(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
情報を入力するための入力手段と、
前記入力手段を介して入力された被燃焼物体の燃焼の進行に関連するパラメータに基づいて、被燃焼物体の燃焼による放射面と前記被燃焼物体の燃焼に伴って加熱を受ける対象物体との相対位置の時間経過に伴う変化、及び、前記放射面の面積の時間経過に伴う変化として、前記対象物体に対する前記放射面の形態係数の時間経過に伴う変化を演算する演算手段と、
前記演算手段によって演算された、前記対象物体に対する前記放射面の形態係数の時間経過に伴う変化を用いて、前記対象物体の温度を予測する予測手段と、
を含む温度予測装置。
【請求項２】
前記予測手段は、前記演算手段による演算結果が表す各時刻における前記形態係数の値を順に用いて各時刻における前記対象物体の温度を順に演算することで、前記対象物体の温度を予測することを特徴とする請求項１記載の温度予測装置。
【請求項３】
前記予測手段は、前記対象物体の単位長さ当りの質量をＭs、比熱をＣs、単位長さ当りの表面積をＡs、周辺空気温度をＴr、火炎温度をＴf、前記対象物体の温度をＴs、前記対象物体と雰囲気との間の熱伝導係数をαr、周辺空気の輻射率をεr、前記対象物体表面の放射率をεs、周辺物体と前記対象物体表面の合成放射率をεr,rs、火炎の等価放射率をεf、火炎と前記対象物体の合成放射率をεr,fs、ステファン・ボルツマン係数をσ、時刻ｔにおける前記形態係数をφf(t)としたときに、
【数１】
0005234907.tif 000005
上記(１)式に基づき時刻ｔにおける形態係数φf(t)を用いて時刻ｔにおける前記対象物体の温度Ｔsを演算することを、前記各時刻について順に行うことで、前記対象物体の温度を予測することを特徴とする請求項２記載の温度予測装置。
【請求項４】
前記対象物体は建物に配設される鋼材であり、前記被燃焼物体は前記鋼材の近傍に存在している物体であることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１項記載の温度予測装置。
【請求項５】
前記対象物体としての鋼材は建物のエレベータシャフト又はパイプシャフトの周囲に配設される鋼材であり、前記被燃焼物体は前記エレベータシャフト内又は前記パイプシャフト内に配設されるケーブルであることを特徴とする請求項４記載の温度予測装置。
【請求項６】
前記被燃焼物体としてのケーブルの燃焼の進行に関連するパラメータは、鉛直方向に沿って配置した前記ケーブルを燃焼させる実験を行うことで得られた、火炎の上方伝播速度、鎮火速度及び燃焼時間であることを特徴とする請求項５記載の温度予測装置。
【請求項７】
情報を入力するための入力手段を備えたコンピュータを、
前記入力手段を介して入力された被燃焼物体の燃焼の進行に関連するパラメータに基づいて、被燃焼物体の燃焼による放射面と前記被燃焼物体の燃焼に伴って加熱を受ける対象物体との相対位置の時間経過に伴う変化、及び、前記放射面の面積の時間経過に伴う変化として、前記対象物体に対する前記放射面の形態係数の時間経過に伴う変化を演算する演算手段、
及び、前記演算手段によって演算された、前記対象物体に対する前記放射面の形態係数の時間経過に伴う変化を用いて、前記対象物体の温度を予測する予測手段
として機能させる温度予測プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は温度予測装置及びプログラムに係り、特に、被燃焼物体の燃焼に伴って加熱を受ける対象物体の温度を予測する温度予測装置、及び、コンピュータを前記温度予測装置として機能させるための温度予測プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
建物を構成する鋼材の耐火設計では、例えば非特許文献１に記載の演算式(次の(１)式を参照)等を用いて火災時に加熱を受ける鋼材の温度を予測し、予測した温度が基準値以上か否かが確認される。そして、予測した温度が基準値以上の場合は、鋼材の耐火被覆を設けることが選択されると共に、火災時の鋼材の温度が基準値未満になるように耐火被覆の厚みが検討・決定される。
【０００３】
【数１】
0005234907.tif 000002
【０００４】
但し、Ｍsは鋼材の単位長さ当りの質量、Ｃsは比熱、Ａsは単位長さ当りの表面積、Ｔrは周辺空気温度、Ｔfは火炎温度、Ｔsは鋼材の温度、αrは鋼材と雰囲気との間の熱伝導係数、εrは周辺空気の輻射率、εsは鋼材表面の放射率、εr,rsは周辺物体と鋼材の合成放射率、εfは火炎の等価放射率、εr,fsは火炎と鋼材の合成放射率、σはステファン・ボルツマン係数、φfは形態係数である。
