東京理科大学「火災安全科学研究拠点」■研究成果概要報告書
研

究 課 題

所属
研究代表者

氏名
問合せ先メールアドレス

受入担当責任者

氏名

隣接する区画間の延焼性状に関する実験

実 施 年 度的研究

平成 25 年度

研究実施時：京都大学
現在：独立行政法人建築研究所
樋本圭佑
himoto@kenken.go.jp
大宮喜文

１．研究の背景および目的
一般に建物は複数の区画から構成されている．ある区画で火災が発生すると，隣接する区画へと延焼し，被害が拡大する可能性があるが，どういった条件下で区画間の延焼が発生するかを知ることは，建物の防火計画を検討する上で重要である．
区画間の延焼は，火災区画からの加熱により，隣接区画内の可燃物が着火することにより発生する．従来，一定の加熱条件下における可燃物の着火性状については広く調べられてきた．しかし，実際の区画間延焼において，隣接区画内の可燃物のどういった部位が，どのような加熱を受けて着火に至るのかといったことについては，明らかになっていない点が多い．
そこで本研究では，実大規模の区画燃焼実験を行うことで区画間の延焼過程を明らかにし，延焼が発生する条件を整理することで，一般に普及しているゾーンモデルなどの予測精度の向上につなげることを目的とする．

２．利用施設及び利用日
・ 燃焼熱量測定用フード（5m×5m）（2013 年 9 月 6 日 ～ 9 月 13 日）
・ 火災実験用実大区画（散水設備対応）（2013 年 9 月 6 日 ～ 9 月 13 日）

３．実験方法・研究成果、および考察（申請時の計画に対する達成度合いも含む）※継続課題の場合は，前年度との関係性，進展度合いについても記載すること。
(1) 実験方法
本実験で使用する実大複数区画の平面図、立面図を図 1 に示す。幅 6200[mm]×奥行き3100[mm]×高さ 2500[mm]の空間を中央の間仕切り壁で区画 A、B に分割した。区画 A、B間の間仕切り壁には幅 722[mm]、高さ 2000[mm]の開口 Oab を設けた。また、区画 A、区画B にはそれぞれ区画 A と外気に面する部分に開口 Oa、区画 B と外気に面する部分に開口Ob を設けた。
本実験における実験条件を表 1 に示す。開口 Oa、Ob の開口面積、区画 A 中央に設置したガスバーナーの発熱速度を変化させて 8 ケースの実験を行った。ただし、開口高さ1000[mm]のケースでは開口下部を半分閉じた。
実験の測定項目を表 2 に示す。温度、発熱速度、ガス濃度、熱流束、圧力(静圧、動圧)の測定を行った。各測定点の位置は図 1 に示す通りである。
1600

1600
360

360

3100
1189

620

360

360

熱流計2

熱流計1722

3100

熱流計3

1600

区画A360

360

1189

1600

区画B

1725
1600

722

Ob

653

653

360

360

1506

722

1725

Oa

1600

(a) 平面図

800
800

400 400 400 400 400

1950

2500

400
400
400
100
400
400
400

1520

3100

360
1725

7226536537221725(b) 立面図■ ： 熱電対(開口部) ■ ： ディスク熱電対(壁面) ■ ： シース型熱電対 ■ ： 静圧 ■ ： 動圧

図 1 区画概要と測定項目の配置図[単位:mm]■ ： 熱流束 ■ ： 火源

表 1 実験条件
Oa
ケース
12345678

開口高さ

722mm

1000mm

722mm

区画A

Ob

開口幅

開口幅

開口高さ

722mm

1000mm

0mm

0mm

722mm

2000mm0mm

0mm

2000mm火源
1400kW
700kW
1400kW
700kW
1400kW
700kW
1400kW700kW

表 2 測定項目
項目

123456

測定点
測定点数
区画A2箇所、区画B2箇所
区画内温度
28に各7点温度
壁面温度
区画周壁8面に各1点
8
開口部温度
Oa,、Ob、Oab各6点
18
発熱速度
区画A
1
ガス濃度
全体（5mフード）
1熱流計 1
区画B（水平）3
熱流束
熱流計 2
区画B（垂直）熱流計 3
区画B（垂直）静圧
区画A、B各2点
4動圧
Oa、Ob各3点程度
6

