建築火災與現場熱煙試驗火源產生機制之建立

建築火災與現場熱煙試驗

火源產生機制之建立

內 政 部 建 築 研 究 所 自 行 研 究 成 果 報 告

中華民國

107 年 12 月

3 107301070000G0059

建築火災與現場熱煙試驗

火源產生機制之建立

研究主持人：

蔡銘儒

研究 期程：

中華民國 107 年 3 月至 107 年 12 月

內 政 部 建 築 研 究 所 自 行 研 究 成 果 報 告

中華民國

107 年 12 月

（本報告內容及建議，純屬研究小組意見，不代表本機關意見）

MINISTRY OF THE INTERIOR

RESEARCH PROJECT REPORT

Establishment of Generation Mechanism

of Fire Sources for Buildings Fire and Hot

Smoke Tests

By Ming Ju Tsai

I

目次

目次... I  表次... III  圖次... IV  摘要... VII  Abstract ... X  第一章 緒論... 1  第一節 研究緣起與目的... 1  第二節 研究方法與步驟... 2  第二章 火災模擬實驗火源探討... 5  第一節 CNS 大尺度防火試驗火源 ... 5  第二節 燃氣燃燒器特性... 21  第三節 火災模擬實驗趨勢... 35  第四節 熱煙試驗火源探討... 62  第三章 熱 煙 試 驗 火 源 產 生 機 制 建 立... 78  第一節 火災模擬火源建立... 78  第二節 熱煙試驗火源建立... 85  第四章 結論與建議... 94  第一節 結論... 94  第二節 建議... 94  附錄一 自行研究計畫審查會議... 95  附錄二 期中審查會議... 96  附錄三 期末審查會議... 102  附錄四 經濟部智慧財產局新型專利公報... 107  參考書目... 110 

III

表次

表1-1 研究進度及預期完成之工作項目表 ... 4  表2-1 燃燒盤規格 ... 18  表2-2 承水盤規格 ... 19  表2-3 建議燃料量 ... 20  表2-4 簡單模式計算 ... 57  表2-5 72°F（532°R）的環境溫度氦氣百分比所代表之表觀溫度 ... 67  表3-1 不同溫差值的分層高度 ... 87 

IV

圖次

圖 1-1 研究計畫流程圖... 3  圖2-1 CNS 15048 測試房間設備圖 ... 6  圖2-2 氣體燃燒器 ... 7  圖2-3 ISO 9705-1 附錄 A.2 替代火源... 8  圖2-4 CNS 15213-1 量測位置示意圖 ... 9  圖2-5 CNS 15213-2 試驗設備及試體示意圖 ... 11  圖2-6 CNS 15213-2 引燃源之燃料流率 ... 11  圖 2-7CNS 15213-2 測點位置分布圖... 12  圖2-8 CNS 15213-2 標準引燃源 ... 13  圖2-9CNS 草制 1030440 測驗室燃燒器位置平面圖例 ... 14  圖2-10 CNS 草制 1030440 窗戶燃燒器平面圖與窗戶燃燒器位置立面圖例 ... 16  圖2-11 CNS 15937 試驗裝置圖例 ... 17  圖2-12 CNS 15937 燃燒盤構造圖例 ... 18  圖2-13 CNS 15937 承水盤構造圖例 ... 19  圖2-14 燃燒盤的配置圖例 ... 20  圖2-15 紅火式 ... 22  圖2-16 半本生式 ... 23  圖2-17 本生式 ... 24  圖2-18 全一次空氣式 ... 25  圖2-19 燃燒器的焰孔 ... 26  圖2-20 回火現象 ... 27  圖2-21 浮火現象 ... 28  圖2-22 黃端焰 ... 29  圖2-23 預混燃燒器 ... 31  圖 2-24 噴嘴混合燃燒器... 31  圖2-25 工業燃燒器類型 ... 32  圖2-26 預混燃燒器混合燃燒機理 ... 32  圖2-27 噴嘴混合燃燒器混合燃燒機理 ... 34  圖2-28 以 25%樓地板面積移行火災與構件溫度時間歷程 ... 36  圖 2-29 火災環境分為兩個場域... 37  圖2-30 火災移行與溫度 ... 37  圖2-31 火災移行近場與遠場溫度變化 ... 38  圖2-32 移行火災實驗 ... 39  圖2-33 標準的火災測試與真實火災中的時間 - 溫度關係相比較 ... 48 

V 圖2-34 火災模擬器 ... 50  圖2-35 消防署於新竹設立之火場訓練系統 ... 51  圖2-36 貨櫃型式火災模擬器點火控制迴路圖 ... 51  圖2-37 貨櫃型式火災模擬器火災模擬器 ... 52  圖2-38 貨櫃型式火災模擬器人機控制台 ... 52  圖2-39 貨櫃型式火災模擬器燃燒器 ... 53  圖2-40 貨櫃型式火災模擬器點火控制迴路圖 ... 53  圖2-41 貨櫃型式火災模擬器控制迴路圖 ... 54  圖2-42 貨櫃型式火災模擬器電氣控制迴路圖 ... 55  圖2-43 貨櫃型式火災模擬器測試 ... 55  圖2-44 實驗設置 ... 56  圖2-45 計算局部火災中水平分量輻射的理論模型 ... 57  圖2-46 量測 NFRL 調試熱試驗的熱釋放率 ... 58  圖2-47 燃氣燃燒器組件的詳圖 ... 59  圖2-48 在測試設置中的燃燒器的照片 ... 59  圖2-49 在反力地板上豎立測試裝置的示意圖 ... 60  圖2-50 熱電偶及變位計位置 ... 60  圖2-51 量測 HRR 及平均點載重(Py) ... 61  圖2-52 試體在結構及熱荷載 ... 61  圖2-53 試驗過程 ... 62  圖2-54 熱煙測試設備示意圖 ... 66  圖2-55 設備示意圖 ... 68  圖2-56 小型燃氣燃燒器火源方式 ... 72  圖2-57 煙霧測試系統配置 ... 72  圖2-58 預混燃燒器 ... 73  圖2-59 以 Izar 燃燒器為火源進行熱煙試驗 ... 75  圖2-60 池火與設計火災比較 ... 76  圖2-61 熱煙測試裝置預混燃燒器 ... 77  圖3-1 燃燒器與燃燒器框架組合 ... 80  圖3-2 燃燒器與燃燒器管路 ... 81  圖3-3 燃燒器管路 ... 81  圖3-4 小流量燃燒測試 ... 81  圖3-5 全流量(300 LPM)燃燒測試 ... 82  圖3-6 延燒試驗設備示意圖 ... 83  圖3-7 延燒試驗設備 ... 83  圖3-8 延燒試驗使用之平方火災燃燒器 ... 83  圖3-9 無背板 EPS-18K 在 50kW 引燃條件下試驗歷程 ... 84  圖3-10 無背板 EPS-18K 在 100kW 引燃條件下試驗歷程 ... 85 