【非特許文献１】(社)日本建築学会「鋼構造耐火設計指針」,1999年1月,p.66-77
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本願発明者等は、建物のエレベータシャフト内やパイプシャフト内に配設されたケーブルが燃焼する火災が発生した場合に、エレベータシャフトやパイプシャフトの周囲に配設されている鋼材の温度を確認するため、前記ケーブルを燃焼させ、その近傍に配設した鋼材の温度等を測定する実験を行った（詳細は後述）。その結果、従来方式の温度予測では予測結果が実際の温度（測定結果）と大きく相違しており、従来方式の温度予測では予測精度が非常に低いことが明らかとなった。
【０００６】
本発明は上記事実を考慮して成されたもので、被燃焼物体の燃焼に伴って加熱を受ける対象物体の温度の予測精度を向上できる温度予測装置及び温度予測プログラムを得ることが目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
まず、本願発明者等が行った実験について説明する。この実験では、図１に示す実験装置（架台）の上端から試験体としてのケーブルを釣り下げ、釣り下げたケーブルの下部をバーナによって10分間加熱して燃焼させた。なお、エレベータシャフト内に配設されるケーブルは、一端がエレベータケージに接続されエレベータケージの制御用として用いられるテールコードと、各階に設けられた表示灯等の制御に用いられる塔内ケーブルに大別され、テールコードと塔内ケーブルは直径や心数等が相違している。実験では、テールコード用のケーブル及び塔内ケーブル用のケーブルを各々用い、エレベータシャフト内での配設状態を模して、テールコード用のケーブルはＵ字型に釣り下げ、塔内ケーブル用のケーブルは３本を１束として釣り下げた。
【０００８】
また、鋼材としてはＨ形鋼（H-100×75×9×12）を３本用い、それぞれケーブルの表面から0.2ｍ、0.4ｍ、0.6ｍの位置にほぼ水平に配置する（図１に示す鋼材１〜鋼材３も参照）と共に、鋼材のうちケーブルと向かい合う面の反対側の面を耐火被覆（断熱材）で覆った。鋼材の表面温度は、鋼材の長手方向中央部に設置した熱電対によって測定した。更に、ケーブルを挟んで鋼材と反対側でかつケーブルから1ｍの位置に熱電対及び放射計を設置し、当該熱電対によって周辺雰囲気温度を測定すると共に、放射計によって放射熱流束を測定した。図２には、テールコード用のケーブルを燃焼させた際の鋼材の温度の測定結果を一点鎖線で示し、従来方式の温度予測で鋼材の温度を予測した結果を破線で示す。なお、図２に示す従来方式の温度予測では、形態係数φfとして、温度予測対象の鋼材からの距離が最も近い位置でケーブルが燃焼した場合に相当する一定値を用い、前記位置でケーブルが燃焼している状態が15分間継続したものとして鋼材の温度を予測している。また、放射面の温度は600℃とした。図２に示す両者の結果を比較しても明らかなように、従来方式の温度予測で鋼材温度を予測した結果は実際の鋼材温度と大きく懸け離れており、従来方式の温度予測では予測精度が非常に低いことが明らかとなった。
【０００９】
なお、この実験ではテールコード用のケーブル及び塔内ケーブルとして各々複数種のケーブルを用いたが、各種の塔内ケーブルは実質的に燃焼しなかったため、図２では、テールコード用の複数種のケーブルのうち発熱速度及び放射強度が最大値を示したケーブルを燃焼させたときの、ケーブルからの距離が最も小さい鋼材（ケーブルからの距離＝0.2ｍの鋼材１）における表面温度の測定結果を示している。
【００１０】
本願発明者等は上記結果を受けて、従来方式の温度予測で予測精度が低い理由について検討した。実験に用いたケーブルを含む通常のケーブルは難燃性で燃焼時間が短く、実験では、ケーブルの燃焼状態が、時間経過に伴い、ケーブルの長さ方向に沿って上方へ徐々に延焼していくと共に、一定時間燃焼して鎮火した部分もケーブルの長さ方向に沿って上方へ徐々拡がっていくように推移することが観察された。本願発明者等は、実験で観察された上記のような時間経過に伴うケーブルの燃焼状態の推移に基づき、ケーブルの燃焼では、ケーブルのうち燃焼部分（放射面）と鋼材との相対位置や、鋼材から見たときの放射面の面積が時間経過に伴って変化するのに対し、従来方式の温度予測では、加熱を受ける物体に対して一定位置に位置している火源から、一定量の放射熱が一定時間放射されることを前提として温度予測を行っており、これが従来方式の温度予測で予測精度が低い理由ではないかと推測した。
【００１１】
