CNS 大尺度防火試驗火源

第二章 火災模擬實驗火源探討

由 Lisa Choe等人(2018)以鋼結構梁在局部火災加熱試驗，結果顯示，在每 次試驗試體的加熱速率對所使用的規定熱釋放率與時間關係是敏感的，可見火災

6

且主要以國家標準為優先，以下就國家標準在大尺度火災模擬所使用之火源進行 探討，以作為本研究火源建立之參考。

一、CNS 15048建築材料耐燃性試驗法－全尺度燃燒試驗法

本標準在規定建築材料曝露於單一燃燒火源時，其耐燃性能之試驗方法，試 驗以具單一開口且通風條件良好之測試房間(圖2-1)，在其四週牆面、天花板安 裝壁裝材料後並於房間角落施以火源加熱，以模擬牆角發生火災之全尺度建築材 料耐燃性試驗法，以評估建築材料火害程度。

(資料來源：CNS 15048) 圖2-1 CNS 15048 測試房間設備圖

單一燃燒火源燃燒器為長170 mm、寬170 mm、高145 mm 之丙烷氣體燃燒器(如 圖2-2所示)，內部填滿粒徑4～ 8 mm 礫石及2～ 3 mm 砂石，使得丙烷氣能均勻 覆蓋開口面， 並於燃燒器內部中間及底部分別安置網孔1.4 mm 及2.8 mm銅製細 網以穩固砂礫。

其熱輸出功率於點燃後，前10 分鐘為100 kW，接下來10 分鐘增加至300 kW，

燃燒器應供應純度95%以上之丙烷氣體，氣體流率準確度為±3%，熱輸出功率誤差 在規定值±5%之內，基於安全考量燃燒器具遙控引燃設計，並具丙烷氣體洩漏之

7

警報系統及火焰熄滅時能自動切斷氣體供應之閥體。

單位： mm

(資料來源：CNS 15048) 圖2-2 氣體燃燒器

CNS 15048主要依ISO 9705：1993於2007年制定，至今未再修訂，而ISO 9705 於2016修訂改為ISO 9705-1，其燃燒器略微修訂為為丙烷氣體燃燒器具標稱170 mm×170 mm方形，頂部表面層為多孔、惰性材料，多孔材料頂部應為最小45 mm 的砂，構造應能使燃氣氣流均勻達到整個開口面積。燃燒器應以遠端控制點火裝 置點燃，例如引燃器或火花點火器，如果發生熄火或有燃氣洩漏，燃燒器應提供 切斷供氣控制裝置。燃燒器以丙烷(95%純度)供給，氣體流到燃燒器將量測在整 個測試期間精確度至少±3 %，熱輸出到燃燒器將控制介於±5 %規定值，氣體流率 將使用丙烷燃燒淨熱46.4 MJ/kg來計算。

除圖2-2燃燒器外，在其附錄A.2 替代火源—燃燒器，其燃燒器為 0.31 m × 0.31 m耐火材料多孔上，表面燃燒器上表面位於離地0.3 m，氣體供給到燃燒器 將產生最大熱輸出(162±4) kw(最大熱輸出176kw) ，量測整個測試期間瓦斯流率，

燃燒器以最小100 mm砂層建構，提供所提供氣體水平表面通過(參見圖2-3) ，使 用砂燃燒器比使用纖維板燃燒器較優，特別是針對滴水材料。點火後，熱輸出最 大值之25 % ，30秒後增加至50 %，再30秒後其增加至75 % ，再30秒後增加到最

8 源為1.2 m×0.1 m×0.15 m(長×寬×高)之槽狀容器(圖2-4)，其內填滿不燃之細材 質(例如： 砂)， 使燃料能均勻由孔隙逸出，引燃源置於主立面試體下地板處，

