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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:徐正彬
研究生(外文):Jeng-Bin Hsu
論文名稱:中興新村民宅大火模擬
論文名稱(外文):Fire Simulation of a Bungalow in Chung-Hsing New Village
指導教授:林誠興林誠興引用關係
指導教授(外文):Cherng-Shing Lin
學位類別:碩士
校院名稱:元智大學
系所名稱:機械工程學系
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2009
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:237
中文關鍵詞:火災場模式FDS
外文關鍵詞:firefiled modelFire Dynamics Simulator(FDS)
相關次數:
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一天二十四小時中幾乎有一半的時間是在自己居住的住宅中,也因住宅中有潛在許多的火災因子,火災的風險性也相對提高。台灣屬於居住密集高的國家,很多建築物都是相鄰而建,使得火勢的延燒以及搶救的困難,造成人員傷亡與財物損失。本案例為老舊眷村平房住宅,建築結構多為雙拼磚牆及木造結構,易造成火勢的助長,加上建物以及輸電線路老舊,且住戶本身並無建物所有權,對建築物無確實的修繕,種種因素都增加了火災發生性及複雜性。居住人員多半為年老榮民,防火逃生觀念不足,因眷村多為一樓平房,為了防止盜竊都加裝鐵窗,使得逃生不易。為了避免或減少類似災害發生,針對眷村建築物做火災之研究。
本研究利用NIST所發展的FDS(Fire Dynamics Simulator)來進行火災模擬,依照消防局火場鑑識課所提供的資料以及從報章媒體獲得的資訊中,建立成模型進行模擬,並探討火災發生時,所產生的高溫、二氧化碳濃度以及氣層高度的變化,進而改變模型設定參數,如建物的裝潢材質、增減主火源熱釋放率等,研究變動相關參數對火災的影響。希望本研究對於防火工程有參考價值,以降低人員的傷亡及財產的損失。
People stay in their own residence for more than twelve hours every day. Residential fires often cause high risk of fire disasters. Taiwan is a high population density country where most buildings are closely adjacent, that makes the difficulty for firefighters to do their rescue, thus lead to serious human casualties and property losses. This dissertation studies the aged military dependants’ villages where most part of houses are of single-storey double or single-unit made of bricks and wooden structure which are combustible in the fire. In addition, due to the aged electric wires, residents have no ownership can not make a proper improvements to the houses, etc. increasing the possibility of fire disasters and the complexity of fire rescue. Most residents are of aged veterans who lack fire-prevention and escape concepts/knowledge. As most buildings are the sort of single-storey houses and installed with metal grating windows for burglary prevention which has made escape more difficult. For avoiding or reducing the possibility of such disasters, a fire study for military dependants’ villages should be necessary.
The FDS (Fire Dynamics Simulator) software developed by NIST is employed in this research to conduct fire simulation. To simulate the fire model established according to the data provided from Fire Inspect Division of Fire Bureau and media press for exploring the changes of high temperature, carbon dioxide density and air layer heights and then to setup the model by changing the parameters, such as interior decoration materials, increasing or decreasing heat release rate of main fire source and analysis on how relevant parameters influence the fire disaster. Hopefully, this research can offer reference values for fire-prevention engineering and reduce personnel casualty rates and property damages.