VI 圖 3-11 熱煙測試可控煙流率與密度造煙系統... 86  圖3-12 發煙率校正實驗所有設備與儀器裝設完成後實驗之實況 ... 86  圖3-13 透浦式鼓風機 ... 88  圖3-14 擴散火焰-空氣量未達預混量 ... 88  圖3-15 火焰偏移 ... 89  圖3-16 預混火焰 ... 89  圖3-17 加設混合箱 ... 90  圖3-18 以壓縮空氣與蜂巢板模式 ... 90  圖3-19 以熱水器火排模式 ... 91  圖3-20 以壓縮空氣預混燃燒 ... 91  圖3-21 火排預混燃燒器 ... 92  圖3-22 預混燃燒情況 ... 92  圖3-23 新型專利審查核准 ... 93 

VII

摘要

關鍵字：熱煙試驗、建築火災、火源 一、研究緣起 2016年公告之CNS 15937「煙控系統性能現場試驗法－熱煙試驗」，其熱煙 之產生方式，乃以發煙器配合甲醇燃燒盤，由於甲醇具有一定的毒性，在使用中 如果誤入口、眼，將對實驗人員造成嚴重傷害，燃燒時產生的甲醛及甲酸也對健 康不利，同時甲醇燃燒過程如發生泄漏或傾覆意外情況，引發火勢蔓延，導致事 故；此外，甲醇池火的功率主要由其面積決定，一定面積的池火對應一定的火源 功率，火源功率無法連續可調，若需要多個不同功率的火源，則需要製作相應個 數不同面積的甲醇燃燒盤，在使用、攜帶均不方便；燃燒過程也難以控制，若加 入的燃料量較少，則可能難以保證足夠的燃燒時間，若加入過量，則在已達到試 驗目的時又無法將其中途熄滅，在控制方面無法依所須之火災成長調整，在發生 意外時無法及時滅火。 CNS 12514建築物構造構件耐火試驗法主要依據ISO 834調和修訂，基於ISO 834 標準時間 - 溫度曲線的防火測試源於20世紀初開發的，其中木材是基本燃 料來源。實際上，現代建築使用熱塑材料、合成發泡材及織物，這些材料發熱量 高，同時增加了火焰生長速度和熱釋放速率，在發生火災時，這些熱塑性材料中 的一些會融化並流向地板，並以更高的熱量釋放速度燃燒，從而使火災嚴重程度 超過標準火災曲線，導致比標準火災更嚴重的火災。 這意味著用於測試建築構 件的標準火災曲線並不能準確反映建築火災。 設計試驗火災具有挑戰性，因為如何進行局部火災來檢驗構件性能的指引 有限。關於模擬區劃火災中結構的可用試驗數據，對於研究火災結構的性能很有 價值，但對於設計可控及可量測的火災之實驗室試驗幾乎沒有提供任何資訊，因 為之前的結構火災試驗很少量測最重要的火災參數 - 熱釋放率。本所近年進行 實尺寸鋼構屋火災實驗係以木堆為火源，即以火載量概念，然而木堆燃燒易受木

VIII 材含水率以及材料非均質性影響，每次燃燒成長歷程皆不同，影響結構行為之研 究與分析，且無法依設計火災成長控制，對於構件性能亦無法直接量測。本研究 將試圖開發依設計火災情境控制火源成長歷程，供進行局部火災量測構架之構件 性能量測，並可轉換以供熱煙試驗之兩用火源產生與控制機置。 二、研究方法 2017 年研究計畫「建築火災煙控性能設計現地排煙驗證精進計畫」，以風 機產生可程控之流率(如 t 平方)，配合發煙機提供固定之煙密度以及適當熱源 提供基本熱浮力方式，並於防火實驗中心大會議廳依據標準及風機產生捲吸流率 方式之現地熱煙測試，比較結果風機產生捲吸流率方式可得到良好之重複性與再 現性，研究成果以「熱煙測試可控煙流率與密度造煙系統」提出新型專利申請， 已於 2018 年 7 月 4 日(107)智專一(四)05053 字第 10740963830 號核准，本研究 為進一步提升熱煙試驗之可控性與安全性，將蒐集國際上熱煙試驗可控火源模式 加以研析開發相對安全及可控火源。 此外，針對結構構件在標準耐火性測試與真實結構在實際火災之差異研究 發展需求，參考美國 NIST 為考量使研究人員能夠：（1）研究創新的火災 - 結構 相互作用特徵量測技術;（2）發展於實際火災和機械載重下結構組件和系統性能 的實驗研究;（3）確認用於預測結構耐火性的物理基礎計算模式（4）建立結構 耐火性設計性能標準，（5）促進設計和施工的創新，開發熱煙試驗與結構構件實 際火災兩用可控火源。 三、重要發現

1. 以 NIST Technical Note 1983 燃燒器火源為基礎，完成 3 組(火源面積 45 ㎝ ×60 ㎝/組)可移動式燃燒器，可依燃燒熱時間關係控制，最大熱釋放率可達 2MW，並已實際運用於研究實驗。

2. 熱煙試驗火源須以對流熱為主，以熱水器火排預混燃燒，已可達本研究每組 流量控制器之最大流量 300LPM，即每組可控最大對流熱釋放率為約 490kW，3 組燃燒器可達 1.4MW 對流熱釋放率。

IX 四、主要建議事項 建議一： 規劃結構構件實際火災研究：立即可行建議 主辦機關：內政部建築研究所 協辦機關與機構：防火實驗中心 美國 NIST 為考量使研究人員能夠：（1）研究創新的火災 - 結構相互作用特 徵量測技術;（2）發展於實際火災和機械載重下結構組件和系統性能的實驗研究; （3）確認用於預測結構耐火性的物理基礎計算模式（4）建立結構耐火性設計性 能標準，（5）促進設計和施工的創新；運用反力樓板等結構實驗設施，並以燃氣 燃燒器在可量測燃燒熱釋放率，模擬實際火災對建築結構條件下構件之耐火性與 行為研究，本研究已建構可移動火災模擬燃氣燃燒器，可運用於防火實驗中心戶 外實驗場中既有的實尺寸鋼構實驗屋，亦可於本所材料實驗中心或國震中心台南 實驗室進行實際結構局部構件火害實驗或多重災害實驗。 建議二： 建築煙控全尺度驗證納入規範：立即可行建議 主辦機關：內政部建築研究所 協辦機關與機構：防火實驗中心 現行煙控避難性能設計，除地方消防機關或業主要求外，幾無驗證，為提高 煙控避難性能設計之可靠度，驗證要求有必要納入規範，以使主管機關、業主及 設計者有所遵循，在設計時會更加謹慎評估。

X

Abstract

Keywords:hot smoke test, building fire, fule

Based on the NIST Technical Note 1983 burner fire source, complete 3 sets (fire source area 45cm × 60cm / group) movable burner, which can be controlled according to the combustion heat time, the maximum heat release rate can reach 2MW and has actually been applied to research experiments.

