第二章 辦公室火災實驗儀器及火場規劃
第二節 實驗設備
本研究主要利用 10MW 大尺度燃燒分析裝置進行研究，其示意圖、集 煙罩和管路系統照片圖則如圖 2-7 及圖 2-8 所示。本系統必須同時搭配 廢氣處理系統以及氣體排放連續線上分析系統一起使用，如圖 2-9 和圖 2-10 所示。
根據圖 2-7 至圖 2-10 所示，整體設備由集煙罩、集煙彎管、混合管、
量測段、排氣彎管、排氣管及升降平台所構成。集煙罩為兩截式方錐集 煙罩，上截煙罩上緣焊接一小段內徑 1.524m 直管，用來與集煙彎管相接；
上截煙罩底部尺寸為 4.572m×4.572m 四方形，下截煙罩底部尺寸為 7.62m×7.62m 之四方形，上下截煙罩利用 6mm 厚 SUS304 鋼板所製之銜接 法蘭相接。
所有管路以 2mm 厚之 SUS304 鋼板所組裝，所有銜接法蘭皆採用 6mm 厚、90mm 寬之 SUS304 鋼板，並以角板補強；法蘭銜接方式採用 24 根 M12 螺栓固定，法蘭間填置耐熱氣密墊片。集煙彎管為 90 度彎曲流道結構，
內置導流片，目的為降低氣體進入彎管中之離心作用。混合管內徑為 1.524m，和集煙彎管相接處則安置一 3mm 厚、0.896m 內徑之孔口板 (Orifice Plate)，主要作為流場整流使用。
廢氣處理系統可以將抽取之燃燒廢氣經過處理後再排放至大氣。本 系統主要包含一大型抽風機設備同時搭配集塵等後處理設備。系統之總 抽氣量主要由變頻器來控制，其操作頻率最大可達 55Hz，對應之最大煙 氣流率為 30m3/s。至於氣體排放連續線上分析系統主要作為燃燒後之下 游產物分析所使用，則置於圖 2-7 截面 A 量測段部分。
截面 A 處之管壁上設置 12 個直徑 75mm 開口（間隔 30 度擺置），用 來安裝氣體採樣管、皮托管、熱電偶等量測設備，以量測火災模擬之廢 氣濃度、溫度以及煙氣流率和速度。使用之量測儀器主要包含(1)氣體分 析系統、(2)光學密度分析儀、(3)流率∕溫度監測儀以及(4)數據處理系 統等。
氣體分析系統包含 O2、CO、CO2、NOx、HC 五個獨立氣體分析儀、氣體 分析儀連線與排放氣體採樣所需之氣體採樣∕校正系統，以及校正用氣 體鋼瓶等。光學密度分析儀需符合 ISO 9705 標準（或 ISO/TR 5924 標準）， 煙灰層積(soot deposits)降低光束傳輸強度需小於 5%，具單光源雙光 束，可執行自動校正功能；數據處理系統主要作為線上數據處理使用，
每秒鐘記錄一次。量測段後方有設置人孔，操作人員可以進入管中進行 安裝作業。升降平台置於集煙罩正下方地面，用以安置試驗用之大型物 件或結構體。
圖 2-7 10MW 大尺度燃燒試驗裝置示意圖
45o 165o
105o
285o 345o 225o
θ
r
圖 2-8 集煙罩及各部分管路系統照相圖
圖 2-9 廢氣處理系統整體照相圖
圖 2-10 燃燒排氣連續線上分析系統
本實驗另一重要設備則是裡內可視(Lenox)之高溫爐火檢視遙控視 景系統（FireSight System），本研究利用其可伸入高溫環境之功能來觀 測整個火災變化，整體配置圖和細部組件圖如圖 2-11 和圖 2-12 所示。
此裝置主要分為七大項目，分別由下面幾項加以說明：
(1) 爐壁組裝箱（Wall Box）：它是整個系統的安裝媒介，本身有一個保 護套管，也是最基本的冷卻遮蔽物件。
(2) 爐內觀視鏡頭及套管（Furnace Lens）：長度從可 12 英吋伸展至 12 英呎，它是一個氣冷式潛望鏡直接穿過爐壁的預留口，可以耐高溫達 1930℃，不只是整個視訊傳遞的心臟，同時也被利用來直接觀看爐內 多樣變化的實景。
(3) 高溫、氣冷式閉路電視套件（High Temperature, Air-Cooled CCTV Housing）：主要由內部壓縮空氣不斷地交換而達到冷卻效果，為了容 易維護保養，因此可以很迅速地從爐內作分解拆卸。
(4) 亮光度控制器（Light Volume Control）：主要特色是利用電動遙控 彩虹色之獨特組件，同時有去除觀視鏡頭污染塵的過濾器，本設備可 輕易地由操作人員調整；控制攝影機的光亮度，已達到高品質的影像 畫面。
(5) 相容性晶體閉路電視攝影機（Compact CCD Camera）：本設備為一耐 用、 可信度高的工業監視閉路式影像監視攝影機，通常被安裝使用 於彩色攝影機，黑白攝影機也可使用。
(6) 影像顯示器（Video Monitor）：具有高度解析度的彩色或黑白影像顯 示器，各種尺寸皆可供應。
(7) 高 效 能 壓 力 空 氣 過 濾 組 件 （ High Efficiency Compressed Air Filter）：本組件可以去除空氣中的油氣、水氣以及灰塵，並能提供 清潔空氣給爐內觀視鏡使用，藉以達到無障礙的操作及清晰的燃燒影 像。它能自行排除雜物及塵粒，同時結合過濾器、差壓計及警告器，
適時地讓使用操作人員得知何時需要更換及清潔零件。
圖 2-11 裡內可視（Lenox）之高溫爐火檢視遙控視景系統配置圖
圖 2-12 裡內可視之高溫爐火檢視遙控視景系統各部分零件圖 (1)爐壁組裝箱 (2)爐內觀視鏡頭及套管
(3)高溫、氣冷式閉路電視套件 (4)亮光度控制器
(5)相容性晶體閉路電視攝影器 (6)影像顯示器
(7)高效能壓力空氣過濾組件
熱輻射計方面，本所熱輻射計自有數目共有三支，編號分別為 No.93693、No.90751 以及 No.90753。熱輻射計前端為一藍寶石視窗(視 角為 90°)，因此只單純量測熱輻射而將熱對流降至最低，熱輻射計內部 採熱電偶方式將熱輻射通量大小以線性電壓値輸出，而輸出電壓與進入 熱輻射計之熱輻射通量之關係式分別如下所示：
No.93693：
q&r =1 639. ×V No.90751：
q&r =1 613. ×V No.90753：
q&r =1 443. ×V
其中q&r為輻射熱通量(W/cm2)，V 為熱輻射計輸出之電壓値(mV)。此型熱
輻射計配有清潔空氣管線及冷卻水管路。由於實驗時並無大量灰塵在熱 輻射計前，所以並沒有使用清潔空氣管線，而冷卻水之流率需在 7.6~15.2 ml/s，水溫範圍為 12~65.6℃。熱輻射計之外觀以及其餘之規格分別如圖 2-13 所示。
圖 2-13 熱輻射計構造
熱通量範圍 10 W/cm2 輸出信號範圍 10~15 mV 輻射計本體容許溫度 204 ℃
精確度 ±3%