第一章 緒 論
第三節 研究方法與流程
一、撒水頭試驗
(一) 撒水頭的抽樣及試驗
為調查於建築物設置一段時間之撒水頭，其放水性能是否會因為產品材質、
設置環境、管內水質而造成影響，本研究首先針對 107 年度、108 年度、109 年 度的新品撒水頭進行動作試驗，了解市面上銷售及安裝之撒水頭樣品的放水性 能試驗結果。在已設置之撒水頭取樣方面，本研究以 11 層以上且屋齡 20 年以 上之原有合法建築物為調查對象。表 1-1 為撒水頭取樣前基本資料調查表，調 查人員在取樣前必須事先取得該建築物管理權人或所有權人同意後，再實施撒 水頭取樣並進行動作試驗及熱氣流感應試驗。有關撒水頭試驗之研究流程如圖 1-2 所示。
圖 1- 2 撒水頭試驗研究流程圖 (本研究整理)
本研究撒水頭試驗場地為「財團法人消防安全中心基金會」之試驗室，依序進行新品撒水頭及建 築物取樣撒水頭試驗，透過試驗過程觀察、試驗結果分析並參考國外相關文獻，就設置於建築物 之密閉式撒水頭提出相關政策和制度上的建議。
表 1- 1 撒水頭取樣前基本資料調查表 取樣人員 取樣者姓名
取樣日期 ____/__/__
取樣地點 縣市；行政區；設置時間；系統年份
建築型態 □集合住宅；□商辦大樓；□住商大樓；□醫療機構；
□工業廠房；□旅館飯店；其他___________
產地類型 □台製品；□進口品 (本研究整理)
(二) 實驗儀器及試驗方法
撒水頭取樣後，本研究依據「密閉式撒水頭認可基準」依序進行外觀檢查、
耐洩漏試驗、動作溫度試驗、功能試驗及熱氣流感應試驗，相關試驗項目及判 定方式如下所列。
(一) 外觀檢查
外觀檢查是以目視方式，就下列各部分檢查有無製造上之缺陷：
1. 易熔片型撒水頭
易熔片、框架、調整螺釘等承受負載之部分，不得有龜裂、破壞、
加工不良等損傷，或嚴重斷面變形。
2. 玻璃球型撒水頭
玻璃球內之氣泡大小應穩定，且玻璃容器上不得出現有害之傷痕及 泡孔。
3. 共同檢查事項
(1) 迴水板應確實固定，不得有龜裂、砂孔、鰭片壓損、變形，或流水衝 擊所致之表面損傷。
(2) 調整螺釘之螺母部分及尖端之形狀，不得對撒水產生不良影響。
(3) 調整螺釘應確實固定。
(4) 裝接部分之螺紋形狀應符合標準，不得有破損、變形之現象。
(5) 噴嘴部分不得有損傷、砂孔、變形等不良現象。
(6) 墊片部分不得有位置偏差或變形現象。
(7) 撒水頭表面不得有危及處理作業之鐵銹或損傷。
(二) 耐洩漏試驗
圖 1-3 為耐洩漏測試設備，可同時試驗 20 個樣品，壓力計最高壓力可達 試驗壓力之 1.5 倍。採用空氣壓力作試驗時，能將樣品裝在水中並能使其與 水面約成 45 度。碼表附積算功能，精密度可設定為 1/5 s、1/10 至 1/100 s。
圖 1- 3 耐洩漏測試設備
使用耐洩漏試驗機將撒水頭施予 25 kgf/cm2之靜水壓力，保持 5 分鐘不 得有漏水現象。以目視檢查有困難者，則將撒水頭之墊片部分用三氯乙烯 洗滌乾淨、放置乾燥後，裝接於空氣加壓裝置之配管上，然後將撒水頭浸 入水中，施予 25 kgf/cm2之空氣壓力 5 分鐘，檢查有無氣泡產生，據以判斷 有無洩漏現象。試驗操作步驟如下：
1. 將樣品置於木架內及準備計時碼錶。
2. 取出撒水頭並安裝於靜水壓力試驗機之裝接配管上，將目視結果記錄於 試驗記錄表內。
3. 將撒水頭裝置配管置入水槽內，確認撒水頭完全浸入水中。
4. 打開氮氣(N2)瓶上之控制閥，並調整氮氣鋼瓶上之調壓閥至25 kgf∕cm2空 氣壓力。
5. 以碼錶計時 5 分鐘，並以目視檢查撒水頭有無漏水現象。
(三) 動作溫度試驗
將撒水頭置入溫度分布均勻之液槽內，標示溫度未滿79℃者採用水浴，
79℃以上者採用油浴。由低於標示溫度 10℃之溫度開始以不超過 0.5℃/min 之加熱速度昇溫直至撒水頭動作為止。圖 1-4 為實驗用動作溫度測試設備，
該高溫液槽能一次放入 8 個以上之樣品。槽內設置攪拌裝置，溫度計採雙
套管式水銀溫度計，溫度計量測範圍-30〜50℃(最小刻度在 0.2℃以下)，試 驗操作步驟如下：
