JPH0692964B2 - 煙挙動解析装置 - Google Patents
煙挙動解析装置Info
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- JPH0692964B2 JPH0692964B2 JP5939090A JP5939090A JPH0692964B2 JP H0692964 B2 JPH0692964 B2 JP H0692964B2 JP 5939090 A JP5939090 A JP 5939090A JP 5939090 A JP5939090 A JP 5939090A JP H0692964 B2 JPH0692964 B2 JP H0692964B2
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- Fire-Extinguishing By Fire Departments, And Fire-Extinguishing Equipment And Control Thereof (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は室内火災において天井に立ち昇り、そこから下
に向けて充満して行く煙層の降下特性並びに煙層温度の
解析をする煙挙動解析装置に関する。
に向けて充満して行く煙層の降下特性並びに煙層温度の
解析をする煙挙動解析装置に関する。
大容積の室を有する建築物、例えば多数の人が集まる大
ホール吹き抜け大空間の設計は、火災発生時に、室内の
人々を火災の煙に巻き込ませることなく安全に退去させ
るような避難条件の確保が必須とされる。この条件を定
めるには煙流動の予測が必要になる。
ホール吹き抜け大空間の設計は、火災発生時に、室内の
人々を火災の煙に巻き込ませることなく安全に退去させ
るような避難条件の確保が必須とされる。この条件を定
めるには煙流動の予測が必要になる。
しかし従来は火災の煙がどのような動きをするかについ
て確立した理論はなく、しかも建築物の形状及び火災の
態様は建築物の使用目的、使用形態に応じて様々である
ので、個別に推論するしかなかった。このため設計が困
難になり、安全性確保の面から問題があった。
て確立した理論はなく、しかも建築物の形状及び火災の
態様は建築物の使用目的、使用形態に応じて様々である
ので、個別に推論するしかなかった。このため設計が困
難になり、安全性確保の面から問題があった。
そこで、本発明は室火災の火災初期において、煙層と空
気層が上下二層となって形成されることが多いことに着
目し、各々の層内の物理的、化学的性質が一様物質であ
ると仮定することにより、工学的に煙流動の予測が行え
る装置を提供することを目的とする。すなわち火災発生
を想定する建築物の室の大きさ・形状及び燃焼量を設定
するだけで、火災発生後に時間経過とともに室の天井か
ら床面に向けて充満して行く煙層の下面高さＺ及び煙層
温度Tsを演算表示できる装置を提供する。
気層が上下二層となって形成されることが多いことに着
目し、各々の層内の物理的、化学的性質が一様物質であ
ると仮定することにより、工学的に煙流動の予測が行え
る装置を提供することを目的とする。すなわち火災発生
を想定する建築物の室の大きさ・形状及び燃焼量を設定
するだけで、火災発生後に時間経過とともに室の天井か
ら床面に向けて充満して行く煙層の下面高さＺ及び煙層
温度Tsを演算表示できる装置を提供する。
本発明は煙層の下面高さＺの時間的変化を算出するに当
たって、自然排煙をする室内火災のモデルとして第１図
に示すものを想定している。
たって、自然排煙をする室内火災のモデルとして第１図
に示すものを想定している。
第１図において、（１）は室の内壁、（２）は床面、
（３）は室の下部にある外気の流入口、（４）は天井に
設けた排煙口である。ここに室の床面付近で発生する火
災は火炎を併って逆三角錐状に立ち昇り、一定の高さで
プルーム（煙のみの状態）となって室の天井に達し、こ
こで煙層（５）を形成する。この煙層（５）は火災の進
行に併って容積が増加し、その下面が徐々に下降して行
く。なお、この煙層（５）の一部は排煙口（４）から排
出される。
（３）は室の下部にある外気の流入口、（４）は天井に
設けた排煙口である。ここに室の床面付近で発生する火
災は火炎を併って逆三角錐状に立ち昇り、一定の高さで
プルーム（煙のみの状態）となって室の天井に達し、こ
こで煙層（５）を形成する。この煙層（５）は火災の進
行に併って容積が増加し、その下面が徐々に下降して行
く。なお、この煙層（５）の一部は排煙口（４）から排
