第一章緒論 1.1 緣起與目的 近年來, 台灣地區陸續完工啟用許多大型或公共建築物, 其火災煙控系統為採用空調系統併用煙控系統 但由於目前國內各種法規並無相關之規定, 故造成消防有關單位對其性能評估認定之困難 另外, 因無公認之設計準則, 對欲採用空調併用煙控系統之建築物, 亦無法規可循 建築物內由於管道空間愈來愈顯狹小, 故並未設計專用的煙控系統, 而是由每棟建築物內皆有的空調系統兼用 此舉不僅可以大量節省經費與空間, 其煙控效果亦可達到 典型的空調併用煙控系統, 如圖 1-1 所示 利用防煙 / 防火閘門 (Smoke & Fire Damper) 之切換, 進行火災煙控 即火災層的空調系統送風 (Supply Air) 停止 回風 (Return Air) 持續開啟進行排煙, 而形成負壓 其他非火災層則回風停止 送風持續開啟, 而形成正壓 造成所謂正負壓區劃煙控策略 (Zoned Smoke Control) 於美國 NFPA 92A 並不排除空調系統併用煙控系統之應用, 其中就列出如何利用各種型態的空調系統併用煙控系統 在第三章 3-2.1 條文中如下所述 : HVAC equipment normally provides a means of supplying, returning, and exhausting air from a space. The HVAC equipment can be located within the space, within adjacent spaces, or within remote mechanical equipment rooms. Most HVAC equipment can be adapted for zoned smoke control. 而在 NFPA 90A 第一章 1-3.1(e) 條文中亦有類似陳述, 即允許建築 1
物內之空調系統於緊急狀況時移作他用, 成為煙控系統 其原文如下 所述 : (e) Permit the air duct systems in a building to be used for the additional purpose of emergency smoke control. 另外, 則又規定設置空調系統時, 須保持建物結構, 如樓地板 隔間 屋頂 牆與天花板等, 防火性能的完整性 即如何將防火 / 防煙等功能, 加入於空調系統中, 此正為空調系統併用煙控系統之基礎 而在應用空調系統併用煙控系統時, 其空調區劃與防火 / 防煙區劃併用之可行性 防火 / 防煙擋板與火警警報系統之聯動狀況與煙控策略之擬定 等設計事項, 皆須作一系統化的分析 故有鑑以上各點, 我國亟需屬於本土化之空調系統併用煙控系統之性能評估方法, 並草擬建立我國首度的空調系統併用煙控系統之設計準則, 以提供消防與設計單位採用 2
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1.2 研究方法與步驟 本計畫主要工作內容, 首先蒐集空調系統併用煙控系統設計方法分析與資料, 包括 :NFPA 92A 92B 與 90A 等相關法規 其次, 分析空調區劃與防火 / 防煙區劃併用之可行性, 因空調區劃設計之初, 並未考慮到防火 / 防煙功能, 當空調系統併用煙控系統時, 有必要重新檢討區劃的適用性 另外亦要檢測防火 / 防煙擋板與火警警報系統之聯動狀況, 當探測器感知火災發生時, 空調系統擋板與火警警報系統之反應正確與快慢與否, 便顯得非常重要, 須進行整體系統化之設計與分析 本研究計畫亦參酌 NFPA 92A 中有關正負壓區劃煙控系統 (Zone Smoke Control) 之設計分析, 以提供空調系統併用煙控系統時, 煙控策略之擬定 最後, 本研究將建立台灣地區首度空調併用煙控系統性能評估方法, 可提供日後消防單位檢測建築物空調系統併用煙控系統時之依據 另外亦建立我國空調併用煙控系統設計準則草案, 提供相關單位研修法令之參考, 並為全國設計單位所遵循, 以期使空調併用煙控系統發揮應有效果 承上所述, 本計劃主要工作內容及其詳細進行步驟, 可示如下之工作流程圖 : 4
計劃開始 空調系統併用煙控系統設計方法分析與資料蒐集 空調區劃與防火 / 防煙區劃併用之分析 防火 / 防煙擋板與火警警報系統聯動之分析 NFPA 92A 正負壓區劃煙控系統設計分析 空調併用煙控系統性能評估方法之確認 建立適合台灣地區空調併用煙控系統設計準則 結論與建議 計劃完成 圖 1-2 研究計畫工作流程圖 5
1.3 預期成果 經由本年度計畫之執行, 預期可完成如下之具體成果 : 1. 完成空調系統併用煙控系統之設計手法分析, 包括 : (a) 空調區劃與防火 / 防煙區劃之適用性分析 (b) 防火 / 防煙擋板與火警警報系統連動之分析 (c) 正負壓區劃煙控策略設計分析 2. 建立適合台灣地區空調系統併用煙控系統性能評估方法與實驗規劃 計算方法, 可提供日後消防單位檢測建築物空調系統併用煙控系統時之依據 3. 完成台灣地區空調系統併用煙控系統之設計準則草案, 可為全國設計單位所遵循 4. 完成併用系統與分離獨立系統設計之差異及優劣處比較分析, 研提適用併用系統設計之建築物特性及相關條件 6
第二章建築物空調系統簡介 2.1 空調系統型式 於 NFPA 92A 中指出, 利用現既存之建築空調設備做一些修改即可提供成為煙控系統 故本章首先將討論建築物內, 可作為空調兼用煙控系統之空調系統型式 可作為空調兼用煙控系統之空調系統型式, 首先必須具有供應適當之室外空氣能力, 提供非火災區建立足夠之壓力差, 以防止煙進入此區域 其次, 則必須能從火災區進行機械排氣至戶外, 以提供緊急排煙之功能 最後, 則當送 回風之混合是正常空調系統操作的一部份時, 則必須提供防火 / 防煙閘門, 以便進行火災煙控操作時, 分離送氣及排煙 不同之建築型式有不同之空調系統, 其型式如下 : 一 樓層空調箱系統 (Individual Floor Units) 一般設計方式是以個別之空調箱來供應單一樓層或樓層之某部份 這種空調系統可能有或沒有分離之回風 / 排氣風機, 但可藉由以下方式將外氣供應至空調箱 : (a) 外部百葉窗及閘門 (b) 具可變風速供氣風機之風管系統 (c) 個別之變風速供氣風機具足夠供氣及排氣能力之空調箱便可用於煙控系統 二 中央空調系統 (Central System) 一些建築物使用機械區域 ( 機房 ) 之中央空調設備供應建築物內 7
的多個樓層 此種中央空調系統需要有具閘門之豎井, 以提供火災樓層之排煙及鄰近樓層之外氣加壓 因此中央空調系統之風機可能須具較大之送 回風能力 設計時必須避免過大壓力所造成風管系統的破裂倒塌或其他之損壞, 意即需提供出口及走廊的壓力洩漏控制 三 風機盤管單元及水源熱泵單元 (Fan/Coil Units and Water Water Source Heat Pump) 此種空氣處理單元之型式位於建物樓板之周圍, 用來提供周圍區域之空調 風機盤管單元及水源熱泵單元很難重新裝配用作煙控 風機盤管單元及水源熱泵單元並不具煙控功能 風機盤管單元及水源熱泵單元如果具有外氣引入口, 位於火場內之單元應關閉 四 誘導式單元 (Induction System) 誘導式空氣處理單元位於建築物之周圍, 主要用來提供舊式多層結構建築之周圍地區之空調 大型中央 HVAC 系統供應之高壓冷或熱空氣, 到達每一誘導式單元, 室內之空氣便被誘導進入此單元, 然後跟來自中央 HVAC 系統所供應之空氣混合, 在排到室內達到空調之目的 位於火場內之誘導式單元應關閉或停止供應主空氣 五 雙風管系統及多分區系統 (Dual Duct and Mutizone Systems) 雙風管系統在平台與混合箱之間具有分開之冷熱風管, 作為將混合後空氣供應至空間中之用途 對於高壓系統, 混合箱也會減少系統壓力 多分區系統於單元內將冷熱空氣混合後在將混合後空氣經由低壓風管送至每一空間 煙控時應達到將最大量空氣送至火場鄰近區域之目的, 亦即進行加壓 此法應由利用冷空氣平台來完成因為其經常設計用來處理大量空氣 對於火場部份供氣風機應關閉 8
六 變風量系統 (Variable Air Volume System) 典型變風量系統只用來供應中央冷空氣 個別區域經常具有再加熱之終端單元或其他熱源 變風量系統會依照空間之實際需求而供應不同之冷空氣量 有些變風量系統採取的方法是將供氣旁通回回氣之進口, 以減少供應之流量及壓力, 避免損壞風機或風管, 此種系統在煙控模式下旁通就必須關閉 為了煙控變風量系統之風機及終端單元控制在外氣足夠下應處於供應最大流量之情況, 以使空間正壓化之目的, 但必須小心確定是否建立足夠之壓力 七 具風機之終端單元 (Fan-Power Terminals) 一些變風量系統將不同之冷空氣量供應至具風機之定風量終端單元 這些定風量終端單元由使用空間內作為空氣循環用之定流量風機及維持預期空間溫度用之加熱盤管所組成 煙控模式下, 於火場內之終端單元風機應關閉 於火場之鄰近煙控區域內之終端單元風機可繼續正常運轉 某些情況下, 一些特別的系統其所供應之冷熱空氣並沒有與外氣混合, 這些系統如整體型空調機組 輻射板系統, 及電腦房單元等 但因建築法規規定使用空間需進行通風, 因此一分離系統用來提供外氣是須要的, 此系統也許可用於煙控, 雖然所提供之風量並不足以進行正壓化 9
