地下建築物煙控策略與設計分析研究

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(1)第一章 1.1. 緒論. 計畫緣起台灣地區因地少人稠且在經濟高度發展之情況下，近幾年來地下. 建築物使用面積呈現快速成長，雖然大量的地下建築物可解決都市地面緊張與交通擁擠的需求，但也相對公共危險的產生比例也相對提高，尤其在地下商場及地下飲食街盛行的台灣地區，使地下建築物發生火災的機率大大提高，一旦此類地下建築物發生火災則其危險性與嚴重性較地上建築物由有過之，其原因如下： (A)地下層建築因結構複雜，使火災現場瞬息萬變，呈現一種極不穩定的狀態。 (B)地下建築之火點發現困難。 (C)地下建築之火災缺乏充足之空氣，其燃燒一直呈現燻燒狀態，濃煙問題特別嚴重。由以上說明可知地下建築物的排煙工作絕對不可輕忽，否則其所造成的損失與危害可能無法想像，而國內目前對於地下建築物的排煙設計並無詳細的分析技術與適合國內現況的評估規範，因此急需進行地下建築物排煙系統的相關研究。本研究將針對人員使用較多的商業類地下建築物探討其煙控策略。一般而言，商業類之地下建築物大都是地下商場百貨或飲食餐廳等使用場所。其以地下走道連接地下個營業單位與地上建築物的地下室。在地下走道的兩側則為佈置各種商店的中心街道，組成地下建築物相當特殊的棋盤式結構，因此在地下街與地下道起火後，造成的各種損失，肯定比地上同棟建築物火災的損失要大。本研究將以理論研究出發，針對地下建築物使用許多獨立隔間區域的建築特性，探討某一區域起火時防煙區劃及防煙垂壁的蓄煙能力與排煙系統排煙能力的關係，以評估此排煙系統的效率及能力是否能充分發揮。同時建立以理論為基礎的地下建築排煙系統的審核程序，提供政府相關單位對 3.

(2) 特殊地下建築排煙設計的控管標準，以保障百姓的生命財產安全。. 1.2. 研究方法與步驟地下建築物因其構造特性大都屬於縱面寬廣的大平面結構，例如. 地下商場等，此類型地下建築物常為使用人眾多的公共場所，因此此類場所的防火安全更需特別注意，尤其大平面寬廣的商業地下建築常因其錯綜複雜隔間分佈往往在發生火災濃煙瀰漫時，讓人迷失方向。因此本研究計劃針對商業用地下建築物，探討此類型地下建築物煙流的物理特性，採用氣流網路法與防煙區劃結合，從基礎理論出發探討排煙量，貯煙量及防煙區劃大小的關係，以瞭解目前法規對於地下建築物的排煙設計是否有需要補充調整之處，更進一步以此理論基礎延伸各種實務設計的性能審核方法，以提供主管單位對於採用法規外特殊排煙設計的地下建築物，也能有一理論根據的審核程序。承上所述，本計畫主要工作內容及其詳細進行步驟，可示如下圖 1-1 之工作流程圖。. 4.

(3) 本研究計畫的流程如下：. 計劃開始地下建築物排煙方式之文獻收集整理各國的法規分析比較排煙策略研究. 現行法規評估比較性能設計程序建議結合防災計劃之煙控系統設計現有地下建築物之排煙量模擬試算計劃完成圖 1-1. 研究計劃流程圖. 5. 防煙區劃設置分析. 氣流網路模式建立. 煙流物理特性分析. 排煙風管設計. 排煙量計算.

(4) 1-3. 預期成果經由本計畫之執行，預期將可完成如下之具體成果：. 1.釐清"建築技術規則"與"各類場所消防安全設備設置標準"內有關地下建築物排煙法規相異之處。 2.完成收集國內外有關地下建築物排煙設備與設計之相關文獻及法規，作為政府相關單位之參考。 3.完成地下建築物排煙區劃設計評估及審核之基礎理論。 4.建立本土化地下建築物排煙設計的基本理論基礎。 5.研究成果可做為"建築技術規則"及"各類場所消防安全設備設置標準"等與地下建築物排煙通風相關條例增修訂之理論基礎。 6.完成現有地下建築物的排煙模擬試算。 7.研究成果可成為日後彙編建築物排煙設計手冊有關地下建築排煙設計之初步架構。 8.研究成果將可配合"防災計畫書"規劃小組的研究架構提供地下建築物煙控系統設計之評估標準做為"防災計畫書"煙控部份的細部內容。. 6.

(5) 第二章. 法規及案例分析. 本章除了探討我國及各先近國家法規對於地下建築物煙控系統的要求外，同時也藉由國內之案例分析以瞭解目前國內法規對於地下建築物的適用性及需要理論探討的重點所在。. 2-1. 現有法規分析. A.我國法規分析國內地下建築物與建築相關之一般法令，主要是遵循「建築技術規則」第十一章地下建築物之規定，該項法規為目前地下建築物的設計依據。適用條文從第一七八條至二○○條。而對於地下建築避難，消防等設備要求，則列於規則之第二○一條至二一七條等共十七條。於此 17 條文中 201 至 203 條條文為區劃規定，204∼206 為裝修與管路安全規定，207 為自動撒水設備規定，208∼211 為滅火器與自動警報設備相關條文，215 為排煙設備規定，216∼217 為緊急排水與緊急照明規定條文。從以上規則條文可看出地下建物排煙設備規定條文只有一條，即建築設計施工編第十一章第 215 條，其中的設計要點包括： (1)防煙垂壁長度之規定 (2)排煙區劃面積之規定 (3)排煙區劃內排煙開口數目之規定 (4)自然排煙時排煙開口面積之規定 (5)機械排煙時排煙量之規定在我國的消防法規中"各類場所消防安全設備設置標"其中第 189 條條文所列的排煙設備適用地下建築物，而在設置排煙設備規定條文. 7.

(6) 中也有提到地下建築物之地下通道，其總排煙量不得小於 600 立方公尺/分鐘。其中有些規定針對使用用途來區分也可適用於某些地上建築物，這也是與建築技術規則中第 11 章 215 條專門針對地下建築物之排煙設備條文不太相同處。比較"各類場所消防安全設備設置標準"第 189 條與"建築技術規則"第 215 條我們發現顯然在各類場所消防安全設備設置標準的規定要完整的多，比較結果如表 2-1 所示。表 2-1. 國內地下建築物排煙設備相關法規比較. 建築技術規則建築設計各類場所消防安全設備設施工篇第 11 章 215 條置標準第 189 條防煙區劃大小地下通道之樓地板面積樓地板面積每 500 平方公尺每 300 平方公尺排煙口大小防煙區劃面積之百分之防煙區劃面積之百分之二二排煙口垂直距離天花板下 80 公分內天花板下 80 公分內排煙口水平距離無防煙區劃內任一位置至排煙口距離不得超過 30 公尺排煙口之手動開無設於距離樓地板面 80 公分關以上 150 公分以下之牆面防煙垂壁地下通道自天花板面下自天花板下垂 50 公分以垂 80 公分以上上；地下通道應自天花板下垂 80 公分以上防煙區劃材料不燃材料不燃材料排煙機排煙量得由 2 個以上防煙區劃排煙量不得小於每分鐘 120 共用；每分鐘排煙量不得立方公尺。單一防煙區劃少於 300 立方公尺時，不得小於該防煙區劃面積 1 立方公尺/每平方公尺．每分鐘，在 2 區以上之防煙區劃時，應不得小於最大防煙區劃面積 2 立方公尺 /每平方公尺．每分鐘地下通道總排煙每分鐘不得少於 600 立每分鐘不得少於 600 立方公量方公尺尺 8.

(7) 國內目前"建築技術規則"有針對地下建築物的施工法及消防避難設施有單獨專門的一章節，由於地上建築物與地下建築物的結構並不相同，所以這一章節有其存在的必要性。但在排煙設備的規定上則與"各類場所消防安全設備設置標準"不盡相同，如防煙區劃大小及排煙機排煙量等，似乎有在探討之必要性。從本計畫附錄所節錄的日本有關地下建築物排煙設備相關法令可看出，國內不論是"建築技術規則"或"各類場所消防安全設備設置標準"皆源自於日本，但"建築技術規則"將日本相關法規做了某些程度的刪簡，實際上，本計畫的一個重要目的就是瞭解國內此兩種法規的差異性，是否有一致性的需要，如果有，其一致性的標準為何？現行的規定數據是否合宜本土化使用？以上此種種問題希望藉由本計畫的基礎理論探討分析加以定位。. B.其他國家相關法規分析本研究也將其他先進國家有關的地下建築排煙設備進行整理與分析。地下建築物如採用機械排煙則無較大的差異性，唯一的不同僅在於排煙量，而排煙量與排煙區域有直接關係，原則上排煙區域愈大則排煙量應愈大，如使用自然排煙則各國因國情及文化不同而有較大的差異，比較結果如表 2-2 所示。. 9.

(8) 表 2-2. 各國法規對地下建築自然式排煙設備之要求項目. 國家. 自然排煙設備項目說明法源出處防煙垂壁日本法規此三項自然建築基準法令施日本防煙區劃排煙設備之要求，主行排煙口要是提供強制式排煙之輔助功能排煙口對於煙控區劃的要求 Building 英國集煙頂僅用於集合式的大型 Regulations 可開式排煙窗商場建築，不論是地煙控區劃上或地下建築防煙區劃並無對於地下建築特 Uniform Building 美國防煙垂壁別條例，原則上以使 code (UBC) 排煙口用功能作為區分 National Building 集煙井 code (NBC) 排煙口排煙口分佈地下建築 Code of Practice 新加坡自然通風口物四周，其總面積須 of Fire Precautions 防煙室不小於地下面積的 in Buildings 2.5% 香港防煙垂壁針對地下建築物有特排煙口別要求防煙區劃並無針對地下建築物 Building Code of 集煙井特別規定之要求。與 Australia 澳洲防煙門美國類似，以建築物使用功能作為區分，不論是地上或地下建築. 從以上的說明可瞭解目前國內法規對於地下建築物排煙設備的規定，絕大多數條文皆抄襲至日本法規的規定(較完整關於地下建築物的日本法規詳見附錄)，雖然所包括的項目相當完整，但許多條款又予以簡化，造成部份地下建築物的防煙效果無法達到預期之目的，因此本計畫將經由基礎理論的探討，建立較完整的排煙系統規劃，以提供政府相關單位參考。. 10.

