實驗區域
5.3 實驗結果與討論
在 此 次 的 實 驗 中， 將 經 由 改 變 火 源 位 置 與 排 煙 口 開 啟 時 間 的 不 同 ， 以 比 較 當 這 兩 個 參 數 改 變 時 ， 對 於 撒 水 頭 的 作 動 時 間 、 實 驗 區 劃 內 溫 度 的 變 化 以 及 煙 層 沉 降 的 時 間 等 。
為 量 測 出 撒 水 頭 撒 水 後 區 劃 內 溫 度 的 變 化 以 及 撒 水 之 降 溫 效 果 ， 必 須 知 道 當 燃 燒 酒 精 盤 時 ， 火 場 所 能 夠 達 到 的 溫 度 ， 以 及 火 場 內 溫 度 的 分 佈 情 形 。 因 此 在 一 開 始 並 不 裝 設 撒 水 頭 ， 而 且 排 煙 風 機 也 不 開 啟 ， 但 是 進 氣 閘 門 與 排 煙 閘 門 皆 打 開 ， 在 此 情 況 下 燃 燒 酒 精。酒 精 盤 放 置 位 置 為（6,3.5），並 且 在 酒 精 盤 內 倒 入 約 3 公 升 之 酒 精 。 實 際 燃 燒 之 後 ， 經 由 熱 電 偶 量 測 到 個 區 劃 整 個 燃 燒 過 程 之 溫 度 變 化 。 在 整 個 燃 燒 過 程 中 ，3 公 升 的 酒 精 約 可 持 續 燃 燒 5 分 鐘 ， 最 大 熱 釋 放 率 為 190KW。
圖 5-17 為 高 度 2.9m 處 之 熱 電 偶 所 量 測 到 之 煙 溫 ， 圖 5-18
∼ 圖 5-25 則 為 各 熱 電 偶 樹 所 測 量 到 之 垂 直 煙 溫 變 化。由 圖 5-17 中 可 以 得 到 整 個 火 場 溫 度 最 高 可 達 180℃ ， 而 且 越 靠 近 火 源 溫 度 越 高，因 此 熱 電 偶 樹 T3、T4、T5、T6 所 量 測 到 之 溫 度 較 高 。 而 在 此 實 驗 中 ， 雖 然 排 煙 風 機 未 開 啟 ， 但 是 進 氣 口 與 排 煙 口 皆 開 啟，因 此 煙 流 還 是 會 往 排 煙 口 方 向 流 動 ，所 以 熱 電 偶 樹 T1、
T2 所 量 測 到 之 溫 度 明 顯 低 於 其 它 熱 電 偶 樹 。
而 由 各 熱 電 偶 樹 所 量 測 到 之 垂 直 煙 溫 變 化 ， 當 火 源 一 點 燃 ， 則 天 花 板 附 近 之 溫 度 會 迅 速 的 升 高 ， 越 靠 近 火 源 處 ， 溫 度 變 化 的 越 大 。 而 隨 著 時 間 的 增 加 ， 煙 層 的 厚 度 也 漸 漸 的 累 積 增 加 。 使 用 N-percent method（ N=10﹪ ）， 火 場 最 高 溫 度 為 180℃ ， 火 場 之 初 溫 為 30℃，因 此 當 熱 電 偶 所 量 測 到 之 溫 度 升 高 15℃ ， 則 可 判 定 煙 層 以 沉 降 至 此 高 度。由 圖 5-18∼ 圖 5-25 可 看 出，當 時 間 到 達 100s 時 ， 高 度 1.5m 處 之 熱 電 偶 所 量 測 到 之 溫 度 皆 已 經 超 過 45℃ ， 表 示 100s 時 ， 煙 層 已 經 沉 降 至 1.5m 以 下 。
而 當 酒 精 盤 持 續 燃 燒 到 約 300 秒 時 ， 由 於 酒 精 已 經 快 消 耗
完 ， 因 此 熱 釋 放 率 急 速 下 降 ， 造 成 火 場 溫 度 也 跟 著 急 速 下 降 。
圖 5-17 單 獨 火 源 時 之 火 場 溫 度 變 化 （ 高 度 2.9m）
圖 5-19 熱 電 偶 樹 T2 所 測 得 之 垂 直 溫 度 變 化
圖 5-21 熱 電 偶 樹 T4 所 測 得 之 垂 直 溫 度 變 化
圖 5-23 熱 電 偶 樹 T6 所 測 得 之 垂 直 溫 度 變 化
圖 5-25 熱 電 偶 樹 T8 所 測 得 之 垂 直 溫 度 變 化
單獨火源 thermocouple tree T8
