JP5233446B2 - 煙層の下端高さの算定方法、火災発生から煙層の下端高さが所定高さに達するまでの経過時間の算定方法、建築物の火災時の避難安全性能の評価方法、これら算定方法又は評価方法を実行するプログラム及び算定システム - Google Patents
煙層の下端高さの算定方法、火災発生から煙層の下端高さが所定高さに達するまでの経過時間の算定方法、建築物の火災時の避難安全性能の評価方法、これら算定方法又は評価方法を実行するプログラム及び算定システム Download PDFInfo
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Description
本発明は、建築物の火災時の避難安全性能の評価指標としての煙層の下端高さの算定方法、及び、同評価指標としての火災発生から煙層の下端高さが所定高さに達するまでの経過時間の算定方法に関する。また、建築物の火災時の避難安全性能の算定方法に関する。更には、これら算定方法又は評価方法を実行するプログラム及び算定システムに関する。
一般に建築物の設計時に、設計者は、その建築物の避難安全性能の検討、すなわち建築物内の在室者が建築物から安全に避難可能か否かの検討を行う。この検討は、建築物の居室内で出火してから避難不能になるまでの時間である煙層降下時間を算定し、この算定値と、避難に要する時間である避難完了時間とを比較してなされる。そして、煙層降下時間が避難完了時間よりも長い場合にのみ安全な居室と判断され、そうでない場合には上記条件を満たすまで居室の再設計を繰り返す。
現在、この煙層降下時間の算定方法として、非特許文献１、非特許文献２、及び非特許文献３の三つが提示されている。
「ＢＲＩ２００２：二層ゾーン建物内煙流動モデルと予測計算プログラム」、社団法人 建築研究振興協会、2003 「避難安全検証法：平成１２年建告第１４４１号」 田中哮義著「改訂版建築火災安全工学入門」日本建築センター、2002、p22-23
「ＢＲＩ２００２：二層ゾーン建物内煙流動モデルと予測計算プログラム」、社団法人 建築研究振興協会、2003 「避難安全検証法：平成１２年建告第１４４１号」 田中哮義著「改訂版建築火災安全工学入門」日本建築センター、2002、p22-23
一つ目の予測計算プログラム（ＢＲＩ２００２）は、現在の避難安全性能評価において広く利用されているプログラムであり、精緻な予測ができる。しかしながら、この予測計算プログラムは、複数の微分方程式と多数の入力パラメータから構成されていてこれら微分方程式を解かねばならず、計算が煩雑で、一般の設計者等には非常に使い難いものであった。また、多数の入力パラメータを有しているため、入力値に対して敏感に反応して計算結果が変化してしまい、もってこの予測計算プログラムを熟知したいわば専門職でないと実情に見合った妥当な煙層降下時間を算定することができなかった。
これに対して、二つ目の避難安全検証法及び三つ目の改訂版建築火災安全工学入門には、それぞれ簡易予測式が示されている。そして、これら簡易予測式を構成する幾つかの入力パラメータに、検討対象建築物の具体的数値を代入するだけで煙層降下時間を算定できるため、専門職でなくても、簡単に避難安全性能を評価可能である。
しかしながら、改訂版建築火災安全工学入門の簡易予測式は、排煙設備を備えた居室の場合には対応不可能であった。すなわち、改訂版建築火災安全工学入門の簡易予測式は、居室からの排煙効果については全くの未考慮であった。他方、避難安全検証法の簡易予測式の方は、排煙効果を考慮可能ではあるが、その考慮の仕方が不十分であり、実際の煙の状態を忠実に模擬できるものではなかった。例えば、実際の排煙設備は、出火直後から所定の時間遅れをもって作動開始するものであるが、避難安全検証法の簡易予測式では、出火直後から即座に排煙開始される前提で計算するものであり、その結果、実情に即した計算ができず、予測精度の点で問題があった。なお、上記排煙設備とは機械式の排煙設備だけでなく、排煙窓のように直接外気に面するものも含んでいる。
本発明はかかる従来の課題に鑑みて成されたもので、排煙設備を備えた建築物の居室に対して高い予測精度で簡単に算定可能な煙層の下端高さの算定方法、火災発生から煙層の下端高さが所定高さに達するまでの経過時間の算定方法、建築物の火災時の避難安全性能の評価方法、これら算定方法又は評価方法を実行するプログラム及び算定システムを提供することを目的とする。
かかる目的を達成するために請求項１に示す煙層の下端高さの算定方法は、
排煙設備が設置された建築物の居室内で火災が生じた場合において、該火災の煙により形成される煙層の下端高さＺ[m]を算定する方法であって、
前記居室の床面積Ａf[m2]、前記居室の天井高さＨf[m]、前記火災の火災成長率α[kW/ s2]、前記煙層の密度ρs[kg/m3]、前記火災による煙の発生に係る煙発生係数Ｃm[kg/kJ1/3/m5/3/s2/3]、前記排煙設備による前記居室からの煙の排出に係る排煙係数Ｃsm[kg/kJ1/3/m5/3/s2/3]、火災発生からの経過時間ｔ[s]、及び、火災発生から排煙開始までに要する排煙開始時間tsm[s]を用いて、下式により前記煙層の下端高さＺ [m]を算定することを特徴とする煙層の下端高さの算定方法。
排煙設備が設置された建築物の居室内で火災が生じた場合において、該火災の煙により形成される煙層の下端高さＺ[m]を算定する方法であって、
前記居室の床面積Ａf[m2]、前記居室の天井高さＨf[m]、前記火災の火災成長率α[kW/ s2]、前記煙層の密度ρs[kg/m3]、前記火災による煙の発生に係る煙発生係数Ｃm[kg/kJ1/3/m5/3/s2/3]、前記排煙設備による前記居室からの煙の排出に係る排煙係数Ｃsm[kg/kJ1/3/m5/3/s2/3]、火災発生からの経過時間ｔ[s]、及び、火災発生から排煙開始までに要する排煙開始時間tsm[s]を用いて、下式により前記煙層の下端高さＺ [m]を算定することを特徴とする煙層の下端高さの算定方法。
上記請求項１に示す発明によれば、上記式におけるＡf、Ｈf、α、ρs、Ｃm、Ｃsm、ｔ、及び、tsmという入力パラメータに、該当する具体的数値を代入しさえすれば、前記煙層の下端高さＺを簡単に算定することができる。
また、上記式は、排煙係数Ｃsm、及び、排煙開始時間tsmといった排煙に係る入力パラメータを有しているので、排煙設備による排煙効果も考慮して煙層の下端高さＺを高い予測精度で算定可能となる。
また、上記式は、排煙係数Ｃsm、及び、排煙開始時間tsmといった排煙に係る入力パラメータを有しているので、排煙設備による排煙効果も考慮して煙層の下端高さＺを高い予測精度で算定可能となる。
請求項２に示す発明は、請求項１に記載の煙層の下端高さの算定方法であって、
前記排煙開始時間ｔsm[s]は、
前記火災発生から前記居室の火災感知器が火災を検知するまでに要する時間ｔdetect[s]、又は、前記火災発生から前記居室内の在室者が避難を開始するまでに要する時間ｔstart[s]以上の値とするのが望ましい。
上記請求項２に示す発明によれば、前記排煙開始時間ｔsmは、前記火災発生から前記居室の火災感知器が火災を検知するまでに要する時間ｔdetect、又は、前記火災発生から前記居室内の在室者が避難を開始するまでに要する時間ｔstart以上の値に設定されるので、実情に即した算定を行うことができる。
前記排煙開始時間ｔsm[s]は、
