第四章 初步成果與後續研究
第五節 正壓通風對水霧滅火影響實驗
5 10 15 20 25 30 35 40 45
0 20 40 60 80 100 120
水壓(kg/cm 2 )
出水量(l/min)
圖 4-22 不同操作壓力下單顆水霧噴頭出水量關係
第五節 正壓通風對水霧滅火影響實驗
在進行滅火試驗前於單一開口房間先就四個噴頭一齊噴射情形進行觀察，
由於所使用供壓系統最大噴水壓力在單一噴頭可達 100(kg/cm
2
)，但於 4 個噴頭 一齊噴水時，最大供水壓力最大僅能達到 90(kg/cm2
)，每一噴頭噴射範圍自噴頭 法線下至地板約為直徑 2 m，未能含蓋火源位置，但所產生水霧可充滿房間並自 開口處溢出，因此暫不調整子子噴頭於噴頭位置；由水霧粒徑與出水量量測結 果，噴水壓力 80(kg/cm2
)最佳，以 DV50 噴水壓力 80(kg/cm2
)與 100(kg/cm2
)幾乎 無差異，但就 DV10 與 DV90 則噴水壓力 100(kg/cm2
)水霧粒徑較噴水壓力 80(kg/cm2
)大，以 D[3][2] 噴霧平均粒徑是水霧體積與表面積的比值，因為水霧 蒸發之主要影響因素為水霧體積與熱傳面積，因此可以客觀判斷水霧蒸發成氣體 所需時間及噴嘴設計之優劣，所 以在四種 噴水壓力所得 噴霧平均粒徑，以 80(kg/cm2
)之最佳，100(kg/cm2
)次之但與 60(kg/cm2
)所差不大，惟 100(kg/cm2
) 之出水量為 60(kg/cm2
)之 1.5 倍，故本研究將噴水壓力設定在 60 與 80(kg/cm2
)。一、單一開口房間火源燃燒試驗
本研究所用木框架於開放空間自引燃至燃燒結束，其燃燒時間約 10 min，
最大熱釋放率約 2.5 MW，為瞭解於本研究之單一開口房間內燃燒情形，先將木 框架置於房間中央進行引燃，並量測房間內溫度成長與分佈情形，同時量測自開 口流出之熱釋放率，結果如圖 4-23 燃燒時間約 15 min，自開口流出之最大熱釋 放率約 1.4 MW，圖 4-24 為房間內天花板下 10 ㎝處燃燒溫度分佈，圖 4-25 為房 間內各熱電偶樹每一測點溫度時間成長歷程。
由溫度量測結果顯示，在 4 個噴頭處達 100 ℃約於火源引燃開始 1 min，
房間內最高溫度主要於火源上方，火源上方天花板下 10 ㎝處於 580 sec 達最高 溫 1105 ℃。
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6
0 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 660 720 780 840 900 960
Time(sec)
H R R (M W )
0 100 200 300 400 500 600 700 800
T H R (M J)
CO2&CO O2C-ISO GTR THR
圖 4-23 木框架於房間燃燒排出開口之熱釋放率
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600
120 sec 240 sec
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600
360 sec 480 sec
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600
600 sec
圖 4-24 房間內天花板下 10 ㎝處燃燒溫度分佈
0
0 200 400 600 800 1000 1200
time(sec)
0 200 400 600 800 1000 1200
time(sec)
0 200 400 600 800 1000 1200
time(sec)
0 200 400 600 800 1000 1200
time(sec)
0 200 400 600 800 1000 1200
time(sec)
0 200 400 600 800 1000 1200
time(sec)
0 200 400 600 800 1000 1200
time(sec)
0 200 400 600 800 1000 1200
time(sec)
0 200 400 600 800 1000 1200
time(sec)
0 200 400 600 800 1000 1200
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0 200 400 600 800 1000 1200
time(sec)
0 200 400 600 800 1000 1200
time(sec)
蒐集該系列標準加以進一步驗證，在正式進行主要實驗前，由粒徑及水量測試結 果，將先以 60 kg/cm
2
及 80 kg/cm2