1. 將樣品置於木架內及準備計時碼錶。
2. 打開玻璃球熱衝擊試驗機電源、加熱、時間控制器及馬達開關。
3. 將試驗水槽內加入適當之自來水。
4. 設定溫度控制器之溫昇速度及加熱時間後，按下溫度控制器開始加熱。
5. 直至撒水頭動作(釋放機構應能完全分解，如屬玻璃球型，其玻璃球應破 損)為止。
6. 目視觀察撒水頭之動作溫度，並紀錄測試結果，並依下列公式計算動作 溫度實測值(α0)與標示溫度(α)之偏差，其值用無條件捨去法取至小數第 一位。
偏差(%)＝ 0
− × 100 α
α α
圖 1- 4 動作溫度測試設備 (四) 功能試驗
當撒水頭設置於建築物後，可能因配管內水流的雜質、成分等物理或 化學性質，造成玻璃球止水墊沾黏撒水頭放水孔，或是易熔片機構無法在 撒水頭動作後正常脫落。因此，本試驗為既設撒水頭的重點試驗項目，目 的即是確認 O 型圈、彈片等零件不得塞住或卡住撒水頭放水孔，亦即不得 發生沉積現象。圖 1-5 為實驗用功能試驗箱，箱面玻璃保持清晰以供試驗 人員以於 60 秒內判別 O 型圈、彈片等零件是否落在迴水板上。螺紋接頭 可透過水平儀或角度儀校正，以確保垂直方可達到實驗要求，操作步驟如 下：
1. 將樣品置於木架內及準備計時碼錶、壓力錶、加熱吹風機及安裝工具和 止洩帶。
2. 啟動加壓幫浦，調整系統壓力至 0.5 或 3.5 或10 kgf∕cm2之水壓。
3. 關閉水源控制球閥。
4. 將撒水頭依正常使用之安裝方向，組裝於功能試驗箱配管後，開啟水源 控制球閥。
5. 打開熱吹風機，以目視觀察撒水頭動作情形。
6. 若出現沉積現象時，按下計時碼錶，沉積現象不得超過 1 分鐘。
7. 紀錄目視結果。
圖 1- 5 功能試驗箱 (五) 熱氣流感應試驗
本研究考量撒水頭長時間設置於建築物後，感熱元件材質可能因時間 或環境條件而影響其動作時間，因此針對建築物取樣之既設撒水頭進行熱 氣流感應試驗，以調查撒水頭的動作時間情況。圖 1-6 和圖 1-7 為熱氣流感 應試驗設備及配置圖，試驗設備能對撒水頭施以 1.0 kgf∕cm2的空氣壓，氣 流溫度控制精度為±2℃，氣流速度控制精度為±0.1m/s，操作步驟如下：
1. 撒水頭以聚四氟乙烯膠帶密封於試驗配管，施以 1.0 kgf∕cm2之空氣壓 力。
2. 試驗過程中，黃銅製裝置座溫度應保持在20±1℃。
3. 氣流溫度應在規定值±2℃以內。(一種為 135℃、二種為 197℃) 4. 氣流速度應在規定值±0.1 m∕s 以內。(一種為 1.8m/s、二種為 2.5m/s)
5. 安裝方向對水平氣流無方向性之撒水頭，可以任意方向裝置進行試驗；
而具有方向性之撒水頭，則以水平氣流對感熱元件影響最直接之角度為 起點。
6. 撒水頭應先置入20±2℃之恒溫槽內 30 min 以上，再迅速定位進行試驗。
7. 試驗時觀察撒水頭之動作狀況，其釋放機構應完全動作，且動作時間應 符合規定。
圖 1- 6 熱氣流感應試驗設備
圖 1- 7 熱氣流感應試驗設備配置圖 二、撒水設備放水試驗與模擬
由於管壁黏滯性(Viscosity)的影響，因此水流與管壁間會產生摩擦損失和壓 力損失。當配管因鏽蝕、雜質等因素造成管內徑變小或摩擦係數增加時，配管 摩擦損失將會隨之增加。Autoine de Chezy(1775)所發展的 Chezy Equation 是最 早研究流速與管路摩擦損失的關聯，1905 年由 Hazen 與 Williams 以流體實驗發 展出廣泛應用於各種管立摩擦損失的海森威廉公式(Hazen-Williams Equation)，
除此之外針對管系中摩擦損失計算還包括應用於層流流場的達西-偉斯巴斯方 程式(Darcy-Weisbach Equation)；應用於紊流流場的柯爾布魯克(Colebrook-White Equation)；沒有壓 力 的重力流場則以 曼寧 公式(Manning Equation)等驗算，
