第三章 閃燃與火載量實驗及討論
第三節 實驗分析與討論
1.火載量分析 A、引火源校正
實驗針對火源(引燃源)進行量測，對於引火器不同熱量(千瓦)進 行氣體流量及壓力的調整，將供火載量實驗使用。
測試在 ISO 9705 煙罩下進行，以 SPARKER 作為引火器，當丙 烷(Propane)引燃源被引燃時，即將 SPARKER 移除。並利用 ISO 9705 集煙罩收集氣體至氣體分析儀中進行分析，每2 秒紀錄一數據資 料，導管體積流量為3 m3/s。
測試熱量(千瓦)分別為 30kW 及 50kW，分別記錄其丙烷氣體流 量與壓力。測試結果如下：
圖 3-12、引燃器之熱釋放率(30kW)
0 50 100 150 200
0 10 20 30 40 50 60
3 0 kW b u rn e r
HRR(kW)
T im e
當丙烷氣體流量為19.5 NL/min 壓力為 0.99 kgf/cm2時，此時引燃源 熱釋放率平均約為29kW。
圖 3-13、引燃器之熱釋放率(50kW)
0 50 100 150 200 250 300
20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80
50kW burner
HRR(kW)
Time
當丙烷氣體流量為33 NL/min 壓力為 0.98 kgf/cm2時，此時引燃源熱 釋放率平均約為55kW。
由實驗結果可得知兩種不同熱釋放率(30 kW 及 50 kW)之丙烷 氣體之流量，以兩種引火源熱釋放率來引燃本實驗傢俱試體。
B、神桌椅試體
實驗針對本土特殊傢俱進行 10MW 煙罩下實驗如圖 3-14，此外，引 火源熱釋放率為 30 kW，引燃時間為 4 分 09 杪。實驗分析參數為質 量損失率(圖 3-15)、熱釋放率(圖 3-16)、總熱釋放率及火載量(圖 3-17)，其結果如下：
圖 3-14、神桌椅實驗示意圖
實驗前總重為 85.2 公斤，實驗後總重為 14.3 公斤，質量損失率如下：
圖 3-15、神桌椅之質量損失率
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
質 量
質 量 損 失 率
時 間
由下可知，神桌椅熱釋放率(Heat Release Rate)最高值約為 2.11MW 圖 3-16、神桌椅之熱釋放率
0 200 400 600 800 1000 1200
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0
2.5 HRR
HRR(MW)
時 間
由下可知，神桌椅總熱釋放(Total Heat Release)約為 1026 MJ，故火載 量(Fire load)為 1026 MJ。
圖 3-17、神桌椅之總熱釋放率
0 200 400 600 800 1000 1200
0 200 400 600 800 1000
1200 Total Heat Release
Total Heat Release(MJ)
Time
由於神桌之材料為木材，故本實驗亦將神桌木材單位重量之實驗發熱 量(14.47 kJ/kg)與一般所採用的 17.76 kJ/kg 進行比對，差異約為 18.6％，此差異應與木材本身之木種有關。
C. 辦公傢俱實驗 (1)辦公椅
實驗在ISO 9705煙罩下進行如圖3-18，引火源熱釋放率為30 kW，
引燃時間為1分40秒，總時間為34分42秒。由於辦公椅材料多數為易 燃的化學聚合物所構成(尺寸如圖3-19)，因此ㄧ經引燃，熱釋放率即 達峰值。
實驗過程中可見，起先引火源引燃辦公椅表面的化學聚合材料，
使熱釋放率達一峰值，當表面材料慢慢被燒盡，熱釋放率緩緩下降；
隨後當火源引燃內部材料(木材)時使熱釋放率又上升直至內部材料 慢慢被燒盡。質量損失歷程如圖 3-20，熱釋放率歷程及總熱釋放如 圖 3-21 及 3-22。
圖 3-18、辦公椅實驗示意圖
圖 3-19、辦公椅尺寸示意圖
實驗前總重為20.8公斤，實驗後總重為10.9公斤，質量損失率如下：
圖 3-20、辦公椅之質量損失率
0 500 1000 1500 2000 2500
10 12 14 16 18 20
22 質 量 損 失 率
質量(kg)
時 間
由下圖可知，辦公椅熱釋放率(Heat Release Rate)最高值約為 300kW。
圖 3-21、辦公椅之熱釋放率
0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 0
Heat Release Rate(kW)
Time
由下可知，辦公椅總熱釋放(Total Heat Release)約為 202.8 MJ，故火 載量(Fire load)為 202.8 MJ。
圖 3-22、辦公椅之總熱釋放率
0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000 2250
0
Total Heat Release(MJ)
Time
