第五章 預備實驗與細水霧噴頭特性量測
第二節 細水霧噴頭粒徑量測實驗
為了對所選用之細水霧噴頭特性有基本概念，以及完成細水霧噴頭檢測規範草 案，因此在正式的車輛火實驗進行之前，吾人先對本研究使用之細水霧噴頭噴霧特性 於原廠噴頭規格所需壓力之固定水壓下進行粒徑量測。本研究採中用兩種細水霧噴
頭，分別是97 年委辦案陳俊勳教授使用的DANFASS噴頭以及內政部建築研究所專利 噴頭搭配5 顆子噴頭，噴頭概略特性如所表 5-1 所示。
表 5-1 研究中使用噴頭之概略特性表
DANFASS噴頭
內政部建築研究所專利噴頭 搭配5 顆子噴頭
操作壓力kg/cm2 80~100 60
噴霧角（度） 135 75
單顆噴頭流量（LPM） 4.5 10
照片
(資料來源：本研究)
為了瞭解細水霧噴頭的噴霧特性以及建立建研所的噴霧量測技術，吾人參考EN 14972 Fixed firefighting system-Watermist systems- Design and installation規範中附錄B
（Droplet size distribution determining procedure）的測試方式進行粒徑分佈量測。
粒徑量測使用的設備為建築研究所水霧實驗室內的Malvern，經由更換不同的鏡 頭，可以改變量測範圍，100mm鏡頭對應最大粒徑 100μm，中心粒徑為 50μm；200mm 鏡頭對應最大粒徑 500μm，中心粒徑為 250μm；400mm鏡頭為其量測最大粒徑為 1000μm，中心粒徑為 500μm。本研究採用的鏡頭為 400mm，所量得的粒徑分佈範例 如圖5-9 所示。
粒徑量測位置為參考EN 14972 附錄B進行，其量測點示意圖如圖 5-10 所示，量 測平面係於噴頭下方1m處進行量測，此量測平面規定與UL2167、FM750 相同，唯量
測點略有差異。依據圖5-10 所示，所需量測的點為共有 21 點，分別為四個相限 0.1D、
0.2D、0.3D、0.4D與 0.5D，其中D代表噴頭的防護半徑。本研究所使用的兩個噴頭量 測結果分別如表5-2 與表 5-3 所示，表中NA代表噴霧於量測點處太過於稀薄，無法量 測到數值。由粒徑量測結果得知，DANFASS噴頭與建研所專利噴頭的粒徑最大值均 小於1000μm。DANFASS噴頭的小顆粒較多且由其較低的穿透率（transmittion）顯示 噴霧濃度較高。此噴霧特性的差異對於滅火能力的影響，將於後續研究中進一步探 討，量測結果中，數值差異較大者，係由噴頭的不等向性造成。
圖 5-9 Malvern 粒徑量測結果-粒徑累積分佈圖 (資料來源：本研究)
圖 5-10 細水霧粒徑量測位置 (資料來源：EN14972)
表 5-2 DANFASS 細水霧噴頭粒徑量測結果
position x-cord y-cord transimittion Cv(ppm) SSA(m^2/cc) DV10 DV50 DV90 SPAN D[3][2] D[3][0] D[4][3]
1 0 0 35.39 2078.2 0.081 49.42 126.71 302.53 2.07 74.73 8.95 161.7 2 20 0 30.18 1903.5 0.102 40.61 105.74 263.87 2.04 59.19 7.55 140.51 3 40 0 30.73 1598.8 0.12 35.16 90.06 217.7 2.01 50 6.95 123.33 4 60 0 55.88 718.1 0.132 28.39 93.66 801.22 6.62 45.46 6.31 229.75 5 80 0 69.55 511.6 0.116 24.22 693.26 946.44 2.2 53.65 6.38 523.96
6 100 0 NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA
7 0 20 39.26 874.6 0.174 22.41 78.73 249.1 2.93 34.57 5.4 124.08 8 0 40 62.83 307.7 0.244 13.24 59.49 525.39 8.47 26.05 4.81 147.77 9 0 60 68.93 139.3 0.428 7.15 31.99 81.56 2.36 14.22 3.71 43.94 10 0 80 67.13 158.9 0.402 7.66 34.57 87.38 2.32 15.24 3.83 48.79
11 0 100 NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA
