內政部建築研究所防火試驗中心於 105 年度已依照 ASTM E2307-15b 之規 範，建置一座防火試驗屋並採購測試室燃燒器與窗戶燃燒器，並進行了兩次校正 牆試驗。第一次校正牆試驗的升溫曲線未符合 ASTM E2307-15b 法規，因此進行 第二次的校正牆試驗，但試驗進行至 20 分鐘左右時，原固定於天花板上的耐火
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圖 5-1 防火試驗屋內部耐火綿脫落 (本研究製作)
圖 5-2 校正牆內表面毀損情形
(本研究製作)
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圖 5-3 防火試驗屋內部修復 (本研究製作)
圖 5-4 校正牆修復後的內表面
(本研究製作)
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ASTM E2307-15b 燃燒器使用之燃氣為天然氣(熱值約 8900 kcal/m3)[41]，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)[41]，若以 ASTM
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察到管路左右兩側的火焰高度相當，且明顯高於中間的區段。
圖 5-5 窗戶燃燒器試點 (本研究製作)
圖 5-6 測試室燃燒器試點
(本研究製作)
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表 5-1 窗戶燃燒器火焰高度 (法規流量)
Time (min) 0-5 5-10 10-15
Fuel Volume Flow Rate
(m3 /min) N/A 0.25 0.34
Avg. Height(m) N/A 2.99 3.27
Min. Height (m) N/A 2.65 2.79
Max. Height (m) N/A 3.21 3.73
N/A
Time (min) 15-20 20-25 25-30
Fuel Volume Flow Rate
(m3 /min) 0.45 0.54 0.62
Avg. Height(m) 3.55 3.74 3.62
Min. Height (m) 3.08 3.21 3.43
Max. Height (m) 4.14 4.12 3.81
(本研究製作)
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表 5-3 室內燃燒器火焰高度 (0.4 倍流量)
Time (min) 0-5 5-10 10-15
Fuel Volume
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圖 5-7 窗戶燃燒器流量與火焰高度對照 (法規流量) (本研究製作)
圖 5-8 窗戶燃燒器流量與火焰高度對照 (0.4 倍流量)
(本研究製作)
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圖 5-9 室內燃燒器流量與火焰高度對照 (0.4 倍流量) (本研究製作)
第三節 ASTM E2307-15b 校正牆試驗
由本所 105 年度辦理的「建築物帷幕牆垂直立面火焰延燒特性之研究」所做 的試驗結果顯示，因本所試驗時所使用的燃料與國外不同，造成試驗的升溫曲線 無法符合 ASTM E23017-15b 所制定的標準升溫曲線。此現象於 ASTM E2307-15b 與 NFPA 285 法規內的燃料流率與熱值對應表當中發現，ASTM E2307-15b 與 NFPA 285 所規範的燃料流率與熱值均相同，但 NFPA 285 有另外標註燃料為天然 氣，而 ASTM E2307-15b 則是未標註燃料種類。ASTM E2307-15b 法規內文則是 說明，若校正牆升溫曲線無法達到標準曲線，則是要調整燃燒器位置或流量…等 條件，使其校正牆試驗的升溫曲線要符合標準的升溫曲線。由於天然氣(熱值約 8800-11000 kcal/m3)與液化石油氣(LPG)(熱值約 28000 kcal/m3)的熱值有所不同，
若以液化石油氣依照法規制定的流率進行校正牆試驗，則升溫曲線會與標準升溫
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曲線有很大的差異。因此在本研究的第一次校正牆試驗則先將燃料流率先行換 算，調整至適當的流率。
本研究的第一次校正牆試驗依然根據 ASTM E2307-15b 建置一個校正牆，如 圖 5-10 所示；該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。測試室與校正牆之間的開口以耐火綿填滿之，如圖 5-11 所示。此校正牆 試驗主要之目的，為確認測試室及校正牆外部曝火面的升溫與溫度分佈情況是否 否符合 ASTM E2307-15b 之規範，其溫度誤差容許範圍為標準溫度的10%。
圖 5-10 校正牆設計圖
(資料來源：何明錦、林大惠、李訓谷、胡幃傑、劉育良，建築物帷 幕牆垂直立面火焰延燒特性之研究。內政部建築研究所協同研究報告，
2016 年 12 月。)
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圖 5-11 校正牆實體圖
(資料來源：何明錦、林大惠、李訓谷、胡幃傑、劉育良，建築物帷 幕牆垂直立面火焰延燒特性之研究。內政部建築研究所協同研究報告，
2016 年 12 月。)
本研究於校正牆試驗時，同樣會依照法規將熱電偶設置於校正牆之正視室外 表面、測試室內開口上方表面、測試室內共 22 點，如圖 5-12 至圖 5-14 所示，
並依照 LPG 熱值換算後的流量進行試驗。
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圖 5-12 校正牆外表面熱電偶配置
(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.)
