(57)【要約】      （修正有）【課題】建設省告示の計算式よりは正確な近似解が、一度の計算で簡単に得られ、なおかつ、安全性を確保することが可能な煙流出量の計算式を用いた避難安全検証法を提供する。【解決手段】被計算室Ｒの内部を、上側の煙層と下側の清浄な空気層とに分れるものと仮想するとともに、この清浄空気層と隣エリアＮの空気との間で空気密度の差がないものと仮定して、被計算室Ｒから隣エリアＮへ単位時間当たりに流入する煙の質量ｄｍｏｕｔ／ｄｔを次式で近似することを内容とする（α：開口係数，Ｂ：開口幅，Ｈｔｏｐ：開口上端高さ，Ｈｓ：煙下端高さ，ρｓ：煙密度，ρａ：空気密度）。ｄｍｏｕｔ／ｄｔ＝（２／３）αＢ×（Ｈｔｏｐ−Ｈｓ）３／２√（２ｇρｓ｜ρｓ−ρａ｜）【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
建物内の任意階の火災室又はこれに連なる煙伝播室を計算の対象として、この被計算室から開口を介して隣エリアへ単位時間内に流れ出る煙流出量を計算し、
この煙流出量に基づいて隣エリア内で煙が天井から安全避難の障害となる高さに降下するまでの煙降下時間を算出し、
この煙降下時間を、隣エリアの外又は避難口へ避難するのに要する避難時間と比較して安全避難の可否を判定する避難安全検証法において、
被計算室Ｒの内部を、上側の煙層と下側の清浄な空気層とに分れるものとするとともに、この清浄空気層と隣エリアＮの空気との間で空気密度の差がないものと仮定して、
被計算室Ｒから隣エリアＮへ単位時間当たりに流出する煙の質量ｄｍｏｕｔ／ｄｔを次式で近似することを内容とする、煙流出量の近似式を用いた避難安全検証法。
［数式１］
ｄｍｏｕｔ／ｄｔ＝（２／３）αＢ×（Ｈｔｏｐ−Ｈｓ）３／２√（２ｇρｓ｜ρｓ−ρａ｜）
α：開口係数，Ｂ：開口幅，Ｈｔｏｐ：開口上端高さ，Ｈｓ：煙下端高さ，ρｓ：煙密度，ρａ：空気密度
【請求項２】
被計算室に複数の開口がある場合に、これら複数開口のうち、
同一の隣エリアに連続する複数の開口に関しては、これら一連の開口と等価の開口面積を有する一つの開口として計算し、
異なる隣エリアに連続する独立した開口に対して、各独立開口からの煙流出量を計算するに当たって、他の独立開口が存在しないものとして、その計算を行うことを内容とする、請求項１記載の、煙流出量の近似式を用いた避難安全検証法。
【請求項３】
火災室から煙伝播室への煙の流出量を計算し、次に煙伝播室から隣のエリアへの煙の流出量を計算する場合に、火災室からの煙の流出質量を前記数式１により計算し、また煙伝播室からの煙流出量を次の数式２及び数式３によって計算することを特徴とする、請求項１又は請求項２記載の避難安全検証法。
［数式２］
ｄｍｏｕｔ／ｄｔ＝（２／３）αＢ×（Ｈｔｏｐ−Ｈｏ）３／２√（２ｇρｓ｜ρｓ−ρａ｜）
［数式３］
ｄｍｉｎ／ｄｔ＝（２／３）αＢ×（Ｈｏ−Ｈｓ）３／２√（２ｇρａ｜ρｓ−ρａ｜）＋αＢＨｓ×（Ｈｏ−Ｈｓ）１／２√（２ｇρａ｜ρｓ−ρａ｜）
但しはＨｔｏｐ開口上端高さ、Ｈｓは煙下端高さ、Ｈｏは煙伝播室と隣エリアとの空気の圧力の差が零となる中性帯の高さ、ｍｏｕｔは火災室からの煙の流出量、ｍｉｎは隣室からの空気の流入量、αは開口係数，Ｂは開口幅である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、煙流出量の近似式を用いた避難安全検証法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、建物内に火災時の避難経路を確保するために避難安全検証法が制定された。同法には、主として次の計算方法について規定している。
