第一節 ASTM E2307 試驗之實尺寸設備建置
目前內政部建築研究所防火試驗中心已經採購 ASTM E2307-15b 試驗法所 要求的測驗室燃燒器與窗戶燃燒器並已完成驗收，詳細如圖 5-1 至圖 5-4 所 示。由於現今許多建築物均採用帷幕牆之設計，其中又以玻璃帷幕的設計為大 宗，而該帷幕牆歸類於非承重牆之設計；由先前建研所研究計畫[2-4]之成果顯 示，目前國內尚無外牆與層間縫隙耐火試驗標準，然而藉由比較 EN、ASTM 與 ISO 三種標準試驗法可知；ASTM E2307-15b 試驗標準則是較接近建築火災實 際狀況，並在試驗過程能夠觀察到較多的現象，因此該試驗屋的建置應有其必 要性。
藉由完整的 ASTM E2307-15b 試驗法與試驗設備，則是能夠驗證帷幕牆耐 火效果與帷幕牆結構發生火焰延燒時所產生的各種現象與特性變化；此類相關 研究成果則是能夠納入相關建築法規修訂時的參考依據，或更進一步將 ASTM E2307-15b 試驗法研擬至國內建築相關的試驗標準。
本年度計畫主要為建置 ASTM E2307-15b 試驗法與試驗設備，此外與相關 廠商與研究單位相互配合，施作建築物防火層間塞系統之延燒特性，了解市面 上防火層間塞系統之防火特性。
圖 5-1 測驗室燃燒器
(資料來源：內政部建築研究所防火試驗中心)
圖 5-2 測驗室燃燒器(試車)
(資料來源：內政部建築研究所防火試驗中心)
圖 5-3 窗戶燃燒器
(資料來源：內政部建築研究所防火試驗中心)
圖 5-4 窗戶燃燒器(試車)
(資料來源：內政部建築研究所防火試驗中心)
於本協同計畫案開始前，內政部建築研究所防火試驗中心原有一座舊試驗 屋，如圖 5-5 所示。並依照圖 5-6 所示之規劃，分成防火試驗屋主體建置與燃 燒器調整兩部分進行。在防火試驗屋主體建置部分，先拆除舊試驗屋之外牆設 備，留下試驗屋鋼構作為本計畫案之防火試驗屋之鋼構。調整舊有鋼構至 ASTM E2307-15b 之規範位置，以便觀察室樓板建置。
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圖 5-5 內政部建築研究所防火試驗中心舊有試驗屋 (本研究製作)
圖 5-6 防火試驗屋與燃燒器建置流程圖 (本研究製作)
依照 ASTM E2307-15b 試驗法中試驗設備設計，再參考 NFPA 285 中的相關 設備細節，規劃出圖 5-7 至圖 5-14 所示之設計圖。於防火試驗中心現有之鋼構 骨架的條件下，建造出具有兩層樓房。試驗屋的每個房間是正方形且內部長度 與寬度尺度(未受耐火材料保護)(3048±13)mm，高度(未受耐火材料保
護)(2314±13)mm，上層房間為觀察室，下層房間為測驗室，而觀察室之樓板厚 度應是(203±13)mm。觀察室內牆面不需要絕緣，但在測驗室之內緣會鋪設一層 標稱厚度 15.9mm,X 型號之石膏牆板與一層標稱厚度 50mm 的最小密度
128kg/m3的陶瓷纖維絕緣材，以構成測驗室內牆面絕緣。每個房間皆具有一個 防火試驗屋:
燃燒器:
高度 1.07m×2.06m 的出入口，該測驗室的出入口在試驗期間必須能夠被關閉，
然而試驗期間觀察室的出入口必須保持開啟。此外，觀察室為了儀器量測與影 像攝取的原因，允許有額外開孔，但在試驗期間時必須是關閉的，建置完畢如 圖 5-15 至圖 5-16 所示。
圖 5-7 ASTM 防火試驗屋正向立面圖
(本研究製作)
圖 5-8 ASTM 防火試驗屋側向立面圖
(本研究製作)
圖 5-9 ASTM 防火試驗屋側向剖立面圖 (本研究製作)
圖 5-10 ASTM 防火試驗屋 1F 燃燒室平面圖
(本研究製作)
圖 5-11 ASTM 防火試驗屋 2F 觀察室平面圖 (本研究製作)
圖 5-12 ASTM 防火試驗屋 3F 平面圖
(本研究製作)
圖 5-13 ASTM 防火試驗屋 1F 配筋圖
(本研究製作)
圖 5-14 ASTM 防火試驗屋 2F、3F 配筋圖
(本研究製作)
圖 5-15 ASTM 防火試驗屋實際正視圖(未鋪耐火綿)
(本研究製作)
圖 5-16 ASTM 防火試驗屋測驗室正視圖(鋪設耐火綿) (本研究製作)