(9) 2.2. 案例分析探討地下商業建築排煙設備及運轉策略，如能分析實際的火災案. 例，學習過去錯誤的經驗，則有助於研究開發更具實際效益的排煙設計方法與設備規劃。. 2.2.1. 高雄地下街案例分析民國 78 年 12 月 18 日高雄地下商場的一場大火，堪稱是國內地. 下商業建築最有代表性的火災案例，高雄地下街商場火災財物損失高達 20 億元，所幸沒有人員傷亡，不過這也是台灣歷史上財物損失最嚴重之一的火災。高雄市地下街位於高雄市鹽埕區商業中心附近，都市計畫分區為第十三號公園用地，原為舊體育場；面對高雄市政府，位於中正四路與仁愛河交會口、三面環路，詳細位置如圖 2-1 所示，其基地所佔面積約為 37000 平方公尺，地下一層樓地板面積約為 3149 平方公尺，使用單元面積佔 69％，地下通道面積佔 31％，地下二層樓地板面積約為 30680 平方公尺，使用單元面積佔 67.5％，地下通道面積佔 32.5 ％，地下三層樓地地板面積約為 12780 平方公尺，使用單元面積佔 66.6％，地下通道面積佔 33.4％。根據『高雄地下街商場火災後現場勘察報告』可知此次火災起火源位於地下一層東側，因原有室內天花裝修大多使用易燃的木板天花，火災發生後即迅速漫延，使得地下一層燃燒甚烈，結構柱、樑及樓板受損也最嚴重，因此造成在火災當晚即發生塌陷，而於 4 天一場大雨後，又發生第二次之塌陷。. 11.

(10) N 立德棒球場市政府. 仁臺灣銀行. 愛. 中正路. 衛生局. 河西路. 2.2.2. 鹽埕國中. 光榮國小. 圖 2-1. 仁愛公園地下街. 立體停車場. 中正大橋. 高雄地方法院. 河. 高雄市地下街詳細位置圖. 討論與建議高雄地下街自民國 66 年 10 月開放使用，至 78 年 12 月發生火災. 全面封閉，歷時 12 年，當時高雄地下街，是國內第一個提出興建的地下商場，當時建築法規亦缺乏明文規定，產生建築法規與社會發展無法配合，規範失調現象，舉例如下： (1)地面下之建築物，其樓地板面積有關防火構造、防火建物及防火避難設施等有關規定時，得放寬加倍計算。 (2)地面下建築物以 6 公尺以上道路區劃時，其各該區劃道路兩端，應設寬 1.4 公尺以上樓梯，直達地面道路或由地面上得駛入汽車至地面下之各層時，其各層均得視為避難層，又各層設有通至地面上之開口時，得視為避難層出入口寬度。 12.

(11) (3)地面下之建築物任一點至樓梯之步行距離得放寬一倍，但除單身、守衛、輪值留守外，不得供應居住之使用。 (4)地面下之建築物設有抽風設備時，得作為排煙設備，各層通至地面之開口，得併入排煙口之開口面積。 (5)未設連接天花板之固定分間墻予以單位區劃而採用開放式者，不得視為連續店舖。從以上的討論可知適當的法規應可減少災難發生的機會，當然如有好的規範，使用單位不確實加以實行也是枉然，如高雄地下街當時的排煙設備法規雖不儘完善，但也有其基本要求。火災後的現況評估調查發現其地下樓層的抽風設備及天井開口就不符合原建築技術規則設計施工篇第 100 條及 101 條規定，而且大部份地下樓層未依面積大小做防火區劃，更有甚者，使用木造隔間，如此一來一旦發生火警，火勢蔓延就無法控制了。從高雄地下街的火災案例我們可發現，摒除結構安全性的相關法規外，引用防煙區劃(限制煙的擴散)防火區劃(限制火的延燒)的設計，並配合自動撒水設備限制火源的大小，當可將火災的損失減到最低，以保障人民的生命財產安全，現在問題是防煙區劃與防火區劃的設計是否恰當？是否有值得在改進之處？自動撒水設備與煙流相互影響的關係有多少？以上都是值得我們進行後續研究以彌補法規不足之處。. 13.

(12) 2.3. 小結地下建築物因其屬於開擴平面伸展型的建築構造，且因為地下開. 挖工程所以並沒有挑高空間的設計，反而以較固定的空間高度進行延伸，因而使其有如下的空間形態特徵： (1)至地面垂直距離長、步行避難疲累，且火災避難方向與流動方向相同。 (2)受到往地面出入口數量、位置、大小等限制。 (3)自地面欲掌握地下空間內部狀況困難；自地下空間內部也不易掌握地面上的各種狀況。 (4)空間容積小。 (5)位置辨識困難及方向感弱。 (6)易蓄積有害氣體。 (7)自然光及外氣供應有限。 (8)換氣設備規模大。為了克服以上空間所形成救災之困難點，地下建築物排煙系統當以自然排煙規劃配合機械排煙同時進行較適合。從各國的法規分析我們知道屬於自然排煙的排煙區劃，排煙口、排煙垂壁等排煙設備皆列於其法規中，但在採用機械排時，排煙設計中的防區劃則必需與其配合，將自然排煙的排煙口改成排煙風機。從以上的分析可知，不論是自然排煙或機械排煙，在地下建築中首先須將火場中所產生的煙流阻擋住，使其不致於到處流竄，然後經由排煙口(自然排煙)或排煙機排出(機械排煙)，但不論是自然排煙或機械排煙都需與防煙區劃之蓄煙能力同時考慮，而蓄煙能力則與自然排煙設計中之防煙垂壁長度，防煙區劃大小有直接關係，由此分析可知在地下建築物排煙設計中的自然排煙的排煙口，排煙區劃，防煙垂壁等是一定需俱備的，在自然排煙量不足時再以機械排煙輔助之。再計算蓄煙能力時，我門需瞭解火災時煙的產生量，同時要瞭解 14.

(13) 煙流動的物理特性，如此才能知道防煙區劃的面積，防煙垂壁的長度及排煙口大小是否設計適當，是否可於最短時間內發揮其功能，完整的排煙設計項目與流程如圖 2-2 所示。火災發生煙發生煙流物理特性分析. 長廊下煙擴散速率計算. 煙沈降率估算. 煙產生量估算. 防煙區劃之蓄煙能力排. 煙區劃自然排煙. 機械排煙. 排(煙口. 垂壁. 排(煙機. 排煙. 防煙. ). ). 圖 2-2. 排煙設計流程圖. 15.

(14) 按照圖 2-2 所示排煙設計程序我們所需決定的地下建築物排煙設計參數，如下： (1)防煙垂壁長度，H (2)防煙區劃面積，As (3)排煙口大小，Av (4)排煙機排煙量，Qf (5)排煙口位置，Dd (6)排煙機位置，Df 各排煙設計參數示意圖，如圖 2-3 所示。. Qf 防煙垂壁排煙機. 排煙口 Av. H. Dd Df. 煙廊下. 火源. As 圖 2-3. 地下建築排煙設計參數位置圖. 16.

(15) 第三章. 煙流動特性分析. 地下商業建築屬於在固定高度下延著平面橫向擴張的構造。根據建築技術規則的要求，地下建築樓層高度至少要 3 米以上，一般地下商業建築都能遵守此高度要求而形成一扁平的方形結構體，在此結構體煙的流動和擴展特性與一般建築或高樓並不完全相同，因此要進行地下建築排煙策略分析與設計就必須先針對地下商業建築的結構特性進行煙流物理性質分析。煙的產生是由固體物質燃燒而在其附近釋放出揮發性可燃氣體，由於這些可燃氣體的燃燒以致在火的上方形成一個帶有高溫煙氣的火柱，此就是高溫煙流，因為此高溫煙流的比重比四周的泠空氣低，造成此高溫煙流明顯的上升而聚集在天花板上，而展開橫向的移動，如果沒有阻隔物時，此股高溫煙流會快速的向四周延伸擴散，最後將導致整個樓層面皆被此高溫煙流所充滿。由以上的分析可知火的大小決定了煙的大小，在火煙尖頂部上升的高溫氣體柱中總是含有比可燃氣體燃燒時所需的更多空氣，而這部份剩餘空氣是相當熱的，並且它和燃燒時所產生的熱煙充分混合，從而構成煙的一個不可分割的主要組成部份。基本上當火逐漸增大時，所產生的煙和高溫氣體也將隨著增加，這些高溫煙流如未能將其排出的話，將在天花板下方形成一個高溫氣體層，要是不對它進行控制的話，這個高溫氣體層將在地下樓層相當大的面積上作橫向擴展，並且隨著火的進一步增大，高溫氣體層的厚度也將逐漸地增加，如圖 3-1 所示。. 17.

(16) ρ ,T. h. y. ρ0 ,T. 0. P. 圖 3-1. 火場中煙的產生機制圖. 18.