2.2 風管系統設計分析 於設計空調系統與煙控併用系統中, 首先除了須考慮空調系統設備型式外, 其次則要檢討風管系統設計 尤其是回風風管的設計, 因為此項會影響到日後進行火災時緊急排煙之排煙量 風管系統主要功用為輸送氣體進入或離開指定的空間 為了達到此目的, 必須選擇適當尺寸之風管 適當功能之配件及適當規格之送風機, 此即為設計者所需決定的 在滿足設計要求之下, 配件大小及風管內部氣流流速取決於所採用之風管尺寸 而風管內部氣流產生壓差其主要來源為送風機, 其選用規格則視整套風管系統所需克服的風管摩擦損失及配件局部抵抗值多寡而定 因此一套設計成功的與否之風管系統, 決定關鍵為所設計的風管尺寸是否恰當 一般而言, 假若無安裝上餘隙空間之限制, 亦毋需考慮氣流流速所產生之躁音問題時, 如僅滿足空調之基本要求, 則風管尺寸值可由設計者任意決定 但若經正確計算各段風管之壓降值, 以獲得系統之運轉狀態曲線, 即可依此參考送風機製造廠商所提供的型錄, 由風機之性能曲線選取適合此套風管系統之風機 圖 2-1 為在相同之風量下, 不同風管系統其運轉狀態與相對應所需選取風性能曲線 近年來關於風管系統常用的設計方法有下列三種 : (1) 減速法 (Velocity Reduction Method) (2) 等摩擦係數法 (Equal Friction Method) (3) 靜壓再得法 (Static Regain Method) 其設計原則如以下簡介 : 10
圖 2-1 風管系統壓力變化狀態與風機性能曲線圖 (1) 減速法 (V.R. Method) 減速法多為對風管系統具有極為豐富設計經驗者所慣於採用之方法 此設計方法主要原理乃依據設計者之經驗, 以上游段 (Upstream) 風管之氣流速度, 扣除一猜測值以作為因摩擦力而可能減少之速度值, 此即為下游段 (Downstream) 風管之氣流流速值, 如 (2-1) 式所示 : V i+1 = V i V (2-1) 其中猜測值 V 約為 0.01V i ~0.4 V i, 由設計者視經驗而定 在各段風管風流流量 (Q) 及氣流速度 (V) 為已知之設計條件下, 利用圖 2-2 的摩擦圖, 可得知風管每單位長度的摩擦力 ( P) 及風管截面積二參數值 對於非圓形風管, 於建築物容許之餘隙安裝空間下, 可參考市面上量產化風管產品之型錄, 選擇風管形狀與尺寸值 (2) 等摩擦係數法 (E.F. Method) 等摩擦係數法其設計原則為 假設各段風管每單位長度之摩擦阻 11
力均相等, 如 (2-2) 式所示 : ( Pr) i ( Pr) = L L i + 1 i+ 1 i+ 1 (2-2) 在此假設之下, 氣流流量 (Q) 及風管每單位長度的摩擦阻力 ( P) 為已知值, 依摩擦表即可得知另二參數 : 風速 (V) 及風管截面直徑 (De), 故可得設計風管尺寸 (3) 靜壓再得法 (S.R. Method) 上述二者設計方法, 多以猜測及假設方式為設計依據, 其設計過程並不嚴謹 因此對於系統最終設計結果成功與否, 除靠設計者經驗外, 亦包含著極多運氣之成分 相形之比較下, 靜壓再得法為現行方法中較具理論基礎者 1861 年 Declet 教授發現 : 若於值管末端加裝一漏斗裝置, 將有壓力降減緩現象產生 1939 年 Fellow 推論此現象乃導因於 壓力再得 (Pressure Regain) 結果 在相同出口狀態時, 以靜壓再得法設計的風管系統具有較低之驅動成本, 因而具有節省能源的效果 1940 年 Carrier 博士提出設計空調風管系統的靜壓再得法理論依據 : 在風管截面積改變處, 因氣流流速減緩, 動壓值將降低,, 此時靜壓有昇高之趨勢, 而上 下游風管靜壓差值是為再得靜壓值 利用此一結論, 考慮壓力轉換效率, 由 Bernoulli 方程式可表示為 : P t = ( P s1 P s2 )+ ρv 2 ( V 2 1 V 2 2 ) 2g c P t = P sr = R( P v1 P v2 ) (2-3) 依據 (2-3) 式所表示, 若 P t = P sr 時, 風管系統中各個出風口處將有相同靜壓, 因而能夠得到穩定 均勻之送風狀態, 並可節省運轉成本 12
1959 年 May 曾嘗試以實驗方式證明靜壓再得法的正確性, 其實驗方法如圖 2-3 所示 比較圖中 (a) (b) 二圖形之風管裝置, 可發現 (b) 圖中的第 2 段風管管內流體靜壓值, 有隨著動壓值減緩而上昇的趨勢, 因此可採用較小規格之送風機 經實驗證實, 可獲得降低 26 % 之運轉成本 靜壓再得法雖具備較完整之理論基礎, 但計算過程卻較其他方法為繁複 關於靜壓再得法設計步驟, 約略可大分為三 : (1) 由氣流流量得到 L/Q 0.61 之比值 (2) 利用 L/Q 0.61 之比值得到再得靜壓值與氣流流速 (3) 得知氣流流量及氣流流速二項, 由摩擦圖 ( 圖 2-2) 查得風管每單位長度的摩擦阻力 P 及等效直徑 De, 而獲得風管尺寸值 以上所述三種設計方法有關風管系統中配件的設計, 由已選取之風管尺寸為配件大小的依據 並視需要之功能, 選擇所要之配件 同時將各段風管壓力損失累加, 求取最大值, 即可得知送風機所必須克服之壓力損失值 以此作為選擇送風機型式 號碼及馬達轉速 馬力之依據 13
圖 2-2 摩擦圖 ( 取材自 ASHRAE Fundamental 1993) 14
圖 2-3 驗證靜壓再得法之實驗裝置圖 15
2.3 防火 / 防煙閘門之性能分析 2.3.1 基本簡介舊的煙控觀念於火災發生時, 為防止煙由 HVAC 系統中蔓延, 阻擋煙的策略為關閉所有的閘門, 因此早期的防火閘門未曾考慮高速氣流的影響 而利用防火防煙閘門控制空調以及煙控系統, 進行加壓排煙形成正負壓力區劃, 為目前煙控的有效方式 因此於火災發生時防火閘門啟閉時, 高速氣流將導致一個動態系統負荷 有鑑於此 UL 555 便將防火閘門分類為動態 (Dynamic) 以及靜態 (Static) 兩類 有氣流通過的防火閘門稱為動態, 而無氣流通過的稱為靜態 更明顯的界定方式為當火災發生時風扇若持續運轉 (Fan On) 則定義為動態防火閘門 其中動態防火閘門需加註防火閘門全開時的最大風速, 以及關閉時的最大靜壓 基本上 UL 555 Dynamic Rating 僅註明了壓力 風速而無洩漏量的標示 而 UL 555S Smoke Dynamic Rating 基本上為在不同風速及壓力下洩漏量的測試 至於安裝測試的位置 UL 555 比 UL 555S 多了一道風管安裝測試 而 UL 555S 僅有牆壁 ( 包括天花板 ) 安裝測試 另外, UL 555 以及 UL 555S 的測試皆為常溫下的測試 火災發生時風扇持續運轉, 若此時防火閘門 (Fire Damper) 關閉所產生的動態負荷大於關閉壓力將導致煙和熱的的洩漏 因此需配合 UL 555S 的洩漏觀念方不至於防火而不防煙, 另外為了施工方便更進一步希望結合防火防煙閘門成為單一排煙閘門 為了整合 UL 555 以及 UL 555S 瞭解高溫高速下防火閘門的洩漏特性, 美國冷凍空調協會 (ASHRAE) 以通過 UL 555 動態測試之防火防煙閘門安裝於風管內, 進行一連串的高溫動態洩漏測試 其測試之主要目的為 : 16
1. 對於安裝於煙控系統的垂幕型 (Curtain) 以及百葉型 (Multi-blade) 的防火防煙閘門在不同的風速, 關閉壓力, 以及溫度底下的性能進行瞭解 2. 分別針對閘門上下游於閘門突然 ( 以彈簧 ) 關閉, 或漸進式 ( 以制動器 ) 關閉所產生的過渡壓力 (Transient Pressure) 進行記錄 3. 針對百葉型的防火防煙閘門在經過動態測試後 (Dynamic Closure) 進行高溫的洩漏測試 測試範圍包括 : 1. 於下列不同溫度 速度下, 於其關閉壓力達 8in.w.g., 針對垂直的垂幕式以及平行式和反向式閘門進行動態關閉試驗測試, 其不同溫度 速度如下 : a. 室溫 4000 fpm b. 250 o F 5000 fpm c. 350 o F 5500 fpm d. 450 o F 6000 fpm 2. 瞬間過渡壓力 (Transient Pressure) 於閘門關閉時, 記錄閘門上下游的關閉壓力, 以確保風管不會破裂 3. 高溫高速氣流百葉型防火防煙閘門動態關閉測試後進行洩漏測試包括在 4inw.g. 的關閉壓力下, 分別在下列速度 溫度條件下進行洩漏測試, 包括 : 1. 3000fpm 外氣 2. 4100fpm 250 o F 3. 4600fpm 350 o F 17
2.3.2 實驗設備與測試樣品關閉測試設備, 如圖 2-3 所示, 包含 : (1) 10ft 10f 24ft 的測試室 (2) 25 個符合 ASHRAE Standard 51-1985 的噴嘴 (Nozzels) (3) 可變風速軸流風扇 (Variable-Axial Fan) 直徑 44 英吋, 馬達功率 60-hp, 等級為 5000cfm 6.1in.w.g. 70 o F 0.075lbm/ft 3 1800rpm (4) 燃燒器 (Burner) 兩個其發熱量為 6M Btu/h, 吹焰器 (Burner Blower) 符合 ASHRAE 51-1985 (5) 於 16 表壓力 (Guage) 下滿足 SMACNA's HVAC Duct Construction Standard (SMACNA 1985a) 之風管至於洩漏之測試, 則包含 : (a) 靜態系統於天花板內安裝 (1) 安裝須符合 AMCA Standard 500 (2) 試驗閘門的種類 24" 24",32" 18",18" 32" (b) 靜 動態系統於風管內安裝 (1) 於動態系統的下游加設一個噴嘴室 (Nozzel Chamber) 大小為 2ft 2ft 48in, 內含五個噴嘴 (Nozzel), 如圖 2-4 所示 (2) 測試閘門的種類為 24in 24in,32in 18in,18in 32in 18