測定機器
シース熱電対ディスク熱電対
熱電対
ガス流量計
ガス分析器
熱流計
(測定範囲180°)
銅管、微差圧計
ピトー管、微差圧計(2) 実験結果の概要
・ 区画内平均温度
複数区画実大実験における各ケースの区画内平均温度のグラフを図 3 に示す。区画 A、Bの平均温度は、約 100~200[s]まで急激に上昇し、その後は緩やかに上昇を続け、準定常状態へ移行する。また、区画 B の温度上昇は開口 Oab を介し侵入する区画 A の熱によるものであり、温度の上昇は区画 A よりも区画 B の方が低くなっている。
火源規模 1400[kW]、700[kW]ともに、ケース 3、4 などの区画 A の開口 Oa の開口面積が小さいケースほど区画 A、B の区画内平均温度が高くなる傾向が見られた。これは、開口面積が大きいほど、区画 A から開口 Oa を介し区画外へ流出する熱量が大きいためと考えられる。
なお、ケース 3 における区画 A の区画内平均温度は、約 150[s]まで急激に上昇するが、その後、他の条件に比べ温度上昇がほとんど見られない。これは、開口 Oa の面積が小さいこと、及び開口 Ob が閉じられているため、区画 A への流入空気量が制限されたためであると考えられる。
・ 熱流束
ケース 5~8 における熱流束の結果を図 4 に示す。熱流計 1 が区画 A 側横向き、熱流計 2が上向きである。熱流計 1 では発熱速度ごとに比較すると開口 Ob の開口面積によらず概ね一定の値となった。熱流計 2 では発熱速度ごとに比較すると開口 Ob の開口面積が小さいほど、値は大きくなる傾向が見られた。

1200

ケース1ケース51000

1200

ケース3ケース7800600
400200600
400200000100200300400

時間[s]5006007008000100a) 1400[kW] 区画 A
1200

ケース2ケース61000200300400時間[s]500600700800b) 1400[kW] 区画 B
1200

ケース4ケース8ケース2ケース61000800

ケース4ケース8800

温度[℃]

温度[℃]

ケース3
ケース7800

温度[℃]

温度[℃]

ケース1
ケース51000

600
400200600
400200000100200300400時間[s]5006007008000100c) 700[kW] 区画 A

200300400時間[s]500600700800600700800d) 700[kW] 区画 B
図 3 区画内平均温度50

ケース5ケース7

ケース5ケース740

熱流束[kW/㎡]

熱流束[kW/㎡]

4050

ケース6ケース83020100ケース6ケース830201000100200300

400500600

7008000時間[s]100200300400500

時間[s]a) 区画 A 側横向き（熱流束 1）b)上向き（熱流束 2）

図 4 熱流束・ 開口質量流量
盛期火災で区画内温度が一様の時、単一区画の単一開口部の開口流量は、概ね 0.5 A H で求められることが知られている。複数区画間の開口流量において、どの程度この条件が満たされるのかを確認するため、実験値と比較した。
実験で計測した開口 Oab の動圧から各ケースの開口 Oab での準定常状態での中性帯高さを求め、これと区画内温度の平均から次式(1)，(2)を使って開口流量を求めた。

3mab =

2αB 2 ρ a ∆ρg ( H u－Z n ) 23(1)3mba =

2αB 2ρb ∆ρg ( Z n－H l ) 23(2)

図 5 で示す通り mab、mba はそれぞれ区画 A から区画 B への開口流量、区画 B から区画 Aへの開口流量である。開口 Oab での開口流量を図 6 に示す。いずれのケースにおいても、0.5 A H から求められた開口流量よりも低い値を示した。

ρb TbObOaOabmabρa TambaZn

開口質量流量[kg/s]

1.20.5A√H

1mab 区画A→区画B
mba 区画B→区画A

0.8
0.6
0.4
0.2
0
ケース1 ケース3 ケース5 ケース7

区画B

ケース2 ケース4 ケース6 ケース8区画A

図 5 開口流量の計算

図 6 開口 Oab における開口流量(3) 放射伝熱計算モデル
区画間の延焼条件を整理するにあたり，火災時の最も主要な伝熱形態である放射伝熱を計算する 2 種類のモデルを作成した。各モデルの概念図を図 7，8 に示す．モデル 1 では火災区画 A の熱源の部位ごとの温度差を考慮しているのに対し，モデル 2 では部位ごとの温Tsqs