(17) 3.1. 燃燒時煙產生量估算和燃燒時夾雜空氣的總體積相比，可燃氣體的體積較小。因此，. 理論上認為煙的產生率大致是上升火焰和高溫氣體柱中夾雜的污染空氣量來估算之，而夾雜污染空氣量取決於(a)火的周界(b)火的燃燒熱和(c)火上方高溫氣體柱的有效高度(即在地板與天花板下方形成的煙和高溫氣體層底部之間的距離) 由燃燒所產生的混合氣體的量(即煙產生量)可由下式估算 1.  T0  2 M = 0.096Pρ 0 y  g   T 3 2. (3-1). 上式中各參數示意圖可參閱圖 3-1，各參數說明如下： P：為火的周界，m y：為地板到天花板下方煙層底部的距離 ρ0：周圍空氣的比重，㎏/m3 T0：周圍空氣的絕對溫度，K T：煙卷流中火的絕對溫度，K g：重力加速度，9.8m/s2 M：煙的產生率，㎏/s. 如果考慮 290K 時之外氣，比重 1.22 ㎏/m3，煙流中火的絕對溫度為 1100K，代入 3-1 式則可得一簡化公式為 M = 0.18×P×y3/2. (3-2). 上述公式清楚地顯示了煙的產生率與火的大小(P)成正比，並且與煙層下方的淨空距離有一對數比例關係。地下建築物屬於較封閉的區域，發煙量的估算將可以作為設計建築物煙控系統的重要依據，比如說發煙量會影響到排煙量及防煙區劃 19.

(18) 大小，更進一步地影響到排煙口的大小(自然排煙)及風機容量的選定 (機械排煙)，因此欲設計與評估地下建築物排煙系統的運轉策略，首先須能估算可能的發煙量。. 3.2. 煙沈降率估算在瞭解發煙量後，接下來計算煙沈降的速度快慢，此為評估防煙. 區劃是否能滿足避難計劃的重要依據。能預估煙下降至危害人逃生高度的時間，則可作為此地下建築物逃生避難計劃設計的重要參數依據。根據(3-1)式發煙量之計算，再考慮其煙層隨時間累積而逐漸下降，可得到一質量平衡方程式： 3  T  dy 0.096Pρ 0 y 2  g 0  = − ρA dt  T. (3-3). 上式並不考慮煙延著天花板橫向擴散的時間，與煙層沈降所需的時間相比，其相當短 (煙層前緣速度約為 1m/s) 所以可忽略不計。同時在(3-1)式中，我們假設天花板煙層溫度約為 400K、火源溫度為 1200K，同時將邊界條件 t = 0，y = h 代入(3-3)式則可得. t=. 20A  1 1    − 1  2  y h  P×g. (3-4). 此即為一封閉室內之高溫煙層沈降所需之大約預估時間。h 為該空間之高度，其餘式中所用符號與前節相同，在此舉一防煙區劃為 500 平方公尺，天花板高度為 3 米的地下樓層作為範例，利用(3-4)式進行式算可得到如圖 3-2 之結果。從圖 3-2 可知不同程度之火源規模，煙沈降的速度不同。在此範例中以火源周界(P)等於 6m 時為小火，P=12m 時為撒水頭所能控制的極限火源大小，而 P=16m 時為撒水頭不能控制的火源，即會快速燃燒的大火。從圖 3-2 中大火(P=16m) 時所產生的煙降至影響到人逃生高度 1.5m 時的時間大約為 48 秒，而 20.

(19) 撒水頭所能控制的火源，其所產生的煙則需 64 秒才能達到危害人員逃生的高度。. 3 P=6m P=12m P=16m. 2.8 2.6 2.4. y(m). 2.2 2 1.8 1.6 1.4 1.2 1. 0. 10. 20. 30. 40. 50. 60. t(sec). 圖 3-2. 不同火源規模時，煙層沈降時間變化圖. 21. 70.

(20) 3.3. 長廊下煙流移動分析由於地下商業建築物屬於在一較固定的天花板高度下延伸橫向. 擴展的建築結構，所以也常見縱向頗深的長廊走道分割各使用商業單元，這也是我們所謂的地下人行道。此種地下細長廊型的煙流從天花板開始流出，當碰到較冷的牆壁面時，煙流會沿著壁面下降，形成一個弧形，當煙逐漸增加時漸漸會形成一個有中空的圖弧形，最後當煙排不出去時，則整個長廊橫切面將被高溫煙流所涵蓋，如圖 3-3 所示。. 煙開始流出. 遇牆壁冷卻下降. 圖 3-3. 漸漸擴展. 地下人行道煙流移動變化圖. 當煙流較大，排煙口(自然排煙)或排煙機(機械排煙)無法及時將煙流排出時，而防煙垂壁又無法有效阻擋煙流擴散，此時煙流會橫越此防煙區劃進入另一個防煙區劃，類似此種延著地下人行道擴展的煙流，我們可用下列方程方來估算之. ζ (h − y) =    2g . 1. 3.  M    h. 2. 3.  273 + Ta     Ts − Ta . Ts = (Tf − Ta )exp( − 0.04x) + Ta 其中： y：煙層距地板高度，m. ζ ：抵抗係數 M：發煙量，m3/s h：長廊高度，m Ta：長廊下空氣溫度，℃. 22. 1. 3. (3-5) (3-6).

(21) Tf：煙流之最初溫度，℃ Ts：煙流過 x 米後之溫度，℃ x：煙流出後之距離，m. 從文獻中可知. ζ 2g. 在一約 30m 長距離之直通道實驗中約為 0.9，. 其幾何示意圖如圖 3-4 所示。防煙垂壁. Ts. 火災室. v h. Tf. y Ta. 廊下. x. 圖 3-4. 地下人行道內煙流擴散圖. 可舉一計算範例說明煙於地下人行道的流動及沈降情形。此範例假設一 3 米天花板高度的地下人行道煙流溫度為 500℃，當煙流經過防煙垂壁或不經防煙垂壁而直接擴散至人行道時，隨著人行道距離的增加，煙會逐漸沈降，終至充滿整個人行道，如圖 3-5 所示。圖 3-5 中仍然以三種火源規模進行試算，如果沒有排煙口或排煙機將煙排出，則大約在離發煙源 10m 遠處，大火規模所產生的煙已接近充滿整個地下人行道(僅剩離地面 20cm)。由此可知地下人行道排煙口設置的重要性。. 23.

(22) 0.7 P=6m P=12m P=16m. 0.6. 0.5. y(m). 0.4. 0.3. 0.2. 0.1. 0. 0. 5. 10. 15. 20. 25. x(m). 圖 3-5. 長廊下煙移動距離與煙沈降關係圖. 24. 30.

(23) 第四章. 煙流控制與排煙策略. 從前面幾章節的說明，我們已充分瞭解煙流於地下建築結構的流動特性而且我們也可從不同火勢大小估計可能發煙量及煙的沈降率，同時對於防煙區劃無法阻擋的較大煙流，我們也可估算其可能的煙層高度，此點對避難通道的規劃與設計相當有幫助，當然這也是我們最不希望看到的情況，我們希望火場中的煙可藉由防煙體、防煙壁、防煙垂壁等防煙阻體將煙阻擋住，然後由自然排煙(藉由排煙口) 或機械排煙(藉由排煙機)將其排出而以不防礙人員的逃生，基本上不論是採機械排煙或自然排煙設計方式，如要發揮有效排煙功能，前題是要有設計適當的防煙區劃和防煙阻體設施。. 4.1. 防煙阻體防煙阻體的設計，係利用建築物內部之防煙牆壁、防煙垂壁、防. 煙門等，阻擋煙的擴散。防煙壁的設計為利用居室內部之防火牆壁，形成蓄積煙的空間，減緩煙往水平方向擴散。再藉由自然式或機械排煙系統，將煙排出火場，達到控制煙的目的。常見的防煙壁設計，為自居室天花板下垂某一長度，而成所謂的防煙垂壁。防煙垂壁須用不燃材料所建造，若天花板亦為不燃材所建造，則防煙垂壁只須自天花板下垂某個高度。若天花板為非不燃材所建造，則防煙垂壁必須自上層樓地板下方開始建造，再穿過天花板下垂某個高度。我國現行的「建築技術規則」中對於各類建築物規定應設置防垂壁。一般建築為自天花板下垂 50 公分以上，而地下建築之地下通道則為自天花板下垂 80 公分以上。防煙壁的設計亦可為活動式，即遇到火災發生時，與火警警報器連動，再自天花板內下降，而形成垂壁。平時則以類似鐵捲門形式，收藏於天花板內。這種活動式的防煙壁，甚至可下降至離地約 50 公 25.

(24) 分處，以期形成更大的蓄煙空間。但人們逃生時，則須匍匐前進。還有另一種型式的活動防煙壁，在平時防煙壁為天花板的一部份。遇到火災時，則擺下而成防煙垂壁。. 4.2. 防煙區劃是以防火防煙之牆板、樓板將建築內部區隔成數區，讓煙的移動. 被限制在一個區劃內。而該區內須具有獨立的排煙系統將煙排出，達到煙控制的目的。如圖 4-1 所示，在圖中顯示，當居室區發生火災時，由於有防煙區劃的設計，則煙被局限在火災區內，而避難區或逃生路徑便可成為明確通道，以供人避難或逃生。在建築物中為了防止煙的擴散，應於樓地板面積較大的使用空間，設置適當的平面區劃，一般大多與防煙垂壁相配合。可增加煙層累積的厚度，提高偵煙器及撒水頭動作的確實性。區劃原理大致可分為以樓地板面積，及以距排煙口長度來區劃。我國建築技術規則規定，以樓地板面積做區劃時，一般建築其區劃面積須在 500 平方公以內，自天花板面下垂 80 公分以上之防煙壁了以區劃分隔。但地下通道其區劃面積須在 300 平方公尺以內。而區劃範圍內任一位置至排煙口之水平距離，不得超 30 公尺，如圖 4-2 所示。. 26.

(25) 排煙機排煙口避難區. 防火門. 火災室. 火源送風機. 圖 4-1. 防煙區劃與排煙機或排煙口配置圖. 排煙口. B. A. A + B ≤ 30. 圖 4-2. 排煙口於防煙區劃內之水平距離限制圖. 27.

