JP3831893B2

JP3831893B2 - 建物内の煙流動解析システム

Info

Publication number: JP3831893B2
Application number: JP2000190873A
Authority: JP
Inventors: 明弘矢川; 武康新
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 2000-06-26
Filing date: 2000-06-26
Publication date: 2006-10-11
Anticipated expiration: 2020-06-26
Also published as: JP2002007511A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建物内の火災状況、扉開閉、給気排煙に応じて煙流動解析を行う建物内の煙流動解析システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
建物の防火手段として、加圧防煙システムがある。この加圧防煙システムは、附室や廊下等の安全区画内に新鮮空気を給気して正圧に保つことで、安全区画内への煙の漏洩を防ぎ、避難路の安全を確保することを可能にした防煙システムである。この場合、附室を加圧し居室から排煙をとる方法のほか、階段室やボイドを加圧する方法、居室の排煙を逃し排煙にする方法などがあり、個々の建物での避難安全計画に適した加圧防煙システムを採用する。また、附室や廊下等の気密性を確保する、迅速で確実な差圧制御を行う、防火戸等の維持管理を徹底する等が適用条件となる。
【０００３】
図１４は加圧防煙システムの設計フローを示す図であり、加圧防煙システムの設計では、防排煙の方針を決定すると（ステップＳ３１）、遮煙位置、必要差圧を設定し（ステップＳ３２）、設定した遮煙位置で必要差圧を得るための給排気量を決定する（ステップＳ３３）。しかる後、差圧制御方法を検討して（ステップＳ３４）、火災発生時の火源、人員密度、扉の開閉状況等の非常時のシナリオを設定し（ステップＳ３５）、そのシナリオに基づき煙層降下・温度・圧力・流量を予測するための煙流動解析（ステップＳ３６）と避難時間を予測するための避難シミュレーション（ステップＳ３７）を行う。その結果、煙層高さや温度が安全な時間内に避難を完了できるかどうかを検討し（ステップＳ３８）、加圧防煙システムの設計を進める。
【０００４】
加圧防煙システムの計画・設計のための解析手法に使用することができるモデルとして、建設省総合技術開発プロジェクト「建築物の防火設計法の開発」による２層ゾーンモデル及び１層ゾーンモデルがある。このモデルは、建築基準法第３８条認定のための煙流動予測に利用できる。
【０００５】
次に、２層ゾーンモデル、１層ゾーンモデルの概要を説明する。２層ゾーンモデルは、煙（上部層）と空気（下部層）が成層化した状態での煙の流れを予測でき、主に火災階の初期火災時の煙流動解析に用いる。１層ゾーンモデルは、煙と空気が完全に混合した状態で煙伝播を解析し、建物全館の煙流動解析や、盛期火災時の解析に用いる。加圧防煙システムの設計において、火災階の安全性評価には２層ゾーンモデルを用いる。しかし、従来のシステムでは、煙流動解析を実行するためのモデルの設定、入力に技術的な知識を必要とし使いやすいものではなかった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するものであって、加圧防煙システムの計画・設計や加圧防煙だけでなく、アトリウム等の自然排煙や蓄煙の計画、設計、また、１層ゾーンモデルで盛期火災の解析にも有用な煙流動解析を簡便に行えるようにするものである。
【０００７】