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2.3.3 測試程序一 動態關閉測試程序 (a) 常溫下之動態測試程序調整風扇葉片 (Fan Blade Pitch) 以及風扇速度 (Fan Speed) 以及系統阻力下, 達到下列在常溫下 UL 555 測試所需的氣流測試條件 : 1. 在閘門關閉時取得系統的最大靜壓 2. 在閘門全開時取得系統所需的最大風速 其調整的順序為 : 1. 一開始便調整風扇葉片 (Fan Blade Pitch), 以及速度到設定的關閉壓力 2. 閘門的表面速度 (Damper Face Velocity), 則藉由適當個數 大小的噴嘴 (Nozzles) 設定 3. 閘門的氣流則藉由吹焰機 (Blower) 調整 (b) 高溫關閉測試 (Elevated Temperature Closure Test) 高溫關閉洩漏測試和室溫洩漏測試系統相同的條件包括 : 1. 風扇葉片 Pitch (Fan Blade Pitch) 2. 風扇速度 (Fan Speed) 3. 噴嘴 (Nozzles) 而且吹焰器點燃, 燃料量以閥門 (Valve) 控制, 在溫度穩定後釋放閘門 閘門釋放方式有三種分別為 : 1. 垂幕型閘門手動釋放 2. 百葉型閘門防火防煙閘門利用彈簧手動釋放 20
3. 百葉型閘門防火防煙閘門利用氣動 電動制動器自動關閉測試的順序, 首先以之前的動態關閉測試以符合 UL 555 Dynamic Rating 的閘門進行測試, 如果通過則表示可通過其他等級較低的條件亦可通過 然後持續增加溫度直到 450 o F 或是閘門無法關閉為止 二 洩漏測試 (a) 靜態的天花板內安裝測試系統 (1) 設備符合 AMCA 1989 Figure 5.5 (2) 測試程序符合 UL 555S 測試程序 (3) 進行測試前需進行三次預先測試 (b) 靜態風管安裝測試系統 (1) 和安裝在風管內的動態關閉測試系統相同 (2) 風管下游的量測室改為 2ft 2ft 的洩漏測試室取代 (3) 測試前先進行三次預先測試 (4) 調整氣流使閘門的壓力差為 4in.w.g. (5) 洩漏量的計算為 4in.w.g. 的標準氣體密度乘於壓力差 (c) 動態的風管安裝測試系統 (1) 閘門於室溫下先受表面速度 3,000fpm, 關閉壓力 4in.w.g. 的動態關閉測試 (2) 閘門關閉後, 停止制動器作動 (3) 取下下游測試箱, 接上 24" 24" 的測試箱 (4) 打開 60-hp 的主力風扇 (Primary Fan) 以及吹焰器 (Blower) (5) 記錄洩漏的溫度壓力 (6) 以 4in w.g. 的標準氣體密度乘於壓力差算出洩漏量 (7) 關閉主力風扇以及吹焰器 21
(8) 移去測試室 ( 完成一風速測試 ) (9) 裝下游風管 (10) 打開閘門 (11) 加熱空氣溫度到 250 o F 重複步驟 (1) 到 (11) 的測試程序, 再循相同的步驟將溫度提昇至 350 o F, 再依上述步驟進行 歸納以上測試程序, 首先進行靜態天花板測試 (UL 555S), 其次進行靜態的風管測試, 再進行動態關閉測試, 最終進行動態洩漏測試 而動態關閉測試條件包括下列三點 : (1) 3,000 fpm 室溫 4in. w.g. (2) 4,100 fpm 250 o F 4in. w.g. (3) 4,600 fpm 350 o F 4in. w.g. 22
2.4 小結 於 NFPA 92A 中指出, 利用現既存之建築空調設備做一些修改即可提供成為煙控系統 故本章首先將討論建築物內, 可作為空調兼用煙控系統之空調系統型式 可作為空調兼用煙控系統之空調系統型式, 首先必須具有供應適當之室外空氣能力, 提供非火災區建立足夠之壓力差, 以防止煙進入此區域 其次, 則必須能從火災區進行機械排氣至戶外, 以提供緊急排煙之功能 最後, 則當送 回風之混合是正常空調系統操作的一部份時, 則必須提供防火 / 防煙閘門, 以便進行火災煙控操作時, 分離送氣及排煙 而於設計空調系統與煙控併用系統中, 首先除了須考慮空調系統設備型式外, 其次則要檢討風管系統設計 尤其是回風風管的設計, 因為此項會影響到日後進行火災時緊急排煙之排煙量 風管系統主要功用為輸送氣體進入或離開指定的空間 為了達到此目的, 必須選擇適當尺寸之風管 適當功能之配件及適當規格之送風機, 此即為設計者所需決定的 在滿足設計要求之下, 配件大小及風管內部氣流流速取決於所採用之風管尺寸 而風管內部氣流產生壓差其主要來源為送風機, 其選用規格則視整套風管系統所需克服的風管摩擦損失及配件局部抵抗值多寡而定 因此一套設計成功的與否之風管系統, 決定關鍵為所設計的風管尺寸是否恰當 但若經正確計算各段風管之壓降值, 以獲得系統之運轉狀態曲線, 即可依此參考送風機製造廠商所提供的型錄, 由風機之性能曲線選取適合此套風管系統之風機 近年來關於風管系統常用的設計方法 23
有下列三種 : (1) 減速法 (Velocity Reduction Method) (2) 等摩擦係數法 (Equal Friction Method) (3) 靜壓再得法 (Static Regain Method) 舊的煙控觀念於火災發生時, 為防止煙由 HVAC 系統中蔓延, 阻擋煙的策略為關閉所有的閘門, 因此早期的防火閘門未曾考慮高速氣流的影響 而利用防火 / 防煙閘門控制空調以及煙控系統, 進行加壓排煙形成正負壓力區劃, 為目前煙控的有效方式 因此於火災發生時防火閘門啟閉時, 高速氣流將導致一個動態系統負荷 有鑑於此 UL 555 便將防火閘門分類為動態 (Dynamic) 以及靜態 (Static) 兩類 有氣流通過的防火閘門稱為動態, 而無氣流通過的稱為靜態 更明顯的界定方式為當火災發生時風扇若持續運轉 (Fan On) 則定義為動態防火閘門 其中動態防火閘門需加註防火閘門全開時的最大風速, 以及關閉時的最大靜壓 基本上 UL 555 Dynamic Rating 僅註明了壓力 風速而無洩漏量的標示 而 UL 555S Smoke Dynamic Rating 基本上為在不同風速及壓力下洩漏量的測試 至於安裝測試的位置 UL 555 比 UL 555S 多了一道風管安裝測試 而 UL 555S 僅有牆壁 ( 包括天花板 ) 安裝測試 另外, UL 555 以及 UL 555S 的測試皆為常溫下的測試 總之, 唯有在考慮空調系統設備 風管系統設計與確定防火 / 防煙閘門之性能後, 所設計出之空調兼用煙控系統, 才能發揮應有之煙控效果 下一章將詳細討論空調兼用煙控系統設計程序, 以配合本章之理論探討 24
第三章空調兼用煙控系統設計程序分析 3.1 空調系統防火 / 防煙功能設計 在 NFPA 90A 中, 開宗名義就提到 : 空調系統有能力將 煙 熱氣 與 火焰 傳送到建築物內的各個角落, 同時亦有可能提供新鮮空氣至火場, 而助長火勢 因此, 如何將防火 / 防煙等功能, 加入於空調系統中, 不僅能有效保護人身安全與減少財物損失, 此即為空調系統併用煙控系統之基礎 因此美國防火協會制定 NFPA 90A 的主要用意有五項 : (a) 限制火災時產生的煙, 藉由空調系統於建築物內蔓延, 或從建築物外進入 (b) 限制火災時產生的火焰, 藉由空調系統於建築物內蔓延, 或從建築物外進入 (c) 規定設置空調系統時, 須保持建物結構, 如樓地板 隔間 屋頂 牆與天花板等, 防火性能的完整性 (fire-resistive integrity) (d) 須將空調系統之起火 (ignition source) 與可燃 (combustibility) 部份所佔比率降至最低 (e) 允許建築物內之空調系統於緊急狀況時移作他用, 即成為煙控系統以上五點不僅為 NFPA 90A 所認為保障人身安全與減少財物損失的最小要求 (minimum requirements), 同時亦為設計空調兼用煙控系統最基本要求, 即具備防火 / 防煙功能 為了讓空調系統具備防火 / 防煙之功能, 可以利用平面區劃 垂直區劃與防火 / 防煙閘門之配合, 進行整體建築物空調系統之設計 於 NFPA 90A 則列出以下各項, 須具備防火 / 防煙功能 : 25
