性能式煙控系統設計與檢證規範之研究-子計畫二: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
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(2) （ 國 科會 GRB 編 號 ） PG9502-0277 （ 本 部計 畫 編 號 ） 095301070000G1010. 性能式煙控系統設計與檢證規範之研究 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. 受委託者：財團法人中華建築中心 研究主持人：楊冠雄 研究員：蘇崇輝. 內政部建築研究所委託研究報告 中華民國 95 年 12 月.
(3) 性能式煙控系統設計與檢證規範之研究. 能. 性大 能空 試間 驗建 程築 序煙 及控 規系 範統 之全 研尺 究度 究熱 究煙. 內政部建築研究所委託研究報告. 年度. 95.
(4) 目 次. 目次 表. 次 ................................................................... III. 圖. 次 ..................................................................... V. 摘. 要 .................................................................. VII. 第一章. 緒 論 ......................................................... 1. 第一節. 緣 起 與 目 的 .......................................... 1. 第二節. 研 究 方 法 與 步 驟 ................................... 4. 第三節. 預 期 成 果 .............................................. 6. 第二章. 熱 煙 試 驗 程 序 與 規 範 之 介 紹 ........................ 7. 第一節. 熱 煙 試 驗 設 備 簡 介 ................................ 8. 第二節. 熱 煙 試 驗 之 程 序 .................................. 13. 第三節. 人 員 及 環 境 之 保 護 ............................... 16. 第四節. 試 驗 記 錄 之 要 求 .................................. 19. 第五節. 試 驗 前 準 備 與 試 驗 後 報 告 .................... 21. 第三章. 燃 料 盤 之 熱 釋 放 率 量 測 實 驗 ....................... 23. 第一節. 熱 釋 放 率 量 測 實 驗 簡 介 ........................ 23. 第二節. 燃 燒 盤 使 用 酒 精 之 熱 釋 放 率 實 驗 分 析 ... 30. 第三節. 燃 燒 盤 使 用 汽 油 之 熱 釋 放 率 實 驗 分 析 ... 38. 第四節. 燃 燒 盤 熱 釋 放 率 實 驗 小 結 .................... 44. I.
(5) 性能式煙控系統設計與檢證規範之研究. 第四章. 第一節. 全 尺 度 熱 煙 試 驗 規 劃 ........................... 47. 第二節. 火 災 規 模 1 MW 全 尺 度 實 驗 結 果 分 析 ... 50. 第三節. 火 災 規 模 2 MW 全 尺 度 實 驗 結 果 分 析 ... 53. 第四節. 火 災 規 模 3 MW 全 尺 度 實 驗 結 果 分 析 ... 55. 第五節. 火 災 規 模 4 MW 全 尺 度 實 驗 結 果 分 析 ... 57. 第六節. 火 災 規 模 5 MW 全 尺 度 實 驗 結 果 分 析 ... 59. 第七節. 建 立 全 尺 度 熱 煙 性 能 試 驗 程 序 ............. 61. 第八節. 全 尺 度 熱 煙 試 驗 規 範 之 制 訂 ................. 63. 第五章. 附. 全 尺 度 熱 煙 試 驗 程 序 及 規 範 之 制 訂 ............ 47. 結 論 與 建 議 ............................................... 69. 第一節. 結 論 .................................................. 69. 第二節. 建 議 .................................................. 73. 錄 .................................................................... 75 一 、 期 初 審 查 會 議 記 錄 及 回 覆 ........................... 75 二 、 期 中 成 果 審 查 會 議 記 錄 ............................... 78 三 、 期 末 成 果 審 查 會 議 記 錄 ............................... 80. 參 考 書 目 ................................................................. 83. II.
(6) 表 次. 表次 表 2.1-1. 燃 料 盆 尺 寸 大 小 ....................................... 10. 表 2.1-2. 水 盆 尺 寸 大 小 .......................................... 11. 表 2.1-3. AS 4391 建 議 之 燃 料 盤 及 燃 料 的 數 量 ........ 12. 表 3.4-1. 方 型 燃 燒 盤 使 用 酒 精 之 熱 釋 放 率 實 驗 結 果 . 44. 表 3.4-2. 圓 型 燃 燒 盤 使 用 酒 精 之 熱 釋 放 率 實 驗 結 果 . 45. 表 3.4-3. 方 型 燃 燒 盤 使 用 汽 油 之 熱 釋 放 率 實 驗 結 果 . 45. 表 3.4-4. 圓 型 燃 燒 盤 使 用 汽 油 之 熱 釋 放 率 實 驗 結 果 . 46. 表 4.2-1. 火 災 規 模 為 1 MW 之 探 測 器 鳴 動 時 間 ....... 52. 表 4.3-1. 火 災 規 模 為 2 MW 之 探 測 器 鳴 動 時 間 ....... 54. 表 4.4-1. 火 災 規 模 為 3 MW 之 探 測 器 鳴 動 時 間 ....... 56. 表 4.5-1. 火 災 規 模 為 4 MW 之 探 測 器 鳴 動 時 間 ....... 58. 表 4.6-1. 火 災 規 模 為 5 MW 之 探 測 器 鳴 動 時 間 ....... 60. III.
(7) 性能式煙控系統設計與檢證規範之研究. IV.
(8) 圖 次. 圖次 圖 2.1-1. 熱 煙 試 驗 時 之 燃 料 盤 與 水 盤 組 合 示 意 圖 ..... 8. 圖 2.1-2. 燃 料 盆 構 造 示 意 圖 .................................... 9. 圖 2.1-3. 水 盆 構 造 圖 .............................................. 10. 圖 3.1-1. AS 4391 所 列 不 同 燃 料 盤 .......................... 23. 圖 3.1-2. 熱 釋 放 率 實 驗 系 統 示 意 圖 ......................... 24. 圖 3.1-3. 氣 體 分 析 儀 .............................................. 25. 圖 3.1-4. 排 氣 導 管 之 k-type 熱 電 偶 與 皮 托 管 .......... 26. 圖 3.2-1. A1 尺 寸 燃 燒 盤 使 用 酒 精 之 熱 釋 放 率 實 驗 ... 30. 圖 3.2-2. A1 尺 寸 燃 燒 盤 使 用 酒 精 之 熱 釋 放 率 結 果 ... 31. 圖 3.2-3. A2 尺 寸 燃 燒 盤 使 用 酒 精 之 熱 釋 放 率 實 驗 ... 31. 圖 3.2-4. A2 尺 寸 燃 燒 盤 使 用 酒 精 之 熱 釋 放 率 結 果 ... 32. 圖 3.2-5. A3 尺 寸 燃 燒 盤 使 用 酒 精 之 熱 釋 放 率 實 驗 ... 32. 圖 3.2-6. A3 尺 寸 燃 燒 盤 使 用 酒 精 之 熱 釋 放 率 結 果 ... 33. 圖 3.2-7. A4 尺 寸 燃 燒 盤 使 用 酒 精 之 熱 釋 放 率 實 驗 ... 33. 圖 3.2-8. A4 尺 寸 燃 燒 盤 使 用 酒 精 之 熱 釋 放 率 結 果 ... 34. 圖 3.2-9. A5 尺 寸 燃 燒 盤 使 用 酒 精 之 熱 釋 放 率 實 驗 ... 34. 圖 3.2-10. A5 尺 寸 燃 燒 盤 使 用 酒 精 之 熱 釋 放 率 結 果 . 35. 圖 3.2-11. 1 個 圓 形 燃 燒 盤 使 用 酒 精 之 熱 釋 放 率 結 果 35. 圖 3.2-12. 2 個 圓 形 燃 燒 盤 使 用 酒 精 之 熱 釋 放 率 結 果 36. 圖 3.2-13. 3 個 圓 形 燃 燒 盤 使 用 酒 精 之 熱 釋 放 率 結 果 36. 圖 3.2-14. 4 個 圓 形 燃 燒 盤 使 用 酒 精 之 熱 釋 放 率 結 果 37. 圖 3.2-15. 5 個 圓 形 燃 燒 盤 使 用 酒 精 之 熱 釋 放 率 結 果 37. 圖 3.3-1. A2 尺 寸 燃 燒 盤 使 用 汽 油 之 熱 釋 放 率 實 驗 ... 38 V.
(9) 性能式煙控系統設計與檢證規範之研究. 圖 3.3-2. A2 尺 寸 燃 燒 盤 使 用 汽 油 之 熱 釋 放 率 結 果 ... 39. 圖 3.3-3. A3 尺 寸 燃 燒 盤 使 用 汽 油 之 熱 釋 放 率 結 果 ... 39. 圖 3.3-4. A4 尺 寸 燃 燒 盤 使 用 汽 油 之 熱 釋 放 率 結 果 ... 40. 圖 3.3-5. A5 尺 寸 燃 燒 盤 使 用 汽 油 之 熱 釋 放 率 結 果 ... 40. 圖 3.3-6. 1 個 圓 形 燃 燒 盤 使 用 汽 油 之 熱 釋 放 率 實 驗 . 41. 圖 3.3-7. 1 個 圓 形 燃 燒 盤 使 用 汽 油 之 熱 釋 放 率 結 果 . 41. 圖 3.3-8. 2 個 圓 形 燃 燒 盤 使 用 汽 油 之 熱 釋 放 率 實 驗 . 42. 圖 3.3-9. 2 個 圓 形 燃 燒 盤 使 用 汽 油 之 熱 釋 放 率 結 果 . 42. 圖 3.3-10. 3 個 圓 形 燃 燒 盤 使 用 汽 油 之 熱 釋 放 率 實 驗 43. 圖 3.3-11. 3 個 圓 形 燃 燒 盤 使 用 汽 油 之 熱 釋 放 率 結 果 43. 圖 4.1-1. 本 全 尺 度 熱 煙 試 驗 所 使 用 之 發 煙 器 組 ........ 47. 圖 4.1-2. 本 全 尺 度 熱 煙 試 驗 中 之 火 盤 排 列 ............... 49. 圖 4.2-1. 本 實 驗 發 煙 器 組 裝 置 情 形 ......................... 50. 圖 4.2-2. 火 災 規 模 1 MW 之 全 尺 度 實 驗 情 形 ........... 51. 圖 4.3-1. 火 災 規 模 2 MW 之 全 尺 度 實 驗 情 形 ........... 53. 圖 4.5-1. 火 災 規 模 4 MW 之 全 尺 度 實 驗 情 形 ........... 57. 圖 4.6-1. 火 災 規 模 5 MW 之 全 尺 度 實 驗 情 形 ........... 59. VI.
(10) 摘 要. 摘要 關鍵字：大空間建築、煙控系統、全尺度熱煙試驗. 一、研究緣起 我國近年來大空間建築之大量興建，許多案例之煙 控系統已採取性能式設計。而於眾多案例設計過程 中 ， 大 都 參 考 國 際 間 具 權 威 性 之 設 計 規 範 ， 如 NFPA 92B 等 ， 做 為 設 計 參 考 依 據 。 並 採 用 3D CFD 之 電 腦 模 擬方式以進行輔助設計，譬如煙流動特性之分析、對 於風機容量大小選取、排煙口擺設位置選定等，亦即 可預測日後煙控系統設置後之大致性能。 而 上 述 煙 控 系 統 之 3D CFD 模 擬 結 果 ， 除 可 作 為 系 統設計階段之參考外，亦可呈送中央或地方消防主管 機關，作為建築物煙控系統之性能認定文件，以核發 建築使用執照。 然而，這些大空間建築於完工之際，常由於中央消 防主管官署如消防署，或當地主管官署如消防局之要 求 ， 必 須 進 行 煙 控 系 統 之 全 尺 度 熱 煙 性 能 試 驗 （ Fullscale Hot Smoke Test ） ， 以 印 證 其 煙 控 系 統 性 能 是 否 如設計所預期。 歷年來，於我國已完成進行十餘次以上之全尺度熱 煙性能試驗，對於採取性能式設計之煙控系統性能驗 證，做出重大及深遠之貢獻。但也由於我國目前並無 一套完整之煙控系統熱煙試驗之程序與規範，因此常 VII.
