防火性能設計建築物有關煙控系統可靠度
及功能查驗之研究
受 委 託 者：財團法人台灣建築中心
研 究 主 持 人：鍾基強
協 同 主 持 人：蘇崇輝
研 究 助 理：陳又嘉、李嘉福、陳冠傑
內政部建築研究所委託研究報告
中華民國
102 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）目次
目次... I 表次... III 圖次...V 摘要... IX 第一章 緒論...1 第一節 研究緣起與背景...1 第二節 研究目的...2 第三節 研究內容...3 第四節 研究方法與進行步驟...4 第二章 國內外煙控系統之功能查驗之現況分析 ...9 第一節 各類場所消防安全設備設置標準排煙設置場所之規定 .9 第二節 美國消防協會─NFPA 92 A 排煙室煙控系統功能確認17 第三節 ASHRAE Guideline 1.5(2012 版) -- The Commissioning Process for Smoke Control Systems 煙控系統功能確認... 21第四節 澳洲 AS 4391, Smoke Management Systems Hot Smoke Test 規範 ... 27 第五節 日本 JIS A4303「排煙設備の検査標準」... 30 第三章 煙控系統效能驗證與確效 ... 35 第一節 排煙系統確效分析... 37 第二節 壓力量測... 44 第三節 氣流方向與量測... 46 第四章 排煙室煙控性能之數值模擬 ... 49 第一節 模擬軟體簡介... 49 第二節 電腦模擬排煙室空間外形與配置 ... 52
第五章 全尺度煙控系統防/排煙性能之實驗驗證 ... 73 第一節 實驗場地規劃... 73 第二節 實驗儀器與設備... 78 第三節 實驗流程與項目... 82 第四節 實驗結果與分析... 84 第五節 小結... 92 第六章 煙控系統功能查驗規範 ... 95 第一節 煙控系統功能查驗規範草案 ... 96 第二節 相關功能查驗表格... 106 第七章 結論與建議 ...115 第一節 結論...115 第二節 建議與後續研究方向...116 附錄一 採購評選會議紀錄暨審查意見回覆 ...119 附錄二 工作會議紀錄 ... 123 附錄三 第一次專家學者座談會議紀錄暨意見回覆 ... 125 附錄四 期中審查會議紀錄暨意見回覆 ... 135 附錄五 期末審查會議紀錄暨意見回覆 ... 145 附錄六 第二次專家學者座談會議紀錄暨意見回覆 ... 151 附錄七 FDS Input Data ... 159 參考書目... 161
表次
表2-1 排煙設備檢查表 ...16 表4-1 排煙室之電腦模擬參數設定 ...56 表5-1 工業級微壓差量測計 ...80 表5-2 全尺度排煙室排煙系統實驗規劃表...83 表6-1 煙控系統設計前點檢表(ASHRAE Guideline 1.5) ...107 表6-2 煙控系統設計完成點檢表(ASHRAE Guideline 1.5) ...108 表6-3 風機外觀及性能檢查表(ASHRAE Guideline 1.5) ...109 表6-4 風門外觀及性能檢查表(ASHRAE Guideline 1.5) ...111 表6-5 煙控設備及性能檢查登錄表 ...112圖次
圖1-1 案例一：進/排煙口位置不當-1...5 圖1-2 案例二：進/排煙口位置不當-2...5 圖1-3 案例三：排煙室面積過小 ...6 圖1-4 研究流程圖 ...8 圖2-1 孔柱效應(Pulgholing)現象...13 圖2-2 排煙系統五點量測圖 ...17 圖2-3 煙控系統相對安全區劃觀念圖 ...18 圖2-4 攜帶型壓差計 ...20 圖2-5 雷射煙層量測儀 ...20 圖2-6 煙控系統生命週期 ...22 圖2-7 天花板高度和煙的體積對比的關係...32 圖2-8 火盆燃燒產生的上升氣流量 ...33 圖2-9 火盆間最小距離 L(m)...33 圖3-1 居室排煙區劃示意圖 ...40 圖3-2 梯間加壓系統 ...41 圖3-3 昇降機煙控系統 ...42 圖3-4 大空間煙控系統 ...43 圖3-5 ASHRAE 壓力量測法 ...44 圖3-6 斜式壓力規 ...45 圖3-7 壓差計 ...45 圖3-8 全罩式流量計 ...47 圖3-9 防火門區劃等面積量測 ...47 圖4-1 FDS 與 Smokeview 之組織架構與工作流程圖...51圖4-2 模擬空間配置圖 ...53 圖4-3 模擬排煙室相關圖三維空間立面圖...54 圖4-4 逃生路線 ...55 圖4-5 逃生路線之監測氣體測點圖 ...55 圖4-6 FDS 火源成長趨勢...57 圖4-7 案例一(防火門 A 開啟前，起火後 80 秒防火門 A 開) ...59 圖4-8 案例一(防火門 A 開啟後) ...60 圖4-9 案例一(風機開啟後) ...61 圖4-10 案例一(防火門 A 關閉前，防火門 A 關閉後防火門 A 開起 30 秒-共 110 秒後關閉)...62 圖4-11 案例一(防火門 A 關閉後--110sec)...63 圖4-12 案例一(防火門 A 關閉後--111sec)...64 圖4-13 案例一(防火門 B 開啟前，間隔 5 秒後-共 115 秒開啟防火門 B)...65 圖4-14 案例一(防火門 B 開啟後--115sec) ...66 圖4-15 案例一(防火門 B 開啟後--116sec) ...67 圖4-16 案例一(防火門 B 關閉前，防火門 B 開啟 30 秒-共 145 秒後關 閉) ...68 圖4-17 案例一(防火門 B 關閉後--145sec)...69 圖4-18 案例一(防火門 B 關閉後--146sec)...70 圖4-19 案例一監測點在逃生走道 CO2濃度曲線圖...71 圖4-20 案例一監測點在排煙室 CO2濃度曲線圖...72 圖4-21 案例一監測點在特安梯 CO2濃度曲線圖...72 圖5-1 實驗空間示意圖 ...73 圖5-2 實驗空間外觀圖 ...74
圖5-3 實驗空間內部圖 ...74 圖5-4 實驗空間與 CO2測點平面圖...75 圖5-5 實驗空間與 CO2測點側視圖...76 圖5-6 實驗空間與壓力測點圖 ...76 圖5-7 壓力測點示意圖 ...77 圖5-8 TSI 風罩式風量計 ...78 圖5-9 發煙機 ...79 圖5-10 二氧化碳量測設備 ...80 圖5-11 進排風機 ...81 圖5-12 變頻器 ...81 圖5-13 完整實驗流程圖 ...82 圖5-14 案例一排煙室等壓時各點之 CO2及壓差變化...85 圖5-15 案例一排煙室正壓時各點之 CO2及壓差變化...86 圖5-16 案例一排煙室負壓時各點之 CO2及壓差變化...87 圖5-17 案例二排煙室等壓時各點之 CO2及壓差變化...88 圖5-18 案例二排煙室正壓時各點之 CO2及壓差變化...89 圖5-19 案例二排煙室負壓時各點之 CO2及壓差變化...90 圖5-20 案例二排煙室負壓時與模擬之 CO2濃度變化...91 圖5-21 排煙室與走道加寬示意圖 ...91 圖5-20 一般成人平均身體寬度示意圖 ...93 圖5-21 輪椅尺寸示意圖 ...94
摘要
關鍵詞：煙控系統、功能驗證、全尺度煙控測試 一、研究緣起： 煙在火場中一直被視為在人員逃生初期最大威脅，因此在法規上 對各類建築物皆有裝設排煙系統的要求，而排煙系統的技術經過長時 間的進步，目前已從單純的排煙設備進步到可以氣流壓力控制煙流的 煙控系統，此種系統可設置在房屋、梯間、排煙室緊急昇降機間等。 而此種煙控系統大致包括有風機、風管、閘門的基本氣流輸送及控制 /設備，但相關設備在設置完成後是否能發揮應用功能則須加以檢 驗，固此本研究計畫首先針對國內實施建築物防火性能設計通過案件 的煙控系統，是否能於不同的火場情境下達到預期的防排煙功能。如 果測試(Testing)後不能達到預期的功能，是否可針對不同設計案提出 可替代方案，調整(Adjustment)系統的設計參數。同時從過去通過案 件中，彙整各設計煙控系統的可靠度影響參數及範圍，做為日後審查 單位的重要參考依據。 二、研究方法與過程： 本研究預計參考 ASHRAE 等國內外相關文件內容，進行排煙室 煙控系統的功能確效(Commissioning Process)與綜合測試(Integrated Testing)，探討可靠度及功能查驗的研究。本研究將檢視國內實施「建 築物防火性能設計」通過案件的煙控系統(進氣與排煙系統)是否可達 成原規劃時對審核單位與業主承諾可符合的法規及設計標準等。過程 將以原審核認可文件為比較基礎，於實際建築物內進行可靠度及功能 驗證的測試研究，並探討擬定訂定施工、使用階段各管理文件的可行性。同時本研究針對建築物防火性能設計通過案件中的限制條件及火 場情境，進行不同設計條件下的煙控性能可靠度及功能電腦模擬分 析。 本研究計畫預期目標如下： 1. 建構國內實施建築物防火性能設計通過案件中的煙控系統 (進氣與排煙系統)可靠度影響參數及範圍。 2. 針對通過建築物防火性能設計案件中的限制條件及火場情 境，進行不同設計條件下的煙控性能可靠度及功能電腦模擬 分析。 3. 訂定新建設計、建築施工、使用管理等階段的實施計畫及方 法等煙控系統功能查驗規範。 4. 進行全尺度煙控系統可靠度及功能驗證之實驗研究。 三、重要發現： 1. 以電腦模擬方式進行排煙室在不同加壓與操作條件下對於阻煙 的功能確認，經我們的研究發現，排煙室的防火門如果同時開 啟，將有可能使走道的濃煙進入樓梯，形成煙流垂直的擴散，因 此在人員避難逃生的過程中應將防火門開啟的時間與方式納入 規劃中考量。 2. 本研究計畫探討防火性能設計建築物有關煙控系統可靠度及功 能查驗之研究，已完成國內外有關煙控系統功能查驗的相關規範 與做法之整理，同時也將適合國內情況採用的煙控系統功能相關 點檢表格與內容進行整理。為有效落實防火性能設計建築物有關 煙控系統可靠度及功能查驗的工作，本研究參考國內外相關煙控 系統功能查驗規範，在現有基礎上進行連接，採用與國內煙控系 統設置、查核較易實施的規範 (第 13995 章---消防系統功能查