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圖 5-13 校正牆內表面熱電偶配置
(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.)
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圖 5-14 測試室上方熱電偶配置
(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.)
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圖 5-15 第一次校正牆實驗-窗戶燃燒器火焰圖 (本研究製作)
圖 5-16 第一次校正牆試驗-窗戶燃燒器火焰正視圖
(本研究製作)
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圖 5-17 第一次校正牆試驗-窗戶燃燒器火焰側視圖 (本研究製作)
第一次校正牆試驗的升溫曲線，如圖 5-18 及圖 5-19 所示，圖中紅線為每 一秒的原始數據，而 ASTM E2307-15b 的溫度標示方法是將每五分鐘的平均溫度 計算出來(藍線)，並與法規給訂的標準溫度進行比較(黑線)，當兩者差異在10%
即為符合標準。
各點的平均溫度以及誤差如表 5-7 至表 5-14 顯示，而溫度誤差隨時間的變 化則如圖 5-20 至圖 5-21 所示。
由圖 5-20 的數據顯示，牆面各量測點的溫度在第 0-10 分鐘皆無法達到溫度 標準內，其中前五分鐘的誤差約為-40%上下，五至十分鐘則為-20%上下。第 10-20 分鐘時僅 4 號熱電偶的溫度無法達到溫度標準，誤差約為-16%。各點的誤差在 第 20 分鐘之後開始拉大，最後僅 2 號熱電偶的溫度能夠維持在標準誤差內。
至於測試室內的溫度誤差(圖 5-21)，則是整個實驗期間皆沒有達到標準的誤 差容許範圍內。在第 0 分鐘至第 5 分鐘內，校正牆內表面三個點(15 號至 17 號) 的平均溫度以及天花板上五個點(18 號-22 號)的平均溫度的誤差約為-50%上下。
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在第 5 分鐘至第 30 分鐘的區間，兩者的誤差則維持在-25%左右。
從實驗結果得知，由於測試室內的溫度誤差最為顯著，因此應該要增加測試 室燃燒器的瓦斯流量再進行實驗。若能將室內的溫度達到標準值之後，於窗口竄 出的熱氣會沿著壁面向高處流動，因此理論上也能同時提升校正牆外表面的溫度。
由實驗結果可以看出，校正牆外表面各點的溫度誤差相較於室內並不大，因此先 不另外調整窗戶燃燒器的流量。
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圖 5-18 第一次校正試驗外牆表面各點溫度變化
(本研究製作)
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Thermocouple #2 Temperature (℃)
Time (min) ASTM E2307-15b Experiment Error(%) 0-5 317.00 254.88 -19.60 5-10 466.00 498.20 6.91 10-15 511.00 545.02 6.66 15-20 533.00 577.20 8.29 20-25 563.00 588.46 4.52 25-30 581.00 613.24 5.55
Thermocouple #3 Temperature (℃)
Time (min) ASTM E2307-15b Experiment Error(%) 0-5 359.00 301.13 -16.12 5-10 546.00 506.69 -7.20 10-15 605.00 564.73 -6.66 15-20 639.00 594.92 -6.90 20-25 674.00 595.85 -11.60 25-30 702.00 628.81 -10.43
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Thermocouple #4 Temperature (℃)
Time (min) ASTM E2307-15b Experiment Error(%) 0-5 341.00 227.77 -33.21 5-10 521.00 432.45 -17.00 10-15 591.00 511.33 -13.48 15-20 634.00 542.02 -14.51 20-25 674.00 552.09 -18.09 25-30 712.00 574.17 -19.36
Thermocouple #5 Temperature (℃)