上記の推測の正否を確認するために、本願発明者等は、上記の実験においてケーブルの燃焼状態（の推移）を観察した結果に基づき、上記の実験におけるケーブルの燃焼の進行に関連するパラメータとして、火炎の上方伝播速度Ｖ1、鎮火速度Ｖ2及び燃焼時間Ｔbを求めたところ、それぞれ火炎の上方伝播速度Ｖ1＝0.5ｍ／分、鎮火速度Ｖ2＝0.5ｍ／分、燃焼時間Ｔb＝10分となった。このパラメータに基づき、ケーブルの燃焼部分に相当する放射面を、時間経過に拘わらず長さが5ｍかつ幅がケーブルの幅の0.7倍の幅（放射が生ずる高温部分がケーブルの幅よりも小さいことを考慮した）で、0.5ｍ／分の速度で上方へ移動する放射面モデルとしてモデル化した。従来方式の温度予測に用いている前出の(１)式における形態係数φfは、温度予測対象の部材の位置からの視界内に占める放射面の面積の割合を表しており、従来方式の温度予測では形態係数φfとして一定値が用いられていたが、本願発明者等は、新たな温度予測方式として、上記の放射面モデルに基づき各時刻における鋼材と放射面との相対位置及び放射面の面積を演算して各時刻における形態係数φfを各々求め、各時刻における形態係数φfを順に用いて各時刻における鋼材の温度の予測演算を行った。演算結果を図２に実線で示す。なお、放射面の温度は従来方式と同様に600℃とした。
【００１２】
図２からも明らかなように、新たな温度予測方式によって得られた鋼材の温度は、実際の鋼材の温度に非常に近い値を示している。この結果から、放射面と鋼材等の対象物体との相対位置や放射面の面積の時間経過に伴う変化を用いて対象物体の温度を予測することで、対象物体の温度の予測精度を向上できることが確認された。また、新たな温度予測方式における温度の予測精度の向上は、温度予測の対象物体から見た放射面の大きさの時間経過に伴う変化を用いたことが主因であり、本願発明者等は、燃焼する物体がケーブル以外の場合や対象物体が鋼材以外の場合においても有効であることに想到し、本発明を為すに至った。
【００１３】
上記に基づき請求項１記載の発明に係る温度予測装置は、情報を入力するための入力手段と、前記入力手段を介して入力された被燃焼物体の燃焼の進行に関連するパラメータに基づいて、被燃焼物体の燃焼による放射面と前記被燃焼物体の燃焼に伴って加熱を受ける対象物体との相対位置の時間経過に伴う変化、及び、前記放射面の面積の時間経過に伴う変化として、前記対象物体に対する前記放射面の形態係数の時間経過に伴う変化を演算する演算手段と、前記演算手段によって演算された、前記対象物体に対する前記放射面の形態係数の時間経過に伴う変化を用いて、前記対象物体の温度を予測する予測手段と、を含んで構成されている。
【００１４】
請求項１記載の発明では、入力手段を介して入力された被燃焼物体の燃焼の進行に関連するパラメータに基づいて、被燃焼物体の燃焼による放射面と被燃焼物体の燃焼に伴って加熱を受ける対象物体との相対位置の時間経過に伴う変化、及び、放射面の面積の時間経過に伴う変化として、対象物体に対する放射面の形態係数の時間経過に伴う変化が演算手段によって演算される。また予測手段は、演算手段によって演算された、対象物体に対する放射面の形態係数の時間経過に伴う変化を用いて、対象物体の温度を予測する。これにより、先にも説明したように、被燃焼物体の燃焼に伴って加熱を受ける対象物体の温度の予測精度を向上させることができる。
【００１５】
なお、請求項１記載の発明において、演算した形態係数を後出の(１)式に代入することで予測手段による対象物体の温度予測を実現できるので、対象物体の温度を予測するための演算を簡単にすることができる。
【００１６】
また、請求項１記載の発明において、予測手段は、例えば請求項２に記載したように、演算手段による演算結果が表す各時刻における形態係数の値を順に用いて各時刻における対象物体の温度を順に演算することで、対象物体の温度を予測するように構成することができる。
【００１７】
また請求項２記載の発明において、予測手段は、例えば請求項３に記載したように、前記対象物体の単位長さ当りの質量をＭs、比熱をＣs、単位長さ当りの表面積をＡs、周辺空気温度をＴr、火炎温度をＴf、前記対象物体の温度をＴs、前記対象物体と雰囲気との間の熱伝導係数をαr、周辺空気の輻射率をεr、前記対象物体表面の放射率をεs、周辺物体と前記対象物体表面の合成放射率をεr,rs、火炎の等価放射率をεf、火炎と前記対象物体の合成放射率をεr,fs、ステファン・ボルツマン係数をσ、時刻ｔにおける前記形態係数をφf(t)としたときに、
【００１８】
【数２】
0005234907.tif 000003
【００１９】
