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建築機械通風與空調設備防火防煙性能基準及驗證研究

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Academic year: 2021

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建築機械通風與空調設備防火防煙

性能基準及驗證研究

受 委 託 者:社團法人美國消防工程師

學會台灣分會

研 究 主 持 人:鍾基強

研 究 員:黃祥志

研 究 助 理:陳又嘉

內政部建築研究所委託研究報告

中華民國 103 年 12 月

(本報告內容及建議,純屬研究小組意見,不代表本機關意見)

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目次

表次 ... III 圖次 ... V 摘要 ... VII 第一章 緒論 ...1 第一節 研究緣起與背景 ...1 第二節 研究目的 ...3 第三節 研究內容 ...4 第四節 研究方法及進度說明 ...6 第二章 文獻分析與研究 ...13 第一節 閘門名詞定義 ...13 第二節 空調風管用防火閘門國內現況分析 ...18

第三節 ISO 10294、UL 555、UL555S 與 JIS A 1314 之差異分 析 ...20 第四節 防火閘門相關法規條文檢討 ...26 第五節 小結 ...31 第三章 防火閘門性能分析 ...33 第一節 模擬軟體簡介 ...33 第二節 模擬規劃 ...36 第三節 模擬結果與分析 ...39 第四節 小結 ...43 第四章 防火閘門性能實驗 ...45 第一節 實驗場地規劃 ...45 第二節 實驗儀器與設備 ...47 第五章 實驗結果分析 ...51

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第一節 防火閘門試驗件說明 ...51 第二節 實驗步驟與測試標準 ...54 第三節 實驗結果與分析 ...57 第四節 小結 ...61 第六章 結論與建議 ...63 第一節 結論 ...63 第二節 建議與後續研究方向 ...64 附錄一 採購評選會議紀錄暨審查意見回覆 ...67 附錄二 第一次專家學者座談會議紀錄暨意見回覆 ...71 附錄三 期中審查會議紀錄暨意見回覆 ...77 附錄四 期末審查會議紀錄暨意見回覆 ...87 附錄五 第二次專家學者座談會議紀錄暨意見回覆 ...95 參考書目 ... 103 參考資料 1-ISO 10294(整理版) ... 107 參考資料 2-中華民國國家標準(CNS)草案 ... 113

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表次

表 1-1 人體暴露在一般有毒性氣體的情況 ... 2

表 1-2 二氧化碳(CO2)濃度對人體的影響 ... 2

表 1-3 研究進度及預期完成之工作項目表 ... 11

表 2-1 防火閘門測試基準的測試內容比較表 ... 22

表 2-2 ISO 10294、UL555 與 UL555S 在往復試驗性能比較 ... 23

表 2-3 ISO 10294、UL555 與 JIS A 1314 在耐火試驗性能比較 ... 24

表 2-4 ISO 10294 與 UL555 在試件要求性能比較 ... 24

表 2-5 ISO 10294、UL555 與 UL555S 在性能試驗合格判定條件比較 ... 25 表 2-6 國內防火閘門相關法規條文建議修正表 ... 26 表 3-1 電腦模擬參數設定 ... 39 表 5-1 試驗件尺寸形式表 ... 51 表 5-2 防火閘門測試性能規範表 ... 54 表 5-3 防火閘門測試分組表 ... 57 表 5-4 防火閘門防火性能測試實驗結果表 ... 61 表 5-5 常見木材之引火點及發火點 ... 62

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圖次

圖 1-1 梯間排煙室用防火閘門外觀圖 ... 4 圖 1-2 空調風管內防火閘門外觀圖 ... 5 圖 1-3 研究流程圖 ... 10 圖 2-1 空調風管與排煙風管之差異 ... 23 圖 3-1 FDS 與 smokeview 之組織架構與工作流程圖 ... 35 圖 3-2 模擬空間示意圖 ... 37 圖 3-3 防火閘門遮蔽率示意圖(50%) ... 38 圖 3-4 防火閘門遮蔽率示意圖(75%) ... 38 圖 3-5 防火閘門遮蔽率示意圖(95%) ... 38 圖 3-6 洩漏量阻煙效果比較圖-0.25MW ... 40 圖 3-7 洩漏量阻煙效果比較圖-1MW ... 41 圖 3-8 不同防火閘門洩漏量於非起火室煙層高度比較圖-1MW ... 41 圖 3-9 不同防火閘門洩漏量於非起火室 CO2濃度比較圖-1MW ... 42 圖 3-10 不同防火閘門洩漏量於非起火室溫度比較圖-1MW ... 42 圖 4-1 實驗設備規劃示意圖 ... 45 圖 4-2 實驗設備建構現況圖-1 ... 46 圖 4-3 實驗設備建構現況圖-2 ... 46 圖 4-4 溫度量測設備 ... 47 圖 4-5 TESTO 熱線式風速計(葉輪式感測棒) ... 48 圖 4-6 耐高溫風機設備 ... 48 圖 4-7 壓差量測模組 ... 49 圖 4-8 工業級微壓差量測計 ... 49 圖 5-1 溫度感測元件安裝位置示意圖 ... 55

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圖 5-2 ISO 834-1 標準溫升曲線圖 ... 56 圖 5-3 組別 1~4 防火閘門洩漏量比較圖 ... 59 圖 5-4 組別 1~4 防火閘門溫度比較圖 ... 59 圖 5-5 組別 5 防火閘門洩漏量比較圖 ... 60 圖 5-6 組別 5 防火閘門溫度比較圖 ... 60 圖 5-7 實驗結果與木材引火點關係圖 ... 62

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摘要

關鍵詞:空調風管、防火防煙性能、防火閘門、 ISO-10294、穿越防火區劃 一、研究緣起: 防火區劃構造是建築物被動防火設置中防止火勢延燒最重要的 項目,因此許多建築設計者針對建築室內防火區劃構造的設計,不僅 考慮人員避難逃生的時效性,同時考慮防火區劃構造的完整性。當建 築物的機械通風與空調設備的送風風管連接多個防火區劃的出風口 時,往往造成防火區劃構造完整性的破壞,因此在突破防火區劃的風 管側加設防火閘門進行防火防煙及防止火勢延燒,為目前國內、外建 築法規要求的必要設備之一。 二、研究方法與過程: 既然防火閘門屬於建築法規要求的重要設備之一,其相關的性能 基準及驗證程序必需要完成準備。本研究針對國內、外對防火閘門防 火性能所採用的 ISO-10294 標準進行探討,將於研究報告中,建議國 內未來採用相關基準進行空調風管內之防火閘門防火防煙性能要求 時,所需的相關配套措施及程序文件所需草案內容,同時本研究以 ISO-10294 基準進行實尺寸實驗,以瞭解國內現有產品對防火安全要 求的適用性。另外,研究內容將包括 ISO-10294 基準之測試程序及測 試報告文件所需內容,以供未來評定機構所需新技術、新工法、新設 備、新材料的認可程序所需內容之參考。本研究預期目標如下: 1. 完成國外空調風管穿越防火區劃時設置防火閘門所需的要求條

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件及相對應的防火性能要求之文獻分析整理。 2. 完成空調風管穿越防火區劃的熱煙流擴散電腦模擬分析。 3. 完成以建議測試標準條件進行防火閘門熱煙氣洩漏量的危險評 估。 4. 完成 3-4 具市售空調風管穿越防火區劃的防火閘門之實測,以瞭 解國內現有產品對防火安全的適用性。 5. 協助建立空調設備用防火閘門所需防火時效之測試標準及評定 機構所需新技術、新工法、新設備、新材料的認可程序內容。 6. 完成建築技術規則「建築設備編」相關空調風管穿越防火區劃時 設置防火閘門之條文檢討,並研提增修建議內容。 三、重要發現: 1. 已完成國外空調風管穿越防火區劃時設置防火閘門所需的要求 條件及相對應的防火性能要求之文獻分析整理,經比較過四種防 火閘門測試標準 UL 555、UL 555S、ISO 10294 及 JIS A 1314,可 發現不同的基準有其當初設置的目標及可應用使用場合,其中 ISO 10294 針對空調送風風管內需防止火/煙漫延的設置設備基準 較適合我國採用。 2. 已完成建築技術規則「建築設計施工編」與「建築設備編」相關 空調風管穿越防火區劃時設置防火閘門之條文檢討,並研提增修 建議內容。 3. 已完成空調風管穿越防火區劃的熱煙流擴散電腦模擬分析,由模 擬結果進行分析,當防火閘門有基本防火性能(通過防火閘門葉片 氣流量 320m3/hr/m2)時,經過 180 秒後,非起火室的煙層高度約 在 2.3m ~ 2.4m,溫度降低約 56.11%,CO2濃度降低約 54.23%。