そのために本発明は、建物内の火災状況、扉開閉、給気排煙に応じて煙流動解析を行う建物内の煙流動解析システムであって、モデルの構成要素、解析条件を含む標準データをライブラリとして格納するライブラリデータファイルと、モデル図面のデータを格納するモデル図面データファイルと、前記モデル図面上でライブラリを引用してモデルの各構成要素として室を表すスペースと開口と給気口／排煙口の入力を行うと共に、開口の開閉スケジュール、給気口／排煙口の給気排煙スケジュール、及び解析条件の入力を行う入力手段と、入力されたモデルの各構成要素、各スケジュール、及び解析条件に基づき上部層の煙と下部層の空気に成層化した状態での２層ゾーンモデルを用いて煙流動解析を行う解析手段と、煙流動解析の結果を出力する出力手段とを備えたことを特徴とするものである。
【０００８】
また、前記ライブラリは、壁体データのライブラリ、開閉スケジュールのライブラリ、給気排煙スケジュールのライブラリ、燃料データのライブラリ、燃料状況のライブラリを含むことを特徴とし、前記出力手段は、前記煙流動解析の結果として、少なくとも煙拡散レベル、煙・空気層温度、煙層高さ、流量・差圧のいずれかを出力することを特徴とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明に係る建物内の煙流動解析システムの実施の形態を示す図である。図中、１はデータ処理演算装置、２はライブラリデータファイル、３はＣＡＤデータファイル、４はモデルデータファイル、５は解析・出力データファイル、６は入力装置、７は出力装置、１１はデータ入出力部、１２は煙流動解析部、１３は解析結果出力部を示す。
【００１０】
図１において、データ演算処理装置１は、データ入出力部１１、煙流動解析部１２、解析結果出力部１３を有し、データ入出力部１１によりモデルの各構成要素（スペース、開口、給気口／排煙口）、スケジュール、解析条件の入力を行い、その入力に基づき煙流動解析部１２により２層ゾーンモデルを用いて煙流動解析を行い、解析結果出力部１３によりスペース毎に煙拡散レベルや煙層温度、空気層温度、煙層の化学種濃度、煙層の高さ、空間圧力、空間差圧などを、開口毎に煙及びの流れ方向、流量などをそれぞれ出力する。
【００１１】
ライブラリデータファイル２は、目的、用途別に登録される共用ライブラリの各データを格納するものであり、例えば壁体データのライブラリ、開閉スケジュールのライブラリ、給気排煙スケジュールのライブラリ、燃料データのライブラリ、ファンデータのライブラリ、燃料状況のライブラリを含み、ユーザが新規物件（モデル）作成時に、指定した共用ライブラリをモデルデータファイル４、解析条件データファイル５へコピー（引用）するために使用するものである。
【００１２】
ＣＡＤデータファイル３は、建築平面図や断面図等による設計データを格納するものであり、モデルデータファイル４は、モデルの各構成要素の設計、入力に基づき作成されたモデルの各構成要素のデータ、解析条件のデータなど共用ライブラリと同様のデータを格納するものであり、解析・出力データファイル５は、モデルの各構成要素に基づき作成した解析モデルにより煙流動解析を行って得られた煙拡散レベル、煙・空気層温度、煙層高さ、流量・差圧のデータを格納するものである。
【００１３】
入力装置６は、ライブラリデータファイル２に格納するライブラリデータを設定入力したり、モデルの各構成要素、解析条件などを設計、入力したり、データの入力や処理命令、指示等の入力を行うキーボードやマウスその他の入力手段を有するものであり、出力装置７は、入力装置６から各種入力を行うための入力画面の表示、各データファイルの内容の表示、解析データの表示、印刷出力を行うディスプレイやプリンタその他の出力手段を有するものである。
【００１４】
モデルの構成要素は、室を表現する単位であるスペース、スペースとスペースの境界上に定義されドア、窓などを表現する開口、スペース上に配置されファン付きの空気流路である給気口／排煙口からなる。スペースは、室を表現する単位であり、開口は、スペースとスペースの境界上に定義され、ドア、窓などの開口を表示する単位であり、給気口／排煙口は、スペース上に配置されファン付きの空気流路である。