上記(２)式に基づき時刻ｔにおける形態係数φf(t)を用いて時刻ｔにおける対象物体の温度Ｔsを演算することを、前記各時刻について順に行うことで、対象物体の温度を予測することができる。
【００２０】
また、請求項１乃至請求項３の何れかに記載の発明において、対象物体としては、例えば請求項４に記載したように建物に配設される鋼材が好適であり、この場合、被燃焼物体としては前記鋼材の近傍に存在している物体を適用することができる。但し、本発明における対象物体は鋼材に限られるものではなく、例えばコンクリートや木材等、任意の物体を適用可能である。
【００２１】
また、請求項４記載の発明において、対象物体が鋼材である場合、当該鋼材としては、建物の任意の箇所に配設される鋼材を適用可能であるが、例えば請求項５に記載したように、対象物体としての鋼材は建物のエレベータシャフト又はパイプシャフトの周囲に配設される鋼材は、サイズが比較的小さく（従って熱容量も小さく）、近傍に存在している被燃焼物体の燃焼時に高温になり易いので好適であり、この場合、被燃焼物体としてはエレベータシャフト内又はパイプシャフト内に配設されるケーブルを適用することができる。
【００２２】
また、請求項５記載の発明において、被燃焼物体としてのケーブルの燃焼の進行に関連するパラメータとしては、例えば請求項６に記載したように、鉛直方向に沿って配置した前記ケーブルを燃焼させる実験を行うことで得られた、火炎の上方伝播速度、鎮火速度及び燃焼時間を用いることができる。
【００２４】
請求項７記載の発明に係る温度予測プログラムは、情報を入力するための入力手段を備えたコンピュータを、前記入力手段を介して入力された被燃焼物体の燃焼の進行に関連するパラメータに基づいて、被燃焼物体の燃焼による放射面と前記被燃焼物体の燃焼に伴って加熱を受ける対象物体との相対位置の時間経過に伴う変化、及び、前記放射面の面積の時間経過に伴う変化として、前記対象物体に対する前記放射面の形態係数の時間経過に伴う変化を演算する演算手段、及び、前記演算手段によって演算された、前記対象物体に対する前記放射面の形態係数の時間経過に伴う変化を用いて、前記対象物体の温度を予測する予測手段として機能させる。
【００２５】
請求項７記載の発明に係る温度予測プログラムは、上記の入力手段を備えたコンピュータを、上記の演算手段及び予測手段として機能させるためのプログラムであるので、コンピュータが請求項７記載の発明に係る温度予測プログラムを実行することで、コンピュータが請求項１に記載の温度予測装置として機能することになり、請求項１記載の発明と同様に、被燃焼物体の燃焼に伴って加熱を受ける対象物体の温度の予測精度を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２６】
以上説明したように本発明は、被燃焼物体の燃焼の進行に関連するパラメータに基づいて、被燃焼物体の燃焼による放射面と被燃焼物体の燃焼に伴って加熱を受ける対象物体との相対位置の時間経過に伴う変化、及び、放射面の面積の時間経過に伴う変化として、対象物体に対する放射面の形態係数の時間経過に伴う変化を演算し、演算した対象物体に対する放射面の形態係数の時間経過に伴う変化を用いて、対象物体の温度を予測するようにしたので、被燃焼物体の燃焼に伴って加熱を受ける対象物体の温度の予測精度を向上させることができる、という優れた効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、図面を参照して本発明の実施形態の一例を詳細に説明する。図３には本発明を適用可能なパーソナル・コンピュータ（ＰＣ）１０が示されている。ＰＣ１０は、ＣＰＵ１０Ａ、ＲＯＭやＲＡＭ等から成るメモリ１０Ｂ、ＨＤＤ(Hard Disk Drive)やフラッシュメモリ等から成る不揮発性の記憶部１０Ｃを備えている。またＰＣ１０には、各種の周辺機器として、ＣＲＴやＬＣＤ等から成るディスプレイ１２、キーボード１４、マウス１６が各々接続されている。
【００２８】
ＰＣ１０の記憶部１０Ｃには、ケーブル燃焼パラメータデータベース（ＤＢ）が記憶されており（詳細は後述）、後述する鋼材温度予測処理を行うための鋼材温度予測プログラムもインストールされている。鋼材温度予測プログラムは本発明に係る温度予測プログラムに対応しており、ＰＣ１０は、ＣＰＵ１０Ａが鋼材温度予測プログラムを実行することで本発明に係る温度予測装置として機能する。なお、ＰＣ１０は請求項７に記載のコンピュータにも対応しているが、請求項７に記載のコンピュータはＰＣ１０に限られるものではなく、例えばワークステーションや汎用の大型コンピュータ等であってもよい。
【００２９】