(a)火災室から室外へ避難できることを確認するための居室避難計算
(b)火災室を含む検証階から避難できることを確認するための階避難計算
(a)では、検証階の各居室毎に、居室からの避難を終了する時間（＝避難開始時間＋歩行時間＋出口通過時間）と、煙が所定の高さ（床面から１．８ｍ）に降りる迄の煙等降下時間とをそれぞれ計算し、前者が後者より短ければ避難の安全性が検証される。
【０００３】
(b)では、想定する火災室毎に、検証階に居る全員が避難階段へ避難するまでの階避難終了時間と、煙が避難経路内で所定高さへ降りるまでの煙等下降時間とをそれぞれ計算し、前者が後者よりも短ければ階からの避難の安全性が検証される。
【０００４】
ここで室内での煙等降下時間は次の数式４で、また階内での煙等降下時間は、任意の火災室から避難する際に通過する全室に関して次の数式５で計算した数値の合計の最大値である。但し、Ａｒｏｏｍは居室床面積、Ｈｒｏｏｍは平均天井高さ、Ｖｓは煙等発生量、Ｖｅは有効排煙量，Ｈｌｉｍ，は限界煙層高さである。
［数式４］ｔｓ＝Ａｒｏｏｍ×（Ｈｒｏｏｍ−１．８）／ｍａｘ（Ｖｓ−Ｖｅ，０．０１）
［数式５］ｔｓ＝Ａｒｏｏｍ×（Ｈｒｏｏｍ−Ｈｌｉｍ）／ｍａｘ（Ｖｓ−Ｖｅ，０．０１）
これら数式４及び数式５の計算上、火災室でのＶｓは現実に当該室内で発生した煙等の量を計算すれば良いが、階避難計算において火災室に連なる各室でのＶｓは、火元側から各室への煙の流出量で計算する必要がある。この煙流出量に関して旧建設省の告示は次のように定めている（非特許文献１）。この方法は、一種の近似であって、要するに煙の流出量と開口面積とが比例するとしたものである。
【０００５】
【表１】
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これに対して、火元側への煙の逆流を視野に入れた煙流出量の計算方法も提案されている（非特許文献２）。まず、室内で火災が発生すると、膨張された煙が天井側に溜まる。室の上部に溜まった煙層の気体密度をρｓ、煙層以外の空気部分の密度をρａとすると、煙層内には高さｚ方向に、浮力によってδ（ΔＰ）／δｚ＝ｇ（ρｓ−ρａ）という圧力勾配を生ずる。この圧力勾配により火災室の上部から隣室の上部へ煙が流出すると、質量保存の法則により隣室の下部から火災室の下部へ空気が流れ込む。この場合、煙層の高さ方向のどこかに隣室との間で圧力差が零となる場所（中性帯）があるはずである。この中性帯を境として、中性帯上方から煙が隣室へ流出し、中性帯下方から、隣室内の空気が流入する空気モデルを想定する。この中性帯の高さをＨｏとし、更に開口上端高さをＨｔｏｐ、煙下端高さＨｓを、中性帯の高さをＨｏとすると、火災室からの煙の流出量ｍｏｕｔ及び隣室からの空気の流入量ｍｉｎに関して次の２式を得る。ここでｍｏｕｔ及びｍｉｎはともに質量である。またαは開口係数，Ｂは開口幅である。
［数式２］
ｄｍｏｕｔ／ｄｔ＝（２／３）αＢ×（Ｈｔｏｐ−Ｈｏ）３／２√（２ｇρｓ｜ρｓ−ρａ｜）
［数式３］
ｄｍｉｎ／ｄｔ＝（２／３）αＢ×（Ｈｏ−Ｈｓ）３／２√（２ｇρａ｜ρｓ−ρａ｜）＋αＢＨｓ×（Ｈｏ−Ｈｓ）１／２√（２ｇρａ｜ρｓ−ρａ｜）
この２式を解くときには、Ｈｏの適当な初期値を代入して、ｍｏｕｔ及びｍｉｎの一次解を計算し、これら解より中性帯上方からの煙の流出量ｍｏｕｔと中性帯下方からのエアの流入量ｍｉｎとをそれぞれ求め、前者が大であるときには中性帯の高さを所定幅ΔＨだけ上げ、後者が大であるときには、中性帯の高さをΔＨだけを下げる。そして新たな中性帯の高さに基づいて、ｍｏｕｔ＝ｍｉｎとなるまで逐次計算を繰り返す。