(1) 空調機房 (Air-Handling Equipment Rooms) 空調機房設計有很多種, 其中特別值得注意的是直接以風管與豎井相接的型式 而豎井內, 為回風管道與送風風管 由於空調機房內擺設有送風機等等重要設備, 為了讓空調系統於火災時仍能兼用做煙控系統, 於機房四周必須用防火牆隔開 而在空調機房的外氣進氣口 (Outside Air Intake), 則須裝設防火閘門 (FD) 必要時須關閉防火閘門, 以預防鄰棟建築物發生火災時的煙或火焰, 藉由外氣進氣口引入 (2) 開口部之穿透防護此項為使空調系統具備防火 / 防煙功能最重要的工作 於設置空調系統時, 必須保持建築物防火性能的完整性 故對於開口部之穿透處之防火 / 防煙功能, 亦須詳加設計 此處 NFPA 90A 所謂的開口部 (Opening), 為指空調系統中的風管穿過以下所列各項, 形成之開口, 包括 : 防火牆或防火隔間牆 防火地板 防火天花板或防火屋頂 豎井 防煙阻體當空調系統穿過上述五項本身已經具備防火 / 防煙功能時, 位於該斷面之風管內必須裝置防火 / 防煙閘門 (FSD), 以確保防火 / 防煙功能之完整性 詳細的規定, 如圖 3-1 所示 26
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而我國於建築技術規則中, 對於空調系統防火 / 防煙功能之亦有類似規定 於建築技術規則建築設計施工編第三章第四節防火區劃中的八十四條 : ( 風管之區劃 ) 貫通防火區劃牆之風管, 應在牆之兩側風管內裝設防火閘門或閘板 以上指示有關風管部分, 至於整個空調系統部分則可於建築技術規則建築設備編第五章空氣調節及通風設備第一節空氣調節及通風設備之安裝, 有詳細之規定 其中第九十一條規定 : ( 通則 ) 建築物內設置空氣調節及通風設備之風管 風口 空氣過濾器 鼓風機 冷卻或加熱等設備, 構造應依本節規定 開宗明義將建築物內所謂 HVAC 系統之設備皆納入管理 於其後之第九十二條至第九十九條則分別將風管 防火閘門 防火閘板 風口 空氣過濾器 鼓風機 電器配線 及冷卻或加熱設備, 其設置構造等詳細規定 在規定中亦包括有關防火 / 防煙功能建立之設計, 故此部分可作為目前我國設計空調系統併用煙控系統時, 防火 / 防煙功能設計之依據 28
3.2 空調與防煙區劃併用分析 建築物的空調系統其主要設計目的為維持室內之舒適度, 包括熱環境與空氣品質, 故其設計考量因素為建築物室內的熱負荷 再以不同的室內熱負荷, 規劃不同的空調區劃 但如果空調兼用煙控系統, 其設計考慮因素則與設計空調系統時大大不同, 此時之空調區劃與防煙區劃能否併用, 即為分析之重點 空調區劃考量不同的熱負荷而設計, 當然不能完全合乎防煙區劃的需求 首先須檢視空調區劃內, 是否設計送風口與回風口 因許多空調區劃內只有送風口, 而回風口則設在別的空調區劃內 這對日後空調兼用煙控系統進行火災排煙或正負壓煙控策略, 可能無法達成 須重新對空調區劃設計加以考量, 譬如增加風管 回風口等, 以符合煙控性能的需求 首先, 在檢討空調區防煙區劃併用之前, 應先檢討其防火區劃設計 目前我國有關防火區劃設計之法條, 於 建築技術規則 建築設計施工篇第第七十九條 ( 防火建築物及防火構造建築物 ) 中規定 : 防火構造建築物或防火建築物 其總樓地板面積在一 五 OO 平方公尺以上者, 應按每一 五 OO 平方公尺, 以具有一小時防火時效之防火牆 防火樓板及甲種防火門窗區劃分隔 但供左列使用, 無法區劃分隔者, 不在此限 : 一 戲院 電影院 歌廳 演藝場 觀覽場 集會堂等之觀眾席部分 ; 體育館 零售市場 學校 工廠及其他類似用途建築物 二 樓梯間 昇降機間 前項應予區劃範圍內, 如備有效自動滅火設備者得免計算其有效範圍樓地板面積之二分之一 29
因此於設計空調系統併用煙控系統時, 須先檢討其防火區劃設計 其次, 須檢討空調區劃面積有無符合防煙區劃面積大小 於民國八十五年內政部頒佈的 各類場所消防安全設備設置標準 第一百八十九條第一款至第三款中規定 : 第二十八條第一項第一款至第四款排煙設備應依下列規定設置 : (1) 每層樓地板面積每五百平方公尺內, 以防煙壁區劃 (2) 排煙設備之排煙口 管道及其他與煙接觸部份應使用不燃材料 (3) 依第一款區劃 ( 以下稱為防煙區劃 ) 之範圍內, 任一位置至排煙口之水平距離不得超過三十公尺, 排煙口應設於天花板或其下方八十公分範圍內, 除直接面向戶外, 應與排煙管道連接 但排煙口設在天花板下方, 除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 前項之防煙壁係指以不燃材料建造, 自天花板下垂五十公分以上之垂壁或具有同等以上阻止煙流動構造者 但地下建築物之地下通道, 防煙壁應自天花板下垂八十公分以上 故由第一百八十九條條文中可得知, 原先的空調區劃若未超過 500 m 2, 則仍可規劃成一防煙區劃進行煙控 但前提為此空調與防煙併用之區劃, 須有完整的防火 / 防煙功能設計 如前節所述之內容, 包括設置防火牆或防火隔間牆 防火地板 防火天花板或防火屋頂與在貫穿處裝置防火 / 防煙閘門等等 但若原先的空調區劃若超過 500 m 2, 則必須以防煙垂壁等防煙阻體 (Smoke Barrier), 進行防煙區劃設計, 以使區劃面積小於法規規定值 500 m 2 再對原先空調系統之風管或回風口 出風口位置, 做配合之修改, 此項工作將於下節中詳細分析 另外, 根據內政部八十七年六月份消防安全設備會審 ( 勘 ) 執法 30
疑義研討會會議紀錄之提案一 : 建築物地下層或地下建築物可否免設排煙設備疑義? 其作成決議為 : 1. 建築物地下層或地下建築物對排煙設備之設置, 得比照設置標準第一百八十八條第三款檢討, 即樓地板面積每一百平方公尺內, 以火牆 防火樓板及甲 乙種防火門窗區劃間隔, 且天花板及室內牆, 以不燃材料或耐燃材料裝修者, 得免設排煙設備之規定, 係以 各場所消防安全設備設置標準 乙 丙 丁場所為限 2. 內政部八十五年九月份消防安全設備會審 ( 勘 ) 執法疑義研討會議紀錄提案三十決議 建築物地下層或地下建築物對排煙設備之設置, 比照設置標準第一百八十八條第三款檢討, 即樓地板面積每一百平公尺內, 以防火牆 防火樓板及甲 乙種防火門窗區劃間隔, 且天花及室內牆面, 以不燃材料或耐燃材料裝修者, 得免設排煙設備, 應即停止適用 故依據上述之解釋函, 於地下建築部份無論其居室面積有無小於一百平公尺, 接須設置排煙設備 此點有關地下建築防煙區劃面積的考量, 於設計空調兼用煙控系統時亦須考慮 31
3.3 回風風管與回風口設計 此項設計程序與上述空調區劃與煙控區劃併用分析關係較為密切, 而其主要考量為提供火場之緊急排煙功能 當空調與煙控區劃併用分析完成劃定後, 接著即要檢視回風風管有無通過每一防煙區劃, 尤其是在無設置居室之大面積建築設計 或者是於每一防煙區劃內檢視是否有回風口存在, 因一般空調系統回風口的設計, 並非每個居室皆有 典型之空調與煙控區劃併用分析, 如圖 3-2 所示 於圖中共有三個防煙區劃, 區劃的原則除了遵循 各類場所消防安全設備設置標準 第一百八十九條第一款, 其防煙區劃面積不超過 500 m 2 外 其次, 區劃的邊界儘量利用現有的樑柱 即為求施工便利, 防煙垂壁沿著建築樑柱設置, 如圖中虛線所示 防煙區劃劃定後, 其回風風管亦通過每一防煙區劃, 且每一區劃內均設計有回風口 但若照此區劃, 有些回風支管的回風口, 將橫跨兩個防煙區劃, 會降低緊急運轉時之排煙效率, 如圖中圓圈所示 故此時需要移動回風風管, 使回風支管的回風口, 不會橫跨兩個防煙區劃, 維持應有的排煙效率 完成移動或增設回風風管後, 讓每一個防煙區劃內皆有回風風管, 或回風支管的回風口, 不會橫跨兩個防煙區劃 再依 各類場所消防安全設備設置標準 第一百八十九條第四款至第六款中規定設置回風口, 其條文為 : (4) 排煙口應設置手動開關裝置, 用手操作部份應設於距離樓板面 80 公分以上 150 公分以下牆面, 裝置於天花板時, 應設操作垂鍊或垂桿在距離樓地板 180 公分之位置, 並標示簡易之操作方式 32
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(5) 排煙口除以手動開關裝置或偵煙式探測器連動開啟外, 平時應保持關閉狀態, 開口葉片之構造應不受開放時所生氣流之影響而關閉 (6) 排煙口之開口面積不得小於防煙區劃面積之百分之二, 且應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 另外, 常見之回風口設置於居室的出口或者設計於走廊 原則上為儘量不要位於逃生避難通道或出口上方 以免進行緊急排煙時, 濃煙往出口或逃生方向流動, 而妨礙到人的避難逃生造成傷亡 於圖 3-3 中, 其回風口設在居室之門口, 此種情形於當初設計空調系統回風口時, 應儘量避免 35
