JP2003330996A - 煙層の曝露限界時間の算定方法、該曝露限界時間を用いた許容避難時間の算定方法、これらの算定方法を実行するプログラム、およびこのプログラムを記録した記録媒体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 建物居室内における煙層の曝露限界時間を簡
単に算定できる算定方法を提供する。 【構成】 建物居室内に収納された可燃物が出火してか
ら、該煙層が避難上支障のある性状になるまでに要する
時間である煙層の曝露限界時間の算定方法である。 前
記曝露限界時間は、前記煙層の温度が避難上支障のある
温度に達するまでの熱限界時間と該煙層ＣＯ_２濃度が避
難上支障のある濃度に達するまでの煙層ＣＯ_２濃度限界
時間とのうちの小さい方の値である。該熱限界時間ｔ_ｔ
［ｓ］および煙層ＣＯ_２濃度限界時間を、前記煙層の密
度ρ［ｋｇ／ｍ^３］と、前記居室の床面積Ａ
_ｒｏｏｍ［ｍ^２］と、前記居室の天井高さＨ
_ｒｏｏｍ［ｍ］と、前記可燃物の燃焼による火災成長率
α_ｆ［ｋＷ／ｓ^２］と、前記居室の内装材料の燃焼によ
る火災成長率α_ｍ［ｋＷ／ｓ^２］とから下式に基づいて
算定する。ｔ_ｔ＝６．６｛ρＡ_ｒｏｏｍ（Ｈ_ｒｏｏｍ−
１．８）/（α_ｆ＋α_ｍ）｝^２／７ｔ_ＣＯ２＝５．７
｛ρＡ_ｒｏｏｍ（Ｈ_ｒｏｏｍ−１．８）/（α_ｆ＋
α_ｍ）｝^１／３

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、建物の避難安全性
能の評価指標としての煙層の曝露限界時間および許容避
難時間を算定する算定方法、これらの算定方法を実行す
るプログラム、およびこのプログラムを記録した記録媒
体に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に建物設計時に、設計者は、その建
物の避難安全性能の検討、すなわち建物から安全に避難
可能か否かの検討を行う。この検討は、建物居室内で出
火してから避難不能になるまでの時間である許容避難時
間を算定し、この算定値と、避難に要する時間である必
要避難時間とを比較してなされる。そして、許容避難時
間が必要避難時間よりも長い場合にのみ安全な居室と認
定され、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。

【０００３】この許容避難時間の算定方法としては、現
状、「避難安全検証法（国土交通省告示）」および「煙
流動性状計算モデル」の二つが提示されている。前者の
避難安全検証法にあっては前記告示に簡易式が示されて
いる。そして、この簡易式を構成する幾つかの入力パラ
メータに、それぞれに該当する検討対象建物の具体的数
値を代入するだけで許容避難時間を計算できるため簡単
に避難安全性能を評価可能である。

【０００４】しかしながら、この簡易式は、単に人の身
長の高さまで煙が降下する時間である煙層降下時間だけ
を計算し、これを前記許容避難時間とみなすものであ
り、つまり、その煙が人体に対して致命的な性状になっ
ているかの考慮はなされない。このため、極端に安全側
の評価しかできず、つまり実情よりも著しく短時間側に
乖離した許容避難時間しか算定できず、もって居室設計
の自由度が著しく制限されていた。特に煙が短時間で降
下し易くなる場合である、狭い床面積の居室の検討には
使用できなかった。

【０００５】一方、後者の煙流動性状計算モデルは、前
記許容避難時間を算定するに際し、煙層降下時間に加え
て、その煙が人体に対して致命的な性状となるまでの時
間である煙の暴露限界時間を考慮するようになってい
る。つまり、煙層降下時間と曝露限界時間とを比較し
て、大きい方の値を許容避難時間とみなすようになって
いる。このため、算定された許容避難時間は極端に安全
側にはならずに実情に合ったものとなり、もって居室設
計の自由度は前者と比べて著しく緩和される。

【０００６】しかしながら、この煙流動性状計算モデル
は、後で簡易式の導出過程の説明にて示すが、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、計算が煩雑でその計
算に長時間を要し、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
てこの煙流動性状計算モデル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許容避難時間を算定するこ
とができなかった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ここで、以上説明して
きた問題点をまとめると、煙層降下時間については簡易
式が存在するため簡単に計算できるが、前記曝露限界時
間を算定する簡易式が存在しないため、実情に合った許
容避難時間を、前記専門職でない設計者は簡単に算定で
きなかった。そして、この結果として、前記設計者が、
煙の降下に煙の性状を加味した総合的な避難安全設計検
証を行って妥当な検証結果を得ることは非常に困難であ
った。