次に、建物のエレベータシャフトの周囲に配設される鋼材に対し、エレベータシャフト内に配設されるケーブル（テールコード）が燃焼する火災が発生した際の温度を予測する処理を例に、本実施形態の作用を説明する。
【００３０】
本実施形態では、テールコードとして用いられる各種ケーブルの各々を対象として、本願発明者等が実施した実験と同様の実験を予め各々行うことで、火災時のケーブルの燃焼の進行に関連するケーブル燃焼パラメータとして、図５(Ａ)に示す火炎の上方伝播速度Ｖ1、鎮火速度Ｖ2及び燃焼時間Ｔbが各々求められ、これらのケーブル燃焼パラメータがケーブル燃焼パラメータＤＢに各々登録されている。なお、上記の各種ケーブルがテールコードとして用いられる際の本数や複数本のケーブルの配列方向等の条件も不定（ケーブルの断面が扁平な形状のときに、当該形状の長手方向に沿って複数本のケーブルを配列する場合と、長手方向に直交する方向に沿って(幅広面が重なるように)複数本のケーブルを配列する場合がある）であることから、上記の実験は各種ケーブルに対して各種条件で各々行われ、当該実験によって得られたケーブル燃焼パラメータは、ケーブルの種別や本数、配列方向等の条件を表す条件情報と各々対応付けてケーブル燃焼パラメータＤＢに各々登録されている。
【００３１】
次に、ＰＣ１０のＣＰＵ１０Ａによって鋼材温度予測プログラムが実行されることで実現される鋼材温度予測処理について、図４を参照して説明する。なお、この鋼材温度予測処理は、例えば特定の建物の設計時に、当該特定の建物のエレベータシャフトの周囲に配設される鋼材に対し、エレベータシャフト内に配設されるケーブル（テールコード）が燃焼する火災の発生に備えて耐火被覆を設ける必要があるか否かを確認したい等の場合に、オペレータにより、エレベータシャフトの周囲に配設される鋼材のうち温度予測対象の鋼材が選択された後に実行が指示される。なお、温度予測対象の鋼材としては、ケーブルの燃焼によって最も高温となることが予想される鋼材、すなわちケーブルからの距離が比較的小さくかつ熱容量が比較的小さい（サイズが比較的小さい）鋼材が選択される。
【００３２】
鋼材温度予測処理では、まずステップ３０において、特定の建物のエレベータシャフト内に配設されるテールコード用のケーブル（被燃焼物体）の種別、本数、配列方向等の情報の入力を要請するメッセージをディスプレイ１２に表示させることで、上記情報の入力をオペレータに要請し、オペレータによりキーボード１４を介して上記情報が入力されると、オペレータによって入力された情報をキーとして記憶部１０Ｃに記憶されているケーブル燃焼パラメータＤＢを検索することで、特定の建物のエレベータシャフト内に配設されるテールコード用のケーブルの種別、本数、配列方向等に対応するケーブル燃焼パラメータ（火炎の上方伝播速度Ｖ1、鎮火速度Ｖ2及び燃焼時間Ｔb）をケーブル燃焼パラメータＤＢから読み出す。
【００３３】
また、次のステップ３２では、特定の建物のエレベータシャフト内における温度予測対象の鋼材とテールコード用のケーブルとの距離Ｄの入力を要請するメッセージをディスプレイ１２に表示させ、オペレータによりキーボード１４を介して距離Ｄを入力させることで距離Ｄを取得する。そしてステップ３４では、ステップ３０でオペレータによって入力された情報、ステップ３０で読み出した燃焼パラメータ及びステップ３２で取得した距離Ｄに基づいて、ケーブル燃焼時の放射面の位置及び面積の変化を放射面モデルとしてモデル化し、当該放射面モデルに基づいて、温度予測対象の鋼材の表面から見た、テールコード用のケーブルの燃焼による放射面の形態係数の時間経過に伴う変化を表す形態係数関数φf(t)を決定する。
【００３４】
すなわち、図５(Ｂ)に示すように、ケーブルの燃焼による放射面は、その上端位置が燃焼開始からの経過時間ｔ＝０より火炎の上方伝播速度Ｖ1で上昇し、下端位置は経過時間ｔ＝Ｔbより鎮火速度Ｖ2で上昇する。ステップ３４では、まず、ケーブル燃焼時の放射面を、その上端位置及び下端位置が上記のように変化する矩形領域としてモデル化し、当該矩形領域(放射面)の鉛直方向長さＬ(図５(Ａ)参照)の時間経過に伴う変化と、前記矩形領域(放射面)の鉛直方向中心位置Ｙ(図５(Ａ)参照)の時間経過に伴う変化を各々求める。なお、矩形領域(放射面)の幅Ｗ(図５(Ａ)参照)については、ステップ３０でオペレータによって入力されたケーブルの種別、本数、配列方向等の情報から求まるケーブルの全幅に所定の係数を乗じた値が用いられる。
【００３５】