前記火災発生から前記居室の火災感知器が火災を検知するまでに要する時間ｔdetect[s]、又は、前記火災発生から前記居室内の在室者が避難を開始するまでに要する時間ｔstart[s]以上の値とするのが望ましい。
上記請求項２に示す発明によれば、前記排煙開始時間ｔsmは、前記火災発生から前記居室の火災感知器が火災を検知するまでに要する時間ｔdetect、又は、前記火災発生から前記居室内の在室者が避難を開始するまでに要する時間ｔstart以上の値に設定されるので、実情に即した算定を行うことができる。
請求項３に示す発明は、請求項１又は２に記載の煙層の下端高さの算定方法であって、
前記排煙係数Ｃsm[kg/kJ1/3/m5/3/s2/3]は、
排煙開始時点における単位時間当たりの排煙量ｍe(sm)[kg/s]、排煙開始時点における火源の発熱速度Ｑf(sm)[kW]、及び、排煙開始時点における煙層の下端高さＺ(sm)[m]を用いて、下式により算出されるのが望ましい。
前記排煙係数Ｃsm[kg/kJ1/3/m5/3/s2/3]は、
排煙開始時点における単位時間当たりの排煙量ｍe(sm)[kg/s]、排煙開始時点における火源の発熱速度Ｑf(sm)[kW]、及び、排煙開始時点における煙層の下端高さＺ(sm)[m]を用いて、下式により算出されるのが望ましい。
上記請求項３に示す発明によれば、前記排煙係数Ｃsmを計算する際に、その各パラメータｍe、Ｑf、Ｚに対して、排煙開始時点（排煙開始時間ｔsm）における各数値を代入する。よって、前記排煙係数Ｃsmは、実際よりも小さめに算定され、その結果、算定される煙層の下端高さＺは安全側の数値となる。
詳しくは、一般に火源発熱速度Ｑｆや煙層の下端高さＺは時々刻々と変化するため、排煙係数Ｃsmも変化するが、ここで、排煙量が法定風量より過剰に大きい場合を除けば、排煙係数Ｃsmは時間の経過とともに徐々に大きくなると考えられる。よって、排煙開始時点（排煙開始時間ｔsm）における排煙量ｍe(sm)、同排煙開始時点における火源の発熱速度Ｑf(sm)、同排煙開始時における煙層の下端高さＺ(sm)を用いて計算すれば、安全側の想定となる。なお、排煙開始時点の煙層下端高さＺ(sm)の代わりに火災空間の天井高さＨfを用いて計算すればさらに安全側の想定となる。
請求項４に示す発明は、請求項３に記載の煙層の下端高さの算定方法であって、
前記排煙開始時点における煙層の下端高さＺ(sm)[m]は、
前記居室の床面積Ａf[m2]、前記居室の天井高さＨf[m]、前記火災の火災成長率α[kW/ s2]、前記煙発生係数Ｃm[kg/kJ1/3/m5/3/s2/3]、前記煙層の密度ρs[kg/m3]、及び、前記排煙開始時間ｔsm[s]を用いて、下式により算定されるのが望ましい。
前記排煙開始時点における煙層の下端高さＺ(sm)[m]は、
前記居室の床面積Ａf[m2]、前記居室の天井高さＨf[m]、前記火災の火災成長率α[kW/ s2]、前記煙発生係数Ｃm[kg/kJ1/3/m5/3/s2/3]、前記煙層の密度ρs[kg/m3]、及び、前記排煙開始時間ｔsm[s]を用いて、下式により算定されるのが望ましい。
上記請求項４に示す発明によれば、前記排煙開始時点における煙層の下端高さＺ(sm)を容易に求めることができる。
すなわち、火災発生から排煙開始時点までの期間については、排煙を行っていないので、上記の排煙開始時点における煙層の下端高さＺ(sm)を求める場合には、排煙を未考慮の簡易予測式を用いることができる。よって、上記の排煙を未考慮の簡易予測式により、前記排煙開始時間ｔsmにおける煙層の下端高さＺ(sm)を高精度で求めることができる。
請求項５に示す発明は、請求項１乃至４の何れかに記載の煙層の下端高さの算定方法であって、
前記煙層の密度ρs[kg/m3]は、前記経過時間ｔ[s]における前記煙層の温度Ｔs[K]を用いて、下式により算定されるのが望ましい。
前記煙層の密度ρs[kg/m3]は、前記経過時間ｔ[s]における前記煙層の温度Ｔs[K]を用いて、下式により算定されるのが望ましい。
上記請求項５に示す発明によれば、前記煙層の密度ρs[kg/m3]を、前記経過時間ｔにおける前記煙層の温度Ｔsを加味して算出するので、煙層の密度ρsが変化することも、煙層の下端高さの算定に反映できて、より精度の高い予測が可能となる。
請求項６に示す発明は、請求項１乃至５の何れかに記載の煙層の下端高さの算定方法に基づいて、建築物の火災時の避難安全性能を評価する方法であって、
前記火災発生から前記居室内の在室者が避難を完了するまでの時間をｔescapeとした場合に、前記経過時間ｔに前記時間ｔescapeを代入することにより、避難完了時点の煙層の下端高さＺescapeを算定するステップと、
算定された前記煙層の下端高さＺescapeと、避難安全上の限界煙層高さＨlimとを比較するステップと、を備えていることを特徴とする建築物の火災時の避難安全性能の評価方法。
上記請求項６に示す発明によれば、前記避難完了時点の煙層の下端高さＺescapeと、前記限界煙層高さＨlimと単純に大小比較すれば、建築物の火災時の避難安全性能を評価することができる。
前記火災発生から前記居室内の在室者が避難を完了するまでの時間をｔescapeとした場合に、前記経過時間ｔに前記時間ｔescapeを代入することにより、避難完了時点の煙層の下端高さＺescapeを算定するステップと、
算定された前記煙層の下端高さＺescapeと、避難安全上の限界煙層高さＨlimとを比較するステップと、を備えていることを特徴とする建築物の火災時の避難安全性能の評価方法。
上記請求項６に示す発明によれば、前記避難完了時点の煙層の下端高さＺescapeと、前記限界煙層高さＨlimと単純に大小比較すれば、建築物の火災時の避難安全性能を評価することができる。
請求項７に示す発明は、排煙設備が設置された建築物の居室内で火災が発生してから、該火災の煙により生じる煙層の下端高さが所定高さＺ[m]に達するまでの経過時間ｔ[s]の算定方法であって、
前記居室の床面積Ａf[m2]、前記居室の天井高さＨf[m]、前記火災の火災成長率α[kW/ s2]、前記煙層の密度ρs[kg/m3]、前記火災による煙の発生に係る煙発生係数Ｃm[kg/kJ1/3/m5/3/s2/3]、前記排煙設備による前記居室からの煙の排出に係る排煙係数Ｃsm[kg/kJ1/3/m5/3/s2/3]、及び、火災発生から排煙開始までに要する排煙開始時間tsm[s]を用いて、下式により前記経過時間ｔ[s]を算定することを特徴とする火災発生から煙層の下端高さが所定高さに達するまでの経過時間の算定方法。
前記居室の床面積Ａf[m2]、前記居室の天井高さＨf[m]、前記火災の火災成長率α[kW/ s2]、前記煙層の密度ρs[kg/m3]、前記火災による煙の発生に係る煙発生係数Ｃm[kg/kJ1/3/m5/3/s2/3]、前記排煙設備による前記居室からの煙の排出に係る排煙係数Ｃsm[kg/kJ1/3/m5/3/s2/3]、及び、火災発生から排煙開始までに要する排煙開始時間tsm[s]を用いて、下式により前記経過時間ｔ[s]を算定することを特徴とする火災発生から煙層の下端高さが所定高さに達するまでの経過時間の算定方法。
上記請求項７に示す発明によれば、上記式におけるＡf、Ｈf、α、ρs、Ｃm、Ｃsm、Ｚ、及び、tsmという入力パラメータに、該当する具体的数値を代入しさえすれば、火災発生から煙層の下端高さが所定高さＺ[m]に達するまでの経過時間ｔを簡単に算定することができる。