【０００８】本発明は、かかる課題に鑑みてなされたも
のであり、曝露限界時間を簡単に算定できる算定方法、
この曝露限界時間を用いた許容避難時間の算定方法、こ
れらの算定方法を実行するプログラム、およびこのプロ
グラムを記録した記録媒体を提供することを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに請求項１に示す発明は、建物居室内に収納された可
燃物が出火してから、該煙層が避難上支障のある性状に
なるまでに要する時間である煙層の曝露限界時間の算定
方法において、 前記曝露限界時間は、前記煙層の温度
が避難上支障のある温度に達するまでの熱限界時間であ
り、該熱限界時間ｔ_ｔ［ｓ］を、前記煙層の密度ρ［ｋ
ｇ／ｍ^３］と、前記居室の床面積Ａ_{ｒｏ ｏｍ}［ｍ^２］
と、前記居室の天井高さＨ_ｒｏｏｍ［ｍ］と、前記可燃
物の燃焼による火災成長率α_ｆ［ｋＷ／ｓ^２］と、前記
居室の内装材料の燃焼による火災成長率α_ｍ［ｋＷ／ｓ
^２］とから下式に基づいて算定することを特徴とする。 ｔ_ｔ＝６．６｛ρＡ_ｒｏｏｍ（Ｈ_ｒｏｏｍ−１．８）/
（α_ｆ＋α_ｍ）｝^２／７ 上記請求項１に示す発明によれば、前記式におけるρ、
Ａ_ｒｏｏｍ、Ｈ_{ｒｏｏ ｍ}、α_ｆ、およびα_ｍ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、前記暴露限界時間としての熱限界時間を簡単に算定
することができる。また、前記式の入力パラメータは５
つしかないため、入力値が異なることによる算定値の振
れ幅は小さくなって、もってどの設計者が計算してもほ
ぼ妥当な熱限界時間を算定可能となる。

【００１０】請求項２に示す発明は、建物居室内に収納
された可燃物が出火してから、該煙層が避難上支障のあ
る性状になるまでに要する時間である煙層の曝露限界時
間の算定方法において、前記曝露限界時間は、該煙層Ｃ
Ｏ_２濃度が避難上支障のある濃度に達するまでの煙層Ｃ
Ｏ_２濃度限界時間であり、該煙層ＣＯ_２濃度限界時間ｔ
_ＣＯ２［ｓ］を、前記煙層の密度ρ［ｋｇ／ｍ^３］と、
前記居室の床面積Ａ_{ｒ ｏｏｍ}［ｍ^２］と、前記居室の天
井高さＨ_ｒｏｏｍ［ｍ］と、前記可燃物の燃焼による火
災成長率α_ｆ［ｋＷ／ｓ^２］と、前記居室の内装材料の
燃焼による火災成長率α_ｍ［ｋＷ／ｓ^２］とから下式に
基づいて算定することを特徴とする。 ｔ_ＣＯ２＝５．７｛ρＡ_ｒｏｏｍ（Ｈ_ｒｏｏｍ−１．
８）/（α_ｆ＋α_ｍ）｝^１／３ 上記請求項２に示す発明によれば、前記式におけるρ、
Ａ_ｒｏｏｍ、Ｈ_{ｒｏｏ ｍ}、α_ｆ、およびα_ｍ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、前記暴露限界時間としての煙層ＣＯ_２濃度限界時間
を簡単に算定することができる。また、前記式の入力パ
ラメータは５つしかないため、入力値が異なることによ
る算定値の振れ幅は小さくなって、もってどの設計者が
計算してもほぼ妥当な煙層ＣＯ_２濃度限界時間を算定可
能となる。

【００１１】請求項３に示す発明は、建物居室内に収納
された可燃物が出火してから避難不能になるまでの時間
である許容避難時間の算定方法において、前記許容避難
時間は、前記出火してから該煙層が避難上支障のある性
状になるまでに要する時間である煙層の曝露限界時間
と、該煙層が避難上支障のある高さに達するまでに要す
る時間である煙層降下時間とのうちの大きい方の値とし
て算定され、前記曝露限界時間は、下式に基づいて算定
される熱限界時間ｔ_ｔ［ｓ］と煙層ＣＯ_２濃度時間ｔ
_ＣＯ２［ｓ］とのうちの小さい方の値であることを特徴
とする。 ｔ_ｔ＝６．６｛ρＡ_ｒｏｏｍ（Ｈ_ｒｏｏｍ−１．８）/
（α_ｆ＋α_ｍ）｝^２／７ ｔ_ＣＯ２＝５．７｛ρＡ_ｒｏｏｍ（Ｈ_ｒｏｏｍ−１．
８）/（α_ｆ＋α_ｍ）｝^１／３ ここで、ρ［ｋｇ／ｍ^３］は前記煙層の密度、Ａ
_ｒｏｏｍ［ｍ^２］は前記居室の床面積、Ｈ
_ｒｏｏｍ［ｍ］は前記居室の天井高さ、α_ｆ［ｋＷ／ｓ
^２］は前記可燃物の燃焼による火災成長率、α_ｍ［ｋＷ
／ｓ^２］は前記居室の内装材料の燃焼による火災成長率
である。

