建築物火災時煙控系統運轉策略分析
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(2) 1980年11月21日清晨，美國拉斯維加斯米高梅飯店（MGM Grand Hotel）發生火災。共造成了85人死亡，600餘人受傷，財物損失估計約 為三千萬美金至五千萬美金之間，為美國十幾年來傷亡慘重的火災之 一。 拉斯維加斯米高梅飯店為一棟賭場式飯店，樓高26層的建築物， 其部分建材為防火材料。一樓有賭場、各式餐廳、酒吧、櫃台及咖啡 廳等等。地下樓則有商店街、美容院、戲院、停車場與機房等設施。 而客房部分總共有2083間，是位於第五層及第二十五層間，以" T "字 形建築於賭場大廳之上。而在" T "字形的三個頂端則是逃生梯。 飯店發生火災的原因，根據美國防火協會（National Fire Protection Association, NFPA）災後的調查，最有可能的，乃是位於一樓的熟食餐 廳（Deli）電線短路走火，引燃夾板而造成火災。 根據後來生還的幾位目擊者描述，大概在早上七點五分至七點十 分左右，看到位於一樓賭場旁的熟食餐廳冒出火和煙。七點十五分時， 餐廳的火焰很大，煙已流出餐廳積在走道上方。此時飯店的工作人員 才通知當地消防單位前來救火，四分鐘後第一批消防人員抵達。到了 七點二十分，煙已沈積在賭場天花板下達6吋至8吋間的厚度。火也已 經燒到熟食餐廳外面，而消防人員也已到達了火場看到了火焰。此後 二、三分鐘之內，火勢迅速蔓延，整個賭場陷入火場中。煙也充滿了 整個一樓空間，並藉由各處進出飯店的大門流出飯店外，竄到街道上。 到了七點三十五分，部分的火延燒到第五層的客房區。但八點三 十分時，一樓賭場的火勢已被控制住。漸漸地，各處的火亦被控制並 熄滅。到下午三點左右，火已完全撲滅。約晚上八點時，停止了所有 救災行動。. -2-.
(3) 根據災後的調查，死亡八十五人的位置，可用表1-1顯示。若以各 樓層死亡人數來統計，則可用圖1-1來表示。從圖中可以非常明顯看出， 八十五名罹難者中，絕大多數為在飯店高層客房部分死亡。就是意謂 著，本次火災致死的人，地點為離火場很遠的地方，或者說就是在沒 有火的地方。是故本次火災，" 煙 "是最大兇手。 而造成煙會蔓延到整棟建築物的原因，為飯店的空調系統。火災 發生時並未斷電，仍繼續運轉，煙便會沿著空調系統的風管，到處竄 流。其次各房間的風管與走道相接，即火災發生時，風管會將走道的 煙抽入房間內。此設計不當，房間送風口並未獨立，於是在客房部分 造成重大傷亡。另外在所有空調系統的管路中雖裝有防火擋板（Fire Damper），但並未設置煙偵測器（Smoke Detector），故火災時防火擋 板無法發揮效用，煙仍可繼續沿著空調系統的風管，到處流動。 除了空調系統設計不當外，飯店一樓只是部分空間裝有自動灑水 系統（Automatic Sprinklers），以致讓火場溫度居高不下，亦使煙易於 流動。更諷刺的是，起火地點熟食餐廳以及火勢最大的賭場，並未裝 有自動灑水系統。以致不能抑制煙的溫度，煙的熱浮力與熱膨脹效應 就更顯著了。 故基於以上二個國內外火災案例分析，本計劃主要內容為經由蒐 集各先進國家目前採行之有關建築物強制式煙控制設計理念加以分 析；配合國內煙控系統使用現況及習性，研擬火災時煙控系統之最適 化運轉策略。 目前我國建築技術規則規定每平方公尺樓地板面積須具有1CMM （每分鐘1立方公尺）之排煙量。依此推算於目前新建大樓其樓地板面 積較大者，所設計排煙量將嚴重超容量（Oversize），且將造成居室與 排煙前室（Smoke Lobby）間過大之壓差而致逃生時門打不開。本研究. -3-.
(4) 將對此規定之合理性進行數量化評估（Quantitative Analysis）與電腦模 擬，並嘗試提出建議對策。 本計劃並將分析及模擬於不同火災情況下（例如逃生門/窗被人員 及/或救火隊員打開），其壓力煙控之設計運轉對策，而建立我國之強 制式煙控應用技術與規劃原則。. 表1-1 飯店各位置死亡人數 發現地點. 死亡人數. 電梯. 6. 樓梯間. 9. 走廊. 22. 房間. 25. 屋頂. 3. 賭場. 8. 23 21 19 17 15. 樓 13 層 11 9 7 5 3 1 0. 2. 4. 6. 8. 10. 12. 死亡人數. -4-. 14. 16. 18. 20.
(5) 圖1-1 各樓層死亡人數統計. -5-.
(6) 1.2 研究方法與步驟 本計劃之進行首先蒐集各先進國家採行之建築物強制式煙控制系 統設計理念及運轉策略，並進行各類系統之性能比對分析。 同時，對於我國現行建築技術規則之排煙規定之合理性進行數量 化評估，並嘗試提出修改建議及對策。 在經由電腦模擬，於火災發生後壓力梯度之建立及人員與救火移 動路徑，進行分析以發展完整的應用技術。其詳細進行步驟，示如下 流程圖：. 圖1-2 計劃流程圖. -6-.
(7) 第三章 3.1. 樓梯間加壓煙控系統. 樓梯間加壓系統基本設計 樓梯間加壓化之目的，就是讓建築物於火災發生時，能將該樓梯. 間形成可供人暫時待守的無煙環境，以提供救火人員準備救火時一個 發動場所。而對於火災的樓層，正壓化的樓梯間則需維持該層樓梯間 的門內外之壓力差，以限制火災區煙流的滲透。 由許多國內、外火災案例分析得知，樓梯間常是濃煙的流通與積 集的管道。例如之前所提的嘉義「嘉年華大樓」火災，死亡的11人之 中，有6人在樓梯間內被濃煙嗆死。又美國「米高梅飯店」大火中，分 析重大傷亡的原因，為濃煙經由空調系統擴散或濃煙進入樓梯間而阻 礙人員之逃生路徑為主。 樓梯間之所以成為建築物火災中致命的關鍵，原因為煙於垂直的 移動速度遠大於人員爬樓梯的逃生速度。煙水平移動的速度約為0.5∼ 0.75 m/sec，而水平移動的速度則約為1.5∼2.0 m/sec。因人員速度大於 煙水平擴散的速度，故水平逃生獲救之機率較大。而煙垂直上升的速 度約為1.5∼3.5 m/sec，而人員爬樓梯的速度只約為0.5 m/sec。人員逃 生的速度顯然比煙的流動速度慢的很多，當然非常容易威脅人命。故 樓梯間加壓的必要性，不僅在保護人命，亦是阻擋煙向上的流動。 基本上，梯間正壓化仍是利用送風機、風管以及氣密性高的樓梯 間牆壁與屋頂，在火災發生時，讓樓梯間內產生應有之壓力，使煙不 易進入。並且在樓梯間門開啟時之瞬間，能夠產生往梯間外流動的氣 流，以降低煙流進入樓梯間之量。 樓梯間加壓系統又可分為單級（Single-Stage）雙級（Two-Stage） 兩種加壓方式。常見的樓梯間加壓系統設計只有在火災發生時才作 - 20 -.
(8) 用，此為單級的樓梯間加壓。而所謂雙級的樓梯間加壓，即平時就在 樓梯間內送比較小的風量，而使樓梯間與居室之間平時就保持微小的 壓力差。而緊急時再開大風機，讓樓梯間與居室之間有較大的壓力差。 雙級加壓方式的優點為於火災初期，樓梯間尚未建立起較大壓力差 時，能擋住少量的煙向樓梯間蔓延，使得樓梯間無論任何時刻皆為無 煙的空間。 送風機之位置可在頂層、中間層或底層。而在樓梯間內則可有風 管形式，如圖3-1所示。或無風管形式，如圖3-2所示。對於有送風管 式的樓梯間加壓煙控系統，其出風口可幾個樓層劃為一區，共用一出 風口。只要在樓梯間維持一最小壓力，不使火場的煙滲入即可，如圖 3-3所示。 其次，樓梯間正壓化煙控系統讓樓梯間內產生應有之壓力，使煙 不易進入樓梯間內。若壓力太小易讓煙流入，如壓力太大則樓梯間的 門不易推開。故須於樓梯間正壓化煙控系統內加入某些措施，以洩掉 樓梯間內的壓力，維持一個定壓。常見的方法有三： (1)逃生口洩壓： 當樓梯間正壓化煙控系統啟動時，樓梯間位於地面的出口自動 打開，則氣流通往外界，達到洩壓得目的，如圖3-4所示。但若洩 漏面積過大，容易造成樓梯間內壓力分布不均。 (2)壓力風門洩壓： 於樓梯間與居室區之間裝設壓力風門（Barometric Damper）， 以維持適當的壓力差，如圖3-5所示。由於洩漏面積小，樓梯間內 壓力分布較均，且所須選用風機容量比逃生口洩壓方式小。 (3)變風量洩壓：. - 21 -.
(9) 為藉由壓力感應器（Pressure Sensor）控制風機的送風量，維 持適當的壓力差，如圖3-6所示。此方法所選用風機容量最小，樓 梯間內壓力分布最均勻。. - 22 -.
(10) 圖3-1. 有風管之樓梯間正壓化煙控系統. 圖3-2. 無風管之樓梯間正壓化煙控系統 - 23 -.
(11) 圖3-3. 圖3-4. 樓梯間正壓化煙控系統之樓層區劃. 逃生口洩壓式樓梯間正壓化煙控系統. - 24 -.
(12) 圖3-5. 圖3-6. 壓力風門洩壓式樓梯間正壓化煙控系統. 變風量洩壓式樓梯間正壓化煙控系統. - 25 -.