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4. 已完成以建議的測試標準條件進行防火閘門熱煙氣洩漏量的危 險評估,並以 5 具市售空調風管穿越防火區劃的防火閘門進行實 測,以瞭解國內現有產品對防火安全的適用性。由實驗結果與模 擬結果分析可知,防火閘門最低限度需符合 ISO 10294 要求,才 有防止火煙穿越防火區劃引燃其他可燃物的可能性,以防止災害 擴大。 5. 從 5 具市售的防火閘門中,有捲簾式也有多葉式防火閘門,從所 測數據中發現,有兩具防火閘門可以符合 ISO 10294 E 等級的最 低要求,其餘 3 具無法通過 ISO 10294 之最低等級要求。 6. 從研究結果中發現,ISO 10294 條文規定中在要求防火時效的同 時,為避免熱煙氣經由閘門擴散引燃效應,在某些等級中要求防 火閘門之洩漏限度,此為防止熱煙氣洩漏引燃的最有效作法。 7. 從研究結果中也發現防火閘門需同時考慮其方向性及結構對 稱,因我們無法預知火勢的方向性,因此對非結構對稱的防火閘 門,需考慮火勢由任一側擴展之可能性。 四、主要建議事項: 經過本研究比較過四種防火閘門測試標準 UL 555、UL 555S、ISO 10294 及 JIS A 1314,可發現不同的基準有其當初設置的目標及可應 用使用場合,其中 ISO 10294 針對空調送風風管內需防止火/煙漫延 的設置設備基準較適合我國採用。從模擬分析中發現,當通過防火閘 門葉片氣流量高於 320m3/hr/m2時,防火閘門防火性能將大幅降低。 因此,若裝設在風管內的防火閘門,應選用符合 ISO 10294 中 E 等級 以上之防火閘門,以防止災害擴大。本研究綜合本年度的研究成果與 經驗,提出以下未來較具有研究價值的課題,供主管機關參考。

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建議ㄧ 建立空調系統防火風管閘門耐火試驗標準與建立評定機制:立即 可行建議 主辦機關:內政部營建署、經濟部標準檢驗局 協辦機關:內政部建築研究所、科技部、財團法人台灣建築中心 建築技術規則第 85 條已公佈實施多年,但過去幾年,國內一直 沒有可進行性能檢測的單位,也沒有產品可依循的性能要求標準,因 此,雖然法規有明文要求,但苦無標準可供依循。因此,建立風管貫 穿區劃用防火閘門性能要求基準,供國內相關生產業者參考,同時可 由評定單位專辦新技術、新工法、新設備、新材料的評定,如此生產 防火閘門廠商才有可依循的防火閘門性能指標及諮詢的單位,時為當 務之急。 建議二 建築技術規則防火閘門相關法規條文建議修正與權責單位之明 訂:立即可行建議 主辦機關:內政部營建署 協辦機關:內政部建築研究所、科技部、財團法人台灣建築中心 建築技術規則關於防火閘門之相關規定雖已公佈實施多年,但因 技術工法日新月異,條文中有諸多文字與規定均已不合時宜,故建議 予以修正、更新。同時,於期末審查與專家學者座談會中,均有委員 提及希望在工程實務上能夠明列權責單位,以利國內相關生產業者與 設計單位後續作業。

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建議三 宣導適用於空調風管貫穿防火區劃所必須要求的防火閘門設置 及相關防火性能:中長期建議 主辦機關:內政部建築研究所 協辦機關:內政部營建署、中華民國全國建築師公會、中華民國 冷凍空調技師公會全國聯合會 在建築設計圖上,一般建築師會請空調設備專業人員繪製空調風 管之配管線圖,在圖中如有貫穿區劃的狀況,則會在圖紙上設置防火 閘門進行火/煙的阻隔。但在終端的設備查驗上,往往造成建築設計 要求防火區劃之完整,但在風管貫穿部常常造成防火區劃的無效,形 成火煙快速漫延的主要原因。因此,當建立風管貫穿區劃用防火閘門 性能要求基準後,應針對建築師公會、空調技師公會、機電技師公會 等設計單位,進行宣導適用於空調風管貫穿防火區劃所必須要求的防 火閘門設置及相關防火性能。

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ABSTRACT

Keywords:Ventilation duct, fire prevention performance, fire damper, ISO-10294, Fire compartment penetration

The fire compartment is the most important devices for preventing the fire spread during a fire accident in building. Therefore, much architecture designed fire compartment not only considered the occupant evacuation but the completeness of the fire compartment. The mechanical ventilation system and HVAC duct connected two or more fire compartments the integrity of the fire compartment may be destroyed. Thus, the building law required a fire damper must be installed on one side of the ventilation duct to prevention the fire and smoke from the fire site spreading into the safe area.

Since the fire dampers are the necessary equipments in the building law, all the performance requirements and procedure documents are need to be prepared. The project examines applications and documentation of the ISO-10294 standard on fire damper installed in the ventilation duct. Additional, a full scale test following ISO-10294 standard will be conducted in the project. The fire damper from market will be tested in order to understand the fire and smoke prevention performance of the fire damper performance. Also, test report and test procedure documentation will be provided to the assess center for the reference of new design, new material and new equipment.

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第一章 緒論

第一節 研究緣起與背景

建築火災給人們的生命財產造成了極大的危害。火災發生時,影響人 員逃生的往往是濃煙而非火燄,濃煙也因此號稱火場第一殺手,其原因正 在於濃煙神出鬼沒到處流竄的特性,也更源於一般人無知於煙流快速的產 生和移動力,火災產生的煙氣易使人窒息死亡,直接危及到人身安全,對 疏散和搶救也造成很大的威脅。 火災時產生的煙氣的主要成分為一氧化碳,人在這種氣體的作用下, 死亡率很高,約達 50%~70%。另外煙氣遮擋人的視線,使人們在疏散時難 以辨別方向。尤其是高層建築,因其自身的“煙囪效應”,使煙上升速率 極快,如不及時排除,很快會垂直擴散到各處。 1980 年美國拉斯維加斯米高梅飯店(MGM Grand Hotel)的一場火災 造成 85 人死亡,財物損失高達五千萬美元[1],即是煙流隨著風管向上竄流 而造成。國內外大量火災實例統計資料表明,因火災造成的傷亡者中,受 煙害直接致死的約占 1/3~2/3,因火燒死的約占 1/3~1/2。而在被火燒死的受 害者中,多數也是因煙害暈倒後被燒死的。由於火災煙氣具有極大的危害 性,使得建築物的防排煙成為建築設計和消防工作人員十分關注的問題, 所以火場濃煙的控制是否得當,決定了人員是否可以順利逃生及生命財產 損失的程度。 火場中所產生的有毒物質包含有相當多的刺激性及痲痺的成份,如果 濃度過高或暴露其中的時間過長則容易導致吸入過多而引起昏迷、休克, 嚴重的話甚至會導致死亡。此類煙氣大多為有機煙粒及酸性氣體,如 HCL

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此種氣體刺激會快速引起眼睛、呼吸道與肺的疼痛,接著造成呼吸困難等 症狀。在未達閃燃點前所產生的使人痲痺性氣體其成份主為一氧化碳與氰 化物。 火場中常見的有毒氣體:一氧化碳(Carbon Monoxide,CO)是一種無色 無臭味毒性氣體,低濃度情況下便有毒,CO 進入人體後,它比氧更容易被 血液所吸收,破壞原本血液輸送氧氣的功能,與血液之血紅素(Hb)結合, 影響血液帶氧之能力,因而對人體產生窒息效應而致命。暴露在平均為 9 ppm 之 CO 濃度下,將對人體大動脈產生病症之危害。如表 1-1 所示。 表 1-1 人體暴露在一般有毒性氣體的情況 濃度(ppm) 暴露時間 %COHb 對人體的影響 5 0.33 hr 0.4~0.7 高次神經系的反射作用變化 視覺、精神機能障害 200 2~4hr 10~18 前頭部感覺沈重、輕度的頭痛 500 2~4hr 25~40 激烈頭痛、噁心、視力障礙、虛脫感 1000 2~3hr 45~50 脈搏亢進、痙攣、抽慉伴隨失神 2000 1~2hr >70 死亡 註:一氧化碳中毒之容許限度量與濃度,依據吸入時間、作業強度、呼吸強度 與個人體質差異而定,故較難設定容許強度。 (資料來源:參考書目 2) 另一種火場中常見的有毒氣體:二氧化碳(Carbon Dioxide,CO2),雖然 在低濃度的環境下無害,但在高濃度的情況下對人體的主要影響是產生呼 吸困難與代謝壓力。表 1-2 為二氧化碳(CO2)濃度對人體的影響。 表 1-2 二氧化碳(CO2)濃度對人體的影響 濃度(ppm) 對生理影響 ≤600 無 600-1000 偶爾抱怨頭痛、昏睡、悶熱 1000-10000 呼吸、循環器官及大腦機能受影響 10000-30000 呼吸增大、臉上有溫熱感