また、上記式は、排煙係数Ｃsm、及び、排煙開始時間tsmといった排煙に係る入力パラメータを有しているので、排煙設備による排煙効果も考慮して前記経過時間ｔを高い予測精度で算定可能となる。
また、上記式は、排煙係数Ｃsm、及び、排煙開始時間tsmといった排煙に係る入力パラメータを有しているので、排煙設備による排煙効果も考慮して前記経過時間ｔを高い予測精度で算定可能となる。
請求項８に示す発明は、請求項１乃至５の何れか１項に記載の算定方法を、コンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
上記請求項８に示す発明によれば、コンピュータ等のデータ処理装置によって前記算定方法を実行することができる。また、インターネットなどの電気通信回線を利用して前記プログラムを頒布することができて、もって希望者は前記算定方法を容易に利用可能となる。
上記請求項８に示す発明によれば、コンピュータ等のデータ処理装置によって前記算定方法を実行することができる。また、インターネットなどの電気通信回線を利用して前記プログラムを頒布することができて、もって希望者は前記算定方法を容易に利用可能となる。
請求項９に示す発明は、排煙設備が設置された建築物の居室内で火災が生じた場合において、該火災の煙により形成される煙層の下端高さＺ[m]を算定する算定システムであって、
数値演算を行う数値演算処理部を有し、
前記数値演算処理部は、
下式における入力パラメータとしての前記居室の床面積Ａf[m2]、前記居室の天井高さＨf[m]、前記火災の火災成長率α[kW/ s2]、前記煙層の密度ρs[kg/m3]、前記火災による煙の発生に係る煙発生係数Ｃm[kg/kJ1/3/m5/3/s2/3]、前記排煙設備による前記居室からの煙の排出に係る排煙係数Ｃsm[kg/kJ1/3/m5/3/s2/3]、火災発生からの経過時間ｔ[s]、及び、火災発生から煙の排出開始までの排煙開始時間tsm[s]に、それぞれ、対応する数値を代入することにより、前記煙層の下端高さＺ [m]を算定することを特徴とする煙層の下端高さの算定システム。
数値演算を行う数値演算処理部を有し、
前記数値演算処理部は、
下式における入力パラメータとしての前記居室の床面積Ａf[m2]、前記居室の天井高さＨf[m]、前記火災の火災成長率α[kW/ s2]、前記煙層の密度ρs[kg/m3]、前記火災による煙の発生に係る煙発生係数Ｃm[kg/kJ1/3/m5/3/s2/3]、前記排煙設備による前記居室からの煙の排出に係る排煙係数Ｃsm[kg/kJ1/3/m5/3/s2/3]、火災発生からの経過時間ｔ[s]、及び、火災発生から煙の排出開始までの排煙開始時間tsm[s]に、それぞれ、対応する数値を代入することにより、前記煙層の下端高さＺ [m]を算定することを特徴とする煙層の下端高さの算定システム。
上記請求項９に示す発明によれば、上記式におけるＡf、Ｈf、α、ρs、Ｃm、Ｃsm、ｔ、及び、tsmという入力パラメータに、該当する具体的数値を代入しさえすれば、前記煙層の下端高さＺを簡単に算定することができる。
また、上記式は、排煙係数Ｃsm、及び、排煙開始時間tsmといった排煙に係る入力パラメータを有しているので、排煙設備による排煙効果も考慮して煙層の下端高さを高い予測精度で算定可能となる。
また、上記式は、排煙係数Ｃsm、及び、排煙開始時間tsmといった排煙に係る入力パラメータを有しているので、排煙設備による排煙効果も考慮して煙層の下端高さを高い予測精度で算定可能となる。
本発明に係る煙層の下端高さの算定方法、火災発生から煙層の下端高さが所定高さに達するまでの経過時間の算定方法、建築物の火災時の避難安全性能の評価方法などによれば、前記煙層の下端高さや前記経過時間を、排煙設備を備えた建築物の居室に対しても高い予測精度で簡単に算定可能となる。
＝＝＝第１実施形態＝＝＝
第１実施形態に係る煙層の下端高さの算定方法は、例えば、建築物の設計段階、または既存建築物のプラン変更もしくは用途変更段階において、建築物の火災時の避難安全性能を評価する際に使用される。
第１実施形態に係る煙層の下端高さの算定方法は、例えば、建築物の設計段階、または既存建築物のプラン変更もしくは用途変更段階において、建築物の火災時の避難安全性能を評価する際に使用される。
この煙層の下端高さ（以下、煙層下端高さとも言う）の算定方法は、図１に示すように排煙口１０等の排煙設備が設置された建築物に特化したものである。つまり、居室内で火災が生じた場合に煙により形成される煙層の下端高さＺ[m]を、排煙設備による排煙効果を加味しながら計算するものであり、具体的には、下式１のように表される。
Ａf：居室の床面積[m2]
Ｈf：居室の天井高さ[m]
α：火災成長率[kW/ s2]
ρs：煙層の密度[kg/m3]
Ｃm：煙の発生に係る煙発生係数[kg/kJ1/3/m5/3/s2/3]
Ｃsm：居室からの煙の排出に係る排煙係数[kg/kJ1/3/m5/3/s2/3]
ｔ：火災発生からの経過時間[s]
tsm ：火災発生から排煙開始までに要する時間たる排煙開始時間[s]
Ａf：居室の床面積[m2]
Ｈf：居室の天井高さ[m]
α：火災成長率[kW/ s2]
ρs：煙層の密度[kg/m3]
Ｃm：煙の発生に係る煙発生係数[kg/kJ1/3/m5/3/s2/3]
Ｃsm：居室からの煙の排出に係る排煙係数[kg/kJ1/3/m5/3/s2/3]
ｔ：火災発生からの経過時間[s]
tsm ：火災発生から排煙開始までに要する時間たる排煙開始時間[s]
そして、これら入力パラメータＡf、Ｈf、α、ρs、Ｃm、Ｃsm、ｔ、tsmに、該当する具体的数値を代入しさえすれば、火災発生を起点とする任意の経過時間ｔにおける煙層下端高さＺを容易に求めることができる。
以下、各パラメータα、ρs、Ｃm、Ｃsm、tsmについて説明する。また、式１の導出法については後述する。
以下、各パラメータα、ρs、Ｃm、Ｃsm、tsmについて説明する。また、式１の導出法については後述する。
（１）火災成長率α
居室等の火災空間の避難安全性能評価を行う場合、下式２に示すような時間ｔ[s]の２乗に比例して大きくなる火源Ｑｆ（発熱速度）[kW]を想定するのが一般的である。
ここで、上式２における比例定数α[kW/ s2]が、火災成長率αである。この火災成長率αは、例えば、想定される可燃物の燃焼実験の結果から算出されるか、又は、避難安全検証法（平成１２年建告第１４４１号）に基づき下式３により算出される。
なお、αｆは、火災空間内の収納可燃物の燃焼による火災成長率[kW/s2]であり、火災空間内の家具等といった可燃物に応じて設定される。一方、αｍは、火災空間の内装材料の燃焼による火災成長率[kW/s2]であり、火災空間の壁および天井を構成する仕上げ材の不燃性を勘案して設定される。これら火災空間に係る諸条件と、火災成長率αｆ、αｍの具体的数値との関係は、平成１２年建告第１４４１号に対照して記載されており、これを参照して設定することができる。
居室等の火災空間の避難安全性能評価を行う場合、下式２に示すような時間ｔ[s]の２乗に比例して大きくなる火源Ｑｆ（発熱速度）[kW]を想定するのが一般的である。
ここで、上式２における比例定数α[kW/ s2]が、火災成長率αである。この火災成長率αは、例えば、想定される可燃物の燃焼実験の結果から算出されるか、又は、避難安全検証法（平成１２年建告第１４４１号）に基づき下式３により算出される。