(13) 3.2. 影響樓梯間壓力分佈的因素 樓梯間加壓煙控系統為目前最為廣泛使用的強制式煙控系統，設. 計時最需注意的，為如何依循法規而設計出既安全又可靠的系統。綜 觀世界各先進國家的防煙法規，其中有關樓梯間加壓系統方面，通常 規定居室與樓梯間的最小壓力與最大壓力或開啟逃生門的最大力量。 於設計樓梯間加壓煙控系統時，須規範樓梯間與居室之間的最小 壓力差，目的乃為有效防止居室的煙流入樓梯間內，保持樓梯間為一 無煙的逃生路徑。另外規定樓梯間與居室之間的壓力差不得超過某壓 力差值，則是防範因樓梯間的壓力太大，使得從居室欲往樓梯間逃生 的人推不開門的狀況。尤其是當火災樓層實施緊急排煙時，該樓層居 室與樓梯間之間的壓力差更大時。 對樓梯間與居室之間的最大壓力差之要求，亦有以開門的最大力 量來表示。計算開門的力量可以用下列式子：. F = Fr +. WAr ∆P 2( W − d ). （3-1）. 其中式子前面一項Fr為克服門閂（Closer）與開門時摩擦力的總 力，後面一項為克服門兩側壓力差所需的力量，如圖3-7所示。一般的 門其克服門閂（Closer）與開門時摩擦力的總力約為44 N（10 lb）。 於澳洲的防煙法規規定，樓梯間與居室之間的壓力差不得小於50 Pa（0.20 in w.）。而開啟居室通往樓梯的門之力量，不得大於110N（25 lbs）。當樓梯間的門被打開時，其風速不得小於1 m/s（200 fpm）。 而美國BOCA（Building Officials and Code Administrators）建築法規， 也規定樓梯間與居室之間的壓力差不得小於37 Pa（0.15 in w.），而當 樓梯間所有的門關閉時，樓梯間與居室之間的最大壓力差不得大於87 Pa（0.35 in w.）。 - 26 -.
(14) F. d A∆P W 圖3-7. 開門力量示意圖. 圖3-8. Ksw比重常數表. - 27 -.
(15) 另外，美國紐約市的地方法規亦規定，樓梯間與居室的壓力差需 介於25 Pa（0.10 in w.）及100 Pa（0.40 in w.）之間。英國的BSI（British Standard Institution）要求加壓的樓梯間前需應設置一前室（Lobby）， 以減低因樓梯間的門被打開後所損失的壓力。而其要求樓梯間與居室 之間的壓力差不得小於50 Pa（0.20 in w.），為世界各國中較高的值。 以上所述，為樓梯間加壓系統運轉後，樓梯間內其壓力值的要求。 但因樓梯間為一垂直的豎井，其壓力分佈並非完全均勻。而影響樓梯 間壓力分佈的主要因素有三： (1)煙囪效應 (2)豎井長度壓損 (3)加壓風機位置 當建築物外部的氣溫比內部氣體溫度低時，則在建築物內部空 間，如樓梯間、電梯豎井及管路間等，有向上的氣流產生。會形成此 種現象，乃是建築物室內空氣溫度較高，導致其密度較外氣為低。故 形成向建築物內部的壓力差，氣流就沿著建築物豎井部份向上竄升。 稱這種現象叫正煙囪效應（Normal Stack Effect）。相反地，當外氣溫 度較建築物內部為高時，室內空氣其密度較外氣為高，形成向建築物 外部的壓力差。則建築物內部豎井空間則有向下的氣流產生，稱此現 象為逆煙囪效應（Reverse Stack Effect）。 煙囪效應的大小是隨著建築物高度及內外溫度差之值而改變，其 大小可寫成：. ∆Pso =. gP 1 1 ( − )h R To Ts. （3-2）. 由上式可得，建築物的高度約要100公尺以上才會有2∼3Pa 的壓 力差，且由於台灣地區無論在冬季或夏季建築物內外的溫差皆不是很 大，故煙囪效應於台灣的建築物樓梯間內的影響不是很大。 - 28 -.
(16) 豎井長度壓損是跟樓梯間的幾何構型及樓梯間氣流流動的情形有 關，這跟空調系統中風在風管內流動的壓損有類似的關係。於建築物 煙控程式中，將樓梯間視為一垂直相通的豎井，並且考慮氣體在豎井 中流動的阻力。以豎井流動係數（Shaft Flow Coefficient），用來表示 樓梯間的尺寸及其內部的設計。豎井流動係數Cs的定義如下：. Cs =. m& Pf. （3-3）. 在式中Pf為於氣體流動方向的壓力降。但實際運用時常把（3-3） 改寫成如下： 5. Cs = K sw. A4 1 L2. （3-4）. 其中A為樓梯間的截面積，L為樓梯間一層的高度，而Ksw為比重 常數（Proportionality Constant），取決於樓梯間的逃生密度與樓梯梯 階（Stair Treads）為空心（Open）或密實（Close），如圖3-8所示。 至於加壓風機的位置，通常配合機房的擺設而將風機放置在最頂 層，而讓加壓的風往下吹。故最上層的風壓可能較大，不過可藉由垂 直區劃的觀念將數樓層規劃成一區，獲得較均勻的壓力分佈。這將在 後面的建築物煙控模擬程式中討論。. - 29 -.
(17) 3.3 3.3.1. 樓梯間加壓系統風量簡算 一般建築物 此處將利用簡單的計算式子，約略推算出建築物內樓梯間加壓煙. 控系統所需的風量，以代入煙控程式中進行精算。在樓梯間加壓煙控 系統簡算步驟中，假設於豎井內的氣體流動不因摩擦力的原因而有壓 力降。且於建築物居室間的氣流沒有垂直方向的流動。 樓梯間內每個高度 y 的壓力 Ps ，與樓梯間底部 Psb 的關係可寫 成：. PS = PSb − ρS gy. （3-5）. 同樣地，外界某高度 y 的壓力 Po，與水平面的壓力（Hydrostatic） Pob 的關係可寫成：. PO = POb − ρO gy. （3-6）. 故樓梯間與外界的壓力差可寫成：. ∆PSO = PS − PO = ∆PSOb + gy ( ρO − ρS ). （3-7）. 假設適用於理想氣體定理，則（3-7）式改寫成：. ∆PSO = ∆PSOb + by. （3-8）. 其中 b 為溫度常數（Temperature Factor）：. b=. gP 1 1 ( − ) R TO TS. （3-9）. 則居室與樓梯間的壓力差可寫成：. - 30 -.
(18) ∆PSB = ∆PSB min +. by A 1 + ( SB )2 ABO. （3-10）. 其中 ∆PSB min 為居室與樓梯間壓力差的最小值。此值會因季節的不 同，或者說受煙囪效應的影響，使其發生位置有所不同。故當夏天時， 為逆煙囪效應（Reverse Stack Effect），居室與樓梯間壓力差的最小值 發生於樓頂，如圖3-9所示。而當冬天時，為正煙囪效應（Normal Stack Effect），居室與樓梯間壓力差的最小值發生於建築物底部，如圖3-10 所示。 因藉風機送風至樓梯間，則每單位高度從居室至樓梯間的流量：. dQ = CAe. 2∆PSB. ρ. （3-11）. dy. 其中 Ae 為：. Ae =. NASB H. （3-12）. 故（3-12）式可寫成. dQ =. NCASB 2( ∆PSBb + by ) / ρdy H. （3-13）. 若從 y=0，即建築物底部，積到 y=H，建築物頂部，則可得：. - 31 -.
(19) ∆. PSB. ∆. ASB. ∆ P SB. ∆ PBO. y. 壓力中性帶. 熱. H. 居室. 豎 井. ABO. PSO. 冷 0 ∆P. 圖3-9. 夏季逆煙囪效應. ∆ P SB. 豎 井. ∆ PBO. H. 居室. ASB. ABO. ∆ P SB. ∆ PBO. y. 壓力中性帶. 熱. 冷. 0 ∆P. 圖3-10. 冬季正煙囪效應. - 32 -.
(20) 2. QSB. 2. 2 2 ∆PSBt3 − ∆PSBb3 = NCASB ( ) 3 ρ ∆PSBt − ∆PSBb. （3-14）. 或者寫成：. QSB = GNASB. （3-15）. 便可估算樓梯間加壓煙控系統所需的風量。 3.3.2. 樓層較低建築物簡算 若在於樓層較低建築物中，其整個樓梯間的壓力分佈較為均勻。. 亦即煙囪效應、壓力損失以及風機位置的等三因素較不影響壓力分 佈。故在樓層較低建築物中的樓梯間加壓系統，其頂部與底部的壓力 差幾乎相等。 從（3-14）式中得： 1. 1. 1. 2 2 ( ∆PSBt 2 − ∆PSBb 2 )[ ∆PSBt + ( ∆PSBt ∆PSBb ) 2 + ∆PSBb ] QSB = NCASB 1 1 1 1 3 ρ ( ∆PSBt 2 − ∆PSBb 2 )( ∆PSBt 2 + ∆PSBb 2 ). （3-16）. 若假設 C = 0.65，ρ = 1.2 kg/m3，則（3-16）式可簡化為： QSB = 0.559 ASB. [ ∆PSBt + ( ∆PSBt ∆PSBb ) ( ∆PSBt. 1. 2. 1. 2. + ∆PSBb ]. 1. + ∆PSBb 2 ). （3-17）. 如果 ∆PSBt ≈ ∆PSBb ≈ ∆P ，則 QSB = 0.559 ASB. 3∆P 2 ∆P. 1. QSB = 0.839 ASB ( ∆P ). （3-18） 2. 1. （3-19）. 2. 從（3-19）得知於樓層較低建築物中的樓梯間，其加壓的設計風 量可簡單寫成與樓梯間與居室的流動面積 ASB 及所需的壓力差 ∆P 的計 算式。其中樓梯間與居室的流動面積 ASB 在樓梯間門關閉為其縫隙，而 當樓梯間門被打開時為其門的面積，通常以門整個面積的一半計算。. - 33 -.
