第四章 撒水頭作動實驗
第一節 火源：100kW 丙烷 LPG 燃燒器
撒水管路充填高壓氣
由於本實驗初期僅針對撒水頭之驅動進行研究，但不涉及滅火，故 撒水管路僅充入高壓氣，在撒水頭作動後，不會有水噴出，故實驗中在 第一顆作動後，不做關閉火源之動作，持續燃燒直到其他三顆撒水頭亦 作動，其目的在觀察上層煙氣之移動狀況與撒水頭作動時間之對應，並 同時了解不同撒水頭作動條件之差異度。
本次實驗之火源位置位於房間中間，因此以 M1作為代號，整組實驗 共重複五次，實驗細節如表 4-1 所示，表中之驅動時間指的是撒水頭之玻 璃球破裂的時間。實驗結束之後，為了方便數據分析以及物理現象的了 解，因此取各實驗 T1~T4之熱偶樹最上方的熱電偶（位於撒水頭旁的熱電 偶）數據繪製成圖 4-1。當火場溫度達到撒水頭作動溫度時，作動瞬間會 噴出高壓空氣，管路壓力表所顯示的壓力會驟降；另外，因為高壓氣之 噴出，冷卻撒水頭旁熱電偶的空氣溫度，使得熱電偶讀到的溫度會瞬間 降低，所以可由驟降的曲線看出作動的時間及溫度。
比較各實驗的溫度曲線圖，由圖 4-1 可以得知，環境溫度在 70 秒就 已經超過 68℃，但是撒水頭尚未被作動。根據驅動溫度之差異可推論，
環境溫度並非判定撒水頭是否作動的唯一標準。依熱傳導原理判斷，在
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第四章 撒水頭作動實驗
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第四章 撒水頭作動實驗 (a1) t=30s, h=10cm (a2) t=60s, h=10cm
(a3) t=90s, h=10cm (a4) t=140s, h=10cm
(b1) t=140s, h=20cm (b2) t=140s, h=30cm
(b3) t=140s, h=40cm (b4) t=140s, h=50cm
圖 4-2 LPG-M1
-A-1 之等溫線圖
(資料來源: 本實驗)
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撒水管路充填高壓水
在完成撒水管入充填空氣之實驗後，本次實驗則改以高壓水充填，
火源同樣使用 100KW 之丙烷燃燒器，並根據不同的火源位置總共進行 12 次實驗，整個結果如表 4-2 所示，同時將得到之結果繪圖。圖 4-3~4-5 表示各實驗中四個撒水頭溫度上昇的曲線；而圖 4-6~4-17 為各個實驗中 水平截面的等溫線圖。
(a) 火源位於實驗場中央
根據圖 4-3 左上角及表 4-2 之 LPG-M1-W 溫度曲線結果可知，T4之上 升情形與 LPG-M1-A 相近，而其作動時間為 142 秒，比撒水管路中充填 高壓氣之例慢了一些，乃因撒水頭含水時熱容量變大之故。由圖 4-6 之等 溫線圖可以看出 S1與 S4之溫度略高於 S2及 S3，因為靠近門口附近會有 氣流引入，造成溫度降低。
(b) 火源位於實驗場壁面
火源位於壁面的實驗共進行了三次，分別在屋內的西牆、北牆和東 牆進行，實驗依火源位置編號為 W1、W2、W3。當火源位於壁面時，火 焰高度比一般非位於壁面時高。圖 4-3 右上，左下及右下分別繪出此三次 實驗的溫度曲線。由於壁面效應之影響，熱氣被引導向上流動的機會要 比向四週來的大，故上煙層累積較快，可以觀察到撒水頭平均作動的時 間約為 100 秒，比火源置於 M1者要快了約 40 秒。而在水平面等溫線之 結果來看（圖 4-7~圖 4-9），實驗的溫度場都以火源為中心由牆壁向外擴 散，分佈相當平均。
(c) 火源位於 1 號角落，實驗編號：LGP-C
1-W
火源位於角落之實驗目前進行一次，為實驗模型的西牆與北牆之角 落，實驗編號 C1。其溫度曲線如圖 4-4 左上所示，在 75 秒時，S1即被作 動，顯示角落之火源其熱氣流相當集中，且穩定地上升。在圖 4-10 等溫 線中，可看出氣流由 1 號角落向外擴散。
第四章 撒水頭作動實驗
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第四章 撒水頭作動實驗
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(a1) t=30s, h=10cm (a2) t=60s, h=10cm
(a3) t=90s, h=10cm (a4) t=145s, h=10cm
(b1) t=145s, h=20cm (b2) t=145s, h=30cm
(b3) t=145s, h=40cm (b4) t=145s, h=50cm
圖 4-6 LPG-M1
-W 之等溫線圖
(資料來源: 本實驗)第四章 撒水頭作動實驗 (a1) t=30s, h=10cm (a2) t=60s, h=10cm
(a3) t=90s, h=10cm (a4) t=102s, h=10cm
(b1) t=102s, h=20cm (b2) t=102s, h=30cm
