第二章 研究方法及實驗規劃
本年度之研究主要針對全尺寸火災的滅火性能進行實驗，利用已建 立的辦公室空間實驗模型，配合由前期研究獲知的火災歷程，施予不同 的滅火手法，驗證性能法規的火災控制性能，探討並界定滅火性能的主 控參數。針對全尺寸火災實驗，必須建置一多功能實驗模型和建立一系 列的實驗規劃與程序，經過實際滅火性能實驗，預期能建立完整的全尺 寸火災滅火的火場資料庫。同時為瞭解建築火災其空間的整體滅火性 能，有必要先行分析個別火載量的滅火需求，如：最小噴水量、最佳水 霧粒徑、最遲噴水時間等主控參數，需規劃建立小型滅火性能測試裝置，
配合房間試驗裝置或單一物件測試裝置，來分析個別火載量的滅火需求。
此章節將首先介紹全尺寸火災實驗所使用的 10MW 大尺度燃燒分析 裝置以及熱釋放率分析方法，接著簡介多功能辦公室空間實驗模型和小 型滅火性能測試裝置的設計構想，最後以流程圖來表示研究步驟。
第一節 10MW 大尺度燃燒分析裝置
本研究將利用 10MW 大尺度燃燒分析裝置和燃燒氣體排放連續線上 分析系統進行實尺寸火災實驗，此裝置設置於內政部建築研究所防火實 驗群（國立成功大學歸仁校區）之綜合實驗室南端，鄰近部材防火實驗 場。其基本功能在於量測分析大型物件或結構體於開放空間燃燒過程之 引燃特性、熱釋放率、質量損失率、有效發熱量、發煙特性、及毒氣分 析等。與本裝置相關之主體基本設計、量測儀器配置及分析計算原理，
可參考小型圓錐量熱儀設備標準，如：ASTM E1354 和 ISO 5660-1，以及 全尺寸房間火災試驗標準，如：ISO 9705。
10MW 大尺度燃燒分析裝置係由集煙罩、集煙彎管、混合管、量測 段、排氣彎管、與排氣管所組成，整體設備如圖 2-1 所示。大型物件或結 構體可置於升降平台上進行燃燒試驗，試驗區之燃燒煙氣由集煙罩收集
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後垂直向上流動，經由集煙彎管轉成水平流入混合管，經過量測段，再 由排氣彎管及排氣管排出。量測段設置於綜合實驗室東邊五樓工作室，
排氣管尾端穿出綜合實驗室南牆，再外接防火實驗群廢氣處理系統（圖 2-2 所示）。防火實驗群廢氣處理系統之大型抽風機，可提供本裝置之最 大煙氣流率為 30m3/s。
圖 2-1 大尺度燃燒分析裝置實際設備圖 (資料來源: 本實驗)
圖 2-2 廢氣處理系統 (資料來源: 本實驗)
燃燒氣體排放連續線上分析系統具備氣體組成、光學密度、流率⁄溫 度之量測功能，以及訊號輸出與數據處理之分析功能；藉此系統，可以 線上連續分析燃燒排氣之溫度與體積流率，以及大型物件或結構體於燃
第二章 研究方法及實驗規劃
(1) 氧氣消耗法(Oxygen Consumption, OC)
氧氣消耗法係藉由量測大氣與煙氣中氧氣濃度之差值，利用每單位
根據 Thornton【22】及 Huggett【23】研究發現，有機物在完全燃燒 後，每單位質量氧氣的熱釋放趨近一個定值；同時後者也在文中指出，
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修正方程式作為本實驗氣體濃度修正之計算式。
(2) 熱對流升溫法( Gas Temperature Rise, GTR )
( )
T e p e o
Q =m C T −T (2)
式(2)中me為進入量測段的煙氣總質量流率，Cp值取空氣 300K 時的 比熱 1.0035 kJ/(kg-K)，Te為熱電偶量得的燃燒反應後經過量測段煙氣溫 度，To為未燃燒前所測得之大氣平均溫度。對熱釋放率在 1MW 以下之大 型黃色火焰而言，本方式只能代表約 50~60%之熱釋放率，尚有約 30~40%
熱輻射及 1~5%熱傳導必須經由其他儀器測得。
第三節 多功能辦公室空間實驗模型和小型滅火性能 測試裝置的設計構想
利用已建立的辦公室空間實驗模型，擴充建置具備多功能的防火與 滅火實驗模型，其設計構想示於圖 2-3，實驗模型必須具備撒水系統、洩 水系統（地板坡度和洩水溝）、可動式屋頂、大面積觀測視窗（防火玻璃）
等。撒水系統必須可精確控制和調節水壓和水流率，且可於不同的位置 安置不同型式的水霧噴嘴。去年度實驗模型的缺失，例如：屋頂受熱變 形、接縫氣密不佳和集煙性能不完全等，將一併改善。
圖 2-3 多功能辦公室空間實驗模型的設計構想圖 (資料來源: 本實驗)
第二章 研究方法及實驗規劃 小型滅火性能測試裝置將仿照水對木框架火焰的抑制效應【21】研 究所使用的燃燒承架（如圖 2-4 所示）進行修改設計，實驗時待測物置於 燃燒承架的冷卻鋼管上，再將整體置於重量平台上，以保護重量平台。
燃燒承架上的冷卻鋼管通以連續流動的冷卻水。於冷卻鋼管下放置一錐 形漏斗，錐形漏斗下再放置一圓形承盤。燃燒實驗時脫落的高溫殘塊或 餘燼和噴嘴噴出的水經由錐形漏斗，再由圓形承盤承接。於待測物被引 燃前先置少許水量於承盤中，以保護重量平台，不致於受高溫影響其準 確性；且於不噴水的狀況時，燃燒脫落的高溫殘塊或餘燼可由此先予冷 卻。整體燃燒承架上方再配置一集氣罩，集氣罩外接 ISO9705 和 SBI 的 排氣管線，燃燒氣體可經由排氣管線進行量測分析後排出。
圖 2-4 燃燒承架和錐形漏斗設計圖 (資料來源: 本實驗)
第四節 研究步驟流程
本研究案將繼續進行全尺寸火災的滅火性能實驗，利用已建立的辦 公室空間實驗模型，配合由前期研究獲知的火災歷程，施予不同的滅火 手法，驗證性能法規的火災控制性能，探討並界定滅火性能的主控參數。
研究步驟的流程圖如圖 2-5 所示。
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分析木框架個別火載量 的滅火需求 小型滅火性能測試裝置 多功能辦公室空間實驗模型
性能式防火設計基準全尺寸驗證研究
全尺寸火災的滅火性能實驗
探討 並界定滅
火性
能的主控參數
驗證 性能法規
的火
災控制性能
建 立實驗規
劃與標
準作業程序
建 立全尺寸
火災滅
火的火場資料庫
建立木框架標準火載量 的滅火需求資料庫
圖 2-5 研究步驟流程圖 (資料來源: 本實驗)