驗)，做為研究建議對象。 3. 依據本研究所進行之全尺度煙控系統可靠度及功能驗證之實 驗，可知即使排煙室面積大小會影響煙控系統的防排煙性能，但 只要在災時能夠確實關閉防火門，便能夠大幅減少濃煙侵入安全 梯的機率。而在濃煙持續增加的情況下，將可能增加由防火門門 縫侵入排煙室濃煙之濃度。但若是考慮避難心理以及多數逃生人 員一起避難之情境，防火門可能無法確實關閉的情況下，若是僅 設置相同進排風量之排煙室，將不足以防止濃煙侵入安全梯，必 須增加進風量或排風量，但依據本研究結果，增加排風量之防煙 效果大於增加進風量。 4. 理論上，排煙室內平時應維持正壓，以確保火災發生時煙流無法 流入排煙室後進入梯間，從實驗結果也獲得相關佐證。當排煙室 防火門不同時開啟時，排煙室內正壓作用可確保濃煙不流入梯 間，但一旦排煙室的防火門無法同時關閉時，反而是負壓的排煙 室較正壓的防煙作用更佳。不論是正壓或負壓的排煙室，在人員 逃生避難的過程中推開防火門的瞬間皆會造成防火門兩側壓力 的改變，大致上有±5Pa 左右的壓力變化，因此建議進行煙控系統 功能確效時，應考慮有煙控系統的排煙室或居室開口部兩側應有 5Pa 的壓差存在，以確保其防排煙功能正常。詳細的壓力量測方 法與程序已於第五章內容中說明。 四、主要建議事項： 經過本年度研究分析，即使排煙室面積大小會影響煙控系統的防 排煙性能，但只要在災時能夠確實關閉防火門，便能夠大幅減少濃煙 侵入安全梯的機率。而在濃煙持續增加的情況下，將可能增加由防火
門門縫侵入排煙室濃煙之濃度。考慮避難心理以及多數逃生人員一起 避難之情境，防火門可能無法確實關閉的情況下，若是僅設置相同進 排風量之排煙室，將不足以防止濃煙侵入安全梯，必須增加進風量或 排風量。因此，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。 建議ㄧ 立即可行之建議：儘速實施垂直區劃安全梯防火門遮煙性法規 主辦機關：內政部營建署 協辦機關：內政部建築研究所、財團法人台灣建築中心 依照目前國內現行法令，防火門及相關構件僅針對其構造、尺 寸、開啟方式、防火時效與阻熱性有所規定，並無防火門阻煙性功能 之要求，經本年度研究分析，在濃煙持續增加的情況下，將可能增加 由防火門門縫侵入排煙室濃煙之濃度，建議後續可針對防火門阻煙性 功能需求進行相關研究，以作為國內相關從業人員對於防火門阻煙性 功能設計上之依循。 建議二 立即可行之建議：針對建築物自然排煙煙控系統可靠度及功能查驗進 行全尺度實驗與分析研究 主辦機關：內政部建築研究所 協辦機關：財團法人台灣建築中心、內政部消防署 現有排煙室之排煙系統主要分為兩類：一為採用機械排煙系統， 二為採用自然排煙系統。本研究已針對採用機械排煙之煙控系統可靠 度及功能查驗，進行相關文獻蒐集及全尺度實驗。而依照目前國內現 行法令，自然排煙系統僅針對自然排煙窗之面積大小與安裝方式有所
規定，並無自然排煙煙控系統可靠度及功能查驗之相關參考資料，建 議後續研究可針對採用自然排煙之排煙系統進行系統可靠度及功能 查驗之相關研究，以作為國內相關從業人員對於採用自然排煙之排煙 系統設計上之依循。 建議三 中長期建議：訂定特別安全梯排煙室面積設計建議尺寸值 主辦機關：內政部建築研究所 協辦機關：財團法人台灣建築中心 依照目前國內現行法令，僅有緊急昇降機排煙室之面積有規定， 並無針對特別安全梯的排煙室面積大小有所規範，故在特別安全梯的 排煙室設計上並無相關資料可供依循。 而依據本研究實驗結果，認為要有效且確實的防止濃煙由起火居 室漫延至梯間，根本之道在於避難人員通過防火門進入排煙室後能確 實關閉防火門。但考量避難人員通過防火門進入排煙室後，要能關閉 防火門，則該排煙室需要有足夠的空間面積供避難人員移動與轉向。 本研究以一般成人平均身體寬度與輪椅尺寸，提出排煙室面積設計尺 寸值為寬度不應小於 170cm，長度不應小於 230cm 之建議，建議後 續研究可針對排煙室面積可變性進行研究，並提出量化數據，以作為 國內相關從業人員對於特別安全梯的排煙室設計上之依循。
ABSTRACT
Keywords：smoke management system、functional validation、full scale test
The hot smoke has always been recognized as the major killer in most fire accidents, especially in the primary stage of evacuation. Therefore many fire codes required smoke exhaust system in buildings. Through the long time progress, the smoke exhaust system has changed to the air flow control smoke management system. These kinds of systems can be applied to zone smoke area, pressurized area, lobby area and elevator shaft. The smoke management system may include air supply fan, duct and damper. All the elements transport the air into the specific area to produce the design pressure level. However, the smoke management system may not have the exact function as design stage due to some unexpected reasons. Therefore, the project will focus on the cases which pass the investigation of TABC. The smoke management systems will be tested for the vestibule from the choosing buildings. If the systems fail to meet the requirements and alternative design parameters may be submitted. All the parameters and its ranges will also be collected for future references.
The commissioning process and integrated testing parts will followed ASHRAE. The vestibule from approval cases will be examined for the original design purposes. The process will take the original plan for conducting the experimental works. The ability of the document managements also will be submitted in the project. The computer simulation for different design parameters, fire scenarios and limitations of choosing vestibule will be studied. The project has the preliminary goals as following:
1. Construction influencing parameters and ranges of the smoke control system for the approval cases.
2. For different limitations and fire scenarios undertakes the reliability and computer simulations.
3. Specified regulations of program and validation of the building design, construction and management.
4. A full scale test program of the smoke control systems shall be experimented for choosing csaes.
第一章
緒論
第一節
研究緣起與背景
隨著時代發展、環境改變以及建築技術提昇，使得防火設備更加完善。 但在台灣高密度的居住型態，導致建築物皆往大面積、高樓層發展，其中 包含辦公大樓、醫院、住宅公寓、展覽館、百貨公司等，這些建築物之排 煙系統都不相同。萬一在這些建築物內發生火災，不僅火源本身可能會造 成人員傷害，對一般逃生人員或是避難弱者能否安全避難最大的影響因素 就是“煙”。以往的統計建築物火災發生時，煙都是最大的致命因素[1]，顯 示火災意外中因為煙所造成的傷亡往往超過被火燒傷或致死的人數，且由 於火場所產生的煙中都含有毒性氣體[2]，煙除了會造成火場缺氧使人窒息 之外，濃煙吸入人體更會造成人體的呼吸道器官的嗆傷，最嚴重且最普遍 的的是一氧化碳中毒，由此可知煙對於火場中的逃生人員構成嚴重的威脅。 濃煙中含有毒性氣體會使人體喪失機能甚至喪命。日本消防白皮書[3] 顯示，因濃煙之毒性氣體造成人員死亡比例約占 40 %，若加上濃煙造成避 難人員逃生困難，導致昏迷致死則其比例高達 70 %。根據歐美各國火災死 因分析報告[4]顯示，死亡人員之 80 %皆與濃煙毒性有關。且由於一氧化碳、 二氧化碳、氰化氫等氣體使氧氣失去了與人體中血紅蛋白的絡合作用，人 會因缺氧而導致昏迷甚至死亡。根據國內外火災研究報告顯示，大部分火 災人員傷亡的原因是被濃煙嗆死而非火被火燒死，因當人體感受到高溫立 即會逃離此區域，而濃煙則是會造成避難人員神經緊張、視覺障礙導致避 難逃生困難。因此，規劃出一個能夠防煙且不影響逃生人員順利逃生之排 煙室，在建築物之中都是顯現相當重要的，也就是說當火災發生時，建築 物內之排煙系統是否能發揮其應有的功能成為人員是否能成功逃離火場的重要因素之一。 依據內政部在民國 93 年頒布之「 建築物防火避難性能設計計畫書申請 認可要點」，國內實施建築物防火性能設計已有多年的時間，在為數不少的 通過案件中皆有緊急升降梯排煙室的要求，以確保人員之安全。在建築技 術規則中對於排煙室的規範亦相當嚴格。惟排煙室的煙控系統(進氣與排煙 系統)是否能滿足該建築物防火性能設計要求，則無從得知，因此本計畫將 探討過去通過建築物防火性能設計案件中煙控系統的功能，進行可靠度及 功能查驗的分析研究。
第二節
研究目的
無論對建築物內部之避難逃生人員或進入火場進行搶救活動之消防人 員而言，煙乃火場中之第一殺手。火場中傷亡人員，多受濃煙、毒煙之侵 害，因此，防排煙遂成了建築防火避難設計上最重要之一環。在火災發生 時煙之流動常無法完全掌控，在某些人為疏忽下（如防火安全門未關閉）， 濃煙會因高溫膨脹及熱浮力效應，快速向低壓區流竄，尤其在建築物之垂 直通道內，更容易向上竄升，甚至會佈滿逃生安全梯或進入昇降機間，使 人員逃生困難及影響消防隊員救災。 建築物之安全梯與特別安全梯為建築物內部人員避難逃生之重要路 極，也是消防人員進入火場進行救災之途徑，但也可能成為濃煙垂直擴散 的最佳途徑，過去已有著名案例印證，如美國在 1980 年著名之 Las Vegas MGM Grand Hotel 火災中，煙自電梯通道，由一樓流竄上層，造成眾多之 傷亡。因此維持一個無煙之安全梯間，不但對於逃生避難及救災極為重要， 其亦有防止高溫之煙霧流竄之功能，避免火災所造成之傷亡。因此排煙室 之功能是否可有效發揮，即扮演重要的角色。國際間有部分國家規定，特別安全梯的排煙室，如應用於公共建築和工業建築，應大於 6 平方公尺。 當緊急升降機與特別安全梯共用排煙室時，由於人員交互往來導致停留較 多，因此面積需增大，一般住宅建築物應大於 6 平方公尺，公共建築應大 於10 平方公尺。而後者恰與建築技術規則建築設計施工編第 107 條對於「緊 急用昇降機間」之樓地板面積規定相同。 在高層建築的火災時，消防人員無法背負太重的消防設備及器具經由 安全梯步行至火場中，所以，高層建築物內作為消防隊員滅火搶救之「緊 急昇降機」則為相當重要的避難及安全救人的通道，因此於我國建築技術 規則及消防法規內明訂此類設備皆應有排煙設備，其目的就是防止火災發 生時濃煙進入該空間內以阻礙救災及逃生的路徑。所以緊急昇降機間之排 煙設備及防排煙系統設計規劃，為消防安全防災計畫中不可或缺之部份。 內政部在民國 93 年頒布之「 建築物防火避難性能設計計畫書申請認可 要點」，國內實施建築物防火性能設計已有多年的時間，在為數不少的通過 案件中皆有緊急升降梯排煙室的要求，以確保人員之安全。惟由於不同場 所類別人員密度不同，事故發生後，樓層避難容許時間各有不同。本研究 計畫擬導入避難驗證觀念，以進入排煙室人員數，與避難容許時間，探討 排煙室須具備之功能性。
第三節
研究內容
本研究預計參考 NFPA 3、ASHRAE 指導原則 Guideline 1.5-2012 等國 外相關文獻內容，進行排煙室煙控系統的功能確認與綜合測試，探討可靠 度及功能查驗的研究。本研究將檢視國內實施「建築物防火性能設計」通 過案件的煙控系統(進氣與排煙系統)是否可達成原規劃時對審核單位與業 主承諾可符合的法規及設計標準等。過程將以原審核認可文件為比較基
礎，於實際建築物內進行可靠度及功能驗證的測試研究，並探討擬定訂定 施工、使用階段各管理文件的可行性。同時本研究針對建築物防火性能設 計通過案件中的限制條件及火場情境，進行不同設計條件下的煙控性能可 靠度及功能電腦模擬分析。 對於煙控系統的有效性，必須將此兩個因素作用納入考量。建築物煙 控系統的功能驗證係針對目前已完成的系統，進行測試和調整，以達到原 始設計時之設計性能。功能驗證提供兩種性能評估指標，包含： 1. 功能驗證為測試各不同系統是否可正常單獨運作，例如偵煙探測 器感應後是否能啟動、排煙風門是否啟動並到達定位。此為早期 對於設備驗證的“過程”和“系統”部分，屬於較早的定義。 2. 功能驗證的最新定義為檢查系統的運轉性能是否與原來的設計理 念相符合。這是對於設備驗證的“評估”和“性能”部分，即為所述 的“系統性能評估的過程”。 研究內容除了電腦模擬分析之外，同時也考慮計畫結果之完整性，將 以實際案例搭建模型進行實驗，並且與電腦模擬進行比對，評估排煙室的 排煙性能與比較。
第四節
研究方法與進行步驟
現有排煙室之排煙系統，為依據「各類場所消防安全設備檢修與申報 作業基準」進行檢測，與一般居室的檢測方式並無不同。此種檢測方式之 ㄧ項盲點在於，所測得之風量無法判別在火災發生時，究竟吸取之氣流為 火場之濃煙，亦或是一般空氣。同時，法規雖規定排煙系統材料耐燃性質， 惟並未對於排煙風口(含進氣與排氣) 相對於整體排煙室內的相對位置。對 於排煙系統究竟為先排後送、或是先送後排，卻未有明確規定。甚至對於前後兩扇安全門之位置相關係，亦無規定，因此出現一些不恰當、卻仍符 合法規的現象，如下圖 1-1 至圖 1-3 為案例一至三所示。 圖 1-1 案例一：進/排煙口位置不當-1 (資料來源：本研究整理) 圖 1-2 案例二：進/排煙口位置不當-2 (資料來源：本研究整理)
圖1-3 案例三：排煙室面積過小 (資料來源：本研究整理) 本研究將考量不同場所類別，居室收容人員密度不同，事故發生後， 樓層避難容許時間會有所差異。例如同樣的樓層建築面積，G 類辦公場所 (0.3 人/平方公尺)與 B 類百貨公司(1.0 人/平方公尺)，進入排煙室人員數即 有所差異，因此可探討排煙室須具備之功能性。 本研究將以上述的實際案例進行特別安全梯間排煙室系統功能進行實 際實驗與分析。並與電腦模擬方式進行驗證。本研就模擬軟體工具是使用 由 NIST/BFRL(美國國家標準暨技術學會火災時驗室)所發展出來的 CFD 火