【００１５】
ライブラリやモデルは、例えば次のような各データから構成される。壁体データは、壁体名称、熱伝導計算時の分割数、壁面の輻射率、厚さ、熱伝導率、熱容量、密度などからなる。開閉スケジュールは、時刻データ個数、時刻データ毎の時刻と有効開口比（％）などからなる。給気排煙スケジュールは、時刻データ個数、時刻データ毎の時刻と定格値に対する風量比（％）などからなる。燃料データは、可燃物に含まれる各元素の重量比（Ｃ，Ｈ，Ｏ，Ｎ）、高位発熱量、熱分解温度、ガス化潜熱、モル数、炭素残渣比、すすの発生率、含水率、ＣＯ発生率などからなる。ファンデータは、定格静圧、ファン性能曲線の近似式係数Ｃ０，Ｃ１，Ｃ２，……などからなる。燃料状況は、時刻データ個数、時刻データ毎の時刻と燃焼速度（ｋｇ／ｓ）と燃焼面積（ｍ²）と火源の高さ（ｍ）などからなる。
【００１６】
次に、本発明に係る建物内の煙流動解析システムにより実行される全体の処理の内容を説明する。図２は本発明に係る煙流動解析システムにより実行される処理概要を説明するための図である。本発明に係る建物内の煙流動解析システムにより解析を行おうとする場合には、例えば図２に示すようにまず、例えば建物名称、建物階情報、建物体毎のフロア名称、階高ディフォルト、天井高ディフォルトなどを含むそのモデルの基本情報を入力し（ステップＳ１１）、ライブラリの追加、修正などがある場合には（ステップＳ１２）、ライブラリの追加、修正を行う（ステップＳ１３）。
【００１７】
しかる後、モデルの構成要素の入力を行う（ステップＳ１４〜Ｓ１６）。すなわち、モデルの構成要素として、スペースを入力し（ステップＳ１４）、開口を入力し（ステップＳ１５）、給気口／排煙口を入力する（ステップＳ１６）。さらに開口の開閉スケジュール、給気口／排煙口の給気排煙スケジュールなどを入力し（ステップＳ１７）、解析条件を入力する（ステップＳ１８）。
【００１８】
モデルの構成要素、解析条件などの入力が行われると、これらの入力に基づき煙流動解析を実行し（ステップＳ１９）、その解析結果を出力する（ステップＳ２０）。解析結果の評価により、さらにモデルの修正（追加、削除、変更など）があるか否かにより（ステップＳ２１）、モデルの修正がある場合には、再度ステップＳ１１に戻り、ライブラリの修正、モデルの基本情報、モデルの構成要素の修正を行って同様の処理を繰り返し実行する。
【００１９】
さらに、モデルの構成要素、解析条件の入力、解析結果の出力により本発明に係る建物内の煙流動解析システムによる処理の具体例を説明する。図３は物件データ入力画面の構成例を示す図、図４は実行条件入力画面の構成例を示す図、図５はスペースの設計を行う画面の構成例を示す図、図６はスペースの初期値入力画面の構成例を示す図、図７は火災状況入力画面の構成例を示す図である。
【００２０】
物件データの入力には、例えば図３に示す入力画面が用いられる。この画面では、入力項目として、作成する物件データのディレクトリ名となる物件名称、ユーザが自由に付与できる建物のコメント、計算条件のコメント、図面モード、地上と地下の階数、各階数毎の階高、天井高などを有する。
【００２１】
実行条件の入力には、例えば図４に示す入力画面が用いられる。この画面では、入力項目として、計算開始時刻、計算終了時刻、計算時間刻み、リスト出力間隔、機械煙制御、外気と同じ／温度と湿度を指定／全指定（重量濃度）／全指定（分圧）から選択される供給空気条件の指定方法などの項目を有する。
【００２２】
スペースに関しては、ＣＡＤデータからモデル図を読み出し、「対角２点指定」を選択することにより、図５（Ａ）に示すようにカーソル位置から最も近い設定可能な位置（点）が矩形で指定され、長方形の対角となる２点を連続して指定することで長方形型スペースを作成する。また、「多角形」を選択することにより、図５（Ｂ）に示すように閉じた多角形を構成する頂点を１つ１つ連続して指定することにより、凹凸自在な多角形（長方形を含む）型スペースを作成するようになっている。なお、○は、完成したスペース内の示す確認のためのシンボルであり、スペースを作成しないところは全て外気扱いとなる。