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30000-40000 耳鳴、頭痛及血壓上升 40000-60000 皮膚血管擴張、噁心、嘔吐 70000-80000 精神活動混亂、呼吸困難 80000-100000 意識混濁及痙攣並發生呼吸停止 100000-200000 中樞障害發生、構成生命危險 (資料來源:參考書目 2) 火場中除了煙的毒性外,高溫煙流所造成的高溫也會經由對流效應與 輻射效應造成人體的皮膚與呼吸道灼傷,而濃煙微粒也會使避難路線遭受 封阻,當避難人員因視線不良無法辨識避難路線時,往往因避難不及而造 成嚴重傷亡,通常避難人員需有 8~10m 的可視距離才能行經煙區,此時大 多數的火源將產生令人眼睛不舒適且刺激的感覺,但還不至於造成避難困 難的昏厥現象。如果暴露於上述煙層時間小於五分鐘將不至於吸入過量的 痲痺性氣體而昏厥,因此針對短時間的火區暴露的限制時間可以煙透視度 做為訂定條件的參考,但仍需注意頭頂上之高溫煙流的熱輻射效應仍會對 人體造成嚴重的傷害。 當建築物發生火災,在火災區域形成一高溫煙氣火場,若氧氣供給不 充分,物質燃燒不完全,必產生大量的固體微粒,而熱空氣之比重較周圍 冷空氣低,所以形成一明顯的上升氣流,尤其在建築物之垂直通道內,隨 著氣流移動,使高溫高熱之煙流快速擴散到建築物內每一角落。

第二節 研究目的

國內對風管穿越防火區劃設置防火閘門所需一小時以上之防火時效之 要求仍在檢討相對應之測試基準,且防火性能應採何種認定程序也無清楚 規定。當空調風管穿越防火區劃時需於穿越區劃處設置防火閘門,此防火 閘門須能提供等同防火區劃的防火時效之要求,且考慮防火區劃為實體結 構可阻擋火、煙的漫延,因此安裝於區劃上的防火閘門如需於平時開啟,

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火災發生時關閉則必需考量防火閘門防止火、煙漫延的性能(如熱煙的洩漏 量)以防止高溫濃煙的穿越而引起燃燒。 故有必要針對建築物內空調風管穿越防火區劃,需於穿越區劃時所需 設置防火閘門基準與相對應的防火性能進行完整的研究,同時本研究將並 提出 ISO-10294 基準之測試程序及測試報告文件所需內容,以供未來評定 機構所需新技術、新工法、新設備、新材料的認可程序所需內容之參考。

第三節 研究內容

防火防煙的設備在建築物火害控制中扮演者重要的角色,在火災發生 時控制溢散的煙流讓人員能即時逃生且救災人員能順利進入火場。國內目 前採用的防火閘門依其使用功能可分兩類,一類為梯間排煙室用的防火排 煙閘門,另一類為空調風管內的防火閘門。 梯間排煙室用的防火閘門平時是常閉式的,當火災訊號傳遞至該起火 樓層,可控制開啟進行排煙功能,一旦火勢無法控制延燒至該處時,該防 火閘門必須關閉以防止火/煙的擴散。因此,此類型防火閘門功能上必須有 開啟後關閉的復歸設計,如圖 1-1 所示。 圖 1-1 梯間排煙室用防火閘門外觀圖 (資料來源:網路資料 1、2)

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而空調風管內的防火閘門,主要因為空調風管穿越防火區劃,為維持 防火區劃實體結構完整性裝設在空調風管內的防火閘門,此類防火閘門平 時保持開啟狀態,一旦發生火災當高溫煙氣漫延至時,此防火閘門可受熱 關閉,以防止火煙的擴散。因此,不需有復歸設計,也就是國際上常用的 ISO-10294 基準,之如圖 1-2 所示。 圓形防火閘門 捲簾式防火閘門 圖 1-2 空調風管內防火閘門外觀圖 (資料來源:網路資料 3、4) 建築機械通風與空調設備為建築物內空調送風系統不可或缺的設備之 一,包括送風風機與風管等必要設備。在通風與空調設備中送風機與空調 主機等設備大都放置在機房或戶外。而機房空本身則應屬於防火區劃構造 的一部分,所以並無太大的防火防煙性能要求問題。反而是連接各個空調 送風口的空調風管有較大的防火防煙性能需求問題,因為空調風管需貫穿 防火區劃結構進行調送風口的連接,造成防火區劃構造的完整性遭受破 壞,因此火災發生時可能會使火煙經由空調送風風管而形成火勢的漫延, 例如過去發生的汐止東科大樓的火災即是防火區劃構造被破壞的問題。 對此問題,建築技術規則對此項目也有相對應的規定,在第 85 條要求 『貫穿防火區劃牆壁或樓地板之風管,應在貫穿部位任一側之風管內裝設防

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火閘門或閘板,其與貫穿部位合成之構造,並應具有一小時以上之防火時 效』,此即為防火區劃構造遭風管貫穿時保障其防火性能之完整性。

第四節 研究方法及進度說明

本研究計畫內容將針對機械通風與空調風管,穿越防火區劃所設置的 防火閘門進行性能測試程序及測試報告文件等相關內容進行探討,研究方 法將以實驗研究為主,電腦模擬與文獻分析為輔。 1. 相關文獻分析研究: 考量現有防火閘門的性能基準對人員避難逃生的影響評估,經由評估 檢視建築技術規則內建築設備編第五章相關條文法規檢討,說明最適合空 調風管設置防火閘門的性能要求條件。除對人員避難逃生的影響參數評估 外,也同時參考國外在空調風管穿越防火區劃時設置防火閘門所需的要求 條件及相對應的防火性能要求。 2. 電腦模擬分析 經由火災電腦模式(FDS)瞭解不同熱煙洩漏量在兩防火區劃空間的煙 溫變化。本研究將探討兩個一樣大小的防火區劃空間內之空調出風口藉由 空調風管進行連接,而此空調風管貫穿防火區劃空間,假設其中一防火區 劃內發生火災,以火災電腦模式(FDS)分析熱煙在兩防火區劃空間內擴散漫 延的情況,以瞭解風管內設置不同洩漏率等級的防火閘門對兩防火區劃空 間內溫度分布,最後以 FDS 模擬的數據進行避難逃生允許時間計算。研究 中將針對 FDS 火災電腦模式所採用的物理模型、網格及火源設定等相關方 法進行詳細的說明。 (1) 特殊形狀模型的建立

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運用 FDS 直接建立的實體單元是立方體,它不具備直接建構傾斜、弧 狀等實體的功能。對於具有複雜形狀的建築,可以採用“擷取關鍵點→生 成曲面輪廓→轉換為 3D face→生成 FDS 輸入文件”的步驟;對於形狀規 整、墻體線較多的建築,可以採用“處理建築圖紙→轉換線型→設定高度 等關鍵參數→生成 FDS 輸入文件”的方式處理。 (2) 網格劃分 一般情況下,劃分網格採用均勻格點配置,即長、寬、高相同的網格 劃分方法,當實際模型所占空間小,而完全包含此模型的計算區域很大時, 會嚴重浪費空間。這種情況下,採用分區域劃分網格的方法,如在火源區 域使用小網格,而在非火源區域使用大網格的格點配置方法。網格劃分要 合理,避免數值不穩定,在某兩個方向上的長度比值不大於 2:1。 (3) 火源的設定 火源位置的設置,可以把火源設在立方體的表面;也可利用 VENT 來 設置火源面。對後者,火源面不在網格邊界上時,會自動向最近的網格邊 界靠攏,此時,設置的火源面會發生偏移,導致錯誤。火源大小的設置。 對於熱釋放速率大小固定的火源,直接在物件表面設定;對於熱釋放速率 隨時間變化的火源,在物件表面設定火源的熱釋放速率,在 RAMP 命令行 設置時間(T)和在該時間的熱釋放速率(F)。 3. ISO-10294 實驗法 本研究另一個工作重點是瞭解市售防火閘門性能現況,因防火閘門的 防火性能的相關法規之落實與否,不僅要考慮檢測性能的合理性同時也要 考慮國內廠商的技術水平是否可生產法規所要求的產品,否則最後只是將 市場讓給國外設備廠商而已,如此就失去本研究之意義。因此首先瞭解國