Time (min) ASTM E2307-15b Experiment Error(%) 0-5 302.00 218.37 -27.69 5-10 459.00 425.77 -7.24 10-15 528.00 514.89 -2.48 15-20 573.00 540.41 -5.69 20-25 613.00 547.73 -10.65 25-30 662.00 565.25 -14.62
Thermocouple #6 Temperature (℃)
Time (min) ASTM E2307-15b Experiment Error(%) 0-5 272.00 194.74 -28.41 5-10 407.00 363.09 -10.79 10-15 469.00 454.54 -3.08 15-20 509.00 473.27 -7.02 20-25 542.00 486.32 -10.27 25-30 597.00 486.59 -18.49
112
Thermocouple #7 Temperature (℃)
Time (min) ASTM E2307-15b Experiment Error(%) 0-5 244.00 207.91 -14.79 5-10 366.00 363.00 -0.82 10-15 419.00 454.28 8.42 15-20 458.00 462.07 0.89 20-25 489.00 471.13 -3.65 25-30 543.00 467.47 -13.91
Wall Interior Face Temperature (℃)
Time (min) ASTM E2307-15b Experiment Error(%) 0-5 574.00 401.49 -30.05 5-10 703.00 496.19 -29.42 10-15 778.00 588.09 -24.41 15-20 859.00 619.42 -27.89 20-25 858.00 625.58 -27.09 25-30 902.00 661.39 -26.68
Test Room Temperature (℃)
Time (min) ASTM E2307-15b Experiment Error(%) 0-5 622.00 471.88 -24.13 5-10 730.00 548.41 -24.88 10-15 806.00 637.53 -20.90 15-20 871.00 666.20 -23.51 20-25 869.00 669.20 -22.99 25-30 898.00 704.19 -21.58
113
圖 5-20 第一次校正牆試驗-校正牆外表面溫度誤差變化 (本研究製作)
圖 5-21 第一次校正牆試驗-測試室內溫度誤差變化
(本研究製作)
114
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表 5-16 第二次校正牆試驗歷程表
Time (hr : min : sec) 發生現象
00:00:00 測試室燃燒器點燃，實驗開始。
00:01:44 校正牆發出聲音。
00:05:00 開始點燃窗戶燃燒器。
00:05:05 窗戶燃燒器點燃。
00:16:40 窗戶燃燒器出口處因耐火綿包覆不夠緊實，火焰從旁邊 漏出。
00:20:20 樓頂開始冒出水氣。
00:30:00 關閉 LPG 流量，火焰熄滅，實驗結束。
(本研究製作)
圖 5-22 第二次校正牆實驗-窗戶燃燒器火焰圖
(本研究製作)
116
圖 5-23 第二次校正牆實驗-窗戶燃燒器火焰正視圖 (本研究製作)
圖 5-24 第二次校正牆實驗-窗戶燃燒器火焰側視圖
(本研究製作)
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雖然測試室燃燒器的流量比第一次校正試驗提高了一倍，但是測試室內溫度 提升的效果並不明顯(圖 5-29)。在第 0 至第 5 分鐘的區間，校正牆內表面三點的 平均溫度以及測試室上方五點的平均溫度的誤差分別為-42%以及-37%。在第 5 分鐘至第 30 分鐘實驗結束這段期間，兩者的誤差皆維持在-25%之間-20%，比起 第一次校正試驗的結果，減少的誤差只有 5%左右。
5 min 10 min 15 min
20 min 25 min 30 min
圖 5-25 第二次校正牆實驗-熱像儀影像
(本研究製作)
118
圖 5-26 第二次校正試驗外牆表面各點溫度變化
(本研究製作)
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Thermocouple #2 Temperature (℃)
Time (min) ASTM E2307-15b Experiment Error(%) 0-5 317.00 298.24 -5.92
Thermocouple #3 Temperature (℃)