【００２３】
また、開口に関しては、名称、開口タイプ（一般開口／全面開口）、幅、ＦＬからの上端高さ、ＦＬからの下端高さ、外気に接する開口のときは風圧係数、開閉スケジュールなどが入力される。給気口／排煙口に関しては、上端高さＦＬ＋、下端高さＦＬ＋、定格給気／排煙量、給気排煙スケジュール、ファン特性などが入力される。
【００２４】
スペースの初期値に関しては、例えば図６に示す入力画面が用いられる。この画面では、入力項目として、温度と湿度を指定／全指定（重量濃度）／全指定（分圧）を選択する指定方法と温度、湿度、化学種濃度（未燃性ガス、すす、酸素、ＣＯ₂、ＣＯ、Ｈ₂Ｏ、Ｎ₂）の各初期値などの入力項目を有し、名称を入力した初期値が有効になる。また、火災状況に関しては、例えば図７に示す入力画面が用いられる。この画面では、入力項目として、火災室、燃焼データ単位、燃料、燃焼状況などの項目を有する。
【００２５】
図８はスペースデータと開口スケジュールデータの構成例を示す図、図９は火災状況データの構成例を示す図、図１０は煙拡散レベル分布の出力例を示す図、図１１は煙層温度分布の出力例を示す図、図１２は火災室と廊下の煙層高さ変動の出力例を示す図、図１３は火災室と廊下の煙層・空気層温度変動の出力例を示す図である。
【００２６】
スペースデータは、図８に示すように室数、室名、階、室床高、天井高、初期温度、壁体タイプ番号、天井携帯、高さ位置、開口、奥行き、面積からなり、天井携帯の指定数だけ〔１０〕を繰り返し、指定室数だけ〔０９〕〜〔１０〕を繰り返す。開口のスケジュールデータは、図９に示すように開閉スケジュールのパターン数、パターン番号と設定時刻数、時刻列、開口の有効開口比、室番号、開口の番号、パターン番号からなる。火災状況データは、火災室の番号、火源の時刻、燃焼データ単位、変化指定数などからなる。これらは、２層ゾーンモデルの入力データフォーマットの一部であり、画面での入力情報を基に本システムが生成するデータである。
【００２７】
上記のように本発明に係る建物内の煙流動解析システムでは、室の床面積、天井高さ、壁仕様、開口の面積、高さ、開閉スケジュール、給気口／排煙口の風量、スケジュール、出火室位置、燃焼状況、燃料設定、外気温湿度、風速、風圧係数等の入力に対し、２層ゾーンモデルを用い、煙（上部層）と空気（下部層）が成層化した状態での煙の流れを予測し、主に火災階の初期火災時の煙流動解析を行う。その解析結果として、濃度や色などの表示態様をスケールとして、例えば図１０に示すように左上のスケールに基づいて煙拡散レベルを各室やチャンバなどのスペース毎に表した煙拡散レベル分布、図１１に示すように左上のスケールに基づいて煙層温度を各室やチャンバなどのスペース毎に表した煙層温度分布、空気層温度、図１２に示すように経過時間にしたがって煙層の高さを表した火災室（居室）と廊下の煙層高さ変動、図１３に示すように経過時間にしたがって火災室と廊下の煙層・空気層温度変動、開口部の差圧、煙層、空気層の化学種濃度、煙、空気の流れ方向と流量などを出力する。
【００２８】
上記のように解析結果についてスペース毎の表示を行う場合には、ＣＡＤの図面データを下図にして煙拡散レベル、煙層温度、空気層温度、煙層の化学種濃度、煙層の高さ、空間圧力、空間差圧について段階、色、数値での表示を行う。また、開口の表示を行う場合には、ＣＡＤの図面データを下図にして煙、空気の流れ方向、流量を矢印、その幅、数値での表示を行う。さらに、時分指定の表示や順次表示、開口の表示との重ね表示を行う。
【００２９】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば上記実施の形態では、スペース、開口、給気口／排煙口をモデルの構成要素としたが、他の要素で構成するように定義してもよいし、他の要素を付加したり、上記の要素について併合、分割、他の要素への置換、変更してもよいことはいうまでもない。また、ＣＡＤデータを用い建築平面図上で図形入力を行ったが断面図、立面図から入力を行ってもよい。