噴射水壓，於單一開口房間內對木框架燃燒 之滅火效能測試，水霧噴射時機於實驗計畫中已作探討，即當木框架引燃燃燒火 熱煙氣到達於 4 個噴頭位置，當測溫熱電偶溫度達 100 ℃時啟動水霧系統滅火，在進行第一次滅火實驗時，由於水霧噴射範圍僅為直徑 2 m，水霧僅將木框架四 週形成包圍，而木框架上方水霧並無直接噴射，試驗結果於水霧開始噴射後溫度 迅速下降，噴射時間約 550 sec 由觀察未見火光，初步認定已達成滅火停止噴射，
但於停止噴射後約 70 sec 火源復燃，房間溫度開始快速上昇，且高於引燃時之 溫度，雖隨即重新啟動水霧，溫度再度控制且下降，但火源則持續燃燒直到自重 新噴射約 920 sec 火源才開始衰退，其過程如圖 4-26。
由圖 4-27 觀察木框架復燃後，雖重新啟動水霧，但已無法有效壓制，有大 部分木材燃燒，由木框架內測溫點分析(圖 4-28)，該測點位於木框架內偏外角 側，第一次水霧噴射後，該測點溫度下降至約 120 ℃穩定約 200 sec，當水霧停 止時，木框架中心尚有餘焰，由文獻[39]所引述木材燃燒過程，因本研究使用之 木材於試驗前已經以 105 ℃乾燥，木材已處於乾燥階段，再由測點位置溫度顯 示已於預碳化階段(110 ℃以上)，木框架中間部分研判仍處於燃燒階段，而木材 的著火溫度僅為 240 ℃~270 ℃，因此當水霧停止後，其餘焰週邊木材很快再進 入碳化階段，木材受餘焰加熱分解速度加快，可以很快速再將週邊木材引燃。
從本次試驗結果顯示，本研究使用之噴頭其子噴頭主要集中於噴頭母座底 面如圖 3-1；因此，噴射範圍未含蓋火源，且噴頭與噴頭噴射範圍未有重疊，所 以所產生之水霧幕僅行成四面包圍，浸潤木框架四面表面木材，並未攻擊到火源 上方，雖在初期有效壓制，但仍須有較長時間，讓水霧進入木框架中，及足夠時 間浸潤木材以達滅火效能，如未能持續至確實滅火，殘留有餘焰將會複燃，且火 勢較大時，未能全面包圍產生有效窒熄效果，則將無法有效滅火。
0
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
ti me(sec)
temperature(℃)
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
t ime(sec)
temperature(℃)
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
t ime(sec)
temperature(℃)
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
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0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
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0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
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0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
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0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
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0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
time(sec)
圖 4-27 木框架試驗後情況
0.0 50.0 100.0 150.0 200.0 250.0 300.0
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
time(sec)
temperature(℃)
圖 4-28 木框架內測溫點溫度時間曲線
為解決水霧範圍太小問題，將 4 個子噴頭移往噴頭母座側面並以對角配置 如圖 4-29，並確認噴射範圍大於直徑 3m，再重新進行滅火試驗，在火源引燃至 任一噴頭處溫度達 100 ℃時啟動水霧，並以房間開口所排出氣流由煙與水霧轉 為僅水霧，以及木框架內測點溫度下降至 100 ℃，作為達到滅火為參考依據，
在達到此二條件下停止水霧系統，觀察木框架確無複燃，並由試驗後木框架情況 (圖 4-30)本次試驗滅火時間為 1300 sec，以木框架內測點比較子噴頭位置調整 前後溫度時間曲線(圖 4-31)，已大幅提高滅火效能。
圖 4-29 調整子噴頭位置
圖 4-30 水霧噴水壓 60 kg/cm
2
木框架滅火試驗後0 50 100 150 200 250 300