なお、αｆは、火災空間内の収納可燃物の燃焼による火災成長率[kW/s2]であり、火災空間内の家具等といった可燃物に応じて設定される。一方、αｍは、火災空間の内装材料の燃焼による火災成長率[kW/s2]であり、火災空間の壁および天井を構成する仕上げ材の不燃性を勘案して設定される。これら火災空間に係る諸条件と、火災成長率αｆ、αｍの具体的数値との関係は、平成１２年建告第１４４１号に対照して記載されており、これを参照して設定することができる。
（２）煙発生係数Ｃm
煙発生係数Ｃmは、火災から発生した燃焼ガスや煤等を含んだ熱気流が上昇する際に、周囲の空気を巻き込んで膨張する際の係数である。そして、その値としては、例えば、非特許文献３の「改訂版建築火災安全工学入門」に常数として示されているように、0.08や0.076[kg/kJ1/3/m5/3/s2/3]が使用される。なお、安全性をより高めたい場合は前述の数値より大きい数値を使用しても良い。
煙発生係数Ｃmは、火災から発生した燃焼ガスや煤等を含んだ熱気流が上昇する際に、周囲の空気を巻き込んで膨張する際の係数である。そして、その値としては、例えば、非特許文献３の「改訂版建築火災安全工学入門」に常数として示されているように、0.08や0.076[kg/kJ1/3/m5/3/s2/3]が使用される。なお、安全性をより高めたい場合は前述の数値より大きい数値を使用しても良い。
（３）排煙開始時間tsm
排煙開始時間tsmは、火災発生から排煙設備が排煙開始するまでに要する時間[s]である。よって、排煙開始時間tsm は、例えば、火災発生から火災感知器が火災を検知するまでに要する時間ｔdetect[s]以上の値、もしくは在室者の避難開始時間ｔstart[s]以上の値に設定される。
排煙開始時間tsmは、火災発生から排煙設備が排煙開始するまでに要する時間[s]である。よって、排煙開始時間tsm は、例えば、火災発生から火災感知器が火災を検知するまでに要する時間ｔdetect[s]以上の値、もしくは在室者の避難開始時間ｔstart[s]以上の値に設定される。
（４）排煙係数Ｃsm
排煙係数Ｃsm[kg/kJ1/3/m5/3/s2/3]は、排煙開始時点（排煙開始時間tsm）における排煙量ｍe(sm)[kg/s]と、同排煙開始時点における火源発熱速度Ｑf(sm)[kW]と、同排煙開始時点における煙層下端高さＺ(sm)[m]とに基づいて、下式４により算出される。
排煙係数Ｃsm[kg/kJ1/3/m5/3/s2/3]は、排煙開始時点（排煙開始時間tsm）における排煙量ｍe(sm)[kg/s]と、同排煙開始時点における火源発熱速度Ｑf(sm)[kW]と、同排煙開始時点における煙層下端高さＺ(sm)[m]とに基づいて、下式４により算出される。
ここで、上式４のように、各パラメータｍe、Ｑf、Ｚの排煙開始時点における値ｍe(sm)、Ｑf(sm)、Ｚ(sm)を用いて排煙計数Ｃsmを算出しているのは、次の理由による。
一般に火源発熱速度Ｑf[kW]や煙層下端高さＺ[m]は時々刻々と変化するため、排煙係数Ｃsm[kg/kJ1/3/m5/3/s2/3]も変化する。しかし、排煙量が法定風量より過剰に大きい場合を除けば、排煙係数Ｃsmは時間の経過とともに徐々に大きくなると考えられるので、排煙開始時点（排煙開始時間tsm）の排煙量ｍe(sm)[kg/s]、同排煙開始時点の火源発熱速度Ｑf(sm)[kW]、同排煙開始時点の煙層下端高さＺ(sm)[m]を用いて計算すれば安全側の想定となる。このため、排煙開始時点における各値ｍe(sm)、Ｑf(sm)、Ｚ(sm)を用いて排煙係数Ｃsmを算出している。なお、排煙開始時点の煙層下端高さＺ(sm)の代わりに火災空間の天井高さＨfを用いて計算すればさらに安全側の想定となる。
一般に火源発熱速度Ｑf[kW]や煙層下端高さＺ[m]は時々刻々と変化するため、排煙係数Ｃsm[kg/kJ1/3/m5/3/s2/3]も変化する。しかし、排煙量が法定風量より過剰に大きい場合を除けば、排煙係数Ｃsmは時間の経過とともに徐々に大きくなると考えられるので、排煙開始時点（排煙開始時間tsm）の排煙量ｍe(sm)[kg/s]、同排煙開始時点の火源発熱速度Ｑf(sm)[kW]、同排煙開始時点の煙層下端高さＺ(sm)[m]を用いて計算すれば安全側の想定となる。このため、排煙開始時点における各値ｍe(sm)、Ｑf(sm)、Ｚ(sm)を用いて排煙係数Ｃsmを算出している。なお、排煙開始時点の煙層下端高さＺ(sm)の代わりに火災空間の天井高さＨfを用いて計算すればさらに安全側の想定となる。
なお、上式４中の排煙開始時点の排煙量ｍe(sm) [kg/s]は、例えば、平成１２年建告第１４４１号の避難安全検証法に規定される排煙風量Ｅ[m3/分]を用いて下式５により算出できる。ここで、ρsは煙層密度[kg/m3]であるが、排煙開始時点は火災の初期段階であることを勘案して1.0 kg/m3と設定しておけば支障ない。
また、上式４中の排煙開始時点の火源発熱速度Ｑf(sm)[kW]は、下式６により算出される。
更には、上式４中の排煙開始時点の煙層下端高さＺ(sm) [m]は、下式７により算出される。
また、上式４中の排煙開始時点の火源発熱速度Ｑf(sm)[kW]は、下式６により算出される。
更には、上式４中の排煙開始時点の煙層下端高さＺ(sm) [m]は、下式７により算出される。
ここで、Ａｆは火災空間の床面積[ｍ２]、Ｈｆは火災空間の天井高さ[m]、Ｃｍは煙発生係数[kg/kJ1/3/m5/3/s2/3]（=0.08又は0.076[kg/kJ1/3/m5/3/s2/3]）、αは火災成長率[kW/s2]、ρｓは煙層密度[kg/m3]である。排煙開始時点は火災の初期段階であることを勘案して、ρｓには1.0 kg/m3を設定しておけば支障ない。
ちなみに、上式７は、次のような考え方に基づいて導出される。火災発生からの経過時間ｔが排煙開始時間ｔsm以下の場合や排煙設備が設置されていない場合は、排煙効果を期待できないので、排煙係数Ｃsmは零となる。よって、その場合の煙層下端高さＺの簡易予測式は、上記の式１における排煙係数Ｃsmに零を入力したものとなり、つまり下式８のように表される。そして、同式８の経過時間ｔに、排煙開始時点の時間たる排煙開始時間ｔsmを代入すれば上式７が得られる。
（５）煙層の密度ρs
煙層の密度ρsは、例えば1.0[kg/m3]としておけば概ね安全側の計算結果が得られるので、1.0[kg/m3]として計算しても良い。但し、排煙設備が作動して以降は、煙層の密度ρsが1.0未満となる可能性があるので、望ましくは、煙層温度Ｔs[K]を用いて下式９により算出すると、より精度の高い予測が可能となる。
なお、式９の「min（ ， ）」という演算記号の意味は、算出された３５３／Ｔｓの値と1.0とを比較し、小さい方の値を煙層の密度ρsにするという意味である。また、前者の「３５３／Ｔｓ」は、ρｓ×Ｔｓ＝３５３（一定）という物理原則に則っている。
煙層の密度ρsは、例えば1.0[kg/m3]としておけば概ね安全側の計算結果が得られるので、1.0[kg/m3]として計算しても良い。但し、排煙設備が作動して以降は、煙層の密度ρsが1.0未満となる可能性があるので、望ましくは、煙層温度Ｔs[K]を用いて下式９により算出すると、より精度の高い予測が可能となる。
なお、式９の「min（ ， ）」という演算記号の意味は、算出された３５３／Ｔｓの値と1.0とを比較し、小さい方の値を煙層の密度ρsにするという意味である。また、前者の「３５３／Ｔｓ」は、ρｓ×Ｔｓ＝３５３（一定）という物理原則に則っている。
ここで、式９中の煙層温度Ｔｓ[Ｋ]の求め方の一例を説明する。