12 -20 0 19.59 2486.6 0.107 38.87 100.65 238.83 7.41 56.09 1.98 128.29 13 -40 0 37.4 1164.1 0.137 29.61 85.33 216.96 2.19 43.67 6.37 114.38 14 -60 0 65.76 319.1 0.213 15.98 63.18 207.2 3.13 29.02 5.26 95.36
15 -80 0 NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA
16 -100 0 NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA
17 0 -20 47.99 1432.2 0.084 49.86 138.28 318.08 2.01 72.76 8.14 168.75 18 0 -40 59.35 799.1 0.106 39.12 120.47 307.77 2.23 56.64 6.92 155.81
19 0 -60 NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA
20 0 -80 NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA
21 0 -100 NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA
average 49.28 1035.13 0.17 28.69 130.15 340.29 3.43 45.09 5.90 157.60
表 5-3 建研所專利噴頭搭配 5 顆子噴頭粒徑量測結果
position x-cord y-cord transimittion Cv(ppm) SSA(m^2/cc) DV10 DV50 DV90 SPAN D[3][2] D[3][0] D[4][3]
1 0 0 39.7 3696.7 0.041 74.92 226.75 581.66 2.24 145.65 21.98 281.6 2 20 0 69.51 922.2 0.064 49.94 140.09 357.41 2.19 92.57 14.59 179.22 3 40 0 67.67 1393.6 0.046 75.89 173.94 353.53 1.6 130.11 23.73 200.73 4 60 0 NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA 5 80 0 NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA 6 100 0 NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA 7 0 20 69.43 700 0.085 39.93 96.79 287.64 2.73 70.27 12.57 143.44 8 0 40 57.45 2183.1 0.042 72.73 225.18 578.29 2.25 143.34 22.17 279.56 9 0 60 NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA 10 0 80 NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA 11 0 100 NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA 12 -20 0 89.8 191.3 0.091 38.74 90.54 200.43 1.79 65.18 11.86 110.02 13 -40 0 71.73 1532.1 0.036 84.03 275.4 642.91 2.03 167.81 23.93 322.13 14 -60 0 NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA 15 -80 0 NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA 16 -100 0 NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA 17 0 -20 96.59 59.4 0.095 38.02 90.07 200.09 62.88 10.56 1.8 107.99 18 0 -40 66.6 1607.8 0.041 72.34 236.36 595.93 2.21 143.97 21.31 288.66 19 0 -60 NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA 20 0 -80 97.78 40.3 0.091 38.12 118.59 284.21 65.92 9.12 2.09 144.88 21 0 -100 NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA average 72.63 1232.65 0.06 58.47 167.37 408.21 14.58 97.86 15.60 205.82
