文獻回顧

細水霧系統也許是控制建築物火災可靠的消防設施之一，因為它可以配合 偵測系統來有效率的自動探測到火源並抑制火災強度。細水霧系統的滅火效果是 在整個燃燒過程中，藉著水來冷卻火燄及降低燃燒物燃燒速率。然而，在排煙環 境中，細水霧撒水系統可能無法完全的發揮功效，因為來自撒水系統的噴流量會 影響煙霧，也會阻礙排煙系統的功能，而排煙系統亦有可能會影響到細水霧系統 的滅火效能。縱然撒水系統與排煙系統的作用相互交雜，但其目標都在抑制火勢 的蔓延。而在很多的火災實驗中，並沒有很清晰的實驗及模擬可以揭露這些作用 的影響。

細水霧系統與一般撒水頭系統主要不同之處簡述如下：細水霧系統所產生 水滴的 VMD（volumetric mean diameter；體積平均直徑）直徑約在 30 至 300m，

因此其用水量會較一般傳統撒水頭少一個級數（an order of magnitude），換一句 較通俗的字眼即是至少少十倍以上的用水量，除上述特性外，其功能與各項滅火 系統之比較如表 1-1 所示。

最早敘述細水霧滅火機制的論述是由 Braidech[2]在 1955 年提出的，後經 Rasbash[4]等人証實其觀點，Braidech 提出細水霧滅火機制主要為空氣稀釋及冷 卻效果，這些細水霧遇到火災的熱源後，蒸發為水蒸汽排擠了新鮮且源源不斷供 應的氧氣，使得燃燒區域內的氧氣大為減少，同時這些細水霧粒子也提供了降低 火場溫度的冷卻效果。

Dundas [5]統計的結果指出由於防護氣體經由通風口的洩漏情況下， 海龍 或者二氧化碳滅火系統無法有效將火源給撲滅的機率高達 37%。

需要幫浦 是 否 否 是

高吸熱能力 否 否 否 是

(本研究整理)

細水霧滅火系統的滅火性能會受測試空間內通風條件造成燃燒後的熱氣與 外界新鮮空氣交換現象影響。然而，在通風條件下細水霧的滅火性能仍是較其它 氣體滅火器:如二氧化碳滅火器及海龍替代用品來的優越。Pepi[6]在低壓細水霧 滅火系統上研究的結果顯示，在通風條件底下，細水霧滅火系統仍然可以有效的 將火勢給撲滅，但是火勢撲滅的時間卻較在無通風條件下增加 30%到 70%。

Kim 等人[7]在全尺寸火災實驗中顯示，在強制通風的測試條件下，使用連 續性放射的細水霧滅火系統，無法將有遮蔽情況下的圓形油盤火源給撲滅。但 是，若將連續性放射方式改為間歇性放射時，在相同通風條件下，細水霧滅火系 統卻能在 168 秒便將火勢給撲滅。而實驗中所測量到的最低氧濃度為 16% 而最 大的二氧化碳濃度是 3.3%。另外，在 Kim 所規劃的另一火災情境中，對於噴撒 火災(燃料為 Heptane)無論是連續性放射或者是間歇性放射的情況，火勢均可以 有效的受到控制。而在間歇性防護情況下，在天花板附近的氣體溫度比連續性放 射來的高。其原因是在間歇性放射的情況下，原本被抑制的火勢迅速恢復，在天 花板附近的熱氣體的濃度增加。當細水霧滅火系統再次開動，則會有更多的水蒸 汽在測試空間內生產，因而提升細水霧滅火系統的滅火效力。

細水霧的火災技術近幾年來在內政部建築研究所的努力推動下已累積相當

不錯的研究成果，對於細水霧文獻的收集、檢測基礎的研究、細水霧量測實驗室 間>噴水壓力。在細水霧量測實驗室的建置上，參照 IMO-Res.A.800、UL-2167、

NFPA-750 及 FM-Class5560 等先進國家關於細水霧的的規範，加上實際操作實驗 的經驗研定「內政部建築研究所細水霧粒徑速度量測方法」乙種。

蔡榮鋒[12~14]，在 2004 至 2006 年建研所委辦案內，建置滌煙、隔煙測試 實驗室來判斷實驗時煙塵之濃度與到達之時間及能見度；DV 錄影機紀錄火焰之 變化，氣體分析儀量測排風口之氣體濃度。實驗結果顯示，水霧壓力從 50bar 提 高至 70bar，不會降低水霧之平均粒徑（SMD），但可增加水霧衝力與射程，滌 煙與隔熱效果相當明顯。比較水霧前方與後方之煙塵附著量、煙霧濃度（能見度）

及溫度分佈：顯示水霧之降溫效率很高，位於水霧後方兩公尺之白紙沒有附著黑

體廠公司製程排氣風管設置細水霧系統做滅火效能評估研究。實驗的參數為噴頭 流量、操作壓力及通風抽氣流速。液滴的粒徑大小在火場防護上扮演很重要的角 色。細水霧在滅火效能上比傳統撒水頭好，壓力高時滅火性能也較佳。

2007 年，陳俊勳、張文耀、徐一量等人[17]，針對細水霧在高科技廠房濕 式清洗台進行滅火效能評估。實驗參數包含油盤大小、噴頭個數及位置、操作壓 力及門的開度。發現小油盆滅火效果較大油盆為佳。噴頭位於火源正上方及油盆 兩側各一顆會有最好的滅火效果。操作壓力不足、噴頭位置及噴撒角裝設不恰 當，都會造成火勢蔓延，造成更大的損失。