出される。
第１図に示す自然排煙の火災の二層ゾーンモデルにおけ
る煙層の下面高さＺを求める式は次のように導出され
る。
る煙層の下面高さＺを求める式は次のように導出され
る。
室内の煙層の総質量変化率に着目すると、 が成立する。
また、室内の煙層の総熱量変化率に着目すると、 が成立する。
また室内の空気層の熱総量の変化率に着目すると、 が成立する。
また、室内容積一定の関係より、 Vs＋Va＝Ｖ … が成立する。
上記〜式が特性解析上の基礎式となる。以下これを
展開していく。
展開していく。
式は、 であるから、 となる。
式の左辺は、次のように変形できる。
したがって式は次のようになる。
さらに、式が となることにより、式は次のようになる。
式、式の連立微分方程式を解析すれば煙層の下面の
高さＺ及び煙層温度Tsの時間的変化を求めることができ
る。
高さＺ及び煙層温度Tsの時間的変化を求めることができ
る。
上記式から式において用いた記号の意味は、次のよ
うになる。
うになる。
Mp:火災プルーム量 Mp:流入空気量 （kg/s） Me:排煙量 （kg/s） Af:燃焼面積 （m2） Q:発熱速度 （Kw） Zo:仮想点熱源と火源との距離 （ｍ） Z:プルーム下端高さ （ｍ） Vs:アトリウム内上層プルーム層体積 （m3） Va:アトリウム内下層空気層体積 （m3） Cp:空気定圧比熱＝1.0 （KJ/kg・deg） hc:対流熱伝達係数＝0.01 （Kw/m2・deg） g:重力加速度＝9.8 （m/s2） Ta:外気温度 （゜Ｋ） Ts:煙層温度 （゜Ｋ） ρa:外気の密度＝（353/Ta） （kg/m3） ρs;煙層の密度 （kg/m3） Aw:煙層に接する壁面積 （m2） である。
上述のように導かれた連立微分方程式を実際に用い
るために、本発明装置はコンピュータを用い、第２図に
示すように、上記式の解析ができる演算部（６）
と、火源の大きさ、室の形状・寸法及び外気温を解析条
件として入力する入力手段（７）と、演算結果を印字出
力又はディスプレイ表示する出力手段（８）とから構成
している。
るために、本発明装置はコンピュータを用い、第２図に
示すように、上記式の解析ができる演算部（６）
と、火源の大きさ、室の形状・寸法及び外気温を解析条
件として入力する入力手段（７）と、演算結果を印字出
力又はディスプレイ表示する出力手段（８）とから構成
している。
建築物の設計者は、室の形状・大きさと室の使用態様に
応じた火災の規模を入力手段により入力すれば、演算部
が煙層の下面高さ及び煙層の温度を時間の関数として算
出し、出力部がこれを数値のデータとして出力する。
応じた火災の規模を入力手段により入力すれば、演算部
が煙層の下面高さ及び煙層の温度を時間の関数として算
出し、出力部がこれを数値のデータとして出力する。
このように煙層の降下状態及びその温度が明確に把握で
きるので、建築物の火災に対する避難上の安全設計が容
易に行える。
きるので、建築物の火災に対する避難上の安全設計が容
易に行える。
本発明を具体的な建築物の煙挙動解析に適用した例につ
いて説明する。
いて説明する。
解析例として以下に述べるのは、アパレル関連産業のセ
ンター的な役割を担うフアッションマートとして計画さ
れた建築物で、その内部に各種展示会、ファッションシ
ョーを行う第３図に示すような吹き抜けドーム（10）が
設けられている。この吹き抜けドーム（10）は直径が約
60m、高さ44.5mの卵状のもので、壁面を網入りガラスと
して各フロアからファッションショー等を見渡すことが
できるようにしている。
ンター的な役割を担うフアッションマートとして計画さ
れた建築物で、その内部に各種展示会、ファッションシ
ョーを行う第３図に示すような吹き抜けドーム（10）が
設けられている。この吹き抜けドーム（10）は直径が約
60m、高さ44.5mの卵状のもので、壁面を網入りガラスと
して各フロアからファッションショー等を見渡すことが
できるようにしている。
この場合に検討すべきことは、そこで行われる各種展示
会及びファッションショーで火災が発生したときの規模
を仮定し、その際に発生する煙がドーム内に充満するま
でに、ドーム内の人を安全に退去させることができる避
難方法を確立することである。
会及びファッションショーで火災が発生したときの規模
を仮定し、その際に発生する煙がドーム内に充満するま
でに、ドーム内の人を安全に退去させることができる避
難方法を確立することである。
前述した演算式を解くのに必要な条件を次のように
決定する。
決定する。
例えば、衣類の展示会において、一展示ブロックに火災