(26) 4.3. 地下建築物的自然排煙此種排煙方式利用防煙阻體與防煙區劃互相配，於區劃內適當處. 設置排煙口將煙利用其高溫浮力作用而排出，此排煙口於平常時可由擋板控制開或關，遇有火災時則自動或人工手動開啟，以利將室內的高溫煙排出。對自然排煙而言，最重要的設計因素為排煙口的位置，形狀及大小。排煙口的位置，一般是設在牆壁高處或天花板上。若牆壁或天花板不是直接與外界相通，則必須與排煙風管相接，以利排煙。我國建築技術規則內規定，排煙口應設在天花板或天花板下 80 公分範圍內之外牆，或直接與排煙風道(管)相接。關於排煙口的形狀，常見的設計為四方形。但如於通道、長廊等建築物內部設置排煙口的話，長度涵蓋整個走道寬度的「條形」排煙口，或許比四方形排煙口更能將煙有效排出。而排煙口的大小，更是決定其排煙效率的重要因素。根據我國建築技術規則，一般建築及地下通道排煙口之開口面積，必須大於防煙區劃部分樓地板面積的 2％以上。排煙口在平時為保持關閉狀態(Normal Close)。遇有火災時，則以手動或自動開關予以開啟，其手動開關需位於大人小孩皆可啟動的位置。如建築技術規則內規定，開關位置應在距離樓地板面 80 公分以上 150 公分以下之牆面上。. 28.

(27) 4.4. 地下建築物的機械排煙地下建築物的機械排煙則與防煙阻體與防煙區劃配合，將區劃內. 所阻檔下來的煙流利用耐高溫風機經由風管排出，由於地下建築物的平面開擴型建築特性，其內之防煙區劃往往在數十個以上(視其面積大小而定，如圖 4-3 所示)因此對於區劃內的排煙風管設計則為地下建築有限天花板高度內使用空間之一大挑戰，目前國內建築技術規則建築設計施工編(地下建築物)第 215 條規定排煙機得由二個以上防煙區劃共用之，排煙量每分鐘不得少於 300 立方公尺，地下通道則總排煙量每分鐘不得少於 600 立方公尺，另外於各類場所消防安全設備設置標準第 189 條則規定地下建築物，排煙機排煙量不得小於每分鐘 120 立方公尺，旦在一防煙區劃時不得小於該防煙區劃面積每分鐘每平方公尺 1 立方公尺，在二區以上防煙區劃共用時，應不得少於最大防煙區劃面積每分鐘每平方公尺 2 立方公尺之排煙量。地下通道，經總排煙量不得小於每分鐘 600 立方公尺。從以上說明可知除了地下通道其總排煙量相同外，各類場所消防安全消煙標準的規定似乎較符合科學精神，根據不同區劃面積大小調整其排煙量且有規定最小排煙量 120 立方公尺也將針對此差異點，進行理論探討分析。. 29. 每分鐘，因此來研究.

(28) 1 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 2. 2. 1 2. 2. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. :商店使用區. 2. :走道 :防煙區劃及排煙口 :風機. 圖 4-3. 地下商場建築防煙區劃配置範例. 30.

(29) 4.5. 氣流網路分析法至於多少防煙區劃內的煙由單一風機或多重風機經由風管連接. 排出，與各風機的排煙量由密切關係，而風機的排煙量又與防煙區劃內之貯煙能力有密切關係，圖 4-4 所示的五個防煙區劃排煙風管連接示意圖即可說明氣流網路理論如何應用於防煙區劃內之排煙設計。. 開口部. 開口部. 開口部. (2) 防煙區劃 (1). 防煙區劃 (2). 防煙區劃 (4) 開口部. 圖 4-4. 防煙區劃 (3). (3). (1). 防煙區劃 (5). (4). (5). 開口部. 氣流網路於防煙區劃內機械排煙之應用. 氣流網路乃由許多節點與不同元素所組合而成，不同之元素皆代表不同之流體力學特性，以下分別對元素之模型(Element model)進行說明：每個氣流元素的統御方程式可利用 Bernoulli 方程式描述： △P1,2=(P1+1/2ρV12) - (P2 +1/2ρV22) + ρg(z1 - z2) 式中： △P1,2：第一點與第二點間的總壓差 P1, P2：入口與出口之靜壓(Pa) V1, V2：入口與出口之氣流速度(m/s). ρ：流體密度(kg/m3) g：重力加速度(m/s2) 31. (4-1).

(30) z1 , z2：入口與出口之高度(m) 每個節點有三個變數：壓力、溫度(計算空氣密度及粘滯性)及高度(節點之高度值用以決定煙囪效應之壓力)。建築物內部開口氣流所造成之風壓，使壓力項為： △P =Pn - Pm + Ph + Pw. (4-2). 式中： Pn , Pm：節點 n 及 m 的總壓 Ph：由於密度及高度差所造成之壓力差 Pw：由於風所造成之壓力差式(4-2)建立一個氣流方向的設定，風由 n 點流向 m 點，則氣流值為正。以下所描述的氣流元素中，氣流量與壓力差的關係式為 m& = f (∆P) 。. (1) Powerlaw Flow Element 大部份的滲漏模型乃建立在氣流與建築物開口或隙縫，其兩端壓力差關係式為： 1/2 x m& i = C(ρn) (∆P). (∆P>0). (4-3a). 1/2 x m& i = - C(ρn) (-∆P). (∆P<0). (4-3b). 或. 式中： m& i ：第 i 個元素之氣流量(空氣由節點 n 流至節點 m). C：流量係數. ρ：節點 m 或 n 點之空氣密度 ∆P：流過該元素之總壓力差(Pn - Pm ) x：流量指數 32.

(31) 理論上流量指數介於 0.5 到 1.0 之間，較小的隙縫開口其係數值接近 0.65，較大開口其指數值非常接近 0.5。式(4-3)可將其聯想為孔口方程式： Q = Cd A 2∆P/ρ. (4-4). 式中： Q：體積流率(m3/s) Cd：流出量係數(dimensionless discharge coefficient) A：孔口面積(m2). ρ：氣體密度(kg/m3) ∆P：流經孔口之壓力差(pa) 式(4-3)的主要優點在利用牛頓法求模擬方程組的解時，其偏導數的計算較為簡單： ∂m& ∂m& i =x i ∆P ∂Pn. (4-5a). ∂m& ∂m& i =−x i ∆P ∂Pm. (4-5b). 及. 當流體在低.速時，其物理特性改變(由紊流變成層流)，因此低流速時式(4-2)改寫成： m& =kρ∆P/µ. (4-6). 式中： k：流量系數(Flow coefficient) µ：粘滯係數(Viscosity) 低流速時其偏導數為一簡單常數。 ∂m& i ρ =k µ ∂Pn. (4-7a) 33.

(32) 及 ∂m& i ρ = −k µ ∂Pm. (4-7b). (2) 大面積開口當氣流流經較大的開口時，在開口的不同部分，可能因壓力差的不同造成氣流的流向相反，使得氣流的分析更為複雜。由於兩個空間的溫度差及空氣密度不同，所產生之煙效囪應，可能導致開口的上方有正的壓力差，下方有負的壓力差，造成兩個相反方向的氣流流動。若假設氣流的熱傳量為均勻傳遞，則可利用 Powerlaw element 並聯計算風量大小及方向，如圖 4-6 所示，另外一個方法乃直接建立開口的元素，該元素直接求得流經開口的氣流量。假設每個空間內的空氣密度為一常數，則每個空間內不同高度的靜壓力為： Pon＝Pn + ρng(hn - ho)；Pom＝Pm + ρmg(hm - ho) Pn(y)＝Pon－ρngy；Pm(y)＝Pom -ρmgy. (4-8) (4-9). 假設氣流的速度為高度的函數，以孔口方程式表示之： 12.  2( P ( y ) − Pm ( y )  V ( y ) = Cd ⋅  n  ρ  . (4-10). 式中： Cd：排出量係數. ρ：空氣流經該面積的密度在某個臨界高度 Y ，氣流的速度為零；從 (4-10) 式得知當 Pn(y)=Pm(y)時，速度為零，由(4-9)式得： Y=. Pon − Pom P − Pon = om g ( ρ n − ρ m ) g ( ρm − ρn ). (4-11). 34.

(33) 若 0<Y<H，則流過開口的氣流為兩向氣流，位置為 Y 處氣流為零。若ρn=ρm 則無法計算臨界高度，因為沒有兩向氣流存在，則開口的氣流模型可以視為簡單的孔口開口。定義∆ ρ=ρn - ρm 及轉換高度座標 z = Y-y，則流經開口的壓力差為：. ∆P(z)= －g z ∆ρ. (4-12). 流過臨界高度 Y 以上之氣流質量流率為： m& a = ∫. z = H −Y. z =0. ( ρV ) i wdz. i為n或m. (4-13). 流過臨界高度 Y 以下之氣流質量流率為： m& b = ∫. z =0. z = −Y. ( ρV ) i wdz. i為n或m. (4-14). (4-13)與(4-14)式中之註標 i 代表著第 n 或第 m 個節點，不同節點所計算的質量流率相同，但是流場之方向會因不同節點而改變。將 (4-13)與(4-14)式做積分，其積分結果會因為臨界高度不同或是∆ρ的正負而有不同之結果：. m& total = m& a + m& b z = H −Y. 2 32 2 g ∆ρ z 3 z=0 將總質量流率對壓力微分得： 1 = ρ 2 Cd w. 1 2. 1 + ρ 2 Cd w. 2 g ∆ρ. 1 2. 2 32 z 3. z=0 z = −Y. ∂m& total ∂m& a ∂m& b = + ∂P ∂P ∂P 1.  2  2 12 2 = ρ C d w  z  g ∆ρ . z = H −Y. 1. 1.  2  2 12 2 + ρ C d w  z  g ∆ρ . z =0. 1. z =0. z = −Y. 定義： 2 G ≡ wC d 2 g ∆ρ 3 fa ≡ H − Y fb ≡ Y. 3. 3. 1 2. (4-15a) (4-15b). 2. (4-15c). 2. 35.

