研究緣起與背景

第一節 研究緣起與背景

在建築物火災過程中，從起火至閃燃期間，是防火工程上欲竭力避 免人員傷亡及財物損失的重要階段。一旦發生閃燃，溫度會急劇上升、

毒煙及燃燒氣體量激增、氧氣濃度急速減少、壓力變化亦甚大，人在室 內已難以存活，所有人員應在閃燃發生之前逃避至安全處。因此在性能 式法規架構中，起火至閃燃的時間評估扮演著非常重要的角色。防火或 耐火設計首先要建立預測期間內分區火災特性的模型，對於可燃物分佈 不均勻或者類似於大空間火災，分區火災特性主要受到下列因素的影 響：(1)建築物的形態（分區的形狀、尺寸），(2)開口部位的形狀、尺寸，

(3)分區周牆的熱性質，以及(4)可燃物的種類、數量和存放狀態。目前許 多先進國家（美、英、日、紐、澳、瑞典）的防火或耐火設計法中，將 房間開口通風特性及火載量列入主要設計參數，而且火載量型態亦為重 要參數，惟量化與評估較為困難。基於此點，國內在防火或耐火設計的 發展，除了引入先進國家的防火性能式設計法與國際接軌外，需進一步 考慮如何針對目前國內現況修訂相關設計參數以符合所需，俾利推廣及 實際進行性能式設計法。

一般建築物區劃空間的火災，自火源點燃開始，其火勢成長速度的 快慢，與其災害範圍的大小，受到許多參數的影響。針對建築物區劃空 間火災的發展過程，我們於此逐步加以描述，並藉此說明其相關影響參 數。火災通常必須經由可燃物本身著火後形成燃燒現象，即稱為起火。

造成起火的原因非常廣泛，常見有電器用品所引起的電線走火、香菸引 起的失火、來自鄰近建築物之的燒、或是人為縱火等等。此一時期又稱 為火災的醞釀階段，小火源本身如果自行熄滅或者不會接續引燃其他的 可燃物體，那麼就不會引起火災。火源能否在可燃物持續延燒成長，與 以下因素有關：(1)材料曝火面大小，(2)材料受熱裂解的溫度與速率，(3)

建築物火災於防火性能的全尺寸驗證與整合分析 引燃溫度及引燃所需最低氧氣量。

以一般房間中的沙發椅被引燃後（如圖 1-1a 所示）的火災歷程為例，

沙發椅上的引火源會迅速的形成火柱（如圖 1-1b 所示），燃燒釋出的能量 一部分（約 35%）以輻射熱方式傳遞到房間內可燃物、牆壁以及天花板，

其餘的部分（約 65%）則隨著火柱往上流動。房間內的火災，初期並不 會受到封閉空間的影響，其燃燒現象完全由燃料來主導。沙發的強烈火 焰，藉由輻射、對流、傳導等方式使整個房間溫度上升，如此一來加速 了其它部分材料的焦化裂解而助長燃燒，此時稱為火災發展期，而影響 這一階段的因素包含：(1)材料的著火性及發熱性，(2)材料表面的燃燒特 性與曝火面大小，(3)房間內可燃物的數量與尺寸，(4)房間內可燃物的間 隙及可燃物堆積的高度，(5)點火源的大小與位置，(6)房間開口部的尺寸 與位置，(7)風向及風速，(8)房間形狀與尺寸。

接下來燃燒範圍由起火點向外延燒，溫度快速上升，往上流動的熱 氣流吸入房間的冷空氣，少量的燃燒產物和大量的空氣混合，使得火柱 下游的質量流率增加，但是氣流溫度和燃燒產物濃度卻反而下降。火柱 上方具渦漩流動特性的煙柱，衝擊天花板而形成天花板噴流（如圖 1-1c 所示）。若在建築物中，大量使用易燃裝修材料裝修天花板，此時火勢將 迅速延燒天花板，甚至快速、大面積橫向延燒。燃燒的天花板產生大量 的輻射熱向地面放射，促進地板可燃物燃燒速度，如此一來天花板、壁 面、地板橫向與縱向的相互連鎖反應，使得火勢成長更快。接著水平四 散的天花板噴流碰到房間壁面後，沿著壁面往下流動（如圖 1-1d 所示）；

由於噴流溫度高於房間空氣溫度，而其密度則低於空氣密度，往下流動 噴流受到向上浮力影響而趨緩。房間壁面也會對往下流動噴流產生阻力 作用，並同時經由熱傳而將噴流冷卻。相較於連續流動的天花板噴流，

浮力效應和壁面作用，最後使得房間上層氣流顯得遲滯不動。房間上方 的天花板噴流和壁面噴流交互作用的結果，在天花板噴流下方，將形成 一高溫而遲滯不動的均勻厚度煙氣層，與房間下方冷空氣存在一明顯交

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界面，其厚度不斷向下擴展，溫度和煙濃度也持續增高（如圖 1-1e 所示）， 其下方可燃物，受到由上而下的輻射熱也逐漸增加。材料因為熱分解產 生的可燃性氣體在室內高處蓄積，一但此氣體與空氣混合，氣體濃度到 達燃燒界限時，則會瞬間爆發讓整個室內頓時陷入火海中，使局部燃燒 變為整體全面燃燒。或當輻射熱造成地面可燃物之溫度達到燃點時，就 會產生全面性猛烈的燃燒，所有可燃物被瞬間引燃，釋出大量能量，此 即「閃燃」現象。

(a) (b) (c)

(d) (e) 圖 1-1 居室內沙發之火災歷程 (SFPE Handbook)

閃燃發生後會使溫度急速上昇而濃煙及炙熱氣體量也會激增。閃燃 是室內火災從成長期進入全盛期的過渡階段，時間很短。火勢過了最盛 期後，進入衰退期，此時可燃物幾乎燒盡。當閃燃發生，空間內溫度將 遽增，而在如此環境中人員絕對不可能存活。因此從火勢形成後到閃燃 發生之前，是介入滅火拯救人命的重要時段，若人員受困也只有在這段 時期可能逃出該區域。一般建築物的火災歷程，依室內溫度（或熱釋放 率）變化及火災現象之不同，可細分為引燃期、成長期、閃燃、全盛期

建築物火災於防火性能的全尺寸驗證與整合分析

和衰減期等時期，同時考慮火災歷程對於人員安全造成危害的影響因 子，包括：氧氣耗盡、火焰、熱、毒性氣體、煙和結構強度衰減等六大 效應，吾人可以針對不同時期及其可能產生的危害效應，提出適當對應 的防火策略，如圖 1-2 所示。

防火對策包括三大基本策略，火災預防、火災控制和避難救助；其 努力方向在於：(1)防止起火，預防失控燃燒狀況發生。(2)延緩或防止室 內延燒及火場向外擴大。(3)減低煙毒氣體生成量。(4)確保火災時避難救 助行動的安全性和有效性。其方式可分為以材料、構件、構造為主的自 然式或被動式防火(passive fire precaution)，及以消防安全設備為主的積極 式或主動式防火(active fire precaution)。防止火災的延燒擴大，基本上有 滅火、延遲、限制等三種方法。滅火法係使用滅火設備，在火災初期進 行撲滅及壓制行動。延遲法利用室內裝修不燃化及減少可燃物量，來抑 制急劇燃燒。至於限制法，則是藉劃定區間來阻止火災擴大至另一區間，

如防火安全區劃(fire safety compartment)。

圖 1-2 一般火災歷程 (本研究案)

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