9

單 位 ：mm

圖 例 ： 1.熱通量計位置 2.支撐背牆 3.支撐側牆 4.主立面試體 5.側立面試體

6.引燃源： 1.2 m 長、0.1 m 寬、0.15 m 高

× 熱電偶位置

(資料來源：CNS 15213-1) 圖 2-4 CNS 15213-1 量測位置示意圖

10

三、CNS 15213-2 建築物外牆立面防火試驗法－大尺度試驗

本標準規定貼附於建築物外牆上大尺度非承重立面之防火試驗方法，其引 燃源燃燒箱外觀應為方形，體積介於20 m³～ 100 m³，燃燒箱開口部寬(2.0±0.1)m，

高(1.2±0.1)m 並與主立面試體切齊，燃燒箱牆面及天花板以混凝土、磚石或其 他複合材質構成， 以提供燃燒箱於校正或試驗期間之完整性、抗熱性並防止產 生裂縫，燃燒箱牆面及天花板，安裝耐高溫之阻熱材料(得使用密度100 kg/m3，

厚度25 mm 之陶瓷纖維 )，標準燃料為丙烷， 引燃源設置如圖2-5。

燃料條件依校正試驗之引燃源火勢於4 分鐘～ 6 分鐘內逐漸調升至全盛 狀態(燃料流量如圖2-6所示)，然後維持火焰從開口竄出並接觸外部試體表面之 全盛狀態15 分鐘，然後於4 分鐘～ 6 分鐘內逐漸調降強度， 總校正測試期間 23 分鐘～ 27 分鐘。 校正期間， 引燃源火勢達全盛狀態後， 燃燒箱開口上緣 上方600 mm 處之總熱通量計(編號1、7 及8)於15 分鐘內之量測值平均值應達 (55±5)kW/㎡，開口上緣上方1.6 m 處之總熱通量計(編號2)於15 分鐘內之量測 值平均值應達(35±5)kW/㎡ (如圖2-7 所示)。開口上緣上方50 mm 處之3 支熱電 偶， 於15 分鐘內之溫度量測值平均值應達800℃以上，主立面試體上僅能設置 一個使燃燒箱火焰竄出之開口部， 但燃燒箱其他牆面得具備自然通風之通氣孔，

以增加開口部之空氣量，達規定之熱通量及溫度。

11

(資料來源：CNS 15213-2) 圖2-5 CNS 15213-2 試驗設備及試體示意圖

(資料來源：CNS 15213-2) 圖2-6 CNS 15213-2 引燃源之燃料流率

12 圖 例 ：

○ 總 熱 通 量 計 (1～ 8)

× 熱電偶(T1～ T7)

(資料來源：CNS 15213-2) 圖 2-7 CNS 15213-2 測點位置分布圖

13

單位：mm

燃 料 ： 氣 態 丙 烷

燃 料 流 率 ： 最 大 120 g/s(參照圖2-6) 圖 例 ：

1. 主立面試體 2. 側立面試體 3. 燃燒箱 4. 燃燒箱開口部

5. 引火源(4 個， 直徑100 mm， 長3700 mm， 包覆25 mm 厚陶瓷纖維之穿孔鋼管)

引燃源之燃料流率如圖2-6 所示，燃料流率取決於校正設備， 每一實驗室可能均不相同， 引火 源管線位置可能不同。

(資料來源：CNS 15213-2) 圖2-8 CNS 15213-2 標準引燃源

四、CNS草制1030440周邊防火阻隔體採用中尺度、多樓層試驗裝置之耐火試驗法

本 標 準 適 用 於 外 牆 組 件 與 樓 板 組 件 撓 曲 變 形 期 間，周 邊 防 火 阻 隔 體 之 性 能 及 其 維 持 密 封 防 止 火 災 延 燒 的 能 力，即 抵 抗 來 自 室 內 區 劃 火 災 的 曝 火 以 及 從 窗 戶 下 方 燃 燒 器 發 出 的 火 焰 噴 流 能 力。本 試 驗 為 量 測