矩形領域の長さＬは、例えば本願発明者等が行った実験の結果のように、火炎の上方伝播速度Ｖ1と鎮火速度Ｖ2が等しい場合には、経過時間ｔ＝０〜Ｔbの間は経過時間ｔの増大に伴って傾きＶ1で増加し(Ｌ＝Ｖ1×ｔ)、経過時間ｔが燃焼時間Ｔbに達した以降(経過時間ｔ≧Ｔb)は一定（Ｌ＝Ｖ1×Ｔb）となる。また、火炎の上方伝播速度Ｖ1と鎮火速度Ｖ2が相違している場合、矩形領域の長さＬは、経過時間ｔ＝０〜Ｔbの間は経過時間ｔの増大に伴って傾きＶ1で増加し(Ｌ＝Ｖ1×ｔ)、経過時間ｔが燃焼時間Ｔbに達した以降(経過時間ｔ≧Ｔb)は、火炎の上方伝播速度Ｖ1と鎮火速度Ｖ2の差に応じて増加又は減少する（Ｌ＝(Ｖ1×Ｔb)＋(Ｖ1−Ｖ2)×ｔ）。また、矩形領域の中心位置Ｙは、経過時間ｔ＝０〜Ｔbの間は経過時間ｔの増大に伴って傾きＶ1／２で上昇し(Ｙ＝Ｖ1／２×ｔ)、経過時間ｔが燃焼時間Ｔbに達した以降(経過時間ｔ≧Ｔb)は経過時間ｔの増大に伴って傾き(Ｖ1＋Ｖ2)／２で上昇する(Ｙ＝Ｖ1／２×Ｔb＋(Ｖ1＋Ｖ2)／２×(ｔ−Ｔb))。
【００３６】
そして、上記で求めた矩形領域の長さＬの時間経過に伴う変化、矩形領域の中心位置Ｙの時間経過に伴う変化、矩形領域の幅Ｗ、ステップ３２で取得した温度予測対象の鋼材とケーブルとの距離Ｄに基づいて、或る時刻における温度予測対象の鋼材の表面から見た放射面の形態係数φf（この形態係数φfは、温度予測対象の鋼材の表面に魚眼レンズをおいたときに、当該魚眼レンズの視野に占める放射面の面積の割合を表している）を演算することを、経過時間ｔ＝０から始まる各時刻について各々行う。
【００３７】
具体的には、図６(Ａ)に示すように、微小面及び放射面が平行でかつ微小面の中心を通る垂線が放射面の１つの角に接する位置関係にある場合、放射面の２辺の長さをａ,ｂ、前記垂線に沿った微小面と放射面の距離をｃとすると、微小面から見た放射面の形態係数φは次の(３)式で表される。
【００３８】
【数３】
0005234907.tif 000004
【００３９】
このため、或る時刻ｔにおける微小面（鋼材表面上の微小領域）と放射面の位置関係が、図６(Ｂ)に示すように、微小面の中心を通る垂線が放射面と交差する位置関係である場合には、垂線と放射面との交差位置に基づき、放射面を４個の部分領域Ａ２〜Ａ５に分割し、個々の部分領域Ａ２〜Ａ５毎に先の(３)式を用いて形態係数を求め（形態係数φＡ２〜φＡ５）、個々の部分領域Ａ２〜Ａ５毎の形態係数の和(＝φＡ２＋φＡ３＋φＡ４＋φＡ５)を演算することで、或る時刻ｔにおける形態係数φfを得ることができる。
【００４０】
また、或る時刻ｔにおける微小面と放射面の位置関係が、図６(Ｃ)に示すように、微小面の中心を通る垂線が放射面と交差しない位置関係である場合には、放射面を含む平面と垂線との交差位置に基づき、当該交差位置を通る鉛直線で放射面を２分割したときの一方を含み下端が前記交差位置迄延長された部分領域Ａ２と、放射面を前記のように２分割したときの他方を含み下端が前記交差位置迄延長された部分領域Ａ３と、部分領域Ａ２のうち放射面から逸脱している部分から成る部分領域Ａ４と、部分領域Ａ３のうち放射面から逸脱している部分から成る部分領域Ａ５を各々設定し、個々の部分領域Ａ２〜Ａ５毎に先の(３)式を用いて形態係数を求め（形態係数φＡ２〜φＡ５）、部分領域Ａ２,Ａ３の形態係数の和から部分領域Ａ４,Ａ５の形態係数を差し引いた値(＝φＡ２＋φＡ３−φＡ４−φＡ５)を演算することで、或る時刻ｔにおける形態係数φfを得ることができる。
【００４１】
上記のようにして各時刻における形態係数φfを演算することで、例として図５(Ｃ)に示すように、各時刻における形態係数φfの値を表す形態係数関数φf(t)を得ることができ、得られた形態係数関数φf(t)をメモリ１０Ｂに記憶させる。なお、上記のようにして求めた形態係数関数φf(t)には、温度予測対象の鋼材と放射面との相対位置の時間経過に伴う変化及び放射面の面積の時間経過に伴う変化が各々反映される。上述したステップ３０〜ステップ３６は本発明に係る演算手段に対応している。
【００４２】
なお、本実施形態では形態係数関数φf(t)を各時刻における形態係数関数φfの値の集合としてメモリ１０Ｂに記憶させるが、これに代えて、各時刻における形態係数関数φfの値に基づき最小二乗法等を適用することで、形態係数関数φf(t)を関数として求めてメモリ１０Ｂに記憶させるようにしてもよい。また、ステップ３４で求めた形態係数関数φf(t)を、各種の燃焼パラメータや距離Ｄ、ケーブルの種別、本数、配列方向等の各条件と対応付けて形態係数関数φf(t)のデータベースに登録しておき、各条件が合致する形態係数関数φf(t)が前記データベースに既に登録されている場合には、当該形態係数関数φf(t)をデータベースから読み出して用いるようにしてもよい。
【００４３】