ある時間に火源より発生した熱量Ｑｆが、火源上の上昇気流に連行される空気量ｍp [kg/s]（初期温度Ｔ∞）を煙層温度Ｔｓまで暖めるために使われる熱量および周壁への熱伝達により失われる熱量に分配されると仮定する、すなわち、下式１０のエネルギー保存式が成り立つと仮定すると、煙層温度Ｔｓ[K]は下式１１のように変形される。
ある時間に火源より発生した熱量Ｑｆが、火源上の上昇気流に連行される空気量ｍp [kg/s]（初期温度Ｔ∞）を煙層温度Ｔｓまで暖めるために使われる熱量および周壁への熱伝達により失われる熱量に分配されると仮定する、すなわち、下式１０のエネルギー保存式が成り立つと仮定すると、煙層温度Ｔｓ[K]は下式１１のように変形される。
ここで、Ｑｆは経過時間tにおける火源発熱速度[kW]、ｃｐは定圧比熱[kJ/kgK]、ｍpは経過時間tの時点における煙発生量[kg/s]、Ａｗは煙層が接する部分の天井および周壁面積[m2]、ｈｋは経過時間tの時点の実効熱伝達率[kW/m2K]、Ｔ∞は周囲空気温度[K]である。
上式１１中の煙発生量ｍp[kg/s]は、避難安全上支障のある煙層下端高さ（限界煙層高さＨlim）における煙発生量と仮定し、下式１２により求めれば安全側の計算となる。また、上式１１中の限界煙層高さＨlimは1.8[ｍ]とするのが一般的である。ここで、前述したように、Ｃｍは煙発生係数（=0.08又は0.076）[kg/kJ1/3m5/3s2/3]であり、Ｑｆは経過時間tの時点の火源発熱速度[kW]である。なお、火源発熱速度Ｑｆ[kW]は、前述の式２により計算される。
また、上式１１中の熱伝達率ｈｋ[kW/m2K] は、非特許文献３の「改訂版建築火災安全工学入門、p199」によれば、実効値として下式１３により算定できる。ここで、λｃは天井（壁）材の熱伝導率[kW/mK]、ρｃは天井（壁）材の密度[kg/m3]、ｃｃは天井（壁）材の比熱[kJ/kgK]、ｔは経過時間[s]である。なお、火災の初期段階において式１３は非常に大きな値をとることがあるため、上限値として0.015〜0.023[kW/mK]の任意値を設定するのが好ましい。
以上、第１実施形態に係る煙層下端高さの算定方法について説明してきたが、ここで、この算定方法の作用効果について説明する。
先ず、この算定方法では、前述の式１におけるＡf、Ｈf、α、ρs、Ｃm、Ｃsm、ｔ、及び、tsmという入力パラメータに対して、該当する具体的数値を代入しさえすれば、煙層下端高さＺを即座に算定することができる。よって、特に専門職でなくても簡単に煙層下端高さＺを求めることが可能である。また、同式１は、排煙係数Ｃsmや排煙開始時間tsmといった排煙に係る入力パラメータを有しているので、排煙設備の排煙効果も考慮して煙層下端高さを高い予測精度で算定可能となる。
先ず、この算定方法では、前述の式１におけるＡf、Ｈf、α、ρs、Ｃm、Ｃsm、ｔ、及び、tsmという入力パラメータに対して、該当する具体的数値を代入しさえすれば、煙層下端高さＺを即座に算定することができる。よって、特に専門職でなくても簡単に煙層下端高さＺを求めることが可能である。また、同式１は、排煙係数Ｃsmや排煙開始時間tsmといった排煙に係る入力パラメータを有しているので、排煙設備の排煙効果も考慮して煙層下端高さを高い予測精度で算定可能となる。
図２は、式１が奏し得る予測精度向上効果を検証するためのグラフである。縦軸には、算定結果である煙層下端高さＺ[ｍ]をとっており、また横軸には、火災発生からの経過時間ｔ[ｓ]をとっている。なお、同グラフには、比較のため、式１による算定結果以外に上述の避難安全検証法による算定結果とコンピュータモデルによる算定結果もプロットしている。ここで、コンピュータモデルによる算定結果は、文献（久次米真美子, 田中哮義：必要排煙量に基づいた居室避難安全評価手法, 日本建築学会環境系論文集 第586号, p1-8, 2004）に示された詳細計算の結果であり、つまり、排煙設備による排煙効果を加味して厳密に計算した謂わば厳密解（最も正確な計算結果）と言えるものである。
また、何れのグラフも算定の前提条件として、火災成長率α＝0.0125kW/s2、床面積Ａf＝1000ｍ２、天井高さＨｆ＝2.8m、機械排煙設備（排煙風量Ｗ＝500m3/分）を用いているが、コンピュータモデルおよび式１に関しては、更に、排煙開始時間ｔsmを215[ｓ]に設定している。
図２を参照すると、避難安全検証法では、経過時間ｔの全範囲に亘って、厳密解たるコンピュータモデルの算定結果と大きく乖離しているが、これに対して、第１実施形態に係る式１によれば、コンピュータモデルの厳密解とほぼ同じ算定結果が得られており、予測精度が飛躍的に向上しているのがわかる。また、避難安全検証法では、煙層下端高さＺが1.9[ｍ]辺りからコンピュータモデルよりも高値に予測されており、つまり、危険側に予測されているが、本第１実施形態に係る式１によれば、煙層下端高さＺは、2.4[ｍ]から少なくとも1.8[ｍ]までにかけては安全側に予測されている。よって、このことから、同式１を安心して建築物の火災時の避難安全性能の評価に使用可能と考えられる。
ところで、上述の式１による煙層下端高さＺの算定方法は、パーソナルコンピュータに代表される一般的なデータ処理装置（算定システムに相当）を用いて容易に実行することができる。例えば、前記データ処理装置としては、中央処理装置（ＣＰＵ：数値演算処理部に相当）、ハードディスク装置等のデータ記録装置、モニタ等の出力装置、キーボード等の入力装置、およびＣＤ−ＲＯＭドライブ装置等のデータ読み取り装置を備えた通常構成のパーソナルコンピュータを用いることができる。
そして、そのデータ記録装置には、予め、前述の式１を計算するための演算プログラムが格納されているとともに、前記ＣＰＵは当該演算プログラムを読み込んで実行する。つまり、前記入力装置によって入力された具体的数値を、式１中のＡf、Ｈf、α、ρs、Ｃm、Ｃsm、ｔ、及び、tsmという入力パラメータに代入して煙層下端高さＺを計算し、そして、この計算結果たる煙層下端高さＺをモニタ表示する。
ここで、上記の演算プログラムとしては、米マイクロソフト社「Microsoft Excel」（商標）等の汎用の表計算ソフト等を用いることができる。例えば、前記「Microsoft Excel」を起動すれば、モニタには、縦横に配された多数のセルからなるワークシートが表示され、設計者は、前記式１を所定のセル（参照元のセル）に入力する。この時、式１を構成する入力パラメータは、前記所定のセル（参照元のセル）内で計算可能にすべく、入力パラメータの具体的数値を入力するための参照先のセルに関連付けられている。よって、参照先のセルに具体的数値が入力されれば、この具体的数値に基づいて前記式１が自動計算されて、計算結果たる煙層下端高さＺが各参照元のセルに書き込まれ、モニター表示されるようになっている。
尚、このような演算プログラムは、予めデータ記録装置に記録しておいても良いし、またはＣＤ−ＲＯＭ等のデータ記録媒体に記録された演算プログラムを、前記データ読み取り装置によって読み取るようにしても良い。更には、前記パーソナルコンピュータをインターネット等の電気通信回線に接続して、この回線に接続されたサーバーコンピュータからダウンロードするようにしても良い。
＝＝＝第１実施形態の算定方法を用いた建築物の火災時の避難安全性能の評価方法＝＝＝
図３は、上述の式１を用いて火災時の避難安全性能を評価する方法のフローチャートである。なお、この評価は、建築物の設計段階、または既存建築物のプラン変更もしくは用途変更段階等において適宜行われる。