が発生したと想定すると、通常は446.4kgの衣類が10分
間で全焼すると考えられ発熱速度Ｑは である。これを、建設省建築研究所の提案する「建築物
の総合防火設計法（1989年度版）」という総合技術開発
プロジェクトの提案値にあてはめると、火源の燃焼面積
Afと発熱速度Ｑは、時間ｔの関数として ｔ＜120（ｓ）で、 Af＝t/240（m2）,Q＝6.25t（Kw）120≦ｔ＜320（ｓ）
で、 Af＝0.0825t−9.4（m2）Ｑ＝121.25t−13,800（KW）320
≦ｔ（Ｓ）で、 Af＝17（m2）Ｑ＝25,000（Kw） のように定めることができる。
が発生したと想定すると、通常は446.4kgの衣類が10分
間で全焼すると考えられ発熱速度Ｑは である。これを、建設省建築研究所の提案する「建築物
の総合防火設計法（1989年度版）」という総合技術開発
プロジェクトの提案値にあてはめると、火源の燃焼面積
Afと発熱速度Ｑは、時間ｔの関数として ｔ＜120（ｓ）で、 Af＝t/240（m2）,Q＝6.25t（Kw）120≦ｔ＜320（ｓ）
で、 Af＝0.0825t−9.4（m2）Ｑ＝121.25t−13,800（KW）320
≦ｔ（Ｓ）で、 Af＝17（m2）Ｑ＝25,000（Kw） のように定めることができる。
またホールの大きさ・形状を第３図に示すような寸法の
ものとすれば、煙層容積Vs及び煙層と室内壁との接触面
積Awを、煙層の下面高さＺの関数として表すことができ
る。また夏季の火災を想定して、外気温度Ta ＝300（゜Ｋ）とする。
ものとすれば、煙層容積Vs及び煙層と室内壁との接触面
積Awを、煙層の下面高さＺの関数として表すことができ
る。また夏季の火災を想定して、外気温度Ta ＝300（゜Ｋ）とする。
以上の条件を演算式に入れて解析すると、煙層の下
面高さＺ（ｍ）、煙層温度Ts（゜ｋ） 排煙速度Me（Kg/s） は、時間ｔに対して第４図に示すように変化する。
面高さＺ（ｍ）、煙層温度Ts（゜ｋ） 排煙速度Me（Kg/s） は、時間ｔに対して第４図に示すように変化する。
上述の演算結果は、展示会についてのものであったが、
同じホールにおいてファッションショーを行った場合は
通常の発熱速度が8000（KW）と考えられるから、火源設
定を上記提案値にあてはめて次のように決定する。
同じホールにおいてファッションショーを行った場合は
通常の発熱速度が8000（KW）と考えられるから、火源設
定を上記提案値にあてはめて次のように決定する。
ｔ＜210（ｓ）では、 Af＝t/120（m2）,Q＝7.143t（Kw）210≦ｔ＜680（ｓ）
では、 Af＝0.0340t−6.1（m2）,Q＝50.0t−9,000（KW）680≦
ｔ（Ｓ）では、 Af＝17（m2）,Q＝25,000（Kw） である。
では、 Af＝0.0340t−6.1（m2）,Q＝50.0t−9,000（KW）680≦
ｔ（Ｓ）では、 Af＝17（m2）,Q＝25,000（Kw） である。
この条件を演算式によって解析すると、第５図に示
すような結果を得ることができる。
すような結果を得ることができる。
上述した演算条件は、室の大きさ・形状、外気温Ta（゜
Ｋ）、火源に応じて変化するものである。例えば外気温
度は夏と冬では異なるし、火源の規模も室の使用状態に
よって異なる。また排煙口及び外気流入口を持たない蓄
煙式の室もある。したがって、想定し得る全ての状況に
ついて、上記条件入力を行い、蓄煙式の場合はMe＝Md＝
０として各状況についての解析値を適確に求めることが
できる。また、機械的な排煙設備を設ける場合は、この
機械の排煙速度を重量換算した上で、上記Meに置き換え
て計算すればよい。
Ｋ）、火源に応じて変化するものである。例えば外気温
度は夏と冬では異なるし、火源の規模も室の使用状態に
よって異なる。また排煙口及び外気流入口を持たない蓄
煙式の室もある。したがって、想定し得る全ての状況に
ついて、上記条件入力を行い、蓄煙式の場合はMe＝Md＝
０として各状況についての解析値を適確に求めることが
できる。また、機械的な排煙設備を設ける場合は、この
機械の排煙速度を重量換算した上で、上記Meに置き換え
て計算すればよい。
本発明によれば、火災を想定する室の大きさ、形状と火
災規模を入力すれば、煙層の下降状態並びに煙層の温度
を適確に知ることができる。したがって建築物の避難上
の安全設計が容易に行える。
災規模を入力すれば、煙層の下降状態並びに煙層の温度
を適確に知ることができる。したがって建築物の避難上
の安全設計が容易に行える。
第１図は本発明装置を用いて解析を行う火災のモデル
