第四章 初步成果與後續研究
第六節 水霧滅火效能與正壓通風影響分析
本研究實驗為大尺度實驗，因實驗所耗人力、物力與時間較巨，因此採無 重複試驗模式，實驗設計係採二因子三水準，探討水霧噴頭之子噴頭噴角與正壓 通風對於水霧滅火效能之影響，以瞭解本所專利「水霧幕噴頭裝置」，除用於隔 煙外，運在滅火之可行性探討，而此噴頭裝置具三個角面，最多可配置13個子噴 頭，本研究主要以延續文獻[7]及[33]以5個子噴頭用於汽機車燃燒滅火，本研究 則用於建築火災滅火，因應房間條件與防護，變換噴頭裝置之噴射角度，並變換 子噴頭噴角，同時就正壓通風下對此水霧幕噴頭滅火效能之影響，以作為此噴頭 裝置用於滅火所應作之必要改良研究。
一、變異分析
本研究實驗依實驗設計，其因子與水準如表4-17，實驗結果各配置條件之 滅火時間如表4-18，就滅火時間以雙因子變異數分析(無重複試驗)結果如表 4-19，ANOVA分析結果如表4-20，由於PPV之P值大於0.05顯著水準，在本研究所 設定之二因子條件下，以此法分析相較於子噴頭噴角影響較不顯著，而子噴頭噴 角之P值小於0.05顯著水準，所以在滅火效能上，此二因子以子噴頭噴角是影響 滅火效能重要因素。
表 4-17 實驗因子與水準分配 因子
Level
A 子噴頭
噴角
（°）
B PPV (m
3
/min)1 30 0
2 40 205 3 65 410
表 4-18 實驗因子與水準對應實驗滅火時間 Exp. A B 滅火時間
(sec)
1 1 1 1200
2 1 2 1200
3 1 3 1200
4 2 1 170
5 2 2 240
6 2 3 350
7 3 1 250
8 3 2 610
9 3 3 800
表 4-19 滅火時間雙因子變異數分析：無重複試驗
摘要 個數 總和 平均 變異數
0 3 1620 540 328300 205 3 2050 683.3333 234433.3 410 3 2350 783.3333 180833.3
30 3 3600 1200 0 40 3 760 253.3333 8233.333 65 3 1660 553.3333 78033.33
表 4-20 滅火時間雙因子變異數分析：ANOVA
變源 SS 自由度 MS F P-值 臨界值
PPV 89755.56 2 44877.78 2.168591 0.230187 6.944272 噴角 1404356 2 702177.8 33.93074 0.003098 6.944272 誤差 82777.78 4 20694.44
總和 1576889 8
就滅火後木框架木材殘留比率表示，殘留率高代表滅火效能好，實驗結果 各配置條件之木材殘留比率如表4-21，以雙因子變異數分析(無重複試驗)結果如 表4-22，ANOVA分析結果如表4-23，因此，在以雙因子變異數分析(無重複試驗)，
由於PPV及子噴頭噴角皆小於0.05顯著水準，所以在木材殘留比率上，此二因子 則皆是影響滅火效能重要因素。
表 4-21 實驗因子與水準對應實驗滅火後木框架木材殘留比率 Exp. A B 木材殘留量
(％)
1 1 1 0.21
2 1 2 0.19
3 1 3 0.03
4 2 1 0.9
5 2 2 0.86
6 2 3 0.15
7 3 1 0.88
8 3 2 0.85
9 3 3 0.17
表 4-22 木材殘留量雙因子變異數分析：無重複試驗 摘要 個數 總和 平均 變異數
0 3 1.99 0.663333 0.154233 205 3 1.9 0.633333 0.147433 410 3 0.35 0.116667 0.005733
30 3 0.43 0.143333 0.009733 40 3 1.91 0.636667 0.178033 65 3 1.9 0.633333 0.161233
表 4-23 木材殘留量雙因子變異數分析：ANOVA
變源 SS 自由度 MS F P-值 臨界值 PPV 0.566689 2 0.283344 8.63124 0.035391 6.944272 噴角 0.483489 2 0.241744 7.364021 0.045618 6.944272 錯誤 0.131311 4 0.032828
總和 1.181489 8
就子噴頭噴角比較PPV風量對滅火時間之影響比較如圖4-80，因子噴頭噴角 30°未能達到滅火效能，在噴角40°與噴角65°比較，滅火時間噴角65°受風量影響 較噴角40°大，圖4-81則可明顯顯示出噴角65°受風量影響程度(斜率)大於噴角40
°。
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