図３は、上述の式１を用いて火災時の避難安全性能を評価する方法のフローチャートである。なお、この評価は、建築物の設計段階、または既存建築物のプラン変更もしくは用途変更段階等において適宜行われる。
この評価方法では、火災の発生した居室から在室者が避難完了するまでの間に、火災により発生した煙が避難安全上支障のある高さ（限界煙層高さＨlim[m]）まで降下するか否かによって安全性を判定する。ここで、煙層下端高さＺは時間ｔの経過とともに徐々に降下するのが一般的である。よって、図４に示すように、避難完了時点（避難完了時間tescape[s]）の煙層下端高さＺescapeと限界煙層高さＨlimの大小関係のみを比較すれば安全性を評価できる。なお、限界煙層高さＨlimには、通常1.8[m]が使用される。また、避難完了時間tescape[s]の算定方法については後述する。
以下、この避難安全性能の評価方法の具体的手順について図３を参照しつつ説明する。
先ず、ステップＳ１０１では、建築物の設計図等から算定条件を取得する。すなわち、居室（火災空間）の床面積Ａｆ、天井高さＨｆ、火災成長率α、煙発生係数Ｃｍ、排煙条件（排煙方式、排煙口寸法等）などを取得する。なお、煙発生係数Ｃｍについては、予め、既定の常数として0.08又は0.076[kg/kJ1/3/m5/3/s2/3]を式１中に登録しておいても良い。
先ず、ステップＳ１０１では、建築物の設計図等から算定条件を取得する。すなわち、居室（火災空間）の床面積Ａｆ、天井高さＨｆ、火災成長率α、煙発生係数Ｃｍ、排煙条件（排煙方式、排煙口寸法等）などを取得する。なお、煙発生係数Ｃｍについては、予め、既定の常数として0.08又は0.076[kg/kJ1/3/m5/3/s2/3]を式１中に登録しておいても良い。
次にステップＳ１０２では、排煙開始時間ｔsmを算定する。この排煙開始時間ｔsmとしては、上述したように、火災感知器が火災を検知した時間ｔdetect[s]や在室者の避難開始時間ｔstart[s]等に基づいて、これらの値と同値またはこれらの値よりも大きな値が設定される。
次にステップＳ１０３では、前述の式４〜式７に基づいて排煙係数Ｃsmを算定する。なお、この算定に必要な床面積Ａｆ、天井高さＨｆ、火災成長率α、排煙風量Ｅ、排煙開始時間ｔsmなどは、上記ステップＳ１０１で入力された各値や、上記ステップＳ１０２で算定された排煙開始時間ｔsmが使用される。
次にステップＳ１０４では、避難完了時間ｔescapeを算定する。この避難完了時間ｔescapeは、火災発生から在室者が避難完了するまでに要する時間[s]であり、例えば、平成１２年建告第１４４１号の避難安全検証法に規定される方法を用いて、避難開始時間ｔstart[s]と歩行時間ｔtravel[s]と扉通過時間ｔqueue[s]の総和として計算される。
次にステップＳ１０５では、前述の式９〜式１３に基づいて、避難完了時点（避難完了時間ｔescape）の煙層の密度ρsを算定する。なお、この算定の際には、式９〜式１３に係る経過時間ｔには、上記の避難完了時間ｔescapeが代入される。
次にステップＳ１０６では、避難完了時点の煙層下端高さＺescapeを算定する。この算定は、前述の式１の各パラメータα、Ａｆ、Ｈｆ、Ｃｍ、ｔｓｍ、Ｃｓｍ、ρｓに、上述のステップＳ１０１〜Ｓ１０５で得られた数値を代入するとともに、同式１の経過時間ｔに避難完了時間ｔescapeを代入することによりなされる。
そうしたら、最後のステップＳ１０７では、算定された煙層下端高さＺescapeを、既定の前記限界煙層高さＨlimと比較し、前記Ｚescapeが限界煙層高さＨlim以上の場合には、建築物は安全であると判定して、避難安全性能の評価を終了する。他方、前記Ｚescapeが限界煙層高さＨlim未満の場合には、建築物は危険であると判定して、建築物を設計変更した後、ステップＳ１０１へ戻り、その変更図面に基づく新たな算定条件の下で、上述のステップＳ１０２〜ステップＳ１０７を繰り返す。
＝＝＝第１実施形態の算定方法に係る式１の導出法について＝＝＝
ここで上述の式１の導出法について説明する。先ず、図１に示すような、天井高さが一定で、垂れ壁等の煙の流動の妨げとなるもののない室（平面形状は問わない）において、室内が煙層と空気層とに二層化した状態について考えると、排煙設備作動時の煙層の質量保存式は、煙層体積をＶ[m3]、煙等発生量をｍｐ[kg/s]、有効排煙量をｍｅ[kg/s]とすると、次のように表せる。
ここで、煙層密度ρｓ[kg/m3]は煙層の温度によって変化するが、以下ではρｓを一定と見なして式１４を展開する。
ここで上述の式１の導出法について説明する。先ず、図１に示すような、天井高さが一定で、垂れ壁等の煙の流動の妨げとなるもののない室（平面形状は問わない）において、室内が煙層と空気層とに二層化した状態について考えると、排煙設備作動時の煙層の質量保存式は、煙層体積をＶ[m3]、煙等発生量をｍｐ[kg/s]、有効排煙量をｍｅ[kg/s]とすると、次のように表せる。
ここで、煙層密度ρｓ[kg/m3]は煙層の温度によって変化するが、以下ではρｓを一定と見なして式１４を展開する。
煙層体積Ｖは、火災室床面積Ａｆ[m3]、天井高さＨｆ[m]、煙層下端高さＺ[m]を用いて、下式１５のように表せる。
従って、式１４は、下式１６のように変形できる。
従って、式１４は、下式１６のように変形できる。
ここで、非特許文献３の「改訂版建築火災安全工学入門」に記載されているように、煙層に貫入する煙発生量ｍｐ[kg/s]が下式１７により与えられる場合には、下式１７を上式１６に代入することにより下式１８を得る。
なお、Ｃｍ[kg/kJ1/3/m5/3/s2/3]は、上述した煙発生係数である。
なお、Ｃｍ[kg/kJ1/3/m5/3/s2/3]は、上述した煙発生係数である。
上式１８を解析的に解くことは出来ないが、排煙設備作動後は煙発生係数Ｃｍが見かけ上小さくなると考えると式１８は、下式１９のように表すことができる。
ここでＣsm [kg/kJ1/3/m5/3/s2/3]は、下式２０により定義される、排煙の効果により煙等発生量が見かけ上減少する分の排煙係数である。
従って、上式１９を変形することにより、下式２１を得る。
ここでＣsm [kg/kJ1/3/m5/3/s2/3]は、下式２０により定義される、排煙の効果により煙等発生量が見かけ上減少する分の排煙係数である。
従って、上式１９を変形することにより、下式２１を得る。
ところで、排煙係数Ｃsmは、排煙量ｍe、発熱速度Ｑｆおよび煙層下端高さＺの変動に伴い時々刻々と変化するが、ここでは、排煙係数Ｃsmは、排煙設備の起動時たる排煙開始時点（排煙開始時間ｔsm）における排煙量ｍe、発熱速度Ｑｆ、および煙層下端高さＺを用いて安全側に与えられるものと仮定して以降の議論を行う。
また、ここでは、火災に係る火源を、時間ｔの二乗に比例して成長する火源と考え、これによれば、発熱速度Ｑｆは下式２２により与えられると仮定して以降の議論を行う。
なお、α[kW/s2]は、前述した火災成長率（火災の拡大速度を表す係数）である。
なお、α[kW/s2]は、前述した火災成長率（火災の拡大速度を表す係数）である。
排煙設備の起動以前はＣsm＝０であるので、上式２２を上式２１に代入し積分すると、下式２３が得られる。
そして、火災発生時点では(ｔ0,Ｚ0)=(０,Ｈｆ)であるので、上式２３は下式２４のように書ける。
さらに、上式２４を変形すると、排煙設備の起動以前における煙層下端高さの簡易予測式は、下式２５のように書ける。
