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建築研究簡訊第101期 《業務報導》

國內首創「熱煙測試可控煙流率與密度造煙系統」及「樓版厚度量測結構」獲得新型專利

       推動全國建築研究發展,協助達成國家整體建設,為本所重要的工作任務。因此除了配合國家發展需要進行相關科技計畫研究外,另外配合研究發展之需要,本所建置防火實驗中心,以科學化、系統化實驗研究,支援國家建築法規與標準之研修,以及投入新技術、新工法、新設備、新材料之研發,促進建築產業創新。

       近來本所防火實驗中心基於科研成果及協助產業執行委託檢測技術服務所需,研製開發「熱煙測試可控煙流率與密度造煙系統」及「樓版厚度量測結構」兩項成果,經我國經濟部智慧財產局形式審查核准,取得新型專利,兩專利的特色及應用,介紹如下:

一、「熱煙測試可控煙流率與密度造煙系統」

       目前大型空間火災煙控性能的實地驗證,在國際間最被廣為採用之現場全尺度熱煙試驗規範為AS 4391,而我國於2016年10月所公告實施之CNS 15937亦採取相近似之測試概念。此方式主要是在建築物現場進行全尺度熱煙試驗時,以發煙器配合一般加熱盤,採類似池火(pool fire)之方式產生熱煙,然而其濃煙之產生方式,類似於step函數,其成長過程與產生速率無皆法控制;另外,若依循NFPA 92B進行之設計,其火源之假設乃採取4條不同火災成長速率之t平方曲線,作為基本假設條件,此種條件下之熱煙產生方式與AS 4391及CNS 15937有相當大之差異。尤其AS 4391及CNS 15937所採用之熱煙試驗程序,所產生類似於step函數之濃煙,是否足以充分評估煙控系統之設計性能,此關鍵性差異常受到質疑。

       為改善前述試驗條件的質疑,本所同仁以自行研究案研究成果所制定之CNS 15937煙控系統性能現場試驗法-熱煙試驗為基礎,進一步開發出可供煙控系統性能現場試驗應用之「熱煙測試可控煙流率與密度造煙系統」,如圖1所示。

圖1. 熱煙測試可控煙流率與密度造煙系統

       該系統主要特色如下:

(一)可計量與可程式控制之發煙方法

       運用防火實驗中心4項煙密度量測設備進行CNS 15781-1、CNS 14818、CNS 14705-2及CNS 15048試驗,獲得發煙量、煙密度與流率關係,據此開發可以程式控制風機,依火災時間歷程控制煙產生流率(單位時間發煙量)、特定煙密度以及具備熱浮力之可計量與可程式控制之發煙方法。

(二)火災數值模擬與實尺度實驗效果比對

       為驗證所開發系統之可靠性,於防火實驗中心消防實驗室(寬8.5m、深8.8m、高4.5m) 及大型階梯式會議廳驗證本法之發煙量、煙流與煙層沉降狀況。驗證前,先以本所開發之簡易二層計算程式、出版之建築物防火避難安全性能設計驗證技術手冊、ISO 16735煙層計算標準、JIS A 4303排煙設備檢查標準之煙體積計算及以FDS模擬設計火災情境,獲得煙層沉降高度及其流動行為;最後再與所開發之發煙系統進行實測,結果證明所開發之系統具有良好的再現性,並發現實測與電腦模擬具有明顯差異,尤其數值模擬無法呈現在實際場域中室內裝修等細部對煙層沉降及煙層流動的影響。

二、「樓版厚度量測結構」

       本所防火實驗中心協助產業執行委託檢測技術服務,進行國家標準CNS 12514-5建築物構造構件耐火試驗法-第5 部:承重水平區劃構件特定要求(樓版或屋頂)之耐火試驗時,受測試體的版厚度為影響耐火時效的重要因素之一,但因傳統量測工具僅能量測試體四週邊緣的厚度,而無法量測試體內部其他部位的厚度值,導致所量試體厚度代表性不足。本所防火實驗中心同仁基於實用性、安全性及成本考量,針對現有之缺失予以研究改良,自行設計發想並採購量測組件後組裝成「樓版厚度量測設備」,該設備原型經不斷測試修正後,實測可適用於水平區劃構件類試體內部各處厚度的量測,克服了前述傳統量測儀具的限制。本量測結構如圖2所示。

圖2. 樓版厚度量測結構

       本量測結構獲得新型專利,對後續送測樓版、屋頂類試體,能確實量測紀錄其整體平均厚度,將可提升建築物樓版或屋頂防火實驗的精確度,維護建築物後續使用上的防火安全。