災模擬軟體 FDS(Fire Dynamics Simulator)。此軟體可對火場中的溫度、壓
力、流速、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)與煙等重要參數的分佈狀況，進
而運用這些數據來分析火場的情況，是火災模擬之極佳輔助工具。分析內
1. 建築物現況分析：說明使用中建築物之排煙系統排煙量、梯間面積、樓 高。 2. 提出改善策略：進排煙系統風速調整等等策略。 3. 進行實際排煙性能量測：以多點式熱線式風速計搭配自動數據收集系 統，以及可視化煙霧設備進行改善後之排煙性能量測。 另外，本研究計畫將舉辦專家座談會，邀請相關學者專家對於期間的 研究成果，提出階段性的審核，針對本計畫的研究成果之適用性提出檢討， 並對未來研究計畫發展方向提出建議，另外也透過座談會收及學者專家之 建議，再擬定排煙系統可靠度及更能查驗之程序。綜合上述，本研究流程 圖如圖 1-4 所示：
防火性能設計建築物有關煙控
系統可靠度及功能查驗之研究
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之參考文獻
排煙室排煙系統
性能驗證
全尺度煙控測試
電腦數值模擬
實際案例改善分析
專家座談與階段性審
查會議意見整合
擬訂排煙系統可靠度
及功能查驗之程序
結論與建議
研究完成
圖1-4 研究流程圖 (資料來源：本研究整理)第二章
國內外煙控系統之功能查驗之現況分析
如同一般的建築物機電系統，煙控系統的功能驗證係針對目前已完成 的系統，進行測試和調整，以達到原始設計時之設計性能。功能驗證過程 是一個確保品質為導向的過程，主要工作為驗證和記錄一些設施、系統和 元件的性能調試，以確保可以符合相關規定的目標和標準。驗證主要目的 並非取代系統試車。功能驗證不同於系統調教。系統調教為在運轉過程中 發現的問題，並加以修正，在功能驗證前即已開始。在火災警報方面，在 功能驗證之前須進行煙霧探測器的測試，在某一特定的濃度下能偵測到煙 霧。當火警自動警報設備處於動作狀態時，警報系統必須能夠發出鳴響和 閃爍。第一節
各類場所消防安全設備設置標準排煙設置場所之規定
發展有效果的功能驗證程序，首先需暸解煙控系統的設計目的和排煙 理念。依據現有 102 年 5 月 1 日版本之「各類場所消防安全設備設置標準」 規定，目前需設置排煙設備場所如下： 1. 供第十二條第一款及第五款第三目所列場所使用，樓地板面積合 計在五百平方公尺以上。 2. 樓地板面積在一百平方公尺以上之居室，其天花板下方八十公分 範圍內之有效通風面積未達該居室樓地板面積百分之二者。 3. 樓地板面積在一千平方公尺以上之無開口樓層。 4. 供第十二條第一款第一目所列場所及第二目之集會堂使用，舞臺 部分之樓地板面積在五百平方公尺以上者。 5. 依建築技術規則應設置之特別安全梯或緊急昇降機間。 由相關規定，例如第 188 條條文內容之規定，可以將上述場所分類成兩類，一為第一款至第四款之人員活動場所，另一類為提供避難時安全防 護之場所。前者為可能發生火災場所，將會產生濃煙，因此排煙系統設置 之目的係為以自然方式或機械方式，控制濃煙儘可能侷限於火災發生之區 域，勿流出至其他區域，以避免火災初期時濃煙流竄、造成人員傷亡；後 者則為不會、且不應該發生火災的區域，因此無濃煙產生，設置排煙系統 的目的為控制濃煙勿流進此區域，如果一旦流入，則必須將濃煙給予有效 排除。 參考「各類場所消防安全設備設置標準」第 188、189 條之規定，有關 居室、特別安全梯或緊急昇降機間排煙室之排煙設備，若設置機械式排煙 系統，將會設置排煙、進風風管，除材料必須依照規定為不燃材料。第 188 條相關設置規定為依據第 28 條第一項第一款至第四款要求設置的規定，與 排煙功能有關之描述如下： 1. 排煙區劃面積：限制一般居室排煙區劃面積為 500 平方公尺、地下建築 物之地下通道為300 平方公尺以內。如超過此一面積，將必須以不燃材 料製成之防煙壁予以區劃。探討此面積之限制，將直接影響排煙風量之 大小，進而影響自然排煙窗或是排煙風管截面積之尺寸，在實務上對於 後續施工有很大的影響，例如設置的平面相對位置是否位於區劃中央、 或為側邊，將對於排煙功能有莫大的影響。 2. 排煙口設置的位置：水平部份為防煙區劃任一位置至排煙口之水平距離 在三十公尺以下。垂直高度部份，設於天花板或其下方八十公分。如果 排煙口設在天花板下方，防煙壁下垂高度未達八十公分時，排煙口應設 在該防煙壁之下垂高度內。主要考量為排煙口可抽取蓄積在區劃內之濃 煙，且考量不至於因設置在防煙壁之下垂高度以外，導致將濃煙往下吸 附，致使濃煙四處擴散。
3. 排煙方式：排煙口之開口面積在防煙區劃面積之百分之二以上，且以自 然方式直接排至戶外。排煙口無法以自然方式直接排至戶外時，應設排 煙機。 4. 機械式排煙系統風量：排煙機之排煙量在每分鐘一百二十立方公尺以 上；且在一防煙區劃時，在該防煙區劃面積每平方公尺每分鐘一立方公 尺以上；在二區以上之防煙區劃時，在最大防煙區劃面積每平方公尺每 分鐘二立方公尺以上。但地下建築物之地下通道，其總排煙量應在每分 鐘六百立方公尺以上。 以下為第 189 條相關設置規定： 1. 高度位置：排煙口設置的位置需位於天花板高度二分之一以上之範圍 內，與直接連通戶外之排煙風管連接。進風口位於天花板高度二分之一 以下之範圍內。 2. 面積大小：進風口直接面向戶外，或與直接連通戶外之進風風管連接， 該風管並連接進風機。開口的面積要求須大於一平方公尺以上，如採用 兼用時，面積須擴大為一點五平方公尺以上。 3. 風量：排煙機、進風機之排煙量、進風量在每秒四立方公尺（兼用時， 每秒六立方公尺）以上，且可隨排煙口、進風口開啟而自動啟動。 經由上述分析，可以明顯發現排煙系統對於有起火可能區域(具有可燃 物質的一般居室)的規定，與無起火、但避免濃煙流入之區域(特別安全梯或 緊急昇降機間排煙室)，有極大明顯不同之差異。 舉例而言，可能起火區域之排煙系統未設置進氣系統，無起火可能區 域則有要求設置進氣系統。若是後者未設置進氣系統，將明顯形成負壓區， 反到吸引濃煙流入，此於排煙室設置之目的恰巧相互違背。同時就實務上
而言，區域內是否有濃煙產生，將會影響到偵測設備與啟動設備設置的類 型，並影響排煙風機啟動之時機。 對照第 188 條之規定，可發現為典型之「浮力或體積系統」方式之排 煙概念。主要規定之項目係為在火場發生火災之居室內，此時該區域內有 明顯的火、煙與熱的產生。觀察第 188 條之規定內容，主要為限制起火區 域之濃煙、不得流竄而出，因此該區域之排煙系統作法，除以抽取額定之 排煙量，避免濃煙擴散、四處漫延外，如何在起火位置的防煙區劃產生足 夠的負壓，進而達到原設計的目的。 「浮力或體積系統」方式的排煙系統，可能面臨的問題有二，一為排 煙 孔 柱 效 應 (Pulgholing) 現 象 的 產 生 ， 一 為 煙 層 擾 流 動 消 層 效 應 (Destratification)。說明如下： 1. 孔柱效應(Pulgholing)現象：即為影響排煙系統性能之狀況。由圖 2-1 顯 示，排煙風口的排煙情形，所抽取之氣流並非完全都是濃煙，而有部分 空氣夾雜在內。通常在商場或中庭設計的排煙量多寡測試可依照國際建 築規範 (International Building Code)第 909.9 章節，以 5.0MW 的火載量 產生的濃煙進行浮力型煙霧控制系統的設計規劃，進而評估是否有 Plugholing 現象。
圖2-1 孔柱效應(Pulgholing)現象
(資料來源：Klote, John H., ASHRAE Journal;Jun2012, Vol. 54 Issue 6, p36)
2. 煙層擾流動消層效應(Destratification)：當外界空氣以高速補氣方式自煙 層下方進入煙層，將會把濃煙導入下方的無煙區域(clear air zone)。且由 於高速氣流以自由噴射對流方式(free jet)進入後，一旦速度降低，將會 有膨脹的現象產生。進入的氣流速度越快，深入煙層的時間與距離將越 長，擾動情況將更為明顯。