従って、排煙設備の起動時点たる排煙開始時点ｔ＝ｔsmにおける煙層下端高さＺ(sm)は、下式２６のように書ける。
そして、火災発生時点では(ｔ0,Ｚ0)=(０,Ｈｆ)であるので、上式２３は下式２４のように書ける。
さらに、上式２４を変形すると、排煙設備の起動以前における煙層下端高さの簡易予測式は、下式２５のように書ける。
従って、排煙設備の起動時点たる排煙開始時点ｔ＝ｔsmにおける煙層下端高さＺ(sm)は、下式２６のように書ける。
同様に、排煙設備の起動以降たる排煙開始時点以降（ｔ≧ｔsm）において上式２１に上式２２を代入し積分すると、下式２７となる。更に、下式２７において(ｔ0, Ｚ0)=(ｔsm,Ｚ(sm))であるので、下式２８を得る。
従って、排煙設備起動後の時間ｔにおける煙層下端高さＺは、上式２８を変形して、下式２９のように書ける。
また、上式２９は、上式２６を代入することにより、下式３０のように変形できる。
従って、排煙設備起動後の時間ｔにおける煙層下端高さＺは、上式２８を変形して、下式２９のように書ける。
また、上式２９は、上式２６を代入することにより、下式３０のように変形できる。
以上より、任意の時間ｔにおける煙層下端高さＺは、下式３１のように表せる。
この式３１の第二式が、排煙設備作動以降の煙層下端高さＺを与える簡易予測式、つまり、上述した式１である。
この式３１の第二式が、排煙設備作動以降の煙層下端高さＺを与える簡易予測式、つまり、上述した式１である。
また、上式３１を変形することで、煙層下端高さがＺとなる時間ｔを求める式は、下式３２のように書ける。
ここでＺ(sm)は、下式３３（式２６と同じ）により表される、排煙開始時点（排煙開始時間ｔsm）における煙層下端高さである。
ここでＺ(sm)は、下式３３（式２６と同じ）により表される、排煙開始時点（排煙開始時間ｔsm）における煙層下端高さである。
＝＝＝第２実施形態＝＝＝
第２実施形態の算定方法は、火災により生じる煙層下端高さが所定高さＺ[m]に達するまでの経過時間ｔ[s]の算定方法であり、具体的には、下式３４のように表される。
第２実施形態の算定方法は、火災により生じる煙層下端高さが所定高さＺ[m]に達するまでの経過時間ｔ[s]の算定方法であり、具体的には、下式３４のように表される。
なお、当該式３４は、第１実施形態に係る式１を経過時間ｔについて解いたものであり、つまり、上述の式３２の第二式と同じものである。
そして、上式３４が有する入力パラメータＡf、Ｈf、α、ρs、Ｃm、Ｃsm、Ｚ、tsmに、該当する具体的数値を代入しさえすれば、火災発生時点から煙層下端高さが所定高さＺに到達するまでの経過時間ｔ[s]を容易に求めることができる。
ちなみに、上述の式３４による経過時間ｔの算定方法は、第１実施形態の算定方法で説明したのと同構成のデータ処理装置を用いて実行できるのは言うまでもない。
そして、上式３４が有する入力パラメータＡf、Ｈf、α、ρs、Ｃm、Ｃsm、Ｚ、tsmに、該当する具体的数値を代入しさえすれば、火災発生時点から煙層下端高さが所定高さＺに到達するまでの経過時間ｔ[s]を容易に求めることができる。
ちなみに、上述の式３４による経過時間ｔの算定方法は、第１実施形態の算定方法で説明したのと同構成のデータ処理装置を用いて実行できるのは言うまでもない。
＝＝＝第２実施形態の算定方法を用いた建築物の火災時の避難安全性能の評価方法＝＝＝
図５は、上述の式３４を用いて火災時の避難安全性能を評価する方法のフローチャートである。なお、この評価も、建築物の設計段階、または既存建築物のプラン変更もしくは用途変更段階等において適宜行われる。
この評価方法では、火災により発生した煙が避難安全上支障のある高さ（限界煙層高さＨlim[m]）まで降下する時間ｔlimと、避難に要する時間である避難完了時間ｔescapeとを比較することにより安全性を判定する。
以下、この避難安全性能の評価方法の具体的手順について図５を参照しつつ説明する。
図５は、上述の式３４を用いて火災時の避難安全性能を評価する方法のフローチャートである。なお、この評価も、建築物の設計段階、または既存建築物のプラン変更もしくは用途変更段階等において適宜行われる。
この評価方法では、火災により発生した煙が避難安全上支障のある高さ（限界煙層高さＨlim[m]）まで降下する時間ｔlimと、避難に要する時間である避難完了時間ｔescapeとを比較することにより安全性を判定する。
以下、この避難安全性能の評価方法の具体的手順について図５を参照しつつ説明する。
先ず、ステップＳ２０１では、建築物の設計図等から算定条件を取得する。すなわち、居室（火災空間）の床面積Ａｆ、天井高さＨｆ、火災成長率α、煙発生係数Ｃｍ、排煙条件（排煙方式、排煙口寸法等）などを取得する。なお、煙発生係数Ｃｍについては、予め、既定の常数として0.08又は0.076[kg/kJ1/3/m5/3/s2/3]を式３４中に登録しておいても良い。
次にステップＳ２０２では、限界煙層高さＨlim（避難安全上支障のある高さ）を設定する。この高さＨlimは、例えば1.8[m]を基本とするが、安全性を高める必要がある場合にはそれに応じて適宜1.9[m]や2.0[m]などと大きな値としても良い。
次にステップＳ２０３では、煙層密度ρsを設定する。この煙層密度ρsは、居室の大きさや可燃物量などに応じて、1.0[kg/m3]、0.7[kg/m3]、0.4[kg/m3]に設定する。なお、これらの数値1.0[kg/m3]、0.7[kg/m3]、及び0.4[kg/m3]は、それぞれ、非特許文献３の改訂版建築火災安全工学入門、非特許文献２の平成１２年建告第１４４１号、及び前述の文献（久次米真美子, 田中哮義：必要排煙量に基づいた居室避難安全評価手法, 日本建築学会環境系論文集 第586号, p1-8, 2004）に記載もしくは前提として使用されている。
次にステップＳ２０４では、排煙開始時間ｔsmを算定する。なお、この算定方法は、上述した第１実施形態に係る評価方法のステップＳ１０２と同じである。
次にステップＳ２０５では、排煙開始時点（排煙開始時間ｔsm）における煙層下端高さＺ(sm)を算定する。この算定は、前述の式３２の第一式又は式８の各パラメータα、Ａｆ、Ｈｆ、Ｃｍ、ｔｓｍ、ρｓに、上述のステップＳ２０１〜Ｓ２０４で得られた数値を代入するとともに、同式３２又は式８の経過時間ｔに排煙開始時間ｔsmを代入することによりなされる。
次にステップＳ２０６では、算定された排煙開始時点における煙層下端高さＺ(sm)を、ステップＳ２０２で設定された限界煙層高さＨlimと比較し、前記Ｚ(sm)が限界煙層高さＨlim以上の場合には、「当該建築物は問題無し」と一次判定して、次のステップＳ２０７へ移行する。他方、前記Ｚ(sm)が限界煙層高さＨlim未満の場合には、排煙設備の作動前に煙層高さが避難上支障のある高さに達してしまうこととなるので、「当該建築物は問題有り」と判定して建築物を設計変更した後、ステップＳ２０１へと戻る。そして、その変更図面に基づく新たな算定条件の下で、上述のステップＳ２０２〜ステップＳ２０６を繰り返す。
そして、ステップＳ２０６にて「問題無し」と一次判定されてステップＳ２０７へ移行したら、ステップＳ２０７では、排煙係数Ｃsmを算定する。この算定方法は、上述した第１実施形態に係る評価方法のステップＳ１０３と同じである。
