| 研究課題/領域番号 |
16H02379
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| 研究機関 | 早稲田大学 |
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研究代表者 |
長谷見 雄二 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (40298138)
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| 研究分担者 |
鍵屋 浩司 国立研究開発法人建築研究所, 防火研究グループ, 主任研究員 (90298191)
鈴木 淳一 国土技術政策総合研究所, 建築研究部, 主任研究官 (10453846)
堀 英祐 近畿大学, 工学部, 講師 (20547046)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 可燃内装 / 大規模居室 / 煙層 / 着火 / 火炎伝播 / ゾーンモデル / 模型実験 |
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| 研究実績の概要 |
小型実験及びゾーンモデルによる数値シミュレーションにより、本課題の核心である可燃天井・壁内装の煙層による入射熱予測及び着火・火炎伝播予測の基礎となる成果を得た。実験については、天井面及び壁面上部が火災初期の煙層に曝露されて着火・火炎伝播に至る加熱条件を小型実験で再現できるようにするための模型試験体を設計・製作した。拡散型バーナーを火源として煙層温度及び内装の煙層曝露時間をパラメータとする実験を、不燃内装に木材をマーカーとして貼付けて試行錯誤的に行い、内装への入射熱履歴、着火の有無、着火する場合の着火時間、火炎伝播速度を測定した。これにより、以下の成果を得ることができ、2年度目に計画している大型居室火災実験の試験体設計及び実験条件の設定に必要な基本データを整備することができた。
(1)ゾーンモデルでは従来、危険側想定がされていた煙層・周壁間の表面熱伝達係数を実験的に定式化し、煙層温度は実験と計算でほぼ一致するようになった。これにより、表面入射熱の予測モデルも構築できた。
(2)煙層により酸素濃度が低下し、分解ガスが蓄積する条件での木材の引火温度を把握できた。本手法を他の内装材料に適用すれば、各種内総材料が煙層に曝露される条件での引火温度を把握できることがわかった。
(3)木質壁面上部での水平方向火炎伝播速度を、煙層温度、引火前の木材表面温度を変えて実測した。この条件での火炎伝播モデルを構築するための基本となる成果である。
更に、木材の高温物性、分解特性を測定し、雰囲気条件が着火温度に及ぼす影響予測に必要な基本的データを得ることができた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本課題の重要な目標は、一般に内装制限の対象となる大規模居室に木材等の可燃内装を使用する場合の避難安全検証を工学的に行えるようにする基盤として、ゾーンモデルで内装の急激な火炎伝播が発生する条件を予測できるようにすることである。その最大の課題は、煙層から内装への熱伝達の予測法の確立と、分解ガスが蓄積し、酸素濃度が低下する煙層に曝露される内装の引火温度の把握である。ゾーンモデルは従来、ほとんど煙流動予測に利用されており、煙層の熱損失は煙流動性状からみて危険側の高温になるように過小に設定され、実証的な研究は皆無に近かった。28年度は、模型規模とはいえ、煙層から内装への熱伝達を高い精度で再現できるようになった。その結果、煙層温度も煙層に曝露された状態での可燃内装の引火温度を把握できたことも過去にほとんど例のない成果である。着火・火炎伝播予測に必要な内装材料の高温物性は、木材については予定通り、把握することができた。
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| 今後の研究の推進方策 |
申請時の計画では、熱分解ガスが蓄積し酸素濃度が低下する煙層雰囲気中の内装材料の着火温度を、小型試験装置(コーンカロリーメータ)を改造して測定できるようにし、将来、各種材料の評価に活用できるようにする方針だったが、採択決定額に鑑み、本課題では、居室の模型実験により、居室実験で使用する木材及び壁総材料のみについて測定を行うこととする。木材については、この方法で測定可能なことが初年度の実験で確認できている。そのうえで、大規模居室実験については、予定通り、2年度目に大規模居室試験体を製作し、以下の実験を行う。
(1)内装不燃の状態での煙層・周壁間熱伝達把握とそのモデル化
(2)内装仕上げ材料をマーカーとして天井・壁上部に貼った状態での着火時間、火炎伝播性状の把握
(3)可燃内装の配置、表面形状が着火・火炎伝播性状に及ぼす影響の把握
以上のうえ、ゾーンモデルによる実大規模での居室内装の燃焼拡大性状予測の検証を行う。なお、内装材料については、着火後、長時間、分解が続く木材とは対象的に着火後、短時間、強い燃焼発熱を示して消炎する壁装材料を試験体として、上記の実験に加える他、煙層環境下での引火温度、火炎伝播性状の測定も行う。内装材料としては、燃焼発熱特性が対照的な材料について実験を行い、ゾーンモデルによる火災性状の予測を可能とすることにより、燃焼発熱特性がその中間にある多くの内装材料に関する火災性状の予測の見通しを明らかにする。
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