【非特許文献１】平成１２年建設省告示第１４４１号
【非特許文献２】田中▼たけ▲義著「建築火災安全工学入門」 平成５年７月２０日財団法人日本建築センター
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
非特許文献１の計算式Ｖｓ＝２Ａopは、近似法としてもかなり粗い近似であって、必要以上に流出量を多く見積もってしまうことになる。
【０００７】
非特許文献２の計算式は、逐次近似法であり、煙流出量を決定するために多くの計算を行う必要があった。
【０００８】
これら個々の計算の速度は計算機を使用すれば速くなるが、多くの計算を繰り返すために、中性帯の初期値や増分ΔＨの設定次第では数値が上手く収束しないなどの不都合を生ずることがある。また、建物の設計においては、厳密な計算解を求めるのとは別に携帯式計算機などで簡易に近似解を求めることを必要とする場合があり、そうした場合に、非特許文献２の方法は複雑過ぎる。
【０００９】
本発明は、非特許文献１に示す建設省告示の計算式よりは正確な近似解が、一度の計算で簡単に得られ、なおかつ、安全性を確保することが可能な煙流出量の計算式を用いた避難安全検証法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１の手段は、
建物内の任意階の火災室又はこれに連なる煙伝播室を計算の対象として、この被計算室から開口を介して隣エリアへ単位時間内に流れ出る煙流出量を計算し、
この煙流出量に基づいて隣エリア内で煙が天井から安全避難の障害となる高さに降下するまでの煙降下時間を算出し、
この煙降下時間を、隣エリアの外又は避難口へ避難するのに要する避難時間と比較して安全避難の可否を判定する避難安全検証法において、
被計算室Ｒの内部を、上側の煙層と下側の清浄な空気層とに分れるものとするとともに、この清浄空気層と隣エリアＮの空気との間で空気密度の差がないものと仮定して、
被計算室Ｒから隣エリアＮへ単位時間当たりに流出する煙の質量ｄｍｏｕｔ／ｄｔを次式で近似することを内容としている。
［数式１］
ｄｍｏｕｔ／ｄｔ＝（２／３）αＢ×（Ｈｔｏｐ−Ｈｓ）３／２√（２ｇρｓ｜ρｓ−ρａ｜）
α：開口係数，Ｂ：開口幅，Ｈｔｏｐ：開口上端高さ，Ｈｓ：煙下端高さ，ρｓ：煙密度，ρａ：空気密度
本手段は、従来の建設省告示の式Ｖｓ＝２Ａopに比べて煙層下端の高さＨｓを反映した煙流出量の近似式を提案している。本式を導くに当たり、図１において火災室の煙層下方の空気層と隣エリアの対応する高さの空気層との各密度が同じであるという仮定をおく。そうすると両空気層の間での圧力差は零になるから、空気の出入りは零となる。そして煙層内では、前述のδ（ΔＰ）／δｚ＝ｇ（ρｓ−ρａ）の圧力勾配があるので、煙層の下端から開口上端へ向かって圧力が直接的に増加することとなる。そこで前述の数式２のＨｏをＨｓに置き換えて上記数式１を得る。
【００１１】
この数式１の形だけをみれば、数式２に比べて変数を一個置き換えただけであるが、この置き換えは物理的に見れば自然なことではない。何故ならば図１を見ると判るように火災室から隣エリアへ一方的に煙が出ていくだけで還気流がなく、質量の保存則が成立していないからである。しかし、数式１の左辺をｄｍｏｕｔ／ｄｔ（Ｈｓ）、数式２の左辺をｄｍｏｕｔ／ｄｔ（Ｈｏ）とすると、Ｈｓ＜Ｈｏであるから、ｄｍｏｕｔ／ｄｔ（Ｈｏ）＜ｄｍｏｕｔ／ｄｔ（Ｈｓ）が保証されているということが言える。避難安全検証法の如く人命に直接結び付く問題の計算では、全体として精度の高い近似法であっても、近似解が厳密解よりも危険な領域側へブレる可能性があれば役に立たない。そこで本手段では、空気モデルが現実の減少からある程度乖離したものとなっても、現実の煙流出量が超過することのない最小限の目安量を提案するようにしている。