図、第２図は本発明装置の構成を示すブロック図、第３
図は本発明装置の解析例として用いた具体的な室の寸法
・形状を示す断面図である。 第４図は第３図に示す室で展示会を行った場合の自然排
煙時における夏季の煙降下解析図、第５図は第３図に示
す室でファッションショーを行った場合の自然排煙時に
おける夏季の煙降下解析図である。
図、第２図は本発明装置の構成を示すブロック図、第３
図は本発明装置の解析例として用いた具体的な室の寸法
・形状を示す断面図である。 第４図は第３図に示す室で展示会を行った場合の自然排
煙時における夏季の煙降下解析図、第５図は第３図に示
す室でファッションショーを行った場合の自然排煙時に
おける夏季の煙降下解析図である。
Claims (1)
- 【請求項１】室内火災における火源の大きさ、室の形状
・寸法及び外気温を解析条件として入力する入力手段
と、 連立微分方程式 ここで、 Mp:火災プルーム量 Md:流入空気量 （kg/s） Me:排煙量 （kg/s） Af:燃焼面積 （m2） Q:発熱速度 （KW） Zo:仮想点熱源と火源との距離 Z:プルーム下端高さ （ｍ） Vs:室内上層プルーム層体積 （m3） Va:室内下層空気層体積 （m3） Cp:空気定圧比熱＝1.0 （KJ/kg・deg） hc:対流熱伝達係数＝0.01 （Kw/m2・deg） g:重力加速度＝9.8 （m/s2） Ta:外気温度 （゜Ｋ） Ts:煙層温度 （゜Ｋ） ρa:外気の密度＝（353/Ta） （kg/m3） ρs:煙層の密度 （kg/m3） Aw:煙層に接する壁面積 （m2） とする に基づき、上記入力条件に従い、経過時間ｔに対する煙
層の下面高さＺ及び煙層温度Tsを算出する演算部と、 演算結果Ｚ（ｔ）及びTs（ｔ）を出力する出力手段とを
具備したことを特徴とする煙挙動解析装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5939090A JPH0692964B2 (ja) | 1990-03-09 | 1990-03-09 | 煙挙動解析装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5939090A JPH0692964B2 (ja) | 1990-03-09 | 1990-03-09 | 煙挙動解析装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03260798A JPH03260798A (ja) | 1991-11-20 |
| JPH0692964B2 true JPH0692964B2 (ja) | 1994-11-16 |
Family
ID=13111910
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5939090A Expired - Fee Related JPH0692964B2 (ja) | 1990-03-09 | 1990-03-09 | 煙挙動解析装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0692964B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5233446B2 (ja) * | 2008-07-02 | 2013-07-10 | 株式会社大林組 | 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 |
| JP5233448B2 (ja) * | 2008-07-02 | 2013-07-10 | 株式会社大林組 | 煙層の下端高さの算定方法、建築物の火災時の避難安全性能の評価方法、この算定方法又は評価方法を実行するプログラム、及び煙層の下端高さの算定システム |
| EP2690610A1 (de) * | 2012-07-26 | 2014-01-29 | Hekatron Vertriebs GmbH | Vorrichtung und Verfahren zur Fluchtwegelenkung |
-
1990
- 1990-03-09 JP JP5939090A patent/JPH0692964B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03260798A (ja) | 1991-11-20 |
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