熱流計

qa1qsqa2qa2
熱流計

火源

qa3
火源

区画A

区画B

区画B

区画Aa) 断面図（熱流計 1，区画 A 側横向き） b) 平面図（熱流計 1，区画 A 側横向き）
Ts
qs
熱流計

qa1

熱流計

qa2

qs
qa2

火源

qa3
火源

区画B

区画Ac) 断面図（熱流計 2,3，上向き）

区画B

区画Ad) 平面図（熱流計 2,3，上向き）

図 7 放射伝熱モデル１の概念図

TsTs
qs

qs
熱流計

qa1

熱流計

qa
火源

火源

区画A

区画B

区画A

区画Ba) 断面図（熱流計 1，区画 A 側横向き）b) 断面図（熱流計 2,3，上向き）

図 8 放射伝熱モデル 2 の概念図
度差がないと仮定している．このとき，放射計に入射する放射熱流束 q は次のように求められる．
モデル 1

q = q s + q a1 + q a 2 + q a 3(3)モデル 2

q = qs + qa(4)ここで，qs は区画 B の高温層からの放射熱流束、qa は区画 A からの放射熱流束である．ただし，qa1，qa2，qa3 は，いずれも区画 A の異なる箇所からの放射熱流束である．ここで、火災区画 A の火炎からの放射熱流束は，火炎形状を円柱と仮定することで求めた．また，高温層高さは区画内垂直温度を基に N パーセント法より算出し、N=15 とした値を用いる。この結果得られた，各ケースの高温層高さの値を図 9 に示す。
10.9

区画A0.8区画B

煙層高さ[m]0.70.60.5
0.4
0.3
0.20.10
ケース1ケース2ケース3ケース4ケース5ケース6ケース7ケース8

図 9 区画 A，B の高温層高さ(4) 実験値と計算値の比較
実験値と計算値の比較を図 10 に示す。横向きに設置された熱流計 1 では、実験値と計算値の間に大きな乖離があり，計算値の方が低い結果となった．一方，上向きに設置された
熱流計 2，3 でも、計算値の方が低かったものの，乖離の程度は熱流計 1 に比べて小さかった。これは、開口 Oab からの噴出火炎や火源の火炎形状を考慮していないなどの理由によるものと考えられる。

実験値

放射熱モデル１

実験値

放射熱モデル２30302525201510放射熱モデル１

放射熱モデル２35

熱流束[kW/m2]

熱流束[kW/m2]

3520151055000100200300

400500600700800

0100200300

時間[s]400500600700

800

時間[s]

熱流計 1，区画 A 側横向き

熱流計 2，上向きa) ケース 5（火源 1400kW）
実験値

放射熱モデル１

実験値

放射熱モデル２

放射熱モデル１放射熱モデル２3530302525

熱流束[kW/m2]

熱流束[kW/m2]

35201510520151050010020030040050060070080000100時間[s]200300400500時間[s]熱流計 1，区画 A 側横向き

熱流計 2，上向きb) ケース 6（火源 700kW）
図 10 入射熱流束の実験値と計算値の比較

600

700800４．今後の展望（今後の発展性，見込み等についても記述）
今後，実験結果の分析をさらに進めると同時に，追加の実験を行うなどして，区画間の延焼過程の把握を進めていく．

５．成果の公表状況（学会への発表，学術誌への投稿等を記述。予定も含む）
2014 年の日本建築学会大会で，以下の 2 報の論文を発表する予定である．
種子田翔一・申易澈・野秋政希・田嶋一雅・樋本圭佑・出口嘉一・大宮喜文：複数区画の火災拡大性状に関する研究 その 5 実大複数区画実験

田嶋一雅・申易澈・野秋政希・種子田翔一・樋本圭佑・出口嘉一・大宮喜文：複数区画の火災拡大性状に関する研究 その 6 隣接室への放射熱計算モデル

６．経費の使用状況

消耗品費・会議費・印刷費等
事

項

金額(円)

ブランケット185,850ステンレスパ

305,592

イプ

旅費
事

項

人件費
金額(円)

事

項

金額(円)

他

小計

491,442

小計

小計

東京理科大学 負担分 総計 491,442 円
京都大学 負担分 総計 900,000 円※スペースが足りない場合はページを増やしても構いません。
※上記 5 に記載された成果公表については，別刷１部をご提出願います。PDF ファイル等の電子データでも構いません。
※本成果報告概要書に記載された内容は，本拠点の成果報告として Web 等で公開されることをお含み置き下さい。
※本成果報告概要書と併せて，研究報告書を提出頂いても構いません。(フォーマットは問いません。)※後日開催予定の成果講評会で使用されるプレゼンテーション用の電子ファイルについても提出願います。(学内での報告に使用)