竪穴区画を利用した新たな煙制御手法の確立

2020 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 20K04815
• 研究機関: 東京理科大学
• 研究代表者: 松山 賢 東京理科大学, 理工学研究科国際火災科学専攻, 教授 (10307704)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 竪穴区画 / EVシャフト / 煙制御 / 電界

研究実績の概要

本研究では，EVシャフト等の竪穴空間を煙突と見立て，煙の浮力を利用したスモークタワーをEVシャフトに適用し，排気・給気ファンに頼らず，効率の良い排煙手法の確立を目的としている。具体には，シャフトおよび接続する火災室の縮小模型を用いてシャフト頂部からの排煙能力を定量化，さらに排煙の効率化に向け，シャフトから他階への新たな漏煙防止方法として，電界による煙制御の実用可能性についても実験的検討を行うものである。
初年度(2020年度)は，まず竪穴空間(EVシャフト)と居室の2室を対象に，シャフト開口部と居室開口部を階層ごとに接続可能な1/20程度の縮尺模型の製作を行った。（申請段階では縮尺1/10を計画していたが，10層程度の中高層建築物を想定した場合，高さ約40mとなり，実験施設におけるハンドリングを考慮して縮尺1/20とした。）
シャフト側面は，煙流動が可視化できるよう側面は透明なアクリル板とした。居室部は一区画とし，中心部にガスバーナーを配置することで火災室と見立て，屋外および屋内側(シャフト接続部)に開口を配置した。
まず基礎的研究の位置づけとして，この縮小模型によりシャフト内に積極的に煙を侵入させた場合の煙流動を把握するため，煙流動に最も支配的な因子と思われることから，開口部の開閉条件に着目した実験を行った。測定項目は，シャフト内の煙流動を把握するため，垂直温度分布および圧力分布，さらに頂部および底部の開口の近傍のシャフト断面の中央位置に2方向管を設置することにより質量流量とした。また，火災室においても開口部の質量流量，併せて区画内の温度分布を測定した。実験は，開口（シャフト頂・底部，火災室外部開口）の開閉条件，火源発熱速度をパラメータとして実施した。実験結果から，開口の開閉条件による，火災室およびシャフト内の煙流動について，おおよその傾向を把握することができた。

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

2020年度は，模型縮尺に計画当初からの見直しが生じたものの，予定していた模型の製作および実験によるデータの蓄積を行うことができた。まずは，初期火災を対象とした実験条件および盛期火災を対象として実験条件について，火災室の燃焼実験を行い，シャフト頂部からの換気量を把握するとともに，各開口因子の影響度を把握できた。現在，データの解析中でもあるが，2021年度の前期には完了予定である。また，電界に対する煙流動の影響については，まず火災室－シャフト間の開口条件および火源サイズによる流れを十分に把握する必要があるため，2021年度の前期に実施し，その強度と煙挙動の関係性を明らかにする予定である。

今後の研究の推進方策

2020年度の結果を踏まえ，今後は計画書の通り，シャフト長さおよびシャフトに接続する火災室の設置高さをパラメーターに追加し，各因子が排煙効率に与える影響を把握する。具体的には，シャフトの高さを約1.5倍程度に伸長させた条件についても実施する予定である。る。なお，流れを定量化については，PIVを使ってさらなる解析を進めていく。
さらに，高効率煙制御を目指し，煙流動に関する基礎的データを取得することを目的として，既往の知見に基づく電界の利用を試みる。別途，模型を改良して実施する予定であるが，この改良計画も含め，検討していく。なお，煙流動の定量化については，液体燃料やプロパンガス等の異なる可燃物の燃焼により発生する煙に対する影響を光学的煙濃度計やPIVにより行う予定である。