相對地，於特別安全梯或緊急昇降機間排煙室之排煙設備，其主要功 能係為「原本未遭受火害」之場所，在人員進行避難時，不可遭受濃煙之 侵襲。根據以上敘述，可以發現設置標準第188、189 條，雖然提及的內容 均為與排煙系統有關，然可見的是，此兩套排煙系統之功能完全不同。因 此，對於特別安全梯或緊急昇降機間排煙室之排煙設備，其功能驗證部份， 亦須與 188 條有所區隔，不能相提並論。 目前消防單位針對排煙系統之檢測方式，係依照100 年 10 月 21 日 修 正後之「各類場所消防安全設備檢修及申報作業基準」進行相關檢查。參 酌作業基準內容，相關規定為如下： 第一篇 總則 一、本基準依據消防法施行細則第六條第三項規定訂定之。 二、各類場所消防安全設備之檢修項目如下： （一）滅火器。 （二）室內消防栓設備。 （三）室外消防栓設備。 （四）自動撒水設備。 （五）水霧滅火設備。 … … （十八）排煙設備（緊急昇降機間、特別安全梯間排煙 設備、室內排煙設備）。 … … 由上述規定可以發現，第十八項之「排煙設備」檢查項目，緊急昇降
機間與特別安全梯間的排煙設備，係與室內排煙設備同併於該依項目中。 另於第二篇檢查基準之規定，檢測之項目與方式如表 2-1 所示。分別敘 述各類場所消防安全設備有關「排煙設備」之檢查方式包含三種不同形式 之檢查： （一）外觀檢查。 （二）性能檢查。 （三）綜合檢查。 一些檢測方式簡要說明如下 1. 排煙口 a. 外觀檢查方法 以目視確認有無變形、損傷及其周圍有無排煙上之障礙。 b. 判定方法 （1）應無顯著變形、損傷。 （2）排煙口周圍應無放置棚架、物品等造成煙流動之障礙。 2. 風管 1. 外觀檢查方法 以目視確認有無變形、損傷及可燃物接觸。 2. 判定方法 （1）固定支持金屬應無顯著變形、損傷等。 （2）風管未與可燃物（木材、紙、電線等）接觸。 （3）風管應無變形、龜裂、損傷，及隔熱材料應無脫落。 （4）貫穿防火區劃部分之充填材料應無脫落。
表2-1 排煙設備檢查表 (資料來源：本研究整理) 由表 2-1 顯示，檢修項目同時適用於以排煙區劃為重點的排煙系統，及 與防煙為重點的緊急昇降機間與特別安全梯間的排煙設備。在實務上可得 知，該條文主要係針對排煙區劃的排煙系統，而對於後者則非全部適用， 例如防煙垂壁。 由於高度位置、面積大小與送排氣風量在設置標準第 189 條中有明確 的規定，因此消防檢修機構與消防官方審查單位即以此作為檢查的主要項 目。圖 2-2 為現行針對排煙系統的風量進行量測方法。
圖2-2 排煙系統五點量測圖 (資料來源：本研究整理) 上述量測方法，測得之風量係在平時一般狀態下取得之風量值。如在 真正發生火災事故時，排煙系統運轉時對於產生之濃煙是否可完全排除， 為探討排煙系統功能有效性之重點項目之一。
第二節
美國消防協會─NFPA 92 A 排煙室煙控系統功能確認
依據 NFPA 之內容，煙控系統可分為兩大類，一為壓力差系統，適用於排煙室排煙系統之概念。相關內容可參考 NFPA 92A- STANDARD FOR
SMOKE-CONTROL SYSTEMS UTILIZING BARRIERS AND PRESSURE DIFFERENCES。一為浮力或體積系統，可參考 NFPA 92B-Standard for Smoke Management Systems in Malls, Atria, and Large Spaces，和 NFPA 204-Standard for Smoke and Heat Venting。
圖2-3 煙控系統相對安全區劃觀念圖 (資料來源：本研究整理) NFPA 92A 為壓差系統的基本設計準則，適用在特別安全梯或緊急昇降 機間排煙室之排煙系統，主要設計理念為一般樓梯加壓系統和安全梯排煙 室的通風系統。樓梯間加壓的方法，主要運轉策略為利用排煙區劃之間的 壓差進行濃煙擴散的控制。並不考量需維持起火處的防煙區劃是否達到安 全環境。因此特別安全梯或緊急昇降機間排煙室之相關排煙系統，目標為 建立與維持某特定壓差，進而阻止煙從起火區流入。 換言之，設置標準第 188 條之功能驗證主要對象為排煙設施，包含排 煙風機、排煙風管與排煙閘門等設備的動作有效性。設置標準第189 條之 功能驗證，則在於排風系統是否能產生加壓現象，及排煙系統是否能有效 將進入排煙室之濃煙予以排除。 參考 NFPA 92A 第 8 章 8.4 節，內有提供差壓式煙控系統的功能驗證測 試建議程序。綜合彙整資料如下： 室內壓力量測 壓差設計值為此類煙控系統的主要性能指標，因此如進行功能驗證
時，應包括測量壓差值。測量方式為利用壓力計進行起火區域和樓 梯間的壓力差測量。 安全門開啟前後的壓力值將影響到人員開啟安全門的難易度。對樓 梯排煙室加壓排風系統而言，設計標準應說明火災發生時預計開啟 的門數。當開啟比原本設計更多的門，由於開門後排煙室將產生巨 大的洩漏現象，樓梯增壓系統則將無法達到預計的設計壓力差，因 此僅考量第一扇門開啟的動作難易度。 如果安全梯排煙室的通風系統無法達到原設計的加壓理念，首要步 驟為檢驗風機的性能。如風機經檢查後無問題，功能驗證過程應直 接找出其他未預料到的空氣洩漏和密封處。 彈簧型的尺規可用來測量樓梯間的安全門開啟力量。建築法規通常 規定最大允許的開門力。例如，2009 年的國際建築法規(IBC,
INTERNATIONAL BUILDING CODE) 1008.1.3 允許最多 15 磅 （66.5 N）開啟防火門，另 15 磅（66.5 N）則作為移動安全門，總 計 30 磅（133 N）力量完成安全門開啟的動作。 室內濃煙追蹤氣體觀測 可利用煙霧彈做為煙氣洩漏或流動模式的有效視覺追蹤指標。觀測 排煙風機的排煙現象，可以作為濃煙排除效果的視覺性指標。 濃煙是否進入排煙室，並非功能驗證的一部份。是否進入排煙室， 才為觀測的重點。 排煙室內的排煙系統其設計目標為保持起火區域和排煙室空間具 有壓力差的現象。因此以壓力表量化壓力差值，及利用煙霧追蹤顯 示氣流的方向，為對於排煙室排煙系統功能確任的合適工具。
經由計算到的壓力，為不超過人體最大允許開門力之下的值。測試時 僅需要來量測一扇門的開門力，其他所有的樓梯間門必須關閉。只要一扇 門被開啟，樓梯間的壓力頓時會減小。因此當壓力過大時，需針對安全門 進行調教，而非僅著重在煙控系統這部份。 本計畫實驗過程中使用之攜帶型壓差計偵測設備為工業級微差壓量測 計，型號 testo512，可隨機定點偵測相對空間中之壓力差值。本計畫實驗所 採用之雷射煙層量測設備主要原理為利用發射端和接收端餘糧測距離內受 煙粒子遮蔽而導致接收端之電壓變化，在透過數據擷取裝置來將電壓值輸 出，後經由轉換轉變為遮蔽率與時間的關係。 圖2-4 攜帶型壓差計 (資料來源：本研究整理) 圖2-5 雷射煙層量測儀 (資料來源：本研究整理)
第三節
ASHRAE Guideline 1.5(2012 版) -- The Commissioning
Process for Smoke Control Systems 煙控系統功能確認
美 國 冷 凍 空 調 學 會(American Society of Heating, Refrigerating, and
Air-Condition Engineers, ASHRAE)於 2012 年出版的準則(Guideline.5- The Commissioning Process for Smoke Control Systems 煙控系統功能確認。此準 則為依據現行一些工程案例經驗和目前的應用實例，說明煙控系統的功能
確認過程。本準則將替換第 5 號準則─Commissioning Smoke Management
System.。 對於煙控系統的功能確認，可追溯自 1982 年 HVAC＆R 正式開始發布 的功能驗證準則。當時煙控系統係與一般建築機電系統合併在一起，進行 功能驗證的要求。ASHRAE 成立一個委員會，記錄實務性的做法，以達到 業主的需求和設施的要求。 ASHRAE 準則 1.5 建立於 2005 年 ASHRAE 準 則 5-1994（RA）的概念而獨立建構，成為「功能驗證煙控系統」。 本準則的目的是描述的功能驗證過程的應用程序，以符合煙控系統的 設備可以達到業主的項目要求（OPR）。本準則說明「功能驗證程序」 (Commissioning Process)是一個確保品質為導向的過程，主要工作為驗證和