【００１２】上記請求項３に示す発明によれば、煙層が
避難上支障のある性状になるまでに要する時間である煙
層の曝露限界時間を、熱限界時間と煙層ＣＯ_２濃度時間
との両者を比較してそのうちの小さい方の値にする一
方、この暴露限界時間の算定値と煙層降下時間とを比較
してそのうちの大きい方の値を許容避難時間とする。つ
まり、煙層降下時間に、煙層の暴露限界時間を加味して
許容避難時間を算定するので、許容避難時間を実情より
も極端に短時間側に算定することなく、妥当な許容避難
時間を算定可能となる。

【００１３】請求項４に示す発明は、請求項１に記載の
許容避難時間の算定方法において、前記煙層降下時間ｔ
_ｓ［ｓ］は、下式に基づいて算定されることを特徴とす
る。

【数１】 ここで、ｋ［ｋｇ／Ｊ^１／３ｍ^５／３ｓ^２／３］は巻き
込み定数である。

【００１４】上記請求項４に示す発明によれば、前記式
におけるρ、ｋ、Ａ_ｒｏｏｍ、Ｈ_{ｒ ｏｏｍ}、α_ｆ、およ
びα_ｍ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、前記煙層降下時間を簡単に算定する
ことができる。また、前記式の入力パラメータは６つし
かないため、これらの入力値が異なることによる算定値
の振れ幅は小さくなって、もってどの設計者が計算して
もほぼ妥当な煙層降下時間を算定可能となる。

【００１５】請求項５に示す発明は、請求項１乃至４の
いずれかに記載の許容避難時間の算定方法において、前
記煙層の密度ρ［ｋｇ／ｍ^３］は１であることを特徴と
する。上記請求項５に示す発明によれば、前記煙層の密
度ρ［ｋｇ／ｍ^３］を１にしているので、各時間は安全
側に算定される。また、前記複数の入力パラメータを一
つ減るので、前記入力値が異なることによる算定時間の
バラツキを更に小さく抑えることができる。

【００１６】請求項６に示す発明は、前記請求項１乃至
５のいずれかに記載の算定方法を実行するプログラムで
ある。上記請求項６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。

【００１７】請求項７に示す発明は、前記請求項６に記
載のプログラムを記録した記録媒体である。上記請求項
７に示す発明によれば、前記記録媒体によって前記プロ
グラムを希望者に容易に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。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る実施形態を添
付図面を参照して詳細に説明する。図１は初期火災の概
要の説明図、図２は初期火災時のモデルの説明図、図３
は、本発明に係る許容避難時間の算定手順を示すフロー
チャートである。

【００１９】本算定方法によれば、建物居室内に収納さ
れた可燃物が出火してから避難不能になるまでの時間で
ある許容避難時間 を、図３に示すステップ１からステ
ップ５までを順次行って算定する。

【００２０】先ず始めにステップ１において、前記可燃
物が出火してから煙層が避難上支障のある高さに達する
までに要する時間である煙層降下時間ｔ_ｓ［ｓ］を式
（ａ）に基づいて算定する。

【００２１】

【数２】 ここで、Ａ_ｒｏｏｍ［ｍ^２］は前記居室の床面積、Ｈ
_ｒｏｏｍ［ｍ］は前記居室の天井高さ、α_ｆ［ｋＷ／ｓ
^２］は前記可燃物の燃焼による火災成長率、α_ｍ［ｋＷ
／ｓ^２］は前記居室の内装材料の燃焼による火災成長
率、ρ［ｋｇ／ｍ^３］は煙層密度、ｋ［ｋｇ／Ｊ^１／３
ｍ^５／３ｓ^２／３］は巻き込み定数である。

