雙開口部實驗

1 2 3

Q

O

(M W )

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

TH R (M J )

0 300 600 900 1200 1500

0 0.2 0.4 0.6 0.8

Q

T

(M W )

t (s)

.

.

Oxygen Consumption ORT0-20/35Hz

Gas Temperature Rise ORT0-20/35Hz

ORT0-20/35Hz 35Hz

20Hz

圖5.33木框架實驗之熱釋放率變化圖

第四節 雙開口部實驗

本次實驗以內政部建築研究所台南歸仁防火實驗室一樓辦公室之空 間擺設，做一實際火災模擬。

一、 實驗儀器配置位置

圖 5.34 為本次實驗燃燒儀器配置之規劃圖，空間尺寸為 6m×5m 之平 面，高度為 2.4m，牆壁由厚度 0.2m 不可燃之 ALC (Aerated Lightweight Concrete)板所構成。整個配置依照實際辦公室內容為主，如圖 5.34 所 示，包含辦公椅（六張）、屏風（六組）、桌板（六組）、高木櫃（三組、

辦公室北邊）、中木櫃（三組、辦公室西邊）以及矮木櫃（三組、辦公室 東邊），引火前辦公室內擺設照片，如圖 5.35、圖 5.36 所示。

辦公室東北邊及東南邊各有一個開口，尺寸為 1.8m×0.6m；東北邊的 開口主要作為新鮮空氣之供應，東南邊開口則是作為廢氣排放。辦公室 南邊上方為 10MW 大尺度燃燒分析裝置之大型抽煙罩，主要用來吸引廢 氣，並由氣體分析儀分析廢氣組成，同時估算熱釋放率。本次實驗東南 開口部為上半開，東北開口部為下半開。圖 3-2-1(a)上虛線之圓形符號 代表引火源的位置，引火源以丙烷燃燒器提供 30kW 之熱源加熱至完全引 燃為止（1650 秒）。TC 代表熱電偶位置，整個辦公室空間規劃七組熱電 偶樹，和七個熱電偶，熱電偶之種類為 K-type 形式。另有五組熱輻射計、

壓差計、氣體分析儀、內視鏡，其數量、位置及高度如表 5.4 所述：

7 1

3

4 5

6

T1

T0 T2

T3 1

2

3 4

T4 T5

T7 T6

R3

R4 R1

R2

R5 Inlet

Outlet G-1

G-2

圖5.34雙開口部辦公室火災實驗配置圖

表 5.4 雙開口部辦公室火災實驗儀器配置

儀器名稱 數量 位置及代號 距地高度 方向

熱偶樹 7 個 TC1、TC2、TC3 TC4、TC5、TC6 TC7

註 1

熱輻射計 5 個 R1、R2、R3、R4、R5 R1、R4：150cm R2、R5：180cm R3：置於地面

R1 面向東方 R2 面向南方 R3 面向上方 R4、R5 面向西方 內視鏡 2 台 V1、V2 150cm V1 面向東南方

V2 面向東北方 熱電偶 7 個 T0、T1、T2、T3

T4、T5、T6、T7

T0~T1：230cm T4：150cm T5：30cm T6、T7：180cm

T4：東南向 T5：東北向 T6：西南邊 T7：西南邊 壓差計 2 個 BOD^In、BOD^Out BOD^In：30cm

BODOut：150cm

BOD^In：東北向 BODOut：東南向 氣體分

析儀

2 組 G-1、G-2 G-1：180cm G-2：180cm

G-1：西北向 G-2：東南向 註 1：每組熱電偶樹由地面算起至天花板，共分 10 個點，從天花板算起第 1 點

到第 2 點相差 10cm，其餘 9 點間距各為 30cm，總長度為 250cm。

圖5.35 家具實際擺設和熱偶樹TC6、TC5、TC4位置圖(由左到右)