在燃燒器配置的部分，測驗室燃燒器須延伸進測驗室內(1829±25)mm，並 配置支撐架使測驗室燃燒器保持水平，且其水平中心線位在測驗室樓板之上 (762±25)mm。擺放窗戶燃燒器時，須以溝槽面向上並與外牆組件平行，並把窗 戶燃燒器溝槽口的水平中心與窗戶的水平中心線對齊。確定窗戶燃燒器水平中 心線位於測驗室室外窗戶的上窗框表面之下(229±13)mm，將窗戶燃燒器的垂直 中心線置於離外牆組件的室外面最大 152mm 處。因原本購置之燃燒器高度略高 於規範標準 30.5cm，經過調整後已符合配置條件。測驗室燃燒器將燃燒管線與 台車分離後，固定於測驗室中的支撐架中，窗戶燃燒器則修改燃燒管線之高 度，向下修改 30.5cm，以符合窗戶燃燒器水平中心線位於測驗室室外窗戶的上 窗框表面之下(229±13)mm 如圖 5-17 所示。燃燒器控制機台操作說明與點火說 明如附錄十所示。
圖 5-17 調整後窗戶燃燒器 (本研究製作)
圖 5-18 調整後窗戶燃燒器(試車)
(本研究製作)
圖 5-19 測驗室燃燒器(試車) (本研究製作)
試體框架之結構參考 NFPA 285 建議進行加工如圖 20，實際成品為圖 5-21。為了搭配試體框架與防火試驗屋緊密配合，於試驗屋之一樓測驗室與二樓 觀察室之兩側下方牆角留下凹槽，使試體框架之橫置角鋼能與樓板貼合。同時 此試體框架為了同時能擁有當作校正試驗框之功能，會於中央及距中央兩側 60 cm 處增加可拆卸式直立立柱，以固定內外兩面石膏板牆面。
圖 5-20 防火試驗屋之試體框架設計圖 (本研究製作)
圖 5-21 防火試驗屋之試體框架實體圖
(本研究製作)
第二節 ASTM E2307 試驗之實尺寸設備校正試驗
根據 ASTM E2307-15b(NFPA 285)試驗法中，依圖 5-22 所示，建置一校正 試驗用校正牆，使用兩層標稱厚度 15.9 mm 之強化石膏板固定於試體框架上。
測驗室與校正牆之間的開口以耐火綿填滿之，如圖 5-23 所示。此校正試驗主要 之目的為確認測驗室燃燒器在模擬火災情境時，測驗室升溫曲線及外部曝火面 熱通量值能否符合 ASTM E2307-15b(NFPA 285)之規範，依表 4-4 所示，其溫度 誤差容許值為標準之 10%範圍內，及確認窗戶燃燒器擺放之位置能否使外部曝 火面熱通量值達到規範標準。
圖 5-22 校正牆之設計圖
(本研究製作)
圖 5-23 校正牆之實體圖 (本研究製作)
進行校正試驗時，熱電偶會設置於校正牆之正視室外表面、測驗室內開口 上方表面、測驗室內共 22 點如圖 5-24 至圖 5-26 所示，以量測設置點之溫度。
圖 5-24 校正牆之正視室外表面的熱電偶配置 (NFPA 285)
(資料來源：NFPA 285 Standard Method of Test for the Evaluation of Flammability Characteristics of Exterior Non-Load-Bearing Wall Assemblies Containing Combustible Components Using the
Intermediate-Scale, Multistory Test Apparatus, National Fire Protection Association, 2012.)
圖 5-25 校正牆之正視測驗室內表面的熱電偶配置 (NFPA 285) (資料來源：NFPA 285 Standard Method of Test for the Evaluation of Flammability Characteristics of Exterior Non-Load-Bearing Wall Assemblies Containing Combustible Components Using the
Intermediate-Scale, Multistory Test Apparatus, National Fire
Protection Association, 2012.)
圖 5-26 測驗室內的熱電偶配置 (NFPA 285)
(資料來源：NFPA 285 Standard Method of Test for the Evaluation of Flammability Characteristics of Exterior Non-Load-Bearing Wall Assemblies Containing Combustible Components Using the
Intermediate-Scale, Multistory Test Apparatus, National Fire Protection Association, 2012.)