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內相關產品熱煙氣洩漏量等級,為本研究相當重要的工作項目。本研究將 以建議檢測標準,進行市售空調風管穿越防火區劃的防火閘門測試,以瞭 解國內相關產品熱煙氣洩漏量的等級是可否符合檢測基準之性能要求,做 為政府相關單位日後頒布相關法規之參考。 本研究的實驗計畫主要參考 ISO-10294 為主要研究對象,建立相關實驗所 需設備,同時依照標準測試程序進行防火閘門常溫洩漏及高溫洩漏試驗: (1) 常溫洩漏測試 常溫洩漏測試主要是瞭解穿越防火區劃的防火閘門在常溫狀況下 的氣密性能及測試系統原有洩漏量,相關實驗流程說明如下。 a. 連接管洩漏試驗(系統洩漏量測):閘門關閉,封閉平衡控制閘門, 開啟測試用排氣風機,並調整風機頻率大小,由 10~60HZ,當壓力 差 Pd 達 300Pa 時,紀錄管件出口溫度,氣流量測溫度,流量裝置 壓差,洩漏量。此時洩漏量為連接管洩漏量(系統洩漏量),系統 於壓力差 300Pa 時之洩漏量需低於 12m3/hr,若超過時必須找尋洩漏 處並予以填補,直到系統洩漏量需低於 12m3/hr 為止。 b. 防火閘門進行 50 次開啟與關閉之往復試驗後,能以手動方式啟閉 無 結構損壞。 c. 閘門常溫洩漏試驗:關閉測試閘門,洩漏試驗同連接管洩漏試驗, 記錄洩漏量即為連接管洩漏量。依據 ISO-10294 之額定壓力差 300Pa 測試。 (2) 高溫洩漏測試 高溫洩漏測試主要是瞭解穿越防火區劃的防火閘門在火災發生時 之高溫狀況下的氣密性能,相關實驗流程說明如下。

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a. 建立閘門氣流速度 0.15m/s:開啟測試閘門及排氣風機,並調整風機 頻率大小及平衡控制閘門適當開度預設值。紀錄管件出口溫度 Te, 氣流量測溫度 Tm,流量裝置壓差,計算流經孔口板之流量後,再以 ISO 5671-1 公式計算經閘門之流量,進而可得氣流速度。重複以上 步驟,直到氣流速度達 0.15m/s 為止。 b. 閘門曝火試驗及高溫洩漏試驗: (a) 試驗爐點火,依 ISO-834-1 測試標準要求控制試驗爐溫升曲 線。點燃曝火爐後馬上開啟排氣風機至閘門面速 0.15m/s 之操 作狀態,並同時紀錄測試時間,溫度及壓力變化。 (b) 當防火閘門因溫度升高而啟動熱感應裝置,將關閉閘門,此時 紀錄時間點,並調整閘門前後壓差至 300Pa 或以上;假如點火 時間後 2 分鐘內,閘門尚未關閉,則停止測試。 (c) 控制閘門中心線之爐壓調整至 15±2Pa。 (d) 維持閘門與連接管和曝火爐內壓差在-300±15Pa。 (e) 紀錄流量裝置壓差,記錄壓差時間週期不超過 2 分鐘,依據 ISO5167-1 計算經過孔口板壓差與溫度所測得之洩漏量。 (f) 記錄試件、管件及非曝火面之表面溫度,至少每隔 2 分鐘記錄 乙次。 (g) 記錄防火試驗期間中任何於非曝火面之閘門或管件連接處測 試期間觀察之狀況。 (h) 當測試時間已達防火試驗額定時間,並確認測試已完成後,結 束防火測試。 實驗測試對象將以市售產品為優先考慮對象,且挑選市場銷售量最多 尺寸的產品進行測試,預計以 3-4 具市售防火閘門進行標準實測,所有測試 流程及設備要求均依照檢測基準進行,以提供正確的防火時效數據及煙流

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量洩漏數據給相關單位參考。 綜合上述,本研究流程圖如圖 1-3 所示: 蒐集國內外相關研究文獻 與標準 規劃進行防火閘門洩漏 測試實驗 建築機械通風與空調設備防火 防煙性能基準及驗證研究 專家學者座談評估標準與規範 之可行性與實驗實測建議 電腦模擬分析模型建立 與網格劃分 進行防火閘門洩漏測試 之實驗項目 常溫洩漏測試 高溫洩漏測試 專家座談與階段性審查 會議意見整合 機械通風與空調設備防火防煙 性能測試驗證結果與分析 修正 研擬適合我國使用之防火閘門 測試標準設置驗證標準與認可程序 結論與建議 現行法規評估 圖 1-3 研究流程圖 (資料來源:本研究整理)

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本研究針對空調通風常用的風管穿越防火區劃時所需設備的防火防煙 性能提出可行的基準,同時驗證國產相關設備是否能滿足該項防火防煙性 能要求,本研究執行進度及預期完成之工作項目如下: 表 1-3 研究進度及預期完成之工作項目表 月次 工作項目 第 1 個 月 第 2 個 月 第 3 個 月 第 4 個 月 第 5 個 月 第 6 個 月 第 7 個 月 第 8 個 月 第 9 個 月 第 10 個 月 第 11 個 月 備 註 蒐集有關機械通風 與空調設備防火防 煙性能基準與資料 評估檢視建築技術 規則相關條文法規 機械通風與空調設 備防火防煙性能基 準之電腦模擬分析 第一次學者專家座 談會 期中審查 機械通風與空調設 備防火防煙性能基 準測試實驗規劃 實驗結果分析與討 論 期末審查 第二次學者專家座 談會 繳交結案報告 (資料來源:本研究整理)

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第二章 文獻分析與研究

防火閘門的使用時機是具有防火時效的分間牆或者是防火區劃,因裝 設通風或空調風管時,風管若貫穿該分間牆,即會造成此防火區劃構造破 壞,因此需要在貫穿分間牆的部位裝設具有防火時效的防火閘門。另外, 火災產生後,會有大量的濃煙產生,當機械排煙設備動作後,火勢仍持續 發展中,但為避免火、熱及煙流藉由風管擴大延燒,此時於風管貫穿防火 區劃處所設之防火閘門應當即刻啟動,以遮斷火、熱及煙流之流竄。

第一節 閘門名詞定義

在國內外的建築法規中,為有效防止火災發生時火勢之延燒,均有防 火區劃之規定。國內有關防火區劃之規定,明訂於建築技術規則第八十五 條「貫穿防火區劃牆壁或樓地板之風管,應在貫穿部位任一側之風管內裝 設防火閘門或閘板,其與貫穿部位合成之構造,並應具有一小時以上之防 火時效。」而防火閘門的作動方式,主要分成熔斷片熔斷作動與手動作動 兩種,閘門葉片關閉的方式則分成重力作用與彈簧捲動兩種。 有關閘門名詞的定義,可由下列相關參考資料中釐清: 1. 我國內政部消防署「排煙設備用閘門認可基準」*:

(a) 防火閘門(Fire Damper,FD)為設置在排煙設備風管上,火災時 風管內氣體溫度達到設定點時自動關閉,在額定防火時效內能 阻火之閘門; (b) 排煙閘門(Smoke Damper,SD)為設置在排煙設備風管上,火災 * 「排煙設備用閘門認可基準」於民國 92 年 4 月 11 日公布,已於民國 102 年 7 月 1 日停用。

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時可開啟,並進行排煙之閘門;

(c) 排煙防火閘門(Combination Fire and Smoke Damper,SFD)為設 置在排煙設備風管上,兼有排煙閘門與防火閘門之功能者。 2. 日 本 工 業 標 準 - 防 火 ダ ン パ ー の 性 能 試 験 方 法 (Performance test

methods for fire damper)(JIS A 1314:2014)*

(a) 防火ダンパー:火災時に熱又は煙を感知し,自動的に風道を 閉鎖する機構を備えた耐火性をもつ防火用の設備。防火ダン パーは,温度ヒューズ連動,熱感知器連動,煙感知器連動及 び熱煙複合感知器連動がある。(防火閘門:火災時偵測到濃 煙或高溫,自動將風管封閉且具備耐火性能的一種防火設備。 防火閘門使用溫度融斷片連動、溫度感知器連動、煙霧感知器 連動以及熱煙複合感知器連動。) (b) 排煙用防火ダンパー:作動試験温度 350℃(公称作動温度 280℃) の防火ダンパーで,排煙設備の風道が防火区画を貫 通する部分に設ける防火ダンパー及排煙口(排煙ダンパー)と 兼 用 す る 防 火 ダ ン パ ー 。 (排 煙 防 火 閘 門 : 作 動 試 驗 溫 度 350℃(額定作動温度 280℃)的防火閘門,當排煙設備風管貫穿 防火區劃,應設置防火閘門及排煙閘門兼用的防火閘門)

3. 美國消防協會(NFPA)「NFPA 105 Standard for the Installation of Smoke Door Assemblies and Other Opening Protectives」

(a) Combination Fire/Smoke Damper. A device that meets both the

防火ダンパーの性能試験方法(JIS A 1314)於 1980 年 06 月 10 日制定,於 1992 年 03 月 13 日第一次 修正,於 2014 年 04 月 25 日第二次修正。

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fire damper and smoke damper requirements.(防火防煙閘門:應 同時滿足防火及防煙性能要求之設備。)

(b) Smoke Damper. A device within an air distribution system to control the movement of smoke.(防煙閘門*:安裝於空調系統中

以控制煙流範圍之設備。)

4. 美 國 國 家 空 調 板 金 協 會 (SMACNA) 「 Fire, Smoke and Radiation Damper Installation Guide for HVAC Systems」

(a) Fire Damper : A normally open damper installed in an air distribution system, designed to close automatically upon the detection of heat, to interrupt migratory air flow, and to restrict the passage of flame.(防火閘門:安裝於空調系統的常開式閘門,可 於溫度過高時自動關閉以防止火/煙漫延。)

(b) Smoke Damper:A smoke damper is a device to resist the passage of smoke which:

i. Is arranged to operate automatically, and ii. Is controlled by a smoke detector, and

iii. May be but is not necessarily required to be positioned manually from a remote command station.

