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建築研究簡訊第91期

  • 日期:105-02-17
業務報導羅啟文
空調兼排煙對於提升建築消防安全之分析與實測

美國冷凍空調學會將「煙」定義為物質於空氣中進行熱分解或燃燒作用,所產生固體、液體微粒子與氣體之混合物,而煙控的目的係在火災發生時煙霧限定在某特定區域內,或是改變煙的流動方向,藉以控制並降低火災區之煙霧蔓延擴散,同時在人員進行疏散時,提供可維生的環境,並利消防人員進行援救工作,降低人員傷亡及財物損失。由過去火災案例發現,空調系統如設計管理不當,有影響排煙設備效能之虞。煙之擴散速率遠高於火,當煙塵快速水平蔓延,不但會降低能見度,一旦吸入會使人產生昏眩、癱瘓與毒害,影響逃生。排煙最早應用於公眾之演藝場所,屬挑高的大空間,以自然或機械排煙方式使煙層不致快速下降,有利人員在火災時得以逃生。

在1970年代後先進國家如美國即開始步入煙控設計,也是大型建築物興起的年代,對於有大面積內週區的大型建築物,控制煙的流向防止煙蔓延,避免熱煙竄流逐漸成為防煙之重點。在1980年代後又發展為煙害管理(smoke management)之設計概念,將建築物作整體防煙之規劃設計,輔以適當控制將火災中生命與財產損失降至最低。目前國際上已有設計規則將空調風管以及送風與回風口兼作排煙應用,而建築物防煙系統有關之設計規範,在國外以NFPA 92A為重要參考文件。煙控結合空調設計與控制,其領域包含防火區劃、排煙、加壓與氣流控制等,利用機械設備,如風機、風管、閘門等,配合建築空間特性,讓煙的移動範圍受到一定限定,逃生路徑特定空間維持可維生環境,約束煙霧不易進入,以達到煙控制的效果。但在我國該項設計實施案例不多,具性能驗證之實例較少。如欲將之用於性能設計,須要了解火災發生時,空調與排煙設備間之交互影響,並進一步評估空調兼用排煙之實務及其可行性。

本計畫先從蒐集美國、中國及日本等有關排煙及空調兼排煙之標準,或相關手冊進行中文摘譯及分析,以國外相關設計規範進行比較分析,作為我國法規及規範修訂之參考。並以實例建立電腦模型,將空調兼用排煙構於電腦模擬,加上排煙風門之控制,模擬各種情境下煙塵之蔓延,溫度以及能見度之分佈,分析空調在火災時之操作模式。其後將實例之空間配置相同設備,進行無害煙實測,以煙流之觀察了解空調型態對排煙之影響與空調兼用於排煙之效能。

本研究模擬結果發現火災發生時煙塵會隨空調風管蔓延擴散,當空調開啟時,空調風機將會加速煙塵的蔓延,使近鄰空間的能見度下降,環境溫度上升;當空調關閉時,火災室溫度上升,煙塵仍然會透過空調風管蔓延,但蔓延之速度下降,能見度與環境溫度問題沒有空調開啟時嚴重。由實例測試結果亦有相同結論,可知空調未停止運轉,熱煙將藉由空調系統的輸送快速地蔓延開來,當空調停止運轉後,熱煙仍然會自風管或天花板上方流入鄰近空間。而採用空調兼用排煙之設計,以風管系統搭配適當的控制風門切換與控制邏輯則可有效防止煙塵擴散到非火災區域並將煙塵排出,因此有助於提升消防與防煙避難之安全性。

空調排煙實測

圖 空調排煙實測