中文摘要 i
英文摘要 ii
誌謝 iii
目錄 iv
表目錄 vi
圖目錄 viii
符號說明 xvii
第1章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機 2
1.3 文獻回顧 4
1.4 研究方法 9
1.5 研究流程 11
1.6 論文規劃 12
1.7 研究貢獻 18
第2章 火災特性、相關法規與模擬模式介紹 20
2.1 火災特性 20
2.2 滅火方法及火災分類 20
2.2.1 滅火方法 20
2.2.2 火災分類 22
2.3 燃燒要素及原理 23
2.3.1 燃燒要素 23
2.3.2 燃燒原理 25
2.4 溫度與濃煙對人之危害 26
2.5 消防法規和警報設備 30
2.5.1 認定規定 30
2.5.2 建築物用途與防火構造限制規定 33
2.5.3 防火區劃 34
2.5.4 自動警報設備 34
2.5.5 自動撒水設備 40
2.6 火災模擬軟體簡介 44
2.7 FDS場模式 45
第3章 火災案例模擬分析 52
3.1 火災事件描述 52
3.2 場模式數值模型 56
3.2.1 火場規劃 56
3.2.2 FDS設計 58
3.3 獨立格點探討 59
3.3.1 格點數之選擇原則 59
3.3.2 格點獨立性分析 60
3.3.3 格點數之選擇 62
3.4 火災現場驗證和分析 63
第4章 結果與討論 71
4.1 Base Case探討 72
4.1.1 Base Case上層溫度探討 72
4.1.2 Base Case一氧化碳濃度探討 74
4.1.3 Base Case氣層高度探討 76
4.1.4 Base Case之逃生時間探討 78
4.2 Case A裝潢材料之探討 81
4.2.1 Case A1木質屋頂變更為混凝土材質 81
4.2.2 Case A2隔間變更為混凝土材質 89
4.2.3 Case A3隔間材質變更為不鏽鋼材質 97
4.3 Case B熱釋放率對火場之影響探討 105
4.3.1 Case B1火源熱釋放率減少1/2倍 105
4.3.2 Case B2火源熱釋放率減少2/3倍 111
4.3.3 Case B3火源熱釋放率增加1/3倍 117
4.4 Case C改變開口對火場之影響探討 124
4.4.1 Case C1全部房間對外門窗全開 124
4.4.2 Case C2前門開口延遲450秒後開啟 132
4.4.3 Case C3前門開口提早至60秒開啟 139
4.5 Case D增減易燃物之探討 146
4.5.1 Case D1房間(1)減少沙發以及桌子易燃物 147
4.5.2 Case D2房間(2)減少大人床以及小孩床易燃物 154
4.5.3 Case D3房間(1)增加沙發易燃物 161
第5章 結論 202
5.1 傷亡成因探討 202
5.2 各Case之模擬結果綜合分析 202
5.3 建議 206
參考文獻 207
口試委員問題與建議 210
附錄 211
作者簡歷 237
【1】內政部消防署全國火災次數、起火原因及火災損失統計表
http://www.nfa.gov.tw/Show.aspx?MID=129&UID=131&PID=97
【2】維基百科眷村形成背景
http://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%9C%B7%E6%9D%91
【3】Jinsong Hua, Jian Wang, Kurichi Kumar,〝Development of a hybrid field and zonemodel for fire smoke propagation simulation in buildings〞, Fire Safety Journal,40:99-119,2005.
【4】Jianda Yao , Weicheng Fan , Satoh Kozeki Daisuke,〝Verification and application of field-zone- network model in building fire〞,Fire Safety Journal Vol.33 , pp.35-44 , 1999.
【5】Zhuman Fu, Geroge Handjisophocleous,〝A two-zone fire growth and smoke movement model for multi-compartment buildings〞, Fire Safety Journal Vol.34,pp. 257-285 ,2000.
【6】Zhiqiang Zhai, Qingyan (Yan) Chen, 〝Numerical determination and treatment of convective heat transfer coefficient in the coupled building energy and CFD simulation〞Building and Environment, pp.1001-1009, 2004.
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【8】K. Kawagoe,“Fire Behaviour in Rooms”,Building Research Institute ,Report No 27,Tokyo,1958.
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【10】G. W. Zou, M. Luo,〝Correlation equations on fire-induced air flow rates throughdoorway derived by large eddy simulation 〞,Building and Environment,40:897-906,2005.
【11】Chen Xiaojun, Yang Lizhong, Deng Zhihua, Fan Weicheng, Jason A. Sutula,Christopher F. Schemel, Andrew J.Hamer, Vincent Van Brunt, 〝Amulti-layer zone model for predicting fire behavior in a fire room〞 Fire Safety Journal, 40:267-281, 2005.
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【14】J.G. Quintiere,〝Chemistry and Physics of Fire〞Principle of Fire Behavior p77-99,
【15】W.K. Chow,〝An Approach for Evaluating Fire Zone Models〞, Journal of Fire Sciences,vol.16, p25-31, 1998.
【16】W.K. Chow,〝Study on the Flashover Criteria for Compartmental Fires〞, Journal of Fire Sciences , vol. 16 , no.5 , p95-106, 1998.
【17】林誠興,王士承,「場模式應用於閃燃現象之數值研究」,現代防災防火科技展望與應用國際研討會,2003年10月。
【18】John H. Mammose, France Battaglia〝A computational study on the use of balconiestoreduce flame spread in high-rise apartment fires〞, Fire Safety Journal, 39:277-296,2004.
