火災時為什麼要壓低姿勢逃生？
― 煙不到1秒就衝上天花板，由上往下把房間填滿
避難演練時一定會聽到「壓低姿勢」這句話。但為什麼低一點比較好呢？答案在於煙既熱又輕。煙在往橫向擴散之前，會先直直往上衝。然後從天花板開始，由上往下把房間填滿。而靠近地板的地方，會有一段時間留著可以呼吸的空氣。
假設房間的角落開始有東西燃燒。最先注意到的，是裊裊升起的細煙。
這股煙會先撞上天花板，然後沿著天花板向四面擴散。
過一會兒環顧房間，會發現只有天花板附近變得灰濛濛。腳邊卻還看得清楚。
原因只有兩個
煙因為很熱，比周圍的空氣輕得多。輕的東西會往上浮。煙在往橫向擴散之前，會先一口氣衝到天花板。
撞上天花板的煙會形成一個聚集層。後來的煙不斷加入，這個聚集層就往下越積越厚。地板附近的空氣，會留到最後。
也就是說，煙不會均勻混入房間的每個角落。它和裝水的杯子相反，是「水位從上面往下降」那樣的填法。所以只要把頭壓低，吸到的空氣就會完全不同。
煙上升的速度，比想像中快得多
剛開始燃燒時的煙，溫度可能高達150℃左右。這個溫度的空氣，重量只有房間空氣的七成左右。輕的那部分，就會被往上推。
稍後會算給大家看，煙要爬升2.4公尺到天花板，大約只需要1秒。就算看起來還有時間跑，煙的動作其實比人更快。請看圖1，這是房間的剖面圖。
可怕的不是高溫，而是無法呼吸
火災中喪生的人，多數並非被火焰燒死，而是吸入了煙或有毒氣體。煙裡含有一氧化碳，這是一種會讓身體無法運送氧氣的氣體。
再加上，煙層還會奪走視線。明明近在眼前的出口，會完全看不見。壓低姿勢的話，可以用手摸著地板與牆壁的交界前進。看得見與吸得到，這兩件事都由高度決定。
如果關著的門後方積了煙層，門本身也會變熱。把手背靠近門確認熱度，可以用來判斷。如果感覺很燙，就不要開那扇門，改找別的路。
煙會往上竄。樓梯對煙來說是絕佳的通道。往樓上跑，等於和煙走同一個方向。原則上要往樓下、往室外移動。
那麼，該怎麼做？
- 先大聲通知，並撥打119比起自己滅火，先通知周圍的人。火一旦燒到天花板，就別再嘗試滅火，直接逃生
- 壓低頭部，遮住口鼻有濕毛巾或手帕的話就摀上。沒有的話用衣袖也可以
- 一旦到了戶外，就不要再回去據說回頭拿忘記的東西，是最常見的意外原因
在煙層裡，可能只需幾口呼吸就會失去行動能力。是否能順利穿過，進去之後才判斷已經來不及。請不要進入充滿煙的通道，改往別的出口移動。逃生時，如果能關掉正在使用的暖氣或火源就關掉，並把門關上以阻斷氣流。但絕不要為此而折返。
總結
煙因為又熱又輕，會先衝上天花板，然後由上往下把房間填滿。壓低姿勢，是為了把頭留在還殘存的空氣層裡。看得見與吸得到，這兩件事都由頭部的高度決定。
煙不會均勻地混入房間各處。
它會像水位上升那樣，從天花板逐漸逼近地板。
煙裡最危險的，是一種無味無色的氣體。詳情請參閱一氧化碳為什麼最可怕的地方在於「難以察覺」？。關於廚房的火，也歡迎閱讀天婦羅油起火時潑水，為什麼火柱會竄上天花板？。
- 在浴室打開熱水蓮蓬頭，觀察升起的蒸氣如何流動。應該會先直直往上，而不是先往橫向擴散。
- 先不開排氣扇放置一段時間，觀察天花板附近和腳邊，哪一邊先變得白濛濛。
- 壓低姿勢抬頭看天花板方向，有時能看到白色蒸氣層與透明空氣的分界。
蒸氣是無害的水滴，但它往上升、再由上往下堆積的動法，和煙完全相同。請在不會燙傷的水溫下進行。