30 40 65
噴角(°)
滅 火 時 間 (s ec )
PPV0 PPV205 PPV410
圖 4-80 由子噴頭噴角比較 PPV 風量對滅火時間之影響
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
0 205 410
PPV(m 3 /min)
滅 火 時 間 (s ec )
angle30 angle40 angle65
圖 4-81 由 PPV 風量比較子噴頭噴角對滅火時間之影響
就PPV風量比較子噴頭噴角對滅火後殘留率之影響比較如圖4-82，由圖顯示 出風量可能有一臨界，在此臨界風量以上將會對木框架在水霧滅火狀況下，產生 較大助燃，圖4-83則顯示出滅火後殘留率(反言之為燃燒率)，在可有效滅火下不 受噴頭噴角之影響。
綜整雙因子變異數分析(無重複試驗)，及滅火時間與殘留率交叉比較，本 研究研判此二因子對於滅火效能皆具影響性。
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
30 40 65
噴角(°)
殘 留 率 (% )
PPV0 PPV205 PPV410
圖 4-82 由子噴頭噴角比較 PPV 風量變化對滅火後殘留率之影響
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
0 205 410
PPV(m
3/min)
殘 留 率 (% )
angle30 angle40 angle65
圖 4-83 由 PPV 風量比較子噴頭噴角變化對滅火後殘留率之影響
二、田口實驗分析
本研究採田口實驗設計法之三水準L9(3
4
)的直交表配置，此直交表最多可配 置4個因子，由於第1及第2因子之結果會交互影響到配置於第3及第4因子，因此 本研究係假設子噴頭噴角與PPV具有交互作用，故僅配置此2因子，以此配置則等 同於此2因子之全因子實驗法。在滅火時間方面，結果表列於表4-24，經計算其因子反應列於表4-25，以 此引子反應圖示於圖4-84，結果顯示子噴頭噴角40°其滅火時間最快，子噴頭噴 角30°無法達到滅火效能，但當子噴頭噴角加大其滅火時間相較有增加之趨勢，
由於本研究三種噴角之噴頭是在相同噴射水壓下，其噴射水量相同，可能因此水 霧動量相較分散所致，在PPV方面隨著風量增加，滅火時間增長，但其滅火時間 增加趨勢平緩，如以滅火時間而言，本研究所使用之正壓風量對於滅火時間之影 響性相較於子噴頭噴角為小。
表 4-24 田口實驗計劃滅火時間結果表
Exp. A B C D y1(sec)
1 1 1 1 1 1200
2 1 2 2 2 1200
3 1 3 3 3 1200
4 2 1 2 3 170
5 2 2 3 1 240
6 2 3 1 2 350
7 3 1 3 2 250
8 3 2 1 3 610
9 3 3 2 1 800
Ave. = 668.9
表 4-25 滅火時間因子反應表
A B
Level 1 1200.0 540.0 Level 2 253.3 683.3 Level 3 553.3 783.3
0 500 1000 1500
A1 A2 A3 B1 B2 B3
因子
滅火時間(sec)
圖 4-84 滅火時間因子反應圖
在滅火後殘留率方面，結果表列於表4-26，經計算其因子反應列於表4-27，
以此引子反應圖示於圖4-85，結果顯示子噴頭噴角40°及65°其殘留率相近，在正 壓通風量205 m
3
/min比較自然通風情況下略有增加，但在正壓通風量410 m3
/min 下則有助材料加速燃燒作用，其殘留率已與未達滅火效能之子噴頭噴角30°相 同，因此其滅火時間之結果，可能係因火源快速燃燒，在燃料已大部分耗盡，火 勢原已成衰退成較小火源情況下，才完全將火源撲滅，顯見水霧噴射至火源，過 於集中或過於分散，在有通風效應場所下，對於滅火效能影響頗巨。表 4-26 田口實驗計畫滅火後殘留率結果表 Exp. A B C D y1(％)
1 1 1 1 1 21
2 1 2 2 2 19
3 1 3 3 3 3
4 2 1 2 3 90
5 2 2 3 1 86
6 2 3 1 2 15
7 3 1 3 2 88
8 3 2 1 3 85
9 3 3 2 1 17
Ave. = 47.1
表 4-27 滅火後殘留率因子反應表
A B
Level 1 14.3 66.3 Level 2 63.7 63.3 Level 3 63.3 11.7
0 20 40 60 80
A1 A2 A3 B1 B2 B3
因子
殘留率(%)
圖 4-85 滅火後殘留率因子反應圖