(34)   .  2 G ′ ≡ wC d   g ∆ρ. fa′ ≡ H − Y fb′ ≡ Y. 1. 1. 2. (4-15d) (4-15e). 2. 1 2. (4-15f). 故，如圖 4-7：. (一 ) Y ≤ 0 ：. ∆ρ > 0. m& = − G ρ m f a − f b. ∂m& ′ ′ = G ′ ρm f a − f b ∂Pn. (4-16a). ∆ρ < 0. m& = + G ρ n f a − f b. ∂m& ′ ′ = G ′ ρn f a − f b ∂Pn. (4-16b). (二 ) Y ≥ H ： ∆ρ > 0. m& = + G ρ n f a − f b. ∂m& ′ ′ = G ′ ρn f a − f b ∂Pn. (4-16c). ∆ρ < 0. m& = − G ρ m f a − f b. ∂m& ′ ′ = G ′ ρm f a − f b ∂Pn. (4-16d). (三 ) 0 < Y < H ： ∆ρ > 0. m& a = − G ρ m f a. m& b = G ρn f a ∆ρ < 0. ∂m& = G ′ ρn f b ′ ∂Pn. m& a = G ρn f a. m& b = − G ρm f a. ∂m& = G ′ ρm f a′ ∂Pn. ∂m& = G ′ ρm f a′ ∂Pn. ∂m& = G ′ ρm f b ′ ∂Pn. (4-16e) (4-16f) (4-16g) (4-16h). 其中：. ∂m& ∂m& =− ∂Pn ∂Pm. (4-16i). 36.

(35) (3) 風管風管的流量原理在 ASHRAE 基本原理手冊有良好的發展和扼要說明，在 Blevins 更有很長一章相關管路(Pipe and Duct)之大部分學理。管路的分析是基於伯努力 (Bernoullis) 方程式和假設管路的磨擦損失如下：. ∆Pf = f．L/D．ρV2/2. (4-17). 其中：. f：磨擦因數(friction factor) L：管長(duct length) D：水力直徑(hydraulic diameter) 由管路附件等等所造成的動力損失如下：. ∆Pd=Co ρV2/2 其中：. Co：動力損失係數全壓損失如下： ∆P = ∆Pf + ∑ ∆Pd. 因 m& = ρVA ，而 A 為管之切面面積，所以. [. (. m& = 2ρA 2 / fL / D + ∑ C 0. )]. 1. 2. ⋅ ∆P. 1. 2. (4-18). 磨擦因子可以使用非線性的 Colebrook 方程式來計算 1/. f = 1.44 + 2 ⋅ log( D / ε ) − 2 ⋅ log[1 +. 其中：. 37. 9.3 Re⋅ ε / D ⋅. f. ]. (4-19).

(36) ε：粗度直徑. Re：雷諾數 = ρVD / µ = m& D / µA 使用牛頓法(Newtons method)反覆計算可推論得如下非線性方程式：. g* =g - [g-α+γln(1+gβ)] [1+γβ/(1+gβ)]. (4-20). 其中：. g = 1/(f)1/2 α = 1.14 -γln(ε/D) β = 9.3/(Re．ε/D) γ = 2.log(e) = 0.868589 上式使用 g = α作為起始值，經 2 或 3 次反覆計算可得到收斂解，方程式(4-18)之正確微分解不容易計算，然而假定方程式(4-18)的微分為常數如下可獲致合理的收斂： ⋅. ⋅. ∂ mi m = i ∂Pn 2∆P. (4-21a). ⋅. ⋅. m ∂ mi =− i ∂Pm 2∆P. (4-21b). 上面敘述之管流為雷諾數大於 4000 之完全紊流區，當雷諾數小於 2000 時，乃為具有層流磨擦損失的層流其描述如下：. ∆Pf = K Re．L D．ρV2/2 ＝µ ρ．KL. (2AD2)． m&. 其中：. k：層流磨擦因子層流動力損失如下：. 38. (4-22).

(37) ∆Pd = Ko．ρV2/2 = Ko. (2ρA2)． m& 2. (4-23). 其中：. Ko：層流動力損失係數上式(4-22)和(4-23)由質量流的全壓降(total pressure drop)可以導出一式二次方程式：. a m& 2+b m& +c = 0. (4-24). 其中：. a = Ko/(2ρA2) b = µKL/2ρAD2 C = ∆P m& = [(b2+4ac)1/2-b] /2a. 其偏微分如下： ⋅. ∂m 1 = 2 ∂Pn ( b + 4ac ) 1 2. (4-25a). ⋅. ∂m −1 = 2 ∂Pm ( b + 4ac ) 1 2. (4-25b). 其微分在∆P = 0 是有限的. (4) 風機相關排送風機(FAN)的流量原理在 ASHRAE 設備手冊有簡要說明，而在 Osbrone 則有較詳細的敘述，風扇性能可由性能曲線表示之，所特性化，在一給定的風扇速度和空氣密度，此曲線顯示其升壓值 (total pressure rise)和流率成一對比關係，此風機性能曲線可由一式三次或更多之多項式來表示：. P = aO+a1Q+a2Q2+a3Q3. (4-26) 39.

(38) 針對風機性能曲線之形狀有以下兩項重要因素陳述：. A.描述曲線模式以 P(Q)代替 W(p)之形式將較適合於計算流量和偏微分，其性能曲線之基礎形狀如以 P 為自變數不易完整表現成一簡單多項式，上式(4-26)使用反覆求解法可以求出流率。. B.通常風車之性能曲線常包含有反曲點，即在某一風壓值會有三種不同的流率，這將導致求解流率的困難，更重要的其點之微分值可能為無限，因此最好風機之運轉不要位於反曲點之區域，因此在模組化風機性能曲線時，須考慮避免位於此一反曲點之操作曲域。要判斷多項式之系數是否有反曲點可將其微分如下來評定：. P = aO+a1Q+a2Q2+a3Q3. (4-27a). P′ = a1+2a2Q+3a3Q2. (4-27b). P″ = 2a2+6a3Q (4-27c) P′ = 0 之點為反曲點，解方程式(4-27b)可得 Q = [-2a2- (4a22 - 12a1a3)0.5] /6a3. (4-28). 如果(4a22-12a1a3)>0 會有兩個反曲點，如果 P″(Q)>0，此點為最大值，如 P″ = 0，即為彎曲之點，某一特定風機在不同的轉速和空氣密度可由"風機定理(FAN LAWS)"得其風機性能曲線. Q1/Q2 =(N1ρ1)/(N2ρ2). (4-29). P1/P2 =(N12ρ1)/(N22ρ2). (4-30). 其中：. W：體積流率 P：全昇壓值(total pressure rise) N：轉速 ρ：密度 40.

(39) 以上之定理如果兩個不同速度之風機其氣流條件相似，則有相當正確性，但如轉速低至未達全紊流區則將不適用。從以上的分析，再輔以下列 4 項參考條件：. (1)氣流流經一開口(門、窗)，為兩點之壓力差所造成，因此利用一簡單的非線性關係可描述煙流量與壓力。. (2)建築物可考慮由許多防煙區劃所組成，防煙區劃又由許多之開口所連接，同時亦可利用開口描述排煙口與室外環境之關係。. (3)將防煙區劃視為一個節點 (Node) ，將開口視為一連接物 (Connection or Element)，此假設有如風管氣流之控制系統網路，其中連接物為管路而節點為管路之接點。. (4)在節點上要保持質量守衡的原理，假設氣體為不可壓縮流體，流入之煙流量須等於流出量，而且每個節點代表一非線性方程式。考慮以上四個假設條件，不同的防煙區劃連接方法而有不相同之節點與元素相結合，由節點之質量守衡原理得一組非線性微分方程組。運用牛頓法即合求得此非線性微分方程組之解[附錄 B]，此即為所求每個防煙區劃設計之機械排煙量。防煙區劃1. 防煙區劃2. Node1. Node2. Node3 (開口或風管或風機) Element1 防煙區劃3. Element2 (開口或風管或風機) Element3 (開口或風管或風機). Node4. 圖 4-5. 防煙區劃內節點與元素連接圖. 41.

(40) 防煙垂壁. y=H ρn. Node n. Node m. Pn hn. ρm. Pm hm. Pon. Pom. 圖中：. ho：地板高度 hn ,hm：第 n 點及第 m 點之高度 Pn ,Pm：第 n 點及第 m 點之壓力 ρn ,ρm：第 n 點及第 m 點之空氣密度 Pon ,P0m：第 n 點及第 m 點之地板面參考壓力 H：門的高度 W：門的寬度. 圖 4-6. 利用 Powerlaw element 模擬防煙垂壁在不同高度位置之氣流量. 防煙垂壁. 0<Y<H 圖 4-7. Y<0 三種不同臨界高度之氣流流動模式. 42. Y>H.

(41) 防煙區劃共用風機之排煙計算. 4.6. 本節將利用前幾節以網路模式所推導出來的概念及公式進行模擬計算，當有許多防煙區劃共用風機時，此風機所需運轉的風量。圖 4-8 為一地下商業街的典型結構圖，根據此結構圖，我們可規劃為八個完整的防煙區劃(Zone 1 到 Zone 8)及公共走道區域(Zone 9) 進行排煙系統計算。在此模擬案例中，我們假設在第二個防煙區劃的店鋪區防火，此時啟動排煙系統，而此機械排煙系統為此所防煙區劃共用。每個店舖防煙區劃面積為 4 米長✕4 米寬✕4 米高。此時並同時考慮各排煙區有洩漏量產生，整體計算結果如表 4.1 所列。在表中以. 100℃及 800℃風溫進行兩次模擬，以瞭解煙層溫度改變時，整區排煙量之變化。經過此模擬計算我們可預估採用多個防煙區劃共同排煙時，各區劃及總排煙量的設計值。. 表 4.1 各防煙區劃排煙量模擬結果風量煙溫. Q1. Q2. Q3. Q4. Q5. Q6. Q7. Q8. Q9. Q10. Q11. 100℃ 7.755 3.253 8.142 8.851 7.758 7.758 7.387 7.387 38.44 96.72 5.664 800℃ 7.661 4.353 8.044 8.584 7.761 7.761 7.390 7.390 37.00 95.95 3.886 風量：m3/min. 43.