次にステップＳ２０８では、煙層下端高さが前記限界煙層高さＨlimに達するまでの限界時間ｔlimを算定する。この算定は、前述の式３４の各パラメータα、Ａｆ、Ｈｆ、Ｃｍ、ｔｓｍ、Ｃｓｍ、ρｓに、上述のステップＳ２０１〜Ｓ２０７で得られた数値を代入するとともに、同式３４の煙層下端高さＺに限界煙層高さＨlimを代入することによりなされる。
次にステップＳ２０９では、避難完了時間ｔescapeを算定する。この避難完了時間ｔescapeは、火災発生から在室者が避難完了するまでに要する時間[s]であり、その算定方法は、上述した第１実施形態に係る評価方法のステップＳ１０６と同じである。
そうしたら、最後のステップＳ２１０では、ステップＳ２０８で算定された前記限界時間ｔlimを、ステップＳ２０９で算定された前記避難完了時間ｔescapeと比較し、前記ｔlimが避難完了時間ｔescape以上の場合には、建築物は安全であると判定して、避難安全性能の評価を終了する。他方、前記ｔlimが避難完了時間ｔescape未満の場合には、建築物は危険であると判定して、建築物を設計変更した後、ステップＳ２０１へ戻り、その変更図面に基づく新たな算定条件の下で、上述のステップＳ２０２〜ステップＳ２１０を繰り返す。
＝＝＝その他の実施の形態＝＝＝
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、かかる実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で以下に示すような変形が可能である。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、かかる実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で以下に示すような変形が可能である。
上述の実施形態では、建築物の火災時の避難安全性能の評価方法を行う主体について特に触れていないが、第１実施形態の算定方法で説明したのと同構成のデータ処理装置が、図３又は図５のフローを実行するようにしても良い。ここで、データ処理装置のデータ記録装置には、予め、上記の図３又は図５のフローを実行するための演算プログラムが格納されているとともに、中央処理装置（ＣＰＵ）は当該演算プログラムを読み込んで実行するのは言うまでもない。
１０ 排煙口（排煙設備）
Claims (11)
- 排煙設備が設置された建築物の居室内で火災が生じた場合において、該火災の煙により形成される煙層の下端高さＺ[m]を算定する方法であって、
前記居室の床面積Ａf[m2]、前記居室の天井高さＨf[m]、前記火災の火災成長率α[kW/ s2]、前記煙層の密度ρs[kg/m3]、前記火災による煙の発生に係る煙発生係数Ｃm[kg/kJ1/3/m5/3/s2/3]、前記排煙設備による前記居室からの煙の排出に係る排煙係数Ｃsm[kg/kJ1/3/m5/3/s2/3]、火災発生からの経過時間ｔ[s]、及び、火災発生から排煙開始までに要する排煙開始時間tsm[s]を用いて、下式により前記煙層の下端高さＺ [m]を算定することを特徴とする煙層の下端高さの算定方法。
- 請求項１に記載の煙層の下端高さの算定方法であって、
前記排煙開始時間ｔsm[s]は、
前記火災発生から前記居室の火災感知器が火災を検知するまでに要する時間ｔdetect[s]、又は、前記火災発生から前記居室内の在室者が避難を開始するまでに要する時間ｔstart[s]以上の値とすることを特徴とする煙層の下端高さの算定方法。 - 請求項１又は２に記載の煙層の下端高さの算定方法であって、
前記排煙係数Ｃsm[kg/kJ1/3/m5/3/s2/3]は、
排煙開始時点における単位時間当たりの排煙量ｍe(sm)[kg/s]、排煙開始時点における火源の発熱速度Ｑf(sm)[kW]、及び、排煙開始時点における煙層の下端高さＺ(sm)[m]を用いて、下式により算出されることを特徴とする煙層の下端高さの算定方法。
- 請求項３に記載の煙層の下端高さの算定方法であって、
前記排煙開始時点における煙層の下端高さＺ(sm)[m]は、
前記居室の床面積Ａf[m2]、前記居室の天井高さＨf[m]、前記火災の火災成長率α[kW/ s2]、前記煙発生係数Ｃm[kg/kJ1/3/m5/3/s2/3]、前記煙層の密度ρs[kg/m3]、及び、前記排煙開始時間ｔsm[s]を用いて、下式により算定されることを特徴とする煙層の下端高さの算定方法。
- 請求項１乃至４の何れかに記載の煙層の下端高さの算定方法であって、
前記煙層の密度ρs[kg/m3]は、前記経過時間ｔ[s]における前記煙層の温度Ｔs[K]を用いて、下式により算定されることを特徴とする煙層の下端高さの算定方法。
- 請求項１乃至５の何れかに記載の煙層の下端高さの算定方法に基づいて、建築物の火災時の避難安全性能を評価する方法であって、
前記火災発生から前記居室内の在室者が避難を完了するまでの時間をｔescapeとした場合に、前記経過時間ｔに前記時間ｔescapeを代入することにより、避難完了時点の煙層の下端高さＺescapeを算定するステップと、
算定された前記煙層の下端高さＺescapeと、避難安全上の限界煙層高さＨlimとを比較するステップと、を備えていることを特徴とする建築物の火災時の避難安全性能の評価方法。 - 排煙設備が設置された建築物の居室内で火災が発生してから、該火災の煙により生じる煙層の下端高さが所定高さＺ[m]に達するまでの経過時間ｔ[s]の算定方法であって、
前記居室の床面積Ａf[m2]、前記居室の天井高さＨf[m]、前記火災の火災成長率α[kW/ s2]、前記煙層の密度ρs[kg/m3]、前記火災による煙の発生に係る煙発生係数Ｃm[kg/kJ1/3/m5/3/s2/3]、前記排煙設備による前記居室からの煙の排出に係る排煙係数Ｃsm[kg/kJ1/3/m5/3/s2/3]、及び、火災発生から排煙開始までに要する排煙開始時間tsm[s]を用いて、下式により前記経過時間ｔ[s]を算定することを特徴とする火災発生から煙層の下端高さが所定高さに達するまでの経過時間の算定方法。
- 請求項１乃至５の何れか１項に記載の算定方法を、コンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
- 排煙設備が設置された建築物の居室内で火災が生じた場合において、該火災の煙により形成される煙層の下端高さＺ[m]を算定する算定システムであって、
数値演算を行う数値演算処理部を有し、
前記数値演算処理部は、
下式における入力パラメータとしての前記居室の床面積Ａf[m2]、前記居室の天井高さＨf[m]、前記火災の火災成長率α[kW/ s2]、前記煙層の密度ρs[kg/m3]、前記火災による煙の発生に係る煙発生係数Ｃm[kg/kJ1/3/m5/3/s2/3]、前記排煙設備による前記居室からの煙の排出に係る排煙係数Ｃsm[kg/kJ1/3/m5/3/s2/3]、火災発生からの経過時間ｔ[s]、及び、火災発生から煙の排出開始までの排煙開始時間tsm[s]に、それぞれ、対応する数値を代入することにより、前記煙層の下端高さＺ [m]を算定することを特徴とする煙層の下端高さの算定システム。
- 請求項６に記載の評価方法を、コンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
- 請求項７に記載の算定方法を、コンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
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