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技術專文

圖一、傳統排煙設計 (L10) 圖二、傳統排煙設計 (L30)

Smoke removal Smoke removal
FFU FFU FFU FFU
FFU FFU FFU FFU FFU FFU

Smoke curtain

圖三、性能排煙設計 (L10) 圖四、性能排煙設計 (L30)

Smoke removal Smoke removal
FFU FFU FFU FFU
蓄煙區 FFU FFU FFU FFU FFU FFU FFU

蓄煙區

配 風 機 濾 氣 單 元（Fan Filter Unit, Simulator) 係由美國國家標準與科 p 0 ()t = ρ ∑ l TR Y / M l
l
FFU）變頻控制系統調節 FFU 出口 技研究所開發出的火災模擬軟體，
時間離散
風速量，形成壓差環境，抑制煙霧 軟體內結合質量守恆、物種守恆、
向外傳播，而導引煙氣蓄煙井匯集； 動量守恆、發散限制、差分與狀 對時間項的離散，FDS 採用二次
另一方面，改變排煙口移至蓄煙井 態…等方程式，作為理論基礎，將 方 預 測 修 正 機 制（Second order
上方，使排煙系統發揮最大效益 圖 燃燒反應發展流程透過運算方式， predictor-corrector scheme）。 在
三、圖四。 轉換為流場模式呈現。如：火災發 每個時間歷程（time-step）開始的
n 
n
n
n
n
火場中除煙塵會致人員安全產生危 展、氣流變化與煙氣流發展能以動 時候， ρ 、 Y 、 u 、 H 與 p 0 均為已
i
害外，燃燒產生的危害物一氧化 畫 效 果 呈 現，CO、CO 2 濃度、氧 知，需特別注意的是，上標 n 1( + e )
碳、二氧化碳、HCN 濃度等與火 氣、HCN 等濃度變化能以場域模式 代表的是第 ( +n ) 1 個時間歷程（time-
場溫度均會對人員身心產生危害； 呈現；最後運算的結果則得作為人 step）時程式預估出來的值。
因此基於人員安全考量，在性能煙 員安全避難的評估指標。節錄 FDS – 熱物理性質 ρ 、 Y 和 p 是利用顯
0
i
控設計時，這些因素都必須納入檢 部分運算方程式如下： 性 的 尤 拉 法 (explicit Eluer step)
討。礙於具體火災煙流試驗難以進 質量守恆方程式 得到，例如密度可由下式預估
n 
行，火災發展情境無法具體演練， ρ (n+ ) 1 e = ρ n − t δ (u ⋅ ∇ρ n + ρ n ∇ u ⋅ n  )
∂ρ + u ∇⋅ ρ = −ρ ∇ u ⋅ 

致性能煙控效能難以檢証。因此設 t ∂
– 解壓力的 Poisson 方程式則可由
計時，多採 FDS 軟體進行火災模 物種守恆方程式 2 n ( ∇ u ⋅ ) n+ )1 e − ( ∇ u ⋅ ) n  n

 (
擬，輔以 SIMULEX 軟體執行人員 ∇ H = − t δ − ∇ ⋅ F
∂ρ l Y + u ∇⋅ ρ l Y = −ρ l Y ∇ ⋅ u + ∇ ⋅ ρ D∇ l Y +  


W ′′′
避難模擬，在兩軟體交互應用下， t ∂ l F 這一項包含了動量方程式裡的
以驗證性能煙控的效能。 對流、發散及外力項。速度則由
動量守恆方程式
∂u  + u  × ϖ + ∇H = 1 (( ρ − ) + f  + ∇ ) τ ⋅ 下個 time-step 預估

g

n 

n
∂t ρ ρ ∞ u (n+ ) 1 e = u − t δ (F + ∇ H n )
而 time-step 必須符合
發散限制
FDS 理論基礎與  γ − 1  1 dp t δ < min  x δδ , y ,  z δ 

0 

k T
, pl ρ
γ ∇ u ⋅ = 0 p   q′′′ + ∇⋅ ∇ + ∇⋅ ∑ l cT D∇ l Y − γ − 1 dt     u v w 

u
, pl ρ
數值分析方法 ∇⋅ = γ − 1   q′′′ + ∇⋅ ∇ + ∇⋅ ∑ cT D∇ l Y − 1 dp 0    – 前述兩者算完之後，熱物理性質
k T
γ 0 p  l γ − 1 dt 
ρ 、 Y 和 p 將在下一個 time-step
0
i
FDS 火災模擬程式 (Fire Dynamics 狀態方程式 做校正。例如密度將寫成
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