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3.4 防火 / 防煙閘門與警報系統連動分析 若實行空調兼用煙控系統, 空調系統中某些風管位置或送風口 回風口須裝設防火 / 防煙閘門 (FSD) 其作用有三: 一為讓空調兼用煙控系統具備防火 / 防煙功能, 二為區劃出適當的防煙區劃 最後, 也是最重要的, 經由防火 / 防煙閘門與警報系統之連動, 使空調系統可以兼用煙控系統, 如圖 3-4 所示 在圖 3-4(a) 中, 為正常運轉的空調系統 此時所有送風與回風的閘門皆開啟, 包括位於回風風機附近的回風閘門, 而讓空調回風 (RA) 與外氣 (OA) 進行混合, 再至送風風管 但如果發生火災時, 如圖 3-4(b) 所示, 則火災層的送風閘門關閉, 回風閘門開啟, 形成負壓進行排煙 非火災層的送風閘門開啟, 回風閘門關閉, 形成正壓防止煙氣亂竄 此時位於回風風機附近的回風閘門關閉, 不致讓煙進入送風風管 以上即為防火 / 防煙閘門與警報系統之連動, 使空調兼用煙控系統運轉的基本設計 3.4.1 定址式探測器及排煙口設計為了增進煙控系統之排煙效率, 而有區劃排煙之規劃, 其設計重點為定址式探測器 (Detector) 及排煙口的設置 在防煙區劃內裝置定址式的探測器及排煙口, 而進行點排放 (Point Extraction) 之機械排煙煙控系統 所謂定址式 (Addressable) 探測器及排煙口之運轉情形, 可參考圖 3-5 以進一步了解 在圖 3-5 中的建築物內, 假設規劃有區劃一 區劃二及區劃三等三個防煙區劃, 每個區劃內有自己本身的偵煙器與排煙口, 如圖 3-5(a) 37
所示 排煙口由防煙閘門 (Smoke Damper) 控制關閉或開啟, 平時呈 關閉狀態 (Normal Closed, NC), 如圖 3-5(b) 若區劃三發生火災時, 38
則區劃三的探測器偵測到區劃三內有煙時, 將訊號傳回監控中心, 啟動火災警報器及開啟該區劃內的排煙閘門及排煙風機, 做緊急排煙運轉模式, 如圖 3-5(c) 探測器及排煙口定址化的結果, 使得無煙區劃之排煙閘門於緊急排煙時並沒有開啟, 對於火場內排煙效率提高很多 故點排放最重要的目的為增強排煙效率, 而完成有效排煙 這種情形非常類似利用吸管去吸飲料時, 當吸管插入飲料中, 就好比於發生火災的區劃內 ( 飲料中 ) 的排煙風管閘門打開 ( 吸管末端開口 ), 此時可以很有效率地排煙 ( 順利將飲料吸入口中 ) 若排煙管道的排煙閘門不只在火災區劃內開啟時, 則就好像未插入飲料中之吸管部份有開口, 吸入飲料時, 同時也吸入空氣, 吸引飲料較不順利 區劃排煙設計的另一重點為探測器的設置 當火災發生時, 其產生的煙 熱或火焰等, 若裝置探測器, 則能自動感知, 並同時向火災受信總機通報, 告知發生火災, 並連動風機, 進行煙控 故為了增進區劃排煙煙控系統的性能, 除了利用建築既有空間, 選擇最適當面積作區劃外, 裝置適合建築特性的探測器, 能迅速反應火警的發生, 縮短讓煙蔓延的時間, 增取人員避難時間 探測器依其感應原理, 大致可分為偵煙式 偵熱式及火焰式等三種 詳細分類如圖 3-6 所示 : 39
(a) 區劃平面圖 (b) 區劃立面圖- 閘門平時呈關閉狀態 (c) 區劃立面圖- 只開區劃內有火災的閘門 圖 3-5 定址式探測器及排煙口運轉情形 40
偵煙探測器 火焰探測器 偵熱探測器 離子式局限型分離型光電式局限型局限型差動式分布型補償式局限型 空氣管式 熱電偶式 熱半導體式 定溫式 局限型 線型 圖 3-6 各式探測器分類 3.4.2 連動模式設計典型的防火 / 防煙閘門與警報系統連動示意圖, 如圖 3-7 所示 圖中, 共有三個區劃分別為 Zone 1 Zone 2 與 Zone 3 於每個區劃內有各自的送風 (SA) 回風(RA) 與偵煙探測器 (SD) 而在每個區劃的送風與回風皆設置防火 / 防煙閘門 (FSD), 且閘門與偵煙探測器的每個控制點, 亦皆拉至控制中心, 進行建築整體監控 41
假如於 Zone 1 發生火災時, 則該區的偵煙探測器將偵測到訊號送至控制中心 此時控制中心再分別送訊號至 Zone 1 Zone 2 與 Zone 3 的送風閘門與回風閘門 於 Zone 1 將送風閘門關閉, 讓回風閘門繼續開啟, 形成火災時排煙負壓模式 於 Zone 2 與 Zone 3 則將將送風閘門繼續開啟, 讓回風閘門關閉, 形成火災時加壓模式 如果火災發生在 Zone 2 與 Zone 3 時, 同樣進行上述運轉策略時, 則可得各種境況 (Scenario) 的情形 歸納以上結果, 可得以下表 3-1 煙控動作表 表 3-1 煙控動作表 火災區域 閘門名稱 1-1 (SA) 1-2 (RA) 2-1 (SA) 2-2 (RA) 3-1 (SA) 3-2 (RA) 正常運轉 OP OP OP OP OP OP Zone 1 CL OP OP CL OP CL Zone 2 OP CL CL OP OP CL Zone 3 OP CL OP CL CL OP 註 :OP 為開啟,CL 為關閉 配合防煙 / 防火閘門連動, 經由原先擬訂並內建 (Build-in) 於控制 中心之煙控動作, 進行之智慧型運轉策略, 相信可有效將災害程度減 至最低 此亦為空調兼用煙控系統設計時所必備的 42
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3.5 正負壓區劃煙控系統設計 在 NFPA 92A 所提之正負壓區劃煙控的觀念, 乃為防止火災區的煙由樓地板 隔離物之裂縫或由管道間流至非火災區, 藉由建立於各區的壓力差, 限制煙的流動, 不使火災區範圍擴大 其設計方法為利用地板 防火牆 防火門等防火屏障將建築物分成數個防煙區劃 例如可將每個樓層設計為一個區劃, 或每個樓層內再分隔成數個區劃 當火災發生時, 火災區只排煙不供氣, 形成負壓區 其他非火災區只供氣不排煙, 形成正壓區 而造成整體建物煙控最佳策略, 如圖 3-8 所示 圖 3-8 利用空調系統進行正負壓區劃煙控但若藉由專用風機與專用風管的煙控系統, 來完成正負壓區劃煙控性能的話, 雖效果最好, 但將花費相當大的金額, 且佔用建築物內不算小的空間 故若利用空調兼用煙控系統, 來完成正負壓區劃煙控性能確實可節省大量風管的額外設計, 與建築物的空間佔用 或者說, 44
空調兼用煙控系統除了可作為區劃排煙系統外, 只要於防火 / 防煙閘門與警報系統連動方面詳加規劃, 其最佳運轉策略為正負壓區劃煙控 但空調併用煙控系統實施正負壓區劃煙控時, 除考慮區劃面積大小外, 還須考慮回風風量是否太大或太小 回風量過大的話, 將造成正負壓區劃的壓差太大 使得火場的門無法向外開啟, 人員逃生困難, 傷亡機率增大 回風量不足的話, 將造成正負壓區劃的壓差不夠, 無法將火場得煙控制於某個範圍內 一般而言, 空調系統回風風量為送風風量的 10%~20% 當兼用成為煙控系統時, 其回風風量即為排煙量 必須檢視其回風量是否合乎 各類場所消防安全設備設置標準 第 189 條第七款中規定 : 其排煙量在一防煙區劃時, 不得小於該防煙區劃面積每平方公尺 1 cmm, 在二區以上之防煙區劃時, 應不得小於最大防煙區劃面積每平方公尺 2 cmm 其回風量是否合乎法規值, 並非檢視其回風風機額定風量 而是要經正確計算各段風管之壓降值, 以獲得系統之運轉狀態曲線, 即可依此參考送風機製造廠商所提供的型錄, 由風機之性能曲線選取適合此套風管系統之風機 如此才可於該區劃內, 獲得最適當得排煙量 45
3.6 小結 經由上述各節之討論, 可得到建築物空調與煙控併用系統完整的 設計程序, 如以下所列 : 空調系統防火 / 防煙功能設計 空調與防煙區劃併用分析 回風風管與回風口設計 防火 / 防煙閘門與警報系統連動分析 正負壓區劃煙控系統設計 由於採行空調兼用煙控系統之性能式 (Performance-Based) 設計, 故不合條例式法規規定 在我國 各類場所消防安全設備設置標準 中的第二條規定 : 各類場所消防安全設備之設置及維護應依本標準之規定 但因場所用途 構造特殊, 或引用與本標準同等以上效能之消防技術 工法或設備, 適用本標準確有困難者, 於檢具具體證明經中央消防主管機關認可者, 不在此限 此即為性能式煙控系統設計之法源, 亦為我國目前若採行空調兼用煙控系統設計之依據 經由以上的分析, 本研究已建立台灣地區首度空調併用煙控系統性能評估方法, 可提供日後消防單位檢測建築物空調系統併用煙控系統時之依據 另外可提供相關單位研修法令之重要依據, 並為全國設計單位所參考, 以期使空調併用煙控系統發揮應有效果 46
圖 3-1 空調系統防火 / 防煙設計 23
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第四章空調兼用煙控系統案例分析 4.1 整體系統設計分析 以下將分別從建築物三種常見的空調系統, 說明空調兼用煙控系統之設計 其種類有 : (1) 中央空調系統 (Central Plant HVAC) (2) 空調箱系統 (Floor-by-floor HVAC, on-floor AHU) (3) 冰盤管系統 (Local air conditioning, fan coil) 將分別說明各種系統於正常運轉模式與火災模式下之基本設計 4.1.1 中央空調系統典型建築物中央空調系統之設計, 如圖 4-1 所示 於圖 4-1 中可看出中央空調系統的特徵, 即其系統將所有空氣處理與調節的設備, 置於一空調機房內集中處理 其流程為空氣處理後, 藉由送風豎井進入送風風管 吸收空調區負荷後, 在從回風風管進入回風豎井, 送回空調機房處理 由於中央空調系統供應建築物之每一樓層, 其風管必串聯建築物的每一樓層, 因而亦形成一絕佳之煙蔓延通道 若無適當規劃, 發生火災時, 其受災區域必遠大於火場區域, 亦即影響得樓層將不會是單一之火災樓層, 而是整個建築物, 如圖 4-2 所示 在圖 4-2 中, 火災區域的煙藉由回風風管進入回風豎井, 此時部分的煙藉由豎井之排煙風機可排至外界, 但部分的煙則進入空調機房, 經由送風豎井進入送風風管, 而蔓延至建築物內所有裝置送風風管之非火災區域, 造成整棟建築之巨大煙害 46
