第三章 煙量測法與煙層計算模擬
第一節 煙濃度試驗標準設備
在低驅動氣體壓力條件，本研究將以前述 CNS 14818、CNS 15781-2、CNS 14705-2 及 CNS 15048 標準進行，以取得較為精確之低發煙量及發煙率。
一、CNS 14818
1.試驗箱內部尺度：寬 914 ± 3 mm、深 610 ± 3 mm、高 914 ± 3mm，容 積：0.51 m3。
2.光學密度量測系統：由光源及光電偵檢器組成，為了降低受測物所產生層 狀煙霧的干擾，將光學系統垂直定向。
(1)光源為白熱燈泡，經由定電壓變壓器提供恆電壓電流，此電壓需使得 光源亮光溫度維持在 2,200 ± 100 °K，光源必須裝在密封且不洩光的 箱中，並具有必備的透鏡，使得平行光束可以垂直穿透。
(2)光電偵檢器：應為具有 S-4 分光應答度及暗電流小於 10-9 A 之光電倍 增管。一組 9 片之膠質補償濾光片為中性密度 0.1~0.9，依需要將其一 或多片裝設於光學測定系統，以校正光電倍增管之亮光靈敏度。此等濾 光片亦可校正光源或光電倍增管老化及經過變色或擦傷光窗後之透光 減少。光電倍增管的最小靈敏度為光束路徑上放置 5 號濾光片時，必須 能讀出全部刻度。
(3)正確度：光電偵檢器的正確度為任何刻度範圍最大讀數 ±3%以內，因 此讀數上的誤差百分比會隨刻度變小而逐漸惡化。適當地改變刻度範圍，
避免透光度讀數小於 10。具有可讓刻度範圍從 100、10、1 及 0.1 改變 為 30、3 及 0.3 的燃燒箱，可讓中間讀數，經由變更刻度範圍而成為最 大讀數，將正確度提昇到最高點。
此項實驗將測試低驅動氣體壓力發煙，在累積煙濃度達遮光率 40%時之發煙 率。
資料來源：內政部建築研究所防火實驗中心
圖 3-1 比光學密度垂直試驗裝置 二、CNS 15781-2
1. 試驗箱內部尺度：寬 3,000 ± 30 mm、深 3,000 ± 30 mm、高 3,000 ± 30 mm，容積：27 m3。
2. 測光系統
(1)光源：具有鎢絲及石英外殼之鹵素燈泡 標稱功率：100W
標稱電壓：12 V d.c.
標稱光通量：2,000 lm 至 3,000 lm 標稱色溫：2,800 K 至 3,200 K
燈泡供電之電壓應為(12.0 ± 0.1)V(平均值)。試驗過程中，電壓英穩 定保持於 ± 0.01V 之範圍。燈泡應裝於燈罩中，並由透鏡系統調整 光束，使於對面內壁上得到一直徑為(1.5 ± 0.1) m 之均勻照明圓形 區域。
(2)接收器光電池型式應為硒光電池或矽光電池，其光譜響應符合國際照 明委員會(CIE)光觀測器(相當於人的眼睛)要求。光電池應架設於 (150 ± 10) mm 管之一端，另一端則設有防塵窗。管內部應為無光 澤之黑色，以防止反射。
此項實驗將測試較 CNS 14818 為高之驅動氣體壓力發煙，在累積煙濃度達 遮光率 40%時之發煙率。
資料來源：內政部建築研究所防火實驗中心
圖 3-2 CNS 15781-2 試驗裝置 三、CNS 14705-2
1. 本試驗法煙遮蔽率係依穿透排氣管内呃煙之雷射光強度分率測出，並使用 此分率依據布格定律計算消光係數，試驗結果以煙產生量與煙產生率呈現，
煙產生率以消光係數與排氣管內煙的體積流率之乘積計算出。煙產生量由 經待測時間間隔的煙產生率之數值積分計算出。
2. 排氣系統：由離心式抽氣風扇、集煙罩、風扇之吸入與排出風道及限流孔 板差壓計構成，在標準之溫度、壓力下，排氣系統須能維持 0.024 m3/s 之氣流量，如圖 3-3。