A smoke damper may be a fire damper or a damper serving other functions, if its location lends itself to the multiple functions. A combination fire and smoke damper shall meet the requirements of

both.(防煙閘門*:為了阻擋煙流通過,必需能夠自動啟動或由 煙霧偵測器控制啟動,或由人員於遠端控制。若防煙閘門具有 防火閘門功能,並能同時滿足防火與防煙之要求,則為防煙防 * 依其原文敘述,此處 smoke damper 應為「防煙閘門」而非「排煙閘門」。

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火閘門。)

5. 美國空調協會(AMCA)「AMCA international“InMotion” Fall 2011」 (a) Fire Dampers:A fire damper can be defined as “a device

installed in ducts and air transfer opening of an air distribution or smoke control system designed to close automatically upon detection of heat. It also serves to interrupt migratory airflow, resist the passage of flame, and maintain the integrity of the fire rated separation.”Its primary function is to prevent the passage of flame from one side of a fire-rated separation to the other.(防火閘 門:可以被定義為是一種裝設在管道中,藉由溫度偵測器偵測 到高溫而關閉的裝置。其作用為阻擋火煙漫延並保持防火區劃 的完整性。)

(b) Smoke dampers : Smoke dampers are defined as “a device installed in ducts and air transfer opening of an air distribution or smoke control system designed resist the passage of air and smoke. The device operates automatically and is controlled by a smoke detection system. They can be opened or closed from a remote fire command station if required.”Their primary function is to prevent the passage of smoke through the heating, ventilation, and air conditioning system, or from one side of a fire-rated separation to the other.(防煙閘門*:可以被定義為是一種裝設在管道中, 藉由煙霧偵測器或是由人員遠端控制開關的裝置。其主要作用 為防止煙流經由空調系統而穿越防火區劃。) * 依其原文敘述,此處 smoke damper 應為「防煙閘門」而非「排煙閘門」。

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6. Underwriters Laboratories Inc.(UL 官方網站資料*)

(a) Fire dampers:Fire dampers are used to prevent transmission of flame where air ducts penetrate fire barriers. A fire barrier is a fire-resistant-rated vertical or horizontal assembly of materials designed to restrict the spread of fire in which openings are protected. They can also be employed in air transfer openings in walls and partitions.(防火閘門:主要安裝在空調系統風管穿越 牆壁的開口,並用來控制火勢的漫延,無論採垂直或水平安裝 均應具有防火時效與阻熱性。)

(b) Smoke dampers:Smoke dampers may be required where ducts penetrate through smoke barriers or at other locations within an engineered smoke control system. A smoke barrier is a continuous membrane that is either vertical or horizontal such as a wall, floor or ceiling assembly. They are designed and constructed to restrict the movement of smoke. Smoke dampers can be used in HVAC systems where the fans are shut down in the event of fire and can also be used in smoke control systems designed to operate during a fire incident. Smoke dampers are designed to operate against air velocity and fan pressure.(防煙閘門**:裝設在防排煙控制系統 中的風管貫穿處以阻擋煙流漫延,若裝設在空調系統風管中, 當火災發生時將其關閉,以防止煙流隨著空調系統擴散、漫 延。)

(c) Combination fire and smoke dampers:These dampers are used at locations that are designated as both fire barriers and smoke

http://www.ul.com/global/eng/pages/offerings/perspectives/regulator/electrical/additionalresources/dampers/ **

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barriers to prevent the passage of both flame and smoke.(防煙防 火閘門:同時具有防煙及防火的功能者。) 綜合以上內容,防火閘門廣義而言,是指風管內防止火/煙漫延的被動 防火設備。但在國內的建築內,風管主要可分成兩大類:一類為空調風管 及廚房、衛浴室內的排氣風管,另一類為排煙風管。為連接排煙閘門的居 室排煙風管或梯間排煙風管,在國外的基準中因考慮到空調兼用排煙風管 之功能,所以也有防火/排煙風管的設備,而且裝設在不同場合有不同關閉 的控制溫度,所以在消防排煙風管系統的性能要求因實際環境的需要,其 防火閘門的性能要求較複雜,相較於排煙風管的一般空調送風風管內設置 的防火閘門,因其僅有單一功能,即於火災發生時防止火/煙經由貫穿區劃 的風管漫延至非起火區域,所以空調送風風管的閘門性能要求較單純。 從上述有關各國防火閘門的性能要求基準看來,雖然都含有空調系統 風管(HVAC duct)的範圍,但從其實際的測試內容可瞭解各不同場合之防火 閘門有其不同性能的測試要求,這可從後面章節的比較證明清楚知道。

第二節 空調風管用防火閘門國內現況分析

為進行空調風管用防火閘門目前在市場上及工程實務上的現況分析, 本研究團隊針對建築技術規則建築設計施工編第 85 條「貫穿防火區劃牆壁 或樓地板之風管,應在貫穿部位任一側之風管內裝設防火閘門或閘板,其 與貫穿部位合成之構造,並應具有一小時以上之防火時效。」進行實地瞭 解,經由訪談空調技師、消防設備師、生產業者及建管單位等,大致可得 以下之結論: 建築技術規則第 85 條已公佈實施多年,但過去幾年,國內一直沒有可 進行性能檢測的單位,也沒有產品可依循的性能要求標準,因此,雖然法

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規有明文要求,但多數情況僅為應付居多。 在建築設計圖上,一般建築師會請空調設備專業的人員繪製空調風管 之配管線圖,在圖中如有貫穿區劃的狀況,則會在圖紙上設置防火閘門進 行火/煙的阻隔。但在終端的設備查驗上則較為鬆散無力,尤其是在許多私 人案場上,幾乎沒有進行風管貫穿防火區劃應設置防火閘門的查驗,往往 造成建築設計要求防火區劃之完整,但在風管貫穿部常常造成防火區劃的 無效,形成火煙快速漫延的主要原因。因此欲維持建築物完整防火區劃的 有效性,風管貫穿部的防火閘門性能要求與落實為不可或缺的工作。 經與空調技師、消防設備師、建築師及建管人員晤談結果,一致認為 防火閘門之管理刻不容緩,可分為上、中、下游進行整合。 上游部份應盡速參考國外相關標準,建立風管貫穿區劃用防火閘門性 能要求基準,供國內相關生產業者參考,同時可由建築中心等單位專辦新 技術、新工法、新設備、新材料的評定,如此生產防火閘門廠商才有可依 循的防火閘門性能指標及諮詢的單位。 中游部份應針對建築師公會、空調技師公會、機電技師公會等設計單 位,進行宣導適用於空調風管貫穿防火區劃所必須要求的防火閘門設置及 相關防火性能。 下游部分則可委託相關專業機構進行建築物公安檢查時,可針對空調 風管貫穿防火區劃部位時,所應設置的防火閘門進行檢視及查核,以杜絕 業者僥倖的心態,如此可確保防火區劃的完整性以保障建築物及民眾的防 火安全。

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第三節 ISO 10294、UL 555、UL555S 與 JIS A 1314 之差異分析

防火閘門為建築物的機械通風與空調設備的送風風管穿越防火區劃, 保障火/煙不會經由此管道進入非起火區防止火勢延燒的重要被動防火設備 之一。目前國外針對防火閘門相關設備所採用的防火閘門性能測試標準大 致有以下四種:

(1) UL 555:Standard for Fire Dampers

(2) UL 555S:Standard for leakage rates dampers for use in smoke control systems

(3) ISO 10294:Fire resistance test—Fire damper for air distribution systems (4) JIS A 1314:2014:防火ダンパーの防煙試験方法

以上四種防火閘門性能測試標準採用目的說明如下: (1) UL 555 (Standard for Fire Dampers)

(a) Fire damper for static systems for ---HVAC systems that are automatically shut down in the event of a fire or for transfer openings in walls or partitions,

(b) Fire damper for dynamic systems for ---HVAC systems that are operational in the event of a fire, or

(c) Combination fire and smoke dampers---for locations in HVAC systems where a fire damper and a smoke damper are required at a single location.

(2) UL 555S (Standard for leakage rates dampers for use in smoke

control systems)

These requirements cover smoke dampers intended for use in HVAC systems. Smoke dampers are intended:

(a) To restrict the spread of smoke in HVAC systems that are designed to be automatically shut down in the event of a fire, or (b) To assist with the control of pressure differentials across smoke

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control system.

(3) ISO 10294 (Fire resistance test—Fire damper for air distribution

systems)

The general purpose of the test is to evaluate the ability of a damper to prevent fire and smoke spreading from one fire compartment to another through an air distribution system.

