器 開 始記錄熱電耦儀器樹所獲得之溫度數據。並開始倒數,準 備點火進行實驗。 7. 點 火 , 煙 層 上 升 , 觀 察 煙 流 動 特 性 與 煙 沈 積 現 象 : 倒 數 結 束,以「點火把」點燃火盤。各觀察員與攝影機,觀察並 記錄火場煙流動特性與煙沈積現象。 8. 點 火 後 , 當 第 一 組 探 測 器 觸 發 警 報 後 經 30 秒 確 認 為 火 災 後 即 啟 動 機 械 排 煙 風 機 , 而 於 60 秒 後 啟 動 完 成 。. 43.

(60) 室內中庭及大空間煙氣層流作用對火災探測及 排煙功能效應及系統連動之驗證分析. 9. 火 盤 自 然 熄 滅 : 讓 火 盤 燃 料 自 然 燒 盡 , 且 待 火 盤 溫 度 下 降 至室溫,準備下次實驗使用。 10. 實 驗 討 論 與 數 據 整 理 : 工 作 人 員 收 集 並 整 理 實 驗 數 據 , 如有缺失,立即改善。準備再行下一實驗項目。. 不 同 於 先 前 完 成 之 實 驗 , 原 本 統 一 為 90 秒 進 行 機 械 排 煙 , 然 此 處 則 為 當 第 一 組 探 測 器 觸 發 警 報 後 經 30 秒 確 認 為 火 災 後 即 啟 動 機 械 排 煙 風 機 , 而 於 60 秒 後 啟 動 完 成 , 其 步 驟 流 程 可 示 如 圖 3.4-1。. 圖 3.4-1. 火災全尺度實驗排煙風機啟動時間示意圖. 30 Sec. 60 Sec Time(Sec). 火災發. 探測器觸發警 報. 44. 確認並啟動排煙風 機. 排煙風機啟動完.

(61) 第四章 火災探測之全尺度實驗分析. 第四章. 火災探測之全尺度實驗分析. 第一節. 火災探測系統校正實驗. 本研究於進行正式火災全尺度實驗前,亦將進行火警偵 煙 系 統 鳴 動 時 間 測 定 實 驗 。 承 載 燃 料 之 油 盤 為 45 cm, 而 隔 熱 板 大 小 為 長 4.1 m、 寬 為 3.1 m, 其 佈 置 與 實 際 燃 燒 情 況 示 如 圖 4.1-1 與 圖 4.1-2。 圖 4.1-1. 油盤佈置示意圖. 4.1. 2.1. 圖 4.1-2. 油. 油盤數量一個之實際燃燒示意圖. 45.

(62) 室內中庭及大空間煙氣層流作用對火災探測及 排煙功能效應及系統連動之驗證分析. 每 一 油 盤 之 火 災 規 模 約 為 0.2 MW, 因 此 本 校 正 實 驗 火 源 為 0.2、 0.4、 0.6、 0.8、 及 1 MW, 計 從 1 個 油 盤 至 5 個 油 盤,實驗茲述如下。. (1). 火 災 規 模 為 0.2 MW. 火災情境描述: 假 設 火 場 發 生 0.2 MW 之 火 災 , 即 使 用 1 個 油 盤 。 點 火 後等待第一組探測器首先觸發警報後,方通報人員將排煙風 機 打 開 , 並 使 其 運 轉 頻 率 為 40 Hz, 相 當 於 提 供 排 煙 風 量 約 為 1.36 cmm/m 2 。 探 測 器 鳴 動 時 間 記 錄 : 鳴 動 情 形 示 如 表 4.1-1。 表 4.1-1. 火 災 規 模 為 0.2 MW 之 探 測 器 鳴 動 時 間 光電式分離型 光電式分離型 光電式集中型 差動式集中型. 探測器名稱 火焰探測器. 煙探測器. 煙探測器. 第一組. 第二組. 1. 探測器縮圖. 煙探測器. 熱探測器. 2. 探測器編號. L1. L2. L3. L4. L5. 鳴動時間(s). ×. 210. 205. ×. ×. 煙沈積速度與鳴動時間對照:經由熱電耦儀器樹與數據 存取記錄器所收集之火場溫度數據,利用 N 百分比法進行煙 層 之 判 定 , 其 結 果 與 探 測 器 鳴 動 時 間 對 照 圖 示 如 圖 4.1-3。. 46.