1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4 2.6 2.8 3
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
temperature(C)
height(m)
1(s) 50(s) 100(s) 150(s) 200(s) 250(s) 300(s) 350(s) 400(s) 450(s) 500(s)
表 5-2 則 為 各 實 驗 之 撒 水 頭 作 動 時 間 。 圖 A-1 到 圖 A-39 則 為 火 場 高 度 2.9m 之 溫 度 變 化 與 垂 直 溫 度 變 化 。
表 5-2 實 驗 結 果
實驗編號 火源位置 排煙設備操作方式 撒水頭作動時間
1-1 A 自然排煙 77s
1-2 A 點火後立即開啟，排煙量0.4m3/s 81s 1-3 A 撒水頭作動後開啟，排煙量0.4m3/s 80s
2-1 B 自然排煙 182s
2-2 B 點火後立即開啟，排煙量0.4m3/s 199s 2-3 B 撒水頭作動後開啟，排煙量0.4m3/s 172s
3-1 C 自然排煙 188s
3-2 C 點火後立即開啟，排煙量0.4m3/s 202s 3-3 C 撒水頭作動後開啟，排煙量0.4m3/s 183s
由 於 實 驗 規 劃 等 因 素， 再 加 上 每 一 次 的 實 驗 需 花 費 較 長 的 時 間 ， 因 此 造 成 所 有 的 實 驗 無 法 在 同 一 天 完 成 ， 而 必 須 分 次 進 行。實 驗 1-1、1-2、1-3 與 實 驗 2-1、2-2、2-3 因 為 進 行 實 驗 的 時 間 相 距 不 遠 ， 所 以 周 圍 環 境 條 件 亦 相 近 ， 實 驗 區 劃 內 之 溫 度 約 為 30℃。然 而 由 於 實 驗 3-1、3-2、3-3 是 在 期 末 成 果 報 告 後 才 進 行 ， 所 以 周 圍 環 境 條 件 有 些 差 異 ， 在 實 驗 當 時 實 驗 區 劃 內 之 溫 度 約 為 20℃ ， 水 溫 也 較 低 。 由 於 實 驗 條 件 的 差 異 ， 造 成 實 驗 3 無 法 與 實 驗 1、2 針 對 改 變 火 源 位 置 對 撒 水 頭 作 動 時 間 的 影 響 進 行 比 較 ， 因 此 不 對 此 部 份 進 行 討 論 。
而由實驗所得之結果可以得到以下的結論：
（1） 撒水設備與排煙設備的設置確實可以有效降低火場的溫度，
在未設置撒水設備時，火場最高溫度達到180℃，但是當有設置撒
水設備，且撒水頭作動之後，火場最高溫度只到達約140℃左右，
火場平均溫度也明顯的下降。
（2） 比較自然排煙與強制排煙時撒水頭的作動時間可以發現，當 採用強制排煙時，撒水頭作動的時間會比自然排煙時稍微延遲。
以實驗2-1 與 2-2 相比較，當使用自然排煙時，撒水頭作動的時間 為182s，但是若採用強制排煙，則撒水頭作動的時間延遲到 199s，
延遲了17s。強制排煙會造成撒水頭延遲作動是因為強制排煙會將
熱煙氣排出，因而減緩熱煙氣層累積的速度，溫度升高也較緩慢，
而且強制排煙會擾亂火焰與煙的流動，造成煙層的不穩定，溫度 的變化也較大，採用自然排煙時，煙層的厚度很快的累積，溫度 也很快的升高，因此撒水頭會很快的作動。而實驗2-3 由於一開始 也是採用自然排煙，因此撒水頭作動的時間也較強制排煙時快。
在實驗 1-1、1-2、1-3 中，由於火源位在撒水頭的正下方，因 此撒水頭會迅速的作動，實驗1-2 中撒水頭之作動時間雖然還是有 受到排煙的影響，但是影響並不明顯，只比實驗 1-1 延遲 4s，實 驗1-3 延遲 1s。