次のステップ３６以降では、時刻歴解析によって温度予測対象の鋼材の各時刻における温度（温度変化の推移）を予測する。すなわち、まずステップ３６では演算対象時刻ｔに０を代入する。次のステップ３８では、メモリ１０Ｂに記憶されている形態係数関数φf(t)から、演算対象時刻ｔにおける形態係数の値φf(t)を抽出する。また、本実施形態では前出の(２)式を用いて演算対象時刻ｔにおける温度予測対象の鋼材の温度を予測するが、次のステップ４０では、温度の予測演算に必要なその他のパラメータ((２)式における形態係数関数φf(t)及び鋼材の温度Ｔs、以外のパラメータ)を記憶部１０Ｃから読み出す。
【００４４】
なお、ステップ４０で読み出されるパラメータとしては、鋼材の単位長さ当りの質量Ｍs、比熱Ｃs、単位長さ当りの表面積Ａs、周辺空気温度Ｔr、火炎温度Ｔf、鋼材と雰囲気との間の熱伝導係数αr、周辺空気の輻射率εr、鋼材表面の放射率εs、周辺物体と鋼材表面の合成放射率εr,rs、火炎の等価放射率εf、火炎と鋼材の合成放射率εr,fs、ステファン・ボルツマン係数σが挙げられるが、このうち周辺空気温度Ｔrとしては例えばＴr＝293(Ｋ)を、周辺空気の輻射率εrとしては例えばεr＝1.0を、鋼材表面の放射率εsとしては例えばεs＝0.62を、火炎の等価放射率εfとしては例えばεf＝1.0を、火炎と鋼材の合成放射率εr,fsとしては例えばεr,fs＝0.62を、ステファン・ボルツマン係数σとしてはσ＝5.67×10-11(ｋＷ／ｍ2Ｋ4)を各々用いることができる。
【００４５】
次のステップ４２では、ステップ３８で抽出した演算対象時刻ｔにおける形態係数の値φf(t)及びステップ４０で読み出したパラメータを(２)式に代入して、演算対象時刻ｔにおける鋼材の温度Ｔsを演算し、演算結果を演算対象時刻ｔにおける鋼材の温度Ｔsの予測値としてメモリ１０Ｂに記憶させる。次のステップ４４では演算対象時刻ｔが演算終了時刻に達したか否か判定する。なお、演算終了時刻は予め設定された値であってもよいし、ケーブルが全て鎮火する時刻であってもよい。また、耐火被覆を設ける必要があるか否かを確認するためには、火災時の鋼材の温度の最大値が判ればよいので、ステップ４２の演算によって得られた鋼材の温度Ｔsの予測値をステップ４４の終了判定に用い、例えば鋼材の温度Ｔsの予測値が一定時間以上低下し続けている場合に処理を終了させるようにしてもよい。
【００４６】
ステップ４４の判定が否定された場合はステップ４６へ移行し、演算対象時刻ｔに所定時間Δｔを加算した後にステップ３８に戻る。これにより、ステップ４４の判定が肯定される迄ステップ３８〜ステップ４６が繰り返され、演算対象時刻ｔ＝０から所定時間Δｔ刻みの各時刻における温度予測対象の鋼材の温度Ｔsが、各時刻における温度予測対象の鋼材と放射面との相対位置及び各時刻における放射面の面積も用いて高精度に演算されることになる。なお、ステップ３６〜ステップ４６は本発明に係る予測手段に対応している。
【００４７】
演算対象時刻ｔが演算終了時刻に達すると、ステップ４４の判定が肯定されてステップ４８へ移行し、メモリ１０Ｂに記憶されている鋼材温度Ｔsの予測結果をディスプレイに表示させる等によって出力し、鋼材温度予測処理を終了する。なお、この鋼材温度Ｔsの予測結果の出力は、鋼材温度Ｔsの最大値のみを出力するようにしてもよいし、鋼材温度Ｔsの推移（各時刻における鋼材温度Ｔs）を出力するようにしてもよく、鋼材温度Ｔsの最大値が閾値以上か否かの判定結果も併せて出力するようにしてもよい。
【００４８】
上記処理によって鋼材温度Ｔsの予測結果が出力されると、オペレータは、出力された予測結果が表す鋼材温度Ｔsの最大値を閾値（例えば550℃）と比較し、鋼材温度Ｔsの最大値が閾値以上であればエレベータシャフトの周囲に配設される鋼材に耐火被覆を設ける必要があると判断し、鋼材温度Ｔsの最大値が閾値未満であればエレベータシャフトの周囲に配設される鋼材に耐火被覆を設ける必要は無いと判断する。図２に示す実験結果からも明らかなように、従来方式の温度予測による鋼材温度の予測結果は実際の鋼材温度と大きく懸け離れており、安全性確保のため実際の鋼材温度よりも著しく高い値を示す。これに対し、本実施形態に係る鋼材温度予測処理によれば、ケーブル燃焼時の鋼材温度を高精度に予測することができるので、本来は耐火被覆を設ける必要の無い箇所に対して「耐火被覆を設ける必要有り」と誤判定されることを防止することができる。
【００４９】