The hot smoke test fire source shall be mainly convective heat, and the water heater fire pre-mixed combustion shall reach the maximum flow rate of 300 LPM of each group of flow controllers in this study, that is, the controllable maximum convective heat release rate of each group is about 490 kW. The three groups of burners can reach a convection heat release rate of 1.4 MW.

1

第一章 緒論

第 一 節 研 究 緣 起 與 目 的

2016年公告之CNS 15937「煙控系統性能現場試驗法－熱煙試驗」，其熱煙 之產生方式，乃以發煙器配合甲醇燃燒盤，由於甲醇具有一定的毒性，在使用中 如果誤入口、眼，將對實驗人員造成嚴重傷害，燃燒時產生的甲醛及甲酸也對健 康不利，同時甲醇燃燒過程如發生泄漏或傾覆意外情況，引發火勢蔓延，導致事 故；此外，甲醇池火的功率主要由其面積決定，一定面積的池火對應一定的火源 功率，火源功率無法連續可調，若需要多個不同功率的火源，則需要製作相應個 數不同面積的甲醇燃燒盤，在使用、攜帶均不方便；燃燒過程也難以控制，若加 入的燃料量較少，則可能難以保證足夠的燃燒時間，若加入過量，則在已達到試 驗目的時又無法將其中途熄滅，在控制方面無法依所須之火災成長調整，在發生 意外時無法及時滅火。 CNS 12514建築物構造構件耐火試驗法主要依據ISO 834調和修訂，基於ISO 834 標準時間 - 溫度曲線的防火測試源於20世紀初開發的，其中木材是基本燃 料來源。實際上，現代建築使用熱塑材料、合成發泡材及織物，這些材料發熱量 高，同時增加了火焰生長速度和熱釋放速率，在發生火災時，這些熱塑性材料中 的一些會融化並流向地板，並以更高的熱量釋放速度燃燒，從而使火災嚴重程度 超過標準火災曲線，導致比標準火災更嚴重的火災。 這意味著用於測試建築構 件的標準火災曲線並不能準確反映建築火災。 設計試驗火災具有挑戰性，因為如何進行局部火災來檢驗構件性能的指引有 限。關於模擬區劃火災中結構的可用試驗數據，對於研究火災結構的性能很有價 值，但對於設計可控及可量測的火災之實驗室試驗幾乎沒有提供任何資訊，因為 之前的結構火災試驗很少量測最重要的火災參數 - 熱釋放率。本所近年進行實 尺寸鋼構屋火災實驗係以木堆為火源，即以火載量概念，然而木堆燃燒易受木材

2 含水率以及材料非均質性影響，每次燃燒成長歷程皆不同，影響結構行為之研究 與分析，且無法依設計火災成長控制，對於構件性能亦無法直接量測。本研究將 試圖開發依設計火災情境控制火源成長歷程，供進行局部火災量測構架之構件性 能量測，並可轉換以供熱煙試驗之兩用火源產生與控制機置。

第 二 節 研 究 方 法 與 步 驟

2017 年研究計畫「建築火災煙控性能設計現地排煙驗證精進計畫」，以風 機產生可程控之流率(如 t 平方)，配合發煙機提供固定之煙密度以及適當熱源 提供基本熱浮力方式，並於防火實驗中心大會議廳依據標準及風機產生捲吸流率 方式之現地熱煙測試，比較結果風機產生捲吸流率方式可得到良好之重複性與再 現性，研究成果以「熱煙測試可控煙流率與密度造煙系統」提出新型專利申請， 並於 2018 年 7 月 4 日(107)智專一(四)05053 字第 10740963830 號核准，本研究 為進一步提升熱煙試驗之可控性與安全性，將蒐集國際上熱煙試驗可控火源模式 加以研析開發相對安全及可控火源。 此外，針對結構構件在標準耐火性測試與真實結構在實際火災之差異研究發 展需求，參考美國 NIST-NFRL 新建實驗設施容許研究人員能夠：（1）研究創新的 火災 - 結構相互作用特徵量測技術;（2）發展於實際火災和機械負載下結構構 件和系統性能的實驗資料庫;（3）驗證用於預測結構耐火性計算模式的物理基礎 （4）建立結構耐火性設計性能標準，（5）促進設計和施工的創新，開發熱煙試 驗與結構構件實際火災兩用可控火源。 本計畫研究流程如圖1-1，主要工作概述如下: ﹙1﹚ 蒐集火災模擬與熱煙試驗火源相關國內外標準及研究文獻，以研擬規劃火 源設計參考。 ﹙2﹚ 採火災模擬與熱煙試驗兩用火源方式，以同一燃料控制系統，依火災模擬 之擴散火焰方式，設計火源控制系統及燃燒器。

3 ﹙3﹚ 於本所防火實驗中心 CNS 15048：2007 建築材料耐燃性試驗法-全尺度燃 燒試驗法之量熱系統，量測燃燒器燃燒熱釋放率。 計畫研擬 文獻資料蒐集 火災擴散火焰模式 燃燒器設計 燃燒器製作與測試 熱煙試驗預混火焰模式 燃燒器設計 預混火焰系統製作與 測試 擴散火焰與預混火焰燃燒 熱釋放率量測 完成研究提交成果報告 否 否 可 可 (資料來源：本研究整理) 圖 1-1 研究計畫流程圖