（3） 排煙口作動時間、排煙口與火源相對位置對於撒水頭的作動 與滅火效果佔有相當大的影響。如圖5-26 和圖 5-27 所示，當排煙 口開啟並開始排煙時，煙流會往排煙口方向流動，假若兩側皆有 裝設排煙口，則煙流會分別向兩側擴散，因此火源上方的撒水頭 皆會作動而滅火。但是若只有一側有排煙口，則煙流只會往排煙 口方向流動，此情況會造成只有煙流方向的撒水頭作動，但是火 源上方的撒水頭卻不會作動，因此火勢會往反方向不斷的擴大燃 燒而無法撲滅。
圖 5-26 排煙口位置與撒水頭作動情形(a)
圖 5-27 排煙口位置與撒水頭作動情形(b)
第五章 實驗計劃
實 驗 在 本 研 究 中 佔 相 當 重 要 部 份， 藉 由 實 驗 可 實 際 瞭 解 在 火 場 中 撒 水 設 備 與 排 煙 設 備 間 的 相 互 影 響 情 形 。而 實 驗 所 量 測 到 之 數 據 將 與 電 腦 模 擬 之 模 擬 結 果 進 行 比 較 分 析， 以 瞭 解 理 論 模 式 之 可 靠 度 ， 並 作 為 修 正 模 式 參 數 之 依 據 。
5.1 實驗設備
本 研 究 之 實 驗 部 分 將 借 助 內 政 部 建 築 研 究 所 位 於 台 南 歸 仁 防 火 實 驗 群 之 實 驗 室 進 行，實 驗 場 現 場 圖 片 如 圖 5-1∼ 圖 5-11 所 示，實 驗 室 平 面 圖 如 圖 5-12 所 示。實 驗 中 將 以 油 盤 火 源 進 行 煙 層 熱 浮 力 變 化 、 撒 水 頭 作 動 時 間 之 實 測 ， 同 時 排 煙 口 之 排 煙 效 率 也 將 進 行 測 試 。 實 驗 設 施 規 劃 如 下 ：
（ 一 ） 實 驗 空 間
此 實 驗 空 間 的 尺 寸 為 12.0m×7.0m， 天 花 板 高 度 則 為 3.0m。
實 驗 空 間 使 用 可 耐 火 隔 熱 的 矽 酸 鈣 板 隔 間 ，地 板 與 矽 酸 鈣 板 間 的 縫 隙 並 使 用 耐 火 塗 料 加 以 密 封 ， 避 免 熱 煙 氣 從 縫 隙 中 流 出 ， 因 而 影 響 實 驗 的 準 確 性 。 而 由 於 當 撒 水 頭 作 動 後 ， 噴 灑 出 的 水 量 相 當 的 大，因 此 必 須 在 地 面 挖 設 排 水 管，將 噴 灑 出 的 水 排 出。
（ 二 ） 撒 水 設 備
在 此 試 驗 中 所 使 用 的 撒 水 頭 為 標 準 密 閉 式 撒 水 頭， 撒 水 頭 作 動 溫 度 為 68℃，RTI（ Response Time Index）為 80（ m1/ 2sec1 / 2），
而 撒 水 頭 將 裝 設 在 天 花 板 下 10cm。 撒 水 頭 的 間 距 則 為 3.0m×
3.0m。
在 此 實 驗 區 劃 中 ， 在 各 個 不 同 位 置 皆 有 預 設 撒 水 口 ， 可 依 照 實 驗 情 況 的 不 同 更 換 撒 水 頭 的 位 置，撒 水 設 備 圖 如 圖 5-13 所
示 。 而 且 由 於 撒 水 管 路 的 流 量 與 壓 力 對 於 撒 水 頭 的 撒 水 密 度 、 水 滴 尺 寸 、 滅 火 效 果 等 都 有 很 大 的 影 響 ， 因 此 在 撒 水 管 路 上 也 必 須 裝 設 減 壓 閥 ， 用 來 調 整 實 驗 過 程 中 水 流 量 與 壓 力 。 而 出 水 口 水 溫 也 需 量 測 ， 一 般 來 說 ， 在 實 驗 過 程 中 水 溫 是 保 持 固 定 的 ， 然 而 ， 若 實 驗 進 行 的 時 間 較 長 ， 則 水 溫 還 是 會 有 變 化 。
在 試 驗 的 過 程 中 ， 水 量 需 求 將 相 當 大 ， 假 如 有 四 個 撒 水 頭 啟 動，每 個 撒 水 頭 的 水 量 為 80
l / min
，則 總 共 需 提 供 320l / min
的 水 量 。 為 了 確 保 水 量 能 夠 穩 定 的 供 給 ， 因 此 在 一 樓 設 置 一 大 型 儲 水 槽 ， 並 裝 設 一 個 加 壓 泵 浦 ， 提 供 撒 水 時 所 需 的 壓 力 。（ 三 ） 量 測 設 備