想更深入了解的人 ― 用語、算式與教科書的連結從國中理科到大學專業科目，會標明各段落屬於哪個程度
- 國中國中理科課程範圍
- 高中高中「物理基礎・物理」課程範圍
- 高中＋高中進階內容，或教科書專欄程度的內容
- 大學高中不會教、屬於大學專業科目（燃燒工程學・建築防災）的內容
- 研究連大學都還不會當作「定論」來教、屬於研究者正在調查中的內容
國中用語：這個現象是有名稱的
- 煙層：積在天花板一側，混著煙的高溫空氣團。與下方空氣有明確的分層。
- 清淨層：煙層下方留存、還能呼吸的空氣層。壓低姿勢之所以有用，就是因為有這一層存在。
- 浮力：比周圍輕的東西被向上推的力量。浮在水面的冰，和往天花板上升的煙，都是基於同樣的原因在移動。
國中高中用算式確認：煙要幾秒才能到達天花板
煙之所以會上升到天花板，是因為它比周圍空氣輕。我們先從溫度求出輕多少，再算出這個輕的程度會產生多大的加速度，最後算出抵達天花板時的速度與所需時間。
| 用符號表示 | ρ ＝ ρ₀ × ( T₀ ÷ T ) ／ a ＝ g × ( ρ₀ − ρ ) ÷ ρ ／ v ＝ √( 2 × a × h ) |
| 用文字表示 | 煙的密度 ＝ 空氣的密度 × （空氣的絕對溫度 ÷ 煙的絕對溫度）。向上的加速度 ＝ 重力加速度 × 密度差 ÷ 煙的密度。到達天花板的速度 ＝ 2 × 加速度 × 高度，再開平方根 |
| 這個算式從何而來 | 第一式來自「壓力相同時，氣體體積與絕對溫度成正比」的定律。第二式來自「浮力減去自身重量後的剩餘力量把煙往上推」的運動方程式。第三式來自等加速度運動的速度公式 |
| ρ（rho） | 密度。單位是每立方公尺的重量（kg/m³）。加上下標0的，代表周圍的空氣 |
| T | 絕對溫度。單位是克耳文（K）。攝氏溫度加273即得 |
| a | 煙獲得的向上加速度。單位是 m/s² |
| g | 重力加速度。取 9.8 m/s² |
| h | 地板到天花板的高度。單位是公尺 |
| v | 抵達天花板時的向上速度。單位是 m/s |
| 房間空氣的密度 | 20℃時約為 1.20 kg/m³ |
| 房間空氣的絕對溫度 | 293 K（20℃） |
| 燃燒初期煙的絕對溫度 | 423 K（150℃） |
| 到天花板的高度 | 2.4 m（一般住宅的天花板高度） |
| 重力加速度 | 9.8 m/s² |
| 求溫度比 | 293 ÷ 423 ≒ 0.69 |
| 求煙的密度 | 1.20 × 0.69 ≒ 0.83 |
| 求密度差 | 1.20 − 0.83 ＝ 0.37 |
| 密度差除以煙的密度 | 0.37 ÷ 0.83 ≒ 0.45 |
| 求向上加速度 | 9.8 × 0.45 ≒ 4.4 |
| 速度公式中的數值（其一） | 2 × 4.4 ＝ 8.8 |
| 速度公式中的數值（其二） | 8.8 × 2.4 ≒ 21.1 |
| 開平方根即為到達天花板的速度 | 21.1 開平方根約為 4.6（m/s） |
| 求平均速度 | 4.6 ÷ 2 ＝ 2.3 |
| 抵達天花板所需時間 | 2.4 ÷ 2.3 ≒ 1.0 |
煙會加速到秒速4.6公尺，大約1秒就能抵達天花板。比人奔跑還快，而且是往上衝。實際火災中，煙在上升過程會捲入周圍空氣，速度會比這個計算慢一些。不過「幾秒內就會抵達天花板」的結論不會改變。