【００２２】尚、前記天井高さが室内の場所によって異
なる場合には、前記天井高さＨ_{ｒ ｏｏｍ} には、床の全
面に亘って平均化された平均天井高さを用いる。また、
火災成長率α_ｆ［ｋＷ／ｓ^２］は、居室内に収納された
可燃物に応じて設定され、例えば、家具等といった燃え
る物の量および材質等が勘案されて設定される。火災成
長率α_ｍ［ｋＷ／ｓ^２］は、居室の内装材料に応じて設
定され、例えば、壁を不燃材で覆うといった耐火処理や
耐火構造、防火設備等の有無等が勘案されて設定され
る。煙層密度ρ［ｋｇ／ｍ^３］は、初期火災においては
概ね１以上の値となることから、安全側の評価をすべく
ρ＝１とするのが好ましい。巻き込み定数ｋ［ｋｇ／Ｊ
^１／３ｍ^５／３ｓ^２／３］は、火災によって発生した煙
が上昇の過程で巻き込む空気の連行率を示すものであ
る。尚、上記火災成長率α_ｆ、α_ｍは、平成１２年国土
交通省告示１４４１号を参照することにより設定するこ
とができる。また、上記巻き込み定数ｋ［ｋｇ／Ｊ
^１／３ｍ^５／３ｓ^２／３］は、０．０７６（Ｃｅｔｅｇ
ｅｎ，Ｂ．Ｍ．，Ｚｕｋｏｓｋｉ，Ｅ．Ｅ．ａｎｄ Ｋ
ｕｂｏｔａ，Ｔ．：Ｅｎｔｒａｉｎｍｅｎｔ ａｎｄ
Ｆｌａｍｅ Ｇｅｏｍｅｔｒｙ ｏｆ Ｆｉｒｅ Ｐｌ
ｕｍｅ，ＮＢＳ−ＧＣＲ−８２−４０２，１９８２を参
照）と設定することができる。

【００２３】次に、ステップ２からステップ４までにお
いて、前記出火してから煙層が避難上支障のある性状に
なるまでに要する時間である 暴露限界時間を算定す
る。本算定方法にあっては、前記煙層の性状から定まる
暴露限界時間を、煙層温度と煙層ＣＯ_２ 濃度という二
つの性状を考慮して算定するようになっている。つま
り、前者については、前記煙層温度が避難上支障のある
温度に達するまでの熱限界時間ｔ_ｔ［ｓ］を式（ｂ）に
基づいて算定する一方、後者については、前記煙層ＣＯ
_２濃度が避難上支障のある濃度に達するまでの煙層ＣＯ
_２濃度限界時間ｔ _ＣＯ２［ｓ］を式（ｃ）に基づいて算
定する。そして、これら熱限界時間ｔ_ｔと煙層ＣＯ_２濃
度時間ｔ_ＣＯ２とのうちの小さい方の値を暴露限界時間
とみなすようになっている。 ｔ_ｔ＝ ６．６｛ρＡ_ｒｏｏｍ（Ｈ_ｒｏｏｍ−１．８）/（α_ｆ＋α_ｍ）｝^２／７ （ ｂ） ｔ_ＣＯ２＝ ５．７｛ρＡ_ｒｏｏｍ（Ｈ_ｒｏｏｍ−１．８）/（α_ｆ＋α_ｍ）｝^１／３ （ ｃ）

【００２４】最後にステップ５において、前記煙層降下
時間と前記暴露限界時間とを比較して許容避難時間を算
定する。具体的には、煙層降下時間と暴露限界時間との
うちの大きい方の値を許容避難時間とみなす。尚、ここ
で、 許容避難時間の算定において煙層降下時間と曝露
限界時間とのうちの大きい方の値をとっている理由は、
煙層が降下してもその性状が問題なければ避難すること
が可能であり、また煙層の性状が、人体に対し致命的な
性状になっていても、煙層が人の高さまで降下していな
ければ、問題なく避難できるからである。

【００２５】ここで、本発明の作用について説明する
が、本発明によれば、暴露限界時間を簡易式にて表記し
ているため、前記式（ｂ）および式（ｃ）におけるρ、
Ａ_{ｒｏ ｏｍ}、Ｈ_ｒｏｏｍ、α_ｆ、およびα_ｍ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、暴露限界時間を容易に算定することができる。よっ
て、極簡単な計算で極短時間に暴露限界時間を算定でき
て非常に使い易い。また、前記式（ｂ）および式（ｃ）
の入力パラメータは５つしかないため、入力値が異なる
ことによる算定値の振れ幅は小さい。よって、どの設計
者が計算してもほぼ妥当な暴露限界時間を算定可能とな
る。 更には、煙層降下時間および曝露限界時間によっ
て許容避難時間を算定して、もって煙層の降下に煙層の
性状を加味した許容避難時間を評価できるため、当該許
容避難時間が極端に安全側の評価になってしまうことを
防ぐことができて、居室設計の自由度を高めることが可
能となる。

【００２６】以上説明してきた本発明に係る許容避難時
間の算定方法は、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）、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。

【００２７】但し、本発明に係る前記データ記録装置に
は、前述した三つの式である式（ａ）〜式（ｃ）を解く
ための演算プログラムが格納されている。そして、前記
ＣＰＵは前記演算用プログラムを読み込んで実行し、前
記入力装置によって入力された、各式中のＡ
_ｒｏｏｍ 、Ｈ_ｒｏｏｍ、α_ｆ、α_ｍ、ρ、およびｋと
いう各式中の入力パラメータの具体的数値を各式に代入
して、もって前記煙層降下時間ｔ _ｓ、熱限界時間ｔ_ｔ、
煙層ＣＯ_２濃度限界時間ｔ_ＣＯ２を計算する。そして、
この計算結果に基づいて曝露限界時間および許容避難時
間を算定し、これら全てをモニタ表示する。