(4) JIS A 1314:2014:防火ダンパーの防煙試験方法 この規格は,建築物の換気,暖房,冷房などに使用される 風道が防火区画を貫通する部分に設ける防火ダンパーの性能試 験方法について規定する。 なお,防火ダンパーには,外壁用防火ダンパー及び排煙用 防火ダンパーを含むものとする。 本研究收集整理上述四種防火閘門測試基準的測試內容進行比較分 析,發現各測試基準的性能要求還是有所不同,詳細比較表如表 2-1 所示。 從本研究的資料收集與整理分析得知,空調風管因穿越防火區劃,所 以為求防火區劃的完整性,此防火閘門除了防火性能要求外,同時也需考 慮高溫濃煙擴散至非起火居區域時,對人員逃生之影響。所以洩漏量的要 求與測試也是相對重要。此部分詳細量化分析將於後續章節說明之。 從表 2-1 知,UL 555 有防火閘門的耐火測試要求,但無洩漏量的要求, UL 555S 有防火閘門洩漏量測試但沒有耐火性能要求,僅有要求在 121.1℃ 進行三次全開/關的溫度劣化測試(詳細內容請參考附件)。而 ISO 10294 與 JIS A 1314 則同時包含耐火測試與洩漏測試,而在其它的測試項目差異分析 如表 2-1 所示。

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表 2-1 防火閘門測試基準的測試內容比較表

No. 測試項目 UL 555S UL 555 ISO 10294 JIS A 1314

1 耐火測試 X O O O 2 洩漏測試/遮煙測試 O X O O 3 往復測試 O O O X 4 風管衝擊測試 X O X X 5 加溫退化測試 O X X O (可選測) 6 操作測試 O X X X 7 動態關閉測試 O O X X 8 加速老化測試 O X X X 9 彈簧關閉力測試 X O X X 10 驅動器壓力測試 O O X X 11 鹽曝測試 O O O (可選測) O (可選測) 12 失效判定測試 X X O (可選測) X 13 反應性能測試 X X O (可選測) X 14 耐濕測試 X X O (可選測) O (可選測) 15 絕緣測試 X X X O (可選測) (資料來源:本研究整理) 從各種不同測試標準中去比較個別的測試項目,可清楚瞭解不同測試 標準所欲達到的不同目的,表 2-2~表 2-5 將 ISO 10294、UL 555 與 JIS A 1314 中共同有的部分進行比較分析,從表 2-2 往復試驗、表 2-3 耐火試驗、表 2-4 試件要求中,發現 ISO 10294、UL 555 與 JIS A 1314 有許多不同點。 UL 555 強調致動器的重要且在火災曝露後,防火閘門還需有衝擊與射 水之測試,此部分考慮目前按裝在排煙管道中的防火閘門性能有現場性能 要求,因此排煙管道按裝的防火閘門平時是關閉狀態,當火災發生時與警 報系統連動開啟進行排煙,當火勢擴大漫延時此防火閘門需關閉。所以在 此種情況下,防火閘門的致動器就需提供穩定可靠的開/關操作性能。也因 此在 UL 555 測試時要求 1000 次的開/關要求,而在耐火測試時,當火勢擴 大,室內溫度上升至 141℃時,此閘門需關閉,在此之前仍需打開進行排煙。 JIS A 1314 強調自動閉鎖裝置(熔斷片)的重要,一般的自動閉鎖裝置需

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進行作動性能測試以及耐腐蝕測試,而電子式的自動閉鎖裝置則還需額外 進行耐熱耐溫測試、絕緣測試。 而 ISO 10294 要求的閘門因按裝在風管內,所以要求在當風管內之溫度 達 72℃時需立刻關閉,防止煙流從起火區擴散至非起火區。所以從以上分 析看來,雖然 UL 555 與 ISO 10294 皆標註為風管用防火閘門,但從其所規 定的測試條件與要求性能看來,兩者在實際使用場合上仍有差別,簡易防 火閘門設備按裝示意如圖 2-1 所示。 空調風管 排煙風管 排 煙 室 防火閘門 防火閘門 圖 2-1 空調風管與排煙風管之差異 (資料來源:本研究整理)

表 2-2 ISO 10294、UL555 與 UL555S 在往復試驗性能比較 往復試驗

No. ISO 10294 UL 555 UL555S

1 將閘門作 50 次的開、關 操作。 使用致動器(即操作風門 的電氣、氣壓或液力設 備)的閘門在靜態的情況 下,以特定的致動器驅 動,作 1000 次全程開/關 的重複機械性操作後,應 能如要求地動作。 當使用致動器時,以全程 開/關的重複次數作 5000 次(在具有容積控 制的功能,則以 10000 次 為測試要求) 2 對於不使用致動器的閘 門,全程開/關的重複次 當未使用致動器時,由手 動方式操作以全程開/

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數為 250 次,且以手動方 式操作。 關作 250 次的重複次 數。以上所用之閘門開啟 與關閉的作動行程時間 皆不得長於 75 秒。 (資料來源:本研究整理)

表 2-3 ISO 10294、UL555 與 JIS A 1314 在耐火試驗性能比較 耐火試驗

No. ISO 10294 UL 555 JIS A 1314

1 假如加熱爐啟動 2 分鐘後,閘門還無法 關閉,則停止試驗。 在 熱 感 鏈 結 處 爐 溫 到 達 286F (141℃)之前,應 完全關閉並自動閉鎖。 試件厚度在 1.5 mm 以上可 免測。 2 耐火試驗應分別對 試件的兩側進行,若 試件的結構對稱,可 僅對一面進行試驗。 完 成 測 試 的 火 災 曝 露 部 份,試樣隨即接受衝擊、 侵蝕、冷卻測試,慢慢地 將水流由試樣中央位置開 始,逐次地噴灑閘門總成 的曝露面積的所有零件。 加熱中以及加熱後,目視試 件有無破壞或脫落、火焰有 無貫穿。 若送風方向與熔斷片可能有 不同的情況下,試件的兩側 均要測試。 (資料來源:本研究整理) 表 2-4 ISO 10294 與 UL555 在試件要求性能比較 試件要求 No. ISO 10294 UL 555 1 若閘門與風管外側有裝設防火隔熱的 披覆材料,則此披覆材料需與閘門一 同接受試驗。披覆材料需具有與閘門 相同的防火時效。 為排除濃煙,經由熱感設備的動作, 在關閉後又重開的閘門,必須配置符 合要求的第二級熱感設備。在第二級 熱感設備動作後,閘門即不能再重開。 2 同一規格內尺寸以最大的閘門接受試 驗。 3 試驗的閘門必須安裝在支撐結構內。 如有使用套管,則必須含套管一併安 裝。 防火閘門在垂直面上任一點(如葉片 與閘門框架兩側之間)的操作間隙均 不得大於 1/8 吋(9.5mm),在水平面 上任一點(如連鎖簾的葉片支點之間) 的操作孔間隙則均不得大於 1/32 吋 (0.8mm)。

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4 支撐結構的防火能力需比接受試驗的 閘門更好。 電氣致動器﹑位置指示開關以及其它 電氣組件在其設計用途上均應符合 UL 873「溫度指示及調節設備標準」 的相關要求。 (資料來源:本研究整理)

表 2-5 ISO 10294、UL555 與 UL555S 在性能試驗合格判定條件比較 性能試驗合格判定條件

No. ISO 10294 UL 555 UL 555S JIS A 1314 1 啟動加熱爐之後, 當 溫 度 達 到 72±4℃,溫度感測 器必須作動,而且 在兩分鐘內閘門必 須完全關閉 。 在 熱 感 鏈 結 處 爐 溫 到達 286F (141℃) 之前,應完全關閉並 自動閉鎖。 閘 門 在 全 關 狀 態 下,暴露於最低溫度 121.1℃(250℉)加 上 37.8℃(100℉)  5 ﹪ 為 時 30 分 鐘;30 分鐘後,在 上述條件下,閘門應 依設計之能力,作三 次全開/關的往復 操作。 無。 (JIS A 1314 內容 為防火閘門的性 能測試方法。) 2 在耐火試驗時,閘 門不可以有任何明 顯的變形;閘門與 閘門配件和支撐結 構等接合處需保持 完整。 測 試 期 間 , 閉 鎖 機 構、風扇轉軸(含軸 承)、閉鎖類閘門葉 片 以 及 葉 片 導 件 應 保持持續咬合。 在規定的最大氣流 下,閘門及其組件應 無損傷,並且功能正 常,在三次的往復開 關時,需均能全開全 關,關閉與重開時間 均不得多於 75 秒。 3 填充材料或是風管 外層的包覆材料不 可著火。 火災曝露時,閘門總 成 曝 露 側 的 材 料 不 得起火。 火災暴露時,閘門曝 露側之材質不得起 火。 4 彈簧關閉力判定、驅 動器壓力判定、風管 衝擊判定、動態關閉 判定。 (資料來源:本研究整理)