記錄一些設施、系統和元件的性能調試，以確保可以符合相關規定的目標 和標準。功能驗證團隊使用各種驗證的方式與工具，以驗證案件的可以符 合業主的案件要求（Owner’s Project Requirements, OPR），包括法規要求和 有關當局（Authority Having Jurisdiction AHJ）的檢查。
準則 1.5 為針對系統生命週期(Life cycle)進行衡量。考量建築物排煙系 統，自規劃設計至完工，及至每年的維護保養，為由不同承包廠商進行。 圖 2-6 為煙控系統生命週期(Life cycle)之完成順序。如何確保系統之運轉狀 態均為依照原設計之標準進行運轉，為重要之課題。因此設備的「功能驗 証」有其必要性。 圖2-6 煙控系統生命週期 (資料來源：本研究整理) 建築物中架構一套良好機電的設施驗證，需考慮的項目眾多。就工程
實務面而言，針對建築物煙控系統業主計畫要求(OPR, Owner’s Project
Requirements)，項目眾多。說明如下： 1. 工程預算和進度 2. 功能驗證範圍和預算 3. 設備文件的準備─包含功能、安裝等說明文件 4. 業主的指令 5. 限制說明─例如與既有設備之結合 6. 用戶的需求 7. 空間用途的分類─餐廳、書店等 8. 空間使用要求及時間性─夏、冬之差異 每年檢修 與維護 規劃 階段 設計 階段 發包 階段 施工 階段 使用/ 運轉
9. 人員培訓的要求 10. 保固的需求 11. 基準的要求─設備初期的運轉狀況 12. 運轉與維護的標準 13. 設備和系統維護需求─空間、測試口、永久梯的設置與否 14. 材料和施工的水準要求 15. 系統操作的允許偏差─例如壓力、流量 16. 能源效率的目標 17. 未來需求的調整性 18. 系統整合的要求─與警報、避難設施 19. 適用的規範和標準 20. 抗震需求 21. 人員維護可接近─空間 22. 保全 23. 功能性─提供具體的細節 24. 美學 25. 施工空間 26. 訊號傳輸 27. 監控功能 在初步設計階段(PREDESIGN PHASE)，各工程案件必須進行資料收 集，以了解未來設計的設備應達到何種的功效。所需要的資料包括： 1. 建築物需求（例如，設備的內部條件和用途）， 2. 法規和規章（例如，建築法規，國家消防協會和美國保險商實驗室 標準局部等）
4. 興建位置和氣候條件 5. 各種設備關聯性和功能性要求 6. 費用成本 7. 設備運轉時程 8. 使用業者的需求和容量。 在本階段，不同的設備會有不同的工程介面問題，如何進行有效溝通， 以使設備能夠達到需求，為重要的一項課題。因此在此階段，必須召集煙 控系統與其他設備的有關工程人員，包含： 1. 設備工程師(Facilities engineer) 2. 建築物自動監控和自動化系統之技術人員(Owner’s automatic controls and building automation technicians)
3. 設備訊號網路之管理人員或技術人員(Facility information technology network manager or technician)
4. 空調通風系統 HVAC＆R 技術人員（假設空調通風系統 HVAC＆R 設備將被作用兼用排煙設備）(Owner’s HVAC&R technician) 5. 建築師(Architect)
6. 防排系統煙專業人員(Smoke control design professional) 7. 電力和火災警報設備專業人員(Electrical and fire alarm design
professional) 在設計階段(DESIGN PHASE)，工程案件已實際進入安置於建築物內部 空間的設計，因此涵括的人員比在初步設計階段時更多，以進行土木與機 電系統介面的協調，及事後的檢驗程序順利進行。煙控系統在設計階段的 功能驗證團隊成員包括下述人員，但並不僅限定於下述成員： 1. 興建負責人員(Construction manager)
2. 統包承攬廠商(General contractor)
3. 設計 - 建造承包商(Design-build contractor) 4. 撒水滅火系統承包商(Sprinkler contractor)
5. 機械通風空調承包商(Mechanical HVAC contractor) 6. 測試和平衡承包商(Test and balance contractor) 7. 控制承包商(Controls contractor)
8. 電力承包商（包括低電壓）(Electrical contractors (including low voltage))
9. 火災警報承包商(Fire alarm contractor) 10. 保全承包商(Security contractor)
11. 專項督察人員(Special inspector)
12. 官方當局（Authority Having Jurisdiction ,AHJ）
在施工階段(CONSTRUCTION PHASE)的功能驗證過程，包含一項重要
的工作組成，為 O＆M 人員(training for operations and maintenance (O&M)
personnel and occupants)的培訓。這些相關人員應在現場施工過程中，便前 往觀察煙控系統的安裝強況，並熟悉與瞭解系統的操作運轉。功能確效單 位(Commissioning Authority, CxA)在此階段具有系統操作人員的培訓指導 任務。此階段參與人員(但不僅限於這些人員)包含：
1. 防排煙系統承包商(Smoke control system contractor) 2. 消防警報系統承包商(Fire alarm system contractor)
3. 建築自動化系統承包商(building automation systems, BAS contractor) 4. 鈑金承包商(Sheet metal contractor)
5. 機械管路承包商(Mechanical piping contractor) 6. 控制承包商(Controls contractor)
balancing)
8. 機械承包商(Mechanical contractor) 9. 電力承辦商(Electrical contractor)
10. 其他承包商和煙控系統介面有關的專業人士(Other contractors and specialists with knowledge of specific systems and equipment that interface with the smoke control system)
在使用與操作階段(OCCUPANCY/OPERATIONS PHASE)，由於系統已 經完工，並完成驗收交貨。第一年主要工作在於煙控設備的故障排除和系 統運轉問題的解決。在實務應用上，由於建築物的居住率與使用類別會變 化，而與原先設計規劃階段時不盡相同，煙控系統需要不斷地視居住者的 使用需求與使用狀況變化而加以調整)。也因此，必須完成以下的工作項目：
1. 保存業主的計畫文件(OPR, Owner’s Project Requirements)，以反映使 用和操作的變化。
2. 保存煙控系統與各組件原始設計(BOD, Basis of Design)的文件，主要 在於業主如進行裝修變更的工程，將會與原設計資料不同，因此必 須予以反映並更改相關文件。 3. 定期性的測試，例如視季節性、每年或每兩年的需要，依據設計時 適當的測試基準。 4. 保存煙控系統手冊，以反映 OPR, BoD, 及設備元件廠商的更動。 5. 進行 O＆M 人員的培訓，保存煙控系統在控制與運轉上的更動文件， 及記錄圖說上的資料變動。
第四節
澳洲 AS 4391, Smoke Management Systems Hot Smoke
Test 規範
AS 4391 標準係由澳洲 ME/62 委員會：通風與空調委員會制定。熱煙
實驗的訂定為根據 Adelaide Fire 安全 Research Unit(Adelaide University)、
South Australian Metropolitan Fire Service 及 CSIRO 進行的研究，進行時間
