建築物之中性帶高度受室內溫度、室外溫度及上下開口的影響，下列敘述何者錯誤？

本題考點

中性帶的定義,以及室內外溫差、上下開口大小與外部風壓如何改變其高度。

正解理由

中性帶是建築物內外靜壓相等的高度,位置由室內外空氣密度差與上下開口面積比共同決定;有風時迎風面外側疊加正的動壓,使外壓大於內壓的範圍向上延伸,壓力相等處被往上推,背風面則因外側呈負壓而使中性帶下降。選項所述方向與此恰好相反,故選 D。

逐項排除

1. (A)

   敘述正確。室內溫度上升使室內空氣密度變小、浮力效應增強,下方開口的進氣壓差加大,平衡點靠向下開口,中性帶向下偏移。

2. (B)

   敘述正確。上半部開口加大時排氣阻力下降,質量平衡要求進氣側分擔更大壓差,平衡位置往上移,中性帶向上偏移。

3. (C)

   敘述正確。中性帶依定義即為室內壓力等於室外壓力的高度,壓差為零;其上為正壓向外流出,其下為負壓向內流入。

4. (D)

   敘述錯誤,為本題應選者。迎風面外側受正風壓,中性帶應上升;背風面外側為負壓,中性帶應下降,方向與選項所述相反。

記憶點

中性帶位置可由開口流量平衡推得。設下開口面積 A1、上開口面積 A2,中性帶距下開口 h1、距上開口 h2,進氣質量流率等於排氣質量流率時可得 A1²×ρo×h1 = A2²×ρi×h2,亦即 h1/h2 =(A2/A1)²×(ρi/ρo)。室內溫度上升時室內密度 ρi 變小,h1/h2 隨之變小,中性帶靠向下開口而下降;上開口加大使 A2 變大,h1/h2 變大,中性帶上升。選項 A 與 B 都能由這一條式子直接讀出,不需要死背方向。

壓差大小則用煙囪效應公式 Δp = 3460×(1/To − 1/Ti)×h(單位 Pa,溫度取絕對溫標 K,h 為距中性帶的高度)。此式透露兩件事:一是壓差與距中性帶的距離成正比、在中性帶恰為零;二是室內外溫差越大,單位高度的壓差越大,這正是高層建築火災中煙流快速上竄的驅動力。

外部風的影響常被忽略。風吹向建築物時外牆承受的風壓為 Δpw = ½×ρ×V²×Cp,風壓係數 Cp 在迎風面為正、背風面與側面為負。此壓力疊加於原有的靜壓分布上:迎風面外壓被抬高,原本內壓大於外壓的區段被壓縮,中性帶因而上升;背風面外壓被拉低,中性帶下降。因此同一棟建築物的不同立面,中性帶高度並不相同,這也是排煙口配置需一併考量風向的緣由。

易混淆對照:中性帶是壓力平衡面,煙層界面是溫度與能見度的分界,兩者並非同一條線;火災成長時室溫升高,中性帶下降、煙層界面也下降,方向相同但成因不同。延伸考點是逆煙囪效應——夏季空調使室內溫度低於室外時,浮力方向反轉,氣流由上層流入、下層流出,中性帶的上下正負壓關係整個顛倒。