(42) Q10. Zone3. Q1. Zone5. Q3. Q7. Q5. Zone1. Zone7. Zone9. Q11 Q9 Q2. Q4 Zone2. Q6. Zone4. Q8 Zone6. Zone8. 店鋪防煙區劃：Zone1~Zone8 走道防煙區劃：Zone9 起火店鋪：Zone2. 圖 4.8 多個防煙區劃共用排煙之示意圖. 44.

(43) 第五章排煙與避難策略分析地下建築物屬較封閉型的結構，且商店開口部較少，火災時因供氣不足且燃燒不完全產生大量的煙。萬一火災時造成煙無處可排，將使煙流向公共地下道，公共廣場等逃生通路。此外，地下道窄小會使煙層變厚，煙的流動比一般速度還快。同時，地下街商店的可燃性商品在營業時整個推出通道邊的商品架、貨架，將形成阻礙防火鐵捲門等閉鎖障礙。而天花板上的裝飾紙，產品很可能會形成延燒路線。因此，地下建築物的排煙系統如果搭配設計不當往往形成逃生避難困難，而造成嚴重的生命損失。而要減少生命損失，逃生避難設計必須徹底落實。避難設計中相當重要的一個考慮因素即是“煙”。如果排煙量不足將使煙迅速累積，煙沈降速度加快，在很短時間內“淹沒” 所有欲逃生的民眾，此時，即便有現成的逃生通路或安全門，逃生者會因視線不良或吸入過多的一氧化碳煙毒而無法行動，造成逃生避難的遺憾。有鑑於此，地下建築物的逃生避難設計及需考慮該使用空間的排煙設計，排煙口是否足夠，排煙量是否充足，使煙沈降速度減緩，以利民眾逃生。 5.1. 火災初期的煙層下降計算火災發生時，往往在最初的 10 分鐘是最佳的逃生時，否則當火. 勢發展到盛期時，火、煙的快速增加，使逃生不易。尤其是地下建築物，因其特有地形結構的限制，使地下建築物在一定天花高度下延展其縱深。如果發生火災，排煙系統必須迅速開始，否則隨著火勢的增大所帶來的濃煙會很快的充滿各防煙區劃，造成逃生不易。因此，成功的避難設計就必須考慮在火災初期時，排煙能力是否能維持煙層高度使民眾能順利逃生，如圖 5.1 所示。. 45.

(44) A 高溫層. ⋅. mp. 初期煙區. ( smoke plume ). H. ρS : 煙層密度 T S : 煙層溫度 V S : 煙層體積. Z 火源. Z0. 圖 5.1 火災初期煙流產生圖. 在第三章中，對於煙層下降進行了固定火源大小的定量分析，雖然可從其結果大概估計空間中煙層下降的速度，但燃燒過程屬於漸擴展的過程，火源的燃燒速度會隨著時間改變，因此，本計劃針對此點進行火災初期隨著火源規模大小發煙量隨時間改變的估算，以便更準確的估計煙層沈降速度的分析。火災初期時煙的產生與流入的空氣量須維持質量守恆即 ⋅ d ( ρ sV s ) = m dt. P. ----------------------------------------------(5.1). 煙層體積相當於天花板面積與煙層厚度之乘積 V. s. = AZ. '. ---------------------------------------------------------(5.2). 46.

(45) d dZ′ dZ (ρsVs) = ρsA = −ρsA ---------------------------------------(5.3) dt dt dt 而. ⋅. m p = Cm(. ρ ∞2 g C pT∞. )1 / 3 Q1 / 3 Z 1 / 3. 代入(5.1)與(5.3)合併則得 ⋅. m p = Cm(. ρ ∞2 g C pT∞. )1 / 3 Q1 / 3 ( Z + Z 0 )5 / 3 = − ρ s A. dZ ------------------------(5.4) dt. 上式可改完成 Cm( ρ ∞ / C pT∞ ) dZ =− 5/3 Aρ s (Z + Z0 ) 2. 令K =. 1/ 3. • Q1 / 3 • dt ---------------------------(5.5). Cm ρ ∞2 g 1 / 3 ( ) ρ s C pT∞. 則(5.5)式成為 dZ K = − • Q1/ 3 • dt -------------------------------------------(5.6) 5/3 (Z + Z 0 ) A. 我們考慮發煙量隨時間改變的模式(T-square)則發熱量為 ⋅. Q = Qot n ---------------------------------------------------------------(5.7). 將發煙量代入(5.6)式，同時對空間高度取積分則. ∫. Z. H. −. 5. 1. ( Z + Z 0 ) 3 dZ = −. n. t K (Q0 ) 3 ∫ t 3 dt -------------------------------- （5.8） 0 A t. (Z + Z 0 ) 5 1− 3 2 − 3 − ( Z + Z 0 ) 3 2  1. (Z + Z0 ) (Z + Z0 ) (Z + Z0 ). −. −. 2 3. −. 2 3. −. 2 3. 1. n. (1+ ) K 1 )t 3 = − (Q0 ) 3 ( n A 1+ 3 0 3+ n 2 −   3  K 1/ 3 ( 3 ) 3 − ( H + Z 0 )  = − ( )Q0 t 3+ n A . 2 Z 3 H. − (H + Z0 ). −. 2 3. =. + 2  3  K 1/ 3 ( ( )Q0 t  3 3+ n A 3+ n. 2. −  3  K 1/ 3 ( 3 ) + (H + Z0 ) 3 = ( )Q0 t 3+ n A 3+ n 2 −  2  K 1/ 3 ( 3 ) ( ) Q t − (H + Z0 ) 3 =   0 3+ n A. 47. 3+ n ) 3.

(46)  3  K Z =  ( )Q t  3 + n  A. 3+ n ( ) 1/ 3 3 0.  + (H + Z0 )   2 − 3. −. 2 3. − Z 0 ------------------- （5.9）. 由(5.9)式，可求得煙層下降的時間  3   . n+3   2 2   (Z + Z )− 3 − ( H + Z )− 3  0 0  t= ---------------------------------- (5.10) 1 2 K 3   ( )( )Q0   3+ n A. 將上式代入(5.6)對空間高度進行積分可得.  k 1 / 3 2 1+ n3 1  Z =  Qo ( )t + 2 / 3  n+3 H   A. −. 2 3. − Z o ----------------------------- (5.11). 其中 K = Cm( ρ ∞2 g / CpT∞ )1 / 3 (l / ρ s ) 由(5.11)可解得煙沈降時間與高度的關係公式，     Z t =    . 3.  n+3 1  1   − + Z o  (H + Zo )2 / 3  --------------------------------- (5.12) 1/ 3   2  K  ⋅  Q    o   N + 3  A   2/3. 從方程式(5.12)可根據不同燃燒特性的物質或商品計算煙層下降的速率，再從此煙層下降速率配合地下建築物的避難策略，即可估計適當的排煙量。方程式(5.12)已經由日本建築研究所的全尺寸實驗屋之實驗數據進行比較，結果相當吻合。圖 5.2 中將方程式(5.12)的 n=0 代入與日本建築研究所的實驗數據比較取 Qo 為 1.3mw，地板面積為 720m2，天井高為 26m。此方程式應可準確估計初期火災時煙層下降之速率，在該圖中，同時計算 ⋅. Q = Q ot 2. 的火場發熱速率，此種表示法也是較為接近真實情況的條 48.

(47) 件。從圖 5.3 可清楚瞭解防煙區劃地板面積對煙層下降速率的影響，當防煙區劃地板面積愈大，煙層下降速率較慢，所以目前國內建築技術規則規定地下建築物每平方公尺 1CMM 排煙量之規定似乎不太合適所有的排煙系統設計，關於此點，本文後有更詳細的實例分析。. 49.

(48) 25. n=0. 20. n=2. Z(m). 15. 10. 5. 0. 0. 100. 200. 300. 400. 500. 600. Time(sec). 圖 5.2 初期火災煙層下降速率圖 25. n=0. 20. n=2. Z(m). 15. 10. 5. 0. 0. 100. 200. 300. 400. 500. Time(sec). 圖 5.3 不同地板面積煙層下降速率圖 50. 600.

(49) 5.3 煙沈降設計實例比較分析本節最主要探討採用初期火災煙沈降速率預測模式進行實例計算以瞭解此模式應用於現場排煙設計的可行性。本研究以國內較具代表性的地下建築物為探討對象，此地下建築物分地下兩層，地下一層為商業使用區域，地下二層為停車場。地下一層店舖區內共分 45 個防煙區劃，區劃面積共 9940 m2；走道區內共分 56 個防煙區劃，區劃面積共 13465m2。地下二層停車場內共分 68 個防煙區劃，區劃面積共 22234 m2。由於鄭州路地下街防煙區劃設計方式皆相同，本研究僅由該設計中取一店舖區及走道區為代表進行模式運算以瞭解目前國內實際地下建等排煙設計的概況。圖 5.6 為此地下商業建築店鋪及走道區內防煙區劃的代表示意圖。根據國內建築技術規則(1cmm/m2)，店舖防煙區劃實際採用排煙量為 365 m3/min，走道防煙區劃之排煙量為 198 m3/min。本研究即以此國內最先進的地下建築所採用的排煙量設計為範本進行探討，以瞭解目前國內相關法規的適宜性。圖 5.7 及圖 5.8 分別就此地下街的某一店舖及通道的防煙區劃大小進行煙沈降速率計算，我們發現在一封閉系統內，完全沒有排煙的情況以三種不同燃燒特性值，Q1、Q２及 Q3 代入模式計算最慢大約在. 540 秒(店舖)及 380 秒（走道）煙即會完全沈降至地表面，最快的情形則為約 300 秒（店舖）及 200 秒（走道）煙即可沈降至地表面。. Q1、Q２及 Q3 分別代表：Q1 為店內物品燃燒性低的商店，Q２為一般傢俱，事務用品，紙的商店，Q3 為化學纖維合成樹脂，大型可燃物的商店。將圖 5.7 與圖 5.8 的數值與第三章等值燃燒速率預估煙沈降速率的方式進行比較可知其差異性頗大。圖 5.9 與圖 5.10 分別採用此地下街實際的防煙區劃面積進行計算在不同火源大小情況下煙沈降的速率。比較圖 5.7 與 5.9 圖即相同店舖區的防煙區劃面積大小，我們可發現其在 250 秒前採用定量燃燒速率模式計算的煙沈降速率太快。以一 365m2 的防煙區劃，大約 40sec 左右煙已降到地下樓層高度的一半 51.