(11) 性能式煙控系統設計與檢證規範之研究. 造成實作者與審查者間溝通上之困擾，而使欲進行熱 煙試驗之單位卻步不前。故有必要儘速建立本土化之 熱煙試驗程序與規範，其重要性不言可喻。. 二、研究方法與過程 基於上述之理由，本研究將根據目前國際間最先進 之 澳 洲 標 準 「 AS. 4391 -1999 ,. S moke. Manage ment. S yste m Hot S moke Test」 ， 加 以 研 究 分 析 ， 以 作 為 建 立本土化之熱煙試驗程序與規範之基礎。 澳 洲 標 準 AS 4391 內 容 為 煙 控 系 統 熱 煙 試 驗 之 整 體 過程，包括試驗設備之建立、測試過程說明、人員與 設備之安全維護、實驗記錄之建立、與報告撰寫格式 等，內容相當完整與嚴謹。 除上述書面資料之研究分析外，本研究亦將依據澳 洲 標 準 AS 4391 之 內 容 ， 於 內 政 部 建 築 研 究 所 台 南 歸 仁防火試驗室實際進行相關之全尺度煙控系統熱煙試 驗，以充分評估其特點。 最後，再以相關之全尺度煙控系統熱煙試驗結果， 據以建立適合我國採用之本土化全尺度煙控系統熱煙 試驗程序及規範。此為本計畫之背景與目的。. 三、重要發現 澳 洲 AS 4391 規 範 中 ， 使 用 酒 精 為 燃 料 ， 避 免 因 使用汽油而燻黑建築物，故本研究首先將量測不同類 VIII.
(12) 摘 要. 型燃燒盤使用酒精之熱釋放率。本研究將進行實驗之 燃 燒 盤 ， 包 括 依 照 AS 4391 中 規 定 之 A1、 A2、 A3、 A4、 與 A5 大 小 之 燃 燒 盤 。 以 及 1 個 至 5 個 直 徑 45 公 分之圓形燃燒盤。 A1 尺 寸 燃 燒 盤 使 用 酒 精 熱 釋 放 率 約 為 200 kW， A2 尺 寸 燃 燒 盤 使 用 酒 精 之 熱 釋 放 率 約 為 100 kW， A3 尺 寸 燃 燒 盤 使 用 酒 精 之 熱 釋 放 率 約 為 50 kW， A4 尺 寸 燃 燒 盤 使 用 酒 精 之 熱 釋 放 率 約 為 25 kW， A5 尺 寸 燃 燒 盤 使 用 酒 精 之 熱 釋 放 率 約 為 13 kW 。 此 實 驗 結 果 顯 示，大致隨著燃料盤面積減半，其熱釋放率亦減半。 本研究完成量測不同類型燃燒盤使用酒精之熱釋 放率後，接著將燃料之酒精換成汽油。進行實驗之燃 燒 盤 ， 包 括 依 照 AS 4391 中 規 定 之 A2、 A3、 A4、 與 A5 大 小 之 燃 燒 盤 。 以 及 1 個 至 3 個 直 徑 45 公 分 之 圓 形燃燒盤。 1 個 圓 形 燃 燒 盤 使 用 汽 油 熱 釋 放 率 約 為 160 kW， 2 個 圓 形 燃 燒 盤 使 用 汽 油 之 熱 釋 放 率 約 為 300 kW。 3 個 圓 形 燃 燒 盤 使 用 汽 油 之 熱 釋 放 率 約 為 500 kW 。 同 樣 地，此實驗結果顯示，圓形燃燒盤愈多，其熱釋放率 亦隨著數量而加成增多。 本項目將依據以上所完成燃料盤熱釋放率量測實 驗 之 結 果 ， 依 循 澳 洲 標 準 AS 4391 煙 控 系 統 熱 煙 試 驗 程序之內容，於內政部建築研究所防火實驗中心實際 進行系統化全尺度熱煙性能試驗研究。. IX.
(13) 性能式煙控系統設計與檢證規範之研究. 本 全 尺 度 熱 煙 試 驗 依 循 澳 洲 標 準 AS 4391 採 用 發 煙器組進行實驗，並以酒精為火盤燃料。本全尺度熱 煙試驗之煙控系統為採機械排煙，並於防火實驗中心 之綜合實驗場內部裝置二道光電分離型偵煙探測器， 以評估發煙器組所產生的白煙，於進行熱煙試驗之可 行性。 本實驗中之火盤，將純粹作為白煙上升的熱驅動 力，而不同於燃燒汽油熱煙試驗中的火盤功能。亦即 本次實驗中，燃燒酒精之火盤為加熱空氣用。而燃燒 汽油之火盤則為提供火災真實之火災規模。因此基於 以上論述，本實驗之火盤數量與發煙量設定，將分開 處理。 經本項全尺度熱煙試驗結果分析，本發煙器實驗 之鳴動時間與汽油盤實驗之鳴動時間，實驗結果比對 相當吻合，在可接受工程裕度內。因此，應用發煙器 組所產生的白煙，進行熱煙試驗相當可行。. 四、主要建議事項. 建議一 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. X.
(14) 摘 要. 有關建立全尺度熱煙性能試驗規範方面，本研究 建 議 可 參 考 澳 洲 標 準 「 AS 4 391 煙 控 系 統 熱 煙 試 驗 程 序」之內容，做為我國日後建立本土化全尺度熱煙性 能試驗規範之主要依據。 因此本研究建議，我國全尺度熱煙性能試驗規範 之主要內容可以劃分為六大部分，分別為：. 第一部份：全尺度熱煙試驗設備與事前準備 第二部份：人員與環境之保護需求 第三部份：試驗過程記錄之要求 第四部份：全尺度熱煙試驗程序 第五部份：熱煙試驗報告之格式 第六部份：參考文獻. 建議二 中 長 期 建 議 全 尺 度 熱 煙 性 能 試 驗 規 範 內 容 之 撰 寫 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. 其中第一部份、第二部份、與第三部份，屬於進 行全尺度熱煙試驗前之準備項目。主要為發煙量之計 算、發煙設備之建立、火盤設備之建立、量測設備之 建立、與實驗場地與人員之保護等等。唯有試驗前之 萬全準備，才可讓試驗過程順利，也才有可能於試驗 中獲得正確之試驗結果。 XI.
(15) 性能式煙控系統設計與檢證規範之研究. 而第四部份之內容，屬於進行試驗之工作。可參 考本節前面所歸納全尺度熱煙性能試驗程序。 最後，第五部份為熱煙試驗報告之撰寫格式說 明。進行全尺度熱煙試驗完畢後，必須撰寫詳細之試 驗報告。以充分說明試驗目的為何、試驗設備建立、 試驗過程描述、試驗結果與討論等等內容。讓相關研 究或審查單位獲得正確的資訊。 第六部份則列出我國全尺度熱煙性能試驗規範所 參考之研究文獻與相關書籍、規範之名稱，以供日後 修正或編撰參考之用。. XII.
(16) 摘 要. ABSTRACT Keywords：Large Space Building, Smoke Management System, FullScale Hot Smoke Test. Many large space buildings have been built in Taiwan during the past decade and people are very concerned about the fire safety inside the large space. Therefore, a performance-based smoke management system has been exercised.. To evaluate the smoke management performance of large space, it can be simulated using the 3D CFD model. Also, the full-scale hot smoke test can be performed to evaluate the performance of smoke management system.. The Australia Standard "AS 4391, Smoke Management SystemHot Smoke Test", it details test apparatus, procedures and safety requirements for the hot smoke test of smoke management system. In this research, the full-scale hot smoke test will be following AS 4391 to evaluate the temperature distribution of smoke layer and the smoke descending rate at ABRI large space fire lab in Tainan.. The experimental results obtained will be utilized as an important reference to establish the code of hot smoke test in Taiwan.. XIII.
(17) 第一章. 第一章 第一節. 緒. 緒論. 論. 緣起與目的. 我國近年來大空間建築之大量興建，許多案例之 煙控系統已採取性能式設計。這些大空間建築於完工 之際，常由於消防主管官署之要求，必須進行煙控系 統之全尺度熱煙性能試驗，以印證其煙控系統性能是 否如設計所預期。 歷年來，於我國已完成進行十餘次以上之全尺度 熱煙性能試驗，但也由於我國目前並無一套完整之煙 控系統熱煙試驗之程序與規範，因此常造成實作者與 審查者間溝通上之困擾，故有必要儘速建立本土化之 挑高大空間熱煙試驗程序與規範。是故本計畫之主要 工作內容，首先為蒐集全尺度煙控系統熱煙試驗之相 關程序與規範，以進一步系統化分析其內容。 目前國際間最先進之熱煙試驗規範為澳洲標準 「 AS 4391 -1999 , S moke Manage ment S yste m Hot S moke Test 」 ， 其 內 容 為 煙 控 系 統 熱 煙 試 驗 之 整 體 過 程 ， 包 括 1. 試 驗 設 備 之 建 立 、 2. 測 試 過 程 說 明 、 3. 人 員 與 設 備 之 安 全 維 護 、 4. 實 驗 記 錄 之 建 立 、 與 5. 報告撰寫格式等。. 1.
(18) 性能式煙控系統設計與檢證規範之研究. 澳 洲 標 準 AS 4391 中 ， 首 先 是 試 驗 設 備 之 建 立 （ Test Apparatus ） 。 第 一 步 驟 為 火 盤 （ Fire Tra ys ） 之 選取與製作。於進行熱煙實驗時，需根據設計火源 （ Design Fire ） 之 大 小 ， 選 取 適 當 之 火 盤 大 小 與 數 量 ， 以 組 合 成 實 驗 火 源 （ Test Fire Size） 。. 其 次 ， 於 每 個 火 盤 外 需 搭 配 一 個 水 盤 （ Water Bath ） ， 以 便 於 進 行 熱 煙 試 驗 時 ， 隔 絕 因 火 盤 燃 燒 所 產生之高溫對於實驗地面之影響。另外，亦可利用發 煙 器 （ Smoke Generator ） 產 生 濃 煙 ， 以 重 現 火 災 之 實 際情形。發煙器之出口需置於火盤上方，以便讓燃料 燃燒之熱氣，順利推動濃煙向上竄升。燃料之種類， 於 AS 4391 中 標 準 中 為 選 定 工 業 級 酒 精 （ Industrial Grade Meth ylated Spirit ） 。 其 原 因 乃 是 其 燃 燒 產 物 低 污染，以及所散發之輻射熱量較低之故。. 當所有實驗設備就位後，即可開始進行實驗。實 驗時需確認煙控系統應該符合原設計之功能，並可自 動啟動運轉。煙控系統運轉時不應過度受建築未完成 或不完整性而影響。且不應證明煙控系統某元件部分 或全部失效狀態時之性能。. 2.