Time (min) ASTM E2307-15b Experiment Error(%) 0-5 359.00 348.61 -2.89
120
Thermocouple #4 Temperature (℃)
Time (min) ASTM E2307-15b Experiment Error(%) 0-5 341.00 261.15 -23.42
Thermocouple #5 Temperature (℃)
Time (min) ASTM E2307-15b Experiment Error(%) 0-5 302.00 249.63 -17.34
Thermocouple #6 Temperature (℃)
Time (min) ASTM E2307-15b Experiment Error(%) 0-5 272.00 208.65 -23.29
121
Thermocouple #7 Temperature (℃)
Time (min) ASTM E2307-15b Experiment Error(%) 0-5 244.00 229.31 -6.02
Wall Interior Face Temperature (℃)
Time (min) ASTM E2307-15b Experiment Error(%) 0-5 574.00 490.80 -14.50
Test Room Temperature (℃)
Time (min) ASTM E2307-15b Experiment Error(%) 0-5 622.00 560.29 -9.92
122
圖 5-28 第二次校正牆試驗-校正牆外表面溫度誤差變化 (本研究製作)
圖 5-29 第二次校正牆試驗-測試室內溫度誤差變化
(本研究製作)
123
第三次校正牆試驗
從第一次校正試驗以及第二次校正試驗的試驗結果得到，測試室的室內溫度 在室內燃燒的流量相差一倍的情形下，溫度差異不明顯。其推測的原因為測試室 燃燒器的燃料流速較快，使得高溫熱氣很快竄出前方窗口，滯留在測試室內部的 時間相當短暫，因而使得溫升較不明顯。為了改善測試室的溫升情況，便參考國 外的建置方式，將測試室燃燒器的燃料出口管路整段以耐火綿包覆(如圖 5-30)。
這樣的處裡主要是希望耐火綿能有「整流」的效果，讓燃料從原本一系列的小孔 噴出變成從整塊耐火綿的空隙間均勻流出，而由於表面積的增加，相對的也減少 燃料流速，進而增加高溫氣體在測試室的滯留時間。
第三次校正牆試驗的兩個燃燒器流率則與第二次校正牆試驗相同，如表 5-15 所示；圖 5-31 至圖 5-33 為窗戶燃燒器的火焰影像；圖 5-34 為外牆表面的 熱像儀影像。
圖 5-30 包覆耐火綿之測試室燃燒器
(本研究製作)
124
圖 5-31 第三次校正牆實驗-窗戶燃燒器火焰圖 (本研究製作)
圖 5-32 第三次校正牆試驗-窗戶燃燒器火焰正視圖
(本研究製作)
125
圖 5-33 第三次校正牆試驗-窗戶燃燒器火焰側視圖 (本研究製作)
第三次校正牆試驗的升溫曲線，如圖 5-35 所示，各點的平均溫度以及誤差 如表 5-25 至表 5-32 顯示，而溫度誤差隨時間的變化則如圖 5-37 至圖 5-38 所 示。
在不改變測試室燃燒器的燃料流率，而將測試室燃燒器的出氣管路以耐火綿 包覆之後，測試室的室內溫度的確有顯著提升。和第二次校正試驗的結果相比，
整個實驗流程所測量到的溫度提升了 200℃至 250℃不等。而在第 0 分鐘至第 5 分鐘的區間內，測試室內兩處平均溫度的誤差皆從原本-30%以上縮減為-15%。
而第 5 分鐘至第 30 分鐘實驗結束這整段期間，兩處平均溫度的誤差皆縮小至標 準所容許範圍±10%之內。
126
由於測試室室內溫度的提升，也連帶提升了校正牆外表面所量測到的溫度。
在第 0 至第 5 分鐘的區間，牆面上 7 點的溫度比起第二次校正試驗都提升了 50
℃至 100℃，其中 2 號熱電偶達到標準的誤差容許範圍內(-9%)；3 號熱電偶略低 於標準容許範圍(-11%)；4 號、5 號、6 號、7 號熱電偶則差距較大，誤差各別為 -31%、-22%、-30%、及-18%。在第 5 至第 10 分鐘的區間內，僅 4 號熱電偶的 溫度無法達到標準的容許誤差範圍內(-13%)，剩下 6 點則皆能滿足標準。從第 10 分鐘至第 30 分鐘實驗結束這段期間，2 號熱電偶的溫度超出標準的誤差容許範 圍，介於 20%至 28%之間。而其他 6 點的溫度在試驗這末 20 分鐘內，除 7 號熱 電偶在第 10 至第 15 分鐘時溫度誤差高達 15%而超出容許範圍之外，其餘皆落在 誤差範圍內。
本次的試驗結果已接近達到校正試驗的目標。除了校正牆外表面上 2 號熱電 偶在第 10 分鐘之後的溫度過高之外，剩下各量測點的溫度僅前 5 分鐘溫度過低，
剩餘時間大致都已符合 ASTM E2307-15b 所給定的標準升溫曲線。為了解決 2 號 熱電偶溫度過高的問題，可以透過調整窗戶燃燒器的位置來修正；至於前五分鐘 各點溫度過低的問題，則可透過在校正試驗開始之前先打開兩台燃燒器預熱實驗 屋來修正。