4 本研究執行進度及預期完成之工作項目如下： 表1-1 研究進度及預期完成之工作項目表 月次 工作項目 3 月 4 月 5 月 6 月 7 月 8 月 9 月 10 月 11 月 12 月 備註 文獻資料蒐集 ■ ■ ■ ■ ■ 火災擴散火焰模式 燃燒器設計 ■ ■ ■ ■ 燃燒器製作與測試 _{■ ■ ■} 期中簡報 _■ 熱煙試驗預混火焰 模式燃燒器設計 ■ ■ ■ ■ ■ 預混火焰系統製作 與測試 ■ ■ ■ ■ 擴散火焰與預混火 焰燃燒熱釋放率量 測 ■ ■ 期末簡報 _■ 結案報告整理 ■ ■ ■ ■ 預定進度(累積數) ％ 5 10 30 40 50 70 80 90 95 100 (資料來源：本研究整理)

5

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 模擬實驗可控且具可重複性火源之必要性。 此外，2016年公告之CNS 15937「煙控系統性能現場試驗法－熱煙試驗」， 是在建築結構完成甚至完成室內裝修狀況下，所進行之現地熱煙試驗，其熱煙之 產生方式，乃以發煙器配合甲醇燃燒盤，由於甲醇具有一定的毒性，在使用中如 果誤入口、眼，將對實驗人員造成嚴重傷害，燃燒時產生的甲醛及甲酸也對健康 不利，同時甲醇燃燒過程如發生泄漏或傾覆意外情況，引發火勢蔓延，導致事故； 此外，甲醇池火的功率主要由其面積決定，一定面積的池火對應一定的火源功率， 火源功率無法連續可調，若需要多個不同功率的火源，則需要製作相應個數不同 面積的甲醇燃燒盤，在使用、攜帶均不方便；燃燒過程也難以控制，若加入的燃 料量較少，則可能難以保證足夠的燃燒時間，若加入過量，則在已達到試驗目的 時又無法將其中途熄滅，在控制方面無法依所須之火災成長調整，在發生意外時 無法及時滅火；因此，安全可控火源亦為必要的。

第 一 節 CNS 大 尺 度 防 火 試 驗 火 源

建築物應用之各種材料及設備規格，依建築技術規則總則編第四條規定，除 中華民國國家標準有規定者從其規定外，應依本規則規定。 在消防方面，依各類場所消防安全設備設置標準第 3 條未定國家標準或國 內無法檢驗之消防安全設備，應檢附國外標準、國外（內）檢驗報告及試驗合格 證明或規格證明，經中央主管機關認可後，始准使用。 然而，建築技術規則與各類場所消防安全設備設置標準並未規定檢測驗證法，

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 大值。 單位：mm (資料來源：ISO 9705-1) 圖2-3 ISO 9705-1 附錄 A.2 替代火源 二、CNS 15213-1 建築物外牆立面防火試驗法－中尺度試驗 本標準規定貼附於建築物外牆上中尺度非承重立面之防火試驗方法，其引燃 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， 背部貼附於支撐背牆，燃料為純度95%以上之丙烷，流量之準確度為±3%，熱釋放 率為(100±5)kW， 熱釋放率計算方式為流量與燃燒熱(46.4kJ/g)之乘積，引燃源 引燃後， 其熱輸出功率須於10 秒內達100 kW。 1 2 2 3 A A 305 152 76

燃燒器填充握太華砂

瓦斯入口

瓦斯入口

標稱19 mm管

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 單 位 ：mm 圖 例 ： 1.支撐背牆 2.支撐側牆 3.主立面試體 4.側立面試體 5.燃燒箱開口部 (燃燒箱緊貼在支撐背牆， 其開口部與主立面試體切齊， 參照圖2-8) (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 0 20 40 60 80 100 120 140 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 燃料流率(g/s) 時間(min)

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 說 明 1 窗 戶 燃 燒 器 2 燃 燒 器 槽 溝 3 瓦 斯 供 應 管 線 4 周 邊 接 合 部 保 護 系 統 10 試 驗 期 間 窗 戶 燃 燒 器 的 位 置 11 外 牆 組 件 或 標 準 牆 12 試 驗 裝 置 (ISMA) 5 窗 戶 13 樓 板 組 件 6 試 驗 裝 置 中 的 測 驗 室 14 觀 察 室 樓 板 7 測 驗 室 中 的 觀 察 室 15 屋 頂 板 8 燃 燒 器 的 水 平 中 心 線 16 測 驗 室 樓 板 9 燃 燒 器 的 垂 直 中 心 線 17 窗 台 高 度 (資料來源：CNS草制1030440) 圖2-10 CNS 草制 1030440窗戶燃燒器平面圖與窗戶燃燒器位置立面圖例 五、CNS 15937煙控系統性能現場試驗法－熱煙試驗 本標準規定在建築物內，於安全溫度內不造成建築物設施設備及室內裝修損 壞條件下，產生指定煙量之煙控系統熱煙試驗法，所需的試驗裝置、試驗程序和 安全防護要求，以及產生定量煙氣及確定熱煙試驗火源規模的方法。 本試驗法目的是作為建築煙控系統調試過程，以模擬火災情境下測試確認系 統之運作，作為管理機關認可之工具。不是作為每個已安裝之煙控系統執行熱煙 試驗之強制性要求。 以酒精(工業用)燃燒產生一個熱空氣羽流，然後填充示蹤煙氣。此羽流觸動

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 具低輻射輸出。最少燃燒時間為燃燒成長時間(約3 min)， 及約10 min 穩態燃 燒時間與約3min 衰減時間。 表2-3 建議燃料量 規 格 燃 料 注 入 量 L 約單位面積熱釋放率 kW/㎡ 約 總 熱 釋 放 率 kW 4×A1 16.0×4 751 1,500 2×A1 15.0×2 696 700 A1 13.0 678 340 A2 5.5 566 140 A3 2.5 471 60 A4 1.0 412 26 A5 0.4 379 11 (資料來源：CNS 15937) 試驗火源規模應根據設計參數及天花板所能承受的最大安全上限溫度，作為 試驗火源規模基準。 燃燒盤的配置應根據圖2-14 的方式放置燃燒盤。 (資料來源：CNS 15937) 圖2-14 燃燒盤的配置圖例 試驗火源應放置在最小區劃空間之中間位置，在可能情況下應放置在試驗場