(21) 而所需的壓力差 ∆P 則為法規所規定的最小值以上，如加拿大的25Pa、 英國的50Pa 等。 而在英國的建築法規 BS5588 Part 4中，同樣有類似的式子： QSB = 0.827 ASB ( ∆P ). 1. （3-20）. N. 其中 N 取2時，通常指沿著門或較大開口的縫隙。而取1.6時，則指較 窄的縫隙，如沿著窗戶。 3.3.3. 簡算步驟 故歸納以上所述，計算樓梯間加壓所需風量可分為下列步驟：. 步驟一： 確立設計條件： 1. ABO 為居室與外界的流動面積。 2. ASB 為居室與樓梯間的流動面積。 3. N 為建築物樓層數。 4. H 為建築物高度。 5. T0 為外氣平均溫度。 6. TB 為建築物居室平均溫度。 7.. ΔPmax. 為允許的最大壓力差。. 8.. ΔPmin. 為允許的最小壓力差。. 步驟二： 計算溫度常數， b =. 1 gP 1 ( − )。 R TO TS. 步驟三： 選定一允許的最小壓力差 ∆Pmin ，當成 ∆PSB min 值。代入：. - 34 -.
(22) ∆PSB max = ∆PSB min +. bH ，並檢查 ∆PSB max 是否超過 ∆Pmax。 ASB 2 1+ ( ) ABO. 步驟四： 計算所需風量， QSB = GNASB 。 因步驟三中的 ∆PSB max 與 ∆PSB min 會依季節的不同，而發生的地點 不同。故利用此簡算步驟時，須夏、冬兩季分別計算所需最小總風量。 在於這兩季的總風量中，挑出較大者作為設計參考。. - 35 -.
(23) 第四章 4.1. 機械排煙煙控系統. 我國現行法規對排煙系統相關規定之探討 在我國「建築技術規則」，建築設計施工篇第四章防火避難設施. 及消防設備第二節排煙設備中，第一ＯＯ條規定，於幾種類別的建築 物，其每層樓地板面積超過五ＯＯ平方公尺者，應設置排煙設備。 再於第一Ｏ一條第四項規定：「排煙口如裝設排煙機，應能隨排 煙口之開啟而自動操作，其排風量不得小於每分鐘一二Ｏ立方公尺， 並不得小於防煙區劃部分之樓地板面積每平方公尺一立方公尺。」， 故法規中之排煙量，被認定為跟樓地板面積成直接正比例關係。 但事實上，火場的排煙量應直接正比於發煙量。當每單位時間之 排煙量大於每單位時間之發煙量時，配合防煙區劃、防煙垂壁或灑水 系統之設置，則火場產生的煙可由排煙系統所控制。而將煙限制在火 場房間天花板下某個高度內，維持煙層底下之無煙明確的逃生通道。 反之當排煙量小於發煙量時，則火場的煙可能逐漸往下蓄積，影響人 的逃生。 而發煙量與火源大小及火場外氣進入量有密切關係。在設計上而 言，就是其火源周長P（Perimeter of Fire）與煙層（Smoke Layer）離地 板高度Y，決定了發煙量Mm，如圖4-1所示。而發煙量可用以下式子表 示： Mm = 0.2 P Y. （4-1）. 3/2. 其中 Mm 為每秒所產生煙的公斤數，P為周長、Y為煙層底部至樓 地板之淨高，單位為公尺。發煙量亦可以體積表示，則每秒產生立方 公尺煙 Mv 可寫成： - 35 -.
(24) Mv =. （4-2）. Mm 122 . × (290 / T + 273). 因此若假設火源大小為典型的 3m × 3m，根據上述二式求得各種 淨高之下與不同溫度的發煙量，如表4-1所列： 表4-1. 發煙量與淨高的關係（3m × 3m） Mv ( m3/min ). Y. Mm. (m). (kg/sec). 500 oC. 200 oC. 25 oC. 1. 2.4. 314.4. 193.3. 121.3. 1.5. 4.41. 577.7. 355.2. 222.9. 2. 6.79. 889.5. 546.8. 343.2. 2.5. 9.49. 1243.2. 764.3. 479.7. 3. 12.5. 1637.6. 1006.7. 631.8. 當火源大小為 6m × 6m 時，不同淨高與溫度的發煙量，如表4-2 所列： 表4-2. 發煙量與淨高的關係（6m × 6m） Mv ( m3/min ). Y. Mm. (m). (kg/sec). 500 oC. 200 oC. 25 oC. 1. 4.8. 628.8. 386.6. 242.6. 1.5. 8.82. 1155.4. 710.4. 445.8. 2. 13.58. 1779. 1093.6. 686.4. 2.5. 18.98. 2486.4. 1528.6. 959.4. 3. 25. 3275.2. 2013.4. 1263.6. 假設一寬 20 公尺、長 30 公尺及高 3.5 公尺的空間，依據我國 「建築技術規則」第四章第二節第一ＯＯ條規定在其內裝置排煙設 - 36 -.
(25) 備，再依第一Ｏ一條第四項排煙量為 600 m3/min。若發生 3m × 3m的 火災，火場溫度為 200 oC時，根據表4-1所列，大概只能勉強維持約 2 公尺的淨高。但隨著火場溫度提高時，甚至火源變大時，其排煙煙控 系統所能維持的淨高就愈低，人就愈加危險了。 因此，以樓地板面積直接來換算所需的排煙量的確不合宜，值得 商確。. - 37 -.
(26) 4.2. 防煙垂壁所需深度之省思—– 壓力中性面與排煙 當火災發生時，火場的高溫影響了煙與空氣的密度，再由於密度. 的不同而導致火場內外的壓力差，因而產生了流動的動力，如圖4-2所 示。 在圖中，假設左邊為火災區，其樓地板附近壓力為 P01，天花板附 近的壓力為 P1。右邊為非火災區，其樓地板附近壓力為 P02，天花板 附近的壓力為 P2。若假設左邊火災區的密度為 ρ1，右邊非火災區的密 度為 ρ2，則 P01 與 P1、P02 與 P2 之關係可寫成： P01 − ρ1gz = P1. （4-3）. P02 − ρ2gz = P2. （4-4）. 上述二式中 g 為重力加速度， z 為樓地板至天花板之高度。故 （4-3）式與（4-4）式可分別表示火災區空間與非火災區空間從地面至 天花板間的壓力分布。由於二個壓力分布型態不同，故二空間接壤處， 會有圖4-3的情況產生。 而兩壓力分布相等之處，稱為壓力中性面（Neutral Pressure Plan， NPP）。在壓力中性面以上的壓力分布為左邊火災區大於右邊非火災 區，故左邊火災區的煙流向右邊非火災區。相反地，在壓力中性面以 下的壓力分布為左邊火災區大於右邊非火災區，故右邊非火災區的空 氣流進左邊火災區。壓力中性面的位置Zn，可用以下方法求出： ∆P = ( P01 − ρ1gz ) − ( P02 − ρ2gz ) 0 = ( P01 − P02 ) − ( ρ1 − ρ2 ) g Zn Zn = ( P01 − P02 ) / ( ρ1 − ρ2 ) g. - 38 -. （4-5）.
(27) 根據以上所描述壓力中性面上、下方的流動情形，排煙煙控系統 運轉策略可由兩方面著手：一為自然式，二為強制式。 在排煙煙控自然式運轉策略方面，即讓防煙垂壁下垂之長度至 Z - Zn 以上。則在壓力中性面以上所有的煙，將因防煙垂壁的阻擋以 及排煙，而不能流到非火災區，如圖4-4所示。故在火災區內的排煙機 能確實抽到煙，煙不會蔓延到非火災區，充分發揮防煙區劃的功能。 且於火災區內，又能維持壓力中性面 Zn 高度以上的淨高，有利於火 災區內人的逃生。 同理，排煙煙控強制式運轉策略，即應藉著排煙量之選取，配合 防煙垂壁的設置，使得壓力中性面的高度上升至防煙垂壁下垂的長度 內。同樣地，跟上面自然式運轉策略一樣效果，在壓力中性面以上所 有的煙，因防煙垂壁與機械排煙而不流到非火災區內，確保非火災區 為無煙狀態。 至於如何將壓力中性面的高度上升至防煙垂壁下垂的長度內，則 與壓力中性面下方進入火災區的空氣流量有關。假設流入的流量為 M1→2 時則根據流量公式： M1→2 =. ∫. Zn. 0. （4-6）. CA 2ρ 2 ∆Pdh. 若假設為理想氣體，則（5-6）式可寫成： M1→2 =. ∫. Zn. 0. CA 2ρ 2. gPatm 1 1 [ − ]hdh R T2 T1. （4-7）. 其中 Patm 為大氣壓力、R 為理想氣體常數，T1、T2分別為火災區 溫度及非火災區溫度。若再假設 C = 0.65，非火災區空氣密度 ρ2 = 1.22 時，則（4-7）式可簡化為：. - 39 -.
(28) M1→2 = 40 A. 1 1 1.5 Zn − T2 T1. （4-8）. 因此若排煙量 Me 等於 M1→2，且防煙垂壁下垂的高度剛好至壓 力中性面的高度時，則火災區的煙正好不會流到非火災區內，如圖4-5 所示。故當設計機械排煙時，其排煙量應大於或等於 M1→2，才能使得 壓力中性面的高度上升至防煙垂壁下垂的長度內，確保煙不會流至火 場外的區域，如圖4-6所示。 綜合以上排煙煙控系統自然式與強制式運轉策略，防煙垂壁下垂 高度是與壓力中性面的高度有關。而壓力中性面的高度，又可藉機械 排煙的排煙量來調整。故排煙量與防煙垂壁下垂高度，經由壓力中性 面而產生關係，此為設計機械排煙煙控系統時必須考慮條件之一。. P2. P1 火場. Z. Po2. Po1. 圖4-2 火場內外壓力分布圖. - 40 -.
(29) 火場 壓力中性面 Zn. 圖4-3 壓力中性面高度. 火場. 垂壁 壓力中性面 Z Zn. 圖4-4 防煙垂壁下垂長度至少 Z - Zn. - 41 -.
(30) 排煙 垂壁 壓力中性面. 火場. Z Zn. 圖4-5 排煙量使壓力中性面位於垂壁之正下方. 排煙 垂壁 壓力中性面 火場. Z Zn. 圖4-6 排煙量使壓力中性面位於垂壁之內. - 42 -.