【００１２】
図３は、各煙層下端の高さＨｓをいろいろに変更して、一定の煙層の比重の変化に対するＶｓの大きさについて、煙流出量に関する非特許文献２の数式による厳密解を細線で、表１の建設省告示による簡易近似解を点線で、更に、本発明による近似解を太字でそれぞれ表したものである。本発明の近似解は、あらゆる比重の範囲において厳密解よりも大きいが、建設省告示の簡易近似解に比べると大幅に精度が上がっていることが判る。
【００１３】
本手段中、「被計算室」とは、煙流出量の計算を行う対象の室をいい、避難口に至るまでの避難用通路（例えば廊下）を含むものとする。特に避難安全検証法でいう火災室と煙伝播室とを含む。即ち、前述の階避難安全検証の場合には、火災室から隣室への煙流出量の他に、その隣室（煙伝播室）から更に次の室への煙流出量を順次計算していく必要があり、それら一連の各室について本発明の近似式（数式１）を適用できる。もっとも一連の室（又はエリア）の全部に本発明の計算方法を適用する必要はない。例えば火元に近い室に対してはより精密な計算方法を、火元から遠い室に対してはより粗い近似法を適用するようにしても良い。具体的には、火元に近い室には非特許文献２の厳密な計算方法を、火元から遠い室には本発明の数式１の近似法を適用しても良く、或いは火元に近い室には数式１の近似法を、火元から遠い室には、建設省告示の簡易近似式を適用しても良い。これに関しては後述する。
【００１４】
尚、本明細書で「流出質量」というときには、本発明の数式１或いは非特許文献２の連立計算式に関して、単位時間当たりに流出する煙の質量を指すものとする。また、煙の「流出量」というときには、その概念の中には、流出質量の他に、単位時間当たりに流出する煙の容量（流出容量）が含まれるものとする。
【００１５】
第２の手段は、第１の手段を有し、かつ
被計算室に複数の開口がある場合に、これら複数開口のうち、
同一の隣エリアに連続する複数の開口に関しては、これら一連の開口と等価の開口面積を有する一つの開口として計算し、
異なる隣エリアに連続する独立した開口に対して、各独立開口からの煙流出量を計算するに当たって、他の独立開口が存在しないものとして、その計算を行うことを内容としている。
【００１６】
本手段では、被計算室に複数の開口がある場合の計算方法を提案している。複数の開口が一つの隣エリアに連続しているときには、これらの開口と等価の単一の開口を有する場合と区別する必要がない。他方、複数の開口が異なる隣エリアに連続しているときには、どの隣エリアに煙が流れ込むかを一義的に決定することが困難であるため、一つの開口からの流出量を計算する際、他の開口がなかったものとして取り扱う。この扱いは、安全性を確立するために煙の流出量が現実よりも余分にあるものと見做すという点で、第１の手段と着想を共通するものである。火災室から避難口まで幾つもの避難経路に枝分かれしているときには、かなり余分に煙流出量を見込むことになるが、前述の図３に示す如く建設省告示の簡易近似式で計算する場合と比較すれば、本発明の近似式を使用したときには誤差が半分以下になるので、全体として計算の精度が大幅に改善される。