(63) 第四章 火災探測之全尺度實驗分析. 圖 4.1-3. 火 災 規 模 為 0.2 MW 下 , 排 煙 量 為 1.36 cmm/m 2 之 煙沈積與鳴動時間對照圖. 25. 2 0 52 1 0. Height(m). 20. 15. 10. 2. 5. 1 0 0. 60. 120. 180. 240. 300. Time(Sec). 實驗小結: 由上圖與觀察火場之錄影帶得知,煙層最低點高度始終 維 持 在 約 離 地 面 22 公 尺 處 而 無 下 降 情 形 , 第 一 組 探 測 器 於 205 秒 鳴 動 後 方 開 啟 補 氣 口 與 排 煙 風 機 , 然 而 因 火 源 及 熱 輻 射量之規模不大,由表可知有三組探測器無法鳴動。. 47.

(64) 室內中庭及大空間煙氣層流作用對火災探測及 排煙功能效應及系統連動之驗證分析. (2) 火 災 規 模 為 0.4 MW. 火災情境描述: 假 設 火 場 發 生 0.4 MW 之 火 災 , 即 使 用 2 個 油 盤 。 點 火 後等待第一組探測器首先觸發警報後,方通報人員將排煙風 機 打 開 , 並 使 其 運 轉 頻 率 為 40 Hz, 相 當 於 提 供 排 煙 風 量 約 為 1.36 cmm/m 2 。 探 測 器 鳴 動 時 間 記 錄 : 鳴 動 情 形 示 如 表 4.1-2。. 表 4.1-2. 火 災 規 模 為 0.4 MW 之 探 測 器 鳴 動 時 間 光電式分離型 光電式分離型 光電式集中型 差動式集中型. 探測器名稱 火焰探測器. 煙探測器. 煙探測器. 第一組. 第二組. 1. 探測器縮圖. 煙探測器. 熱探測器. 2. 探測器編號. L1. L2. L3. L4. L5. 鳴動時間(s). ×. 72. 120. ×. ×. 煙沈積速度與鳴動時間對照:經由熱電耦儀器樹與數據 存取記錄器所收集之火場溫度數據,利用 N 百分比法進行煙 層 之 判 定 , 其 結 果 與 探 測 器 鳴 動 時 間 對 照 圖 示 如 圖 4.1-4。. 48.

(65) 第四章 火災探測之全尺度實驗分析. 圖 4.1-4. 火 災 規 模 為 0.4 MW 下 , 排 煙 量 為 1.36 cmm/m 2 之 煙沈積與鳴動時間對照圖. 25. 72. 120. Height(m). 20. 15. 10. 1. 5. 2 0 0. 60. 120. 180. 240. 300. 360. 420. 480. Time(Sec). 實驗小結: 由上圖與觀察火場之錄影帶得知,煙層最低點高度在約 離 地 面 18 公 尺 處 , 第 一 組 探 測 器 於 72 秒 鳴 動 後 開 啟 補 氣 口 與排煙風機,而本實驗在火源燃燒附近所產生之煙量比在頂 部者更較顯著,故光電式分離型煙探測器第一組較第二組更 早鳴動,然而火源及熱輻射量之規模不大,無法形成有效之 偵測溫差,故由表知有三組探測器無法鳴動。. 49.

(66) 室內中庭及大空間煙氣層流作用對火災探測及 排煙功能效應及系統連動之驗證分析. (3). 火 災 規 模 為 0.6 MW. 火災情境描述: 假 設 火 場 發 生 0.6 MW 之 火 災 , 即 使 用 3 個 油 盤 。 點 火 後等待第一組探測器首先觸發警報後,方通報人員將排煙風 機 打 開 , 並 使 其 運 轉 頻 率 為 40 Hz, 相 當 於 提 供 排 煙 風 量 約 為 1.36 cmm/m 2 。 探 測 器 鳴 動 時 間 記 錄 : 鳴 動 情 形 示 如 表 4.1-3。. 表 4.1-3. 火 災 規 模 為 0.6 MW 之 探 測 器 鳴 動 時 間 光電式分離型 光電式分離型 光電式集中型 差動式集中型. 探測器名稱 火焰探測器. 煙探測器. 煙探測器. 第一組. 第二組. 1. 探測器縮圖. 煙探測器. 熱探測器. 2. 探測器編號. L1. L2. L3. L4. L5. 鳴動時間(s). ×. 51. 55. ×. ×. 煙沈積速度與鳴動時間對照:經由熱電耦儀器樹與數據 存取記錄器所收集之火場溫度數據,利用 N 百分比法進行煙 層 之 判 定 , 其 結 果 與 探 測 器 鳴 動 時 間 對 照 圖 示 如 圖 4.1-5。. 50.