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第四節 防火閘門相關法規條文檢討

經參考國外有關防火閘門相關標準之內容後,重新檢視目前國內防火 閘門相關法規,內容研擬更新或調整的部分列表說明如下: 表 2-6 國內防火閘門相關法規條文建議修正表 條文 原條文內容 建議調整內容 說明 建築技術規則 建築設計施工 編第 85 條  貫穿防火區劃牆壁或樓 地板之風管,應在貫穿 部位任一側之風管內裝 設防火閘門或閘板,其 與 貫 穿 部 位 合 成 之 構 造,並應具有一小時以 上之防火時效。  貫穿防火區劃牆壁或樓 地板之電力管線、通訊 管線及給排水管線或管 線匣,與貫穿部位合成 之構造,應具有一小時 以上之防火時效。  貫穿防火區劃牆壁或樓 地板之風管,應在貫穿 部位任一側之風管內裝 設防火閘門或閘板,其 與 貫 穿 部 位 合 成 之 構 造,並應具有一小時以 上之防火時效。  貫穿防火區劃牆壁或樓 地板之電力管線、通訊 管線及給排水管線或管 線匣,與貫穿部位合成 之構造,應具有一小時 以上之防火時效。 *取消閘板字 樣 *參考日本相 關規定,防火 閘 門 要 求 為 一 小 時 防 火 時效,故本研 究 建 議 調 整 為 一 小 時 防 火時效。 建築技術規則 建築設備編第 92 條 機械通風設備及空氣調節設 備之風管構造,應依左列規 定: 一、應採用鋼、鐵、鋁或其 他經中央主管建築機關 認可之材料製造。 二、應具有適度之氣密,除 為運轉或養護需要面設 置者外,不得開設任何 開口。 三、有包覆或襯裡時,該包 覆或襯裡層均應用不燃 材料製造。有加熱設備 時,包覆或襯裡層均應 在適當處所切斷,不得 與加熱設備連接。 機械通風設備及空氣調節設 備之風管構造,應依左列規 定: 一、應採用鋼、鐵、鋁或其 他經中央主管建築機關 認可之材料製造。 二、應具有適度之氣密,除 為運轉或養護需要面設 置者外,不得開設任何 開口。 三、有包覆或襯裡時,該包 覆或襯裡層均應用不燃 材料製造。有加熱設備 時,包覆或襯裡層均應 在適當處所切斷,不得 與加熱設備連接。

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四、風管以不貫穿防火牆為 原則,如必需貫穿時, 其包覆或襯裡層均應在 適當處所切斷,並應在 防火牆兩側均設置符合 本編第九十三條規定之 防火閘門。 五、風管貫穿牆壁、樓地板 等防火構造體時,貫穿 處周圍,應以石綿繩、 礦棉或其他不燃材料密 封,並設置符合本編第 九十四條規定之防火閘 板,其包覆或襯裡層亦 應在適當處所切斷,不 得妨礙防火閘板之正常 作用。 六、垂直風管貫穿整個樓層 時,風管應設於管道間 內。三層以下建築物, 其管道間之防火時效不 得小於一小時,四層以 上者,不得小於二小時。 七、除垂直風管外,風管應 設有清除內部灰塵或易 燃物質之清掃孔,清掃 孔間距以六公尺為度。 八、空氣全部經過噴水或過 濾 設 備 再 進 入 送 風 管 四、風管以不貫穿防火區劃 為 原 則 , 如 必 需 貫 穿 時,其包覆或襯裡層均 應在適當處所切斷,並 應在貫穿防火區劃部位 任一側之風管內設置符 合本編第九十三條規定 之防火閘門。 五、風管貫穿防火區劃牆壁 或樓地板時,貫穿處周 圍,應以以石綿繩、礦 棉或經中央主管建築機 關 認 可 之 不 燃 材 料 密 封,並設置符合本編第 九十三條規定之防火閘 門,其包覆或襯裡層亦 應在適當處所切斷,不 得妨礙防火閘門之正常 作用。 六、垂直風管貫穿整個樓層 時,風管應設於管道間 內。三層以下建築物, 其管道間之防火時效不 得小於一小時,四層以 上者,不得小於二小時。 七、除垂直風管外,風管應 設有清除內部灰塵或易 燃物質之清掃孔,清掃 孔間距以六公尺為度。 八、空氣全部經過噴水或過 濾 設 備 再 進 入 送 風 管 *防火牆文字 修 正 為 防 火 區劃 *原條文要求 應 在 防 火 牆 兩 側 均 設 置 防火閘門, 本 研 究 建 議 將 其 調 整 為 貫 穿 防 火 區 劃 部 位 任 一 側 之 風 管 內 設置 *調整文字

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者,該送風管得免設第 七款規定之清掃孔。 九、專供銀行、辦公室、教 堂、旅社、學校、住宅 等不產生棉絮、塵埃、 油汽等類易燃物質之房 間使用之回風管,且其 構造符合左列規定者, 該回風管得免設第七款 規定之清掃孔: (一)回風口距離樓地 板面之高度在二‧一公 尺以上者。 (二)回風口裝有一‧ 八公厘以下孔徑之不朽 金屬網罩者。 (三)回風管內風速每 分 鐘 不 低 於 三 百 公 尺 者。 一○、風管安裝不得損傷建 築物防火構造體之防火 性能,構造體上設置與 風 管 有 關 之 必 要 開 口 時,應採用不燃材料製 造且具防火時效不低於 構造體防火時效之門或 蓋 予 以 嚴 密 關 閉 或 掩 蓋。 一一、鋼鐵構造建築物內, 風管不得安裝在鋼鐵結 構體與其防火保護層之 間。 一二、風管與機械設備連接 處,應設置石棉布或經 中央主管建築機關認可 之其他不燃材料製造之 避震接頭,接頭長度不 得大於二十五公分。 者,該送風管得免設第 七款規定之清掃孔。 九、專供銀行、辦公室、教 堂、旅社、學校、住宅 等不產生棉絮、塵埃、 油汽等類易燃物質之房 間使用之回風管,且其 構造符合左列規定者, 該回風管得免設第七款 規定之清掃孔: (一)回風口距離樓地 板面之高度在二‧一公 尺以上者。 (二)回風口裝有一‧ 八公厘以下孔徑之不朽 金屬網罩者。 (三)回風管內風速每 分 鐘 不 低 於 三 百 公 尺 者。 一○、風管安裝不得損傷建 築 物 構 造 體 之 防 火 性 能,構造體上設置與風 管有關之必要開口時, 應採用不燃材料製造且 具防火時效不低於構造 體防火時效之門或蓋予 以嚴密關閉或掩蓋。 一一、鋼鐵構造建築物內, 風管不得安裝在鋼鐵結 構體與其防火保護層之 間。 一二、風管與機械設備連接 處,應設置石棉布或經 中央主管建築機關認可 之其他不燃材料製造之 避震接頭,接頭長度不 得大於二十五公分。

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建築技術規則 建築設備編第 93 條 防火閘門應依左列規定: 一、其構造應符合本規則建 築設計施工編第七十六 條第一款甲種防火門窗 之規定。 二、應設有便於檢查及養護 防火閘門之手孔,手孔 應附有緊密之蓋。 三、溫度超過正常運轉之最 高溫度達攝氏二十八度 時,熔鍊或感溫裝置應 即行作用,使防火閘門 自動嚴密關閉。 四、發生事故時,風管即使 損壞,防火閘門應仍能 確保原位,保護防火牆 貫穿孔。 防火閘門之構造,應依左列 規定: 一、應以不銹材料製造,並 應具有一小時之防火時 效。其構造應符合中華 民 國 國 家 標 準 CNS XXXXX 之規定。 二、應設有能確認防火閘門 開關狀態之裝置,及可 便於檢查及養護防火閘 門之手孔,手孔應附有 緊密之蓋。 三、一般環境下,溫度達攝 氏七十二度時,熔鍊、 感溫裝置或偵煙連動裝 置應即行作用,使防火 閘門自動嚴密關閉。 四、火警時,應保持關閉位 置,風管即使損壞,防 火 閘 門 應 仍 能 確 保 原 位,並封閉該防火區劃 之開口。 五、關閉時應能有效阻止空 氣流通。 *調整文字 *防火閘門之 構 造 應 符 合 CNS 標準,不 宜 以 防 火 門 窗 規 範 規 定 之。 *增加文字 *本研究依據 NFPA 90A 與 JIS A 1314, 建 議 調 整 為 一 般 環 境 下,溫度達攝 氏 七 十 二 度 時 , 防 火 閘 門 即 自 動 嚴 密關閉。 *增加偵煙連 動裝置。 * 以 本 編 第 94 條第六點 內容取代。 *第五點由本 編第 94 條內 容 調 整 至 本 條。 建築技術規則 建築設備編第 94 條 防 火 閘 板 之 設 置 位 置 及 構 造,應依左列規定: 一、風管貫穿具有一小時防 火時效之分間牆處。 防火閘門 之設置位置 及構 造,應依左列規定: 一、風管貫穿具有一小時防 火 時 效 之 防 火 區 劃 *取消防火閘 板文字 * 本 編 第 93 條 已 有 防 火