(19) 第一章. 緒論. 進行全尺度熱煙實驗期間，除靜態照片與動態影 片之記錄外，另需記錄包括天花板溫度、煙層溫度、 燃料燒失率等火場性質。最後，再將整個熱煙實驗設 備說明、試驗過程、實驗結果，記錄成實驗報告。. 本 計 畫 將 依 照 澳 洲 AS 4391 標 準 之 內 容 ， 於 內 政 部建築研究所台南歸仁防火實驗室進行，以評估其應 用於台灣之可行性。所欲進行之全尺度熱煙實驗項目 將 包 括 ： 火 災 規 模 1 MW~5 M W 機 械 排 煙 熱 煙 實 驗 。. 最後，再以相關之挑高大空間全尺度煙控系統熱 煙試驗結果，據以建立適合我國採用之本土化挑高大 空間全尺度煙控系統熱煙試驗程序及規範。. 3.
(20) 性能式煙控系統設計與檢證規範之研究. 第二節. 研究方法與步驟. 有關本計劃主要工作內容及進行步驟，如下所述：. 1. 蒐 集 有 關 大 空 間 建 築 之 熱 煙 試 驗 設 計 方 法 與 資 料 本項工作將進行大空間建築相關全尺度煙控系 統熱煙試驗之相關程序與規範，以進一步系統化分 析其內容。. 2. 澳 洲 標 準 AS 4391 內 容 之 研 究 分 析 本 項 工 作 主 要 針 對 澳 洲 標 準 「 AS 4391 -1999, S moke Manage ment S yste mHot S moke Test 」 進 行 研 究 分 析 。 AS 4391 主 要 內 容 為 熱 煙 試 驗 之 整 體 過 程 ， 包 括 1. 試 驗 設 備 之 建 立 、 2. 測 試 過 程 說 明 、 3. 人 員 與 設 備 之 安 全 維 護 、 4. 實 驗 記 錄 之 建 立 、 與 5. 報 告撰寫格式等。. 3. 進 行 火 災 規 模 1 MW~5 M W 之 機 械 排 煙 全 尺 度 熱 煙 實驗 於內政部建築研究所台南防火試驗室，依據 1 MW～ 5 M W 之 火 災 規 模 進 行 全 尺 度 熱 煙 性 能 試 驗 。 本 項 實 驗 之 煙 控 系 統 為 採 機 械 排 煙 ， 並 依 據 NFPA 92B 之 規 範 ， 以 系 統 化 評 估 煙 控 系 統 之 性 能 ， 包 含 大 空間之煙層溫度分不與煙層下降速度等重要特性。. 4.
(21) 第一章. 緒論. 4. 建 立 我 國 相 關 全 尺 度 熱 煙 性 能 試 驗 程 序 及 規 範 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。. 承上所述，本案研究步驟可示如下工作流程圖：. 計劃開始 1. 蒐 集 有 關 大 空 間 建 築 之 熱 煙 試 驗 設 計 方 法 與 資 料 2. 澳 洲 標 準 AS 4391 內 容 之 研 究 分 析 3. 進 行 火 災 規 模 1 MW~5 M W 之 機 械 排 煙 全 尺 度 熱 煙 實驗 4. 建 立 我 國 相 關 全 尺 度 熱 煙 性 能 試 驗 程 序 及 規 範 計劃完成. 5.
(22) 性能式煙控系統設計與檢證規範之研究. 第三節. 預期成果. 經由本年度計畫執行，預期可完成如下具體成果：. 1. 完 成 蒐 集 有 關 大 空 間 建 築 之 熱 煙 試 驗 設 計 方 法 與 資 料 。. 2. 完成澳 洲 熱 煙 試 驗 規 範 AS 4391 之 研 究 分 析 。. 3. 完成依據 AS 4391 進 行 之 火災規模 1 MW~5 M W 機械排 煙全尺度熱煙實驗。. 4. 建 立 我 國 相 關 「 挑 高 大 空 間 全 尺 度 熱 煙 性 能 式 驗 證 程序及規範」。. 6.
(23) 第二章. 第二章. 熱煙試驗程序與規範之介紹. 熱煙試驗程序與規範之介紹. 本 章 主 要 為 敘 述 澳 洲 標 準 AS 4391 「 煙 控 系 統 熱 煙 試 驗 程 序 （ Smoke Management S yste ms Hot S moke Test ） 」 之 內 容 。 此 規 範 提 供 於 進 行 全 尺 度 火 災 煙 控 實驗時之重要參考規範，使其實驗結果不失公正性， 以減少爭議。. 而本煙控系統熱煙試驗程序，主要內容可以劃分 為五大部分，分別為：. 1. 熱 煙 試 驗 設 備 簡 介 2. 熱 煙 試 驗 程 序 3. 人 員 及 環 境 之 保 護 4. 試 驗 記 錄 之 要 求 5. 試 驗 前 準 備 與 試 驗 後 報 告. 7.
(24) 性能式煙控系統設計與檢證規範之研究. 第一節. 熱煙試驗設備簡介. 澳 洲 AS 4391 之 熱 煙 試 驗 設 備 ， 主 要 包 括 燃 料 盤 、 水 盤 、 及 其 他 附 屬 設 備 。 圖 2.1-1 為 AS 4391 所 列 燃料盤與水盤組合示意圖。. 圖 2.1-1. 熱煙試驗時之燃料盤與水盤組合示意圖. （ 資 料 來 源 ： 澳 洲 AS 4391 規 範 ）. 詳細熱煙試驗設備各部份之介紹，如下所述：. 8.
(25) 第二章. 熱煙試驗程序與規範之介紹. 1.不 燃 之 底 部 （ non-combustible base） 在進行火災實驗時，放置在儀器及水盆下方的 薄 墊 片 厚 度 應 為 厚 度 13 mm 的 石 膏 板 ， 且 其 基 底 墊 片主要為石膏薄片相互鄰接的而成。 當實驗設備不使用時，則放置實驗器材之區域 必 須 與 防 火 基 底 墊 片 相 隔 距 離 1.5 m 以 上 。. 2.燃 料 盆 （ fire trays） 燃 料 盆 須 由 厚 度 1.6 mm 的 鐵 製 造 ， 將 直 徑 為 10 mm 的 鐵 製 把 手 完 整 的 焊 接 在 其 外 壁 上 ， 而 其 底 部 之 生鐵支撐架必須固定焊接於火盆底部，以避免該火 盆 底 面 與 水 盆 底 面 相 接 觸 而 產 生 意 外 ， 示 如 圖 2.1-2 及 表 2.1-1。. 圖 2.1-2. 燃料盆構造示意圖. （ 資 料 來 源 ： 澳 洲 AS 4391 規 範 ）. 9.
(26) 性能式煙控系統設計與檢證規範之研究. 表 2.1-1. 燃料盆尺寸大小. size. Handle width. Handle height. Bottom bracing. Internal height. Internal length. Internal Tray area width m2. A1. 150. 100. 50*50*6EA. 130. 841. 595. 0.500. A2. 150. 100. 40*40*5EA. 90. 594. 420. 0.250. A3. None. None. 40*40*5EA. 65. 420. 297. 0.125. A4. None. None. 30*30*3EA. 45. 297. 210. 0.062. A5. None. None. 20*20*3EA. 35. 210. 149. 0.031. （ 資 料 來 源 ： 澳 洲 AS 4391 規 範 ）. 3.水 盆 （ water bath） 水 盆 由 厚 度 為 1.6 mm 鍍 過 銅 的 鐵 製 造 ， 將 直 徑 為 10 mm 鐵 製 把 手 完 整 的 焊 接 於 水 盆 內 壁 ； 將 把 手 焊 在 水 盆 內 側 ， 而 水 盆 即 可 鄰 接 在 一 起 ， 見 圖 2.1-3 及 表 2.1-2。. 圖 2.1-3 （ 資 料 來 源 ： 澳 洲 AS 4391 規 範 ）. 10. 水盆構造圖.
(27) 第二章. 表 2.1-2. 熱煙試驗程序與規範之介紹. 水盆尺寸大小. size. Handle width. Handle height. Bottom bracing. Internal Internal height length. Internal width. Tray area. A1. 150. 100. 50*50*6EA. 130. 841. 595. 0.500. A2. 150. 100. 40*40*5EA. 90. 594. 420. 0.250. A3. None. None. 40*40*5EA. 65. 420. 297. 0.125. A4. None. None. 30*30*3EA. 45. 297. 210. 0.062. A5. None. None. 20*20*3EA. 35. 210. 149. 0.031. （ 資 料 來 源 ： 澳 洲 AS 4391 規 範 ）. 4.熱 感 應 器 （ heat sensor） 熱感應器應為感溫線或溫度感應器，且精準度 須在 3. o. C 以內，而若要進行實驗之溫度量測，則. 其熱感應器或感溫線須具有隨著時間記錄之功能， 吾 等 根 據 EN 60584.1 的 建 議 ， 將 使 用 直 徑 為 0.6 mm 的 Type K 感 溫 線 。. 5.可 追 蹤 之 煙 （ tracer smo ke） 此 煙 （ Tracer smoke ） 之 性 質 需 為 接 近 中 性 的 pH， 呈 現 白 色 ， 且 殘 留 物 較 少 。. 6.燃 料 （ fuel） 火災實驗所用燃燒之燃料主要為工業用甲醇 （ Grade 95 ） 。 而 為 了 得 到 火 焰 燃 燒 之 穩 態 ， 則 其 燃 燒 時 間 必 需 10 分 鐘 。 而 表 2.1-3 將 列 出 其 建 議 之 燃 料盤及燃料的數量。 11.
(28) 性能式煙控系統設計與檢證規範之研究. 表 2.1-3. AS 4391 建 議 之 燃 料 盤 及 燃 料 的 數 量 2. Approximate gross heat output, kW. Tray size. Fuel per tray, L. Heat output ,kW / m. 4*A1. 16.0*4. 751. 1500. 2*A1. 45.0*2. 696. 700. A1. 13.0. 678. 340. A2. 5.5. 566. 140. A3. 2.5. 471. 60. A4. 1.0. 412. 26. A5. 0.4. 379. 11. （ 資 料 來 源 ： 澳 洲 AS 4391 規 範 ）. 7.水 （ water） 而水盤內部的水量愈多愈好，儘可能的接近水 盆 的 邊 緣 ； 由 水 盤 的 頂 部 量 測 ， 其 深 度 最 好 < 10 mm ， 切 記 勿 使 空 的 火 盤 在 水 盤 中 浮 起 。 水 盤 內 部 之 水溫，應與實驗時之邊界溫度接近；而一般來說， 其 水 溫 則 為 15 o C 至 30 o C。. 12.
(29) 第二章. 第二節. 熱煙試驗程序與規範之介紹. 熱煙試驗之程序. 熱煙實驗在已完成或將完成之建築物中進行，主 要是用以測試煙控系統的效能；而該火災實驗則可以 在完成空調系統及煙控系統之安裝且已明確確認其系 統能正常運作的實驗區域中進行。 在實驗設備上，必需考慮實驗設備在不同的壓 力、空氣流速及出口速率下的煙生成物是否能正常作 用後才可以進行實驗。. 1.測 試 目 標 的 訂 定 （ Test Objectives） 火災實驗測試的目標應由各相關之參與者商議討 論，同時必須確認在實驗系統當中將採用之各項器具 與現象原因。而對於實驗規劃的要求，則須以下列三 項標準來作為欲達成之最低目標的設計依規：. a.自 動 化 的 煙 控 系 統 應 該 符 合 所 需 的 設 計 需 求 。 b.其 系 統 的 作 用 不 該 被 建 築 物 或 其 缺 失 所 影 響 。 c.在 測 試 時 ， 煙 控 系 統 的 任 一 步 份 都 不 該 有 任 何 的 故 障 發生。. 2.其 他 系 統 之 準 備 （ System prep aration） 在接連舉行測試之前，建築物的空調系統應該在 正常模式下充分操作一段時間，使內部環境達到所設 計之內部條件，並確定該設備可以控制其內部環境條 13.