(31) 4.3. 小區劃不用排煙設備之省思—發煙量之計算 根據民國八十五年三月公佈的「各類場所消防安全設備設置標準」. 第四章第三節排煙設備，第一百八十八條規定下列處所免設排煙設 備，包括： 一、建築物在第十層以下各樓層（地下層除外），其非居室部分 (一)天花板及室內牆面，以不燃材料或耐燃材料裝修，且除面向室外之 開口外，以甲、乙種防火門窗區劃間隔者。 (二)樓地板面積每一百平方公尺內，以防煙壁區劃間隔者。火牆、防火 樓板及甲、乙種防火門窗區劃間隔，且藉以判斷不必裝置排煙設備。 二、建築物在第十層以下各樓層（地下層除外），其居室部分 (一)樓地板面積每一百平方公尺內，以防火牆、防火樓板及甲、乙種防 火門窗區劃間隔，且天花板及室內牆面，以不燃材料或耐燃材料裝 修者。 (二)樓地板面積每一百平方公尺以下，天花板及室內牆面，且包括其底 材，均以不燃材料裝修者。 三、建築物在第十一層以上之各樓層，樓地板面積每一百平方公尺內， 以防火牆、防火樓板及甲、乙種防火門窗區劃間隔，且天花板及室 內牆面，以不燃材料或耐燃材料裝修者。 此種現象，跟之前的情況一樣，皆犯了「齊頭式」的平等。本報 告認為居室內需不需要裝置排煙設備，應回歸房間內發煙量大小的計 算，以發煙量的大小來決定是否裝置排煙設備，而不是以居室的面積， 亦不能以居室的裝修材料，來判斷要不要排煙設備。因為居室內的內 容物才是我們應注意的重點。. - 43 -.
(32) 舉一個例子，醫院內的病房面積多不大，小於一百平方公尺，且 其裝修材料皆為不燃材料。但病房內皆是易燃物，如棉被、枕頭、衣 物等等。一旦發生火災必產生大量濃煙，若不設排煙設備豈不非常危 險。 故以居室面積或居室裝修材料來判斷需不需要排煙設備非常不合 理，建議仍應回歸到房間內容物發煙量的大小判斷，才是解決之道。. - 44 -.
(33) 4.4. 實際排煙量之決定 從以上討論可得，排煙量之選定應與火源大小及淨高或者進氣面. 積有密切關係。設計機械排煙時，若依樓地板面積來決定排煙量，恐 怕有偏差。且亦不能因樓地板面積太小而不裝設排煙設備。 實際設計之煙控系統可將建築物大致分為面積較小的密閉空間以 及較大的連通空間。 在設計面積較小的密閉空間時，如圖4-7，其排煙量用其火源大小 和所欲維持的淨高來決定。即利用表4-1與表4-2，將 Y 值與 P 值代 入，求出最小排煙量。其中，表4-1適用於有灑水裝置的典型辦公室、 商店，而表5-2則適用於無灑水裝置的典型辦公室、商店。 而設計面積較大連通空間的排煙系統時，如圖4-8，排煙量的大小 與壓力中性面的高度及兩側開口面積有關。. 圖4-7 面積較小的密閉空間. A. Zn. - 45 -. A.
(34) 圖4-8 面積較大連通空間. - 46 -.
(35) 第五章、建築物煙控系統模擬程式 5.1. 煙控程式原理簡介 在本報告中，將利用美國冷凍空調協會（American Society of. Heating, Refrigerating and Air - Conditioning Engineers, ASHRAE），所 發展的建築物煙控設計程式，模擬各種煙控策略。主要可從程式中， 計算建築物內居室部分（Compartment）與樓梯間（Stairwell）及電梯 所構成的豎井部分（Shaft），其間的壓力差。 煙控程式可模擬的建築物煙控策略包括有：機械排煙、樓梯間加 壓、樓梯間前室加壓（Vestibule Pressurization）與正負壓區劃等強制 式煙控系統。其中在計算樓梯間加壓煙控系統策略時，亦可將樓梯間 與居室之間門的開啟與否列入考慮。而在模擬正負壓區劃煙控系統 時，也可將樓梯間加壓煙控系統併入使用，即有層間區劃與垂直區劃 等自然式煙控系統的設計理念。 而本程式的假設與限制有以下五點： 一、假設每個空間的溫度與壓力為均一值。 二、氣體流動與洩漏路徑發生在每一平面的中間高度。 三、假設加壓系統的供氣量，不隨空間壓力改變而變化。 四、室外空氣溫度為定值。 五、地面的大氣壓力為101325 Pa。 ASHRAE所發展的煙控程式，乃是將建築物各空間，如居室、樓 梯間前室等，視為一個節點（Node）。假設每一空間或者稱節點，各 有各的溫度與壓力。而節點間若有連通的話，氣體的流動可看成為一 空間或節點的網路（Network of Spaces or Nodes）。但像樓梯間及電梯 間等此類的垂直空間，其每一樓層視為一節點，如圖5-1所示。. - 46 -.
(36) 氣體的流動為從壓力高的節點流至壓力低的節點，是經過各種開 口，如門窗的開啟、間隙、結構的縫隙等。而經由各種開口的流量， 為其流動路徑兩側的壓力差的函數。可寫成：. m& = CA 2ρ∆P. （5-1）. 式子中的流動係數（Flow Coefficient） C 為無因次，而在煙流動 分析中，取0.6至0.7之間的值，本煙控程式取 C 值為0.65。故從式子中 可知，若知建築物內兩相連部分的壓力差及其之間的流動面積，則可 求得兩相連部分間的氣流質量流率。 但通常（5-1）式改寫成：. m& = C ′ ∆P. （5-2）. 其中C'為調整流動係數（Adjusted Flow Coefficient）如下式：. C ′ = CA. 2 Patm RT. （5-3）. 而欲求建築物內各節點間的流動面積，則須先了解建築物內部煙 流動的路徑。其路徑形態有：平行路徑（Parallel Path） 、串聯路徑（Series Path）及平行與串聯路徑的組合等三種。 不同的煙流動的路徑形態，其等效流動面積（Effective Flow Area） 亦有不同的求法。而等效流動面積乃是在相同壓力差及流量下，煙所 流過總路徑的所有面積，用一個等效面積來表示。此種求法類似於電 路系統中，計算電路的等效電阻。 例如圖5-2為平行路徑，其等效流動面積之求法為：. Ae = A1 + A2 + A3. （5-4）. - 47 -.
(37) 故根據以上推論可知，煙流過平行路徑的等效面積，為各路徑面 積的總和。如當有N個平行路徑時，則煙流動的等效面積表示成： N. Ae = ∑ Ai. （5-5）. i =1. 而圖5-3為串聯路徑，可得其等效流動面積為：. Ae = 1 . 2+ A1. 1. 2+ A2. 1. . A32 . − 12. （5-6）. 故根據以上推論可知，煙流過N個串聯路徑的等效面積，可表示 成：. . N. 1. − 12. Ae = ∑ 2 i = 1 Ai . （5-7）. 平行路徑與串聯路徑的組合，如圖5-4所示。在圖中開口A2及A3 為一組平行路徑，故其煙流動的等效面積A23e為：. A23e = A2 + A3. （5-8）. 而開口A4、A5與A6其煙流動的等效面積A456e為：. A456e = A4 + A5 + A6. （5-9）. 故開口A1及等效面積A23e及A456e為一組串聯路徑，其煙流動的等 效面積為：. - 48 -.
(38) 圖5-1. 氣流網路示意圖. A1 A2 A3. 圖5-2. Q1. A2. Q1 Q2 Q3. 平行路徑. Q2 A3. A1. 圖5-3. 串聯路徑. - 49 -. Q3.
(39) Ae = 1 2 + 1 2 + 1 2 A1 A23e A456e . − 12. （5-10）. 從以上式子決定各流動路徑的質量流率後，則可計算每一節點是 否符合質量守恆定律。亦即包括加壓系統的風量在內，其流進流出節 點的氣流量需為零。 以圖5-5為例，於圖中有節點一、二、三與外界O四個。假設觀察 對象為節點二時，則依質量守恆定律得：. m& 12 + m& 2a + m& 23 = 0. （5-11）. 再由（5-2）式得： m& 12 = C ′ p1 − p2. （5-12）. m& 2O = C ′ p2 − pO m& 23 = C ′ p2 − p3. （5-13） （5-14）. 將（5-12）式、（5-13）式及（5-14）式代入（5-11）式中得：. C ′ p1 − p2 + C ′ p2 − pO + C ′ p2 − p3 = 0. （5-15）. 則（5-15）式可改寫成： f 2 ( p1 , p2 , p3 ) = 0. （5-16）. 從（5-16）式得，亦即質量守恆定律為建築物內各節點壓力的函 數。故在本三個節點例子中完整的壓力函數式為： f 1 ( p1 , p2 , p3 ) = 0 f 2 ( p1 , p2 , p3 ) = 0. （5-17）. f 3 ( p1 , p2 , p3 ) = 0. 若建築物內有n個節點時則（5-17）式寫成：. - 50 -.
(40) f 1 ( p1 ,.........., pn ) = 0 f 2 ( p1 ,........., pn ) = 0. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. （5-18）. f n −1 ( p1 ,........., pn ) = 0 f n ( p1 ,........., pn ) = 0. 欲解（5-18）式可用一階泰勒級數（Taylor's Series）展開，再用 數值分析中的牛頓法（Newtorian Method）解聯立方程式，則可得建 築物內各節點的壓力值。而本程式求得壓力的方法，為依外氣溫度與 建築物內部溫度，先粗估各節點的壓力，再代入質量守恆定律檢驗是 否符合，若不符合則疊代至求出為止。程式的流程如圖5-6所示。. - 51 -.
(41) Q3. A6. Q6. A3 A2. Q2. Q1. A5. A1 A4. 發煙源. 圖5-4. Outside. 圖5-5. Q4. 平行與串聯路徑. 2. 1. Q5. 氣流節點例子. - 52 -. 3.
(42) 輸入外氣與 建築物各項資料. 開始. 計算每個流動 路徑調整後 的流動係數. 粗估各節點 的壓力值. 解建築物內 居室部分 的壓力. 解建築物內 豎井部分 的壓力. 居室與豎井 的壓力值 皆收斂. Yes. No 重新估計 壓力值. 列印結果. 結束. 圖5-6. 建築物煙控程式流程圖 - 53 -.