【００１７】
「同一の隣エリアに連続する複数の開口」とは、室Ａ→開口ｄ１→エリアＣ、室Ａ→ｄ２→エリアＣの如く、一つの室から直接同じエリアに連続するときのそれらの開口をいうものとする。室Ａ→室Ｂ→エリアＣの如く、間接的に同じエリアに接続する場合は含まない。
【００１８】
第３の手段は、第１の手段又は第２の手段を有し、かつ
火災室から煙伝播室への煙の流出量を計算し、次に煙伝播室から隣のエリアへの煙の流出量を計算する場合に、火災室からの煙の流出質量を前記数式１により計算し、また煙伝播室からの煙流出量を次の数式２及び数式３によって計算することを特徴としている。
［数式２］
ｄｍｏｕｔ／ｄｔ＝（２／３）αＢ×（Ｈｔｏｐ−Ｈｏ）３／２√（２ｇρｓ｜ρｓ−ρａ｜）
［数式３］
ｄｍｉｎ／ｄｔ＝（２／３）αＢ×（Ｈｏ−Ｈｓ）３／２√（２ｇρａ｜ρｓ−ρａ｜）＋αＢＨｓ×（Ｈｏ−Ｈｓ）１／２√（２ｇρａ｜ρｓ−ρａ｜）
但しはＨｔｏｐ開口上端高さ、Ｈｓは煙下端高さ、Ｈｏは煙伝播室と隣エリアとの空気の圧力の差が零となる中性帯の高さ、ｍｏｕｔは火災室からの煙の流出量、ｍｉｎは隣室からの空気の流入量、αは開口係数，Ｂは開口幅である。
【００１９】
本手段では、正確な計算方法と簡易な計算方法との組み合わせを提案している。前述の階避難安全検証では、火元側から煙が伝播する各室・エリアに関して煙降下時間を計算するため、火元付近の室からの煙の流出量の誤差が大きいと、その後の各伝播室での計算で誤差が重複することとなり、全体としての計算の信頼性を損なう可能性がある。他方、伝播室の数が多いと、その全てに関して正確な計算を行うのは必ずしも合理的ではない。そこで火元からの遠近に応じて計算の精度にメリハリをつけるようにすることができる。
【発明の効果】
【００２０】
第１の手段に係る発明によれば次の効果を奏する。
○建設省告示の計算式Ｖｓ＝２Ａopなどに比べて、精度が高い近似解が得られる。
○非特許文献２の逐次近似法に比べて一度の計算で解が求まるので簡単である。
○原理的に煙流出量の近似解が現実の流出量を下回ることが保証されているので、人命優先の原則を徹底しつつ合理的な設計を行うことができる。
【００２１】
第２の手段に係る発明によれば、被計算室に異なる隣エリアへ連続する複数の開口が存在する場合に、それら各開口からの煙流出量の計算に際して、他の開口が存在しないものとして、換言すれば安全のために開口の数を少なく見積もる方式において、従来の計算式Ｖｓ＝２Ａopなどもより正確に各開口からの流出量を近似できるようにしたから、全体としての誤差を大幅に改善できる。
【００２２】
第３の手段に係る発明によれば、火災室から煙伝播室への煙の流出量を、より厳密な数式１の近似式を用いて、またその煙伝播室から隣エリアへの煙の流出量を、より簡易な数式○の近似式を用いて計算するようにしたので、一連の計算操作の中心となる重要な部分を正確に、また末葉的部分を簡素にメリハリをつけて計算することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１〜図３は、本発明に係る避難安全検証法の説明図である。図１は本発明方法の原理を示す図であり、図２は、この方法を適用する検証階の平面図である。図１において、Ｒは被計算室であり、Ｎは隣エリアである。
【００２４】
まず本発明方法のうち従来公知の部分を図面に基づいて簡単に説明する。
【００２５】