(30) 性能式煙控系統設計與檢證規範之研究. 件在穩定的狀態，並且避免由空氣層、逆向空氣流之 速度或不正常內部溫度的產生造成內部環境的變動。. 3.測 試 火 焰 之 大 小 的 選 定 （ Test fire size） 在設計其火災實驗火焰的大小時，必需考慮天花 板所能承受的最大安全溫度，以避免造成實驗空間環 境之損毀；而其理想溫度設計的極限，是比滅火系統 （ fire suppression s yste m） 作 用 之 溫 度 或 是 比 使 天 花 板 材 料 變 形 之 溫 度 低 10 ℃ （ T, T ceiling. design＞. fire suppression system. or T. 10 ℃ ） 。 若 採 用 之 火 焰 尺 寸 並 不 會 造 成. 滅火系統有所作用，則必須做好保護天花板之措施。. 4.火 盤 擺 放 之 方 式 （ Tray configuration） 火 盆 大 小 及 燃 料 量 的 選 擇 請 參 考 表 2.1-1 及 2.13， 而 火 盤 擺 放 應 如 圖 2.1-1。. 5.實 驗 器 材 架 設 之 位 置 （ Location of test ） 火災實驗的位置應該在實驗空間之正中間，但若 是在不規則的建築物內部進行實驗，則其實驗架設位 置應該放置在此隔間的面積中央，而必須注意的是該 煙柱路徑必須不受到建築物內部元件或任何阻礙物的 影響，而造成煙柱自然移動之路徑有所變動。同時， 在理想的實驗狀況下，實驗不應該進行在”建築物內 部高度只有煙柱高度ㄧ半高的實驗空間內部”。. 14.
(31) 第二章. 熱煙試驗程序與規範之介紹. 6.水 盆 及 火 盆 的 設 置 順 序 （ Tray set-up sequence ） 石膏板被放置在實驗預定地的上方，而其水盆則 放置在石膏板的上方，同時，空火盆被放置在水盆之 中心處，最後在依序加入水及燃料，而吾等也可以將 防水材質應覆蓋在石膏板上方，以減少漏水對石膏板 造成毀壞。. 7.點 火 （ Ignition） 應要藉以長棒遠端火焰或類似之遠端電子點火器 來點燃在火盤與發煙器中的燃料，以避免發生危險。. 8.發 煙 器 噴 射 煙 的 動 作 （ Tracer smo ke） 由發煙器所噴射出可追蹤的煙應該持續以一個穩 定的速率被噴射至實驗火源的熱煙柱中，以確保實驗 研究人員可以明確的觀察其煙柱動作與現象，其中發 煙器應該跟火盤緊鄰，直接噴射可追蹤的煙到熱煙柱 中央，然而要注意是否會造成反效果；雖然，愈多的 白煙進入煙柱則其能見度愈高，但並不能多量到影響 實驗結果。. 9.空 氣 淨 化 （ Air Purge） 當所有的熱煙實驗及實驗檢測完成後，必須將建 築物內部的煙排除乾淨，而空氣淨空所需之時間，則 視室內將內部髒空氣排放出建築物的效率而定，典型 的空調系統需全載操作四個小時才能完全排除。 15.
(32) 性能式煙控系統設計與檢證規範之研究. 第三節. 人員及環境之保護. 於進行熱煙試驗時，需對於實驗人員與周遭環境 施行必要之保護措施，項目包括：. 1.可 攜 帶 式 氧 氣 設 備 當在實驗場所排放煙塵的時候，煙塵將會造成 人員呼吸困難，因此吾等可利用可攜帶式個別氧氣 系統來保護自身安全，以延長在煙塵中的工作時 間 ； 而 可 攜 帶 式 個 人 氧 氣 系 統 需 遵 守 AS/NZS 1715 和 AS/NZS1716。. 2.燃 料 與 發 煙 器 之 儲 存 燃料和發煙器是不需要藉助特殊事物影響就有 可能發生危險之爆炸性器具，因此必須將其保存在 一完全遮蔽而不受測試火焰影響的區域。. 3.室 內 環 境 與 裝 潢 之 防 護 適當的平面保護加工或者建築物內部的規劃和 檢修，都可以預防因煙層移動而造成損毀的情況發 生，但其保護措施則有可能改變其內部之初始空間 條件，進而造成在實驗中之自由空氣移動發生阻礙 的情形產生，最後將會使得其所預測之火焰溫度較 高於實際溫度。 在實驗當中，鋁箔將可以有效的隔離鄰近之火 16.
(33) 第二章. 熱煙試驗程序與規範之介紹. 焰輻射熱、燃料發散率及火焰生成熱，並安裝自動 灑水系統，其灑水頭作用的溫度應該為低於天花板 燃 燒 溫 度 10 o C 以 上 。. 4.天 花 板 溫 度 之 監 控 在受到實驗空間下方所設置之火源造成影響的 天花板附近裝設熱電偶線或者溫度感應器，並在實 驗期間持續的監測與記錄其溫度變化，其目的是為 了監測天花板溫度是否能有效的散熱。. 5.水 盆 溫 度 之 監 控 當實驗開始時，火盆將被放置在注滿水的水盆 中，而當水盆使用過後，在開始第二次實驗時，則 必須將第一次實驗中所剩下的熱水排除，並待其水 盆冷卻至室溫後再注入新的水液，切記，不可將酒 精倒入熱油盆或位於熱水盆中的空油盆內部，這將 極有可能造成爆炸。. 6.抑 制 實 驗 之 火 焰 酒精可以混溶於水，若火源的生成熱高於天花 板所能承受之最大溫度時，可以在火盆中加水以降 低其火源生成熱。但若更多的水被加至油盆當中， 火焰高度將會降低，火焰顏色也將變成黃色或藍 色。假如需要將火焰熄滅，則可利用含有抵抗酒精 成分之泡沫滅火器來達到滅火的目的。 17.
(34) 性能式煙控系統設計與檢證規範之研究. 7.酒 精 的 點 燃 酒精是種活潑的可燃液體；其燃燒時，火焰將 呈黃色。又因為工業酒精長時間擺放在空油盆當中 將會產生汽化的現象，也有可能發生爆炸，因此在 實驗將要開始的前一小段時間，再將酒精放置在冷 卻的油盆當中。 而點火動作則由一穿著完整防護裝備之實驗人 員使用長竿式的遙控點燃裝置來點燃火盆。同時， 這此強烈建議，在實驗當中，不管是觀察者或者是 安全人員都必須穿着適當的防護衣及護目鏡，以預 防傷害的發生。. 8.實 驗 區 劃 空 間 尺 寸 大 小 的 建 議 進 行 實 驗 之 空 間 不 應 該 ＜ 250m 2 ， 除 非 是 要 更 進 一步的進行相關之熱煙試驗程序，而在進行實驗時 必須將門打開以及氣窗封閉，而其門之高度應該小 於 實 驗 空 間 高 度 的 20 %。 小房間有可能會有限制空氣對火源的影響，因 此將減少熱散失，而造成比預測之煙層溫度還要高 的實驗煙層溫度；進一步來說，太大的火源將會產 生安全問題，所以火盆尺寸的選擇必須對應實驗空 間大小做適當之挑選。. 18.
(35) 第二章. 第四節. 熱煙試驗程序與規範之介紹. 試驗記錄之要求. 記錄檔案將使熱煙實驗研究之分析更佳的完善， 其可用以評估建築物煙控系統，也可以被用來提供其 相關資訊，藉以做出精準的解釋與探討。所以在實驗 進行時，其錄影之動作也需同時進行。而測試記錄儀 器及條規如下文詳細說明：. 1.測 試 程 序 之 記 錄 a.照 相 記 錄 相片應該妥善記錄其設備配置、煙層組成及煙 狀外型之各種情形。 b.錄 影 記 錄 實驗之錄影紀錄必須由實驗開始記錄到實驗結 束，或者被實驗人員告知停止記錄才可停止錄影， 錄影記錄有時候在相關之細節可能需要做適當的剪 接，以減少對於建築物與實驗過多的介紹；而在剪 接以後，其錄影檔案必須準確記錄熱煙實驗的相關 進行時間，其應包含熱煙的發展過程時間、爾後的 煙控程序作用時間和避難逃生的時間。 c.天 花 板 溫 度 之 量 測 熱感溫線將被設置在火源正上方天花板有效範 圍內之平面中心，以便進行熱對流的量測。在架設 器材時，可能需要利用些臨時工具，如：金屬線、 支架、起重機或者相關器具。 19.
(36) 性能式煙控系統設計與檢證規範之研究. 而其溫度感測器及溫度感測儀器樹的架設，則 必須的妥善規劃以達到監控的標準。. 2.需 補 充 之 記 錄 a.煙 柱 溫 度 之 量 測 b.煙 遮 蔽 率 之 量 測 c.燃 料 燒 失 率 之 量 測 d.輻 射 熱 強 度 之 量 測. 20.
(37) 第二章. 第五節. 熱煙試驗程序與規範之介紹. 試驗前準備與試驗後報告. 在開始熱煙實驗開始前，需做初步的測試模擬以 確認所有參與之系統在實驗進行當中都可正確的運轉 反應。若測試模擬失敗時，將必須不斷的重複測試， 直到確定模擬測試都正常為止，以確保實驗開始進行 時並不會有實驗失敗的情形發生。 模擬測試包含了各部份之標準程序及相關設置， 然後藉由一連串的測試，確保所有煙控系統在任一火 焰實驗進行時都能正常的運作，而一連串的測試將必 須確保各項儀器及設備在熱煙實驗當天能正常運作 實驗前之測試報告必需詳細說明：通風量、氣流 速度、各處壓力、風機之連動、空氣調節器位置、火 災各儀表及各警報系統、和其他煙控步驟及設備等相 關設定。 其充分完善的測試必須包含：在火源出現時之警 報是否作用、煙探測器的作用、所有對照實際實驗而 架設的各獨立系統設備是否能適當的配合運作以及煙 控系統的作用與否。 一連串的測試必須在正式實驗開始前完成，不只 要確認所有實驗參與系統能否正常的運作，同時也必 須確認其記錄設備是否能正常的記錄，任何熱煙實驗 都必須妥善的設計，以減少傷亡發生的可能。. 21.
(38) 性能式煙控系統設計與檢證規範之研究. 最後，在試驗後之報告中，不同的實驗測試將會 有不同的記錄檔案，而這些記錄應該包含下列各項：. a. 合 理 判 定 標 準 之 選 取 b. 試 驗 火 源 位 置 的 詳 細 說 明 c. 試 驗 原 理 d. 試 驗 設 備 之 說 明 e. 完 整 之 過 程 記 錄 f. 測 試 前 後 之 水 盆 質 量 g. 燃 料 質 量 消 耗 之 量 測 h. 煙 層 溫 度 i. 天 花 板 溫 度 之 分 佈 情 況 j. 煙 層 遮 蔽 率 之 量 測 k. 輻 射 熱 強 度 之 量 測 l. 水 盆 水 平 面 溫 度 之 量 測. 22.
(39) 第三章. 第三章. 燃料盤之熱釋放率實驗. 燃料盤之熱釋放率量測實驗. 第一節. 熱釋放率量測實驗簡介. 本 研 究 為 瞭 解 依 AS 4391 所 列 燃 料 容 器 於 熱 煙 實 驗 時 之 熱 釋 放 率 大 小 ， 依 照 ISO 9705 規 範 進 行 燃 料 盤 於 酒 精 與 汽 油 燃 燒 下 之 熱 釋 放 率 量 測 實 驗 。 圖 3.1-1 為 AS 4391 所 列 不 同 燃 料 容 器 ， 大 小 從 A1 尺 寸 至 A5 尺 寸 。. 圖 3.1-1. AS 4391 所 列 不 同 燃 料 盤. （資料來源：本研究整理）. 23.