上述圖 4-2 為中央空調系統未作火災災害防範之狀況, 此時空調系統反而成為致命的設備 但若經修改後, 中央空調系統不但不會蔓延濃煙, 亦可進行煙控 圖 4-3 為中央空調系統兼用煙控之示意圖, 其運轉步驟如下 : 回風風機停止運轉 空調機房之回風閘門關閉 於非火災樓層之回風閘門關閉 火災樓層之送風閘門關閉 送風風機繼續運轉, 使非火災區成為正壓 回風豎井之排煙風機開啟, 進行排煙, 使火災區成為負壓 47
圖 4-1 典型中央空調系統示意圖 48
圖 4-2 發生火災時, 中央空調系統蔓延濃煙示意圖 49
圖 4-3 中央空調系統兼用煙控示意圖 50
4.1.2 空調箱系統空調箱系統為另一種常見於建築物內的空調系統, 其典型設計圖, 如圖 4-4 所示 其空調箱系統不像中央空調系統, 將所有空氣處理與調節的設備, 置於一空調機房內集中處理 而是在每一樓層設置各樓層之空氣處理與調節的設備 於圖 4-4 中, 外氣藉由風機引入外氣豎井, 再經外氣送風閘門而至每一樓層之空調箱 (AHU) 外氣經空調箱處理後, 由送風風管送至該樓層之空調區 空調區的回風, 經回風風管進入空調箱, 與外氣混合後, 循環利用 由於不像中央空調系統之風管串聯建築物的每一樓層, 是在每一樓層設置各樓層之空氣處理與調節的設備 所以當火災發生時, 火場的煙只在同一樓層蔓延, 如圖 4-5 所示 在圖中顯示若此時空調箱並未停止運轉的話, 火場的煙藉由回風風管蔓延到同一樓層 其煙害比中央空調系統來得小 上述圖 4-5 為空調箱系統未作火災災害防範之狀況, 但若經修改後, 空調箱系統不但不會蔓延濃煙至同一樓層, 亦可進行煙控 圖 4-6 為空調箱系統兼用煙控之示意圖, 其運轉步驟如下 : 於非火災樓層的空調箱停止運轉 供應外氣之風機停止運轉, 並關閉外氣閘門 所有樓層空調箱之外氣送風閘門關閉 於火災樓層之排煙閘門開啟 位於外氣豎井的排煙閘門開啟 位於外氣豎井的排煙風機開啟, 進行排煙 51
圖 4-4 典型空調箱系統示意圖 52
圖 4-5 發生火災時, 空調箱系統蔓延濃煙示意圖 53
圖 4-6 空調箱系統兼用煙控示意圖 54
4.1.3 冰盤管系統之前兩種空調系統, 皆有集中處理的空調設計, 如中央空調系統為整棟建築集中處理, 而空調箱系統則以樓層為單位集中處理 冰盤管系統則異於前兩者, 直接於空調區內進行空氣處理 其典型設計圖, 如圖 4-7 所示 於圖 4-7 中, 冰盤管系統於每個空調區設有冷風機 (FCU), 將由外氣豎井引進的外氣冷卻後, 送進空調區 空調區的回風, 再由冷風機循環利用 由於不像中央空調系統之風管串聯建築物的每一樓層, 或是在每一樓層設置各樓層之空氣處理與調節的設備 故當火災發生時, 火場的煙只在同一空調區蔓延, 如圖 4-8 所示 在圖中顯示若此時冰盤管系統並未停止運轉的話, 火場的煙藉由回風風管蔓延到同一空調區 其煙害比中央空調系統或空調箱系統都來得很小 上述圖 4-8 為冰盤管系統未作火災災害防範之狀況, 但若經修改後, 冰盤管系統不但不會蔓延濃煙至同一空調, 亦可進行煙控 雖冰盤管系統煙害最小, 但其兼用煙控系統之效果亦最少, 不若中央空調系統或空調箱系統 圖 4-9 為冰盤管系統兼用煙控之示意圖, 其運轉步驟如下 : 所有樓層的冷風機 (FCU) 停止運轉 供應外氣之風機停止運轉, 並關閉外氣閘門 位於外氣豎井的排煙閘門開啟 位於外氣豎井的排煙風機開啟, 進行排煙 55
圖 4-7 典型冰盤管系統示意圖 56
圖 4-8 發生火災時, 冰盤管系統蔓延濃煙示意圖示意圖 57
圖 4-9 冰盤管系統兼用煙控示意圖 58
4.2 案例設計分析 以下將舉一典型空調兼用煙控系統之例子, 詳細說明設計內容 本例為日本某一複合式建築, 其內有停車場 商場 銀行 辦公室與電影院等 由於日本當時規定建築物之煙控系統需照條例式 (Prescription) 法規規定進行設計, 與我國 各類場所消防安全設備設置標準 中之ㄧ百八十九條規定類似 由於採行空調兼用煙控系統之性能式 (Performance-Based) 設計, 故不合條例式法規規定, 須經建設省之審議後, 才能認定其煙控性能 在我國 各類場所消防安全設備設置標準 中的第二條, 亦有類似規定 : 各類場所消防安全設備之設置及維護應依本標準之規定 但因場所用途 構造特殊, 或引用與本標準同等以上效能之消防技術 工法或設備, 適用本標準確有困難者, 於檢具具體證明經中央消防主管機關認可者, 不在此限 此即為性能式煙控系統設計之法源, 亦為我國目前若採行空調兼用煙控系統設計之依據 基本上, 本典型空調兼用煙控系統設計案例, 其空調系統採行空調箱系統 (AHU), 即在每一樓層設置空調箱處理與調節各樓層之空氣, 如圖 4-10 所示 以下將就電影院 商場與停車場, 進行詳細之設計分析 (1) 電影院本典型空調兼用煙控系統設計案例之電影院部分, 其設計圖如 4-11 所示 於空調正常運轉模式下, 如圖 4-11(a) 所示, 外氣與部分回風於空調箱混合後, 由送風機經送風風管至電影院內之空調區 而回風部分則經回風風管進入空調箱內之回風風機, 排出室外或與外氣混合循環利用 此時, 加設之專用排煙口開閉, 另外加設的自然排煙口 59
亦關閉 當火災發生時, 空調箱並未完全停止運轉, 而是透過閥門的切換, 進行緊急排煙 此時, 送風風機停止運轉, 送風口關閉 專用之排煙口開啟, 火場的煙由空調箱內之回風風機排出室外, 如圖 4-11(b) 所示 另外, 若火災時斷電或有需要時, 亦可藉由手動閘門, 打開專用之自然排煙口, 進行排煙 故本空調兼用煙控之設計, 為火災時利用回風機排煙, 再以自然排煙口輔助之 一來可增加排煙量, 二來形成火災斷電時 Fail Safe 之煙控運轉策略 (2) 商場本典型空調兼用煙控系統設計案例之商場部分, 其設計圖如 4-12 所示 於空調正常運轉模式下, 如圖 4-12(a) 所示, 外氣與部分回風於空調箱混合後, 由送風機經送至商場天花板內之送風口 而回風部分則經回風風管進入空調箱內之回風風機, 排出室外或與外氣混合循環利用 此時, 加設之專用排煙口開閉 當火災發生時, 空調箱並未停止運轉, 進行緊急排煙 火場的煙經由回風口藉空調箱內之回風風機排出室外, 如圖 4-12(b) 所示 此時, 送風風機也未停止運轉, 而是透過閥門的切換, 與回風機一起進行排煙 故本系統設計為回風機與送風機於火災時, 皆兼用為排煙機, 使得空調兼用煙控系統時之排煙量, 大為增加 此種設計非常適合目前我國建築物空調兼用煙控系統時採用, 因回風機與送風機於火災皆兼用為排煙機, 增加其排煙量, 使得可合乎 各類場所消防安全設備設置標準 中ㄧ百八十九條有關排煙量之規定 此亦即以性能式 (Performance-Based) 之空調兼用煙控系統設計, 60
以符合條例式 (Prescription) 法規 各類場所消防安全設備設置標準 189 條 61
(3) 停車場本典型空調兼用煙控系統設計案例之停車場部分, 其設計圖如 4-13 所示 停車場之空調系統設計不同於其他居室, 於其他居室其空調系統要求的是舒適 但於停車場則是要求通風, 即換氣量需足夠 故於空調正常運轉模式下, 如圖 4-13(a) 所示, 外氣由送風機經送風風管至停車場內 而回風部分則經回風風管進入回風風機, 排出室外 為採全外氣 全回風設計 當火災發生時, 回風風機繼續運轉, 進行緊急排煙 同時, 送風機也未停止運轉, 送風口亦未關閉, 而是透過閥門的切換, 也進行緊急排煙 即火場的煙, 由回風風機與送風風機一起排出室外, 如圖 4-13(b) 所示 故本空調兼用煙控之設計, 為火災時利用回風機排煙, 再輔之以送風風機 可大幅增加排煙量, 提高排煙效率 對於可能發生於停車場內之大火災負荷 (Fire Load), 為一可行對策 62
圖 4-10 典型空調兼用煙控系統範例 63
圖 4-11(1) 正常運轉模式 圖 4-11(2) 緊急運轉模式 圖 4-11 典型空調兼用煙控系統範例 電影院 64
圖 4-12(1) 正常運轉模式 圖 4-12(2) 緊急運轉模式 圖 4-12 典型空調兼用煙控系統範例 商場 65
圖 4-13(1) 正常運轉模式 圖 4-13(2) 緊急運轉模式 圖 4-13 典型空調兼用煙控系統範例 停車場 66
4.3 回風風管電腦運轉模擬 由上面各種空調兼用煙控系統實際設計案例中可知, 利用空調兼用煙控系統最常用的設計方式為機械排煙 為確定此機械排煙設計之排煙量不會太大或太小, 須進行回風風管電腦運轉模擬, 以確認其排煙量大小 此種確認的工作, 對空調區之面積廣大或回風風管長度很長的系統而言尤其重要 於設計空調兼用煙控系統程序中, 有必要判斷在一條回風風管系統中, 何處之排煙量最大?而何處之排煙量最小?因排煙量過大, 將使門打不開, 造成逃生困難 而排煙量過小的話, 則無法得到應有的煙控性能 回風風管排煙量最大之處, 應該在最接近回風風機的防煙區劃內 是故只要求得在該防煙區劃閘門開啟, 而其他防煙區劃閘門關閉情況下之風管壓損, 將之繪成如圖 2-1 風管系統壓力變化曲線圖 再與其風機性能曲線圖比對, 而求得只有最接近回風風機的防煙區劃進行排煙下之排煙量 而回風風管排煙量最小之處, 應該在離回風風機最遠的防煙區劃內 是故只要求得在該防煙區劃閘門開啟, 而其他防煙區劃閘門關閉情況下之風管壓損, 將之繪成風管系統壓力變化曲線圖 再與其風機性能曲線圖比對, 求得只有離回風風機最遠的防煙區劃進行排煙下之排煙量 但由於我國現行 各類場所消防安全設備設置標準 中 189 條第七款規定, 可進行二個防煙區劃排煙 故於計算離回風風機最遠的防煙區劃內之排煙量時, 尚須計算最遠二區防煙區劃一起進行排煙, 而其他防煙區劃閘門關閉情況下之風管壓損, 再進而推估其排煙量 67