圖5.36 北牆之木櫃4組、及東北部開口 二、 火災過程

本次實驗，由引火源到熄滅共歷時約 4000 秒。閃燃約在 1600 秒發 生。而火勢最大是在約 3000 秒時，詳細的火災觀測如表 5.5 所示：

三、 火場溫度

圖 5.38（a）及圖 5.38(b)分別代表熱偶樹 TC1 到 TC7 之溫度變化。

以上層溫度而言，除 TC1 因位於氣流出口處，溫度較低之外，其餘各點 溫度皆很類似。除 TC1 之外，TC2~7 皆可達 1000^OC 以上。而 TC1 在 3500 秒之後上升到 1000^OC 是因為此時火亦由東北開口噴出之故。除 TC1,8、

TC1,9 及 TC2,9 因靠近氣流入口，溫度不上升，其餘下層溫度在 2000 秒 後也都超過 1000^OC。所有曲線在 t=1600 秒時皆有陡升且溫度皆超過 600^OC，代表閃燃於此刻發生。另外 TC5 下層各點溫度上升較慢，乃是這 一區最晚點著之故。火場溫度在 3500 秒後開始降低。圖 5.39 代表房間 四個角落之溫度，T1 最高乃因最早點燃且氣流較不流動。T2 最低乃因最 晚點著，所有各點在 3000 秒達到最高值，皆大於 1000^OC，其後溫度下降。

表 5.5 雙開口部辦公室火災實驗之火災歷程

時間歷程 發生現象 參考相片

0 秒 引燃引火源

162 秒 開始冒出陣陣的黑煙

184 秒 火勢轉大，可能是因為點火源正上方的桌板

燃燒所導致的反應 圖 5.37(a) 235 秒 火勢變小呈悶燒狀態，黑煙由小轉大並大量

的從出口部冒出

367 秒 火勢變大，點火源附近的桌椅開始燃燒 404 秒

火勢開始變小並冒出大量的黑煙，實驗場地 處於悶燒的狀態，所有的監看設備此時都呈 現漆黑的畫面，只有一些零星火光出現

圖 5.37(b)

758 秒 強烈的熱氣從出口部竄出，使得攝影機的畫 面因受熱而鏡頭模糊

759 秒 火焰開始變大

850 秒 火勢非常的強烈，這時還是會有黑煙竄出 1140 秒 火焰變得更大，黑煙逐漸變少，矮櫃邊的隔

板開始燃燒

1260 秒 火光逐漸增大，靠近進風口東邊的矮櫃開始

燃燒 圖 5.37(c)

1440 秒 北方壁面的矮櫃開始燃燒 圖 5.37(d) 1492 秒 火焰跟黑煙從進風口竄了出來 圖 5.37(e) 1591 秒 矮櫃的燃燒使得火勢增大，燃燒更劇烈

1625 秒 整個實驗場地火勢瞬間加大，這時候南方的

矮櫃也開始燃燒，發生閃燃現象 圖 5.37(f) 2000 秒 不斷有火焰從出口部竄出 圖 5.37(g) 3241 秒 火勢開始轉小

3268 秒 開始沒有火焰從出風口竄出 圖 5.37(h) 4000 秒 實驗結束

(a)東南開口部(184 秒) (e)東南開口部(1492 秒)

(b)東南開口部(404 秒) (f)東南開口部(1625 秒)

(c)東南開口部(1260 秒) (g)東南開口部(2000 秒)

(d)東南開口部(1440 秒) (h)東南開口部(3268 秒)

圖5.37雙開口部辦公室火災過程照片

0 1000 2000 3000 4000

0 1000 2000 3000 4000

t(s)

TC3,0 ORT1 TC3,1

0 1000 2000 3000 4000

t(s)

TC4,0 ORT1 TC4,1

圖5.38(a) 雙開口部辦公室火災熱偶樹溫度變化圖(TC1~TC4)

0 1000 2000 3000 4000

圖5.38(b) 雙開口部辦公室火災熱偶樹溫度變化圖(TC5~TC7)

0 1000 2000 3000 4000 t(s)

0 200 400 600 800 1000

T(o C)