(67) 第四章 火災探測之全尺度實驗分析. 圖 4.1-5. 火 災 規 模 為 0.6 MW 下 , 排 煙 量 為 1.36 cmm/m 2 之 煙沈積與鳴動時間對照圖. 25. 51 55. Height(m). 20. 15. 10. 1 5. 2. 0 0. 60. 120. 180. 240. 300. Time(Sec). 實驗小結: 由上圖與觀察火場之錄影帶得知,煙層最低點高度在約 離 地 面 17 公 尺 處 , 第 一 組 探 測 器 於 51 秒 鳴 動 後 開 啟 補 氣 口 與排煙風機,而本實驗在火源燃燒附近所產生之煙量比在頂 部者更較顯著,故光電式分離型煙探測器第一組較第二組更 早鳴動,然而火源之規模與熱輻射量無法形成有效之偵測, 故由表知有三組探測器無法鳴動。. 51.

(68) 室內中庭及大空間煙氣層流作用對火災探測及 排煙功能效應及系統連動之驗證分析. 火 災 規 模 為 0.8MW. (4). 火災情境描述: 假 設 火 場 發 生 0.8 MW 之 火 災 , 即 使 用 4 個 油 盤 。 點 火 後等待第一組探測器首先觸發警報後,方通報人員將排煙風 機 打 開 , 並 使 其 運 轉 頻 率 為 40 Hz, 相 當 於 提 供 排 煙 風 量 約 為 1.36 cmm/m 2 。 探 測 器 鳴 動 時 間 記 錄 : 鳴 動 情 形 示 如 表 4.1-4。. 表 4.1-4. 火 災 規 模 為 0.8 MW 之 探 測 器 鳴 動 時 間 光電式分離型 光電式分離型. 探測器名. 光電式集中型 差動式集中型 火焰探測器. 煙探測器. 煙探測器. 第一組. 第二組. 稱 1. 探測器縮圖. 煙探測器. 熱探測器. 2. 探測器編號. L1. L2. L3. L4. L5. 鳴動時間(s). ×. 38. 38. ×. ×. 煙沈積速度與鳴動時間對照:經由熱電耦儀器樹與數據 存取記錄器所收集之火場溫度數據,利用 N 百分比法進行煙 層 之 判 定 , 其 結 果 與 探 測 器 鳴 動 時 間 對 照 圖 示 如 圖 4.1-6。. 52.

(69) 第四章 火災探測之全尺度實驗分析. 圖 4.1-6. 火 災 規 模 為 0.8 MW 下 , 排 煙 量 為 1.36 cmm/m 2 之 煙沈積與鳴動時間對照圖. 25. 20. Height(m). 38 15. 10. 1. 5. 2. 0 0. 60. 120. 180. 240. Time(Sec). 實驗小結: 由上圖與觀察火場之錄影帶得知,煙層最低點高度在約 離 地 面 16 公 尺 處 , 光 電 式 分 離 型 煙 探 測 器 第 一 組 與 第 二 組 皆 於 38 秒 鳴 動 , 顯 示 火 源 附 近 與 中 庭 頂 部 所 造 成 之 煙 量 相 當,然而由表知仍有三組探測器無法鳴動,分析火焰式探測 器可能是無法有效偵測運作,因此將線路重新接線並做線路 測試;而傳統光電式集中型煙探測器與差動式集中型熱探測 器之安裝位置超過其偵測極限,因此無法鳴動。. 53.