| 煙抵達天花板為止 | 約 1 秒 |
| 人察覺異狀並站起來為止 | 至少需要數秒 |
等到察覺時，天花板一側早已成為煙的通道。所以「避開上方、走下方」就是第一步該採取的行動。
高中高中＋為什麼分層不會混在一起
高中上面的計算，只從溫度求出煙的密度。這是根據氣體狀態方程式推導出來的。壓力相同時，密度與絕對溫度成反比。150℃的空氣重量只有20℃空氣的七成左右，正是這個關係的結果。
高中＋「輕的氣體在上、重的氣體在下」這樣的排列本身就是穩定的，這種狀態稱為穩定層化。要讓上下對調，需要花力氣把重的空氣抬起來。所以煙層與清淨層能保持清楚的分界，分開存在。相反地，重的空氣在上方的排列則不穩定，很快就會翻轉混合。積雨雲的形成，正是後者的狀態。
大學火災浮升流與雙層區域模型
在建築防災領域，把從起火點升起的煙流稱為火災浮升流（fire plume）。這股浮升流在上升過程中會捲入周圍空氣，因此越往上，量越多，溫度越低。這種捲入量，可以用火源的發熱速率與高度來估算，已有相關公式可查。
在避難相關的計算中，會採用雙層區域模型，把房間單純分成「煙層」與「清淨層」兩層來處理。這種方法會依浮升流帶上去的體積量，讓分界隨時間下降。如果煙層溫度持續上升，最終會導致房間內所有可燃物同時起火的閃燃（flashover）。閃燃發生前的這段時間，就是可用於避難的時間上限。
📖 算式推導與更深入的內容：閃燃（日文版維基百科） ／ 浮力（日文版維基百科）
研究目前還不清楚的地方
- 分界能維持到什麼程度。現實中的房間會有縫隙間的氣流或空調造成的流動。當有這類擾動時，分界何時會崩潰、整體混合，依條件而異，被認為很難預測。
- 新材質燃燒時釋出氣體的毒性。家具與裝潢建材逐年在改變。燃燒時會釋出什麼氣體、釋出多少，各種材質的評估至今仍在持續進行。
- 人實際上會怎麼行動。人在煙霧中的行為，不會照演練那樣進行。在看不清狀況下如何選擇路線，一直是避難研究的課題。
也就是說，本文的內容也只是「目前已知範圍內的說明」。數值請當作以住宅單一房間為前提的參考值來看待。
與教科書的連結（依程度分類）
| 程度 | 科目・單元 | 對應本文哪個段落 |
|---|---|---|
| 國中 | 理科・浮力與氣體的性質 | 煙為何會往上升的原因 |
| 高中 | 物理基礎・等加速度運動／物理・氣體定律 | ②的所有計算 |
| 高中＋ | 物理・氣體狀態方程式的應用 | 穩定層化的內容 |
| 大學 | 燃燒工程學・建築防災 | 火災浮升流與雙層區域模型 |
| 研究 | 避難安全工程學 | 分層如何崩潰與人的行為 |
| ― | 與生活的連結 | 避難演練時壓低姿勢的原因 |
- 日本建築學會編『建築火災安全工學入門』（森林總合研究所的觀點：煙層與清淨層的概念、雙層區域模型解說）
- 總務省消防廳『消防白書』（住宅火災死因相關統計）
- 閃燃（日文版維基百科）
- 日本火災學會編『火災便覽』（火災浮升流的捲入量、煙溫度相關記述）
※本文為大眾向科學解說。文中數值為理解原理用的參考估算值。實際火災中，房間大小、燃燒物、門窗的開關狀態都會使情況大不相同。避難的判斷，請依消防與地方政府的指示，以及各建築物的避難計畫為準。