【19】Noah L. Ryder, Jason A. Sutula, Christopher F. Schemel, Andrew J. Hamer, VincentVan Brunt, 〝Consequence modeling using the fire dynamics simulator〞, Journal of Hazardous Materials, pp.149-154, 2004.
【20】Building and Fire Research laboratory NIST,
“http://www.bfrl.nist.gov/”
【21】M. Luo,〝One Zone or Two Zone in the room of Fire Origin During Fire ? The Effects of the Air-handling System〞,Center for Environmental Safety and Risk Engineering Victoria University of Technology P.O. Box 14428, MCMC, 1997.
【22】Noah L. Ryder, Jason A. Sutula, Christopher F. Schemel, Andrew J. Hamer, Vincent Van Brunt,〝Consequence modeling using the fire dynamics simulator〞 Journal of Hazardous Materials, 115:149-157,2004.
【23】林誠興,黃崇豪,「火災調查技術之應用」,2003輸送現象及其應用專題研討會,2003(10月)。
【24】林誠興,王士承,「場模式應用於閃燃現象之數值研究」,現代防災防火科技展望與應用國際研討會,pp.C5-1~19,2003(12月)。
【25】王士承,林誠興,「火災熱流場重現之動態數值模擬研究」,第十二屆全國計算流體力學學術研討會,2005(8月)。
【26】林誠興,蘇炤亘,「場模式模擬公寓式建築火災之研究」,2005輸送現象及其應用專題研討會,2005(11月)。
【27】C.B Huang,C.S. Lin,〝Modeling of Aerosol Dynamice along aVertical Flat Plate〞Building and Environment,Vol.41,pp.568-77,2006(5).
【28】林誠興,陳駿維,張俊銘,「單一開口對火場逃生影響分析」,2006輸送現象及其應用專題研討會,2006(9月)。
【29】王士承,林誠興,周國逹,「牆壁材質與開口大小對室內火災閃燃現象之研究」,第十四屆全國計算流體力學學術研討會,2007(9月)。
【30】王士承,林誠興,「通風對火災濃煙於長廊擴散之影響研究」,2007輸送現象及其應用專題研討會,2007(9月)。
【31】王士承,林誠興,「建築物火災鋼筋混凝土樑溫度模擬與極限強度分析」,第三十一屆中華民國力學學會年會暨全國力學會議,2007(12月)。
【32】C.S. Lin,S.C. Wang,K.D. Chou“Fire Damage Investigation Using FDS in a Basement Building ”The 3th International Symposium on Energetic Materials and their Application,2008(4月)。
【33】S.C. Wang,C.S. Lin,C.C. Yu,“Dynamic Simulation of Backdraft Phenomena in a Townhouse Building Fire”,Heat Transfer-Asian Research,Research,Vol.37(3),pp.153-164,2008(5月)。
【34】林誠興,黃筱雯,蘇炤亘,「透天公寓火災場模式之模擬研究」,工業安全科技,2006(9月)。
【35】洪辰諭,「中興新村光榮西路眷村火場模擬」,元智大學機械工程研所熱流組碩士論文,2009年7月。
【36】內政部營建署營建法令
http://w3.cpami.gov.tw/law/law/lawe-2/b-rule.htm
【37】內政部消防署消防法令
http://law.ndppc.nat.gov.tw/GNFA/Chi/default.asp
【38】南投縣消防局火災出動記錄、火場調查報告
【39】台中市消防局網站、消防安全
http://www.tccfd.gov.tw/level.asp?contentURL=./service/textcontent1.asp&level=2&parent=54&rfnbr=55
【40】林誠興,呂盈慶,「一般民宅裝潢之防火性能模擬分析」,2002輸送現象及其應用專題研討會,pp.291-294,2002(11月)。
【41】榮大精密塑膠射出廠網站、膠塑特性
http://lon-da.myweb.hinet.net/characteristics.htm
【42】黃彰斌,林誠興,徐瑞祥,「火害強度對於鋼筋混凝土樑溫度之影響」,中國機械工程學會第二十一屆全國學術研討會,pp.823-828,2004(11月)。
【43】徐瑞祥、林誠興、黃彰斌,「火災後鋼筋混凝土矩形樑之力學行為模式探討」,中華民國第二十八屆全國力學會議,pp.1306-1313,2004(12月)。
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