為 1986 至 1995，共計廣泛進行各式建築型態的實驗。本標準於 1998 年 11 月 13 日經澳洲標準委員會批准，並於 1999 年 1 月 5 日公告。應用範圍為 在建築物內部，在不破壞建築結構的安全溫度下，利用濃煙的產生，進行 相關的測試。本標準的訂定在於確保建築物內部進行安全測試，以避免火 災事故造成人員傷亡與財物危害。 本標準詳列熱煙測試測試儀器，步驟與和安全要求。選擇試驗火勢的 大小，在安全的溫度下產生一定要求量的濃煙。測試對象包含特殊空間與 複雜建築煙控系統，因此本標準可進行的建築物種類包括大樓中庭、工廠、 倉庫、百貨公司、購物商場，及其他複雜、多樓層的辦公室、運動廣場及 休閒中心。內政部建築研究所並於台南防火試驗室，進行全尺度煙控系統 熱煙試驗，加以研究分析，充分評估其特點。 測驗時指定的試驗火災的大小從 0.03 ㎡到 2.0 ㎡。因此，可以利用熱 煙柱的形式，應用在任何尺寸的房間，而不會引起建築物的損害。本標準 採用的煙霧測試需採用熱煙測試。經由測驗程序，可印證大樓煙控系統的 操作方式，在現有的規模下，是否可符合政府法規。 本標準的測試方法為將工業甲醇酒精點燃後，建立熱煙柱，然後充滿 追蹤氣體煙氣。這煙柱啟動濃煙控制系統，可比較其性能與法規規定之目 的間差異。相關的試驗，可以有效的證實建築物設置的煙控管理系統有效 性，包含運轉、控制順序及實際濃煙層厚度。本標準如搭配適當的測量系
統，可以分析火災狀況下濃煙遮蔽等級，並進行系統正確性的判斷。本標 準提供建築物煙控系統有效性評估的工具，可解決辨別一些難以確定的濃 煙管理系統是否正確無誤的運轉。 全尺度熱煙性能試驗之主要架構可以劃分為六大部分，今摘錄要點說 明如下： 第一部份：全尺度熱煙試驗設備與事前準備 進行全尺度熱煙試驗前之準備項目，包括相關計算之完成，以及所有 設備架設完畢等。必須注意火災實驗的位置產生的煙柱路徑不受到建築物 內部元件或任何阻礙物的影響，否則將造成煙柱自然流動路徑變動。發煙 量設定，建議根據 Heskestad 推導之公式，計算 1 MW～5 MW 之火災規模 之發煙量大。 ms = k x Qc1/3 x Z5/3 其中： ms 為發煙量（kg/sec）
Qc 為火災規模之熱對流量,Convective heat release rate of fire（kW），約
為燃燒熱量Q 之 0.7 倍 Z 為天花板高度（m） k 為常數 0.071 進行熱煙實驗時，燃料盆設置目的僅為了產生熱量，增加熱浮力推送 熱煙上升。水盆將把手焊在水盆內側，可與燃料盤配合使用。利用本規範 所需之煙量必須另以發煙器來產生。對於建築物內部及實驗空間不致於產 生危害，而增加了其應用於全尺度熱煙試驗之可行性。 第二部份：人員與環境之保護需求
當在實驗場所排放煙塵的時候，煙塵將會造成人員呼吸困難，因此可 利用可攜帶式個別氧氣系統來保護自身安全。適當的平面保護加工或者建 築物內部的規劃和檢修，都可以預防因煙層移動而造成損毀的情況發生， 但其保護措施則有可能改變其內部之初始空間條件，最後使預測之溫度較 實際溫度高。 第三部份：試驗過程記錄之要求 進行熱煙實驗時，分為照相記錄與錄影記錄。相片應該妥善記錄其設 備配置、煙層組成及煙狀外型之各種情形。實驗之錄影紀錄必須由實驗開 始記錄到實驗結束，或者被實驗人員告知停止記錄才可停止錄影。錄影紀 錄如經剪接，檔案必須準確記錄熱煙實驗的相關進行時間，其應包含熱煙 的發展過程時間、爾後的煙控程序作用時間和避難逃生的時間。 第四部份：全尺度熱煙試驗程序 此部份之內容，屬於進行試驗之工作。全尺度熱煙性能試驗程序如下： 確認實驗現場防護設施完備。 相關量測儀器置於預定之量測位置上。 將火盤放置在預定位置上。 火盤四周放置滅火設備。 火盤注入燃料。 開啟量測系統。 開啟影像記錄系統。 點火，並觀察煙流動特性與現象。 依照實驗規劃開啟相關之風機與排煙閘門。 實驗結束，關閉風機與排煙閘門。 關閉量測系統與分像記錄系統，進行數據整理分析。
第五部份：熱煙試驗報告之格式 此部份為熱煙試驗報告之撰寫格式說明。進行全尺度熱煙試驗完畢 後，必須撰寫詳細之試驗報告。完整的熱煙試驗報告格式如下所列： 熱煙試驗之目的 相關試驗設備之建立 熱煙試驗程序與過程 試驗結果分析與討論 煙控性能評估與建議 第六部份：參考文獻 此部份為列出我國全尺度熱煙性能試驗規範所參考之研究文獻與相關 書籍、規範之名稱，以供日後修正或編撰參考之用。
第五節
日本 JIS A4303「排煙設備の検査標準」
日本 JIS A4303「排煙設備の検査標準」(Inspection standard of smoke
exhaust equipment，排煙設備檢查基準，2010 年確認版)綜合運轉檢查，屬 於實體測試之方式。本法規主要測試項目為一般居室、走廊之排煙系統有 效性檢查，以檢視濃煙累積高度。檢查內容不僅單為排煙口的排煙量檢查， 更包含排煙效果檢查，此為與台灣消防法規最大之差異性。 濃煙產生係以酒精燃料燃燒量或發煙筒發煙量，配合燃燒時間與設定 標準時間，JISA4303 檢查標準相關項目項目於下面的主題： 測試過程首先須決定發煙位置，即發煙筒及酒精燃燒的位置。一般以 最嚴格狀態，即居室起火後、危險較高位置，如人員避難上不利之位置， 或居室中央位置等。酒精點火後，煙漸漸地上昇至天花板(例如 500m2居室
約 30 秒)，避難開始時刻由研究人員現場判定。偵煙型火警探測器的自動火 警警報或其他火災通報系統，以火警警報動作時為最初避難開始時刻。居 室發生火災時，該層人員直接或在走廊上透過安全梯等安全區劃、完成該 層全部人員避難之排煙效果檢查。排煙設備的運作及人員避難方式需視個 案模擬火災情境，並依該計畫進行測試。檢查步驟為： 1. 在煙發生的位置(發煙筒及火盆的位置) ，應設定在居室起火危險程 度較高的位置或避難上較不利的位置或者房間中央。但檢查時有引 火之虞，則應避免。圖2-7 為天花板高度和煙的體積對比的關係，圖 2-8 為火盆燃燒產生的上升氣流量。 2. 點火之後煙到達天花板時，作為避難開始的時間。圖 2-9 為火盆間最 小距離。透過煙感知器的自動火災報知裝置或其他方式做感知火災 時其警鈴的動作時間比前次時間更早時，可以此作為避難開始時間。 3. 避難開始時，由 1 名人員從房間中央開始進行避難，按照計畫、開 啟排煙口。另外，1 個防煙區劃內有數個排煙口時，依序開放。 4. 居室和走廊之間的門以開放到該層的避難結束的時間為標準。若有 2 處以上門的場所設定起火位置，應為是出入口附近，並關閉未在排 煙計畫內起火位置附近的門。 5. 依排煙計畫進行排煙的建築物，其走廊內應設有排煙口，煙到達距 走廊和安全梯 1/2 距離時，排煙口應開啟進行排煙。 6. 在避難時間內，煙到達樓梯間及附室時，排煙口應開啟排煙。 7. 避難時間之後，樓梯通道應(有附室的場合是附室)關閉其門，記錄走 廊及居室煙的狀態。 避難開始時刻，一人自居室中央開始行走，排煙口依計畫開放，居室
與走廊之間門戶為此樓層居室避難終止時刻。門戶二個以上時，先設定起 火位置，置於其中某一出入口附近，不限制起火附近門閉鎖；煙流至走廊 時，若走廊排煙口，防災避難計畫上建築物配置排煙設備者，煙抵走廊與 避難樓梯之間約 1/2 距離，排煙口開啟動作，排煙設備運轉。 量測煙層之設備，為利用光線通過濃煙將產生衰減的原理，產生訊號 以進行判讀。可利用雷射、紅外線、可見光等光源，量測測試距離內受煙 粒子遮蔽而導致量測電壓或其它物理參數之變化，再透過數據擷取裝置、 將電壓值或其它物理參數之輸出值予以記錄，然後經由轉換轉變為物理參 數變化率與時間的關係，透過此程序判別煙層變化情況，與何時煙層已低 於十公尺之容許可視度。 圖2-7 天花板高度和煙的體積對比的關係 (資料來源：參考書目 35)
圖2-8 火盆燃燒產生的上升氣流量
(資料來源：參考書目 35)
圖2-9 火盆間最小距離 L(m)
第三章
煙控系統效能驗證與確效