(70) 室內中庭及大空間煙氣層流作用對火災探測及 排煙功能效應及系統連動之驗證分析. (5). 火 災 規 模 為 1 MW. 火災情境描述: 假 設 火 場 發 生 1 MW 之 火 災 , 即 使 用 5 個 油 盤 。 點 火 後 等待第一組探測器首先觸發警報後,方通報人員將排煙風機 打 開 , 並 使 其 運 轉 頻 率 為 40 Hz, 相 當 於 提 供 排 煙 風 量 約 為 1.36 cmm/m 2 探 測 器 鳴 動 時 間 記 錄 : 鳴 動 情 形 示 如 表 4.1-5。. 表 4.1-5. 探 測 器 於 火 災 規 模 為 1 MW 下 之 鳴 動 時 間 光電式分離型 光電式分離型 光電式集中型 差動式集中型. 探測器名稱 火焰探測器. 煙探測器. 煙探測器. 第一組. 第二組. 1. 探測器縮圖. 煙探測器. 熱探測器. 2. 探測器編號. L1. L2. L3. L4. L5. 鳴動時間(s). ×. 27. 27. ×. ×. 煙沈積速度與鳴動時間對照:經由熱電耦儀器樹與數據 存取記錄器所收集之火場溫度數據,利用 N 百分比法進行煙 層 之 判 定 , 其 結 果 與 探 測 器 鳴 動 時 間 對 照 圖 示 如 圖 4.1-7。. 54.

(71) 第四章 火災探測之全尺度實驗分析. 火 災 規 模 為 1 MW 下 , 排 煙 量 為 1.36 cmm/m 2 之. 圖 4.1-7. 煙沈積與鳴動時間對照圖 25. 20. Height(m). 27 15. 10. 1 5. 2. 0 0. 60. 120. 180. 240. 300. 360. Time(Sec). 實驗小結: 由上圖與觀察火場之錄影帶得知,煙層最低點高度在約 離 地 面 15 公 尺 處 , 光 電 式 分 離 型 煙 探 測 器 第 一 組 與 第 二 組 皆 於 27 秒 鳴 動 , 顯 示 火 源 附 近 與 中 庭 頂 部 所 造 成 之 煙 量 相 當,然而由表知仍有三組探測器無法鳴動,分析火焰式探測 器可能是無法有效偵測運作,因此將線路重新接線並做線路 測試;而傳統光電式集中型煙探測器與差動式集中型熱探測 器之安裝位置超過其偵測極限,因此無法鳴動。. 55.

(72) 室內中庭及大空間煙氣層流作用對火災探測及 排煙功能效應及系統連動之驗證分析. 第二節. 火 災 規 模 1 MW 之 全 尺 度 實 驗 結 果 分 析. 火災情境描述: 假 設 火 場 發 生 1 MW 之 火 災 , 即 使 用 5 個 油 盤 。 點 火 後 等待第一組探測器首先觸發警報後,方通報人員將排煙風機 打 開 , 並 使 其 運 轉 頻 率 為 40 Hz, 相 當 於 提 供 排 煙 風 量 約 為 1.36 cmm/m 2 。 探 測 器 鳴 動 時 間 紀 錄 : 鳴 動 情 形 如 表 4.2-1。. 表 4.2-1. 火 災 規 模 為 1 MW 之 探 測 器 鳴 動 時 間 光電式分離型 光電式分離型 光電式集中型 差動式集中型. 探測器名稱 火焰探測器. 煙探測器. 煙探測器. 第一組. 第二組. 1. 探測器縮圖. 煙探測器. 熱探測器. 2. 探測器編號. L1. L2. L3. L4. L5. 鳴動時間(s). 20. 25. 28. ×. ×. 煙沈積速度與鳴動時間對照:經由熱電耦儀器樹與數據 存取記錄器所收集之火場溫度數據,利用 N 百分比法進行煙 層 之 判 定 , 其 結 果 與 探 測 器 鳴 動 時 間 對 照 圖 示 如 圖 4.2-1。. 56.

(73) 第四章 火災探測之全尺度實驗分析. 火 災 規 模 為 1 MW 下 , 排 煙 量 為 1.36 cmm/m 2 之. 圖 4.2-1. 煙沈積與鳴動時間對照圖 25. 20. 20. Height(m). 2528 15. 10. 1 2. 5. 0 0. 60. 120. 180. 240. 300. Time(Sec). 實驗結果分析: 由上圖與觀察火場之錄影帶得知,煙層最低點高度在約 離 地 面 16 公 尺 處 , 火 焰 探 測 器 於 20 秒 左 右 即 觸 發 警 報 , 隨 即 依 序 是 光 電 式 分 離 型 煙 探 測 器 第 一 組 與 第 二 組 , 於 25 秒 及 28 秒 鳴 動 , 顯 示 火 源 之 輻 射 熱 已 達 一 定 量 而 讓 火 焰 探 測 器有所異動,然而由表知仍有二組探測器無法鳴動,顯示傳 統光電式集中型煙探測器和差動式集中型熱探測器之安裝位 置超過其偵測極限,因此無法有效警示。. 57.

