燃燒實驗資訊

藉由參與台南防火中心場域燃燒實驗，本研究團隊獲取許多資訊，包含感測數據、

火勢成長畫面，煙流、熱對流發展方式、熱顯像畫面等，可供後續研究參照，並給予 人工智慧演算系統，提供相當重要之參考資料，同時也可供後續資料統整時製作列表。

透過第一次實驗，蒐集到火場溫度以及各式氣體濃度的變化情形，以及火勢變化 之攝影畫面，並發現原先不足與需補強之處，將感測主板防護升級，並對於攝影畫面 更為要求，盡可能去除玻璃遮擋之阻礙，盡所能的紀錄實際燃燒時震撼的畫面，如圖 3- 32 至圖 3- 43。

圖 3- 32 熱顯像儀架設 (資料來源：本研究自行拍攝)

第三章 極早期火災感知

圖 3- 33 紅外線攝影機架設-1 (資料來源：本研究自行拍攝)

圖 3- 34 紅外線攝影機架設-2 (資料來源：本研究自行拍攝)

圖 3- 35 場域燃燒後之感測模組 (資料來源：本研究自行拍攝)

圖 3- 36 場域燃燒後之天花板空間 (資料來源：本研究自行拍攝)

第三章 極早期火災感知

圖 3- 37 場域燃燒後之主板供電設備 (資料來源：本研究自行拍攝)

圖 3- 38 陶瓷棉隔熱措施 (資料來源：本研究自行拍攝)

圖 3- 39 燃燒後場域拍攝圖 (資料來源：本研究自行拍攝)

圖 3- 40 熱顯像儀設備設定 (資料來源：本研究自行拍攝)

第三章 極早期火災感知

圖 3- 41 紅外線攝影機畫面測試 (資料來源：本研究自行拍攝)

圖 3- 42 燃燒實驗事前說明-1 (資料來源：本研究自行拍攝)

圖 3- 43 燃燒實驗事前說明-2 (資料來源：本研究自行拍攝)

壹、 感測數據

對於安裝於燃燒場域之溫度、一氧化碳、二氧化碳、氨氣、硫化氫、二氧化氮進 行資料蒐集，並記錄感測數值時間，將燃燒時間區段數值圖表式呈現，氣體感測器設 置圖 3- 44 之 YUG1~YUG4，溫度感測器設置如圖 3- 44 之 YUT1~YUT4，使實驗結果 展示時更淺顯易懂，並依照相同時間軸進行各項數據比對，從中找尋可能之影響因素。

圖 3- 44 燃燒實驗感測器架設圖 (資料來源：本研究自行繪製)

(一)溫度數值

圖 3- 45 顯示出，環境火勢與溫度之關係，使用 PT100 溫度感測器及溫度轉換器

第三章 極早期火災感知 火勢為 1 米高，3 分半紀錄火勢為 1.5 米高，4 分鐘時火勢達 1.8 米高，同時煙層也下 降至離地 1.8 米高，約 11 分鐘火勢達最旺盛的狀態，期間內溫度直線上升，最靠近火 源之 YUT1 測量最高溫約達 288℃，位於非燃燒室之 YUT4 則始終未有明顯溫度起伏。

圖 3- 45 燃燒實驗溫度變化圖 (資料來源：本研究自行繪製)

(二)一氧化碳數值

一氧化碳為火災最具代表性的氣體之一，其數值變動可約略看出火災發展之形勢，

如圖 3- 46 顯示出在燃燒實驗中一氧化碳是變化最明顯之氣體；使用一氧化碳感測器 NAP-505M，量測 1~1000PPM 間的數值變化，火勢開始約 10 分鐘後所產生之中央數 值曲線凹陷處，與溫度數值相比對後，可推論說感測器主板在這段時間因超過工作溫 度，因而導致數據回傳不正確；後半段數值下降處則是因此時間點燃燒室的門被開起。

圖 3- 46 燃燒實驗 CO 變化圖 (資料來源：本研究自行繪製)

(三)二氧化碳數值

二氧化碳為火災最具代表性的氣體之一，如圖 3- 47 顯示出從起火開始二氧化碳的 濃度持續上升感測器的特性及現；使用二氧化碳感測器 MH-Z19B 量測 1~5000PPM 間 的數值變化，火勢開始約 4、5 分鐘時二氧化碳數值便以達到感測器測量上限，因此感 測器為光學式設計，因此當數值超過上限後，此設備將有損毀之疑慮，因此後續數值 便不具有參考價值；火勢開始約 10 分鐘後所產生之中央曲線凹陷處，以溫度數值推論，

可歸納為感測器或主板因超過工作溫度所造成。

圖 3- 47 燃燒實驗 CO2 變化圖 (資料來源：本研究自行繪製)

(四)氨氣數值

氨氣數值會因火場燃燒物品材質而變動，如圖 3- 48 可以顯示出氨氣氣體的產生以 及輝發後之狀況。本次實驗使用 Multichannel Gas Sensor 感測 1~5000PPM 之間的氨氣 變化，可觀測出此數值在火場關門期間有上升趨勢，推論此場域有燃燒後會產生氨氣 的物質。

第三章 極早期火災感知

圖 3- 48 燃燒實驗 NH3 變化圖 (資料來源：本研究自行繪製)

