本研究的實驗部份是整體研究案之重點所在，希望能藉由實驗 的 進 行 來 實 際 瞭 解 前 面 所 推 導 的 理論 公 式 其 在 火 場 中 撒 水 與 煙 沉 降之間的關係是否符合。而實驗所量測到之數據將與電腦模擬之模 擬結果進行分析比較，以瞭解理論模式之可靠度，並作為修正理論 模式參數之依據。
6.1 實驗設備概述
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 火實驗場之實驗室進行，實驗場平面圖如圖 6-1 所示，實驗場現場 圖片如圖 6-2∼圖 6-7 所示。實驗中將以紙張做為火源進行煙層熱浮 力變化、撒水頭作動時間之實測。實驗所需之實驗設備如下說明：
6.1.1 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。
6.1.2 撒水設備
在此試驗中所使用的撒水頭型式如表 6-1 所示，而撒水頭將裝 設在天花板下 15cm 處，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 6-8 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。
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 80l ，則總共需提供 320l 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。
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6.1.3 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 6-9 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 熱電偶線，直徑為 0.3mm，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。依據現有消防法規之規 定，撒水頭之放水量不得小於 80 l/min，而且放水壓力不 得小於 1 kgf/cm2。
（c）光電式煙偵測器：
一 般 煙 沉 降 高 度 在 撒 水 之 前 我 們 可 利 用 熱 電 偶 樹 所 得之溫度差及 N-percent[20]來求取煙層隨時間變化的情
形，但在撒水作動之後熱電藕樹所量測的溫度會快速下 降，因此無法再利用 N-percent 理論做為煙層下降的依據，
為了解決此問題，所以在本研究中自行開發一種煙層厚度 的量測方法，其主要原理為利用發射端和接收端於量測距 離內受煙粒子遮蔽而導致接收端之電壓變化，再透過數據 擷取裝置來將電壓值輸出，後經由轉換轉變為遮蔽率與時 間的關係，透過此程序來判別那個時間點之煙層到達該高 度，其示意圖如圖 6-10，而實驗的配置如圖 6-11 所示，
經 由 此 配 置 我 們 可 以 了 解 整 個 實 驗 空 間 煙 流 流 動 的 情 形，而不再只局限於某一高度或平面，經由此方法可以精 確來求得煙層下降與時間的關係，以便和所推導之理論模 式做比較，並進而修正之。
（d）LOAD CELL
最主要是用來量測所燃燒之火載量其在燃燒過程中 隨時間變化所消耗的質量損失，再配合其每公斤所釋放出 的熱值以便求出其熱釋放率變化。
（e）數據收集系統：
數據擷取裝置的主要作用是將實驗過程中熱電偶、光 電式煙偵測器以及 LOAD CELL 所量測到的數值傳輸並記 錄下來，並要求數據收集系統的數據採集頻率能夠到達一 個較高的頻率，即達到即時傳輸、即時紀錄，而且還必須 具有多點採集的功能。而本實驗所用之數據收集系統是由 一部 Pentium 850 的桌上型電腦及資料擷取設備（data log）
所組成，可同時接收 128 點採集信號並加以儲存。
（f）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。
6.1.4 火源
在實驗中將使用鋼製容器用來盛裝紙張，以產生所需的熱釋放 率。其容器為使用厚度 1.5mm 的鋼板彎製，避免因燃燒時的高溫而 產生變形，尺寸為 0.7m×0.7m、高度為 0.15m。
表 6-1 試驗中所使用的撒水頭種類
型式 玻璃球尺寸 RTI
快速型 3mm 33
普通型 5mm 105
緩慢型 8mm 141
7.0
12.0
實驗區域 窗戶
圖6-1 建研所實驗室平面圖
圖6-2 實驗場內部（已架設完成 圖 6-3 架設完成之熱電偶 之撒水頭裝設口)
圖6-4 盛裝火載量之鋼製容器 圖 6-5 已裝上之撒水頭 及LOAD CELL
圖6-6 數據收集系統 圖 6-7 光電式煙偵測器
止回閥
圖6-10 光電式煙偵測器量測原理示意圖
圖6-11 光電式煙偵測器配置圖 撒 水 頭
門 通 風 口
火 源 A
接 收 端 發 射 端
通 風 口
輸出
接收端
PC S 遮 蔽 率
發射端
Δt Δt
偵 測 點 1 A 偵 測 點 2 A 偵 測 點 3 A
時間 t
（單位：m）
熱 電 偶 樹
6.2 實驗規劃
本實驗之實驗規劃編號如表 6-2 所示，而實驗設備設置位置如 圖 6-12 所示。在實驗區劃之中心（6,3.5）裝設撒水頭，並在區劃內 裝設 T1∼T4 共 4 個熱電偶樹量測火場內之溫度變化。
在此實驗中將改變不同火源位置及撒水頭型式，依照不同火源 位置及撒水頭型式來進行實驗。分別為火源位置 A、B 對應不同撒 水頭型式，而本實驗所要探討的參數包括火源位置、撒水頭型式、
火源熱釋放率的變化，撒水作動時間、火場中溫度的變化及煙沉降 對時間的關係等。
本實驗使用一鋼製容器盛裝 5 公斤之紙張，以便產生足夠之熱 釋放率以達到撒水目的，以利實驗之進行。
表 6-2、實驗規劃編號
實驗編號 火源位置 型式 玻璃球尺寸 RTI
1-1 快速型 3mm 33
1-2 普通型 5mm 105
1-3
A
緩慢型 8mm 141
1-4 快速型 3mm 33
1-5 普通型 5mm 105
1-6
B
緩慢型 8mm 141
圖6-12 實驗之火源位置及熱電偶配置圖
（單位：m）
門 通風口
B 火源 A
撒水頭
通風口