(43) 5.2. 模擬建築物簡介 本論文將利用一典型建築物，以運用煙控程式模擬各種狀況下的. 煙控策略。本典型建築物為十層樓，其立面圖如圖6-7所示。而為了簡 化模擬起見，建築物內的格局只有一居室、樓梯間前室、樓梯間及電 梯豎井，其平面圖如圖5-8所示。 當運用建築物煙控程式設計煙控系統時，所需輸入的資料可分為 兩類。第一類為模擬建築物本身的結構尺寸資料，第二類為建築物內 外氣的狀況。 模擬建築物的尺寸已在立面圖與平面圖中表示出來，而其每一樓 層高度皆為3.5公尺。從上一節中得知，欲計算兩空間之間的質量流 率，須知兩流動空間之間的流動面積。流動面積包括門窗的開啟面積、 門窗關閉時的空隙、牆面及樓地板的縫隙等等。故計算流動面積時， 須先求得門窗尺寸、牆面及樓地板面積。門、窗開啟及關閉時的空隙 可直接測量得知。但決定牆面及樓地板的縫隙就比較困難。 在模擬建築物中，從居室至樓梯間前室的門為兩扇，每一扇門高3 公尺、寬1.5公尺。而從樓梯間前室至樓梯間的門為單扇，其高3公尺、 寬1.5公尺。假設門縫寬度為5mm，以及門被開啟時其流動面積為幾何 面積的一半。則可求出從居室至樓梯間前室的門與從樓梯間前室至樓 梯間的門，關閉及開啟兩種狀況的流動面積。如表5-1所列。 另外決定牆面及樓地板的縫隙（Crack），則須利用表5-2的參數。 基本上牆面及樓地板的縫隙大小，取決於建築物施工時的品質。表5-2 主要列出典型建築物的外牆、地板、樓梯間牆板及電梯間牆板等結構 面，在各種牆面緊密程度（Wall Tightness）下，縫隙與結構面面積之 比. - 54 -.
(44) 10. 居室. 前室 樓梯間. 9 8 7 6 35m. 5 4 3 2 1. 圖5-7. 3.5m. 模擬典型建築物立面圖 8m. 樓梯間. 電梯. 樓梯間前室. 3m. 2m. 居室 30m. 圖5-8. 模擬典型建築物平面圖 - 55 -.
(45) 值。其中牆面緊密程度可分為緊（Tight）、平均（Average）、鬆（Loose） 與很鬆（Very Loose）四等級。而在建築物外牆的縫隙面積，則包括 了窗戶周圍的縫隙。故利用表5-2的參數，並選擇牆面緊密程度為平均 時，模擬典型建築物中各種結構面的縫隙面積，如表5-1所列。 此外並假設樓梯間的密度為無人狀態（no Occupancy），樓梯梯 階為密實形狀。再由前面查得Ksw之值，求出樓梯間的豎井流動係數 Cs。可得模擬典型建築物中樓梯間的豎井流動係數為140524。 第二類建築物內外氣狀況的資料，主要為建築物內部的溫度、外 氣溫度及室外風的速度。 o. 在外氣溫度方面分夏冬兩季，假設以30 C代表夏季外氣的平均溫 o. 度，而以15 C代表冬季外氣的平均溫度。在室溫方面，假設本模擬典 o. 型建築物中的居室與樓梯間前室有空調系統，故一年四季皆為25 C。 o. o. 而樓梯間並無空調系統，其室溫與外氣相當，即夏天30 C，冬天15 C。 另外並假設室外風的速度為零。歸納以上假設條件如表5-3所列。. - 56 -.
(46) 表5-1 位. 模擬建築物各結構面流動面積 置. 2. 積（m ）. 面. 居室至外界的流動面積. 0.05. 居室至樓梯間前室的流動面積（關門時）. 0.0912. 居室至樓梯間前室的流動面積（開門時）. 4.5012. 居室地板的流動面積. 0.0125. 樓梯間前室至外界的流動面積. 0.0015. 樓梯間前室至樓梯間的流動面積（關門時）. 0.0473. 樓梯間前室至樓梯間的流動面積（開門時）. 2.2523. 樓梯間前室地板的流動面積. 0.000624. 樓梯間至外界的流動面積. 0.01. 備註：樓梯間流動係數Cs = 140524. 表5-2. 牆面及樓地板的縫隙參數. - 57 -.
(47) 表5-3 位. 模擬建築物內外氣狀況 置. 溫. o. 度（ C）. 夏季外氣平均溫度. 30. 冬季外氣平均溫度. 15. 居室室溫. 25. 樓梯間前室室溫. 25. 夏季樓梯間室溫. 30. 冬季樓梯間室溫. 15. 備註：假設外氣速度為零。. - 58 -.
(48) 5.3. 樓梯間加壓煙控系統模擬結果分析 利用上一節的簡算步驟，約略算出本模擬建築物中的樓梯間加壓. 煙控系統所需的最少總風量為4200 cfm。此處將先用樓梯間內每層樓 皆有出風口的加壓煙控系統做模擬，故每層樓的風量為420 cfm，代入 煙控程式中確定其是否滿足最小壓力差的要求。 其夏季模擬結果與冬季模擬結果於表6-4所示。從結果中得知簡算 法所得風量造成的壓力差皆小於所要求的25 Pa。因此必須增加風量， 使樓梯間與前室壓力差大於最小壓力差。 經計算結果，發現當每層樓的風量為470 cfm，或者總風量為4700 cfm時，樓梯間與前室的壓力差皆超過所要求的25 Pa，且其最大壓力 造成的開門力量亦不超過150 N。模擬結果如圖5-9及圖5-10所示。而 當總風量為6200 cfm時，則為系統的最大風量。模擬結果如圖5-11及 圖5-12所示。 以下將模擬幾種樓梯間加壓煙控的狀況與策略，以作為設計時的 依據。 （一）季節的影響 由前一節樓梯間簡算法的結果中得知，冬、夏季所需的最小風量 並不同。故季節不同，外氣溫度隨之變化，便會影響到煙控系統的設 計。又從表6-5得知，當每層樓風量為470 cfm時，於夏季中樓梯間與 前室的壓力差，隨著樓層的增加而減少，可由圖5-13看出其趨勢。而 冬季時，樓梯間與前室的壓力差，隨著樓層的增加而增加，如圖5-14 所示。. - 59 -.
(49) 表5-4. 夏、冬兩季樓梯間與前室的壓力差，每樓層風量420 cfm 樓層 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10. 表5-5. 夏季樓梯間與 前室壓力差 21.34 21.67 21.78 21.79 21.78 21.76 21.77 21.78 21.88 22.20. 冬季樓梯間與 前室壓力差 19.99 19.88 20.10 20.44 20.81 21.19 21.56 21.89 22.10 21.95. 夏、冬兩季樓梯間與前室的壓力差，每樓層風量470 cfm 樓層 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10. 夏季樓梯間與 前室壓力差 27.57 27.64 27.53 27.34 27.12 26.89 26.66 26.46 26.34 26.41. - 60 -. 冬季樓梯間與 前室壓力差 25.36 25.21 25.41 25.74 26.10 26.47 26.84 27.16 27.35 27.17.
(50) 圖5-9. 圖5-10. 10. 26.41. 9. 26.34. 8. 26.47. 7. 26.66. 6. 26.89. 5. 27.12. 4. 27.35. 3. 27.54. 2. 27.65. 1. 27.58. 夏天時每層470cfm樓梯間與前室的壓力差. 10. 27.14. 9. 27.35. 8. 27.16. 7. 26.84. 6. 26.47. 5. 26.10. 4. 25.74. 3. 25.41. 2. 25.21. 1. 25.36. 冬天時每層470cfm樓梯間與前室的壓力差. - 61 -.
(51) 圖5-11. 圖5-12. 10. 46.46. 9. 46.37. 8. 46.45. 7. 46.65. 6. 46.87. 5. 47.10. 4. 47.31. 3. 47.49. 2. 47.57. 1. 47.48. 夏天時每層620cfm樓梯間與前室的壓力差. 10. 46.40. 9. 46.64. 8. 46.52. 7. 46.25. 6. 45.91. 5. 45.56. 4. 45.21. 3. 44.93. 2. 44.79. 1. 45.02. 冬天時每層620cfm樓梯間與前室的壓力差. - 62 -.
(52) 圖5-13. 夏季樓梯間與前室的壓力差，隨著樓層的增加而減少. 圖5-14. 冬季樓梯間與前室的壓力差，隨著樓層的增加而增加. - 63 -.
(53) 造成此現象的原因，乃為煙囪效應。當室內溫度與外氣溫度相差 越多時，煙囪效應就越顯著。但本論文所用的外氣設計溫度分別為夏 o. o. o. 天 30 C、冬天 15 C，與居室設計溫度 25 C相差不多。故表5-5中的 最大壓力差與最小壓力差相差不大。 （二）出風口位置 樓梯間加壓煙控系統可分為無風管式及有風管式兩種。其出風口 的位置，會影響樓梯間內壓力分布。 無風管式的樓梯間加壓系統，其出風口即風機擺設位置，通常位 於樓頂與底層。表5-6列出模擬夏天總風量為4700 cfm時，每層樓皆有 出風口、出風口在底部及出風口在頂部三種出風口擺設方式每層樓的 壓力差。。三者比較的結果，出風口在頂部的壓力差分布最為均勻。 夏季因煙囪效應之故，最小壓力差發生在為頂部。故於頂部的出風口 剛好補不足，而出風口在底部的狀況，卻拉大最小與最大壓力差的差 距。 表5-7列出模擬冬天總風量為4700 cfm時，三種出風口擺設方式每 層樓的壓力差。其情形與夏季剛好相反，因冬季煙囪效應的影響，最 小壓力差發生在底部，故出風口在底部比出風口在頂部的壓力差分布 均勻。 表5-8則列出出風口設置於2、5、8樓的每層樓壓力差與每層樓皆 有出風口的比較。從表中發現兩者出風口的位置雖不同，但其壓力分 布極相似。在施工成本上，出風口設置於2、5、8樓的樓梯間加壓會比 每層樓皆有出風口的系統更少、更容易。為常見的設計方式。. - 64 -.