第六章 細水霧滅火實驗 第一節 車輛空燒實驗
車輛空燒實驗旨在觀察並記錄當車輛起火時所產生之現象，並量測其熱釋放率 之變化與總熱量，作為後續滅火實驗對照數據。
1.實驗配置
車輛擺設方向如圖6-1，車體呈南北向，車頭朝南。為模擬車輛遭人縱火之情境，
兩側之前車窗皆開啟，而引火源為2 公升之汽油倒於駕駛座處，車體置於無頂蓋之框 架中，框架結構長 5.6m、寬 2.4m、高 2m。產生之煙氣由 10MW集煙罩收集並計算 其熱釋放率與總熱量，在車體內外均設有熱電偶以量測實驗進行中之溫度變化。
圖 6-1 車輛擺設方向圖 (資料來源：本研究)
車內設有編號D1 至D10 共 10 支熱電偶，其設置位置如圖 6-2 所示，奇數編號為 駕駛座側；而偶數編號為副駕駛側，對稱設置。D1 與D2 為引擎蓋下接近車前燈處；
D3 與D4 為引擎蓋下接近前檔風玻璃處；D5 及D6 分別設於駕駛座及副駕駛座之座椅 上；D7 與D8 設於後座座椅處；D9 與D10 則設於後車廂內接近後座處。
圖 6-2 車內熱電偶擺設位置圖 (資料來源：本研究)
圖 6-3 車外熱電偶擺設位置圖 (資料來源：本研究)
而車外之熱電偶設置如圖6-3，框架頂部設有 5 條熱電偶樹，編號C1 至C5 等間 距設置，間隔為1.4m。單一熱電偶樹中則水平等間隔設有 5 支熱電偶，間隔 0.6m，
由駕駛座側起編號 1 至 5，故以熱電偶樹C1 為例，由駕駛座至副駕駛座側即編號為
C1-1, C1-2, C1-3, C1-4 及C1-5。除框架頂部外，側面亦設有熱電偶樹，駕駛座側編號 T1, T2 及T3；副駕駛座側為T4, T5, T6。其中T1 及T4 與C2 對齊，而T2, T5 與T3, T6 分別和C3 與C4 對齊。其單一熱電偶樹中而垂直設有 4 支熱電偶，間距為 0.5m，編號 由上而下。
2.實驗歷程與結果
實驗歷程如表6-1 所示，倒入汽油並點火後，由於兩側前車窗開啟，火焰立即由 車窗處竄出(圖 6-4(a))。在 96 秒時，前檔風玻璃遭燒穿，火焰由該處竄出並迅速增大 (圖 6-4(b))，此時火勢仍集中前座處，而逐漸向後座延燒。至 230 秒時，後座車窗破 裂，中段車廂完全遭火焰吞没(圖 6-4(c))，但前後車廂尚未受波及。前後車廂分別到 671 秒與 725 秒時才有火焰冒出(圖 6-4(d))，並隨之引燃前後車輪。而至 864 秒後全 車引燃，火勢達到最大(圖 6-4(e))。隨後由於中後段車廂可燃物燒盡，僅餘前車廂繼 續燃燒，火勢逐漸轉小直到2250 秒實驗結束。
表 6-1 車輛空燒實驗歷程 0s 引燃 798s 保險桿脫落 45s 頂部脫落 809s 東側前輪爆破 88s 燒穿頂部 864s 全車引燃 96s 前檔風玻璃燒破 876s 東側後輪爆破 212s 後照鏡脫落 916s 西側前輪爆破 230s 東側後窗燒破 940s 西側後輪爆破
300s 西側副駕玻璃破 1113s 大量火焰由前車箱兩側冒出 485s 東側後門膠條脫落 1229s西側後輪避震器爆破
510s 西側後窗火冒出 1364s西側前輪避震器爆破 360s 東側後門燒穿 1616s火勢轉小
580s 引擎蓋冒煙 2250s實驗結束 671s 引擎室起火
725s 後車箱起火 745s 引擎室燒穿 781s 西側前車輪起火 (資料來源：本研究)
(a) 點火 (b) 前檔風玻璃燒穿
（C） 後車窗破裂 (d) 前後車廂引燃
(e) 全車引燃
圖 6-4 車輛空燒實驗相片 (資料來源：本研究)
而實驗中之熱釋放率變化及總熱量如圖 6-5 所示，其中THR為累計熱量，而 CO2&CO、O2C-ISO及GTR分別為利用一氧化碳與二氧化碳產生率法、氧氣消耗法與 質量損失率法計算所得之熱釋放率，當中氧氣消耗法其準確度較佳。由圖可知，車輛 空燒其總熱量約在 3500MJ上下，而熱釋放率之變化可與實驗歷程對照：由點火到火 勢在中段車輛完全成長，僅費時約200 秒，而在 864 秒全車引燃前，火勢被局限於中
段車廂，其熱釋放率約為1.7MW；在全車引燃後，熱釋放率快速上升至最大值約 5MW
0 500 1000 1500 2000 2500
Time(sec)
0 1000 2000 3000
t(s)
0 1000 2000 3000 t(s)
0 400 800 1200