(40) 性能式煙控系統設計與檢證規範之研究. 進行本項實驗時，首先將所測燃料容器導入燃料並 置於集煙罩下方適當位置，使用相關規定之引火燃燒， 並用攝影機記錄火勢成長過程。 實驗中所產生之燃燒產物，經由集煙罩被吸入排氣 導 管 中 ， 其 系 統 示 意 如 圖 3.1-2 所 示 。 在 導 管 中 經 由 取 樣 管 進 入 氣 體 分 析 儀 ， 可 分 別 量 測 O 2 、 CO 2 、 CO 等 燃 燒 產 物 氣 體 之 濃 度 ， 示 如 圖 3.1-3。 並 經 由 導 管 中 之 k-type 熱 電 偶 與 皮 托 管 ， 示 如 圖 3.1-4， 以 推 算 出 排 氣 管 中 之 流 量 ， 如 此 便 可 精 確 量 測 出 觀眾席座椅燃燒時之熱釋放率與燃燒氣體之產生率。. 圖 3.1-2 （ 資 料 來 源 ： ISO 9705）. 24. 熱釋放率實驗系統示意圖.
(41) 第三章. 圖 3.1-3. 燃料盤之熱釋放率實驗. 氣體分析儀. （資料來源：本研究整理）. 圖 3.1-4. 排 氣 導 管 之 k-type 熱 電 偶 與 皮 托 管. （資料來源：本研究整理）. 25.
(42) 性能式煙控系統設計與檢證規範之研究. 詳細之熱釋放率之計算，如以下所述。於實驗中， 得 知 O 2 、 CO 2 、 與 CO 之 量 ， 且 取 樣 氣 體 在 進 入 氣 體 分 0. 析儀之前，均先將其水份過濾掉。假設. n. N2. 0. 0. 、 nO 、 nCO 、 2. 2. 0. n. H 2O. 是 N 2 、 O 2 、 CO 2 、 與 H 2 O 進 入 系 統 流 體 所 含 之 莫 耳. 數。而 n. S N2. 、n. S. O2. 、n. S. CO2. 、n. S H 2O. 是排氣導管中流體所含有. N 2 、 O 2 、 CO 2 、 與 H 2 O 之 莫 耳 數 。 故 進 入 系 統 之 氣 體 莫 耳分率為：. 0. 當 N2 被 視 為 未 參 與 任 何 燃 燒 反 應 時 ， 則. n. N2. S. ＝ nN 。 2. 假 設 進 入 氣 體 分 析 儀 之 N 2 、 O 2 、 CO 2 、 與 H 2 O 的 莫 耳 數 ， 是 和 排 氣 導 管 中 流 體 所 含 之 N 2 、 O 2 、 CO 2 、 與 H2O 的 莫 耳 數 相 同 ， 且 進 入 氣 體 分 析 儀 之 氣 體 ， 已 將 水 份濾過，故氣體分析儀所量到的莫耳分率為：. 26.
(43) 第三章. 燃料盤之熱釋放率實驗. 進入系統之空氣，在標準條件下的體積流率為： 0. V A =（. 0. n. N2. 0. 0. 0. + nO + nCO + nH O ） 2. 2. 2. M air nO 2 M air 0 0 x 0 O2. （ 3-1）. 其 中 ， M a i r 為 空 氣 之 分 子 量 ， 0 為 空 氣 在 標 準 條 件 下之密度，定義氧氣之消耗率 為：. n . 0. nO S. O2. 2. n. 0. （ 3-2）. O2. 所以熱釋放率： S 0 S QE (mO0 2 mOs 2 ) E ( X O0 2 V nO0 2 M O2 A X O2 V s ) O2 E (nO2 nO2 ) M O2 E. 其 中 M O 為 O 2 之 分 子 量 ， 將 （ 1） 與 （ 2） 式 子 合 併 2. 可得： QE0. M O2 M air. X O0 2 V A. （ 3-3）. 而 O 2 之 E = 13.1 MJ/kg， 且 0 = 1.19 kg/m 3 為 乾 燥 空 氣 在 25 o C， 壓 力 760 mmHg 下 之 密 度 。 27.
(44) 性能式煙控系統設計與檢證規範之研究. 相關之實驗程序與注意事項，如下所列。 (一 ). 實驗樣品：. 1. 樣 品 之 材 料 及 組 成 ， 與 實 際 所 使 用 者 相 同 。 2. 樣 品 進 行 實 驗 前 ， 必 需 經 前 置 處 理 的 程 序 ， 使 實 驗結果具有再現性和重現性。樣品製作完成後， 置 入 恆 溫 箱 中 ， 以 溫 度 23±2. o. C 相 對 溼 度 50±5 %. 處理，達到質量維持一定的情況才可配合工法或 實 驗 要 求 進 行 ， 裝 置 於 ISO 9705 集 煙 罩 下 進 行 熱 釋放率實驗。 (二 ) 實 驗 方 法 ： 1. 實 驗 裝 置 ： 應 符 合 ISO 9705： 1993(E) ”Fire testsFull scale room test for surface products ” 規 定 之 大尺寸房間火災實驗裝置。 2. 熱 釋 放 率 實 驗 燃 燒 試 驗 ： (a)所 有 記 錄 器 、 量 測 裝 置 和 資 料 收 集 系 統 需 在 燃 燒器點火或燃前 2 分鐘開啟，實驗期間得隨時 調整排氣量，使所有燒產物皆能被收集。 (b)試 驗 期 間 應 進 行 照 相 或 攝 影 ， 且 時 鐘 應 出 現 在 照相記錄上。 (c)品 以 燃 源 引 火 燃 燒 後 ， 使 用 攝 影 機 、 照 相 機 全 程紀錄火災成長過程，測試中所產生的燃燒產 物經集煙罩收集後，進入排氣風管中，在管道 中 經 由 取 樣 管 進 入 氣 體 分 析 儀 測 出 O 2 、 CO 2 、 CO 等 氣 體 濃 度 ， 並 配 合 風 管 中 設 置 的 熱 電 偶 28.
(45) 第三章. 燃料盤之熱釋放率實驗. 和雙向皮拖管分別測出溫度和流速，進而利用 實驗計算原理算出試驗過程之熱釋放率和燃燒 產物的產生率。 3. 熱 釋 放 率 計 算 原 理 為 利 用 氧 氣 消 耗 原 理 。 4. 實 驗 期 間 紀 錄 下 列 事 項 所 發 生 的 時 間 及 現 象 。 (a) 樣 品 引 燃 時 間 及 引 燃 源 。 (b) 樣 品 實 驗 過 程 中 燃 燒 現 象 。 (c) 實 驗 持 續 觀 察 到 燃 燒 可 見 的 跡 象 已 經 停 止 或 依實驗求終止實驗。 (d) 記 錄 任 何 其 他 不 正 常 的 反 應 情 況 。. (三 )實 驗 結 果 ： (a) 排 氣 導 管 內 流 量 與 時 間 之 關 係 。 (b) 熱 釋 放 率 與 時 間 之 關 係 。 (c) 參 考 溫 度 及 壓 力 下 二 氧 化 碳 生 成 物 與 時 間 關 係 。 (d) 燃 燒 現 象 描 述 。. 29.
(46) 性能式煙控系統設計與檢證規範之研究. 第二節. 燃燒盤使用酒精之熱釋放率實驗分析. 澳 洲 AS 4391 規 範 中 ， 使 用 酒 精 為 燃 料 ， 避 免 因 使 用汽油而燻黑建築物，故本研究首先將量測不同類型燃 燒盤使用酒精之熱釋放率。 本 研 究 將 進 行 實 驗 之 燃 燒 盤 ， 包 括 依 照 AS 4391 中 規 定 之 A1、 A2、 A3、 A4、 與 A5 大 小 之 燃 燒 盤 。 以 及 1 個 至 5 個 直 徑 45 公 分 之 圓 形 燃 燒 盤 。 首 先 進 行 A1 尺 寸 燃 燒 盤 使 用 酒 精 之 熱 釋 放 率 實 驗 ， 圖 3.2-1 為 A1 尺 寸 燃 燒 盤 進 行 實 驗 之 情 形 ， 而 圖 3.2-2 為 A1 尺 寸 燃 燒 盤 使 用 酒 精 之 熱 釋 放 率 結 果 。 其 實 驗 結 果 顯 示 ， A1 尺 寸 燃 燒 盤 使 用 酒 精 之 熱 釋 放 率 約 為 200 kW。. 圖 3.2-1. A1 尺 寸 燃 燒 盤 使 用 酒 精 之 熱 釋 放 率 實 驗. （資料來源：本研究整理）. 30.
(47) 第三章. THR. 300. 400. 250. 350 300. 200. 250. 150. 200 100 150 50. 100. 0 -500. 0. 500. 1000. 1500. -50. 2000. 2500. Total Heat Released(MJ). Rate of Heat Release (kW). RHR. 燃料盤之熱釋放率實驗. 50 3000 0. Time (sec). 圖 3.2-2. A1 尺 寸 燃 燒 盤 使 用 酒 精 之 熱 釋 放 率 結 果. （資料來源：本研究整理）. 其 次 ， 圖 3.2-3 為 A2 尺 寸 燃 燒 盤 進 行 實 驗 之 情 形 ， 而 圖 3.2-4 為 A2 尺 寸 燃 燒 盤 使 用 酒 精 之 熱 釋 放 率 結 果 。 其 實 驗 結 果 顯 示 ， A2 尺 寸 燃 燒 盤 使 用 酒 精 之 熱 釋 放 率 約 為 100 kW。. 圖 3.2-3. A2 尺 寸 燃 燒 盤 使 用 酒 精 之 熱 釋 放 率 實 驗. （資料來源：本研究整理）. 31.
(48) 性能式煙控系統設計與檢證規範之研究. THR. 140. 180. 120. 160. 100. 140 120. 80. 100 60 80 40. 60. 20. 40. 0 -500. -20. 0. 500. 1000. 1500. 2000. Total Heat Released(MJ). Rate of Heat Release (kW). RHR. 20 2500 0. Time (sec). 圖 3.2-4. A2 尺 寸 燃 燒 盤 使 用 酒 精 之 熱 釋 放 率 結 果. （資料來源：本研究整理）. 另 外 ， 圖 3.2-5 為 A3 尺 寸 燃 燒 盤 進 行 實 驗 之 情 形 ， 而 圖 3.2-6 為 A3 尺 寸 燃 燒 盤 使 用 酒 精 之 熱 釋 放 率 結 果 。 其 實 驗 結 果 顯 示 ， A3 尺 寸 燃 燒 盤 使 用 酒 精 之 熱 釋 放 率 約 為 50 kW。. 圖 3.2-5. A3 尺 寸 燃 燒 盤 使 用 酒 精 之 熱 釋 放 率 實 驗. （資料來源：本研究整理）. 32.
(49) 第三章. THR. 70. 90. 60. 80. 50. 70 60. 40. 50. 30. 40 20. 30. 10. 20. 0 -500. -10 0. 500. 1000. -20. 1500. 2000. 10 2500 0. Total Heat Released(MJ). Rate of Heat Release (kW). RHR. 燃料盤之熱釋放率實驗. -10 Time (sec). 圖 3.2-6. A3 尺 寸 燃 燒 盤 使 用 酒 精 之 熱 釋 放 率 結 果. （資料來源：本研究整理）. 圖 3.2-7 為 A4 尺 寸 燃 燒 盤 進 行 實 驗 之 情 形 ， 而 圖 3.2-8 為 A4 尺 寸 燃 燒 盤 使 用 酒 精 之 熱 釋 放 率 結 果 。 其 實 驗 結 果 顯 示 ， A4 尺 寸 燃 燒 盤 使 用 酒 精 之 熱 釋 放 率 約 為 25 kW。. 圖 3.2-7. A4 尺 寸 燃 燒 盤 使 用 酒 精 之 熱 釋 放 率 實 驗. （資料來源：本研究整理）. 33.