【００２８】尚、前記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、前記三つの式をそれぞれ別々のセル（参
照元のセル）に入力する。この時、各式を構成する入力
パラメータは、各セル（各参照元のセル）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。そして、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
基づいて前記各式が自動計算されて、計算結果が各参照
元のセルに書き込まれるようになっている。この計算
後、これら三つの参照元のセルに書き込まれた計算結果
である前記煙層降下時間ｔ_ｓ、熱限界時間ｔ_ｔ、および
煙層ＣＯ_２濃度限界時間ｔ_ＣＯ２ から前述した大小関
係を比較して、許容避難時間を算定する。

【００２９】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。

【００３０】ここで、前述してきた許容避難時間の算定
手順を、表ａに示す室条件を例に具体的に説明する。こ
の例は、床面積が室の全高に亘って均等で、かつ天井高
さが全床に亘って均等な会議室の場合である。

【００３１】

【表１】

【００３２】表ａの条件から、床面積Ａ_ｒｏｏｍは４５
［ｍ^２］、天井高さＨ_ｒｏｏｍは２．７［ｍ］である。
居室内に収納された積載可燃物量は、平成１２年国土交
通省告示１４４１号を参照すると会議室は１６０［ＭＪ
／ｍ^２］であるため、この積載可燃物の火災成長率α_ｆ
は０．０１２５［ｋＷ／ｓ^２］にしている。また、居室
の内装仕様は不燃材を用いた不燃仕様であるため、平成
１２年国土交通省告示１４４１号を参照して、内装材料
の燃焼による火災成長率α_ｍは、０．００３５［ｋＷ／
ｓ^２］にしている。更には、巻き込み定数ｋは、０．０
７６［ｋｇ／Ｊ ^１／３ｍ^５／３ｓ^２／３］（Ｃｅｔｅｇ
ｅｎ，Ｂ．Ｍ．，Ｚｕｋｏｓｋｉ，Ｅ．Ｅ．ａｎｄ Ｋ
ｕｂｏｔａ，Ｔ．：Ｅｎｔｒａｉｎｍｅｎｔ ａｎｄ
Ｆｌａｍｅ Ｇｅｏｍｅｔｒｙ ｏｆ Ｆｉｒｅ Ｐｌ
ｕｍｅ，ＮＢＳ−ＧＣＲ−８２−４０２，１９８２を参
照）にしており、また煙層密度ρは安全側の評価をすべ
く１［ｋｇ／ｍ^３］にしている。

【００３３】これらＡ_ｒｏｏｍ 、Ｈ_ｒｏｏｍ、α_ｆ、
α_ｍ、ρ、およびｋを、前記 三つの式に代入して各時
間を算出すると、表ｂに示すように、煙層降下時間ｔ_ｓ
は６０．８［ｓ］、熱限界時間 ｔ_ｔは６１．９
［ｓ］、および煙層ＣＯ_２濃度限界時間 ｔ_ｃｏ２は７
７．７［ｓ］となる。前記煙層の暴露限界時間は、前記
熱限界時間 ｔ_ｔと煙層ＣＯ_２濃度限界時間 ｔ_ｃｏ２と
のうちの小さい方の値であり、６１．９［ｓ］となる。
そして、この煙層の暴露限界時間と前記 煙層降下時間
ｔ_ｓ とのうちの大きい方の値として算定される許容避
難時間ｔ_ｃｒｉｔ は６１．９［ｓ］となる。

【００３４】

【表２】

【００３５】以上で許容避難時間の算定は終了するが、
通常はこの後で、この算定された許容避難時間 ｔ
_ｃｒｉｔを用いて、前記会議室が避難安全性能上問題無
いか否かを判定する。この判定は、前記許容避難時間
ｔ_ｃｒｉｔを、別途計算等にて算出される必要避難時間
ｔ_{ｅｓｃａｐｅ}と比較してなされる。表ｂに別途計算
された必要避難時間 ｔ_{ｅｓｃａｐｅ}を示すが、この例
にあっては、許容避難時間ｔ_ｃｒｉｔの方が必要避難時
間 ｔ_{ｅｓｃａｐｅ}よりも長くなっており、もってこの
会議室は避難安全性能上問題無しと判定される。ここ
で、上記三つの簡易式の導出過程を説明する。

【００３６】１）煙流動性状予測の概要 建物内の避難安全設計では、建築空間における煙流動性
状及び避難行動性状の予測が基本となる。煙流動性状の
予測に関しては、建物の空間を一様な性質を持つ２つの
検査体積に分けてその性質を調べるゾーンモデルと呼ば
れる解析手法が用いられることが多い。図１に示すよう
な初期火災や大空間の火災性状の解析では上部高温層
（煙層）と下部空気層を仮定する二層ゾーンモデルが、
盛期火災では火災室内が一様と考える一層ゾーンモデル
が使われる。

