時間平方火災模擬系統說明及設計圖

第一部分為燃燒環，在其連接到流量控制箱前，有ㄧ逆止閥避免火回燒致流量 控制箱。第二部份為流量控制箱，由10 組針閥及電磁閥所組成，在 10 組針閥及電 磁閥前後為燃料輸入輸出端，輸入端連接至瓦斯或丙烷鋼瓶，輸出端則連接至燃燒 環，並有傳輸線連接至控制主機，由主機控制電磁閥之開關；控制原理為電磁閥控 制流量有無，針閥調整通過流量之大小，利用此十組針閥及電磁閥，可組合出實驗 欲模擬時間平方火災之火源成長狀況。第三部份為控制主機，有傳輸線連至流量控 制箱，利用電流之有無操作控制箱中之電磁閥開關，主機部分有電源開關，為主機 之電力來源；緊急停止鈕，如遇緊急情況下，按此鈕可同時將十組電磁閥關斷；執 行開關則可以選擇為手動或自動執行，如調至手動，須再壓下手動執行鈕後，才能 由手動控制十組電磁閥開關；如調為自動，壓下自動執行鈕後，主機便會依據計時 器所設定之時間依序啟動各電磁閥；計時器，可以設定計時單位為秒或分或小時，

其下之紅色開關則為控制該計時器是否開啟。選擇執行方式為自動時，執行前各計 時器下之開關應為開啟，如此才能順利執行；若選擇手動執行，則執行前各計時器 下之開關應為關閉，避免手動一執行電磁閥便開啟，目前已完成之初步設計如圗 4.

28、圗 4. 29 所示。

圗 4. 28 時間平方火災模擬系統示意圖

丙烷

30cm燃燒環 40cm燃燒環 50cm燃燒環

電源開關

(a) 流量控制主機面板 (b)電磁閥作動時數設定器

(c) 按鈕說明 (d)流量控制箱燃料進入端

(e)流量控制箱燃料輸出至燃燒環端 (f) 燃燒環

圗 4. 30 時間平方火災模擬系統初步完成設置部分相片圖 設備組裝:

本火源模擬器所須之設備為調壓閥(圗 4. 30(a))、瓦斯軟管、流量控制箱(含十 組針閥及電磁閥)、控制面板(含十組計時開關)、逆止閥及燃燒環(各 3 只)，燃料來 源由丙烷鋼瓶提供。

實驗結果(Test80-Test91):

初次於實驗場空地試燒時，只有裝設一只直徑 30 公分之燃燒環，並在確定設 備安全操作程序及成功產升火源後，移至 ISO9705 煙罩下量測其熱釋放率(圗 4.

30(b))，約在 80s 後點火如圗 4. 31(T80)中約 100s 時之結果，原因為當時針閥為全 開之狀況，雖未調整調壓閥，但從調壓閥所輸出之流量已大過該燃燒環所能產生穩 定火源狀態之流量，故造成此時瞬間達到最大熱釋放率約220kW，由於此時模擬器 產生之火源形態已而非吾人所期待之穩定火源，吾人隨後便將控制該管線之針閥關 小，即圖中100s 後之結果，為造成 HRR 急速下降之區段，圖中約 140s 至 250s 之 區段，即為吾人調整針閥來使火源達到該燃燒環，所能產生之最大穩定火源形態之 時段，約於250s 後調整達到該燃燒型態，並以調整後穩定之情況持續燃燒約 150s，

同時目視確認此火源於該時段之燃燒狀況非常穩定，且當時量測之 HRR 也呈現出 穩態火源之趨勢，由以上結果吾人得到該直徑 30 公分之燃燒環所能模擬出最大穩 定火源之HRR 範圍約在 90kW~110kW 間。

為達到產生更大 HRR 之目標，實需能承受更大流量之燃燒環，因此吾人將本 設備加裝直徑 50 公分及 60 公分之燃燒環(圗 4. 31(c))，並將流量控制箱(含十組針 閥及電磁閥)輸出部分分為三組，第一組由四個針閥及電磁閥所控制，連接到直徑 30 公分燃燒環，第二及第三組各由三個針閥及電磁閥所控制，分別連接到直徑 50 公燃燒環與直徑60 公分燃燒環，並按照先前之方式，於實驗場空地先行試燒(圗 4.

