第一章 緒論
第二節 研究方法及流程
本所建立之 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，可用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、有效發熱量、發煙特性、及毒氣分析等。
本研究將針對一般居室和辦公室，分別建構規格式及性能法規防火 設計實驗模型；利用 10MW 大尺度燃燒分析裝置，執行實尺寸火災實 驗以驗證性能法規的防火性能，並經由火災歷程來探討並界定防火 性能法規的本土參數，進而建立適當的經驗公式或分析模式。本研
究的工作內容說明如下：
1.針對辦公室，建構實尺寸模型，考慮不同火源（起火點和發熱量）、 可燃物（火載量和配置）、空間設計等參數，於火災成長各階段及 避難之計算模式與實測之影響程度探討。
2.執行實尺寸火災實驗，分析火災（引燃、延燒、閃燃、熄滅）歷 程，探討火場溫度、熱釋放率（對流、輻射及總熱釋放率）、發煙 特性之變化，其實驗值與計算值之差異。
3.分析比較辦公室空間配置，全尺寸燃燒實驗內部危害因子造成避 難容許時間之影響，包括：溫度、輻射熱值、氣體濃度以及煙粒 子濃度(遮蔽率)等因子之影響。
4.經由實尺寸火災實驗結果，檢證防火性能。
5.探討並界定性能法規的防火性能的本土性參數及各因子影響程 度，以作為性能設計模式之修訂參考。
本研究將針對一般辦公室，建構實驗模型；利用 10MW 大尺度燃 燒分析裝置，執行實尺寸火災實驗以驗證性能法規的防火性能，並 經由火災歷程來探討並界定防火性能法規的本土參數。以下將介紹 辦公室實驗模型所考慮的測試空間與火載量，實尺寸火災實驗所使 用的 10MW 大尺度燃燒分析裝置，以及熱釋放率分析方法，最後以流
程圖表示研究步驟。
一、測試空間與火載量
本研究將藉由辦公室的實尺寸火災實驗，驗證性能法規的防火 性能，同時經由火災的歷程，來探討並界定防火性能法規的於本研 究條件下之主要及本土性影響因子。以下針對居室和辦公室實驗模 型所考慮的測試空間與火載量加以說明。
1.辦公室空間之選取
依據中央政府一般辦公室面積編列標準21，如表 1.1 所示，第 五級 L 型行政人員所使用辦公室面積為 5.1m2。為方便實驗之進行，
辦公室面積使用與居室面積使用相同訂為 10.8m2，此面積可容納 2 名辦公人員，假設其基本擺設有辦公桌×2、置物櫃×2、椅子×2，如 圖 1.3 所示。
21 陳韶賜、陳邁和楊逸詠，「中央政府一般辦公室空間面積編列標 準」，行政院公共工程委員會研究報告 ，PCC89-技-10，p.41。
表 1.1 一般辦公室面積類型 21
人員辦公室空間類型 使用面積 m2/人 H 122.5 M 90 第一級
L 63.6 H 64.7 M 50.3 第二級
L 34.2 H 33.8 M 25.5 第三級
L 20 H 15.8 M 12.9 第四級
L 8.8 H 12
第五級 M 8
L 5.1
桌子 桌子
椅 椅
櫃子 櫃子
圖1.3 一般辦公室配置圖
.2.火載量的調查
根據文獻22如表 1.2 所示，係基於以下幾點基本假設：(a)整棟 建築物可燃燒的物質是均勻分佈。(b)在火災中所有可燃燒物質均包 含在內。(c)在火災居室中，所有可燃燒的物質將經歷完全燃燒。(d) 火載量可以是不同物質熱含量所計算之總合，並可以轉換為等值的 木材重量（火負荷當量）。其研究結果和各國相關文獻進行比較發現
（見表 1.3），火負荷當量密度平均值介於日本相關研究所得到數據 之間，但高於美國甚多，也比文獻 23之結果高出 8kg/m2，可見火載 量密度之改變與年代因子有關，亦與地域條件因子相關。若分析各 樣本之火載量最大值，可以得到兩個結論：(a)火載量最大值約比文 獻 24所得到之研究結果高出約三倍。火載量之主要來源為廚櫃、沙 發與傢俱等發熱量大之物件。(b)火載量之大小與居室內擺設傢俱種
3.00m
類及用途因子有關，和使用人數無直接影響性。
Robertson
& Gross 築學會第十三屆建築研究成果發表會論文集，pp.829~832，2001。
23Yii, H.W., “Effect of Surface Area and Thickness on Fire Loads”, Fire Eng. Research Report, 2000.
三、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 線上分析系統及 6×6×6m 之實驗屋進行實尺寸火災實驗。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、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 1.4 所示。大型 物件(如床等家具)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。排氣管 尾端接廢氣處理系統（圖 1.5 所示）。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。
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
件或結構體於燃燒過程之熱釋放率、發煙特性、及毒氣分析等。其 主要設備包括：(1)氣體分析系統（含 O2、CO、CO2、NOX、HC 分析儀 和氣體採樣／校正系統）、(2)光學密度分析儀、(3)流率／溫度監測 儀以及(4)數據處理系統等。
圖 1.4 大尺度燃燒分析裝置實際設備圖 圖 1.5 廢氣處理系統
四、熱釋放率分析
利用燃燒產物分析來計算熱釋放率的方法有：(a)氧氣消耗 法、(b)CO 及 CO2生成法、(3)熱對流升溫法。前面兩者係量測燃燒 前後煙氣中氣體濃度的消耗及生成量，藉由其單位質量變化所釋放 的固定燃燒熱來求得熱釋放率，故可稱作氣體燃燒熱法。熱對流升 溫法則是利用燃燒後煙氣之熱對流效應，藉由量測混合氣前後焓差 來求取其熱釋放率。本研究之熱釋放率計算主要以氧氣消耗法為 主，同時以熱對流升溫法搭配熱輻射分析作為比較。
本研究將針對一般居室和辦公室，分別建構規格式及性能法規 防火設計實驗模型；利用 10MW 大尺度燃燒分析裝置，執行實尺寸火 災實驗以驗證性能法規的防火性能。研究步驟的流程圖如圖 1.6 所 示。
圖1.6 研究步驟流程圖 辦公室模型選定
火源、可燃物、空間設 計等實驗設計因子數選
進行實尺寸火災實驗 分析火災歷程
(引燃、延燒、閃燃、熄滅)
分析火場溫度、
熱釋放率、發煙特性之變化
防火性能檢證
性能法規本土參數及影響因子分析 家具燃燒性實驗
火災歷程各階計算