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建築研究簡訊第103期 《業務報導》

大型挑空空間自動撒水與煙層擾動對人員避難安全影響

       目前我國「各類場所消防安全設備設置標準」對於大規模挑高達十公尺以上空間之滅火設備規定應設置放水型撒水設備,此類空間亦依規定設置排煙設備但卻未對自動撒水設備動作時與排煙系統交互作用對煙層干擾之情形是否對人員避難時間造成影響予以檢討。本計畫針對自動撒水設備不同作動時間之煙氣干擾進行實驗及數值模擬比較,就提升人員避難逃生效能觀點,提供改善煙層擾動之具體可行方案。

一、挑空空間自動撒水實驗

       實驗模型為 8.15 m × 7.2 m × 10 m 之長方體建築模型,撒水頭分別置於A面側牆5m、3m高牆面上,如圖1藍點處。燃料盤置於中間,並設置32點熱電偶用以觀察溫度分布,排煙方式為機械排煙及自然補氣。

圖1.撒水頭位置示意

規劃五種情境,撒水啟動時間設定為120秒,其實驗結果為:

  1. 只燃燒燃料:燃燒後因為火光的影響照度持續上升。
  2. 燃燒、60秒啟動排煙風機:當案場內帶動氣流產生與熱浮力互相作用的情況下內部產生煙層擾動。
  3. 燃燒燃料且於60秒啟動排煙風機,並於120秒啟動天花板撒水頭:撒水啟動後煙霧會被撒水干擾,高層煙霧往下擠壓,使煙霧從門口緩緩飄出。
  4. 燃燒、60秒啟動排煙風機、120秒啟動側牆5m高之撒水頭:撒水啟動後火焰熄滅產生大量水蒸氣,受到撒水流動的影響加速煙層的掉落。
  5. 燃燒、60秒啟動排煙風機、120秒啟動側牆3m高之撒水頭:撒水啟動激起油盤劇烈燃燒產生大量蒸氣,造成高層煙層掉落,當火焰熄滅場內照度降至極低。

      由天花板撒水實驗(圖2)及側牆撒水實驗(圖3)顯示,撒水之前光源亮度大幅衰減,被煙遮蔽。從五個情境之實驗中,發現當撒水啟動時,必定會造成場內部煙層快速下降,但因撒水的型式之不同,粒滴帶動產生的氣流流動亦有所不同。

圖2.天花板撒水實驗照片

圖3.側牆撒水實驗照片

電腦模擬分析結果

       由情境一至五FDS模擬的結果,當撒水系統啟動時煙層會快速下降,且撒水滅火效果好,如及早撒水滅火減少煙量,應可降低撒水誘導氣流對煙之擾流(如表1、圖4~9)。

表1.煙層下降至1.8m高時之數據比較表

圖4.130秒煙層下降與能見度

圖5.108秒煙層下降與能見度

圖6.117秒煙層下降與能見度

圖7.117秒煙層下降與能見度(側牆5m)

圖8.117秒煙層下降與能見度(側牆3m)

圖9.撒水迅速降低火載量

結論

  1. 不論是從實驗或模擬中皆發現,當撒水頭啟動時,將對案場內造成嚴重的煙氣干擾,使的煙層迅速掉落及擴散之物理現象。而針對此物理現象進行不同條件之模擬、分析,從溫度的層面來看,撒水皆能有效的使火源熄滅;從可視度的層面與煙層的層面來看,撒水將對煙氣產生嚴重干擾,須加以防範,因此最好的方式,依然還是及早發現、及早滅火。當火源仍處於剛開始燃燒時,及早撒水滅火,將不會對案場內人員逃生產生較嚴重之逃生障礙。
  2. 從模擬結果中發現,在不考慮外部風場之情況下,天花板型撒水頭因撒水的水滴向下流動會更迅速將煙氣向下方帶動,將比側牆型撒水造成更嚴重的煙氣干擾。