Fang 等人[18]使用 LDV/APV 系統，在不同壓力下量測水霧的粒徑以及速 度。他們建立了一個小尺寸的實驗來偵測火燄熄滅時的燃油溫度。並量測燃油在 ISO9705 下的熱釋放率，配合熱傳導係數、噴頭噴撒角，潛熱等參數，可以計算 出燃油被熄滅時的溫度。最重要的是可以計算出 y 方向上，動量足以穿越火燄的 臨界速度。

Cary 等人[19]利用 PIV 系統觀測經過加熱或未加熱的 Body-Centered Cube (BCC) 圓管的紊流。發現液滴分布主要取決於液滴大小及速度。較大的液滴及 較快的速度會通過圓管而不受影響；較小的液滴及較慢的速度會在加熱圓管附 近受熱蒸發形成可視流區。

在參考文獻[20]中之有關 Babrauskas 依木框架底部整體點燃以及中間點燃 方式的不同，提供了質量損失率的經驗公式，其質量損失率為：

在排列數為寬鬆的結構下：

Vp 為燃料表面消耗率(fuel surface regression rate，m/s)。

至於在排列數較為密集結構質量損失率為：

圖 1-1 計畫的實驗架構(本研究)

一、收集資料

此部份係針對本計畫執行必要之工作項目進行國內外相關文獻資料及法規 之彙整，包括：系統應用對象之危害特性、欲分析對象物之情境建立、細水霧設 計規範(NFPA 750、IMO、…)、情境模擬分析之參數收集(空間配置圖、火載量大 小、排煙設施位置及流量、系統操作壓力、…)。尤其著重在建研所過去相關研

究[如參考考文獻 8~15 及[20]的整理和整合以作為本研究的實驗和模擬的基本架 構。

二、實驗設備與系統架設

本部份進行測試前的準備動作，首先完成測試場週邊設備設置，排煙閘門、

排煙風管、風機、配電等基本設施及溫度、氣體偵測系統的設置。接著可進行噴 頭、管件、pump 等防護系統架設及受測物架設，以利於實場測試之進行。

三、 細水霧系統於通風排煙環境下實場實驗

本研究主要內容是針對細水霧滅火系統（Water Mist Fire Suppression System）

於通風排煙環境下在火災控制上的整合及應用。選定初期辦公室火災來做為火災 場景，決定其火載量並以木堆當作標準火源 (採用 CNS3658 Z1021 乙種標準模 型)。至於油盤火災則以 FM Approval Standard for Water Mist Systems Class Number 5560 中針對區域防護( local application )所訂定之池火( pool fire )測試為測試情境。

經由不同的噴霧條件、排煙條件及細水霧噴射位置與排煙口之相對位置，觀 察流場變化並且量測標準火源被撲滅的時間，以及排煙管路之溫度變化。探討細 水霧與排煙系統設置之相對位置與其滅火能力之相關性。

四、細水霧效能模擬分析

利用英國 University of Greenwich 所開發之細水霧抑制效能模擬軟體 FIREDASS 進行效能模擬。執行此效能模擬可獲得：細水霧之滅火效能評估、藉 由效能評估進行噴頭佈置最佳化、減少實驗進行的次數，節省經費、節省時間，

加速系統建立，縮短研發時程、有關細水霧效能模擬分析如後所述：

1994 年 SINTEF-NBL(Norway)邀集歐洲七個從事火災相關研究團體，包括

圖 1-2 FIREDASS 子模式關連圖(FIREDASS 指南手冊)

(一)火災模式(Fire Model)

火災模式係設定釋放速率以求得空間中燃燒的主產物，包括熱、殘餘氧氣、

一氧化碳、二氧化碳、水蒸汽與煙等。上述之釋放速率，最好以實驗方式求得。

(二)火災抑制模式(Suppression Model)

此模式是引用 SINTEF 所發展之基準值工具組，依據前述之溫度與氧濃度值 分析細水霧滅火情況。

(三)細水霧模式(Mist Model)

此模式乃計算細水霧對於火場環境之動量、熱、質量轉換等之影響分析，

亦可計算細水霧之液滴表面積對於熱輻射之影響效應。

(四)熱輻射模式(Radiation Model)

(五)偵測與細水霧噴頭作動模式(The Detector/ Activation Model)

此可模擬環境中的煙/熱偵測器的反應與訊號的輸出，此軟體可分析水霧噴

第四節 研究內容與成果

綜上所述， 本研究主要內容 是針 對細 水霧滅火系統（Water Mist Fire Suppression System）在通風排煙環境下對於在火災控制上的整合及應用。選定辦 公室初期火災來做為火災場景，決定其火載量並以木堆當作標準火源。經由不同 的噴霧條件、排煙條件及細水霧噴射位置與排煙口之相對位置，來觀察煙流動變 化並且量測標準火源被撲滅的時間，以及排煙管路之溫度變化以深入探討細水霧 與排煙系統設置之相對位置與其滅火能力之相關性。至於完成之工作項目及具體 成果如下：

1. 提供細水霧滅火測試標準火源與場景設立規範。

2. 提供不同噴霧條件下，細水霧撲滅標準火源之能力。

3. 提供細水霧與排煙口相對位置對於滅火能力之影響。

4. 評估細水霧系統與排煙設施整合之可行性與優缺點的探討。

5. 彙整國內外相關細水霧研究文獻、效能分析方法與發展趨勢，進行我國整合 細水霧滅火系統與排煙設施，並作為未來設計規範建立之參考。

6. 提供細水霧效能模擬軟體 (FIREDASS) 之預測數值與細水霧滅火系統於通風

6. 提供細水霧效能模擬軟體 (FIREDASS) 之預測數值與細水霧滅火系統於通風