(74) 室內中庭及大空間煙氣層流作用對火災探測及 排煙功能效應及系統連動之驗證分析. 第三節. 火 災 規 模 2 MW 之 全 尺 度 實 驗 結 果 分 析. 火災情境描述: 假 設 火 場 發 生 2 MW 之 火 災 , 即 使 用 10 個 油 盤 。 點 火 後 等待第一組探測器首先觸發警報後,方通報人員將排煙風機 打 開 , 並 使 其 運 轉 頻 率 為 40 Hz, 相 當 於 提 供 排 煙 風 量 約 為 1.36 cmm/m 2 。 探 測 器 鳴 動 時 間 紀 錄 : 鳴 動 情 形 如 表 4.3-1。. 表 4.3-1. 火 災 規 模 為 2 MW 之 探 測 器 鳴 動 時 間 光電式分離型 光電式分離型 光電式集中型 差動式集中型. 探測器名稱 火焰探測器. 煙探測器. 煙探測器. 第一組. 第二組. 1. 探測器縮圖. 煙探測器. 熱探測器. 2. 探測器編號. L1. L2. L3. L4. L5. 鳴動時間(s). 15. 32. 47. 72. ×. 煙沈積速度與鳴動時間對照:經由熱電耦儀器樹與數據 存取記錄器所收集之火場溫度數據,利用 N 百分比法進行煙 層 之 判 定 , 其 結 果 與 探 測 器 鳴 動 時 間 對 照 圖 示 如 圖 4.3-1。. 58.

(75) 第四章 火災探測之全尺度實驗分析. 火 災 規 模 為 2 MW 下 , 排 煙 量 為 1.36 cmm/m 2 之. 圖 4.3-1. 煙沈積與鳴動時間對照圖 25. 15 32. Height(m). 20. 72. 47. 15. 1. 10. 2. 5. 0 0. 60. 120. 180. 240. 300. Time(Sec). 實驗結果分析: 由上圖與觀察火場之錄影帶得知,煙層最低點高度在約 離 地 面 14 公 尺 處 , 火 焰 探 測 器 於 15 秒 左 右 即 觸 發 警 報 , 隨 即 依 序 是 光 電 式 分 離 型 煙 探 測 器 第 一 組 與 第 二 組 , 於 32 秒 及 47 秒 鳴 動 , 顯 示 火 源 之 輻 射 熱 已 達 一 定 量 而 讓 火 焰 探 測 器有所異動,且光電式集中型煙探測器之所偵測之煙量亦達 到 鳴 動 情 形 , 而 於 72 秒 鳴 動 。 然 而 由 表 知 仍 有 一 組 探 測 器 無法鳴動,顯示傳統差動式集中型熱探測器之安裝位置超過 其偵測極限,因此無法有效警示。. 59.

(76) 室內中庭及大空間煙氣層流作用對火災探測及 排煙功能效應及系統連動之驗證分析. 第四節. 火 災 規 模 3 MW 之 全 尺 度 實 驗 結 果 分 析. 火災情境描述: 假 設 火 場 發 生 3 MW 之 火 災 , 即 使 用 15 個 油 盤 。 點 火 後 等待第一組探測器首先觸發警報後,方通報人員將排煙風機 打 開 , 並 使 其 運 轉 頻 率 為 40 Hz, 相 當 於 提 供 排 煙 風 量 約 為 1.36 cmm/m 2 。 探 測 器 鳴 動 時 間 紀 錄 : 鳴 動 情 形 如 表 4.4-1。. 表 4.4-1. 火 災 規 模 為 3 MW 之 探 測 器 鳴 動 時 間 光電式分離型 光電式分離型 光電式集中型 差動式集中型. 探測器名稱 火焰探測器. 煙探測器. 煙探測器. 第一組. 第二組. 1. 探測器縮圖. 煙探測器. 熱探測器. 2. 探測器編號. L1. L2. L3. L4. L5. 鳴動時間(s). 8. 9. 40. 60. ×. 煙沈積速度與鳴動時間對照:經由熱電耦儀器樹與數據 存取記錄器所收集之火場溫度數據,利用 N 百分比法進行煙 層 之 判 定 , 其 結 果 與 探 測 器 鳴 動 時 間 對 照 圖 示 如 圖 4.4-1。. 60.

