撒水頭類型與滅火原理

水自動滅火設備於火場中扮演著重要的角色，其不同類型撒水頭 所應用及使用場所也不盡相同。目前國內大部分使用的撒水頭只僅通 過《密閉式撒水頭認可基準》所規定的材質試驗、玻璃球試驗、腐蝕 試驗及撒水分布試驗等項目，卻沒有進行燃燒測試之項目。學者陳凱 炫【2】利用水道連結型撒水頭、上下兩用型撒水頭及優美型撒水頭，

三者分別依據 UL 1626 住宅撒水頭規範中的燃燒試驗進行全尺寸實 驗。實驗結果發現，撒水頭雖有通過台灣《密閉式撒水頭認可基準》

規定，但在實驗過程中，火場溫度超過 UL1626 標準，致使撒水頭不 符合 UL1626 規範。因此該學者表示，若我國僅進行撒水分布試驗，

而未要求進行撒水頭燃燒試驗，則可能使撒水頭無法有效發揮其滅火 功能於各類場所，對人身財產可能存有危害風險。

火災發生【11】常常會遇到僅啟動單一撒水頭滅火的狀況，或因 為撒水頭感知靈敏，造成多顆撒水頭同時撒水。國內的撒水頭設置標 準中，並沒有最小間距的要求，常常造成工程人員或一般民眾誤以為 撒水頭越密越好，然而過密的撒水頭配置不僅造成資源浪費，也會影 響撒水頭間的撒水感知。學者蘇鴻奇【12】提到把 4 個作動溫度 68°C 的撒水頭設置在天花板下，周圍環境屬空氣熱傳，4 個撒水頭的平均 作動溫度平均在 130°C~140°C 左右。此現象證明，即使撒水頭旁空 氣溫度達到作動標準，仍須一段時間才能使撒水頭爆裂。

表 2-4 密閉式撒水頭種類及說明

撒水頭作動原理主要受火場熱煙氣柱的影響，火源產生熱煙氣柱 受浮力作用而上升至天花板，並快速向四周擴散，故大部分撒水頭皆 安裝於天花板附近，確保熱氣通過撒水頭可及時激發撒水頭啟動。撒 水頭內部設有一感熱元件，又被稱為 Link。感應元件主要以對溫度較 為敏感的材料所製成。一般而言，火災發生到撒水頭開始動作的反應 時間長短，主要取決於火源初始位置以及火源與撒水頭的相對位置、

起火室空間尺寸、燃燒物特性、撒水頭靈敏度與材質等等條件。學者 董賢聲【14】曾提到，假設所有情境條件皆相等時，則撒水頭感熱元 件的溫度與損壞時間成反比，所以普遍撒水頭採用 FMRC(Factory Mutual Research Corporation)提出的感應時間指數 RTI(Response Time Index)作為分類標準，區分撒水頭對各類火災情境的反應時間快慢。

表 2-5 感熱元件種類

種類 說明 撒水頭

玻璃球型

使用玻璃球作為感知元 件，到達動作溫度時玻 璃球會破裂而動作

易熔元件型

使用易熔金屬（一般為 錫）作為感知元件，到 達動作溫度時易熔金屬 會融化而造成元件動作

(資料來源：參考書目【13】)

表 2-6 撒水頭作動溫度與顏色區分表

如圖所示，將撒水的感熱元件假設為一個圓柱，並垂直放在天花 板下幾公分處，這些感熱元件都很小，但具有相當高的熱傳導性，感 熱元件的能量平衡方程式如下：

𝑚_𝑙𝑐_𝑝^𝑑(𝑇_𝑑𝑡^𝑙) = 𝑞_{𝑐𝑜𝑛𝑣}+ 𝑞_{𝑐𝑜𝑛𝑑} + 𝑞_𝑟𝑎𝑑 (2.1)

公式 2.1 說明，其中：

𝑚_𝑙 ：熱感測元件之質量，kg。

𝑐_𝑝 ：熱感測元件之比熱，kJ/kg*k。

𝑇_𝑙 ：熱感測元件之溫度，°C。

𝑞_{𝑐𝑜𝑛𝑣}、𝑞_{𝑐𝑜𝑛𝑑}和𝑞_𝑐𝑎𝑑分別代表對流、傳導與輻射熱傳。

圖 2-3 撒水頭與熱煙氣之熱傳示意圖

(資料來源：參考書目【14】)

水自動滅火設備其噴撒物主要以水為主，但根據其噴撒量、噴撒 壓力與液滴粒徑等參數不同，產生不同的滅火原理，茲說明如下：

表面冷卻：

當固定體積的水分割成細小液滴時，隨表面積與熱交換面積增 加，加快與火場空間的熱交換速度，使火場溫度快速下降。一般而言，

液滴尺寸越大，對火源的抑制效果更佳。此外，工作液體的初始溫度 更為關鍵，當流體溫度與燃燒物之溫差越大，其熱交換量越大、冷卻 效果越佳；反之，則對火源的抑制效果甚微【16】。

氧氣置換：

當液體受熱而氣化為水蒸氣時，其體積膨脹約為原來的 1,680 倍。

若火場為密閉空間，則水蒸氣的產生將擠壓到原先空間內部的氧氣，

從而達到阻絕火源所需的氧氣供應。此時，空間因含氧量過低而燃燒 終止。滅火效果將視水蒸氣與氧氣間的置換速度【17】。

稀釋/乳化：

若火源為水溶性液體時，液滴將溶於火源而產生稀釋作用，使火 源性質改變，致使火源燃燒速率降低以減緩火勢蔓延。乳化作用主要 發生當液滴直接接觸不溶於水的可燃液體(例如：油)時，因液滴撞擊 造成可燃液體表面產生攪拌作用，此時液體表面將形成一乳化層。乳 化層因具有不易燃燒的特性，使液態火源無法持續進行燃燒而熄滅。

對於某些輕質油類，乳化層僅存於液滴攪動當下，而若液體屬於黏性 較大的重質油類，乳化層則可維持一段時間，乳化層持績時間的長短 將影響火勢復燃的機率【18】。