此實驗火載量 202.8 MJ 與文獻【16】進行比對(範圍 245.2~303.7 MJ)，此值較文獻數據低，故國內外之辦公椅材料應有ㄧ定的差異，
若傢俱火載量以一範圍值來估算，其值可能會差異很大。
(2)高木櫃(No.1)
實驗在 ISO 9705 煙罩下進行如圖 3-23，引火源熱釋放率為 30 kW，引燃時間為 19 分 29 秒，總時間為 40 分 30 秒，高木櫃尺寸為長 180×寬 32×高 132 公分。
圖 3-23、高木櫃(No.1)實驗示意圖
實驗過程中可見，起初引火源引燃木材表面，加熱一段時間後，
藉由火焰的向上延燒，使火焰慢慢擴大，熱釋放率緩緩上升；當引火 源移除後火焰已達一定規模(高木櫃被引燃)，由於木材受熱後即無支 撐能力隨後即向下崩塌導致熱釋放率有明顯的改變，但不影響總熱釋 放率值。質量損失歷程如圖 3-24，熱釋放率歷程及總熱釋放如圖 3-25 及 3-26。
實驗前總重為 52.9 公斤，實驗後總重為 1.1 公斤，質量損失率如下：
圖 3-24、高木櫃(No.1)之質量損失率
0 500 1000 1500 2000 2500
0
由下圖可知，高木櫃(No.1)熱釋放率(Heat Release Rate)最高值約 為 970 kW。
圖 3-25、高木櫃(No.1)之熱釋放率
0 500 1000 1500 2000 2500
0
Heat Release Rate(kW)
Time
由下可知，高木櫃(No.1)總熱釋放(Total Heat Release)約為 727.6 MJ，
故火載量(Fire load)為 727.6 MJ。
圖 3-26、高木櫃(No.1)之總熱釋放率
0 500 1000 1500 2000 2500
0 100 200 300 400 500 600 700
800 THR
Total Heat Release(MJ)
Time
由於高木櫃之材料為木材(木心板)，故本實驗亦將高木櫃單位重 量之實驗發熱量(14.04 kJ/kg)與一般所採用的17.76 kJ/kg進行比 對，差異約為21％，此差異應與木材本身之木種有關。
(3)高木櫃(No.2)
實驗在 ISO 9705 煙罩下進行如下圖 3-27，引火源熱釋放率為 30 kW，引燃時間為 12 分 22 秒，總時間為 38 分 42 秒，高木櫃尺寸為長 160×寬 32×高 152 公分。
圖 3-27、高木櫃(No.2)實驗示意圖
實驗過程中可見，起初引火源引燃木材表面，加熱一段時間後，
藉由火焰的向上延燒，此時持續加熱面會產生木材焦黑現象即炭 化，；另外火焰的持續加熱可，使火勢慢慢擴大，熱釋放率緩緩上升；
當引火源移除後火焰以達一定規模(可燃物已被點燃)，由於木材受熱 後即無支撐能力隨後即向下崩塌導致熱釋放率有明顯的改變。質量損 失歷程如圖 3-28，熱釋放率歷程及總熱釋放如圖 3-29 及 3-30。
實驗前總重為 47.1 公斤，實驗後總重為 3.0 公斤，質量損失率如下：
圖 3-28、高木櫃(No.2)之質量損失率
0 500 1000 1500 2000 2500
0 10 20 30 40
50 質 量 損 失 率
質量(kg)
時 間
由下圖可知，高木櫃(No.2)熱釋放率(Heat Release Rate)最高值約 為 1180 kW。
圖 3-29、高木櫃(No.2)之熱釋放率率
0 500 1000 1500 2000 2500
0 200 400 600 800 1000
1200 HRR
Heat Release Rate(kW)
Time
由下可知，高木櫃(No.2)總熱釋放(Total Heat Release)約為 613.7 MJ，
故火載量(Fire load)為 613.7 MJ。
圖 3-30、高木櫃(No.2)之總熱釋放率率
0 5 0 0 1 0 0 0 1 5 0 0 2 0 0 0 2 5 0 0
0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0
T H R
Total Heat Release(MJ)
T im e
由於高木櫃之材料為木材(木心板)，實驗所得之高木櫃單位重量之實 驗發熱量13.91 kJ/kg與一般所採用的17.76 kJ/kg進行比對，差異約 為22％，此差異應與木材本身之木種有關。
(4)矮木櫃(長130×寬32×高75公分)
實驗在 ISO 9705 煙罩下進行如下圖 3-31，引火源熱釋放率為 30 kW，引燃時間為 36 分 40 秒，總時間為 54 分 02 秒。
圖 3-31、矮木櫃實驗示意圖
實驗過程中可見起初引火源引燃木材表面，加熱一段時間後，由 於加熱火焰高度明顯高於矮櫃，使火焰不易延燒至它觸，導致表面木 材產生炭化之現象，隨後將矮木櫃微微向前傾斜使熱量蓄積延燒至它 處。當引火源移除後火焰以達一定規模，由於木材受熱後即無支撐能 力隨後即向下崩塌導致熱釋放率亦有明顯的改變。質量損失歷程如圖 3-32，熱釋放率歷程及總熱釋放如圖 3-33 及 3-34。