(50) 性能式煙控系統設計與檢證規範之研究. RHR. THR 30. Rate of Heat Release (kW). 30. 25. 25 20. 20 15. 15. 10 10. 5 0 -500. -5 0. 500. -10 -15. 1000. 5 1500 0. Total Heat Released(MJ). 35. -5 Time (sec). 圖 3.2-8. A4 尺 寸 燃 燒 盤 使 用 酒 精 之 熱 釋 放 率 結 果. （資料來源：本研究整理）. 最 後 ， 圖 3.2-9 為 A5 尺 寸 燃 燒 盤 進 行 實 驗 之 情 形 ， 而 圖 3.2-10 為 A5 尺 寸 燃 燒 盤 使 用 酒 精 之 熱 釋 放 率 結 果 。 其 實 驗 結 果 顯 示 ， A5 尺 寸 燃 燒 盤 使 用 酒 精 之 熱 釋 放 率 約 為 13 kW。. 圖 3.2-9. A5 尺 寸 燃 燒 盤 使 用 酒 精 之 熱 釋 放 率 實 驗. （資料來源：本研究整理）. 34.
(51) 第三章. THR. 25. 9. 20. 8. 15. 7 6. 10. 5. 5. 4. 0 -500. -5 0. 500. 3 1500 2. 1000. -10. 1. -15. 0. -20. -1. Total Heat Released(MJ). Rate of Heat Release (kW). RHR. 燃料盤之熱釋放率實驗. Time (sec). 圖 3.2-10. A5 尺 寸 燃 燒 盤 使 用 酒 精 之 熱 釋 放 率 結 果. （資料來源：本研究整理）. 接 著 進 行 1 個 至 5 個 直 徑 45 公 分 圓 形 燃 燒 盤 之 熱 釋 放 率 實 驗 。 圖 3.2-11 為 1 個 直 徑 45 公 分 圓 形 燃 燒 盤 使用酒精之熱釋放率結果。其實驗結果顯示，1 個圓形 燃 燒 盤 使 用 酒 精 之 熱 釋 放 率 約 為 40 kW。 THR. 60. 35. 50. 30. 40. 25. 30. 20. 20 15. 10. 10. 0 -200. -10. 0. 200. 400. 600. -20. 800. 1000. 1200. 14005. Total Heat Released(MJ). Rate of Heat Release (kW). RHR. 0 Time (sec). 圖 3.2-11. 1 個圓形燃燒盤使用酒精之熱釋放率結果. （資料來源：本研究整理）. 35.
(52) 性能式煙控系統設計與檢證規範之研究. 圖 3.2-12 與 圖 3.2-13 分 別 為 2 個 與 3 個 圓 形 燃 燒 盤使用酒精之熱釋放率結果。其實驗結果顯示，2 個圓 形 燃 燒 盤 使 用 酒 精 之 熱 釋 放 率 約 為 80 kW， 3 個 圓 形 燃 燒 盤 使 用 酒 精 之 熱 釋 放 率 約 為 120 kW。 THR. 100. 70. 80. 60 50. 60. 40 40 30 20. 20. 0 -200. 0. 200. 400. 600. 800. -20. 1000. Total Heat Released(MJ). Rate of Heat Release (kW). RHR. 10 1200 0. Time (sec). 圖 3.2-12. 2 個圓形燃燒盤使用酒精之熱釋放率結果. （資料來源：本研究整理）. THR. 140. 100. 120. 90 80. 100. 70. 80. 60. 60. 50. 40. 40 30. 20. 20. 0 -500. -20. 0. 500. 1000. Total Heat Released(MJ). Rate of Heat Release (kW). RHR. 10 1500 0. Time (sec). 圖 3.2-13. 3 個圓形燃燒盤使用酒精之熱釋放率結果. （資料來源：本研究整理）. 36.
(53) 第三章. 燃料盤之熱釋放率實驗. 圖 3.2-14 與 圖 3.2-15 分 別 為 4 個 與 5 個 圓 形 燃 燒 盤使用酒精之熱釋放率結果。其實驗結果顯示，4 個圓 形 燃 燒 盤 使 用 酒 精 之 熱 釋 放 率 約 為 160 kW， 5 個 圓 形 燃 燒 盤 使 用 酒 精 之 熱 釋 放 率 約 為 200 kW。 RHR. THR 140. Rate of Heat Release (kW). 180. 120. 160 140. 100. 120 100. 80. 80. 60. 60 40. 40 20. Total Heat Released(MJ). 200. 20. 0 -500. -20 0. 500. 1000. 1500. 20000. Time (sec). 圖 3.2-14. 4 個圓形燃燒盤使用酒精之熱釋放率結果. （資料來源：本研究整理） RHR. THR. 250. 160. Rate of Heat Release (kW). 120 150. 100. 100. 80 60. 50. 40 0 -500. 0. 500. 1000. -50. 1500. Total Heat Released(MJ). 140. 200. 20 2000 0. Time (sec). 圖 3.2-15. 5 個圓形燃燒盤使用酒精之熱釋放率結果. （資料來源：本研究整理）. 37.
(54) 性能式煙控系統設計與檢證規範之研究. 第三節. 燃燒盤使用汽油之熱釋放率實驗分析. 本研究完成量測不同類型燃燒盤使用酒精之熱釋放 率後，接著將燃料之酒精換成汽油。進行實驗之燃燒 盤 ， 包 括 依 照 AS 4391 中 規 定 之 A2、 A3、 A4、 與 A5 大 小 之 燃 燒 盤 。 以 及 1 個 至 3 個 直 徑 45 公 分 之 圓 形 燃 燒盤。 首 先 ， 進 行 A2 尺 寸 燃 燒 盤 使 用 汽 油 之 熱 釋 放 率 實 驗 ， 圖 3.3-1 為 A2 尺 寸 燃 燒 盤 進 行 實 驗 之 情 形 ， 而 圖 3.3-2 為 A2 尺 寸 燃 燒 盤 使 用 汽 油 之 熱 釋 放 率 結 果 。 其 實 驗 結 果 顯 示 ， A2 尺 寸 燃 燒 盤 使 用 酒 精 之 熱 釋 放 率 約 為 450 kW。. 圖 3.3-1. A2 尺 寸 燃 燒 盤 使 用 汽 油 之 熱 釋 放 率 實 驗. （資料來源：本研究整理）. 38.
(55) 第三章. RHR. 燃料盤之熱釋放率實驗. THR 250. Rate of Heat Release (kW). 500 200 400 150. 300 200. 100. 100 50. Total Heat Released(MJ). 600. 0 -200. 0. 200. 400. 600. -100. 800 0. Time (sec). 圖 3.3-2. A2 尺 寸 燃 燒 盤 使 用 汽 油 之 熱 釋 放 率 結 果. （資料來源：本研究整理）. 其 次 ， 進 行 A3 尺 寸 燃 燒 盤 使 用 汽 油 之 熱 釋 放 率 實 驗 ， 圖 3.3-3 為 A3 尺 寸 燃 燒 盤 使 用 汽 油 之 熱 釋 放 率 結 果 。 其 實 驗 結 果 顯 示 ， A3 尺 寸 燃 燒 盤 使 用 酒 精 之 熱 釋 放 率 約 為 230 kW。 THR. 300. 120. 250. 100. 200. 80. 150 60 100 40. 50. 20. 0 -200. 0. 200. 400. -50. 600. Total Heat Released(MJ). Rate of Heat Release (kW). RHR. 800 0. Time (sec). 圖 3.3-3. A3 尺 寸 燃 燒 盤 使 用 汽 油 之 熱 釋 放 率 結 果. （資料來源：本研究整理）. 39.
(56) 性能式煙控系統設計與檢證規範之研究. 圖 3.3-4 與 圖 3.3-5 分 別 為 A4 尺 寸 與 A5 尺 寸 燃 燒 盤 使 用 酒 精 之 熱 釋 放 率 結 果 。 其 實 驗 結 果 顯 示 ， A4 尺 寸 燃 燒 盤 使 用 酒 精 之 熱 釋 放 率 約 為 90 kW， A5 尺 寸 燃 燒 盤 使 用 酒 精 之 熱 釋 放 率 約 為 35 kW。 THR. 120. 35. 100. 30. 80. 25. 60. 20. 40. 15. 20. 10. 0 -200. -100. 0. 100. 200. 300. 400. 500. -20. Total Heat Released(MJ). Rate of Heat Release (kW). RHR. 5 600 0. Time (sec). 圖 3.3-4. A4 尺 寸 燃 燒 盤 使 用 汽 油 之 熱 釋 放 率 結 果. （資料來源：本研究整理） THR. 50. 12. 40. 10. 30. 8. 20. 6. 10. 4. 0 -200. -100. 0. 100. 200. -10 -20. 300. 400. 500. 2 600 0. Total Heat Released(MJ). Rate of Heat Release (kW). RHR. -2 Time (sec). 圖 3.3-5. A5 尺 寸 燃 燒 盤 使 用 汽 油 之 熱 釋 放 率 結 果. （資料來源：本研究整理）. 40.
(57) 第三章. 燃料盤之熱釋放率實驗. 接 著 進 行 1 個 至 3 個 直 徑 45 公 分 圓 形 燃 燒 盤 之 熱 釋 放 率 實 驗 。 圖 3.3-6 為 1 個 直 徑 45 公 分 圓 形 燃 燒 盤 進 行 實 驗 之 情 形 ， 圖 3.3-7 為 1 個 圓 形 燃 燒 盤 使 用 汽 油 之 熱釋放率結果。其實驗結果顯示，1 個圓形燃燒盤使用 汽 油 之 熱 釋 放 率 約 為 160 kW。. 圖 3.3-6. 1 個圓形燃燒盤使用汽油之熱釋放率實驗. （資料來源：本研究整理） RHR. THR. 200. 45. 35 30. 100. 25 20. 50. 15 10. 0 -200. -100. 0. 100. 200. -50. 300. 400. Total Heat Released(MJ). Rate of Heat Release (kW). 40 150. 5005 0. Time (sec). 圖 3.3-7. 1 個圓形燃燒盤使用汽油之熱釋放率結果. （資料來源：本研究整理）. 41.
(58) 性能式煙控系統設計與檢證規範之研究. 其 次 ， 圖 3.3-8 為 2 個 直 徑 45 公 分 圓 形 燃 燒 盤 進 行 實 驗 之 情 形 ， 圖 3.3-9 為 2 個 圓 形 燃 燒 盤 使 用 汽 油 之 熱 釋放率結果。其實驗結果顯示，2 個圓形燃燒盤使用汽 油 之 熱 釋 放 率 約 為 300 kW。. 圖 3.3-8. 2 個圓形燃燒盤使用汽油之熱釋放率實驗. （資料來源：本研究整理） THR. 400. 80. 350. 70. 300. 60. 250. 50. 200 40 150 30. 100. 20. 50. 10. 0 -200. -100. -50 0. Total Heat Released(MJ). Rate of Heat Release (kW). RHR. 100. 200. 300. 400. 5000. Time (sec). 圖 3.3-9. 2 個圓形燃燒盤使用汽油之熱釋放率結果. （資料來源：本研究整理）. 42.