(77) 第四章 火災探測之全尺度實驗分析. 火 災 規 模 為 3 MW 下 , 排 煙 量 為 1.36 cmm/m 2 之. 圖 4.4-1. 煙沈積與鳴動時間對照圖 25. 8 9 20. 60. Height(m). 40 15. 10. 1 5. 2. 0 0. 60. 120. 180. 240. 300. Time(Sec). 實驗結果分析: 由上圖與觀察火場之錄影帶得知,煙層最低點高度在約 離 地 面 15 公 尺 處 , 火 焰 探 測 器 於 8 秒 左 右 即 觸 發 警 報 , 隨 即依序是光電式分離型煙探測器第一組與第二組,於 9 秒及 40 秒 鳴 動 , 顯 示 火 源 之 輻 射 熱 已 達 一 定 量 而 讓 火 焰 探 測 器 有 所異動,且光電式集中型煙探測器之所偵測之煙量亦達到鳴 動 情 形 , 而 於 60 秒 鳴 動 。 然 而 由 表 知 仍 有 一 組 探 測 器 無 法 鳴動,顯示傳統差動式集中型熱探測器之安裝位置超過其偵 測極限,因此無法有效警示。. 61.

(78) 室內中庭及大空間煙氣層流作用對火災探測及 排煙功能效應及系統連動之驗證分析. 第五節. 火 災 規 模 4 MW 之 全 尺 度 實 驗 結 果 分 析. 火災情境描述: 假 設 火 場 發 生 4 MW 之 火 災 , 即 使 用 20 個 油 盤 。 點 火 後 等待第一組探測器首先觸發警報後,方通報人員將排煙風機 打 開 , 並 使 其 運 轉 頻 率 為 40 Hz, 相 當 於 提 供 排 煙 風 量 約 為 1.36 cmm/m 2 。 探 測 器 鳴 動 時 間 紀 錄 : 鳴 動 情 形 如 表 4.5-1。. 表 4.5-1. 火 災 規 模 為 4 MW 之 探 測 器 鳴 動 時 間 光電式分離型 光電式分離型 光電式集中型 差動式集中型. 探測器名稱 火焰探測器. 煙探測器. 煙探測器. 第一組. 第二組. 1. 探測器縮圖. 煙探測器. 熱探測器. 2. 探測器編號. L1. L2. L3. L4. L5. 鳴動時間(s). 17. 18. 46. 56. 220. 煙沈積速度與鳴動時間對照:經由熱電耦儀器樹與數據 存取記錄器所收集之火場溫度數據,利用 N 百分比法進行煙 層 之 判 定 , 其 結 果 與 探 測 器 鳴 動 時 間 對 照 圖 示 如 圖 4.5-1。. 62.

(79) 第四章 火災探測之全尺度實驗分析. 火 災 規 模 為 4 MW 下 , 排 煙 量 為 1.36 cmm/m 2 之. 圖 4.5-1. 煙沈積與鳴動時間對照圖 25. 20. Height(m). 17 18 46 56. 15. 220 10. 1 5. 2. 0 0. 60. 120. 180. 240. 300. 360. Time(Sec). 實驗小結: 由上圖與觀察火場之錄影帶得知,煙層最低點高度在約 離 地 面 11 公 尺 處 , 火 焰 探 測 器 於 17 秒 左 右 即 觸 發 警 報 , 隨 即 依 序 是 光 電 式 分 離 型 煙 探 測 器 第 一 組 與 第 二 組 , 於 18 秒 及 46 秒 鳴 動 , 顯 示 火 源 之 輻 射 熱 已 達 一 定 量 而 讓 火 焰 探 測 器有所異動,且光電式集中型煙探測器之所偵測之煙量亦達 到 鳴 動 情 形 , 而 於 56 秒 鳴 動 。 差 動 式 集 中 型 熱 探 測 器 亦 在 220 秒 大 空 間 環 境 達 到 動 作 溫 度 並 鳴 動 。. 63.