Moody(1994) 提出管內壁的光滑或粗糙度與摩擦損失阻力關係圖，進而得以快 速而準確解答 Colebrook Equation 中的 f 值。流體在管道內所產生的壓力與流 體的位能變化(elevation)及流體的密度或比重有關係，依質量守恆與能量守恆的 定律 Hazen – Williams Equation (1905)提出流體阻力損失所產生的能量方程式，
其關鍵係數則為摩擦損失(C 值)。下表為國際上普遍用於消防水系統進行水力計 算之之公式。
表 1-2 水系統配管摩擦損失公式彙整
國家 適用公式
臺灣、美國、日本、大陸 海森威廉公式 ∆P =𝐶6.05𝑄1.85𝑑1.854.87× 105
英國 達西方程式
g
v d f l
h 2
=
2俄羅斯 曼寧公式 5.33
2
295
2. 10
d
jn Q i =
(本研究整理)
Chang(2006)針對 Hazen – Williams Equation 中的 C 值進行不同管材與不同 年份的比較表，C 值確定後 Hazen – Williams Equation 即完全符合 Moody(1994) 與 Darcy，如表 1-3 所示:
表 1- 3 Hazen – Williams Equation 摩擦係數 C
管材類別 使用年份 C 值 管材類別 使用年份 C 值
ABS 熱塑性塑膠管 0 年 160 一般金屬管－直管 0 年 130
10 年 160
鍍鋅鐵管(GIP)
0 年 120
20 年 160 10 年 110
30 年 160 20 年 90
40 年 160 30 年 70
PVC/CPVC 熱塑性塑膠管
0 年 150
鑄鐵管(CIP)
0 年 120
10 年 130 10 年 107
20 年 110 20 年 95
PE/PP 其他熱塑性塑膠管 0 年 140 30 年 80
光滑金屬管－直管 0 年 140 40 年 65
水泥管 0 年 110 粗造管材 － 60
阻塞造成嚴重紊流 － 40
(本研究整理)
消防署於民國 87 年內消字第 87E0112 號頒布「消防幫浦加壓送水裝置等及 配管摩擦損失計算基準」(以下稱配管摩擦損失計算基準)之摩擦損失計算公式，
該公式源於 NFPA-13(Standard for the Installation of Sprinkler Systems)的海森威 廉公式(Hazen–Williams Formula)。將海森威廉公式的管材摩擦係數 C 值(friction loss coefficient)以碳鋼鋼管 C=120 代入 NFPA 13 23.4.2.1 配管摩擦損失計算公 式中，再進行單位換算後即為配管摩擦損失計算基準的公式內容。
表 1- 4 日本與美國加壓送水裝置相關規範索引
日本規範 美國規範
(本研究整理)
有關自動撒水設備之管路系統分析，本研究先挑選實驗場域進行現地試驗，
針對自動撒水設備最末端末端查驗裝置進行放水測試。將現地測試結果和水力 計算工具進行比較，確認水力計算工具正確性後，進行不同設計參數之樣本模 擬分析，並提出管理制度和政策上之建議。
圖 1- 8 自動撒水設備之管路系統分析研究流程圖 (本研究整理)
三、防災監控系統調查與整合
依各類場所消防安全設備設置標準規定，一定規模以上建築物應設置自動 警報設備，依建築技術規則及設置標準規範，高層建築物應設置防災中心，其 主要目的為提供火災時救災專業決策資訊，使救災人員能夠進行有效救災。傳 統 P 型或 R 型火警受信總機僅能呈現火警探測器及相關手自動探測元件提供的 火災資訊，無法有效提共建築物整合性災害搶救決策資訊，且二十年以上建築
依各類場所消防安全設備設置標準規定，一定規模以上建築物應設置自動 警報設備，依建築技術規則及設置標準規範，高層建築物應設置防災中心，其 主要目的為提供火災時救災專業決策資訊，使救災人員能夠進行有效救災。傳 統 P 型或 R 型火警受信總機僅能呈現火警探測器及相關手自動探測元件提供的 火災資訊，無法有效提共建築物整合性災害搶救決策資訊，且二十年以上建築