【００３７】ゾーンモデルは、質量の保存、エネルギー
の保存、化学種の保存、気体の状態等によって構成され
る。これらの法則を連立することによって、避難安全性
の評価基準である物理量である温度Ｔ、化学種ｌの濃度
Ｙ_ｌ、ゾーン体積Ｖ（または、煙層高さＳ）が得られ
る。例えば、煙層の温度Ｔを陽に与える微分方程式（田
中哮義：建築火災安全工学入門、日本建築センター、14
9-156、1993を参照）は、

【数３】 化学種lを陽に与える微分方程式（田中哮義：建築火災
安全工学入門、日本建築センター、pp149-156、1993を
参照）は、

【数４】 となる。これらの式を例えばRunge-Kutta法等を用いて
微分すれば、時間毎の煙層の状態（温度Ｔ、濃度Ｙ_ｌ）
が得られる。

【００３８】２）煙流動簡易計算式の前提条件 二層ゾーンの概念に基づくものとする。 避難不能となる時間（以下、「許容避難時間」と言
う。）は、煙層が避難上支障のある高さに達するまでに
要する時間（以下、「煙層降下時間」と言う。）とす
る。ただし、当該煙が避難上支障のある状態と見なされ
ない場合においては、煙が避難上支障のある状態に達す
るまでに要する時間（以下、「暴露限界時間」と言
う。）とする。 避難上支障のある高さは、床面から1.8[m]の高さ
とする（平成１２年国土交通省告示１４４１号を参
照）。 避難上支障のある煙は、煙層温度及び煙層CO₂濃度
の２つの物理量で判定する。煙層温度、CO₂濃度の何れ
か一方が以下に示す許容値に達した時点で避難上支障の
ある煙と判断する。

【００３９】＜煙層温度＞避難者が薄い煙に曝された状
態において、避難者の暴露される煙層の温度上昇が、

【数５】 に達した時点とする（（財）国土開発技術研究センター
編：建築物の総合防火設計法 第１巻 総合防火設計
法、日本建築センター、pp148-149、1989を参照）。ま
た、この時間を「熱限界時間」と呼ぶこととする。

【００４０】＜CO₂濃度＞避難者が薄い煙に曝された状
態において、避難者の暴露される煙層のCO₂濃度が、

【数６】 に達した時点とする（日本火災学会：建築防火教材、p1
6、1980を参照）。また、この時間を「濃度限界時間」
呼ぶこととする。

【００４１】 計算で想定する火源（設計火源）は、
成長火源を用いる（田中哮義：建築火災安全工学入門、
日本建築センター、pp51-52、1993を参照）。

【数７】

【００４２】３）煙層下端高さに関する簡易予測式 水平断面積の等しい室における煙層降下時間の簡易予測
式は田中により提案されている（田中哮義：建築火災安
全工学入門、日本建築センター、pp197-199、1993を参
照）。これは、煙層に対する質量保存式

【数８】

【００４３】４）煙層温度に関する簡易予測式 煙層温度を予測するには式（１）の微分方程式を解く必
要がある。式（１）を図２に示した初期火災時のモデル
に従って書き直すと、

【数９】 となる。ここで、火源の燃焼によって発生した熱のう
ち、2/3が火災プルームによって煙層に貫入すると仮定
すると、

【数１０】 となる。従って、式（１２）を式（１１）に代入する
と、

【数１１】 を得る。

【００４４】式（１３）右辺の第２項、第３項は煙層温
度を下げる方向に寄与するものなので、簡易化のためこ
れらを無視し、さらに矩形の室を想定すると煙層の体積
は、

【数１２】 により表される。従って、式（１３）は下式のように変
形できる。

【数１３】

【００４５】煙層温度に対する避難安全性を評価する場
合は、図４に示すように、煙層高さＳが避難上支障のあ
る高さ1.8[m]以下に位置し、避難者が煙に曝されている
状態での受熱が一番危険である。そこで、煙層が避難上
支障のある高さ以下（Ｓ≦１．８）にある状態において
は、常に