（a） 溫 度 量 測 設 備 ：
實 驗 空 間 內 溫 度 的 變 化 將 使 用 熱 電 偶 量 測 。 熱 電 偶 具 有 價 格 便 宜、結 構 簡 單、測 溫 範 圍 廣 及 準 確 度 高，
而 且 可 以 把 溫 度 信 號 轉 變 成 電 信 號 進 行 遠 距 離 傳 送 等 優 點 。
而 為 了 量 測 區 劃 內 各 個 高 度 的 溫 度 ， 因 此 將 數 個 熱 電 偶 共 同 綁 在 一 條 垂 直 的 鐵 線 上 成 一 樹 狀 ， 而 稱 此 為 熱 電 偶 樹 ， 熱 電 偶 樹 示 意 圖 如 圖 5-14 所 示，分 別 在 距 離 地 面 2.9m、2.6m、2.3m、2.0m 及 1.5m 等 五 個 不 同 高 度 架 設 熱 電 偶 ， 熱 電 偶 則 使 用 K-type， 最 高 溫 度 可 以 量 測 到 400℃ 。 為 避 免 熱 電 偶 之 訊 號 線 受 到 煙 流 溫 度 影 響 而 損 毀 ， 因 此 在 熱 電 偶 線 的 外 部 包 覆 一 層 耐 熱 材 料 。 而 且 為 了 防 止 撒 水 頭 所 噴 灑 出 的 水 直 接 接 觸 到 熱 電 偶 以 致 無 法 完 全 正 確 反 應 煙 溫 ， 因 此 在 熱 電 偶 上 方 加 設 ㄇ 字 型 之 金 屬 遮 蔽 物 ， 將 撒 水 直 接 冷 卻 效 應 降 至 最 低 ， 而 期 能 真 實 反 應 火 場 撒 水 後 之 煙 溫 。
（b） 流 量 計 與 壓 力 計 ：
流 量 計 將 裝 設 在 支 管 入 口 處 ， 用 來 量 測 撒 水 頭 所 噴 灑 出 的 水 量 。 壓 力 計 將 裝 設 在 加 壓 泵 浦 的 出 口 處 與 支 管 的 入 口 處 ， 用 來 量 測 撒 水 頭 的 撒 水 壓 力 。
（c） 熱 球 式 風 速 計 ：
為 量 測 進 氣 口 與 排 煙 口 之 風 量 ， 因 此 在 進 氣 與 排 煙 風 管 之 中 心 位 置 架 設 熱 球 式 風 速 計 。
（d） 數 據 擷 取 裝 置 ：
在 此 實 驗 中 需 量 測 實 驗 區 劃 內 各 點 的 溫 度 變 化 ， 各 點 溫 度 經 由 熱 電 偶 量 測 後 ， 再 由 數 據 擷 取 裝 置 將 數 據 輸 入 至 電 腦 中 ， 以 方 便 後 續 的 數 據 處 理 。
（e） 影 像 處 理 系 統 ：
在 矽 酸 鈣 板 上 將 預 先 設 置 攝 影 口 ， 並 在 攝 影 口 外 側 架 設 攝 影 機 。 在 實 驗 進 行 時 ， 可 以 錄 下 區 劃 空 間 內 火 源 燃 燒 的 狀 態 、 撒 水 頭 的 作 動 情 形 與 煙 層 的 流 動 。
（ 四 ） 火 源
在 實 驗 中 將 使 用 酒 精 盤 燃 燒 酒 精 ， 以 產 生 所 需 的 熱 釋 放 率 。 酒 精 盤 使 用 厚 度 為 1.5mm 的 鋼 板 彎 製 ， 避 免 因 燃 燒 時 的 高 溫 而 產 生 變 形 。 酒 精 盤 尺 寸 為 0.7m×0.7m， 高 度 為 0.15m。
（ 五 ） 風 機 系 統
為探討排煙設備與撒水設備交互作用之影響分析，因此在實驗區劃 當中將裝設排煙風機，同時以兩個排煙口銜接風管加以排煙。排煙口尺 寸為0.6×0.8m，並且設置一 0.6×0.8m 進氣口，採用自然進氣。
圖 5-1 實 驗 場 外 觀 圖 5-2 實 驗 場 內 部 （ 未 施 工 ）
圖 5-3 實 驗 場 內 部 （ 已 架 設 完 成 圖 5-4 實 驗 場 內 部 （ 已 架 設 完 成
圖 5-3 實 驗 場 內 部 （ 已 架 設 完 成 圖 5-4 實 驗 場 內 部 （ 已 架 設 完 成