此防火試驗屋第一次校正試驗之窗戶燃燒器與測驗室燃燒器依表 4-3 之瓦 斯流量行程進行 30 分鐘之校正試驗操作，而流量行程變化需在 15 秒內達成，
校正試驗現場如圖 5-27、圖 5-28 所示。在進行校正試驗之前，將窗戶燃燒器與 測驗室燃燒器之瓦斯流量調整至表 4-3 所規定之最大流量並且引燃燃燒 5 分 鐘，以燒去校正牆表面石膏牆板表面原紙。
圖 5-27 校正試驗正視圖 (本研究製作)
圖 5-28 校正試驗側視圖
(本研究製作)
第一次校正試驗校正牆外表面與測驗室內部升溫曲線，如圖 5-29、圖 5-30 所示，熱電偶量測點之數據先取 ASTM E2307-15b 試驗法中有標準依循之量測 點，校正牆外表面之 2 號至 7 號，測驗室內之 15 號至 22 號。其平均溫度表如 表 5-1 所示，並與標準較正值表 4-4 作誤差分析。
圖 5-29 第一次校正試驗校正牆外表面升溫曲線
(本研究製作)
圖 5-30 第一次校正試測驗室內部升溫曲線 (本研究製作)
表 5-1 第一次校正試驗溫度表
(本研究製作)
表 5-2 第一次校正試驗溫度誤差表
(本研究製作)
由試驗結果，將試驗數據與標準平均溫度作比較分析(No.2*等標號為標準 平均溫度，No.2 等標號為校正試驗平均溫度)，如圖 5-31 至圖 5-32 所示。在試 驗時間 0~5 分鐘，無論是校正牆外部或內部之溫度都明顯比標準平均溫度偏 低，各量測點溫度至少比標準平均溫度低 30.5%以上。在 5~10 分鐘期間，開啟 窗戶燃燒器後，校正牆外部量測點 2 號至 7 號溫度依然偏低，至少 23.9%之誤 差值，而在測驗室內之 15 號至 22 號溫度轉為比標準高溫，校正牆室內表面溫 度高於標準 26.6%，測驗室內溫度高於標準 23.5%。在 10~15 分鐘期間，校正 牆外部之 4 號與 6 號之平均溫度仍然低於標準，誤差值分別為 10.3%與
14.4%，外部表面其餘之平均溫度已符合容許誤差，測驗室內之 15 號至 22 號仍 比標準高溫，校正牆室內表面與測驗室內之溫度誤差分別為 21.1%與 18.6%。
在 15~20 分鐘期間，校正牆外部量測點所量測到之溫度皆符合容許誤差，校正 牆室內表面與測驗室內之溫度誤差分別為 13.6%與 13.4%，兩個誤差相對於之 前行程較為接近容許值。在 20~25 分鐘期間，校正牆外部量測點所量測到之溫 度大部分符合容許誤差，只有 7 號所量測之平均溫度略為超出容許範圍，誤差 值為 11.2%，校正牆室內表面與測驗室內之溫度誤差略為升高分別為 17.7%與 17.6%。在 25~30 分鐘期間，校正牆外部 5 號、6 號、7 號溫度已比標準高溫且
超出符合容許誤差，誤差分別為 12.9%、11.5%、19.2%，牆外部其餘量測點符 合容許值，校正牆室內表面與測驗室內之溫度誤差略為降低，但仍比標準高溫 且超出容許值，分別為 12..1%與 14.4%。
根據此次校正試驗結果，在 0~5 分鐘時，無論是校正牆表面與測驗室外 面，平均溫度皆低於標準溫度。在 5~15 分鐘時，校正牆表面平均溫度仍較低，
但測驗室內部之溫度已明顯高於標準。在 15~30 分鐘時，校正牆表面溫度已符 合標準，但接近 30 分時還是有量測點溫度略高。
圖 5-31 第一次校正試驗校正牆外表面平均升溫曲線
(本研究製作)
圖 5-32 第一次校正試驗測驗室內部平均升溫曲線 (本研究製作)
由於第一次校正試驗後，窗型燃燒器之流量計須進行維修，而經由此次試 驗後發現一開始校正牆外表面及測驗室內量測溫度較低，而經過 10 分鐘後校正 牆外表面溫度較符合趨勢，但測驗室溫度過高，經過調查，ASTM E2307-15b 燃燒器使用之燃氣為天然氣(熱值約 8900 kcal/m3)，而建研所防火試驗中心之燃 氣為液化石油氣(熱值約 12000 kcal/m3)，所以會有校正試驗結果中，溫度過高 之情形，需經過換算，調整至適當之瓦斯流量。