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建築研究簡訊第99期 《業務報導》

建築火災煙控性能設計現地排煙實驗驗證

  隨著國內都會區建築物高層化、大型化、集合化、多元複合化的趨勢發展,新穎的空間設計理念,加上新材料、新工法、新設備及新技術的發展,導致部分建築物無法適用傳統的建築防火及消防「規格式法規」,或產生互相牴觸之情事,因此我國於93年開始實施性能式法規制度,規定建築物得以性能式設計排除部分規格式條文之適用,然須提出數值模擬、模型試驗或全尺寸試驗等方式,證實設計的安全性。然而統計我國性能評定機構財團法人台灣建築中心自94年至104年評定所完成156件性能式設計案件中,約58件以電腦模擬評估,且大都就設計者之評估資料進行書面審查,偶有地方消防機關會就個案,如102年基隆海洋科技博物館、105年高雄衛武營藝術文化中心,要求以熱煙試驗測試確認其煙控效能,但其比例甚少,統計94年至96年之案件中有4.8%、97年至99年僅有1.7%採全尺寸試驗驗證,100年後則完全採電腦模擬方式證明煙控效能。但有日本專家指出,電腦模擬因程式裡有太多假設前提條件過於單純,不足以反映真實情況,且電腦程式有許多未透露用途目的的原始碼,只有設計者清楚,旁人難以檢核其正確性,因此在日本或即使在歐美已常使用的電腦模擬軟體,其模擬結果仍然受到質疑,在實務應用上實在有必要輔以實驗證明,以確保其安全性。

  為此,本所於102年依澳洲標準AS 4391進行研究並研擬為CNS標準草案,此草案已於105年公告為CNS 15937(2016)煙控系統性能現場試驗法-熱煙試驗,惟此法之熱煙僅為示蹤性質,並未規範以實際煙量進行驗證,雖已可較真實性驗證主管機關審核通過之煙控性能設計,但於驗證過程因無法具體以煙量驗證實際設計完成建築物火災發生時可能產生之煙量,故仍難以避免發生有效性之爭議。

  衡量上述問題,本研究開發完成以變頻風機產生可程式控制單位時間煙捲吸流量,依標準(如CNS 15937)、學理或電腦模擬計算之熱煙層捲吸空氣流量時間歷程造煙裝置,控制發煙機配合輸出固定煙密度之煙量,並以適當熱源提供基本熱浮力方式,以具體特定濃度之煙量取代示蹤性試驗,再以遮光計測定避難通道或出口之遮蔽基準,可供作實尺度空間煙層計算模擬量化之驗證。

  本研究並具體提出熱煙試驗量測煙層之設備可依CNS 15781-1之光源及接收器設置,煙層之判定可依CNS 15781-2所建議在量測光徑3 m長之透射率60 %為基準。而偵煙探測器可作為現場熱煙試驗煙層輔助觀測之參考,但不適宜作為煙層判定之依據。

  經由本研究於規則空間中及階梯式會議廳中實測,以及與電腦模擬比對,經重複性試驗結果呈現良好之再現性。並可經由實測驗證電腦模擬評估之結果, 於階梯式會議廳實測發現,在複雜邊界條件下其煙流為電腦模擬所無法模擬,在實測結果中煙流已對逃生避難產生危害,但電腦模擬結果卻顯示安全,證實實測驗證有其必要性:因此,本研究研提「煙控系統現場熱煙試驗規範(草案)」以補CNS 15937之不足。

  本研究「以風機產生可程控之流率依火災時間歷程之發煙量方法」,已被交通部鐵路改建工程局「左營、高雄市區、鳳山鐵路地下化計畫」委託煙控驗證執行單位參採應用,於該計畫以14.5MW 之發煙率進行測試驗證其排煙功能,經該案之實際運用測試,實證本研究成果確可於實地驗證應用。

 

圖1 運用以風機產生可程控之流率依火災時間歷程之發煙量方法實例