(59) 第三章. 燃料盤之熱釋放率實驗. 其 次 ， 圖 3.3-10 為 3 個 直 徑 45 公 分 圓 形 燃 燒 盤 進 行 實 驗 之 情 形 ， 圖 3.3-11 為 3 個 圓 形 燃 燒 盤 使 用 汽 油 之 熱釋放率結果。其實驗結果顯示，3 個圓形燃燒盤使用 汽 油 之 熱 釋 放 率 約 為 500 kW。. 圖 3.3-10. 3 個圓形燃燒盤使用汽油之熱釋放率實驗. （資料來源：本研究整理） THR. 600. 120. 500. 100. 400. 80. 300 60 200 40. 100. 20. 0 -200. -100. 0. 100. 200. -100. 300. 400. Total Heat Released(MJ). Rate of Heat Release (kW). RHR. 500 0. Time (sec). 圖 3.3-11. 3 個圓形燃燒盤使用汽油之熱釋放率結果. （資料來源：本研究整理）. 43.
(60) 性能式煙控系統設計與檢證規範之研究. 第四節. 燃燒盤熱釋放率實驗小結. 澳 洲 AS 4391 規 範 中 ， 使 用 酒 精 為 燃 料 ， 避 免 因 使 用汽油而燻黑建築物，故本研究首先將量測不同類型燃 燒盤使用酒精之熱釋放率。本研究將進行實驗之燃燒 盤 ， 包 括 依 照 AS 4391 中 規 定 之 A1、 A2、 A3、 A4、 與 A5 大 小 之 燃 燒 盤 。 以 及 1 個 至 5 個 直 徑 45 公 分 之 圓 形 燃燒盤。 於方型燃燒盤使用酒精之熱釋放率實驗結果方面， A1 尺 寸 燃 燒 盤 使 用 酒 精 之 熱 釋 放 率 約 為 200 kW， A2 尺 寸 燃 燒 盤 使 用 酒 精 之 熱 釋 放 率 約 為 100 kW， A3 尺 寸 燃 燒 盤 使 用 酒 精 之 熱 釋 放 率 約 為 50 kW， A4 尺 寸 燃 燒 盤 使 用 酒 精 之 熱 釋 放 率 約 為 25 kW， A5 尺 寸 燃 燒 盤 使 用 酒 精 之 熱 釋 放 率 約 為 13 kW， 如 表 3.4-1 所 示 。 此 實 驗結果顯示，大致上隨著燃料盤之面積減半，其熱釋放 率亦減半。. 表 3.4-1. 方型燃燒盤使用酒精之熱釋放率實驗結果. 熱釋放率（kW）. A1. A2. A3. A4. A5. 200. 100. 50. 25. 13. （資料來源：本研究整理）. 44.
(61) 第三章. 燃料盤之熱釋放率實驗. 而於 圓 型 燃 燒 盤 使 用 酒 精 之 熱 釋 放 率 實 驗 結 果 方 面 ， 如 表 3.4-2 所 示 。 此 實 驗 結 果 顯 示 ， 圓 形 燃 燒 盤 愈 多，其熱釋放率亦隨著數量而加成增多。. 表 3.4-2. 圓型燃燒盤使用酒精之熱釋放率實驗結果 1 個圓盤. 2 個圓盤. 3 個圓盤. 4 個圓盤. 5 個圓盤. 40. 80. 120. 160. 200. 熱釋放率（kW）. （資料來源：本研究整理）. 另外，本研究亦完成量測不同類型燃燒盤使用酒精 之熱釋放率後，接著將燃料之酒精換成汽油。進行實驗 之 燃 燒 盤 ， 包 括 依 照 AS 4391 中 規 定 之 A2、 A3、 A4、 與 A5 大 小 之 燃 燒 盤 。 以 及 1 個 至 3 個 直 徑 45 公 分 之 圓 形燃燒盤。1 個圓形燃燒盤使用汽油之熱釋放率約為 160 kW， 2 個 圓 形 燃 燒 盤 使 用 汽 油 之 熱 釋 放 率 約 為 300 kW 。 3 個 圓 形 燃 燒 盤 使 用 汽 油 之 熱 釋 放 率 約 為 500 kW 。 同 樣 地 ， 此 實 驗 結 果 顯 示 ， 圓 形 燃 燒 盤 愈 多 ， 其 熱釋放率亦隨著數量而加成增多。實驗結果分別示如表 3.4-3 與 表 3.4-4。 表 3.4-3. 方型燃燒盤使用汽油之熱釋放率實驗結果. 熱釋放率（kW）. A2. A3. A4. A5. 450. 230. 90. 45. （資料來源：本研究整理）. 45.
(62) 性能式煙控系統設計與檢證規範之研究. 表 3.4-4. 圓型燃燒盤使用汽油之熱釋放率實驗結果. 熱釋放率（kW）. 1 個圓盤. 2 個圓盤. 3 個圓盤. 160. 300. 500. （資料來源：本研究整理）. 實驗結果顯示，大致上隨著燃料盤之面積減半，其 熱 釋 放 率 亦 減 半 。 舉 例 而 言 ， A1 之 面 積 為 0.5 m 2 ， A2 之 面 積 為 0.25 m 2 ， 而 熱 釋 放 率 A1 為 200 kW， A2 為 100 kW。 因 此 驗 證 了 於 進 行 全 尺 度 實 驗 時 ， 可 經 由 組 合 之方式來選取所需之火源大小。. 46.
(63) 第四章. 第四章. 全尺度熱煙試驗與程序及規範之制訂. 全尺度熱煙試驗與程序及規範之制訂 第一節. 全尺度熱煙試驗規劃. 本章將依據上一章所完成燃料盤熱釋放率量測實驗 之 結 果 ， 依 循 澳 洲 標 準 AS 4391 煙 控 系 統 熱 煙 試 驗 程 序 之內容，於內政部建築研究所防火實驗中心實際進行系 統化全尺度熱煙性能試驗研究。 本 全 尺 度 熱 煙 試 驗 依 循 澳 洲 標 準 AS 4391 採 用 發 煙 器組進行實驗，並以酒精為火盤燃料。本實驗所使用之 發煙器組，包括：發煙器、煙流導管、與火盤等組合而 成 ， 如 圖 4.1-1 所 示 。. 圖 4.1-1. 本全尺度熱煙試驗所使用之發煙器組. （資料來源：本研究整理）. 47.
(64) 性能式煙控系統設計與檢證規範之研究. 本全尺度熱煙試驗之煙控系統為採機械排煙，並於 防火實驗中心之綜合實驗場內部裝置二道光電分離型偵 煙探測器，以評估發煙器組所產生的白煙，於進行熱煙 試驗之可行性。 依 據 AS 4391 熱 煙 試 驗 與 利 用 汽 油 進 行 之 熱 煙 試 驗 之最大不同特性，如下所列：. 1. 利 用 汽 油 盤 進 行 時 ， 以 5 MW 之 火 源 大 小 將 自 然 產 生 5 MW 大 小 之 煙 量 。 二 者 是 耦 合 的 （ Coupled） 。 2. 利 用 AS 4391 程 序 進 行 ， 則 酒 精 只 是 為 了 產 生 熱 量，增加熱浮力推送熱煙上升。所需之煙量必須另 以 發 煙 器 （ Smoke Generator ） 來 產 生 。 二 者 是 分 離 的 （ De-coupled） 。 3. 應 用 AS 4391 程 序 時 ， 可 利 用 白 煙 來 進 行 ， 對 於 建 築物內部及實驗空間不致於產生危害，而大大增加 了其應用於全尺度熱煙試驗之可行性。. 故本實驗中之火盤，將純粹作為白煙上升的熱驅動 力，而不同於燃燒汽油熱煙試驗中的火盤功能。亦即本 次實驗中，燃燒酒精之火盤為加熱空氣用。而燃燒汽油 之火盤則為提供火災真實之火災規模。因此基於以上論 述，本實驗之火盤數量與發煙量設定，將分開處理。. 本全尺度熱煙試驗之火盤數量，以涵蓋整個發煙器 組 之 煙 流 導 管 發 煙 區 域 為 原 則 ， 如 圖 4.1-2 所 示 。 48.
(65) 第四章. 圖 4.1-2. 全尺度熱煙試驗與程序及規範之制訂. 本全尺度熱煙試驗中之火盤排列. （資料來源：本研究整理）. 而有關發煙量之設定中，本全尺度熱煙試驗將根據 Heskestad 所 推 導 之 公 式 ， 計 算 1 MW～ 5 MW 之 火 災 規 模 之 發 煙 量 大 小 。 Heskestad 所 推 導 之 發 煙 量 公 式 如 下： m s = kQ c 1 / 3 Z 5 / 3 其中： m s 為 發 煙 量 （ kg/sec） Q c 為 火 災 規 模 之 熱 對 流 量 （ kW） Z 為 天 花 板 高 度 （ m） k 為 常 數 0.071. 49.
(66) 性能式煙控系統設計與檢證規範之研究. 第二節. 火 災 規 模 1 MW 之 全 尺 度 實 驗 結 果 分 析. ⊙實驗情境描述： 本 實 驗 為 假 設 發 生 1 MW 之 火 災 情 境 ， 進 行 實 驗 前 先 將 發 煙 器 組 裝 置 完 成 ， 如 圖 4.2-1 所 示 。 俟 發 煙 器 組 裝置完成後，將火盤涵蓋整個發煙器組之煙流導管發煙 區域。. 圖 4.2-1. 本實驗發煙器組裝置情形. （資料來源：本研究整理）. 首先將光電分離型偵煙探測器開啟，接著將發煙器 之 發 煙 量 按 照 1 MW 之 火 災 情 境 調 整 完 成 ， 點 燃 火 盤 後 啟動發煙器，白煙順著煙流導管噴至實驗場地大空間 中 ， 如 圖 4.2-2 所 示 。 人 員 通 報 探 測 器 鳴 動 時 間 並 記 錄，再與先前火盤燃燒汽油之熱煙實驗比對，以評估發 煙器組所產生的白煙，於進行熱煙試驗之可行性。. 50.
(67) 第四章. 圖 4.2-2. 全尺度熱煙試驗與程序及規範之制訂. 火 災 規 模 1 MW 之 全 尺 度 實 驗 情 形. （資料來源：本研究整理）. ⊙實驗結果分析： 經本項全尺度熱煙試驗結果分析，光電式分離型偵 煙 探 測 器 第 一 組 與 第 二 組 ， 於 35 秒 及 48 秒 鳴 動 。 與 先 前燃燒汽油盤之熱煙實驗結果比對，光電式分離型偵煙 探 測 器 第 一 組 與 第 二 組 ， 分 別 於 32 秒 及 47 秒 鳴 動 ， 如 下 表 4.2-1 所 列 。 經本項全尺度熱煙試驗結果分析，本發煙器實驗之 鳴動時間與汽油盤實驗之鳴動時間，實驗結果比對相當 吻合，在可接受工程裕度內。因此，應用發煙器組所產 生的白煙，進行熱煙試驗相當可行。. 51.
(68) 性能式煙控系統設計與檢證規範之研究. 表 4.2-1. 火 災 規 模 為 1 MW 之 探 測 器 鳴 動 時 間. 探測器名稱. 光電式分離型. 光電式分離型. 偵煙探測器. 偵煙探測器. 第一組. 第二組. 35. 48. 32. 47. 本發煙器實驗之 鳴 動 時 間 (s) 汽油盤實驗之 鳴 動 時 間 (s) （資料來源：本研究整理）. 52.