21 地具有代表性的位置，或由主管機關直接調整位置。在不規則形狀平面區劃空間 試驗，試驗火源應集中放置在可代表整個區劃面積中間。 試驗時為維護點火人員安全，在點火棒端頭綁縛浸入燃料的綿紗，點火人員 手持點火棒將點燃的綿紗伸入燃料盤中引燃燃料。點火棒長度不小於1.8 m， 點 火人員距離燃燒盤邊緣的水平距離不小於1.5 m。 燃料和發煙器是不需要藉助特殊事物影響就有可能發生爆炸，因此必須將其 保存在一完全遮蔽而不受測試火源熱輻射影響的區域。 在每次試驗開始時，應向承水盤內注入冷卻水。水源可採用自來水供水管路 等。當採用同一承水盤進行第二次試驗時，第一次試驗後承水盤內剩餘的所有熱 水都應倒出，待承水盤冷卻到室溫，再注入冷卻水，在任何情況下都不要將燃料 直接倒入未冷卻或置於熱水中的燃燒盤內，否則燃料蒸發可能會引起爆炸。 試驗火源控制，燃料與水相溶，如果火源的熱釋放率過大，導致天花板溫度 超過最高安全溫度，或試驗結束時，宜採用有效方式快速滅火，然後向燃燒盤加 水稀釋冷卻， 減少燃料的蒸發。 燃料應在引燃之前才注入燃燒盤內，在燃燒盤內放置時間不宜超過3 min。 在相對封閉的空間內， 燃料長時間置於開放的燃燒盤內產生的蒸汽可能會引起 爆炸。

第 二 節 燃 氣 燃 燒 器 特 性

由第一節CNS 大尺度火災模擬試驗所使用之火源探討，主要以燃氣為主， 基本上燃氣較能達到控制、穩定即可重複性，本研究將以燃氣燃燒建立火災模擬 與熱煙試驗之火源，在規劃設計之前必須對燃氣燃燒特性進行瞭解。 盧 東 岳 在「 瓦 斯 器 具 的 基 本 知 識 」一 文 概 述，燃 氣 的 燃 燒 方 式 ， 通 常 依 燃 氣 和 空 氣 的 混 合 方 式 與 空 氣 量，大 致 可 分 紅 火 式、半 本 生 式、 本 生 式 、 全 一 次 空 氣 式 等 四 種 。

22 一 、 紅 火 式 燃 氣 直 接 於 大 氣 中 噴 出，而 燃 燒 所 需 的 必 要 空 氣 全 部 由 火 焰 周 邊 取 得 的 燃 燒 方 式 (圖 2-15)。 主 要 特 徵 如 下 ： 1.火 焰 顏 色 ： 黃 紅 色 、 火 焰 長 。 2.火 焰 溫 度 ： 約 900℃ 。 3.一 次 空 氣 量 ： 0%。 4.二 次 空 氣 量 ： 100%。 5.無 回 火 現 象 。 (資料來源：瓦 斯 器 具 的 基 本 知 識 ) 圖2-15 紅火式 二 、 半 本 生 式 是 一 種 介 於 紅 火 式 和 本 生 式 中 間 的 燃 燒 方 法 ， 一 次 空 氣 率 約 40% 以 下 ， 內 焰 和 外 焰 較 難 明 顯 區 分 (圖 2-16)。 這 種 燃 燒 方 法 現 在 使 用 較 少 ， 較 常 見 於 導 火 燃 燒 器 ， 其 主 要 特 徵 如 下 ： 1.火 焰 顏 色 ： 藍 色 ， 火 焰 稍 長 。 2.火 焰 溫 度 ： 約 1000℃ 。 3.一 次 空 氣 量 ： 10~40%。

23 4.二 次 空 氣 量 ： 60~90%。 5.不 回 火 。 (資料來源：瓦 斯 器 具 的 基 本 知 識 ) 圖2-16 半本生式 三、本生式 噴 嘴 的 附 近 有 空 氣 孔 ， 燃 燒 時 所 需 必 要 空 氣 約 50%由 空 氣 孔 以 一 次 空 氣 吸 引 進 入 混 合 管 與 瓦 斯 混 合 的 燃 燒 方 法 (圖 2-17)， 由 於 能 取 得 較 高 溫 度，因 此 現 在 家 用 瓦 斯 器 具 大 都 使 用 此 種 燃 燒 方 法，其 主 要 特 徵 如 下 ： 1.火 焰 顏 色 ： 青 藍 色 、 火 焰 短 。 2.火 焰 溫 度 ： 最 高 約 1700℃ 。 3.一 次 空 氣 量 ： 40~70%。 4.二 次 空 氣 量 ： 30~60%。 5.有 回 火 線 現 象 。 燃 氣 從 噴 嘴 以 一 定 的 壓 力 噴 出 ， 由 於 燃 氣「 流 動 能 」作 用 ， 從 空 氣 孔 吸 入 燃 燒 時 必 要 空 氣 的 一 部 分 (1 次 空 氣 )，在 混 合 管 與 燃 氣 混 合， 再 由 焰 孔 噴 出 而 燃 燒，此 時 再 從 火 焰 周 圍 獲 取 燃 燒 所 需 空 氣，此 時 之 空 氣 謂 之 二 次 空 氣 。

24 火 焰 分 成 內 焰 是 淡 藍 色 的 圓 錐 狀，外 側 式 外 焰 以 及 眼 睛 看 不 見 的 高 溫 外 焰 膜。內 焰 是 瓦 斯 與 一 次 空 氣 之 混 合 氣 體 受 到 某 程 度 之 溫 度 熱 能 後，碳 氫 化 合 物 還 原 分 解 為 碳 離 子 與 氫 離 子，而 形 成 複 雜 而 不 安 定 的 中 間 生 成 物，此 時 稱 之 為 燃 燒 初 期 反 應。外 焰 是 內 焰 產 生 中 間 生 成 物 以 及 未 燃 的 成 分 與 二 次 空 氣 接 觸，產 生 第 二 次 反 應，達 到 燃 氣 完 全 燃 燒 作 用 。 (資料來源：瓦 斯 器 具 的 基 本 知 識 ) 圖2-17 本生式 四、全 一 次 空 氣 式 燃 燒 時 所 需 必 要 的 空 氣 以 一 次 空 氣 全 部 吸 入 的 燃 燒 方 法 ( 圖 2-18)， 由 於 燃 燒 器 會 產 生 直 進 性 的 高 溫 紅 外 線 ， 因 此 瓦 斯 暖 氣 機 大 量 採 用 ， 其 主 要 特 徵 如 下 ： 1.火 焰 顏 色 ： 無 火 焰 ， 在 陶 土 板 或 金 屬 網 的 表 面 燃 燒 。 2.火 焰 溫 度 ： 850~900℃ 。 3.一 次 空 氣 量 ： 100℃ 。 4. 二 次 空 氣 量 ： 0%。 5. 容 易 產 生 回 火 ， 但 安 裝 方 向 較 自 由 。