【数１４】 であることを考慮して、

【数１５】 により煙層温度を算定すれば、煙層の体積を小さめに見
積もり必ず安全側の評価を与えることになる。

【００４６】

【数１６】 これを式（１７）に代入してさらに時間ｔに対して積分
すると、煙層の（常温からの）上昇温度ΔＴは

【数１７】 により算定される。なお、煙層密度はρ＝１として算定
しておけば十分安全側の想定となる。

【００４７】図５は式（１１）の微分方程式を微少時間
毎に計算して得られた煙層温度と式（１９）によって計
算した煙層温度を時間tに対してプロットしたものであ
る。式（１９）は煙層が避難上支障のある高さに達する
以前は式（１１）より低めの煙層温度を算定する部分も
あるが、避難安全性の評価で重要となるのは煙層が避難
上支障のある高さに達した以降（図中の網掛けの部分）
の煙層温度である。この部分においては式（１９）の性
格上、式（１１）より必ず高めの温度を与えることがわ
かる。尚、図６に、以上の考え方を表状にまとめて示
す。

【００４８】次に避難者が煙に曝されていることのでき
る時間（以下、熱限界時間という）ｔ_ｔの定式化を行
う。まず、式（１９）を式（３）の左辺に代入して積分
すると

【数１８】 が得られる。従って、熱限界時間ｔ_ｔは下式により算定
される。

【数１９】 ここで、空気の定圧比熱Ｃ_ｐは、温度とともに上昇する
が、安全側の仮定として常温における定圧比熱１．０
［ｋＪ／ｋｇＫ］の値を用いている。

【００４９】６）煙層のCO₂濃度に関する簡易予測式の
提案 煙層濃度を予測するには式（２）の微分方程式を解く必
要がある。式（２）を図７に示した初期火災時のモデル
に従って書き直すと、

【数２０】 となる。ここで、式（２）右辺のΓ_ｌは、煙層内部での
燃焼化学種ｌの生成速度であるが、本モデルにおいては
燃焼により生成した化学種ｌは、火災プルームにより煙
層に運ばれるとしているので無視している。

【００５０】また、ここで、火源の燃焼によって発生し
た化学種ｌは全て火災プルームによって煙層に貫入する
と仮定すると、

【数２１】 となる。式（２３）を式（２２）に代入することによ
り、

【数２２】 が得られる。

【００５１】化学種ｌの重量分率Ｙ_ｌを求めるために
は、式（２４）の微分方程式を解くこと必要となるが、
ここでは簡単のため右辺第２項を０として安全側の見積
もりをして、下式により煙層濃度を算定する。

【数２３】 矩形の室を想定すると煙層の体積Ｖは、

【数２４】 により表されるが、煙層温度と同様に避難安全性を評価
する場合は、避難者が煙に曝されている状態が一番危険
である。この時、式（８）に示す関係が常に成立するの
で、煙層体積Ｖは下式のように一定値として取り扱う。

【数２５】

【００５２】化学種ｌの生成量Δｖ_ｌに関しては、木材
の完全燃焼を仮定した場合、下表に示すとおりとなる。
（田中哮義：建築火災安全工学入門、日本建築センタ
ー、pp28-31、1993を参照）

【表３】 以上より、式（２９）及び表１に示される値を式（２
５）に代入すると、下式が得られる。

【数２６】 これを時間に対して積分すると、煙層のCO_２濃度は下式
により算定される。

【数２７】 なお、火災初期において煙層密度は概ね1.0以上の値と
なることから、本モデルにおいてはρ＝１として算定す
る。

【００５３】図８は式（２４）の微分方程式を微少時間
毎に計算して得られた煙層のCO₂濃度と式（３１）によ
って計算した煙層のCO₂濃度を時間tに対してプロットし
たものである。式（３１）は煙層が避難上支障のある高
さに達する以前は式（２４）より低めのCO₂温度を算定
する部分もあるが、避難安全性の評価で重要となるのは
煙層が避難上支障のある高さに達した以降（図中の網掛
けの部分）の濃度である。この部分においては式（３
１）の性質上、式（２４）より必ず高めの濃度を与える
ことがわかる。尚、図９に、以上の考え方を表状にまと
めて示す。

【００５４】以上より、煙層のCO₂濃度が避難上支障の
ある濃度に達するまでの時間（濃度限界時間）は、式
（３１）を式（５）の左辺に代入することにより得られ
る。これより、濃度限界時間ｔ_CO2は下式により算定さ
れる。

【数２８】

【発明の効果】本発明によれば、曝露限界時間を簡単に
算定できる算定方法、この曝露限界時間を用いた許容避
難時間の算定方法、これらの算定方法を実行するプログ
ラム、およびこのプログラムを記録した記録媒体を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】初期火災の概要を説明するための説明図である
。