14

周 邊 防 火 阻 隔 體 試 驗 時，在 符 合 首 要 符 合 條 件 之 前 所 經 過 的 時 間。所 用 曝 火 條 件 是 在 測 驗 室 先 依 本 試 驗 方 法 對 前 30 min 的 曝 火 條 件 ， 後 續 再 依 CNS 12514-1 規 定 曲 線 進 行 。 此 試 驗 方 法 規 定 加 熱 條 件 、 試 驗 方 法，以 及 在 樓 板 與 外 牆 組 件 併 置 於 接 合 部 之 周 邊 防 火 阻 隔 體，以 維 持 耐 火 性 能 之 評 估 基 準 。

本 標 準 配 備 兩 個 燃 氣 燃 燒 器 如 下 ： 1.測驗室燃燒器

測驗室燃燒器在測驗室內部妥適安排位置如圖2-9。

說 明

1 瓦 斯 供 應 管 線

2 混 凝 土 板 (測 驗 室 之 第 1 層 樓 板 ) 3 牆

4 測 驗 室 燃 燒 器 5 有 孔 的 燃 燒 器 區 域 6 柱 (代 表 性 的 )

(資 料 來 源 ：CNS 草 制 1030440) 圖2-9 CNS 草制 1030440測驗室燃燒器位置平面圖例

使 用 標 稱 外 徑 51 mm 的 鋼 管 ， 測 驗 室 燃 燒 器 必 須 是 長 方 型 的 ， 其 長 寬 不 得 少 於 2,000 mm 及 1,524 mm。 將 測 驗 室 燃 燒 器 延 伸 進 測 驗 室 內 (1,829±25) mm， 在 鋼 管 面 朝 上 處 鑽 標 稱 直 徑 3.2 mm 的 孔 ， 並 將 這

15

些 孔 安 排 在 測 驗 室 燃 燒 器 前 〝 U〞 型 部 分 的 位 置 。 從 瓦 斯 供 應 管 線 兩 側 距 離 背 牆 1,066 mm 的 位 置 開 始 鑽 孔 ， 然 後 繼 續 至 前 方 的 瓦 斯 供 應 管 線 。 將 標 稱 25 mm 的 孔 放 置 在 中 心 位 置 。 支 撐 測 驗 室 燃 燒 器 並 使 呈 水 平 ， 且 其 水 平 中 心 線 位 在 測 驗 室 樓 板 之 上 (762±25) mm 處 ， 測 驗 室 燃 燒 器 置 於 測 驗 室 內 中 心，使 用 位 於 試 驗 裝 置 外 的 瓦 斯 供 應 管 線 裝 配 測 驗 室 燃 燒 器 。 使 用 單 ！ 層 標 稱 厚 度 為 25 mm， 具 最 小 密 度 128 kg/m³ 的 陶 瓷 纖 維 毯 將 整 個 瓦 斯 供 應 管 線 系 統 包 覆 。

2.窗 戶 燃 燒 器

窗 戶 燃 燒 器 (圖 2-10)應 是 長 方 型，使 用 標 稱 外 徑 51 mm 長 (1,524

±13) mm 鋼 管 供 燃 燒 器 前 段 之 用 ， 在 鋼 管 頂 面 切 出 1 條 面 朝 上 的 溝 槽 口 ， 其 寬 度 與 長 度 分 別 為 (13±1.5) mm×(1,118±13) mm。 使 用 標 稱 外 徑 25 mm 的 鋼 管 從 窗 戶 燃 燒 器 兩 端 供 應 瓦 斯 ， 及 從 窗 戶 燃 燒 器 背 後 的

〝 T〞 型 接 頭 ， 提 供 穩 定 一 致 的 瓦 斯 壓 力 給 燃 燒 器 溝 槽 口 。 使 用 一 層 標 稱 厚 度 25 mm 最 小 密 度 128 kg/m³的 陶 瓷 纖 維 毯 包 覆 含 溝 槽 口 在 內 的 窗 戶 燃 燒 器 及 整 個 瓦 斯 供 應 管 線 系 統 。