上記の検証法は、前述の如く居室避難安全検証と階避難安全検証という各行程を含む。この他に全館避難安全検証という行程があるが、本発明の要旨とは関連が少ないので説明を省略する。居室避難安全検証では、図２に示す検証階にある各室を火災室と仮定して、各火災室毎に避難終了時間と、煙等降下時間とを計算する。全ての検証室において前者が後者より短ければ避難の安全性が確認される。避難終了時間及び煙等降下時間の計算方法は避難安全検証法に詳細に規定されているので、説明を省略する。次に、階避難安全検証では、検証階の各室を火災室として、各火災室から避難口までの避難に要する階避難時間と、階煙等降下時間とを計算し、階煙等降下時間のうち最も短いものと比べて、何れかの火災室からの階避難時間が長いと、当該階からの避難の安全性は確保されないものとする。
【００２６】
本発明では、前述の階煙等降下時間の計算に当たって、火元に近い側から遠い側への煙の流出量を計算する。計算の方法は、被計算室毎に、前述の数式１に、被計算室の開口係数α、開口幅Ｂ、開口上端高さＨｔｏｐ、煙層下端高さＨｓ、煙密度ρｓ、空気密度ρａを代入すれば良い。
【００２７】
ここで開口係数は、一般に０．６〜０．７の範囲で適宜決定する。また、煙下端高さ及び煙密度は公知の方法で求めればよい。具体的には、煙下端高さは、火源の発熱量と火源面積とその時点での煙下端高さから煙発生量を求め、そこから火災室の排煙量を引くことにより、火災室に存する煙量を求め、これを床面積で割ることにより求めることが出来る。煙密度はパスカルの原理により353／煙温度（K）で求めることができる。煙温度は火源の発熱量から排煙で持ち出される熱量と天井や壁から逃げていく熱量を引き、それを火災室に存する煙量と空気の比熱(1.0kJ/kg)で割ることにより求めることが出来る。もちろん、これ以外の方法で求めた値を用いても差し支えない。
【００２８】
図２のうち会議室８は開口ｄ９及び開口ｄ１０を介して廊下１０に連続しているが、この場合には、これら両開口と等価である単一の開口を有している。両開口の高さが同じであるときには、高さが同じで両開口の巾の和と等しい開口巾を有する開口を考えればよい。また、事務室１は、開口ｄ１及び開口ｄ２を介して前室３及び前室４に連続しているが、これら前室３及び前室４は相互に独立した室である。このような場合には、ｄ１からの煙流出量の計算においては、開口ｄ２がないものとして、また、ｄ１からの煙流出量の計算においては、開口ｄ２がないものとしてそれぞれ計算すればよい。
【００２９】
図３は、各方法で計算した煙流出量である。同図によれば、上記方法によって、厳密解よりも大きく厳密解に沿った近似解が得られた。尚、この近似解を、より厳密解に近づけるためには、前述の数式１に適当なパラメータを入れて補正を行えば良いように思われるが、そうすると、厳密解よりも常に大きい解が求まるという本発明の最も重要な効果が失われてしまう。従って数式１の通りに適用するのがよいということになる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明方法の原理を説明する図である。
【図２】図１の方法を適用する検証階の平面図である。
【図３】図１の方法で計算した煙流出量を、従来の方法で計算した流出量と比較した図である。
【図４】従来の方法の原理の説明図である。
【図５】従来の方法の原理の他の説明図である。
【符号の説明】
【００３１】
Ｒ…被計算室  Ｎ…隣エリア
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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