T0 T1 T2 T3

ORT1

圖5.39雙開口部辦公室火災之房間4個角落熱電偶溫度變化情形 圖 5.40 代表東北及東南兩個開口部的氣流溫度，T4 及 T5 在 1600 秒 開始才突然上升表示氣流此時才開始變大。T4 為氣流出口故溫度永遠高 於氣流入口之 T5 溫度。T4 在 2000 秒左右陡升但 T5 並無此現象，其後 T4 漸降，但 T5 反而漸升，乃因氣體有部分轉由 T5 處噴出之故。

0 1000 2000 3000 4000

t(s)

0 200 400 600 800 1000 1200

T(o C)

T4 T5

ORT1

圖5.40雙開口部辦公室火災房間進出口溫度

圖 5.41 代表西牆內外溫度，T6 為牆內面溫度，在 1600 秒開始急速 上升，到 3100 秒達到 1000^OC 以上，此時是西南角正在燃燒之時。但外牆 一直維持在 200^OC 左右，這表示 ALC 隔熱效果良好，但熱傳導損失到大氣 也越來越多，故由 10MW 量得之對流熱釋放率一定會偏低。

圖 5.42 代表 O²及 CO 的變化，CO 在 2000 秒左右突然上升，明顯表示 室內 O²不足，燃燒不完全之故。由 O²曲線可看出，G-1 因在氣流出口，

O²被火焰消耗故 O²濃度降低至幾乎為 0，而 G-2 是在氣流入口有新鮮空氣 進入故 O²濃度較高。CO 偵測器在 2000 秒左右故障，故其後無資料。

圖 5.43 代表熱通量變化，在 1400 秒之前因火勢不大幾乎無資料，

到 1400 秒之後，R4 和 R5 可觀察到較大的火勢，是因為視角較佳。而 R3 在約 2000 秒時測到 20kW/m²之熱通量，可說閃燃發生。但因卻冷水供應 不足，致使所有熱輻射計皆產生故障，可於圖中看到資料上下劇烈跳動，

已無有效數據。

圖 5.44 表示熱釋放率的變化，圖上

Q

& 代表氧氣消耗法所求得之總熱₀ 釋放率，THR 代表由

Q

& 對時間積分所得之總熱釋放量，₀

Q

& 代表以抽氣氣_T 流溫度計算之顯熱所對應的對流熱釋放率。因抽氣量不足有漏煙狀況，

故在 1600 秒左右加大抽風量，將 30Hz(抽氣馬達變頻器)增加到 50Hz，

最高

Q

& 在 2000 秒達到 5MW，隨後漸降。₀

Q

& 在 2000 秒達到 2.5MW。而 THR_T 總累積量在 4000 秒達到 5000MJ。總熱釋放率 Q⁰特性為陡升陡降，真正維 持在 3MW 以上的時間大約只有 500 秒。

本次實驗中，由溫度曲線（600⁰C）判斷之閃燃發生時間為 1600 秒，

而由熱通量（20kW/m2）判斷的閃燃時間為 2000 秒。而由實際火場現場 觀察，確定閃燃時間是在 1600 秒。也就是說，以煙氣上層溫度 600⁰C 來 判斷閃燃較為準確。

0 1000 2000 3000 4000

t(s)

0 200 400 600 800 1000

T(o C)

T6

T7 ORT1

圖5.41雙開口部辦公室火災之內外牆溫度

0 1000 2000 3000 4000

t(s)

0 5 10 15 20

O

2

(%)

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

CO(%)

ORT1

G-1 G-2

圖5.42雙開口部辦公室火災之實驗屋氣體濃度

0 1000 2000 3000

0 1000 2000 3000 4000 -400

0 1000 2000 3000 4000

0

Oxygen Consumption ORT1-30/50Hz

Gas Temperature Rise ORT1-30/50Hz

OTR1-30/50Hz

50Hz 30Hz

圖5.44雙開口部辦公室火災之熱釋放率變化圖

在文檔中 建築防火安全設計與驗證研究(以辦公室為例) (頁 148-160)