25 (資料來源：瓦 斯 器 具 的 基 本 知 識 ) 圖2-18 全一次空氣式 燃 燒 時 的 各 種 現 象 ： 一 .不 完 全 燃 燒 燃 氣 燃 燒 是 一 種 氧 化 作 用 反 應，這 種 氧 化 反 應 的 進 行，充 分 的 氧 氣 供 應 及 有 一 定 溫 度 以 上 才 能 促 使 進 行。如 果 無 法 滿 足 上 述 條 件 時 ， 反 應 最 後 不 能 完 結，碳 氧 反 應 的 途 中 會 產 生 中 間 生 成 物 (如 一 氧 化 碳 )， 此 種 狀 態 的 燃 燒 謂 之 不 完 全 燃 燒 不 完 全 燃 燒 的 原 因 ： 1. 與 空 氣 接 觸 ， 混 合 不 充 分 時 。 2. 燃 氣 量 過 多 時 ， 或 必 要 空 氣 量 不 足 時 。 3. 燃 燒 廢 氣 排 出 不 良 時 。 4. 火 焰 與 低 溫 器 具 接 觸 造 成 溫 度 降 低 時 。 二 、 回 火 燃 燒 器 的 焰 孔 有 燃 氣 噴 出 速 度 和 燃 燒 度 二 種 相 反 方 向 的 作 用。燃 氣 要 安 定 的 燃 燒，則 需 噴 出 速 度 和 燃 燒 速 度 達 到 平 衡 狀 態 (圖 2-19)，

26 因 為 燃 燒 器 的 腐 蝕 或 空 氣 孔 的 堵 塞 而 引 起 平 衡 狀 態 失 調 時，燃 氣 燃 燒 即 會 產 生 異 常 。 正 常 火 焰 ： 燃 燒 速 度 ≒ 噴 出 速 度 (資料來源：瓦 斯 器 具 的 基 本 知 識 ) 圖2-19 燃燒器的焰孔 回 火 現 象 在 本 生 式 燃 燒 和 全 一 次 空 氣 燃 燒 因 使 用 條 件 不 妥 時 會 有 此 現 象，也 就 是 燃 氣 和 空 氣 的 混 合 氣 體 的 噴 出 速 度 相 比 較 時，若 燃 燒 速 度 比 平 衡 點 快 時，火 焰 會 從 焰 孔 鑽 進 燃 燒 器 的 混 合 管 內 燃 燒 謂 之 回 火 現 象 (圖 2-20)。 回 火 現 象 ： 燃 燒 速 度 =噴 出 速 度 。 回 火 原 因 ： 1.燃 氣 壓 力 異 常 下 降 或 噴 嘴、考 克 等 被 堵 塞，燃 氣 量 減 少 導 致 噴 出 速 度 降 低 。 2.一 次 空 氣 調 節 器 開 度 過 大，過 量 吸 入 一 次 空 氣，導 致 混 合 燃 氣 之 燃 燒 速 度 增 快 。

27 3.燃 燒 器 部 分 受 到 高 溫，造 成 經 過 此 部 分 燃 燒 器 的 混 合 燃 氣 溫 度 提 高 導 致 燃 燒 速 度 增 快 。 4.燃 燒 器 使 用 太 久 因 腐 蝕 造 成 焰 孔 過 大 導 致 噴 出 速 度 降 低 。 (資料來源：瓦 斯 器 具 的 基 本 知 識 ) 圖2-20 回火現象 三、浮 火 浮 火 與 回 火 剛 好 相 反 ， 火 焰 在 燃 燒 器 焰 孔 的 上 方 有 些 距 離 的 空 間 燃 燒 的 現 象 稱 為 浮 火 (圖 2-21)。 浮 火 現 象 ： 燃 燒 速 度 <噴 出 速 度 浮 火 原 因 ： 1.燃 燒 器 內 部 壓 力 過 高 ， 導 致 混 合 瓦 斯 噴 出 速 度 增 加 。 2.一 次 空 氣 調 節 器 開 度 過 大，一 次 空 氣 吸 入 過 量，導 致 混 合 瓦 斯 量 增 加 過 多 使 噴 出 速 度 上 昇 。

28 3. 燃 燒 器 使 用 過 久 ， 焰 孔 造 成 阻 塞 ， 使 焰 孔 面 積 縮 小 致 使 燃 燒 器 內 壓 增 高 ， 導 致 噴 出 速 度 增 快 。 4. 燃 燒 室 內 給 排 氣 不 良 ， 二 次 空 氣 供 給 極 端 減 少 ， 導 致 燃 燒 速 度 降 低 。 (資料來源：瓦 斯 器 具 的 基 本 知 識 ) 圖2-21 浮火現象 四 、

黃 端 焰

火 焰 頂 端 形 成 黃 紅 色 的 燃 燒 現 象 謂 之 黃 端 焰 ， 這 是 因 為 燃

燒 反 應 途 中，碳 氫 化 合 物 受 熱 分 解 出 碳 離 子，碳 離 子 未 燃 燒 前

受 赤 熱 而 呈 現 黃 紅 色 的 光 輝，這 表 示 燃 燒 反 應 速 度 緩 慢，造 成

游 離 碳 粒 子 過 多 引 起 不 完 全 燃 燒 (圖 2-22)。這 種 現 象 在 一 次 空

氣 不 足 時 容 易 發 生，黃 端 焰、回 火、浮 火 都 是 不 良 的 燃 燒 現 象 。

29 (資料來源：瓦 斯 器 具 的 基 本 知 識 ) 圖2-22 黃端焰 由燃氣技術顧問線上訓練系統摘錄下列資料可供作本研究參考。 一、燃燒基礎 燃燒是一種燃料的快速氧化，導致可用熱量的釋放及可見火焰的產生。 燃燒方程: CH4 + 2O2 + 8N2 = CO2 + 2H2O + 8N2 + 1000 Btu(293.3Wh)熱 從燃燒方程可知，空氣/燃料比由 10 cf(ft3 ) 空氣和 1 cf 天然氣導致完美 燃燒，可獲得 1000 Btus 的熱量，所需的氧氣以室內空氣或純氧的形式提供。 室內空氣包含約 21% O2，其餘為 N2 與少量的水蒸氣、二氧化碳、氬、氫及其他 元素。 當完全燃燒條件存在 (沒有過剩的空氣及多餘的燃料) ，術語稱為理想配比 的燃燒。要達到完全燃燒 (空氣及天然氣) 燃料包括總輸入量的 9.1%，每立方 英尺的空氣輸入，釋放 100 BTU 的熱量；同時，這種情況產生的火焰和最小的排 氣量。只要空氣/燃料混合物中燃料的百分比降到易燃限度之內, 碳氫化合物燃 料就會持續燃燒。