(54) （三）最差的狀況 所謂最差的狀況（the Worst Case）為指樓梯間加壓煙控系統運作 時，其壓力差不容易建立而言。通常是指樓梯間與前室的門因人逃生 而被打開，於是樓梯間有極大的洩漏面積。 由於煙囪效應的關係，樓梯間加壓煙控系統實際運作時存在兩種 最差的狀況。一為夏季時火災發生在頂樓且底層附近樓梯間的門被打 開。二為冬季時火災發生在底層且頂層附近樓梯間的門被打開。本論 文中將模擬夏季1、2、3樓的樓梯間的門被打開，以及冬季8、9、10 樓的樓梯間的門被打開兩種最差的狀況。 從表5-9中可看出當總風量為5500 cfm時，在沒有被打開門的樓層 能維持25 Pa以上。. - 65 -.
(55) 表5-6 樓層. 夏季樓梯間與前室的壓力差，總風量4700 cfm. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10. 每層樓皆有 出風口 27.57 27.64 27.53 27.34 27.12 26.89 26.66 26.46 26.34 26.41. 表5-7. 冬季樓梯間與前室的壓力差，總風量4700 cfm. 樓層 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10. 每層樓皆有 出風口 25.36 25.21 25.41 25.74 26.10 26.47 26.84 27.16 27.35 27.17. 出風口在底部. 出風口在頂部. 27.94 27.84 27.62 27.35 27.07 26.80 26.55 26.33 26.21 26.28. 27.34 27.51 27.40 27.22 27.03 26.83 26.66 26.55 26.54 26.78. 出風口在底部. 出風口在頂部. 25.72 25.41 25.50 25.74 26.05 26.38 26.72 27.03 27.21 27.03. 25.23 25.08 25.28 25.63 26.02 26.43 26.85 27.25 27.54 27.52. - 66 -.
(56) 表5-8 樓層 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10. 出風口在258樓與每層樓皆有出風口之比較. 夏季每層樓 皆有出風口 27.57 27.64 27.53 27.34 27.12 26.89 26.66 26.46 26.34 26.41. 表5-9 樓層 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10. 夏季出風口 在258樓 27.59 27.66 27.55 27.36 27.14 26.90 26.67 26.47 26.34 26.41. 冬季每層樓 皆有出風口 25.36 25.21 25.41 25.74 26.10 26.47 26.84 27.16 27.35 27.17. 冬季出風口 在258樓 25.38 25.22 25.42 25.75 26.12 26.48 26.85 27.17 27.35 27.17. 樓梯間實際運作時的最差狀況. 夏季最差狀況總 風量5500 cfm 0.021 0.022 0.025 25.789 27.627 27.957 28.124 28.12 28.075 28.166. - 67 -. 冬季最差狀況總 風量5500 cfm 27.203 27.028 27.179 27.360 27.298 26.742 25.162 0.042 0.021 0.020.
(57) 5.4. 正負壓區劃煙控系統模擬結果分析 之前介紹的樓梯間加壓與樓梯間前室加壓，大致來說為避難空間. 加壓煙控策略，其為正負壓區劃煙控系統的一部份。本論文將假設典 型建築物的四樓發生火災，模擬各種正負壓煙控策略並討論之。 （一）機械排煙 機械排煙為建築物火災時，於火災樓層實施緊急排煙。此種方法 為最簡單的正負壓區劃煙控策略，為將火災區形成一負壓區，而達到 煙控目的。亦為目前最廣為採用的煙控策略。 首先將模擬依據我國建築技術規則，規定機械排煙的風量為每平 方公尺一立方公尺，則典型建築物四樓的排煙量為8400 cfm。圖5-15 為其模擬結果。從圖中可看出第三、五層與第四層以及第四層居室與 樓梯間前室之間，皆有極大的壓力差，但建築物其他區域則無較大的 壓力差存在。故一旦機械排煙無法完全排除火災濃煙時，則煙就竄至 建築物各處。 由於上述模擬結果於居室及樓梯間前室的壓力差過大，恐會影響 到門的開啟。故其次模擬火災層的排煙量為3000 cfm，結果如圖5-16 所示。圖中顯示，居室及樓梯間前室的壓力差在47 Pa以下，其開門力 量不超過150 N，此風量可作為整棟建築正負壓區劃煙控系統的排煙及 進氣量。 （二）避難空間加壓及機械排煙 除了機械排煙為目前最廣為採用的煙控方法外，加壓化的避難空 間避難空間，亦為世界各國防煙法規採用。此處將模擬三種組合的煙 控方式。. - 68 -.
(58) 5.26. 10. 0.25. 9. 0.51. 8. 1.24. 7. 3.73. 6. 29.1. 5. 1619.93. 5.22 5.25 5.31 5.38. 4 火災層. 1.471 273.29. 1619.43 1.53. 3 27.61. 2.28. 2 2.23. 2.61. 1. 圖5-15. 火災層機械排煙，風量8400 cfm. 0.56. 10. 0.25. 9. 0.51. 8. 0.75. 7. 1.01. 6. 4.47. 5. 228.39. 0.55 0.52 0.47 0.37. 4 火災層. 0.21 38.46. 227.41. 3 3.23. 0.27 0.21. 2 0.01. 0.24. 1. 圖5-16. 火災層機械排煙，風量3000 cfm - 69 -.
(59) 第一種將模擬火災層排煙而只有樓梯間加壓，圖5-17為模擬結 果。其中樓梯間的風量為每層樓470 cfm，而火災層排煙量為3000 cfm。可從結果看出，除了第四層樓梯間與前室之間的壓力差過大外， 其他樓層之與前室的壓力差皆較小。原因為火災層的排煙，影響到樓 梯間與前室壓差的建立。改善之道為增加樓梯間的風量，以及於樓梯 間設置洩壓裝置。加大樓梯間的總風量為6200 cfm後的壓差圖，如圖 5-18所示。 其次再將樓梯間前室也加壓，使逃生路徑形成壓力差逐漸高的情 形。圖5-19為火災層排煙量3000 cfm，樓梯間前室進風量470 cfm，樓 梯間總風量6200 cfm的模擬結果。 （三）整棟建築物正負壓區劃煙控 若將典型建築物整棟所有的部分，包括：居室部分、樓梯間前室 及樓梯間皆內入區劃煙控，則形成整棟建築物正負壓區劃煙控。其主 要分成居室有煙部分排煙負壓、居室無煙部分進氣正壓、樓梯間前室 加壓與樓梯間加壓四大部分，為煙控策略中最複雜的系統。 本報告將模擬居室無煙部分進氣1000 cfm，居室有煙部分排煙 1000 cfm，樓梯間前室加壓為470 cfm，樓梯間加壓每樓層800 cfm。其 模擬結果如圖5-20所示。 模擬例子的設計理念為避難空間的壓力差隨路徑而增大，而火災 層的煙被上下樓層的正壓侷限於火場內。由結果發現樓梯間的壓力差 若要維持25 Pa以上，則所需風量比其他系統還大。. - 70 -.
(60) 10. 0.25. 9. 0.52. 8. 0.75. 7. 1.74. 6. 8.21. 5. 222.42. 4 火災層. 2.87. 17.53. 2.86. 17.50. 2.90. 17.71. 2.97. 18.18. 3.17. 19.45. 4.17. 26.48. 42.00. 210.87. 4.29. 27.19. 3.38. 20.75. 3.26. 19.98. 221.18. 3 6.96. 2 0.49. 1. 圖5-17. 火災層機械排煙風量3000 cfm，樓梯間總風量4700 cfm. 10. 0.23. 9. 0.52. 8. 1.07. 7. 2.48. 6. 12.19. 5. 217.20. 4 火災層 215.71. 3 10.69. 2. 5.78. 35.26. 5.77. 35.21. 5.81. 35.47. 5.91. 36.11. 6.21. 38.60. 7.74. 48.36. 45.07. 227.96. 7.86. 49.10. 6.41. 39.49. 6.26. 38.26. 1.24. 1. 圖5-18. 火災層機械排煙風量3000 cfm，樓梯間總風量6200 cfm - 71 -.
(61) 10. 0.23. 9. 0.26. 8. 0.74. 7. 3.73. 6. 17.41. 5. 184.85. 4 火災層. 23.53. 25.03. 23.54. 24.97. 23.63. 25.23. 23.93. 26.26. 24.89. 28.63. 29.26. 41.33. 77.15. 178.03. 29.45. 41.98. 25.36. 29.94. 24.74. 28.21. 183.61. 3 15.92. 2 1.99. 1. 圖5-19. 火災層機械排煙風量3000 cfm，樓梯間前室風量470 cfm，梯 間總風量6200 cfm 10. 0.24. 9. 0.72. 8. 2.23. 7. 6.71. 6. 28.36. 5. 221.43. 4 火災層. 27.17. 39.13. 27.18. 39.58. 27.34. 40.37. 27.85. 41.46. 29.42. 46.91. 35.91. 68.56. 87.03. 240.33. 36.13. 69.22. 30.03. 48.66. 29.02. 45.42. 222.92. 3 26.37. 2 3.98. 1. 圖5-20. 整棟建築物正負壓區劃. - 72 -.
(62) 第六章、台灣地區典型建築物壓力煙控全尺度實驗 6.1 系統描述與設計分析 本研究小組選取位於北部某十五層的建築物，作為台灣地區典型 建築物壓力煙控系統分析的對象。於本建築物壓力煙控全尺度實驗 中，首先將對煙控系統的設計進行分析。 本典型建築物為一住宅群建築，由於其定位為銷售價位甚高的高 級住宅，在其緊急逃生梯內設置樓梯間加壓煙控系統，以作為居民火 災緊急逃生時的安全且無煙通道。而在其居室進入樓梯間的前室，並 依目前現行法規設置可隨進風口、排煙口之開啟而自動操作之進風 機、排煙機。 故本住宅建築的煙控系統設計的規劃，為二階段煙控設計。第一 階段為若居室發生火災，且煙不幸流出居室外的話，則先由居室外前 室的進風、排煙系統將煙排出戶外。而第二階段為了防止有煙進入逃 生梯內，逃生梯內有設置加壓系統，提供一無煙的避難路徑。此煙控 系統之設計理念，就是本報告之前所提出的：強制通風以造成有力之 壓力梯度，使人員獲得一條無煙之逃生路徑。其煙控系統的簡圖，如 圖 6-1 所示。 樓梯間前室的進風、排煙系統，如照片 6-1 所示。在其牆面的二分 之一以上部分為排煙口，其二分之一以下為進風部分。於目前法規規 定其進風及排煙量為相同風量。但亦可於進風部分的風量大於排煙部 分的風量，如此則樓梯間前室可成為一正壓區，防止火災的煙流到居 室之外。緊急逃生梯內設置的樓梯間加壓煙控系統，為具有風管的系 統，其風管延伸至屋頂室外部分，如照片 6-2 所示。而樓梯間加壓煙控 系統的出風口為每一樓層皆有一個，外型如照片 6-3 所示。並且於樓梯 間內裝 - 73 -.