【図２】初期火災時のモデル（二層ゾーン）を説明する
ための説明図である。

【図３】許容避難時間の算定手順を示すフローチャート
である。

【図４】避難上支障のある状態を説明するための説明図
である。

【図５】煙層温度と煙層高さの時間変化を示すグラフで
ある。

【図６】避難安全性の判定基準の考え方を表状にまとめ
たものである。

【図７】初期火災時のモデル（二層ゾーン）を説明する
ための説明図である。

【図８】煙層CO₂濃度と煙層高さの時間変化を示すグラ
フである。

【図９】避難安全性の判定基準の考え方を表状にまとめ
たものである。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 建物居室内に収納された可燃物が出火し
   てから、該煙層が避難上支障のある性状になるまでに要
   する時間である煙層の曝露限界時間の算定方法におい
   て、 前記曝露限界時間は、前記煙層の温度が避難上支障のあ
   る温度に達するまでの熱限界時間であり、 該熱限界時間ｔ_ｔ［ｓ］を、前記煙層の密度ρ［ｋｇ／
   ｍ^３］と、前記居室の床面積Ａ_ｒｏｏｍ［ｍ^２］と、前
   記居室の天井高さＨ_ｒｏｏｍ［ｍ］と、前記可燃物の燃
   焼による火災成長率α_ｆ［ｋＷ／ｓ^２］と、前記居室の
   内装材料の燃焼による火災成長率α_ｍ［ｋＷ／ｓ^２］と
   から下式に基づいて算定することを特徴とする煙層の曝
   露限界時間の算定方法。 ｔ_ｔ＝６．６｛ρＡ_ｒｏｏｍ（Ｈ_ｒｏｏｍ−１．８）/
   （α_ｆ＋α_ｍ）｝^２／７
2. 【請求項２】 建物居室内に収納された可燃物が出火し
   てから、該煙層が避難上支障のある性状になるまでに要
   する時間である煙層の曝露限界時間の算定方法におい
   て、 前記曝露限界時間は、該煙層ＣＯ_２濃度が避難上支障の
   ある濃度に達するまでの煙層ＣＯ_２濃度限界時間であ
   り、 該煙層ＣＯ_２濃度限界時間ｔ_ＣＯ２［ｓ］を、前記煙層
   の密度ρ［ｋｇ／ｍ^３］と、前記居室の床面積Ａ
   _ｒｏｏｍ［ｍ^２］と、前記居室の天井高さＨ
   _ｒｏｏｍ［ｍ］と、前記可燃物の燃焼による火災成長率
   α_ｆ［ｋＷ／ｓ^２］と、前記居室の内装材料の燃焼によ
   る火災成長率α_ｍ［ｋＷ／ｓ^２］とから下式に基づいて
   算定することを特徴とする煙層の曝露限界時間の算定方
   法。 ｔ_ＣＯ２＝５．７｛ρＡ_ｒｏｏｍ（Ｈ_ｒｏｏｍ−１．
   ８）/（α_ｆ＋α_ｍ）｝^１／３
3. 【請求項３】 建物居室内に収納された可燃物が出火し
   てから避難不能になるまでの時間である許容避難時間の
   算定方法において、 前記許容避難時間は、前記出火してから該煙層が避難上
   支障のある性状になるまでに要する時間である煙層の曝
   露限界時間と、該煙層が避難上支障のある高さに達する
   までに要する時間である煙層降下時間とのうちの大きい
   方の値として算定され、 前記曝露限界時間は、下式に基づいて算定される熱限界
   時間ｔ_ｔ［ｓ］と煙層ＣＯ_２濃度時間ｔ_ＣＯ２［ｓ］と
   のうちの小さい方の値であることを特徴とする許容避難
   時間の算定方法。 ｔ_ｔ＝６．６｛ρＡ_ｒｏｏｍ（Ｈ_ｒｏｏｍ−１．８）/
   （α_ｆ＋α_ｍ）｝^２／７ ｔ_ＣＯ２＝５．７｛ρＡ_ｒｏｏｍ（Ｈ_ｒｏｏｍ−１．
   ８）/（α_ｆ＋α_ｍ）｝^１／３ ここで、ρ［ｋｇ／ｍ^３］は前記煙層の密度、Ａ
   _ｒｏｏｍ［ｍ^２］は前記居室の床面積、Ｈ
   _ｒｏｏｍ［ｍ］は前記居室の天井高さ、α_ｆ［ｋＷ／ｓ
   ^２］は前記可燃物の燃焼による火災成長率、α_ｍ［ｋＷ
   ／ｓ^２］は前記居室の内装材料の燃焼による火災成長率
   である。
4. 【請求項４】 前記煙層降下時間ｔ_ｓ［ｓ］は、下式に
   基づいて算定されることを特徴とする請求項３に記載の
   許容避難時間の算定方法。 【数１】 ここで、ｋ［ｋｇ／Ｊ^１／３ｍ^５／３ｓ^２／３］は巻き
   込み定数である。
5. 【請求項５】 前記煙層の密度ρ［ｋｇ／ｍ^３］は１で
   あることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載
   の算定方法。
6. 【請求項６】 前記請求項１乃至５のいずれかに記載の
   算定方法を実行するプログラム。
7. 【請求項７】 前記請求項６に記載のプログラムを記録
   した記録媒体。