30 對於天然氣 (含 95% 甲烷)，下限約 4% (貧值)，上限約 15% (富值)，這些 值也稱為爆炸下限及上限。天然氣的完全燃燒，在易燃性範圍之內其輸入比含有 約 9% 的燃料量。當所提供的空氣量正好代表燃燒所需的空氣 (或氧氣) 的 100% 時，由產生最熱火焰的輸入比和最小排氣量或化學計量燃燒的最佳燃燒結果。當 這種情況存在時，所有的燃料都將消耗殆盡，並且在排氣煙氣中不會發現任何可 燃燃料或殘餘氧的痕跡。 完全、比率、理想配比的燃燒  所有燃料燃燒  藍色接近燃燒器噴頭  黃色錐形火焰形狀  最高火焰溫度  最小排氣量

(資料來源：GAS TECHNOLOGY ADVISORTM _{ONLINE TRAINING SYSTEM)}

貧燃

 煙道產物氧化 (游離 O2)

 淡藍色

 形狀-更多錐形火焰  所有燃料燃燒

 火焰溫度下降 (加熱過量空氣) (資料來源：GAS TECHNOLOGY ADVISORTM _ONLINE

TRAINING SYSTEM) 不完全燃燒  空氣不足或富燃料  CO 及 H2形成  還原性大氣  主要黃色  形狀較少被限定

 火焰溫度下降 (資料來源：GAS TECHNOLOGY ADVISORTM _{ONLINE TRAINING SYSTEM)}

關於火焰溫度的重要注意事項是，火焰溫度上升時，傳熱速度或火焰的輻射功率 增加。

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幾乎所有的工業燃氣燃燒器都是預混或噴嘴混合的兩種類型之一，不同之處 在於氣體及空氣在燃燒前被彙集在一起的方式。

(一)預混燃燒器

預混燃燒器系統(圖 2-23)有兩個主要組成部分-燃氣-空氣混合器和噴嘴。

(資料來源：GAS TECHNOLOGY ADVISORTM _{ONLINE TRAINING SYSTEM)}

圖2-23 預混燃燒器 (二)噴嘴混合燃燒器

噴嘴混合燃燒器(圖 2-24)作為自己的攪拌機與燃氣和空氣混合之前引燃。

(資料來源：GAS TECHNOLOGY ADVISORTM _{ONLINE TRAINING SYSTEM)}

圖 2-24 噴嘴混合燃燒器

圖 2-25 左側分支是預混燃燒器的主要類型-火焰停留在噴嘴，如線及帶式燃 燒器，隧道噴嘴及紅外線加熱器。在噴嘴混合分支中，主要類型為低、高速前向 火焰燃燒器、線式、管式燃燒及平面短火焰燃燒器。

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(資料來源：GAS TECHNOLOGY ADVISORTM _{ONLINE TRAINING SYSTEM)}

圖2-25 工業燃燒器類型

在預混系統中，無論火焰型態，燃氣及空氣的比例流動都被帶到混合器 (#1), 在那裡混合成可燃混合物 (#2)。這種混合物是在壓力下，通過管道輸送到燃燒 器噴嘴或頭部 (#3), 在那裡引燃及燃燒 (#4)(圖 2-26)。

(資料來源：GAS TECHNOLOGY ADVISORTM _{ONLINE TRAINING SYSTEM)}

圖2-26 預混燃燒器混合燃燒機理 操作貧燃(沒有足夠的燃氣)的燃燒器具有隨著燃氣量的減少而變小略帶紫 色火焰。當其變得極其稀薄時，就會產生一種不規則的、破碎的外觀，並且可能 會有一種刺耳的嘶嘶聲。燃燒器操作在正確的比率有一個鮮明的、明亮的藍色、 明顯邊界的火焰。操作富燃 (燃氣過多) 的燃燒器往往有黃色及橙色的火焰，隨 著燃氣量增加，火焰會越來越長，如果燃氣量確實過多，火焰會產生黃色尖端並 開始發煙，也會燃燒得如此緩慢，以至於會開始從燃燒器噴嘴上升離(浮火)。

33 預混燃燒器的問題是如果被調低到過低的燃燒速率，容易產生回火。當離開 噴嘴的可燃混合物的速度太低以至於可以通過噴嘴向上游返回時，就會發生這種 情況。有時，火焰會停在供氣管的某處，燃燒並產生熱點。其他時候，會一路回 到混合器，產生響亮的爆炸。 如果混合物流量設置為高於噴嘴可以處理的量，則在適當調整的燃燒器上也 會發生升離。混合物的速度非常高，以至於會將火焰從噴嘴推出到開放的空間， 在那裡熄滅。 預混燃燒器往往具有緊密、劇烈的高溫火焰。混合物的流動可以通過大量鑽 孔噴嘴端口分開，從而可以在相當大的區域上拉伸相對較小的火焰。管道結構簡 單緊湊 - 只有一條混合管連接到燃燒器，並且具有合適的供應及控制設備，預 混燃燒器可以使用非常低壓的燃氣。 在負面的情況下，其調整範圍（高和低燃燒速率之間的範圍）受到避免回火 及升離的需要的限制。回火的可能性也限制了燃燒器的大小 - 1000 萬 Btu / hr(2,933kW)大約是實際的限制。預混燃燒器難以產生特殊的火焰形狀，由於空 氣和燃氣在到達燃燒器時已經混合；因此，傾向於與天然氣相關的特徵性矛狀火 焰燃燒。最後，預混燃燒器在輸出前不能操作過多的空氣；因此，不像許多類型 的噴嘴混合燃燒器那樣通過調節氣體 - 空氣比來控制溫度。 噴嘴混合燃燒器系統 調節燃氣及空氣氣流通過獨自的管道進入燃燒器，在通過燃燒器噴嘴之前不會混 合，直到通過燃燒器噴嘴連接並立即開始燃燒。這有許多好處，包括能夠在更廣 泛的空氣-燃氣比率範圍內糙作。大多數預混燃燒器只能操作在接近正確的空氣-天然氣比率，大約 10:1，才能令人滿意。如果過於富燃或過於貧燃，火焰特性

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會惡化，最終火焰熄滅。在貧燃方面，預混燃燒器通常不能高於 15 份空氣比 1 份燃氣之比率。