(63) - 74 -.
(64) 圖 6-1 某典型建築物煙控系統簡圖. ⊥ 照片 6-1 樓梯間前室的進風、排煙系統. - 75 -.
(65) ⊥ 照片 6-2 樓梯間加壓煙控系統之風管屋頂室外部分. ⊥ 照片 6-3 樓梯間加壓煙控系統的出風口. - 76 -.
(66) 有壓力感應器（Pressure Sensor），以量測樓梯間內外之壓力差，如照 片 6-4 所示。另外，為了防止樓梯間內與前室之間的壓力差過大，樓梯 間加壓系統並設置釋壓閘門（Relieve Damper），以便排出過多的風量， 維持樓梯間內正常的壓力差。 照片 6-5 為樓梯間內所見的釋壓閘門的正面，與一般的出風口沒有 兩樣。而照片 6-6 則為於樓梯間外所見的釋壓閘門的背面，在閘門的中 央為刻度部分，其上並有一調節重錘，可在刻度上下移動。釋壓閘門 的運作原理非常簡單，主要是靠調節重錘的上下移動，改變釋壓閘門 風門被移開的力矩，進而調節樓梯間內與外界的壓力差大小，其運作 原理簡圖，如圖 6-2 所示。. - 77 -.
(67) 樓梯間內. 維持較小壓力 調節重錘 維持較大壓力. 樓梯間外 圖 6-2 釋壓閘門運作原理簡圖. ⊥ 照片 6-4 樓梯間內壓力感應器. - 78 -.
(68) ⊥ 照片 6-5 釋壓閘門的正面. ⊥ 照片 6-6 釋壓閘門的背面. - 79 -.
(69) 6.2 實驗程序 於本建築物壓力煙控全尺度實驗中，主要將利用壓差計量測出樓 梯間內外的壓力差，亦將利用風速計確定各樓層出風口的風量。另外， 並量測逃生梯的門縫的洩漏量。 首先，將對樓梯間一些基本的尺寸作量測。包括如逃生梯門的寬 度，如照片 6-7，逃生梯門的高度，如照片 6-8 所示，以及逃生梯內的 寬度等，如照片 6-9 所示。 之所以要量測這些數據，其理由為要利用風速換算風量。譬如， 當逃生梯門被打開時，只要利用風速計量測門被打開時的風速，再乘 上逃生梯門的寬度與長度，及逃生梯門的面積，便可知道從被打開的 逃生梯門洩漏的風量。而當逃生梯門沒有被打開時，則量測門的縫隙 面積，再乘以由縫隙量出的風速，即可求得逃生梯門關閉時，樓梯間 加壓系統的漏風量。 本研究小組為了讓壓力煙控全尺度實驗能夠進行自動化的記錄， 將壓差計、訊號放大器、記錄器（Recorder）及手提式個人電腦結合成 一套系統。照片 6-10 為全尺度實驗前，各項所需儀器介面整合的情形， 而照片 6-11 則是整套系統於全尺度實驗現場架設完成測試的情形。 而整套「壓差自動記錄系統」的操作方法簡述如下。首先，將壓 差計與訊號放大器連接完成，並將壓差計兩量測的端頭，分別放置於 樓梯間的內外。需特別注意在樓梯間內的端頭，有無被樓梯間的門縫 夾住。而樓梯間外的端頭，是否至於上風處。因為樓梯間外部若有風 壓的話，將影響壓差計量測的準確性。 其次，將壓差計與訊號放大器與記錄器連接，整個再與個人電腦 的介面相接。而個人電腦內已事先有資料擷取程式，開始執行電腦程. - 80 -.
(70) 式後，能自動接收來自壓差計訊號放大器的資料，並可由電腦程式中 調整接收資料的時間間隔。因此，可於實驗中即時獲得樓梯間內外壓 力差的資料。 最後，實驗結束取得壓力差的資料有二種方式。一種為直接記錄 於電腦程式內的檔案，或直接列印於記錄器的記錄紙上以便事後的分 析。. ⊥ 照片 6-7 逃生梯門的寬度量測. - 81 -.
(71) ⊥ 照片 6-8 逃生梯門的長度測量. ⊥ 照片 6-9 逃生梯內的寬度量測. - 82 -.
(72) ⊥ 照片 6-10 壓差自動記錄系統儀器介面整合的情形. ⊥ 照片 6-11 壓差自動記錄系統現場架設完成. - 83 -.
(73) 6.3 量測結果 本研究小組的於實驗現場量測的項目包括：樓梯間內出風口的風 量，樓梯間的門關閉時門縫的洩漏量，及樓梯間得門被打開時的洩漏 量。其各風量的量測為先利用風速計量出其風速，再換算其風量。 如照片 6-12，為樓梯間內出風口風速的量測。而照片 6-13，為樓 梯間門關閉時縫隙風速的量測。照片 6-14，為樓梯間的門被打開時風 速的量測。而風速的量測的原則為根據 ASHRAE 所規定的原理，選取 四方形的九點，來加以平均。 由於為風管式樓梯間加壓，其樓梯間內壓力的分布相當均勻，風 量亦每一層樓相當平均。其風機總風量為 8750cfm，經量測結果每一層 樓出風口的風量約為 400cfm ~ 500cfm 之間。而每層樓梯間的內外壓力 差約在 25Pa 左右。 而當樓梯間的門關閉時，其洩漏量不是很大，約在 50cfm 以下。 另外，樓梯間的門被打開以後，其風速量測的結果約在 1m/s ~ 1.5m/s 左右。. ⊥ 照片 6-12 樓梯間內出風口風速的量測 - 84 -.
(74) ⊥ 照片 6-13 樓梯間門關閉時縫隙風速的量測. ⊥ 照片 6-14 樓梯間的門被打開時風速的量測. - 85 -.
(75) 6.4 小結 經本研究小組對此典型壓力煙控建築物的量測，獲得許多結論。 首先，本棟建築採用二階段煙控運轉策略。第一為在其居室進入樓梯 間的前室，並依目前現行法規設置可隨進風口、排煙口之開啟而自動 操作之進風機、排煙機。第二為在緊急逃生梯內設置樓梯間加壓煙控 系統，以作為居民火災緊急逃生時的安全且無煙通道。做到強制通風 以造成有力之壓力梯度，使人員獲得一條無煙之逃生路徑。 其樓梯間為風管式加壓系統，壓力分布均勻，且各出風口風量幾 乎相同，相當難能可貴。且設置有釋壓閘門，以預防樓梯間內外壓差 過大，而使進入樓梯間內打開門的力量，能適合所有各類逃生的人們 來打開。 而其樓梯間關閉時的洩漏風量不大，證明其樓梯間的氣密程度良 好，有利於樓梯間內外壓差的建立。當樓梯間的門被打開時，其溢出 樓梯間的風速相當大，足可擋住火災時的煙流入樓梯間內，以保證緊 急逃生梯為一無煙的避難路徑。 故綜合以上結論，本建築物的壓力煙控系統，於目前台灣地區而 言，為水準以上設計。確實能於火災時，保障人們的安全逃離火場。 此煙控系統的運轉策略值得大力推廣至一般典型的住宅建築。. - 86 -.
(76) 第七章. 結論與建議. 7.1 結論 從建築物火災中，火跟煙的發展情況，可明顯看出煙對人員的傷 害，無論在時間及程度上，皆比火來得嚴重。透過分析國內外實際發 生之火災案例亦足以證實此點。因此，如何進行有效之煙控制為建築 物火災防治之重要目標，亦為本報告之主要動機之所在。 建築物之煙流動特性大抵受自然式與強制式驅使力之影響。在自 然式驅使力中，浮力與熱膨脹為煙的高溫所造成。煙囪效應及自然風 則受當時氣象條件中的外氣溫度與風的大小、方向影響。而強制式驅 使力中的空調系統和電梯活塞效應，則為建築物內的設施所導引。此 等驅使力之控制即為建築物煙控之主要手法，亦為所有煙控策略之擬 訂與相關消防法規之主要理念依據所在。 建築物於發生火災後，至產生閃燃（Flashover）發展為全盛期， 僅僅需幾分鐘時間而已。這時藉由適當之防煙區劃及防煙垂壁等設 計，可有效的將煙侷限於火場附近。再配合進行緊急機械排煙或區域 增壓等措施，作強制式煙控。而當火場溫度超過防火防煙閘門（Fire & Smoke Damper）所能承受的溫度時，防火防煙閘門關閉，建築物火場 內部開始悶燒，其煙之控制由自然式煙控系統單獨進行，此時為人員 逃生最後僅存之機會。 本報告主要為分析各種煙控系統策略運作的情形。故首先將研究 煙控制的基本原理，並了解煙控制原理的運用於強制式煙控系統的方 法。並利用建築物煙控程式，模擬各種煙控策略於典型建築物內，檢 驗其煙控的效果。. - 86 -.