33(d))，確認可行後，移至 ISO9705 煙罩下進行相關測試實驗。

測試1(圗 4. 31(T82))為控制第一組燃燒環之第一個針閥，此次測試流程為旋開 調壓閥後，開啟控制該閥之電磁閥並點火引燃，調整調壓閥使該火源所產生之HRR 達到吾人所預期之範圍，約為 18kW~38kW，燃燒一段時間後皆為穩態後結束本次 測試，且由最初測試與本次測試之結果，發現穩態時所量測之 HRR 變動範圍皆約 為20kW，吾人便運用此結論繼續進行測試。

本設備含有 10 個閥可供調整，吾人欲以上述方式將各閥調整至吾人所規劃之 HRR，依測試順序依序增加其火量(圗 4. 31(T83)~ (T84))，測試 4 為直徑 30 公分燃 燒環之最大穩定燃燒量圖(圗 4. 31(T85))，測試 7 為直徑 50 公分燃燒環之最大穩定 燃燒量(圗 4. 31(T88))，測試 10 為直徑 60 公分燃燒環之最大穩定燃燒量，測試後，

測試1 至測試 6 皆能達到吾人所預期之 HRR 值(圗 4. 31(82)~(T87))，唯測試 7、8、

9 皆未能達到預期目標，其中測試 7(圗 4. 31(T88))之結果為後期 HRR 略降未能達到 穩態，且測試期間皆未調整針閥，同時測試7 又因為求得該直徑燃燒環之最大穩定 火源，其針閥勢必開的較大，推究其原因為丙烷鋼瓶所提供之流量已等於或小於針 閥所控制之流量，造成針閥未關小而火勢卻變弱之結果，而測試8(圗 4. 31(T89))雖 未能達到像之前測試(測試 1~6)穩定的結果，但其也達到近似穩態之情況，推測其 原因，測試8 為該直徑燃燒環之最小穩定火源，因此其針閥勢必調小，因此該針閥 9(圗 4. 31(T90))之結果，其雖也近似

小已非由針閥所控制，因此吾人在此情況下放棄直徑 60 公分燃燒環之最大穩定燃 燒量測試。

上述所提及之控制面板(含 10 組計時開關)，由各組計時器控制各個測試閥之開 關及其時間，以下稱為閥1~閥 10，吾人規劃其開啟之時間順序為直徑 30 公分燃燒 環之四個閥以下稱為第一組，第一組完成後(閥 1 到閥 4)，閥 4 維持開啟至測試結 束，同時第二組(直徑 50 公分燃燒環)之各閥依序開啟(閥 5 到閥 7)後，完成動作後，

閥7 連同閥 4 維持開啟至測試結束，此時第三組(直徑 60 公分燃燒環)之各閥依序開 啟(閥 8 到閥 10)，閥 10 連同閥 7 與閥 4 同時開啟，直到閥 10 結束同時結束完成整 個火源模擬的測試，本次測試中，閥1 設定開啟時間為 120s，閥 4、7、10 組合開 啟時間由吾人所控制外，其於各閥皆設定為 60s，以判別出其各組切換之過程，開 始測試前，所有電磁閥全關調壓閥壓力調至(圗 4. 33（e）)所示，隨後所有步驟皆 不再調整調壓閥及針閥。

從實驗結果 (圗 4. 32)得到，圖中閥 1 轉換至閥 2 過程中 HRR 上升情況並不明 顯，原因為當初調整閥1 如圗 4. 31(T82)與閥 2 如圗 4. 31(T83)兩者間 HRR 值過於 相近所造成，其差異約只有5kW 左右。

0 100 200 300 400 500 600

Test 89 Valve 8

0 100 200 300 400 500 600 t(s)

Test 90 Valve 9 0

Test 87 Valve 6

Test 88 Valve 7 0

Test 85 Valve 4

Test 86 Valve 5 0

Test 83 Valve 2

Test 84 Valve 3 0

Test 80 Valve 1

Test 82 Valve 1

圗 4. 31 火災模擬器各閥測試結果圖

0

(e)

圗 4. 33 時間平方火災模擬系統測試情形

目前我們可以在調整測試時，一一控制各階段輸出之HRR 值，如表 4. 4，閥(1)為 25kW、閥(2)為 50kW、閥(3)為 75kW、閥(4)為 100kW、閥組(4、5)為 140kW、閥組(4、

6)為 160kW、閥組(4、7)為 200kW，利用計時器控制各階段開啟時間，模擬出近似快速 及中度成長之火災曲線，如圗 4. 34。

表 4. 4 火災模擬器控制條件表

快速成長火災模擬 中度成長火災模擬 控制閥組

閥組控制

HRR(kW) 啟動時間點(s) 維持時間(s) 啟動時間點(s) 維持時間(s)

1 25 24 10 42 19

2 50 34 7 61 15

3 75 41 6 76 12

4 100 47 9 88 17

4、5 140 56 4 105 8

4、6 160 60 6 113 13

4、7 200 66 9 126 19

Total Time 42 Total Time 84

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

t(s)

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

H R R (k W)

t2 fire curve

Fast fire cruve Medium fire cruve Medium fire(T109) Fast fire(T108)

圗 4. 34 火災模擬器-模擬曲線圖