(80) 室內中庭及大空間煙氣層流作用對火災探測及 排煙功能效應及系統連動之驗證分析. 第六節. 火 災 規 模 5 MW 之 全 尺 度 實 驗 結 果 分 析. 火災情境描述: 假 設 火 場 發 生 5 MW 之 火 災 , 即 使 用 25 個 油 盤 。 點 火 後 等待第一組探測器首先觸發警報後,方通報人員將排煙風機 打 開 , 並 使 其 運 轉 頻 率 為 40 Hz, 相 當 於 提 供 排 煙 風 量 約 為 1.36 cmm/m 2 。 探 測 器 鳴 動 時 間 紀 錄 : 鳴 動 情 形 如 表 4.6-1。. 表 4.6-1. 火 災 規 模 為 4 MW 之 探 測 器 鳴 動 時 間 光電式分離型 光電式分離型 光電式集中型 差動式集中型. 探測器名稱 火焰探測器. 煙探測器. 煙探測器. 第一組. 第二組. 1. 探測器縮圖. 煙探測器. 熱探測器. 2. 探測器編號. L1. L2. L3. L4. L5. 鳴動時間(s). 14. 22. 43. 45. 160. 煙沈積速度與鳴動時間對照:經由熱電耦儀器樹與數據 存取記錄器所收集之火場溫度數據,利用 N 百分比法進行煙 層 之 判 定 , 其 結 果 與 探 測 器 鳴 動 時 間 對 照 圖 示 如 圖 4.6-1。. 64.

(81) 第四章 火災探測之全尺度實驗分析. 火 災 規 模 為 5 MW 下 , 排 煙 量 為 1.36 cmm/m 2 之. 圖 4.6-1. P. P. 煙沈積與鳴動時間對照圖 25. 20. Height(m). 1 42 2. 4345. 15. 16 10. 1 2. 5. 0 0. 60. 120. 180. 240. 300. 360. 420. Time(Sec). 實驗小結: 由上圖與觀察火場之錄影帶得知,煙層最低點高度在約 離 地 面 8 公 尺 處 , 火 焰 探 測 器 於 14 秒 左 右 即 觸 發 警 報 , 隨 即 依 序 是 光 電 式 分 離 型 煙 探 測 器 第 一 組 與 第 二 組 , 於 22 秒 及 43 秒 鳴 動 , 顯 示 火 源 之 輻 射 熱 已 達 一 定 量 而 讓 火 焰 探 測 器有所異動,且光電式集中型煙探測器之所偵測之煙量亦達 到 鳴 動 情 形 , 而 於 45 秒 鳴 動 。 差 動 式 集 中 型 熱 探 測 器 亦 在 160 秒 大 空 間 環 境 達 到 動 作 溫 度 並 鳴 動 。. 65.

(82) 室內中庭及大空間煙氣層流作用對火災探測及 排煙功能效應及系統連動之驗證分析. 第七節. 火災探測全尺度實驗總結. 本實驗中安置於大空間建築中之火警偵煙系統,因各有 一定之偵測極限,必須依照其空間特性做適當之配置,如此 方可於實際火災發生時,人員能及時警覺並順利逃生。 在預備實驗中,因火災之規模甚小,以致產生之煙量與 熱輻射量皆無法達到傳統火焰探測器與集中型熱煙探測器之 警示標準。故在火源點燃後於全程實驗裡皆無法觸發火警警 報,再再顯示傳統式熱煙及火焰探測器若配置於大空間中確 實有無法有效偵測火警之虞。 而於正式全尺度實驗時,因火災所產生之發煙量與熱輻 射 量 規 模 到 達 一 定 量 , 故 於 火 災 規 模 4 MW、 5 MW 時 , 所 有配置之探測器皆能鳴動。然而由實驗比對圖表可知,傳統 式熱煙探測器之鳴動時間依然極長,且當其鳴動時,火災所 產生之濃煙已下降至本實驗場地之 6 樓走道區,嚴重影響人 員疏散與生命安全。 火焰探測器在正式全尺度實驗中,因靠近偵測火源且熱 輻射量能使其動作,故能在點燃火源後不久即觸發警報,但 若火災之發生點與規模遠離其偵測角度與標準,則如預備實 驗中之情形一樣無法有效偵測火警,配置依然形同失效。 但對於光電式分離型煙探測器而言,無論火災之規模與 發煙量為何,於預備實驗及正式實驗中皆能展現良好之偵測 特性,且比照圖表得知,探測器鳴動時其煙層仍然在本實驗 場地 6 樓走道區之上,若能與機械排煙風機做連動,可有效 抑制煙層下降,增加人員逃生時間。 66.