【００３０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、建物内の火災状況、扉開閉、給気排煙に応じて煙流動解析を行う建物内の煙流動解析システムであって、モデルの構成要素、解析条件を含む標準データをライブラリとして格納するライブラリデータファイルと、モデル図面のデータを格納するモデル図面データファイルと、モデル図面上でライブラリを引用してモデルの各構成要素として室を表すスペースと開口と給気口／排煙口の入力を行うと共に、開口の開閉スケジュール、給気口／排煙口の給気排煙スケジュール、及び解析条件の入力を行う入力手段と、入力されたモデルの各構成要素、各スケジュール、及び解析条件に基づき上部層の煙と下部層の空気に成層化した状態での２層ゾーンモデルを用いて煙流動解析を行う解析手段と、煙流動解析の結果を出力する出力手段とを備えたので、ＣＡＤデータやライブラリデータを引用して簡便に建物の入力、解析条件を入力することができ、視覚的に煙の流れ方向や流量、温度、化学種濃度の変動などを表示することができ加圧防煙システムの設計に活用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る煙流動解析システムの実施の形態を示す図である。
【図２】本発明に係る煙流動解析システムにより実行される処理概要を説明するための図である。
【図３】物件データ入力画面の構成例を示す図である。
【図４】実行条件入力画面の構成例を示す図である。
【図５】スペースの設計を行う画面の構成例を示す図である。
【図６】スペースの初期値入力画面の構成例を示す図である。
【図７】火災状況入力画面の構成例を示す図である。
【図８】スペースデータと開口スケジュールデータの構成例を示す図である。
【図９】火災状況データの構成例を示す図である。
【図１０】煙拡散レベル分布の出力例を示す図である。
【図１１】煙層温度分布の出力例を示す図である。
【図１２】火災室と廊下の煙層高さ変動の出力例を示す図である。
【図１３】火災室と廊下の煙層・空気層温度変動の出力例を示す図である。
【図１４】加圧防煙システムの設計フローを示す図である。
【符号の説明】
１…データ処理演算装置、２…ライブラリデータファイル、３…ＣＡＤデータファイル、４…モデルデータファイル、５…解析・出力データファイル、６…入力装置、７…出力装置、１１…データ入出力部、１２…煙流動解析部、１３…解析結果出力部

Claims

建物内の火災状況、扉開閉、給気排煙に応じて煙流動解析を行う建物内の煙流動解析システムであって、
モデルの構成要素、解析条件を含む標準データをライブラリとして格納するライブラリデータファイルと、
モデル図面のデータを格納するモデル図面データファイルと、
前記モデル図面上でライブラリを引用してモデルの各構成要素として室を表すスペースと開口と給気口／排煙口の入力を行うと共に、開口の開閉スケジュール、給気口／排煙口の給気排煙スケジュール、及び解析条件の入力を行う入力手段と、
入力されたモデルの各構成要素、各スケジュール、及び解析条件に基づき上部層の煙と下部層の空気に成層化した状態での２層ゾーンモデルを用いて煙流動解析を行う解析手段と、
煙流動解析の結果を出力する出力手段と
を備えたことを特徴とする建物内の煙流動解析システム。
前記ライブラリは、壁体データのライブラリ、開閉スケジュールのライブラリ、給気排煙スケジュールのライブラリ、燃料データのライブラリ、燃料状況のライブラリを含むことを特徴とする請求項１記載の建物内の煙流動解析システム。
前記出力手段は、前記煙流動解析の結果として、少なくとも煙拡散レベル、煙・空気層温度、煙層高さ、流量・差圧のいずれかを出力することを特徴とする請求項１記載の建物内の煙流動解析システム。