3. 氣流溫度以外徑 1.0 mm~ 1.6 mm 套筒接頭之熱電偶量測。
4. 煙遮蔽率梁測系統：此系統包含一氦-氖雷射(介於 0.5 mW~ 2 mW，偏光)、
二氧化矽感光二極體作為主要光束與對照偵測器，如圖 3-4 所示。兩個直 徑管焊接於排氣管兩側，供吹驅空氣，使任何可能進入的煙，在到達光元 件之前，不可沉積於管上。使用具校準白光光源光學裝置的系統執行實驗 性工作，此系統經顯示得到一般性的相同結果，但並非在所有情況下。理 論的預測業經實驗加以查證，若顯示具有同等準確度，可使用白光系統。
5. 計算
(1)消光係數依k ln I I⁄ L 由煙偵測計電子設備測定。
(2)煙產生率依P kV 計算
煙偵測計測出之體積流率(V )，由使用限流孔板測得之質量流率(m ) 依V m T 12.2 10 M
(3)煙總產生量由S ∑ V k∆t
資料來源：CNS 14705-1：2013
圖 3-3 排氣系統示意圖
資料來源：CNS 14705-2：2016
圖 3-4 煙量測系統裝置排列剖面圖例
資料來源：內政部建築研究所防火實驗中心
圖 3-5 CNS 14705-1 試驗裝置 四、CNS 15048
1. 排氣系統：
(1)主要包括集煙罩、排氣導管及可讓氣體均勻混合之檔板如圖 3-6 所示。
(2)排氣系統應可將試驗產生之氣體全部抽出，抽氣能力在常壓常溫(25 ± 15)℃下應達 3.5 m3/s 以上。
(3)集煙罩上方連一截面積為 900 mm × 900 mm 之導煙箱，高度為 900 mm 以上，箱中裝置兩片尺度約 500 mm × 900 mm 之檔板以增加燃燒氣體之 混合。
(4)排氣導管連接於導煙箱之後，導管內徑為 400 mm，長度為 4,800 mm 以 上，流率量測裝置應安置於導管底部或可有效量測處，另排氣導管須連 結排氣清淨系統。
2. 光學系統
學系統採用白光形式，規定如下：
(1)燈泡應為光亮白熱絲形式，可在溫度(2,900 ± 100)K 條件下操作，供 給燈泡之直流電穩定範圍應在 ± 0.2％，例如 6 V， 10 W 之鹵素燈 泡。
(2)透鏡系統應排列在與光束平行處，直徑 20 mm 以上，光電管孔徑應置 於透鏡之前方焦點上，直徑 d 與透鏡焦距 f 之 d/f 比應在 0.04 以下。
(3)光束應由徑向穿過排氣導管內之煙氣混合均勻處。
3. 計算
(1)體積流率
排氣導管體積流率V ，以 m3/s 表示，如下所示：
V Ak k⁄ 1
ρ 2∆pT ρ T⁄ ⁄ 22.4 Ak k⁄ ∆p T⁄ ⁄ 式內
V ：25 ℃，一大氣壓條件下排氣導管內之氣體體積流率(m3/s) T ：排氣導管之氣體溫度(K)
T ：273.15 K
ρ ：25 ℃，一大氣壓條件下之空氣密度(kg/m3) ρ ：為 0.1 MPa，0 ℃條件下之空氣密度(kg/m3) A：排氣導管截面積(㎡)
k ：於排氣導管中心處單位面積平均質量流率與單位面積質量流 率之比率
k ：雷諾數
假設燃燒氣體密度改變(相較於空氣)僅由溫度增加所導致，修正因於 水分消失過程可能被忽略之化學混合物或濕度，校正常數k 由排氣導管 內部橫截面直徑溫度及流率決定，當判定k 時其誤差應為 ± 3 ％以下。
(2)煙濃度
光學密度以消光係數 k ln 表示(m-1)，瞬間遮蔽率 Rinst=kV ，以
㎡/s 表示，總煙量 Rtot= kV dt，以㎡表示，V =排氣導管體積流率(m3/s)。
資料來源：CNS 15048
圖 3-6 排氣系統設備示意圖
資料來源：內政部建築研究所防火實驗中心
圖 3-7 CNS 15048 試驗裝置