(b3) t=102s, h=40cm (b4) t=102s, h=50cm
圖 4-7 LPG-W1
-W 之等溫線圖
(資料來源: 本實驗)
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(a1) t=30s, h=10cm (a2) t=60s, h=10cm
(a3) t=90s, h=10cm (a4) t=97s, h=10cm
(b1) t=97s, h=20cm (b2) t=97s, h=30cm
(b3) t=97s, h=40cm (b4) t=97s, h=50cm
圖 4-8 LPG-W2
-W 之等溫線圖
(資料來源: 本實驗)第四章 撒水頭作動實驗 (a1) t=30s, h=10cm (a2) t=60s, h=10cm
(a3) t=90s, h=10cm (a4) t=117s, h=10cm
(b1) t=117s, h=20cm (b2) t=117s, h=30cm
(b3) t=117s, h=40cm (b4) t=117s, h=50cm
圖 4-9 LPG-W3
-W 之等溫線圖
(資料來源: 本實驗)46
(a1) t=30s, h=10cm (a2) t=60s, h=10cm
(a3) t=83s, h=10cm
(b1) t=83s, h=20cm (b2) t=83s, h=30cm
(b3) t=83s, h=40cm (b4) t=83s, h=50cm
圖 4-10 LPG-C1
-W 之等溫線圖
(資料來源: 本實驗)第四章 撒水頭作動實驗 (a1) t=30s, h=10cm (a2) t=60s, h=10cm
(a3) t=90s, h=10cm (a4) t=149s, h=10cm
(b1) t=149s, h=20cm (b2) t=149s, h=30cm
(b3) t=149s, h=40cm (b4) t=149s, h=50cm
圖 4-11 LPG-X1
-W 之等溫線圖
(資料來源: 本實驗)48
(a1) t=30s, h=10cm (a2) t=60s, h=10cm
(a3) t=90s, h=10cm (a4) t=130s, h=10cm
(b1) t=130s, h=20cm (b2) t=130s, h=30cm
(b3) t=130s, h=40cm (b4) t=130s, h=50cm
圖 4-12 LPG-X2
-W 之等溫線圖
(資料來源: 本實驗)第四章 撒水頭作動實驗 (a1) t=30s, h=10cm (a2) t=60s, h=10cm
(a3) t=90s, h=10cm (a4) t=135s, h=10cm
(b1) t=135s, h=20cm (b2) t=135s, h=30cm
(b3) t=135s, h=40cm (b4) t=135s, h=50cm
圖 4-13 LPG-X3
-W 之等溫線圖
(資料來源: 本實驗)
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(a1) t=30s, h=10cm (a2) t=60s, h=10cm
(a3) t=65s, h=10cm
(b1) t=65s, h=20cm (b2) t=65s, h=30cm
(b3) t=65s, h=40cm (b4) t=65s, h=50cm
圖 4-14 LPG-Y1
-W 之等溫線圖
(資料來源: 本實驗)第四章 撒水頭作動實驗 (a1) t=30s, h=10cm (a2) t=60s, h=10cm
(a3) t=90s, h=10cm (a4) t=102s, h=10cm
(b1) t=102s, h=20cm (b2) t=102s, h=30cm
(b3) t=102s, h=40cm (b4) t=102s, h=50cm
圖 4-15 LPG-Y2
-W 之等溫線圖
(資料來源: 本實驗)52
(a1) t=30s, h=10cm (a2) t=60s, h=10cm
(a3) t=81s, h=10cm
(b1) t=81s, h=20cm (b2) t=81s, h=30cm
(b3) t=81s, h=40cm (b4) t=81s, h=50cm
圖 4-16 LPG-Z1
-W 之等溫線圖
(資料來源: 本實驗)第四章 撒水頭作動實驗 (a1) t=30s, h=10cm (a2) t=60s, h=10cm
(a3) t=90s, h=10cm (a4) t=97s, h=10cm
(b1) t=97s, h=20cm (b2) t=97s, h=30cm
(b3) t=97s, h=40cm (b4) t=97s, h=50cm
圖 4-17 LPG-Z2
-W 之等溫線圖
(資料來源: 本實驗)54
第四章 撒水頭作動實驗 中充水之實驗與水管中充空氣之實驗的推論作動溫度（90～100℃）要稍 稍較高，或許應證了水的吸熱影響。