なお、上記ではケーブル燃焼パラメータＤＢがＰＣ１０の記憶部１０Ｃに記憶されている態様を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、複数台のＰＣ１０と通信回線を介して接続されたサーバ・コンピュータ等の記憶部にケーブル燃焼パラメータを記憶させることで、当該ケーブル燃焼パラメータを複数台のＰＣ１０が鋼材の温度予測に各々利用可能としてもよい。
【００５０】
また、上記では本願発明者等による実験において、塔内ケーブル用のケーブルが実質的に燃焼しなかったことから、テールコード用のケーブルについてのみケーブル燃焼パラメータを求めてケーブル燃焼パラメータＤＢに登録しておき、エレベータシャフト内に配設されるテールコード用のケーブルが燃焼する火災が発生した場合の鋼材の温度を予測する態様を説明したが、これに限定されるものではなく、例えば塔内ケーブルとして用いられるケーブルの中に、鋼材の温度に影響を与える燃焼が生ずる特定種のケーブルが存在している場合に、当該特定種のケーブルについてもケーブル燃焼パラメータを求めてケーブル燃焼パラメータＤＢに登録しておき、エレベータシャフト内に配設される塔内ケーブルが上記特定種のケーブルである場合は、テールコード用のケーブルの燃焼に加えて塔内ケーブルの燃焼も考慮して鋼材の温度を予測するようにしてもよい。
【００５１】
また、上記では本発明に係る被燃焼物体として建物のエレベータシャフト内に配設されるケーブルを、本発明に係る対象物体として前記エレベータシャフトの周囲に配設される鋼材を例に説明したが、これに限定されるものではなく、本発明に係る被燃焼物体は、建物のパイプシャフト内に配設されるケーブルであってもよいし、その他の箇所に配設されるケーブルであってもよいし（例えば鉛直方向以外の方向（例えば水平方向）に沿って配設されるケーブルであってもよい）、火災時に燃焼しかつ放射面の位置（対象物体との相対位置）及び放射面の面積の少なくとも一方が時間経過に伴って変化する任意の物体を被燃焼物体として適用可能である。また、対象物体についても、建物のパイプシャフトの周囲に配設される鋼材であってもよいし、被燃焼物体の燃焼に伴って加熱を受ける物体であればよく、コンクリートや木材等、他の材質の物体であってもよい。
【００５２】
更に、上記では被燃焼物体の燃焼に伴い、放射面の位置（対象物体との相対位置）及び放射面の面積が時間経過に伴って各々変化する場合に適用した態様を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、放射面と対象物体との相対位置及び放射面の面積の一方のみが時間経過に伴って変化する場合にも適用可能である。例えば火炎（放射面）の位置が一定で、時間経過に伴って火炎の高さが伸長・減衰する（この火炎の高さの変化に伴って放射面の長さ(面積)が変化する）場合、火炎の高さｚは火炎の発熱速度Ｑに依存して変化するので、被燃焼物体の燃焼の進行に関連するパラメータとして火炎の発熱速度Ｑの時間経過に伴う変化及び火源径Ｄを適用し、これらのパラメータから時間経過に伴う形態係数φfの変化（形態係数関数φf(t)）を求め、求めた形態係数関数φf(t)を用いることで、時間経過に伴う放射面の面積の変化を用いた対象物体の温度予測を行うことができる。
【００５３】
また、上記では本発明に係る温度予測プログラムに対応する鋼材温度予測プログラムがＰＣ１０の記憶部１０Ｃに予め記憶（インストール）されている態様を説明したが、本発明に係る温度予測プログラムは、ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に記録されている形態で提供することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本願発明者等が行った実験に用いた実験装置（架台）を示す正面図及び側面図である。
【図２】実験結果を示す線図である。
【図３】本実施形態に係るコンピュータの概略構成を示すブロック図である。
【図４】鋼材温度予測処理の内容を示すフローチャートである。
【図５】(Ａ)は燃焼パラメータの一例を示す概念図、(Ｂ)は放射面モデルの一例、(Ｃ)は形態係数関数の一例を各々示す線図である。
【図６】形態係数の算出方法を説明するための概念図である。
【符号の説明】
【００５５】
１０  ＰＣ
１０Ａ  ＣＰＵ
１０Ｂ  メモリ
１０Ｃ  記憶部
１２  ディスプレイ
１４  キーボード
１６  マウス
【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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【図６】
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