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研究生: 李政儒
Cheng-Ju Lee
論文名稱: 應用FMEA在建築物中央空調與煙控併用系統風險評估之研究
The Study of Risk Assessment on the Application of FMEA to Building HVAC and Smoke Control System
指導教授: 蔡明忠
Ming-Jong Tsai
口試委員: 江茂雄
Mao-Hsiung Chiang
林慶元
Ching-Yuan Lin
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工程學院 - 自動化及控制研究所
Graduate Institute of Automation and Control
論文出版年: 2006
畢業學年度: 94
語文別: 中文
論文頁數: 138
中文關鍵詞: 火災模擬軟體(FDS)失效模式與效應分析(FMEA)中央空調系統(HVAC)
外文關鍵詞: Fire Dynamics Simulator(FDS), Failure Mode and Effects Analysis(FMEA), Heating Ventilating and Air-Conditioning(HVAC)
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  • 本研究係針對一建築物中央空調系統(Heating, Ventilating, and Air-Conditioning, HVAC)與煙控併用系統進行風險評估與分析驗證。此研究從三個方向著手,第一部分為應用失效模式與效應分析(Failure Mode and Effects Analysis, FMEA)對煙控系統各項設備進行風險評估及在發生失效時,解析對系統造成何種影響,並提出建議改善對策,也藉由風險優先指數的評估,決定對系統失效要因採取對策時的順位,以改善系統的效能及可靠度。第二部分為應用火災模擬軟體(Fire Dynamics Simulator, FDS)針對煙控系統改善前後進行火災後果模擬及量化分析,經模擬火場後,可以得到火場中煙流的危害特性,進而運用其數據來分析討論火場中煙層下降的情形。第三部分則應用我國內政部建築研究所所出版之建築物防火避難安全性能驗證規範,以樓層避難安全性能驗證進行煙控系統改善前後煙層下降時間分析比較,驗證室內人員是否可於安全時間內完成避難行動,降低火災發生後對人員造成的傷害。
    經由第一部分在應用FMEA針對煙控系統加以評估分析之結果,提出須增加有效排煙口、排煙量、改善排煙閘門氣密性及調整排煙區域具體改善對策。在第二部分,經本研究針對個案4間不同CASE辦公室,進行FDS模擬火場改善前後之結果,為平均可增加人員41.3%避難時間。在第三部分,針對個案一標準層共14間辦公室,進行樓層避難安全性能驗證計算室內改善前後之結果,平均可增加人員50.6%避難時間。因此,本方法對於建築物人員安全及火場之掌握將更為明確,達成人員安全避難的目的。


    This study is focused on a sample building and on the re-evaluation and risk assessment on functions of its Heating, Ventilating, and Air-Conditioning (HVAC) systems and Smoke Control System. This thesis contains three parts. In the first part, through the use of the Failure Mode and Effects Analysis (FMEA), a risk analysis is made on all Smoke Control System facilities. In case of system failure, proper suggestions are presented. Through the assessment using Risk Priority Number (RPN), the prior action for the system failure is also proposed to improve system reliability and efficiency.
    In the second part, by using Fire Dynamics Simulator (FDS), the quantitative analysis of a fire before and after improvement was made for the Smoke Control System. The characteristics and toxicity of the smoke in a fire model can be applied to analyze the descent status of the smoke.
    In the third part, by using the evaluation standard on indoor safety issued by the Building Construction Department of the Ministry of Internal Affairs, the descent time of the smoke in the evaluated room can be obtained for comparison before and after improvement are made. This is to determine whether the escape time is less than the descent time of the smoke or not. The casualty in case of a fire can be reduced.
    Through the application of FMEA mentioned in part one, improvement plans on the increase in number of effective smoke extraction outlets and volumes, leakage improvement and rearrangement of zoning are given. In part two, four different types of office room before and after improvement are evaluated. The escape time has been increased up to 41.3% in average. Finally, fourteen office rooms of typical floor are evaluated and an average increase of 50.6% of available escape time was achieved. Thus, this method leads to a more precise understanding of both smoke control system and fire. It is useful in accomplishing the goal of safety escape for building occupants.

    中文摘要 Ⅰ 英文摘要 Ⅱ 誌  謝 Ⅲ 圖目錄 Ⅵ 表目錄 IX 第一章 緒論 1 1.1 研究背景與動機 1 1.1.1 研究背景 1 1.1.2 研究動機 1 1.2 研究目的 2 1.3 研究方法與步驟 3 1.3.1 研究方法 3 1.3.2 研究步驟 4 1.4 本文架構 6 第二章 文獻回顧 8 2.1 建築物火災特徵及煙的特性 9 2.1.1 建築物火災特徵及成長過程 9 2.1.2 火源設計的評估 11 2.1.3 煙的定義與煙害 13 2.1.4 煙的流動因素 16 2.2 失效模式與效應分析(FMEA)簡介 18 2.2.1 FMEA簡介 18 2.2.2 FMEA起源及應用 18 2.2.3 FMEA相關名詞定義 20 2.2.4 FMEA實施目的及效果 21 2.2.5 FMEA解析方法 22 2.2.6 FMEA優點與缺點探討 32 2.3 FDS火災模擬軟體簡介 35 第三章 中央空調系統與煙控併用系統介紹及模式建立 42 3.1 中央空調系統與煙控併用系統介紹 42 3.1.1 中央空調系統與煙控併用系統說明與目的 42 3.1.2 中央空調系統與煙控併用系統之組成 44 3.1.3 中央空調系統與煙控併用系統之正負壓區劃煙控 44 3.1.4 中央空調系統與煙控併用系統之運轉策略 51 3.2 個案中央空調系統與煙控併用系統介紹 51 3.2.1 個案系統組成 53 3.2.2 個案系統控制功能說明 54 3.3 FMEA分析模式建立 60 3.4 FDS火災後果模擬分析 71 3.5 樓層避難安全性能驗證分析 83 3.5.1 個案建築物概要及驗證範圍 83 3.5.2 個案室內避難安全性能驗證 84 3.5.3 個案樓層避難安全性能驗證 92 第四章 個案分析模擬驗證結果與討論 100 4.1 FMEA分析結果與討論 100 4.1.1 分析結果與討論 100 4.1.2 改善策略之分析 101 4.2 FDS火災後果模擬分析結果與討論 105 4.2.1 CASE1改善前後天花板下方煙流之情境 106 4.2.2 CASE2改善前後天花板下方煙流之情境 109 4.2.3 CASE3改善前後天花板下方煙流之情境 112 4.2.4 CASE4改善前後天花板下方煙流之情境 115 4.3 樓層避難安全性能驗證分析結果與討論 119 4.4 FDS火災模擬與室內避難安全性能驗證計算結果與討論 121 第五章 結論與建議 122 5.1 結論與建議 122 5.2 後續研究之建議 123 參考文獻 125 作者簡介 127

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