經回風風管電腦運轉模擬, 其最近回風風機的防煙區劃之風管壓損模擬結果, 如表 4-1 所示 而表 4-2 與表 4-3 則分別列出, 離回風風機最遠的防煙區劃之風管壓損與離回風風機最遠的二個防煙區劃之風管壓損模擬結果 在進行完回風風管電腦運轉模擬後, 可利用壓損模擬結果, 於風管系統壓力變化曲線與風機性能曲線比對, 而求出排煙量 若排煙量太大時, 則可考慮多開幾個排煙口或設置百葉窗 (Louver) 等方式, 減少排煙量 但經常發生的情形為排煙量太少 因空調系統設計時, 回風量本來就很少, 兼用排煙一定不夠 故火災緊急時, 可利用二台風機並聯運轉或串聯運轉, 以增加排煙量 二台風機並聯運轉或串聯運轉後之風管系統壓力變化曲線與風機性能曲線, 如圖 4-14 所示 68
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圖 4-14(a) 串聯運轉 圖 4-14(b) 並聯運轉 圖 4-14 二台風機之風管系統壓損變化與風機性能曲線圖 72
4.4 小結 中央空調系統供應建築物之每一樓層, 其風管必串聯建築物的每一樓層, 因而亦形成一絕佳之煙蔓延通道 若無適當規劃, 發生火災時, 其受災區域必遠大於火場區域, 亦即影響得樓層將不會是單一之火災樓層, 而是整個建築物 而空調箱系統不像中央空調系統之風管串聯建築物的每一樓層, 是在每一樓層設置各樓層之空氣處理與調節的設備 所以當火災發生時, 火場的煙只在同一樓層蔓延 若採用冰盤管系統, 火場的煙藉由回風風管蔓延到同一空調區 其煙害比中央空調系統或空調箱系統都來得很小 目前我國建築物採用空調兼用煙控系統時, 可設計回風機與送風機於火災皆兼用為排煙機, 增加其排煙量, 使得可合乎 各類場所消防安全設備設置標準 中有關排煙量之規定 此亦即以性能式之空調兼用煙控系統設計, 以符合條例式法規 各類場所消防安全設備設置標準 189 條 最後, 再確定此空調兼用機械排煙設計之排煙量不會太大或太小, 須進行回風風管電腦運轉模擬, 以確認其風管壓力損失大小 此種確認的工作, 對空調區之面積廣大或回風風管長度很長的系統而言尤其重要 故只要求得在該防煙區劃閘門開啟, 而其他防煙區劃閘門關閉情況下之風管壓損, 將之繪成風管系統壓力變化曲線圖 再與其風機性能曲線圖比對, 就可求得該防煙區劃進行排煙下之排煙量 在進行完回風風管電腦運轉模擬後, 可利用壓損模擬結果, 於風管系統壓力變化曲線與風機性能曲線比對, 而求出排煙量 若排煙量太大時, 則可考慮多開幾個排煙口或設置百葉窗等方式, 減少排煙量 但若兼用排煙量不夠, 則可利用二台風機並聯運轉或串聯運轉, 以增加排煙量 73
第五章結論與建議 5.1 結論 建築物內由於管道空間愈來愈顯狹小, 故並未設計專用的煙控系統, 而是由每棟建築物內皆有的空調系統兼用 此舉不僅可以大量節省經費與空間, 其煙控效果亦可達到 先進國家普遍採行空調系統併用煙控系統, 於 NFPA 92A 並不排除空調系統併用煙控系統之應用, 其中在第三章 3-2.1 條文中就列出如何利用各種型態的空調系統併用煙控系統之基本規範 而在 NFPA 90A 第一章 1-3.1(e) 條文中亦有類似陳述, 即允許建築物內之空調系統於緊急狀況時移作他用, 成為煙控系統 目前我國現行消防法規中, 有關煙控系統部分, 僅見於 各類場所消防安全設備設置標準 第 189 條中有相關規定 於條文中規定防煙區劃面積大小 防煙壁下垂之深度 排煙口與排煙量的設計等等 此為典型條例式 (Prescription) 法規之規定, 並須為專用排煙風機與風管, 即為專用之煙控系統 專用之煙控系統其優點包括 : (1) 用途單一, 其設計程序亦較容易 (2) 因其系統只用作煙控之用, 運轉之控制方式較為簡易 (3) 系統性能評估方式較為簡單 但專用之煙控系統其缺點則有 : (1) 系統初設成本太大 (2) 系統體積龐大, 降低建築物空間使用率基於上述之原因, 若由每棟建築物內皆有的空調系統兼用煙控系 73
統, 只要遵循性能式 (Performance-base) 設計程序, 其煙控效果亦可達到應有之性能, 則此可以大量節省設備投資經費與建築物空間 由本報告以上各章節論述可得, 設計空調兼用煙控系統最基本要求有四點 : (a) 限制火災時產生的煙與火焰, 藉由空調系統於建築物內蔓延, 或從建物外藉由空調系統進入 (b) 設置空調系統時, 須保持建物結構, 如樓地板 隔間 屋頂 牆與天花板等, 原先設計的防火性能完整性 (c) 須將空調系統之易燃與可燃部份所佔比率降至最低 (d) 利用防煙 / 防火閘門 (Smoke & Fire Damper) 切換, 進行火災煙控 是故為達到以上四點要求, 須於下列各項進行設計分析 一 防火 / 防煙功能設計在 NFPA 90A 中, 開宗名義就提到 : 空調系統有能力將 煙 熱氣 與 火焰 傳送到建築物內的各個角落, 同時亦有可能提供新鮮空氣至火場, 而助長火勢 因此, 如何將防火 / 防煙等功能, 加入於空調系統中, 不僅能有效保護人身安全與減少財物損失, 此即為空調系統併用煙控系統之基礎 為了讓空調系統具備防火 / 防煙之功能, 可以利用平面區劃 垂直區劃與防火 / 防煙閘門之配合, 進行整體建築物空調系統之設計 於 NFPA 90A 則列出以下各項, 須具備防火 / 防煙功能 : 74
(1) 空調機房 (Air-Handling Equipment Rooms) 空調機房設計有很多種, 其中特別值得注意的是直接以風管與豎井相接的型式 而豎井內, 為回風管道與送風風管 由於空調機房內擺設有送風機等等重要設備, 為了讓空調系統於火災時仍能兼用做煙控系統, 於機房四周必須用防火牆隔開 (2) 開口部之穿透防護此項為使空調系統具備防火 / 防煙功能最重要的工作 於設置空調系統時, 必須保持建築物防火性能的完整性 故對於開口部之穿透處之防火 / 防煙功能, 亦須詳加設計 二 空調與防煙區劃併用分析建築物的空調系統其主要設計目的為維持室內之舒適度, 包括熱環境與空氣品質, 故其設計考量因素為建築物室內的熱負荷 再以不同的室內熱負荷, 規劃不同的空調區劃 但如果空調兼用煙控系統, 其設計考慮因素則與設計空調系統時大大不同, 此時之空調區劃與防煙區劃能否併用, 即為分析之重點 空調區劃考量不同的熱負荷而設計, 當然不能完全合乎防煙區劃的需求 首先須檢視空調區劃內, 是否設計送風口與回風口 因許多空調區劃內只有送風口, 而回風口則設在別的空調區劃內 這對日後空調兼用煙控系統進行火災排煙或正負壓煙控策略, 可能無法達成 須重新對空調區劃設計加以考量, 譬如增加風管 回風口等, 以符合煙控性能的需求 由 各類場所消防安全設備設置標準 第一百八十九條條文中可得知, 原先的空調區劃若未超過 500 m 2, 則仍可規劃成一防煙區 75
劃進行煙控 但前提為此空調與防煙併用之區劃, 須有完整的防火 / 防煙功能設計 如前節所述之內容, 包括設置防火牆或防火隔間牆 防火地板 防火天花板或防火屋頂與在貫穿處裝置防火 / 防煙閘門等等 但若原先的空調區劃若超過 500 m 2, 則必須以防煙垂壁等防煙阻體, 進行防煙區劃設計, 以使區劃面積小於法規規定值 500 m 2 再對原先空調系統之風管或回風口 出風口位置, 做配合之修改 三 回風風管與回風口設計當空調與煙控區劃併用分析完成劃定後, 接著即要檢視回風風管有無通過每一防煙區劃, 尤其是在無設置居室之大面積建築設計 或者是於每一防煙區劃內檢視是否有回風口存在, 因一般空調系統回風口的設計, 並非每個居室皆有 防煙區劃劃定後, 其回風風管亦通過每一防煙區劃, 且每一區劃內均設計有回風口 但若照此區劃, 有些回風支管的回風口, 將橫跨兩個防煙區劃, 會降低緊急運轉時之排煙效率, 如圖中圓圈所示 故此時需要移動回風風管, 使回風支管的回風口, 不會橫跨兩個防煙區劃, 維持應有的排煙效率 完成移動或增設回風風管後, 讓每一個防煙區劃內皆有回風風管, 或回風支管的回風口, 不會橫跨兩個防煙區劃 再依 各類場所消防安全設備設置標準 第一百八十九條第四款至第六款中規定設置回風口 另外, 常見之回風口設置於居室的出口或者設計於走廊 原則上為儘量不要位於逃生避難通道或出口上方 以免進行緊急排煙時, 濃煙往出口或逃生方向流動, 而妨礙到人的避難逃生造成傷亡 四 防火 / 防煙閘門與警報系統連動分析 76