(83) 第五章 結論與建議. 第五章. 結論與建議. 第一節. 結 論. 本研究執行至此,所獲之結論如下: 1. 室 內 中 庭 及 大 空 間 火 災 探 測 系統設計方法分析與資料蒐集 本案已完成對於室內中庭及大空間相關火災探測系 統之設計手法分析,與資料蒐集。同時,亦完成了包括 現行法規中,對於不同種類之火災探測器,其運用範圍 與場所。並分析歸納出適合室內中庭及大空間使用之性 能式火災探測系統設計方式。獲得室內中庭及大空間較 適合採用火焰式、光電式分離型及集中型做為火災探測 系統之用。 2. 進 行 大 空 間 火 災 探 測 系統與 煙 控 系 統 相 互 連 動 之 全 尺 度 實驗 經由全尺度實驗後,證實於大空間裝置傳統之火焰 式 與 集 中 型 熱 煙 探 測 器 於 小 規 模 之 火 災 如 0.2 MW 至 0.8 MW 時 , 因 發 煙 量 與 熱 輻 射 量 無 法 達 到 鳴 動 範 圍 , 確實有無法有效偵測火警之情形發生。 而 於 1 MW 至 5 MW 之 火 災 時 , 火 焰 探 測 器 能 有 效 於第一時間偵測火災並啟動警報,然若配置之位置離起 火點有一段距離,則於火災發生時仍形同失效。 67.

數據

圖 2.1-2  挑空中庭與大空間火災時所形成煙氣層流現象  火 災 時 其 煙 柱 平 均 溫 度 示 如 圖 2.1-3, 由 圖 中 可 知 平 均 煙柱溫度仍比熱空氣之溫度更低。故中庭頂部下方若形成了 熱空氣層,煙層則無法到達中庭頂部之排煙口,且裝置於其 上之煙偵測器亦無法做警報之動作。  圖 2.1-3  位於大空間底部之火源其產生煙柱之平均溫度圖
圖 2.2-1  探測器種類之整理  非 蓄 積 型 ︵ 一 種 、 二 種 、 三 光 電式集中型蓄積型︵一種、二種、三種 ︶ 集中型 分離型非蓄積型︵一種、二種、三蓄積型︵一種、二種、三種︶非蓄積型︵一種、二種︶ 蓄積型︵一種、二種︶定 溫集中型︵特種、一種、二感知線型︵特種、一種、二熱 複 合 式  熱複合式集中型︵多信號︶補償式集中型︵一種、二種︶差 動集中型︵一種、二種︶分離型空管式︵一種、二種、三種︶熱電偶式︵一種、二種、三種 ︶ 熱半導體式︵一種、二種、三 火焰探測器熱探測器煙探測器熱 煙 複
表 2.2-1  各裝置場所高度所設置之探測器類型  裝置場所高度  探測器種類  未滿 4 公尺  差動式集中與分離型全部、 熱複合式補償式集中型、  定溫式與離子式集中型全部、  光電式集中與分離型全部、  火焰式  4 公 尺 以 上 未 滿 8 公 尺   差動式集中與分離型全部、 熱複合式補償式集中型、  定溫式(特)(1)、離子式集中型(1)(2)、  光電式集中型(1)(2)、  光電式分離型全部、  火焰式  8 公 尺 以 上 未 滿 15 公 尺   差動式分離型全部、  離子式集中型(
圖 2.3-2  差動式集中型熱探測器內部結構  本研究使用之差動式集中型熱探測器為二種,其規格如 表 2.3-1 所示。  表 2.3-1  本案採用之差動式集中型熱探測器規格  種        類  二        種  動作電源  DC 24 V, 25 mA  動作溫度  室溫+30℃,30 秒內鳴動  有效警戒高度 4 公尺以下 4-20 公尺  有效警戒面積 150 平方公尺 75 平方公尺  適用溫度  -10℃~+55℃  重        量  約 130 g  尺        寸
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參考文獻

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