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
time(sec)
te m pe ra tu re (℃ )
子噴頭調整位置後 子噴頭調整位置前
圖 4-31 子噴頭位置調整前後木框架內測點溫度時間曲線
三、水霧噴水壓 80kg/cm
2
滅火試驗以水霧噴水壓80 kg/cm
2
進行滅火試驗，在火源引燃至任一噴頭處溫度達100℃時啟動水霧，並以房間開口所排出氣流由煙與水霧轉為僅水霧，以及木框架內 測點溫度下降至100 ℃，作為達到滅火為參考依據，在達到此二條件下停止水霧 系統，觀察木框架確無複燃，並由試驗後木框架情況(圖4-32)本次試驗滅火時間 為110 sec，以木框架內測點比較子噴頭位置調整前後溫度時間曲線(圖4-33)，
滅火效能較噴水壓80 kg/cm
2
所須滅火時間更短。由圖4-33木框架內測點溫度在水霧噴水壓80 kg/cm
2
高於水霧噴水壓60 kg/cm2
，係水霧噴水壓80 kg/cm2
噴射速度較高，所造成對木框架有鼓風作用較大 所致，但也因有較大動量可壓入木框架中加以週邊包圍作用，使得火源被快速撲 滅。後續正壓通風與間歇噴射對水霧滅火影響實驗，將固定水霧噴射壓力為80 kg/cm2
。圖 4-32 水霧噴水壓 80 kg/cm
2
木框架滅火試驗後0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800
time(sec)
temperature(℃)
噴水壓80 噴水壓60
圖 4-33 水霧噴水壓 60 及 80 kg/cm
2
木框架內測點溫度時間曲線四、子噴頭噴角與正壓通風之滅火影響
由於一個噴頭裝設5個子噴頭，在4個噴頭配置情形下，所使用之加壓系統 無法達到100 kg/cm
2
，再由單開口房間滅火實驗顯示在80 kg/cm2
可達到滅火效1.子噴頭噴角30°自然通風滅火實驗
木框架以酒精膏引燃後(圖4-34)，當水霧噴頭位置之熱電偶測得溫度達100
℃時，啟動水霧加壓供水系統，各測點熱電偶樹溫度與時間情形如圖4-35，由 圖4-36就木框架內測溫點探討，當水霧噴射之前火源處熱電偶樹測得最高溫達 600 ℃，木框架內溫度達800 ℃，火源四週5個測溫樹最高溫度達200 ℃，外圍 溫度則達100 ℃，水霧噴射後除火源處外，其他測點溫度快速降至室溫，火源 處木框架上方各測點溫度，亦迅速下降，但下至約100~150 ℃後穩定持續至停 止試驗，木框架內測點由800 ℃下降至550 ℃穩定持續8分鐘，再下降至約300
℃穩定持續3分鐘，再下降至約100 ℃，在滅火過程中燃燒煙氣經水霧洗滌為白 煙並夾雜水蒸氣由雙開口不斷流出如圖4-37，由圖4-23木框架燃燒無滅火情況 下，自引燃至燃燒停止時間約15分鐘，本次試驗在15分鐘停止滅火，由圖4-38 顯現仍有餘焰，為21/100木框架被抑制未燃燒如圖4-39，由圖4-40顯示有復燃 現象。
由於本次子噴頭噴角為30°，雖水量較集中噴至木框架，由圖4-39顯示覆蓋 較集中於木框架南北兩面，並無法覆蓋整個木框架，使得木框架中間持續穩定燃 燒至上方木材燃燒塌陷，才讓水霧氣達木框架內溫度測點而降溫，當中間木材大 部分塌陷後才使溫度下降至約100 ℃，但因餘焰而使得水霧蒸發，因此木框架測 點仍維持測得溫度約100 ℃。但由圖4-41流出開口測得之熱釋放率，盛期平均熱 釋放率0.47 MW，以木框架燃燒(圖4-25)時間未超過1200 sec，認定本次實驗並 未達到滅火效能。
圖 4-34 木框架引燃
0
0 60120180240300360420480540600660720780840900960 1020 1080 1140 1200 time(sec)
0 60120180240300360420480540600660720780840900960 1020 1080 1140 1200 time(sec)
0 60120180240300360420480540600660720780840900960 1020 1080 1140 1200 time(sec)
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temperature(℃)
0 60120180240300360420480540600660720780840900960 1020 1080 1140 1200 time(sec)
0 60120180240300360420480540600660720780840900960 1020 1080 1140 1200 time(sec)
0 60120180240300360420480540600660720780840900960 1020 1080 1140 1200 time(sec)
0 60 120180240300360420480540600660720780840900960 1020 1080 1140 1200 time(sec)