(77) 在設計樓梯間加壓煙控系統時，首先要求樓梯間為封閉的構型。 其牆板須為防火牆，樓梯間與居室之間的門亦為防火門，且開啟方向 須朝避難方向開啟。以上為自然式煙控要求。 至於強制式要求方面，主要是規範樓梯間與居室之間的最小壓力 差，目的乃為有效防止居室的煙流入樓梯間內，保持樓梯間為一無煙 的逃生路徑。另外規定樓梯間與居室之間的壓力差不得超過某壓力差 值，則是防範因樓梯間的壓力太大，使得從居室欲往樓梯間逃生的人 推不開門的狀況。 將利用簡單的計算式子，約略推算出建築物內樓梯間加壓煙控系 統所需的風量，代入煙控程式中進行精算。在樓梯間加壓煙控系統簡 算步驟中，假設於豎井內的氣體流動不因摩擦力的原因而有壓力降， 且於建築物居室間的氣流沒有垂直方向的流動。 再由建築物煙控程式模擬的結果顯示，樓梯間加壓煙控系統所建 立居室與樓梯間的壓力差，受到季節的影響或者說煙囪效應的影響， 亦會隨出風口位置的不同而異。此外也要考慮樓梯間的門被開啟時的 壓力損失。 至於樓梯間前室加壓煙控系統，基本上和樓梯間加壓煙控系統一 樣，皆是避難空間加壓煙控策略。可從模擬結果看出，設置樓梯間前 室之目的為，擴大避難空間的範圍，縮短人逃至安全地帶的時間。而 與加壓的樓梯間形成具正壓力梯度的無煙逃生路徑。 正負壓防煙區劃應用樓地板、隔間牆、門扇等，將建築物內部分 隔成數個控制區。當發生火災時，火災區只排煙不供氣，而成負壓區。 其他非火災之分隔區則只供氣不排氣，形成正壓區。從模擬結果可得 傳統的緊急機械排煙，並不能真正對煙做到完全控制，其對居室與樓 梯間前室之間的門，造成頗大的壓力差，甚至會妨礙人的逃生。歸納 - 87 -.
(78) 所得結果，將整棟建築物每的部分皆作煙控區劃，才是最佳的煙控系 統。 事實上，火場的排煙量應直接正比於發煙量。當每單位時間之排 煙量大於每單位時間之發煙量時，配合防煙區劃、防煙垂壁或灑水系 統之設置，則火場產生的煙可由排煙系統所控制。而將煙限制在火場 房間天花板下某個高度內，維持煙層底下之無煙明確的逃生通道。反 之當排煙量小於發煙量時，則火場的煙可能逐漸往下蓄積，影響人的 逃生。 在排煙煙控自然式運轉策略方面，讓防煙垂壁下垂之長度至 Z - Zn 以上。則在壓力中性面以上所有的煙，將因防煙垂壁的阻擋以及 排煙，而不能流到非火災區。故在火災區內的排煙機，能確實抽到煙， 煙不會蔓延到非火災區，充分發揮防煙區劃的功能。且於火災區內， 又能維持壓力中性面 Zn 高度以上的淨高，有利於火災區內人的逃生。 同理，排煙煙控強制式運轉策略，即應藉著排煙量之選取，配合 防煙垂壁的設置，使得壓力中性面的高度上升至防煙垂壁下垂的長度 內。同樣地，跟上面自然式運轉策略一樣效果，在壓力中性面以上所 有的煙，因防煙垂壁與機械排煙而不流到非火災區內，確保非火災區 為無煙狀態。 綜合以上排煙煙控系統自然式與強制式運轉策略，防煙垂壁下垂 高度是與壓力中性面的高度有關。而壓力中性面的高度，又可藉機械 排煙的排煙量來調整。故排煙量與防煙垂壁下垂高度，經由壓力中性 面而產生關係，此為設計機械排煙煙控系統時必須考慮條件之一。 另外，本報告認為居室內需不需要裝置排煙設備，應回歸房間內 發煙量大小的計算，以發煙量的大小來決定是否裝置排煙設備，而不. - 88 -.
(79) 是以居室的面積，亦不能以居室的裝修材料，來判斷要不要排煙設備。 因為居室內的內容物才是我們應注意的重點。. - 89 -.
(80) 7.2 建議：性能式法規之必要性 從前面的討論中可知，我國現行建築物防煙偏重於排煙煙控系 統。故法規中所規定的1 CMM/m2排煙量，經過本報告的討論，排煙量 應與居室內容物的發煙量有直接關係。另外在防煙垂壁所需深度，本 報告建議應與壓力中性面高度的計算來做考量。而當建築物小面積區 劃時不用排煙設備，本計劃報告則提出需用發煙量的大小，決定需不 需要排煙設備，而不是建築物面積。 以上各論述可充分說明條例式法規無視各建築物特性的差異，而 作齊頭式的單一規定。所產生的結果為，各建築物的排煙設備皆合乎 法規。但發生火災時，卻好像發生不了作用。這就是條例式法規的缺 點，因而才有性能式法規的產生。 以鄰國日本為例，現今日本的火災安全設計是依據五十年代制定 的兩類法規來施行：「建築基準法」和「消防法」。此二項法規以規 定建築物及建築設備所應該具備的設計規格來確保火災發生時之安 全，此即為典型條例式的法規。 例如，日本「建築基準法」第26條規定（防火牆部分）：樓地板 面積超過1,000平方公尺的建築物，應以在具有防火功效之防火牆來加 以有效的區劃。而且，各區劃之總樓地板面積不超過1,000平方公尺。 上列條文制定的目的在於防止大規模火災的發生。在當初制定 時，並無不當之處。但由於近年來建築形態的改變、建築技術的進步、 經濟的發展而產生法規不合時代需求的問題。故就有建築物火災安全 基準之性能規定化的構想，日本目前正在研擬建築物性能防火法規， 而所謂性能規定是指建築物空間及其各部位應具備之性能，且在滿足 這些性能之具體規格上，授與設計者和使用者充分自由之體系。. - 90 -.
(81) 舉例來說，某建築物的居室只要通過實地的排煙煙控測試，且在 火災發生時確實能維護人的安全的話，就算合乎法規。而不用遵照目 前條例式法規，依多少樓地板面積設置多少排煙量，或者要裝置防煙 垂壁等。給於建築形態創作上更大的自由度，而排除因現行條例式法 規所設下的障礙。 而在性能式法規未完全實施之前，則有過渡之方法，在日本為使 用「建築基準法」第38條例外規定作部份性能之火災安全設計。此為 了因應「建築基準法」制定當時所無法預期之材料、施工法的出現， 故在基準法中增設了例外規定。亦即，相較於其他條文所規定規格， 其性能被認定為具有「同等以上」系能之材料與施工法之使用，且經 過建設大臣特別認定。 在我國的「建築技術規則」則有類似的規定，就是條文的最後一 項規定：其他經中央主管建築機關認為具有同等以上之防火性能者。 透過主管機關審議的件數愈來愈多，愈加證明性能式條例的重要性。 歸納以上所言，法規改性能式已為趨勢，尤其是與日本法規相近的我 國亦不能置身度外。 因此為了徹底改善此情形，故在性能火災安全基準中，衍生出「階 層式法令體系」。所謂「階層式法令體系」的特徵為在設計法或材料 中、施工法的評估方法中，將不需要法規強制執行的部分加以去除， 而採取較具有彈性之規定。其次，為明確地記述法規的目的。 而導入性能火災安全設計基準最主要的目的為： (1)法規要求的理由、目的之明確化 (2)建築物設計自由度的增大 (3)促進建築技術的進步. - 91 -.
(82) 階層式法令體系是由5個階層構成。最上位的層級是將人命安全等 法令制定的目的（Objective）加以概念式的記述。第二個層級是因應 各 種 目 的 對 建 築 物 本 來 應 該 具 備 之 機 能 的 要 件 （ Functional Requirements）。第三個的層級是對關於各個機能性要件具體要求的性 能基準（Performance Requirements），以可計算或可測定之量為指標 加以記述。第四個層級是具體的建築，技術標準或設計方法（Design Method ） 。 其 可 依 照 第 五 層 級 中 所 定 義 之 計 算 方 式 或 試 驗 方 法 （Assessment）來加以驗證。假若經證明合乎性能要求之基準，便無須 受限制，並得到最大限度之建築設計。如圖7-1所示。 法規制定目的 建築物原有的機能性要件 機能性要件具體要求的基準 具體的建築設計方法 所定義之計算方式或試驗方法來加以驗證 圖7-1 階層式法令簡圖 若以一個實際設計的例子而言，某一法規制定的目的在於保障人 身安全，故其各種能被接受的逃生方法，便成為建築物本來應該具備 之機能的要件。而各種逃生方法具體要求的性能基準可能包括：對煙 安全、對熱安全、對火安全、對掉落物安全等等。而對煙安全方面其 具體的要求如煙層高度、煙的密度及致命濃度等。最後則是定義煙層 高度、煙的密度及致命濃度等之計算方式或試驗方法來加以驗證合不 合乎法規要求。其如圖7-2所示。 - 92 -.
(83) 人身安全. 1.目的. 逃生方法. 2.基本機能. 對煙 安全. 3.機能要求. 對熱 安全 煙的 密度. 對火 安全. 4.具體設計. 煙層 高度. 致命 濃度. 5.檢驗方法. 電腦計算、手算、實驗等等 圖7-2 階層式法令體系圖例. - 93 -. 對掉落 物安全.
(84) 參考文獻 1. ASHRAE HANDBOOK 1991, "HVAC System & Application" CH 47. 2. ASHRAE HANDBOOK, 1993, "Fundamentals" CH 23. 3. Butcher E.G., & Parnell A.C., 1979, "Smoke Control in Fire Safety Design", E. & F. N. Spon Ltd., London. 4. J.H. Klote & J.W. Jr. Fothergill, 1983, "Design of smoke control system for buildings", ASHRAE Inc., Atlanta. 5. K.P. Cheung, 1987, "Staircase pressurization---The Rationle and the Alternatives.", ASHRAE Transactions. 6. T.J. Shields & G.W.H. Silcock, 1987, "Buildings and Fire", Longman Scientific & Technical, Essex, England. 7. J.H. Klote & J.A. Milke, 1992, "Design of smoke management systems", ASHRAE Inc., Atlanta. 8. M.L. Chen, 1986, "A Look at Pressurization.", ASHRAE, Journal. 9. G.T. Tamura and J.H. Klote, 1987, "Experimental Fire Tower Studies of Elevator Pressurization Systems for Smoke Control." ASHRAE Transactions. 10. J.A. Clark and J.W. Harris, 1989, "Stairwell Pressurization in a Cold Climate." ASHRAE Transactions.. - 94 -.
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