實驗前總重為 22.1 公斤，實驗後總重為 1.7 公斤，質量損失率如下：
圖 3-32、矮木櫃之質量損失率
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
0 5 10 15 20 25 30
35 質 量 損 失 率
質量(kg)
時 間
由下圖可知，矮木櫃熱釋放率(Heat Release Rate)最高值約為 510 kW。
圖 3-33、矮木櫃之熱釋放率
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
0 100 200 300 400 500
600 HRR
Heat Release Rate(kW)
Time
由下可知，矮木櫃總熱釋放(Total Heat Release)約為 305.6 MJ，故火 載量(Fire load)為 305.6 MJ。
圖 3-34、矮木櫃之總熱釋放率
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
0 50 100 150 200 250 300
350 TH R
Total Heat Release(MJ)
Tim e
由於矮木櫃之材料為木材(木心板)，實驗所得之矮木櫃單位重量 之實驗發熱量14.98 kJ/kg與一般所採用的17.76 kJ/kg進行比對，差 異約為15％，此差異應與木材本身之木種有關。
綜合以上木櫃火載量實驗，我們發現木櫃材質即木心板點燃其實 不容易，但藉由質量損失率我們可得知，若木櫃ㄧ經被引燃，木櫃大 部分質量皆會被燃燒殆盡，相對的發出大量的熱能。
(5)桌板
實驗在 ISO 9705 煙罩下進行如下圖 3-35，引火源熱釋放率為 30kW，引燃時間為 28 分 56 秒，總時間為 30 分 02 秒。
圖 3-35、桌板實驗示意圖
實驗過程中可見起初引火源引燃桌板表面，表材隨之引燃，使熱 釋放率略微上升直至表面可燃物被燒盡；隨後桌板不再被引燃，因為 表面內部第二層為金屬薄板阻隔熱量的傳遞導致桌板不被引燃，僅產 生表面炭化的情形。質量損失歷程如圖 3-36，熱釋放率歷程及總熱 釋放如圖 3-37 及 3-38。
實驗前總重為 17.6 公斤，實驗後總重為 14.1 公斤，質量損失率如下：
圖 3-36、桌板之質量損失率
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
13 14 15 16 17 18
19 質 量損 失 率
質量(Kg)
時 間
由下圖可知，桌板熱釋放率(Heat Release Rate)最高值約為 160 kW。
圖 3-37、桌板之熱釋放率
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600
0 20 40 60 80 100 120 140
160 HRR
Heat Release Rate(kW)
Time
由下可知，桌板總熱釋放(Total Heat Release)約為 24.6 MJ，故火 載量(Fire load)為 24.6 MJ。
圖 3-38、桌板之總熱釋放率
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
0 5 10 15 20 25 30
THR
Total Heat Release(MJ)
Time
2.閃燃時間評估
閃燃時間實驗以不同發煙量燃料及熱釋放率評估閃燃發生時間 之互相關係，選定漸進發煙量之燃料(依序：95 無鉛汽油、正己烷、
異丙醇、甲醇) ，進行 ISO 9705 房間實驗。
(1)95 無鉛汽油
95 無鉛汽油閃火點為-43℃～-38℃，自燃溫度在 280℃～456℃，
比重為0.7573，發煙特性與其他燃料相比為發煙量最多的。房間試驗 示意圖如圖 3-39：
圖 3-39、油盤房間試驗示意圖
分別進行總油量 16 公升(4 公升/盤×4 盤)、20 公升(4 公升/盤×
5 盤)及 24 公升(6 公升/盤×4 盤)三次試驗，其中僅 20 公升及 24 公 升油量發生閃燃。
下列為火場過程：
圖 3-40、火場初期
圖 3-41、煙層下降至門高一半處
圖 3-42、煙層下降至地板
圖 3-43、地上報紙被引燃
圖 3-44、火焰竄出門口(與報紙引燃時間略同)
圖 3-45、火場末期(衰退期)
進ㄧ步分析閃燃時間與熱釋放率之相互關係如下圖3-46：
圖 3-46、閃燃熱釋放率與時間之關係圖(95 無鉛汽油)
1500 1750 2000 2250
0 50 100 150
200 5盤 X 4L/盤
4盤 X 6L/盤 (A) 4盤 X 6L/盤 (B)
Time to flashover
HRR at flashover
由圖我們得知熱釋放率越大所需達閃燃的時間則越短；換言之達閃燃 所需之熱釋放率與時間成反比。
(2)其他燃料：
閃燃時間實驗因使用之房間試驗因火載量過大導致房間內部裝 潢崩塌導致需重新整修，將待修復後即刻進行試驗。