127
5 min 10 min 15 min
20 min 25 min 30 min
圖 5-34 第三次校正牆實驗-熱像儀影像
(本研究製作)
128
圖 5-35 第三次校正試驗外牆表面各點溫度變化
(本研究製作)
129
Thermocouple #2 Temperature (℃)
Time (min) ASTM E2307-15b Experiment Error(%) 0-5 317.00 339.27 7.02
Thermocouple #3 Temperature (℃)
Time (min) ASTM E2307-15b Experiment Error(%) 0-5 359.00 378.98 5.57
130
Thermocouple #4 Temperature (℃)
Time (min) ASTM E2307-15b Experiment Error(%) 0-5 341.00 295.09 -13.46
Thermocouple #5 Temperature (℃)
Time (min) ASTM E2307-15b Experiment Error(%) 0-5 302.00 285.37 -5.51
Thermocouple #6 Temperature (℃)
Time (min) ASTM E2307-15b Experiment Error(%) 0-5 272.00 238.79 -12.21
131
Thermocouple #7 Temperature (℃)
Time (min) ASTM E2307-15b Experiment Error(%) 0-5 244.00 251.45 3.05
Wall Interior Face Temperature (℃)
Time (min) ASTM E2307-15b Experiment Error(%) 0-5 574.00 622.08 8.38
Test Room Temperature (℃)
Time (min) ASTM E2307-15b Experiment Error(%) 0-5 622.00 642.67 3.32
132
圖 5-37 第三次校正牆試驗-校正牆外表面溫度誤差變化 (本研究製作)
圖 5-38 第三次校正牆試驗-測試室內溫度誤差變化
(本研究製作)
133
第四次校正牆試驗
從三次校正試驗的結果，已可將測試室內溫度控制在法規所要求的 10%誤差 範圍內，唯校正牆外表面上數點有溫度過高的情形，其中又以 2 號熱電偶的現象 最為明顯。為了不影響測試室內溫度變化的情況下，又要降低校正牆外表面的溫 度，研究團隊將窗戶燃燒器移離牆面 2.5 公分，燃料流量的部分則維持第三次校 正實驗相同(表 5-15)。
幣四次校正牆試驗在實驗進行至 17 分鐘時，校正牆窗口上緣的曝火石膏板 因受熱破裂而脫落，讓內部的鋼架裸露直接曝火。為了不讓校正牆的骨架受熱變 形，造成更大的破壞與危險，因此終止實驗。圖 5-39 為終止實驗後，校正牆窗 口上緣石膏板的脫落情形。除了可以觀察到裸露出的內部鋼架外，從圖 5-40 中 也可以發現窗口上方曝火面的石膏板數塊都已嚴重變形。因此在此實驗後也進行 校正牆的整修，將數塊有損壞的石膏板重新更換。
圖 5-39 校正牆窗戶上緣石膏板脫落情形
(本研究製作)
134
圖 5-40 校正牆窗戶上緣石膏板脫落情形
(本研究製作)
135
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圖 5-41 第五次校正牆試驗-窗戶燃燒器火焰圖 (本研究製作)
圖 5-42 第五次校正牆試驗-窗戶燃燒器火焰正視圖
(本研究製作)
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圖 5-43 第五次校正牆試驗-窗戶燃燒器火焰側視圖 (本研究製作)
比較第五次校正牆試驗和第三次校正牆試驗的試驗條件，除了將窗戶燃燒器 移離校正牆外表面 2.5 公分外，兩次試驗所使用的燃料流率皆相同。然而第五次 試驗中校正牆外表面的各點溫度(圖 5-45)，皆明顯高於第三次(圖 5-35)。此現象 的原因主要為實驗進行時，火焰引燃了新石膏板表面的表紙，造成表面各點溫度 的提升。事實上，在實驗進行時即可清楚觀察火焰也比之前來的旺盛。從室內的 溫度變化情形(圖 5-46)我們也能觀察到類似的現象。校正牆內表面的溫度在實驗 開始後上升幅度即大於第三次試驗的結果，然而在試驗進行至 15 分鐘，當石膏 板表紙皆已燃盡後，溫度的上升趨勢隨之持緩，甚至有些微的下降。
從校正牆外表面以及測試室內各點的溫度誤差變化，我們可以觀察到，雖然
138
前者的溫度皆仍明顯過高(圖 5-47)，但如果除去石膏板表紙被引燃所造成的干擾，
我們大致上已可將將測試室內的溫度變化控制在法規標準內(圖 5-48)。