(五)氮氣數值

氮氣感測器在本次測量之濃度區間變化相對較小如圖 3- 49 顯示出氮氣於火場環 境中的濃度極低，本次實驗使用 Multichannel Gas Sensor 感測 0.05~10PPM 間的氮氣變 化，並可透過高倍率尺表可略為觀測出開、關門與滅火時可造成此氣體些許影響，整 體來說此氣體測量效果不彰。

圖 3- 49 燃燒實驗 NO2 變化圖 (資料來源：本研究自行繪製)

(五)硫化氫數值

本次使用 MQ136 H2S Sensor 感測 1~200PPM 間的硫化氫變化，此氣體濃度在火

災早期便已超過感測器測量範圍，如圖 3- 50 顯示硫化氫雖然已經超過感知範圍，但氣 體濃度狀況依舊正常，惟 YUG1 點之感測數值只有此氣體未有正常做動變化，因此推 論此感測器已損毀。

圖 3- 50 燃燒實驗 H2S 變化圖 (資料來源：本研究自行繪製)

感測裝置主板超過工作溫度，導致數據接收有誤，進而造成錯誤資訊回傳，待場 域環境趨緩後，部分可繼續進行偵測工作。

第二次實驗之感測數據，因資訊叢集端斷電重新啟動時，樹莓派上之連接埠抓取 錯誤，以致重新連接時無法連線，而無法正常接收回傳之數值，樹莓派在每一次的重 啟時都會重新分配連接埠位置，本次雖已寫入重新連線接收之程序，但仍會因連接埠 錯誤而無法連線，因此後續改為裝設藍牙模組(HC-05)作為接收方式，以便解決第二次 燃燒時，因數據蒐集端重新供電，重新搜尋 UART PORT 時，未成功重新連線，造成 後續資訊無法繼續回傳的問題。

貳、 影像畫面

火勢成長變化也需從旁進行觀測才得以瞭解其變動過程，因此在實驗場域架設多 角度的攝影機，盡可能的紀錄火勢成長時，可能發生的變化，除普通攝影外，另外再 增加近、遠紅外線，以及熱顯像儀設備，期望能將火勢以及煙流、熱流流動物理特性 以及放熱狀況進行攝影紀錄，以利後續技術分析。

遠、近紅外線攝影機、熱顯像儀，本次額外準備的三台熱誠像攝影機，使用 AXIS

第三章 極早期火災感知 Q1910 及 AXIS 221 以及建研所所提供之 FLIR 熱像儀，並使用影像擷取卡之方式將熱 顯像儀畫面節錄儲存其設備如圖 3- 51。在兩次場域燃燒實驗中，分別有前門、側窗及 後窗的拍攝角度畫面，其中也因側窗及後窗受玻璃帷幕遮擋，受到煙霧微粒遮擋，導 致溫度層無法辨識，以致最後拍攝畫面有部分效用不佳。熱顯像儀需調整內部設定，

紅外線攝影機則需移動至不受玻璃阻擋之前門角度，便可更清楚拍攝到火點燃燒狀況 與煙層流動情形，環境實景攝影圖如圖 3- 52 至圖 3- 67。

圖 3- 51 影像擷取卡 (資料來源：FEBON)

圖 3- 52 攝影機拍攝圖-火勢成長 (資料來源：本研究自行拍攝)

圖 3- 53 攝影機拍攝圖-煙流 (資料來源：本研究自行拍攝)

圖 3- 54 攝影機拍攝圖-滅火

第三章 極早期火災感知

圖 3- 55 熱顯像儀拍攝圖-火勢初期 (資料來源：本研究自行拍攝)

圖 3- 56 熱顯像儀拍攝圖-火勢後期玻璃遮擋 (資料來源：本研究自行拍攝)

圖 3- 57 紅外線攝影機拍攝圖-火勢初期遮擋 (資料來源：本研究自行拍攝)

圖 3- 58 攝影機拍攝圖-火勢初期 (資料來源：本研究自行拍攝)

第三章 極早期火災感知

圖 3- 59 紅外線攝影機拍攝圖-火勢後期遮擋 (資料來源：本研究自行拍攝)

圖 3- 60 紅外線攝影機拍攝圖-火勢成長 (資料來源：本研究自行拍攝)

圖 3- 61 紅外線攝影機拍攝圖-火勢初期 (資料來源：本研究自行拍攝)

圖 3- 62 紅外線攝影機拍攝圖-火勢後期不受遮擋 (資料來源：本研究自行拍攝)

第三章 極早期火災感知

圖 3- 63 紅外線攝影機拍攝圖-前期側窗拍攝 (資料來源：本研究自行拍攝)

圖 3- 64 熱顯像儀拍攝圖-火勢前期 (資料來源：本研究自行拍攝)

圖 3- 65 熱顯像儀拍攝圖-火勢後期效果良好 (資料來源：本研究自行拍攝)

圖 3- 66 攝影機拍攝圖-前門 (資料來源：本研究自行拍攝)

第三章 極早期火災感知

圖 3- 67 攝影機拍攝圖-側窗 (資料來源：本研究自行拍攝)

熱顯像儀與近紅外線錄影畫面皆因玻璃面阻隔，溫度層無法辨識，以致效用不佳，

未被遮擋情況下，可觀測火勢延燒程度，並可透過第二次熱顯像儀觀測較為清晰之煙 (熱對)流變化