排煙是現代建築物能夠保證其安全的性能的指標之一，而排煙在 建築物規劃興建初期就必須將其列入整個安全體系之內；因此，任何 建築物所需要的排煙系統必須與建築物的特殊環境如逃生通道、防煙 區化等等攸關逃生避難條件一併考慮。建築物在下列之情況下，必須 充分考慮到排煙系統對其之重要性[5]： a. 排煙系統用以保障人身安全：火災時建築物內濃煙迅速擴散使 人在短時間內無法呼吸到新鮮空氣，排煙系統就非常有幫助， 如地下建築物、大型超市、中庭式建築或高樓層建築。 b. 排煙系統使消防人員可以迅速衝入現場：在儲存高價值產品的 倉庫、地下室、超高層建築物或須迅速滅火以阻止火勢漫延和 件少財務損失，均需要安裝適當的排煙系統，可使消防人員能 迅速進入火災現場救人與滅火。 c. 火災後現場的排煙：火災後用自然排煙系統是非常困難的，如 地下建築物、高層大樓貨玻璃帷幕建築物。此時就需要使用機 械式排煙系統。 延伸上述，現在的建築物都會有排煙統安裝於建築物內部，而排 煙系統的目地如下所示： 1. 保障人身安全：通過排煙系統的設計，在整個火災過程中，保持 人員撤離路徑害在建築物內的人員安全。 2. 易於進入火災現場滅火及保護財產：通過排煙系統的設計以提高 消防人員的能見度，減少熱幅射，而使他們可更容意並且在較少的風險情況下滅火。此系統可提高消防隊的效率，減少其財產損 失。 3. 火災後之現場濃煙清裡：火災得到控制以後利用排煙系統，可清 除火場濃煙提高能見度，以利火災現場鑑定。 過去台灣國內許多建築物，最大的問題之一就是建築物在規劃之 初沒有確實將消防避難的設計列入建築物之中，其中最為重要之一的 有關防治煙害方面更是缺乏。故在建築物故在建築物設計之初排煙系 統就應列入考慮。完整的建築物防煙體系可從動態式煙控和強制式煙 控系統兩個部分來探討[6]： 動態式煙控：強調火災發生後，如何將煙的流動做一個引導或阻 擋，以控制煙的漫延速度，增加人員的逃生機會。 強制式煙控系統：利用機械設備，如：風管，風機，風門等進行 強制煙控及壓力煙控，對於煙的移動範圍、移動速度進行嚴密之控 制，使人員獲得一個無煙逃生的逃生通道或空間，增加獲救機會。承 上所述，為達到煙控之目的，有三種主要之設計；有增壓化、減壓化、 有利氣流組織三種設計。 1. 增壓化：在一密閉空間之牆面或防火門兩側，藉由強制通風造成 高低壓差，以防止煙自門縫洩漏。 2. 減壓化：利用機械排煙的方法，將火場形成負壓，使煙排出建築 物之外。 3. 有利氣流組織：藉由強制通風造成足夠速度之氣流或者足夠的換 氣量，以阻擋煙氣擴散。 無論是在多細心且符合法規的設計下，煙控系統在安裝完成後應
進行效能驗證與確效之工作，以保證煙控系統能符合原先之設計條件 及操作範圍，確效認證大致所包含兩個部分：設備元件確效與功能性 確效。 1. 設備元件確效：設計煙控系統各元件進行點檢，通常在設備元件 確效時可將元件初期明顯問題加以排除，例如風機旋轉方向不正 確，元件供電電壓不正常或未接電源，控制器的目標設定不正常 等經常在現場發現的問題。 2. 功能性確效：功能性確效則針對整體煙控系統是否可正確地在設 定模式下操作及運轉。此部分將包括使用量測儀器進行量測，例 如以壓差計量測防/排煙阻體(防火門等設施)在不同操作模式下兩 側之壓力，同時在防火門兩側進行壓差量測是非常重要的。另一 重要煙控性能指標為煙霧之擴散與洩漏，建議採用熱煙實驗以符 合火場之情境，但在進行熱煙實驗時需以不危害現場人員、設 備、裝修為首要條件，如熱煙實驗有造成現場威脅情況下，國外 規範建議(ASHRAE Hand Books[7])進行壓差量測或流量量測即 可。
第一節
排煙系統確效分析
煙控系統設計、設置完成後，為確保煙控系統能於火災發生時發 揮能如當初的設計功能，有必要進行功能確效及測試，大多數的煙控 系統皆會有不同程度的操作範圍與參數的調整以符合當初設計的功 能，尤其是在可能造成氣流流動的開口，如排煙口、防火門等開口， 為主要影響煙控系統防/排煙性能的重要設施，也是主要的查驗點。 標準的煙控系統功能確效應包三個部份：1. 煙控系統元件的查驗。 2. 煙控系統性能測試。 3. 煙控系統的平衡調整。 基本煙控系統的性能測試與平衡調整可同時一併進行，在國外的 做法是，審核單位將要求一正式的測試及包含平衡調整的測試報告， 而此可被接受的性能測試報告內容主要以現場量測到的數據為主，包 括壓差、空氣流速、空氣流量等，如果必要，可要求對某一指定空間 進行煙流洩漏之測試。 考慮到建築物在使用過程中因室內裝修或其它原因造成煙控系 統性能的改變，因此國外標準建議以年度為單位進行煙控系統的功能 確效，如果在煙控系統性能測試過程中有發現任何可疑瑕疵應立即改 善，例如室內裝修造成閘門洩漏量大，或者因用途改變會增加或減少 煙流的可能路徑或開口。 煙控系統的功能確效在國外的做法是可由業主，營造商、顧問公 司等單位來執行，不論執行單位為何，所有的功能確效應以文件報告 方式呈現，包括地方主管單位確認與法規規定相關數據。 而建築師與顧問公司則負責檢查其他內部規定，大致上美國的煙 控系統確效相關規定以 ASHRAE Guildeline 1.5 [8]為主，以下就煙控 系統元件的查驗、煙控系統性能測試及煙控系統的平衡調整進行詳細 說明。 I. 煙控系統元件的查證 此部分將針對煙控系統的組成元件進行查驗，包括防煙阻體（防 煙垂壁、防火門等實體構件）、風機、風管、閘門、控制系統及電力
防火門及天花板等構造；如果是居室排煙、防煙阻體則為牆、地板及 隔間牆等構造；如果是昇降梯間煙控系統則防煙阻體為昇降梯間之豎 井及梯廳等空間，所以一煙控系統是否能發揮其應有的設計功能、分 間牆、地板、天花板等之氣密性有重要的影響。任何不當的開口皆會 對煙控系統的煙流控制有嚴重的影響。至於位於開口部設置自動復歸 的防火門其需注意其開啟及復歸的功能。 煙控系統的另一個主要部份是空氣或煙流的輸送設施，包括風 機、風管、閘門及防煙垂壁等設備。風機、閘門性能必需符合法規之 要求，設置於規定設置之處，相關檢查應以測試的點檢表進行之。 II. 煙控系統的性能測試及平衡調整 進行煙控系統測試除了以正常供電情形下進行測試，也需以緊急 電源供電情形測試是否所有煙控系統元件皆可正常運作，包括風機、 閘門、控制器等元件。以下針對不同應用類型的排煙系統加以說明在 測試及平衡調整應注意事項： 居室排煙系統測試 居室排煙系統之測試將以防煙區劃測試進行，當排煙系統啟動 時，應量測各區劃分區或防煙垂壁間隔處之壓力變化，如圖所示3-1， 如有自動警報系統，也應測試警報器是否可被啟動。
圖3-1 居室排煙區劃示意圖 (資料來源：參考書目 7) 梯間加壓系統測試 將所有梯間防火門關閉，量測所有防火門內外之壓差，然後開啟 其中一扇防火門，量測其餘關閉防火門之內外壓力差，接下來繼續開 啟第二扇防火門，然後量測其餘關閉防火門之內外壓力差，持續進行 至規定可開啟的防火門數。一般梯間加壓系統是利用風機從建築物上 層或下層梯間進行排風，以達到梯間壓力大於居室的設計，梯間加壓 系統設計如圖3-2 所示。
圖3-2 梯間加壓系統 (資料來源：參考書目 7) 昇降機間煙控系統測試 昇降機間包含梯間及排煙室部份，煙控系統測試應將所有梯間防 火門關閉，然後進行壓力差量測，如果相關機構有針對昇降機道豎穴 的防煙性能要求，則必需進行昇降機機廂門內、外側之壓力差進行量 測。昇降機間壓力分佈如圖3-3 所示。
圖3-3 昇降機煙控系統 (資料來源：參考書目 7) 大空間煙控系統 一般而言，大空間煙控系統的設計，以排煙口與補氣口的氣流量 設計為主，因此，各排煙口及補氣口之氣流量及流速皆需量測，補氣 口之進氣量應大於排氣口之排煙量，同時大空間上層的溫度也應量 測，以確保其煙之溫度梯度效應（Ttemperature Sstratification Eeffect） 是在合理範圍內，不至於有煙流不出去的可能性。典型的大空間煙控
圖3-4 大空間煙控系統 (資料來源：參考書目 7) 煙控系統測試注意事項 在國外的相關參考文獻中提及採用煙霧彈（smoke bomb）進行煙 控性能測試所產生的缺點說明如下： a. 煙霧彈所產生的煙為冷煙。 b. 煙霧彈於室內某一定點釋放，然後由排煙系統將煙抽走，無法 與真實情火災情境配合。 c. 排煙系統功能是否達成，由肉眼判斷煙的可視度，較無科學數 據的支持。不過根據ASHRAE [9]相關文獻的說明化學式的煙 霧或追蹤氣體等工具可應用在判斷煙是否有回流至新鮮外氣 的供氣系統; 或用在判斷梯間或居室防火門的煙流方向，作為 煙控系統煙流控制的重要指標。 綜合上述，煙控系統最主要是利用氣流輸送設備，配合建築物的 內部隔間或開口設計，產生讓氣流往我們所規劃的方像流動，因此我 們只要控制氣流流動方向的壓力分佈，則可防止濃煙的漫延，因此壓
力量測為確保煙控系統可正常運作之重要確效項目。