(50) 即 1.5m，換言之在這初期的 40 秒鐘內共產生 547.5 m3 的煙，此值似乎屬於全盛時期(Flash over)的火源，才較有可能產生如此大量的煙，事實上，在火災初期警報系統已做動，排煙系統應可即時啟動，不會等到火勢已發展到全盛時期，排煙系統才啟動，相同的情況也可發現在圖 5.8 與 5.10 之比較上，以走道而言，前 150 秒的煙沈降速率仍然是採用定燃燒量模式所估算的煙沈降速率較快，此點值得日後設計者特別留意。. 52.

(51) 53. 安全梯. 圖 5.6 地下商業建築店鋪及走道防煙區劃示意圖. 通道. 店舖. 通道.

(52) 3. 2.5. 2. Q 1 = 0 .0 1 2 5 Q 2 = 0 .0 5. Z(m). Q 3 = 0 .2. 1.5. 1. 0.5. 0. 0. 100. 200. 300. 400. 500. 600. T im e (s). 2. 圖 5.7 商店（A=365 m ）煙層沈降時間變化圖. 3. 2.5. 2. Q 1 = 0 .0 1 2 5 Q 2 = 0 .0 5. Z(m). Q 3 = 0 .2. 1.5. 1. 0.5. 0. 0. 100. 200. 300. 400. 500. 600. T im e(s) 2. 圖 5.8 通道（A=198 m ）煙層沈降時間變化圖 54.

(53) 3. 2.5 P=6m P=12m P=16m. y(m). 2. 1.5. 1. 0.5. 0. 0. 100. 200. 300. 400. 500. 600. Time(sec) 2. 圖 5.9 店鋪區不同火源規模時，煙層沈降時間變化圖（區劃面積 A=365m ）. 3. 2.5 P=6m P=12m P=16m. y(m). 2. 1.5. 1. 0.5. 0. 0. 100. 200. 300. 400. 500. 600 2. 圖 5.10 通道區不同火源規模時，煙層沈降時間變化圖（區劃面積 A=198m ） 55.

(54) 機械排煙與避難設計實例分析. 5.3. 前述章節及第三章中皆針對煙沈降的速率進行探討，但都是以一封閉系統內之燃燒為討論對象，煙生成後不斷累積，直到沈降到地表面為止，但實際上所探討的設計實例最終目的希望藉由前述章節的理論分析瞭解煙沈降的機制以作為煙控系統設計的基礎。現如果有一火場在偵煙器發現煙產生後，隨即啟動機械排煙系統，則此時煙的沈降即與排煙量形成一質量守恆的關係，如圖 5.11 所示。 ⋅. 根據燃燒現象測定結果，火災初期發熱速度 Q 大小，隨時間的次方成長，另外也與火源的成長率有關，也就是說依可燃物的特性改變。可燃物燃燒性高，發熱速度越快，反之燃燒性低，發熱速度慢。其經驗式如下： ⋅. Q = Q0 ⋅ t 2 ------------------------------------------------------- （5.13）. 式中： ⋅. Q ：火源的燃燒發熱速度 (KW ) Q 0 ：可然物的特性（ KW. s2. ）. t ：時間 (sec ). 火源燃燒所產生的煙量為： 1.  ρ 2 g  3 13 .• . 5 m p = Cm  a  ⋅ (Z + Z 0 )3 ----------------------------------- （5.14）  CpTa  Q  . 式中： Z ：煙層高度 (m ) Z 0 ：假想點熱源距離 (m ). ρ a ：空間內下部層空氣之密度  kg . Ta ：空間內下部層空氣之溫度 (K ) 56.  m  3.

(55) (. g ：重力加速度 = 9.81 m. s2. ). C m ：氣流環境係數：紊流 (C m > 0.21) ⋅. Q ：發熱速度 (KW ). 燃燒所產生的煙之溫度上升，密度下降，煙層溫度為：  ⋅ ⋅   TS = Ta + Q Cp m P + hAw  ---------------------------------------- （5.15）     ⋅. 式中： Ta ：空間內下部層空氣之溫度 (K ) ⋅. Q ：發熱速度 (KW )  C P ：空間內下部層空氣之定壓比熱  kJ  kg ⋅ K  ⋅. m P ：火源燃燒所產生的煙量  kg   s. (. h ：熱傳達率 kW. m2 ⋅ K. ). ( ). AW ：周壁之面積 m 2. ⋅. 風機排煙量 m e 為： ⋅. me = ρ s ⋅ Ve ------------------------------------------------------ （5.16）. 式中： ρ s ：煙層的密度. ( s). 3 Ve ：排煙風量之體積流量 m. 如圖 5.11 所示，利用質量守衡的觀念，進入的氣體質量流率要與出去的氣體質量流率相等（me= mp），計算在排煙系統啟動下，煙 57.

(56) 層沈降時間變化情形。. me 溫度密度. TS PS 發熱速度. mP 溫度密度. Ta Pa. 火源. Q. Z. md. A(防煙區劃面積）. 圖 5.11 機械排煙系統質量守恆關係圖. 從上述所推導的方程式，我們可經由連續疊代的電腦計算求得煙沈降速率與機械排煙量之關係，計算流程如圖 5.12 所示。圖 5.13 為地下街店舖店防煙區劃採取 365 m3/min 排煙量（地板面積 365m2）所計算出來的煙沈降速率。從圖中可知，如果以最易燃燒的商品（ Q =0.2）做計算大約在 130sec 左右煙可降至 1.5m 之高度。一般而言 2 分鐘以內店舖區內的逃生者應可在鐵捲門放下前離開，而經由通道區至安全梯逃生。接下來看圖 5.14，從圖中可知其機械排煙量為. 198 m3/min（防煙區劃 198 m2），如圖，以最易燃燒商品所釋放出來的煙量大約在 60 秒左右即可降到離地面 1.5 米左右，此高度已危脅到逃生避難者的安全，因此，我們需反問 60 秒是否足夠逃生避難及離開現場，如果答案是“肯定”，則此計設排煙量可視為恰當，否則就有必要重新檢討。檢討方式則需同時考慮安全梯於地下街道的相對位置決定，圖 5.15 為地下街實際的通道與安全梯相關位置圖，從圖中所標示的距離可知，無論從地下街道中任一點位置到安全梯的矩離大約為 22m 左右，如果以最保守的方式來估計逃生避難者的移動速度，大約為 0.3m/sec，（如表 5.1 所示）則逃生避難者大約需要 80sec 58.

(57) 才能離開火災現場，也就是排煙系統的設計至少應滿足此排煙量，即. 80sec 鐘內維持地下通道煙層高度於 1.5 以上。如果將 198 m3/min 的排煙量放大 20%即 238 m3/min 則地下通道煙層下降高度如圖 5.16 所示，即在 80 秒內可維持煙層高度於 1.5 米以上，此即為安全設計排煙量。表 5.1 人的移動速度種. 類. m/sec. 標準走路速度. 1.3. 小跑步. 3.0. 跑步. 5.0. 競技跑步. 8.0. 世界記錄(陸上跑步). 10.0. 世界記錄(游泳). 1.7. 水深及膝的水中. 0.7. 水深及腰的水中. 0.3. 黑暗中步行(路線熟悉). 0.7. 黑暗中步行(路線不熟悉). 0.3. 群眾一起步行(密度 1.5 人以下). 1.0. 59.

(58) 假設煙層高度 Z，初始值設為 0. ⋅. 利用（5.14）式求出火源燃燒產生的煙量 m. p. 時間 t 從 0 秒開始到 600 秒，每隔 30 秒計算一次. ⋅. 利用（5.13）式算出火源在時間 t 時之發熱速度 Q. 利用（5.15）式出求煙層之溫度 Ts 計算煙層溫度 Ts 下之煙層密度 ρ s ⋅. 利用（5.16）式求出排煙風量之質量流率 m e. 令煙層高 Z=Z0+0.1. 否. ⋅. ⋅. me = m p 是. 此時的 Z 值即為時間 t 之煙層高度. 下一個時間 t. 結束. 圖 5.12 計算流程圖 60.

(59) 3. 2.5 Q 1 = .0 1 2 5 Q 1 = .0 5 Q 1 = .2. Z(m). 2. 1.5. 1. 0.5. 0. 0. 100. 200. 300. 400. 500. 600. T im e(sec). 圖 5.13 店鋪區不同火災成長率，煙層沈降時間變化圖（商場 A=365m2）. 3. 2 .5 Q 1 = .0 1 2 5 Q 1 = .0 5 Q 1 = .2. Z(m). 2. 1 .5. 1. 0 .5. 0. 0. 100. 200. 300. 400. 500. 600. T im e (se c) 2. 圖 5.14 通道區不同火災成長率，煙層沈降時間變化圖（通道 A=198m ） 61.

(60) 62. 通店. 道舖. 圖 5.15 地下建築物最遠距離處逃生路線示意圖. 逃生梯. 逃生梯. 通道. 逃生梯. 逃生梯.