擺 放 窗 戶 燃 燒 器，以 便 溝 槽 口 面 向 上 並 與 外 牆 組 件 平 行。把 窗 戶 燃 燒 器 溝 槽 口 的 水 平 中 心 與 窗 戶 的 水 平 中 心 線 對 齊。確 定 窗 戶 燃 燒 器 水 平 中 心 線 位 於 測 驗 室 室 外 窗 戶 的 上 窗 框 表 面 之 下 (229±13) mm 處 。 將 窗 戶 燃 燒 器 的 垂 直 中 心 線 置 於 離 外 牆 組 件 的 室 外 面 最 多 152 mm 處。

窗 戶 燃 燒 器 與 外 牆 組 件 室 外 面 之 確 切 距 離 應 在 校 正 程 序 中 加 以 確 定 。

16

17

煙控制系統的性能監測， 以與系統相比較供管理機關認可參考。

試驗裝置如圖2-11所示， 基本上組成包括置於承水盤中的燃燒盤和緊靠燃 燒盤的發煙裝置。承水盤和發煙裝置均置於不燃材料墊上。測溫點應緊貼天花板 安裝在燃燒盤正上方的中心。

備 考 1. 試驗裝置由建築物業主自行斟酌配置， 進行測試時可能沒有設備。

備 考 2. 發煙裝置應使用不產生煙灰之燃料。

(資料來源：CNS 15937) 圖2-11 CNS 15937試驗裝置圖例

燃燒盤由厚1.6 mm 鋼板銲接而成(如圖2-12所示)。燃燒盤應密封不漏水。

把手採用直徑10 mm 的圓鋼製成， 銲接在燃燒盤的外壁。底座支架採用角鋼銲 接在燃燒盤底部， 在支架交叉處的銲道應為全滲透銲接。燃燒盤尺度如表2-1 所 示。

18

備考：把手銲接於燃燒盤的外側，以免影響熱羽流的幾何形狀。

(資料來源：CNS 15937) 圖2-12 CNS 15937燃燒盤構造圖例

表2-1 燃燒盤規格

單 位 ：mm

規格 把手寬度 把手高度 底座支架 內部高度 內部長度 內部寬度 盤面積 (㎡) A1 150 100 50×50×6EA 130 841 595 0.500 A2 150 100 40×40×5EA 90 594 420 0.250 A3 - - 40×40×5EA 65 420 297 0.125 A4 - - 30×30×3EA 45 297 210 0.062 A5 - - 20×20×3EA 35 210 149 0.031 備考1. 燃燒盤尺度係參照CNS 5 紙張尺度。

備考 2. 附錄A 中的數據是基於表中的燃燒盤尺度及表2 承水盤大小所產生。

備考 3. 〝EA〞表示〝等角〞。

(資料來源：CNS 15937) 承水盤由厚 1.6 mm 鍍鋅鋼板銲接而成(如圖2-13 所示)。承水盤應密封不 漏水。把手採用直徑10 mm 的圓鋼製成，銲接在盤的內壁。承水盤尺度如表2-2 所 示。

19

(資料來源：CNS 15937)

圖2-13 CNS 15937承水盤構造圖例

表2-2 承水盤規格

單 位 ：mm

規格 把 手 寬 度 把 手 高 度 內 部 高 度 內 部 長 度 內 部 寬 度

B1 150 100 180 990 700

B2 150 100 130 700 495

B3 120 65 105 495 350

B4 120 65 75 350 250

B5 120 65 55 250 175

備考1.燃燒盤尺度係參照CNS 5 紙張尺度。

備 考 2.附錄A 中的數據係由本表承水盤尺度及表1 燃燒盤尺度所決定。

(資料來源：CNS 15937) 燃燒盤中的燃料應採用符合 CNS 1397 規定之酒精(工業用)，穩定燃燒時間 不低於10 min。對應表2-1規定之燃燒盤尺度，建議之燃料注入量及對應之燃燒 熱釋放率如表2-3 所示。選用此種燃料係因符合效益及產生乾淨的燃燒產物，並

20

21