若實行空調兼用煙控系統, 空調系統中某些風管位置或送風口 回風口須裝設防火 / 防煙閘門 (FSD) 其作用有三: 一為讓空調兼用煙控系統具備防火 / 防煙功能, 二為區劃出適當的防煙區劃 最後, 也是最重要的, 經由防火 / 防煙閘門與警報系統之連動, 使空調系統可以兼用煙控系統 為了增進煙控系統之排煙效率, 而有區劃排煙之規劃, 其設計重點為定址式探測器及排煙口的設置 在防煙區劃內裝置定址式的探測器及排煙口, 而進行點排放 (Point Extraction) 之機械排煙煙控系統 探測器及排煙口定址化的結果, 使得無煙區劃之排煙閘門於緊急排煙時並沒有開啟, 對於火場內排煙效率提高很多 故點排放最重要的目的為增強排煙效率, 而完成有效排煙 典型的防火 / 防煙閘門與警報系統連動, 於每個區劃內有各自的送風 (SA) 回風(RA) 與偵煙探測器 (SD) 而在每個區劃的送風與回風皆設置防火 / 防煙閘門 (FSD), 且閘門與偵煙探測器的每個控制點, 亦皆拉至控制中心, 進行建築整體監控 配合防煙 / 防火閘門連動, 經由原先擬訂並內建 (Build-in) 於控制中心之煙控動作, 進行之智慧型運轉策略, 相信可有效將災害程度減至最低 此亦為空調兼用煙控系統設計時所必備的 五 正負壓區劃煙控系統設計分析其設計方法為利用地板 防火牆 防火門等防火屏障將建築物分成數個防煙區劃 例如可將每個樓層設計為一個區劃, 或每個樓層內再分隔成數個區劃 當火災發生時, 火災區只排煙不供氣, 形成負壓區 其他非火災區只供氣不排煙, 形成正壓區 而造成整體建物煙控最佳策略 但若藉由專用風機與專用風管的煙控系統, 來完成正負壓區劃 77
煙控性能的話, 雖效果最好, 但將花費相當大的金額, 且佔用建築物內不算小的空間 故若利用空調兼用煙控系統, 來完成正負壓區劃煙控性能確實可節省大量風管的額外設計, 與建築物的空間佔用 或者說, 空調兼用煙控系統除了可作為區劃排煙系統外, 只要於防火 / 防煙閘門與警報系統連動方面詳加規劃, 其最佳運轉策略為正負壓區劃煙控 一般而言, 空調系統回風風量為送風風量的 10%~20% 當兼用成為煙控系統時, 其回風風量即為排煙量 必須檢視其回風量是否合乎 各類場所消防安全設備設置標準 第 189 條第七款中規定 : 其排煙量在一防煙區劃時, 不得小於該防煙區劃面積每平方公尺 1 cmm, 在二區以上之防煙區劃時, 應不得小於最大防煙區劃面積每平方公尺 2 cmm 其回風量是否合乎法規值, 並非檢視其回風風機額定風量 而是要經正確計算各段風管之壓降值, 以獲得系統之運轉狀態曲線, 即可依此參考送風機製造廠商所提供的型錄, 由風機之性能曲線選取適合此套風管系統之風機 如此才可於該區劃內, 獲得最適當得排煙量 經由本研究計畫之執行, 及分析國內外之典型成功案例, 已確立空調系統兼用煙控系統之性能評估具可行性 並已訂定空調系統兼用煙控系統之性能式設計程序, 可為全國設計單位所參考, 也可提供日後消防單位檢測建築物空調系統併用煙控系統時之依據 其性能式設計程序如下 : 空調系統防火 / 防煙功能設計 空調與防煙區劃併用分析 78
移動或增加風管與回風口 防火 / 防煙閘門與警報系統連動分析 正負壓區劃煙控系統設計分析 另外, 本研究計畫之執行成果亦可供相關單位日後建立性能式法規之重要參考, 以期使空調併用煙控系統發揮更好之煙控性能 並容許設計時較大的設計裕度, 於工程與經濟間獲得平衡, 成為最佳化系統設計 (Optimal System Design) 79
5.2 建議 目前我國現行消防法規中, 有關煙控系統部分, 僅見於 各類場所消防安全設備設置標準 第 189 條中有相關規定 於條文中規定防煙區劃面積大小 防煙壁下垂之深度 排煙口位置與排煙量大小等等設計, 此為典型條例式 (Prescription) 法規之規定 由於我國缺乏性能式設計之法規, 因而造成目前許多新落成之大型建築物採用條例式設計 ( 各類場所消防安全設備設置標準 189 條 ), 不但浪費大量之經費與空間, 且不一定能獲得應有之性能, 其火災煙控安全值得憂慮! 實際上, 各類場所消防安全設備設置標準 189 條主要為適用於居室部分之煙控系統設計 對於具備大空間或挑高中庭部分之購物中心 航站大廈與地下車站等建築物而言, 實不適合使用類似之條例式法規, 作為其煙控系統設計之依據 在國外先進國家有關煙控系統設計之規定, 並非將所有建築型態, 以一條法規 ( 各類場所消防安全設備設置標準 189 條 ) 全盤規定其煙控系統設計, 而是以圖表或另訂定特別法, 以充分考慮其建築特性對煙控系統設計的影響, 亦即提供性能式法規之設計依據 以下將列舉國外實行之煙控系統設計法規, 以提供國內修法參考 1. 澳洲於澳洲建築法規 (Building Code of Australia), 其排煙系統設計 (Smoke Exhaust Systems) 為採用圖表對照方式, 來規定各種不同火載量下, 不同建築型態與有無撒水系統 (Sprinklered), 於維持不同淨高之排煙量大小 (Smoke Exhaust Rate) 80
其所規定的設計基準 (Design Criteria) 為 : 機械排煙系統必須能 夠保持蓄煙區 (Smoke Reservoir) 之煙層底部, 離樓地板至少 2.1 公尺 以上 其各種狀況相對應之排煙量設計, 如圖 5-1 所示 圖 5-1 澳洲建築法規煙控系統設計對照圖 2. 美國美國建築法規 (The BOCA National Building Code) 其第九章建築物防火系統 (Fire Protection Systems) 中, 有關煙控系統排煙量的設計為使用表格對照方式, 以供設計者選擇最適合建築物採用的最小排煙量 其所規定的設計基準 (Design Criteria) 為 : 煙控系統必須能夠保持煙層底部 (Smoke Layer Interface) 在以下任一高度以上, 一為鄰接其他空間的開口部之最上方, 二為中庭內最高出口樓地板上方 6 ft, 並 81
持續 20 分鐘以上 另外, 中庭內必須有至少每小時 2 次換氣率 (ACH) 的自然或機械排煙系統 其煙控系統設計程序, 首先考慮自然式煙控系統設計 若可以滿足上述設計基準, 則可不用裝置機械排煙系統 自然式煙控系統能否滿足設計基準, 則用下列式子判斷 : Z = 0.67 1 3 t Q H H 0.28ln A 2 3 其中,Z 為淨高 t 為時間為時間 H 為中庭高度 Q 為火載量 及 A 為中庭截面積 若自然煙控無法滿足設計基準, 則再進行機械式煙控系統設計 而其排煙量設計, 則可從圖 5-2 對照到最適合各類型建築物所採用的最小排煙量 圖 5-2 美國建築法規煙控系統設計對照表以上為澳洲與美國有關煙控系統設計的法規 可明顯看出, 兩種法規皆充分考慮建築物特性, 如自然排煙 蓄煙區 中庭等等 也將性能式設計方法列入考慮, 如煙層底部高度計算 每小時換氣率 不同狀況相對應之排煙量設計等等 82
反觀我國之煙控系統設計, 不管建築物何種型態, 皆須遵循 各類場所消防安全設備設置標準 189 條中, 排煙量不得小於每分鐘 120 m 3, 且在一防煙區劃時, 不得小於該防煙區劃面積每平方公尺每分鐘 1 m 3, 在二區以上之防煙區劃時, 應不得小於最大防煙區劃面積每平方公尺每分鐘 2 m 3 而我國於性能式設計方面, 只有 各類場所消防安全設備設置標準 第 2 條中 : 各類場所消防安全設備之設置及維護應依本標準之規定 但因場所用途 構造特殊, 或引用與本標準同等以上效能之消防技術 工法或設備, 適用本標準確有困難者, 於檢具具體證明經中央消防主管機關認可者, 不在此限, 成為採行性能式煙控系統設計之主要法源依據 故本研究結論建議, 應於 各類場所消防安全設備設置標準 第 189 條中, 增列排除條文, 將一般居室建築與具備大空間或挑高中庭部分之購物中心 航站大廈與地下車站等建築, 另立特別法加以規範, 例如美國 NFPA 92B: Guide for Smoke Management Systems in Malls, Atria and Large Areas 英國 British Research Establishment(BRE): Design Principles for Smoke Ventilation in Enclosed Shopping Center 等等國外法規 如此才可依據不同之建築物特性, 採取不同之煙控系統設計以確保性能, 提供一個安全的空間 此為極重要之後續研究方向, 應進一步持續進行 83
參考文獻 1. ASHRAE HANDBOOK 1991, "HVAC System & Application". 2. ASHRAE HANDBOOK, 1997, "Fundamentals". 3. NFPA 92A, "Recommended Practice for Smoke Control Systems". 4. NFPA 90A, "Standard for the Installation of Air Conditioning and Ventilation Systems". 5. J.H. Klote & J.A. Milke, 1992, "Design of smoke management systems", ASHRAE Inc., Atlanta. 6. 楊冠雄,1996, 建築物防火之煙控設計分析, 復文書局 7. 楊冠雄,1998, 高層建築火災之壓力煙控系統分析, 內政部建築研究所專題研究計劃報告 8. 楊冠雄,1997, 建築物火災時煙控系統運轉策略分析, 內政部建築研究所專題研究計劃報告 9. 楊冠雄,1996, 建築物自然式煙控制系統之研究, 內政部建築研究所專題研究計劃報告 10. 楊冠雄,1995, 建築物火災時煙流動特性之研究, 內政部建築研究所籌備處專題研究計劃報告 84