T(o C)
D2 D4 D6 D8 D10
(b) 副駕駛座側
圖 6-6 車內溫度圖(車輛空燒) (資料來源：本研究)
圖6-6 為車內溫度圖，車內最高溫度約為 800℃，且車內各位置其溫度分佈十分 均勻，除車頭(D1 及D2)與車尾(D9 及D10)處外，溫度曲線之變化相當一致。
圖6-7為車輛上方溫度圖，由於熱電偶樹C3設置於前車窗處，其測得之溫度最 高，可達約700℃，所測得之最高溫度隨遠離中央而下降，其最高溫出現之時間亦隨 之延後。熱電偶樹C3之設置位置，在點火後立即受煙氣及火焰的直接加熱，因此溫 度最高；而熱電偶樹C3中，最高溫出現在C3-2，即為駕駛座之位置，C3-3(中央)與C 3-4(副駕駛座)的溫度次之；熱電偶樹C2及C4距離中段車廂較遠，其最高溫度約為600
℃，而最高溫出現時間約為900秒，即全車引燃後，熱釋放率達最大值之時間點，且 溫度隨熱釋放率下降而快速下降；熱電偶樹C1及C5則位於車頭與車尾上方，距離中 段車廂最遠，溫度變化較小，而最高溫僅約200℃。
圖6-8 為車輛側面溫度圖，與車輛上方之溫度相較下，側面測得之溫度均較低，
最高約在300℃至 400℃，主要為設置位置較遠離車體（約 40~60cm），不受煙氣與 火焰的直接接觸，且各熱電偶樹之溫度均隨高度下降而下降。
0 1000 2000 3000
0 1000 2000 3000
t(s)
0 1000 2000 3000
t(s)
0 1000 2000 3000
t(s)
0 1000 2000 3000
t(s)
0 1000 2000 3000
0 1000 2000 3000
t(s)
0 1000 2000 3000
t(s)
0 1000 2000 3000
t(s)
0 1000 2000 3000
t(s)
0 1000 2000 3000
t(s)
第二節 車輛泡沫滅火實驗
車輛泡沫滅火實驗旨在測試以泡沫噴頭搭配泡沫滅火劑對車輛火災之滅火能 力，作為細水霧性能比較基準。
1.實驗配置
車輛擺設方向及熱電偶樹之設置與車輛空燒實驗相同，唯框架頂部加設鋼板以 模擬機械式停車格上下侷限之空間條件。為了解同一停車格中，下方車輛起火對上方 車輛之影響，吾人在鋼板上方增設熱電偶樹，由車頭至車尾編號B1 至B3(圖 6-9)，各 熱電偶樹包含2 支熱電偶，分別設於駕駛座側(B1-1, B2-1, B3-1)與副駕駛座側(B1-2, B2-2, B3-2)。
圖 6-9 鋼板上方熱電偶擺設位置圖與泡沫噴頭配置平面圖 (資料來源：本研究)
本研究使用泡沫噴灑頭配合水成膜泡沫液（DARCON SUPER KF3%），事先將 泡沫液以調成 3.7%濃度，備置於水槽中，再以消防泵輸出，出水壓力為 3.5kg/m2，
車頭
車窗 框架
2m 1m
泡沫噴頭配置乃參考台南XX百貨地下停車場機械式停車格下層空間之配置，共使用 四顆噴頭，左右各兩顆，距離為2m，噴頭高度位於 1.7m，垂直向下噴射，平面示意 圖如圖6-9 所示。
2.實驗歷程與結果
實驗歷程如表 6-2 所示，點火後 30 秒啟動泡沫撒水系統(圖 6-10(a))，啟動後隨 即產生大量黑煙與白煙，而火焰亦由車窗處竄出(60 秒時)。83 秒時，前檔風玻璃燒 裂(圖 6-10(b))，而隨裂隙成長火焰迅速增大，但僅限於中段車廂內，而前後車廂、車 頂及後車窗受泡沫包覆未有破損。630 秒後火勢轉小，但未能完全熄滅，到 969 秒（約 16 分）因泡沫液準備量不足而實驗終止，改以消防水柱進行人工滅火。
表 6-2 車輛水霧滅火實驗歷程 0s 引燃
18s 大量黑煙 30s 啟動泡沫撒水 50s 大量白煙及黑煙 60s 火焰自兩側前窗竄出 83s 前檔風玻璃破裂
136s 前檔風玻璃裂隙擴大，火勢加大 630s 火勢轉小
969s 停止撒水，實驗終止，開始滅火 (資料來源：本研究)
(a) 啟動撒水頭 (b) 前檔風玻璃破裂 圖 6-10 車輛泡沫滅火實驗相片
(資料來源：本研究)
實驗之總熱量及熱釋放率如圖 6-11，與空燒實驗相較下可發現其總熱量相當 低，僅170MJ；最大熱釋放率也僅達 0.5MW以下(氧氣消耗法)，顯示出泡沫滅火系統 於本案例中雖無法滅火，但可有效抑制火勢成長、避免延燒。
由車內溫度(圖 6-12)可發現火勢集中於中段車廂處(D5, D7, D6, D8)，最高溫可達 550℃，開始撒水後則維持在 250℃~300℃時；而前後車廂之溫度顯示出泡沫撒水系 統在隔絕熱量、抑制延燒方面效果十分出色，除實驗初期溫度略為上升外，在實驗中
由車內溫度(圖 6-12)可發現火勢集中於中段車廂處(D5, D7, D6, D8)，最高溫可達 550℃，開始撒水後則維持在 250℃~300℃時；而前後車廂之溫度顯示出泡沫撒水系 統在隔絕熱量、抑制延燒方面效果十分出色，除實驗初期溫度略為上升外，在實驗中