(61) 第六章. 結論與建議. 本計劃經過一年的研究完成了有關地下建築物排煙設備法規的文獻收集與整理，定燃燒率發煙量估算，多防煙區劃共用排煙系統之網路分析，不定燃燒率發煙量估算及煙沈降速率分析，實際設計案例的比較分析及排煙與避難設計的相依性評估等重要研究項目，從本研究中可得到下列的論與建議。. 6.1. 結論. (1) 地下建築物排煙量與防煙區劃面積大小有關，防煙區劃地板面積大，則蓄煙能力大，煙層下降速率慢，反之，防煙區劃地板面積小，則蓄煙能力弱，煙層下降速率快，排煙量設計應考慮加大。. (2) 定量燃燒率的火源模式，在火災初期燃燒過程所估計的煙產生量較採用瞬時燃燒率的火源模式為高。. (3) 最終排煙量的決定需同時考慮避難規劃，是否可滿足逃生避難者的需求，不適宜僅根據地板面積即規定設計排煙量，例如，本文中所討論的案例，如果逃生避難梯的位置間隔縮短，則所需逃生時間相對減少，理所當然排煙量的設計就不需太大。. (4) 地下建築物的地形特殊，尤其是地下商業使用建築其通道的排煙設計較店舖內排煙設計更為重要，保持通道的暢道不使煙阻隔逃生避難的通道，如此才可避免生命的損失。. (5) 地下建築物及較特殊的非規則形建築物的排煙避難設計宜採用彈性設計法，需同時考慮防煙區劃大小，避難規劃等條件，做整體考慮如此才不會排煙量過大或不足。. 6.2. 建議. (1) 目前國內地下建築物大多會在綜合百貨公司等建築物的地下樓商店，地下鐵等交通機構設施以及停車場等形成一大體，停車場及 63.

(62) 商店等連接成一體，使得形態較為複雜，如果與地下鐵部份連接則地下鐵車站部份與地下街最好有防災上的空間的區劃，但是為了日常的方便性通常都是一體化。空間上的一體化，會讓地下鐵的列車風、地下車站的空調、換氣受到影響，使地下街的常氣流形狀複雜，火災時煙的流動形狀也會受到日常氣流的影響，因此需建立火災發生時能迅速區劃的空間結構。如果與地下停車場連接則地下停車場與地下街最好完全獨立區劃開來，必須採取對策讓任何一方發生火災時，不會波及另一個區域如圖 6.1 所示。. 地下商業使用區. 地下鐵站使用區. 防. （獨立防煙區劃). 火區停車場. 劃. (獨立防煙區劃). 圖 6.1 地下建築區劃分區使用規劃. (2) 地下商業建築的煙控與避難設計至少有下列二點特別需要考慮： (a) 地下街的商店開口部少，火災時因供氣不足容易造成不完全燃燒而產生大量的煙，煙無處可排出會使所有的煙流向公共地下道、公共廣場等逃生通路，此外，地下道窄小會使煙層變厚，造成流動速度比一般還快。. (b) 地下街商店的可燃性商品在營業時整個擺出通道邊的商品架、貨架，將形成阻礙防火鐵捲門等閉鎖障礙，此外，天花板上的裝飾紙、產品很可能都會形成延燒路線。. (3) 地下街與一般建築物的地下樓不同，對外界沒有氣鎖(Air Lock)，與其他大樓連接時，會受到建築物內煙囪效果的影響，此外如與地下鐵車站相連時，很多情形都會因為車輛的行駛容易發生活塞 64.

(63) (Piston)效應，對這些問題都需充分顧慮計劃清楚。 (4) 地下街的火災安全對策，目前是根據一般建築物的建築法規以及消防法規所定的規範，這些規範並未說明為了何種目的需達到某種程度的安全性。而且這些規定都是由經驗判斷，其科學、工學上的基礎很薄弱。為了符合火災安全上各項要件的技術基準，必須有一套機制能夠適切且立場客觀地評估代表建設者立場的工程顧問單位，與代表公共利益行政立場的政府主管機關，對於相關法規適用性判斷的差異性。這一點雖然規範上的基準也適合，但是為了要符合地下商業建築，確保火災安全性上能夠性因應，可能最好能夠引進性能基準。. (5)以性能為基礎的地下商業建築火災安全設計體系，最好能涵蓋由火災安全目的與機能要件、容許範圍的判斷基準所構成的性能設定部份，以及檢查設定性能是否能在計畫設計的地下商業建築上達成性能的檢證方法之評估方式。. 參考文獻 [1] K.B. McGrattan, H.R. Baum, and S.P. Deal "Numerical Simulation of Rapid Combustion in an Underground Enclosure", NISTIR 5809, 1996, National Institute of Standards and Technology. [2] "高雄地下街商場火災後現場勘查報告", 內政部建築研究所籌備處, 1980. [3] 星野昌一 "防排煙設備實務", 建築防災設備講座(3)東京：昭和 52 年. [4] "建築技術規則規劃設計編草案增修研究案(四)-地下建築物", 內政部建築研究所籌備處, 1995. [5] E.G. Butcher and A.C. Parnell "Smoke Control in Fire safety Design", E&F.N. Spon, London, 1980 [6] Walton, G., N., 1984, "A computer algorithm for predicting infiltration and interroom airflows", ASHRAE Transactions, Vol.90, Part 1, pp.601-610. 65.

(64) [7] Walton, G. N., 1989, "Airflow network models for element-based building airflow modeling", ASHRAE Transactions, Vol.95, pp.611-620. [8] ASHRAE, 1993, ASHRAE HANDBOOK-1993 Fundamentals (SI edit), Atlanta, Ga. [9] ASHRAE, 1985, ASHRAE ASHRAE, Atlanta, Ga.. HANDBOOK-1985. Fundamentals,. [10]Blevins, R.O., 1984, "Applied Fluid Dynamics Handbook", Van Nostrand Reinhold. [11]Osborne, W.C., 1977. "FANS", 2nd edition, Pergamon Press. [12]Nakamura, H., Yamana, T. Matsushita, T., Wakamatsu, T. and Wakamatsu, T., 1992 “Research on Smoke Control in Underground Structures “, Tunnelling and Underground Space Technology, Vo1. 7, No. 4, pp 325-333.. 66.

(65) (Piston)效應，對這些問題都需充分顧慮計劃清楚。 (4) 地下街的火災安全對策，目前是根據一般建築物的建築法規以及消防法規所定的規範，這些規範並未說明為了何種目的需達到某種程度的安全性。而且這些規定都是由經驗判斷，其科學、工學上的基礎很薄弱。為了符合火災安全上各項要件的技術基準，必須有一套機制能夠適切且立場客觀地評估代表建設者立場的工程顧問單位，與代表公共利益行政立場的政府主管機關，對於相關法規適用性判斷的差異性。這一點雖然規範上的基準也適合，但是為了要符合地下商業建築，確保火災安全性上能夠性因應，可能最好能夠引進性能基準。. (5)以性能為基礎的地下商業建築火災安全設計體系，最好能涵蓋由火災安全目的與機能要件、容許範圍的判斷基準所構成的性能設定部份，以及檢查設定性能是否能在計畫設計的地下商業建築上達成性能的檢證方法之評估方式。. 參考文獻 [1] K.B. McGrattan, H.R. Baum, and S.P. Deal "Numerical Simulation of Rapid Combustion in an Underground Enclosure", NISTIR 5809, 1996, National Institute of Standards and Technology. [2] "高雄地下街商場火災後現場勘查報告", 內政部建築研究所籌備處, 1980. [3] 星野昌一 "防排煙設備實務", 建築防災設備講座(3)東京：昭和 52 年. [4] "建築技術規則規劃設計編草案增修研究案(四)-地下建築物", 內政部建築研究所籌備處, 1995. [5] E.G. Butcher and A.C. Parnell "Smoke Control in Fire safety Design", E&F.N. Spon, London, 1980 [6] Walton, G., N., 1984, "A computer algorithm for predicting infiltration and interroom airflows", ASHRAE Transactions, Vol.90, Part 1, pp.601-610. 65.

(66) [7] Walton, G. N., 1989, "Airflow network models for element-based building airflow modeling", ASHRAE Transactions, Vol.95, pp.611-620. [8] ASHRAE, 1993, ASHRAE HANDBOOK-1993 Fundamentals (SI edit), Atlanta, Ga. [9] ASHRAE, 1985, ASHRAE ASHRAE, Atlanta, Ga.. HANDBOOK-1985. Fundamentals,. [10]Blevins, R.O., 1984, "Applied Fluid Dynamics Handbook", Van Nostrand Reinhold. [11]Osborne, W.C., 1977. "FANS", 2nd edition, Pergamon Press. [12]Nakamura, H., Yamana, T. Matsushita, T., Wakamatsu, T. and Wakamatsu, T., 1992 “Research on Smoke Control in Underground Structures “, Tunnelling and Underground Space Technology, Vo1. 7, No. 4, pp 325-333.. 66.

(67) 附錄 A. 日本地下建築排煙設備相關法規. 67.

(68) (一) 建築基準法•同施行令 14.排煙設備建基令第 126 條之二第 126 條之二，列舉表一(a)欄第(一)項至第. (四)項用途之特殊建築物而其總面積為超過 500 ㎡者。樓層為三層以上而其總面積超 500 ㎡之建築(在建築物高度 31m 以下部份之居室，而按地板面積每 100 ㎡以內，設有隔間牆壁，從天花板面下方突出. 50 ㎝以上之防煙重壁，其他，與上述具有同等以上之防害煙流動效果且由不燃材料所建造或覆蓋所區劃者除外，第 116 條之二第 1 項第. 2 號未設有窗戶、其他開口部之居室，或其樓地板總面積超過 1,000 ㎡之建築而其居室之樓地板面積超過 200 平方公尺者(在建築物高度. 31m 以下部份之居室而按其樓地板面積每 100 ㎡以內，以防煙壁所區者除外)必須設置排煙設備。. (二) 建基令第 126 條之三，第 1 項第 6 號第 128 條，地下街之各設施區域，必須於連接下述之地下道至兩公尺以上。但，其為公共廁所，公共電話亭，其他類似之設施，則其連接之長度得為 2m 以下。六、應設置適合於建築大臣(部長)所定基準之緊急用照明，排煙設備以及排水設備。第一一六條之二，第一項第二號之未設有窗戶，其他開口部之居室，或總樓地板面積超過 1000 ㎡之建築物，而居室之地板面積超過. 200 ㎡者(在建築物高度 31m 以下部份之居室按樓地板面積每 100 ㎡內由防煙垂壁所區劃者除外)必須設置排煙設備。第 126 條之三，前條第一項之排煙設備，必須為下列各項所規定之構造。一、對於建築物，按其樓地板面積每 500 ㎡以內應以防煙垂壁區劃之。 68.