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二、本編第九十二條第六款 規定之管道間開口處。 三、供應二層以上樓層之風 管系統: (一)垂直風管在管道 間上之直接送風口及排 風口,或此垂直風管貫 穿樓地板後之直接送回 風口。 (二)支管貫穿管道間 與垂直主風管連接處。 四、未設管道間之風管貫穿 防火構造之樓地板處。 五、以熔鍊或感溫裝置操作 閘板,使溫度超過正常 運轉之最高溫度達攝氏 二十八度時,防火閘板 即自動嚴密關閉。 六、關閉時應能有效阻止空 氣流通。 七、火警時,應保持關閉位 置,風管即使損壞,防 火 閘 板 應 仍 能 確 保 原 位,並封閉該構造體之 開口。 八、應以不銹材料製造,並 有一小時半以上之防火 時效。 九、應設有便於檢查及養護 防火閘門之手孔,手孔 應附有緊密之蓋。 處,任一側之風管內應 設置之防火閘門。 二、本編第九十二條第五款 規定之管道間開口處。 三、供應二層以上樓層之風 管系統: (一)垂直風管在管道 間上之直接送風口及排 風口,或此垂直風管貫 穿樓地板後之直接送回 風口。 (二)支管貫穿管道間 與垂直主風管連接處。 四、未設管道間之風管貫穿 防火構造之樓地板處。 五、刪除 六、刪除 七、刪除 八、刪除 九、刪除 閘 門 構 造 之 規定,故建議 本 條 不 再 重 複 規 定 其 構 造。 *調整文字 *第五點至第 九 點 應 屬 防 火 閘 門 之 構 造內容,本編 第 93 條已有 相關規定,避 免 重 複 故 建 議刪除。 (資料來源:本研究整理)

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第五節 小結

經過研究團隊的詳細分析比較四種防火閘門測試標準 UL 555、UL 555S、ISO 10294 與 JIS A 1314,可發現雖然四種基準皆為風管中設置防火 閘門防止火/煙漫延可用的基準,但分析基準內的測試項目及性能要求,可 發現其實不同的基準有其當初設置的目標及可應用使用場合。 例如 UL 555 特別適合於防火閘門設置於排煙風管且需開/關操作的場 合,而 UL 555S 則較適用於空調排煙系統共用時的風管中,有其特別的保 護要求,(國外許多空調系統是可兼用排煙系統,NFPA 92A、NFPA 92B 中 皆有詳述)。至於 ISO 10294 較簡單,僅針對空調送風風管內需防止火/煙漫 延的設置設備。 綜觀世界各國訂定產品安全法規及其法源規範依據之走向,慢慢的會 依國際測試標準 ISO 來制定與修正法規及相關規範,在未來將會以 ISO 10294[耐火測試-使用於空氣流動分佈系統之防火閘門]測試標準為依歸。 吾人認為進入 WTO 後的台灣,若要和國際接軌,在法規訂定時,務必 要通盤考慮到日後要以國際一致為前提。因此在訂定之前,請相關單位要 多多了解評估各相關標準之適用情形、測試方式及產品分級等,在訂定後 並依此嚴格執行,這樣除了避免實際災害之擴大外,並能提升國內產業升 級及產品國際化,以期達到產業根留台灣之目的。

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第三章 防火閘門性能分析

本研究針對空調風管穿越防火區劃的熱煙流擴散之情境進行電 腦模擬,量化分析防火閘門的洩漏量高低,是否會導致起火室與非起 火室在濃煙、溫度以及 CO2濃度的明顯差異。

第一節 模擬軟體簡介

一、FDS 發展與介紹 本研究所採用之火災煙控模擬程式為美國國家標準和技術研究 院 NIST(National Institue of Standrad and Technology)和建築物與火災 研究實驗室 BFRL(Building and Fire Research Laboratory)所發展的火 災模擬軟體 FDS(Fire Dynamics Simulator)來進行電腦的模擬。FDS 是 一開放原始碼的軟體,從第一版至今已經有十年的經驗並且經歷多次 的改版與修正,其主要是統御方程式(Governing Equation)來分析流場 流動情形。適合使用的範圍包括低流速下的流動與火源燃燒所產生的 熱傳問題和熱浮力所推動的流體問題。 FDS 是屬於場模型(Field Model)之模擬,其原理是將建築物空間 化分成許多細小的隔點,利用數值方法將描述火災現場的動量、質 量、組成成分、紊流參數等非限性偏微分參數方程式離散化代數方程 式 , 能 正 確 地 預 測 火 災 發 生 過 程 中 的 各 種 現 象 。 FDS 直 接 由 Navier-Stokes 方程式來求解,而得到每個隔點的速度、壓力、溫度、 濃度值。 FDS 程式近年來被廣泛應用在大型公共建設、購物中心、機場、 捷運系統或是住宅大樓等建築物的火災煙控系統設計上。FDS 主要是

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以 LES(Large Eddy Simulation)為基礎的 CFD 火災模擬軟體,可用於 模擬三維的火災情境,它將建築物空間分割成多隔細小隔點,利用數 值方法求解各個守恆之統御方程式,可以比較精確的預估火災發生時 火場的壓力、溫度、速度和煙流動等等火災的物理數據,因此也更適 合於形狀複雜的建築空間或大型建築物的火災模擬。 Smokeview 是結合 FDS 的一個數據後處理軟體,可將 FDS 所計 算出來的結果,利用 Open GL 繪圖軟體以圖行或 2D 與 3D 動畫的效 果呈現出來。軟體的主要架構分為以下三個部分。 1. 前處理:在前處理中,必須以純文字格式輸入要模擬之建築物的 模型尺寸、物件規格、格點配至以及邊界條件等等以做為模擬計 算的基礎。 2. 數值解:就是 FDS 的運算核心部分,將前處理所製作好的模型物 件幾何尺寸等參數讀入,再以數值法求解,並將所需的計算結果 輸出。 3. 後處理:FDS 的後處理部分與 Open GL 的繪圖軟體 Smokeview 結合,可將 FDS 所計算出來的結果,利用圖型或 2D 與 3D 的動 畫效果呈現。圖 3-1 即為 FDS 與 Smokeview 之組織架構與工作流 程圖。

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圖 3-1 FDS 與 smokeview 之組織架構與工作流程圖 (資料來源:參考書目 9) 二、FDS 計算之重要公式 Conservation of mass b m t   u (3-1) 方程式(3-1)中,

m

b



項是表示由液滴或微小粒子(partical)的物質 產生率(the production rate of species)。

Conservation of Momentum

(

)

p

g

f

b ij

t

 

  

  

u

uu

(3-2)

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法寫出的二階張量,是由成對的向量並置形成的。Fb 項為流體外在 所施的力,如由液滴所形成的阻力。τij 是剪應力。 Conservation of Energy ( hs) hs Dp q qb q t   Dt               u (3-3) 方程式(3-3)中,

h

s表示顯焓為溫度的函數。

q



是由化學變化所 產生每立方體的發熱量。

q

b



是由於液滴蒸發時能量的轉換所形成 的。

q



則是由熱傳導與熱輻射所產生的熱通量。 Equation of state

( , )

/

m

p

z t

TR

Y

W

(3-4) 在低流速與固定焓值得架設下方可簡化成方程式(3-4)。其中,壓 力僅為高度與時間的數值是因為已經將空間中的壓力 P(x,y,z)代換成 空間中的「平均」壓力。Wa 為各物質的莫耳分子量,R 為通用氣體

常數(universal gas constant)。

第二節 模擬規劃

本研究以 FDS 建構一假想模擬空間,該空間假設以防火牆分隔 成兩居室,其中一間為起火室,防火牆的另一側則為非起火室,居室 天花板距離地面高度為 3.2m,在天花板上方設有空調通風管與風口, 其截面積均為高 60cm × 寬 80cm,在通風管中間設有防火閘門,火 源大小設定為 0.25MW 以及 1MW,如圖 3-2 所示。 本研究所規劃的模擬情境為當起火室發生火災時,火災濃煙由起 火室經由空調風管漫延至非起火室,此時在空調風管內部若有裝設防

數據

表 2-2 ISO 10294、UL555 與 UL555S 在往復試驗性能比較  往復試驗
表 2-3 ISO 10294、UL555 與 JIS A 1314 在耐火試驗性能比較 耐火試驗
表 2-5 ISO 10294、UL555 與  UL555S  在性能試驗合格判定條件比較  性能試驗合格判定條件
圖 3-1 FDS 與 smokeview 之組織架構與工作流程圖  (資料來源:參考書目 9) 二、FDS 計算之重要公式  Conservation of mass  m b t      u (3-1)  方程式(3-1)中, m b  項是表示由液滴或微小粒子(partical)的物質 產生率(the production rate of species)。
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參考文獻

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