(69) 第四章. 第三節. 全尺度熱煙試驗與程序及規範之制訂. 火 災 規 模 2 MW 之 全 尺 度 實 驗 結 果 分 析. ⊙實驗情境描述： 本 實 驗 為 假 設 發 生 2 MW 之 火 災 情 境 ， 進 行 實 驗 前 先將發煙器組裝置完成。俟發煙器組裝置完成後，將火 盤涵蓋整個發煙器組之煙流導管發煙區域。 首先將光電分離型偵煙探測器開啟，接著將發煙器 之 發 煙 量 按 照 2 MW 之 火 災 情 境 調 整 完 成 ， 點 燃 火 盤 後 啟動發煙器，白煙順著煙流導管噴至實驗場地大空間 中 ， 如 圖 4.3-1 所 示 。 人 員 通 報 探 測 器 鳴 動 時 間 並 記 錄，再與先前火盤燃燒汽油之熱煙實驗比對，以評估發 煙器組所產生的白煙，於進行熱煙試驗之可行性。. 圖 4.3-1. 火 災 規 模 2 MW 之 全 尺 度 實 驗 情 形. （資料來源：本研究整理）. 53.
(70) 性能式煙控系統設計與檢證規範之研究. ⊙實驗結果分析： 經本項全尺度熱煙試驗結果分析，光電式分離型偵 煙 探 測 器 第 一 組 與 第 二 組 ， 於 31 秒 及 35 秒 鳴 動 。 與 先 前燃燒汽油盤之熱煙實驗結果比對，光電式分離型偵煙 探 測 器 第 一 組 與 第 二 組 ， 分 別 於 25 秒 及 28 秒 鳴 動 ， 如 下 表 4.3-1 所 列 。 經本項全尺度熱煙試驗結果分析，本發煙器實驗之 鳴動時間與汽油盤實驗之鳴動時間，實驗結果比對相當 吻合，在可接受工程裕度內。因此，應用發煙器組所產 生的白煙，進行熱煙試驗相當可行。. 表 4.3-1. 火 災 規 模 為 2 MW 之 探 測 器 鳴 動 時 間. 探測器名稱. 光電式分離型. 光電式分離型. 偵煙探測器. 偵煙探測器. 第一組. 第二組. 31. 47. 25. 46. 本發煙器實驗之 鳴 動 時 間 (s) 汽油盤實驗之 鳴 動 時 間 (s) （資料來源：本研究整理）. 54.
(71) 第四章. 第四節. 全尺度熱煙試驗與程序及規範之制訂. 火 災 規 模 3 MW 之 全 尺 度 實 驗 結 果 分 析. ⊙實驗情境描述： 本 實 驗 為 假 設 發 生 3 MW 之 火 災 情 境 ， 進 行 實 驗 前 先將發煙器組裝置完成。俟發煙器組裝置完成後，將火 盤涵蓋整個發煙器組之煙流導管發煙區域。 首先將光電分離型偵煙探測器開啟，接著將發煙器 之 發 煙 量 按 照 3 MW 之 火 災 情 境 調 整 完 成 ， 點 燃 火 盤 後 啟動發煙器，白煙順著煙流導管噴至實驗場地大空間 中。人員通報探測器鳴動時間並記錄，再與先前火盤燃 燒汽油之熱煙實驗比對，以評估發煙器組所產生的白 煙，於進行熱煙試驗之可行性。. ⊙實驗結果分析： 經本項全尺度熱煙試驗結果分析，光電式分離型偵 煙 探 測 器 第 一 組 與 第 二 組 ， 於 25 秒 及 44 秒 鳴 動 。 與 先 前燃燒汽油盤之熱煙實驗結果比對，光電式分離型偵煙 探 測 器 第 一 組 與 第 二 組 ， 分 別 於 22 秒 及 45 秒 鳴 動 ， 如 下 表 4.3-1 所 列 。 經本項全尺度熱煙試驗結果分析，本發煙器實驗之 鳴動時間與汽油盤實驗之鳴動時間，實驗結果比對相當 吻合，在可接受工程裕度內。因此，應用發煙器組所產 生的白煙，進行熱煙試驗相當可行。. 55.
(72) 性能式煙控系統設計與檢證規範之研究. 表 4.4-1. 火 災 規 模 為 3 MW 之 探 測 器 鳴 動 時 間. 探測器名稱. 光電式分離型. 光電式分離型. 偵煙探測器. 偵煙探測器. 第一組. 第二組. 25. 44. 22. 45. 本發煙器實驗之 鳴 動 時 間 (s) 汽油盤實驗之 鳴 動 時 間 (s) （資料來源：本研究整理）. 56.
(73) 第四章. 第五節. 全尺度熱煙試驗與程序及規範之制訂. 火 災 規 模 4 MW 之 全 尺 度 實 驗 結 果 分 析. ⊙實驗情境描述： 本 實 驗 為 假 設 發 生 4 MW 之 火 災 情 境 ， 進 行 實 驗 前 先將發煙器組裝置完成。俟發煙器組裝置完成後，將火 盤涵蓋整個發煙器組之煙流導管發煙區域。 首先將光電分離型偵煙探測器開啟，接著將發煙器 之 發 煙 量 按 照 4 MW 之 火 災 情 境 調 整 完 成 ， 點 燃 火 盤 後 啟動發煙器，白煙順著煙流導管噴至實驗場地大空間 中 ， 如 圖 4.5-1 所 示 。 人 員 通 報 探 測 器 鳴 動 時 間 並 記 錄，再與先前火盤燃燒汽油之熱煙實驗比對，以評估發 煙器組所產生的白煙，於進行熱煙試驗之可行性。. 圖 4.5-1. 火 災 規 模 4 MW 之 全 尺 度 實 驗 情 形. （資料來源：本研究整理）. 57.
(74) 性能式煙控系統設計與檢證規範之研究. ⊙實驗結果分析： 經本項全尺度熱煙試驗結果分析，光電式分離型偵 煙 探 測 器 第 一 組 與 第 二 組 ， 於 22 秒 及 43 秒 鳴 動 。 與 先 前燃燒汽油盤之熱煙實驗結果比對，光電式分離型偵煙 探 測 器 第 一 組 與 第 二 組 ， 分 別 於 18 秒 及 42 秒 鳴 動 ， 如 下 表 4.5-1 所 列 。 經本項全尺度熱煙試驗結果分析，本發煙器實驗之 鳴動時間與汽油盤實驗之鳴動時間，實驗結果比對相當 吻合，在可接受工程裕度內。因此，應用發煙器組所產 生的白煙，進行熱煙試驗相當可行。. 表 4.5-1. 火 災 規 模 為 4 MW 之 探 測 器 鳴 動 時 間. 探測器名稱. 光電式分離型. 光電式分離型. 偵煙探測器. 偵煙探測器. 第一組. 第二組. 22. 43. 18. 42. 本發煙器實驗之 鳴 動 時 間 (s) 汽油盤實驗之 鳴 動 時 間 (s) （資料來源：本研究整理）. 58.
(75) 第四章. 第六節. 全尺度熱煙試驗與程序及規範之制訂. 火 災 規 模 5 MW 之 全 尺 度 實 驗 結 果 分 析. ⊙實驗情境描述： 本 實 驗 為 假 設 發 生 5 MW 之 火 災 情 境 ， 進 行 實 驗 前 先將發煙器組裝置完成。俟發煙器組裝置完成後，將火 盤涵蓋整個發煙器組之煙流導管發煙區域。 首先將光電分離型偵煙探測器開啟，接著將發煙器 之 發 煙 量 按 照 5 MW 之 火 災 情 境 調 整 完 成 ， 點 燃 火 盤 後 啟動發煙器，白煙順著煙流導管噴至實驗場地大空間 中 ， 如 圖 4.6-1 所 示 。 人 員 通 報 探 測 器 鳴 動 時 間 並 記 錄，再與先前火盤燃燒汽油之熱煙實驗比對，以評估發 煙器組所產生的白煙，於進行熱煙試驗之可行性。. 圖 4.6-1. 火 災 規 模 5 MW 之 全 尺 度 實 驗 情 形. （資料來源：本研究整理）. 59.
(76) 性能式煙控系統設計與檢證規範之研究. ⊙實驗結果分析： 經本項全尺度熱煙試驗結果分析，光電式分離型偵 煙 探 測 器 第 一 組 與 第 二 組 ， 於 13 秒 及 43 秒 鳴 動 。 與 先 前燃燒汽油盤之熱煙實驗結果比對，光電式分離型偵煙 探 測 器 第 一 組 與 第 二 組 ， 分 別 於 9 秒 及 40 秒 鳴 動 ， 如 下 表 4.6-1 所 列 。 經本項全尺度熱煙試驗結果分析，本發煙器實驗之 鳴動時間與汽油盤實驗之鳴動時間，實驗結果比對相當 吻合，在可接受工程裕度內。因此，應用發煙器組所產 生的白煙，進行熱煙試驗相當可行。. 表 4.6-1. 火 災 規 模 為 5 MW 之 探 測 器 鳴 動 時 間. 探測器名稱. 光電式分離型. 光電式分離型. 偵煙探測器. 偵煙探測器. 第一組. 第二組. 13. 43. 9. 40. 本發煙器實驗之 鳴 動 時 間 (s) 汽油盤實驗之 鳴 動 時 間 (s). 60.
(77) 第四章. 第七節. 全尺度熱煙試驗與程序及規範之制訂. 建立全尺度熱煙性能試驗程序. 經本研究於內政部建築研究所防火實驗中心進行上 述之全尺度熱煙試驗後，可歸納全尺度熱煙性能試驗程 序如下所列：. 1. 確 認 實 驗 現 場 防 護 設 施 完 備 。 於進行實驗前，必須確認實驗現場防護設施完 備，方可進行下一實驗程序。. 2. 相 關 量 測 儀 器 置 於 預 定 之 量 測 位 置 上 。 此步驟將依照每個實驗項目，將量測儀器置於 預定量測位置上，並確認量測儀器有無放置牢固。. 3. 將 火 盤 放 置 在 預 定 位 置 上 。 將火盤放置在預定位置上，並確認火盤底部之 保護設施完備。. 4. 火 盤 四 周 放 置 滅 火 設 備 。 於火盤四周放置滅火設備，可預防突發狀況之 發生，同時用來熄滅「點火把」之火焰。. 5. 火 盤 注 入 燃 料 。 依照預定之火災規模，注入火盤適當數量燃料。. 61.
(78) 性能式煙控系統設計與檢證規範之研究. 6. 開 啟 量 測 系 統 。 將量測儀器固定於之量測位置後，確認系統運 作正常，開啟量測系統進行記錄。. 7. 開 啟 影 像 記 錄 系 統 。 開啟量測系統進行記錄後，隨之開啟影像記錄 系統進行記錄，確認系統運作正常。. 8. 點 火 ， 並 觀 察 煙 流 動 特 性 與 現 象 。 倒數結束，以「點火把」點燃火盤。人員利用 攝影機觀察並記錄火場煙流動特性與現象。. 9. 依 照 實 驗 規 劃 開 啟 相 關 之 風 機 與 排 煙 閘 門 。 依照每個實驗項目之規劃，開啟相關之風機與 排煙閘門。. 10. 實 驗 結 束 ， 關 閉 風 機 與 排 煙 閘 門 。 本 實 驗 中 各 實 驗 項 目 的 測 試 時 間 ， 預 計 為 30 分鐘。隨即實驗結束，關閉風機與排煙閘門。. 11. 關 閉 量 測 系 統 與 分 像 記 錄 系 統 ， 進 行 數 據 整 理 分 析 。 關閉量測系統與影像記錄系統，工作人員收集 並整理實驗數據，做成記錄加以整理分析。. 62.
數據
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