0 601201802403003604204805406006607207808409009601020 1080 1140 1200 time(sec)
0 60120180240300360420480540600660720780840900960 1020 1080 1140 1200 time(sec)
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
0 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 660 720 780 840 900 960 1020 1080 1140 1200 time(sec)
temperature(℃)
T9-7 T9-1
圖 4-36 實驗 1 木框架內及火源上方天花板下 10 ㎝測點溫度時間曲線圖
圖 4-37 燃燒煙與水蒸氣排出開口
圖 4-38 水霧滅火 20 分鐘後餘焰
圖 4-40 水霧滅火 20 分鐘後復燃情形
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
0 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 660 720 780 840 900 960 1020 1080 1140 1200 1260 1320 1380 1440 1500 1560 1620 1680 1740 Time(sec)
H R R (M W )
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
T H R (M J)
CO2&CO O2C-ISO GTR THR
圖 4-41 實驗 1 排出開口之熱釋放率時間曲線圖
2.子噴頭噴角30°正壓通風量205 m/min滅火實驗
木框架以酒精膏引燃後90sec，水霧噴頭位置之熱電偶測得溫度達100 ℃ 時，啟動水霧加壓供水系統並同時啟動PPV，各測點熱電偶樹溫度與時間情形如 圖4-42，由圖4-43就木框架內測溫點探討，當水霧噴射之後50 sec，木框架內溫 度持續上昇至350 ℃才略微下降至330 ℃穩定50 sec，在經過190 sec時間上昇 至440 ℃之後再下降，經過110 sec下降至217 ℃，於30 sec時間內小幅上昇至 248 ℃，再下降至146 ℃，之後產生一波較大的溫度上昇至385 ℃，此時研判可 能木框架中間部分塌陷(如圖4-44)，因塌陷震盪使的木碳碎散而獲得較大表面積 產生助燃，在此之後溫度開始下降至94 ℃後穩定緩慢下降至56 ℃，此時自木框 架引燃至此已1200 sec，停止噴水及送風，觀察木框架情形如圖4-44，仍具有餘 焰，因此認定未達到滅火效能，經滅火器撲滅餘焰後，查看木框架殘餘量(圖4-45) 略少於自然通風狀況下之殘餘量為19/100，亦即在以205 m
3
/min之正壓通風下對 燃燒物略有助燃之情形。實驗過程中PPV將房間內熱煙氣夾雜水蒸汽，由窗口排出如圖4-46，排出之 氣體經收集量測其熱釋放率如圖4-47，其盛期平均熱釋放率為0.55 MW，在以205 m
3
/min之正壓通風下自房間內排出熱高於自然通風情況。0
060120180240300360420480540600660720780840900960 1020 1080 1140 1200 time(sec)
0 60120180240300360420480540600660720780840900960 1020 1080 1140 1200 time(sec)
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0 601201802403003604204805406006607207808409009601020 1080 1140 1200 time(sec)
0 60120180240300360420480540600660720780840900960 1020 1080 1140 1200 time(sec)
0 60120180240300360420480540600660720780840900960 1020 1080 1140 1200 time(sec)
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
0 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 660 720 780 840 900 960 1020 1080 1140 1200 time(sec)
temperature(℃)
T9-7 T9-1
圖 4-43 實驗 2 木框架內及火源上方天花板下 10 ㎝測點溫度時間曲線圖
圖 4-44 停止噴水後餘焰燃燒情況
圖 4-45 實驗 2 實驗後木框架殘留情況
圖 4-46 實驗 2 過程中正壓通風 205 m