(資料來源：GAS TECHNOLOGY ADVISORTM _{ONLINE TRAINING SYSTEM)}

圖2-27 噴嘴混合燃燒器混合燃燒機理 噴嘴混合燃燒器設計用於控制燃氣及空氣的混合，而不犧牲清潔燃燒或火焰 穩定性。這使得某些模式可以以高於 5000 份空氣對 1 份燃氣比率的方式進行操 作。 所有未使用的過量空氣與燃燒產物混合以冷卻火焰，使得燃燒器適用於不 允許高火焰溫度的應用。與比例火焰相比（溫度高於 3,000°F），在 5,000％過量 空氣下操作的燃燒器會排放比環境空氣溫度高 15°F 以上的溫暖氣流。這是噴嘴 混合燃氣燃燒器的重要長處 - 能夠產生非常廣域的均勻、嚴密控制的溫度。 空氣和天然氣必須以接近 10 比 1 的比例燃燒，可以將部分空氣與氣體混合， 直到氣體以正確的比例完全燃燒；然後，將未使用的冷卻空氣與超過 3,000°F 的燃燒氣體混合，生成暖空氣混合物，這被稱為分段混合。 噴嘴混合燃燒器提供了預混燃燒器所缺少的許多功能 - 火焰型態及空氣 - 燃氣比廣泛選擇。與預混燃燒器不同，一些噴嘴混合設計將接受預熱的燃燒空氣 或富氧，有些可轉換為雙燃料（油及燃氣）操作。因為噴嘴混合燃燒器不像預混 燃燒器那樣容易回火，所以尺寸不是限制。噴嘴混合燃燒器的容量超過 5 億 Btu /hr(146.65MW)。

35 這些優勢的權衡是更大的尺寸及複雜性。噴嘴混合燃燒器比相同燃燒速率的 預混單元要大，並且每個燃燒器必須有兩條管道運轉- 一個用於燃氣，另一個用 於空氣。 在大面積上需要分配較少的熱量輸入時，噴嘴混合燃燒器也處於劣勢。

第 三 節 火 災 模 擬 實 驗 趨 勢

Matthew(2018) 結構性能防火設計目前在全世界有不同的等級被採用，其中 包含的項目通常取決於項目本身的複雜性、建築物的構造以及項目存在的法規環 境。這項研究概述了現代加拿大建築的結構性能防火設計，該建築被評估為一系 列實際設計火災，包括移行火災(travelling fires) ，這是一種嚴重而且可能 發生在現代結構的火災類型，但在加拿大很少受到研究關注。特別是，此文重點 關注考慮整個復合鋼結構建築接頭的行為反應。這些真實火災情境中接頭會遇到 非常大的軸向需求，在設計過程中必須考慮這些需求，這些軸向需求的大小和持 續時間是不同的，很大程度上係取決於所考慮的火災（標準、參數和移行）類型。 無論建築物的設計方法如何，理解並能夠量化接頭的火災行為情境的範圍，對於 確保極端火災事件的彈性結構至關重要。 Jamie(2011) ，Guillermo(2011)傳統防火方法有侷限性： 1. 有限區域（<500㎡）和高度（4m） 2. 有限的熱內襯 3. 假設整個封閉空間的溫度均勻 4. 不考慮大多數建築的特徵，例如 大空間、中庭、挑空連接多個樓層等 5. 根據小區劃的測試 6. 近似矩形封閉區間 7. 沒有天花板開口  19~20世紀建築物:66%在此侷限內

36  2008年建築物:8%在此侷限內 實驗數據顯示火災的移行(fire travel)，真實火災已觀察到移行，如:  世界貿易中心大樓(WTC Towers) 1, 2, and 7 (美國紐約 – 2001)  Torre Windsor (西班牙馬德里 – 2005)  Faculty of Architecture(荷蘭台夫特– 2008) Jamie(2011)移行火災，以25%樓地板面積移行為例如圖2-28圖示說明。

(資料來源：Comparison of Resulting Steel Temperatures from Travelling Fires and Traditional Design Methods: A Case Study of the Informatics Forum Building)

圖2-28 以 25%樓地板面積移行火災與構件溫度時間歷程

37 Guillermo(2011)在大區劃中，火災不會均勻燃燒，而是局部燃燒並擴散，火 災環境分為兩個場域(Alper＇s correlation)如圖2-29所示：近場≈1000-1200 ℃、遠場≈200-1200℃，總燃燒持續時間是火災面積的函數關係(圖2-30)，當火 災移行時，每個結構構件都看到近場和遠場溫度的組合(圖2-31)，在大區劃中， 不太可能發生閃燃，而是發生移行火災。

(資料來源：Travelling Fires in Structural Design) 圖 2-29 火災環境分為兩個場域

(資料來源：Travelling Fires in Structural Design)

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(資料來源：Travelling Fires in Structural Design) 圖2-31 火災移行近場與遠場溫度變化 Egle(2018)波蘭於2017年，在大型實際空間內以自然成長火災實驗探討火災蔓 延特徵，該試驗在一開放式、高3.2 m、面積為380 m2的舊RC建築中進行。沿空間長 向布置連續木框架作為燃料(圖2-32)，用熱電偶及紅外線相機測量空間溫度，火從 一端點燃並讓其自然成長，由觀察和溫度量測表明火沿著空間長向快速延燒並在點 火後25分鐘燒到遠端，未觀察到閃燃，火勢蔓延的速度並不穩定，但是正在速度逐 漸增加，就開放式空間而言，x-ONE是迄今為止進行過最大的火災實驗。 實驗結果，說明傳統規範(標準)，火場溫度假設為均溫，但在大空間，溫度是 連續擴散，且包含溫度下降段，火災延燒應採移行火災法(Travelling Fires Methodology ,TFM)來模擬。

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(資料來源：x-ONE Fire Experiment in a Very Large and Open-Plan Compartment) 圖2-32 移行火災實驗 Chao(2018) 在中國大陸已有很多性能式的防火設計，但多數僅用簡易火災模 型來計算，未考慮結構受熱梯度的影響，在大型挑高建築空間裡，結構受高溫部 位有可能僅限於下半部，(局部加熱情形)。在稍早的研究結果知，在標準測試數 值模擬，構件呈整體挫曲破壞，在局部火災模擬下，呈局部挫曲破壞。 Anthony(2013) 最近的研究顯示，暴露於建築火災的建築構件的實際防火能 力可能低於其規定的耐火等級（Lennon和Moore，2003，Jones，2002，Nyman， 2002和Abecassis-Empis等，2008）。傳統上，建築構件的防火等級是根據ISO 834 中給出的標準防火時間 - 溫度曲線進行的防火測試來確定的。這個ISO 834曲線 是在20世紀初開發的，其中木材是基本燃料來源。實際上，現代建築使用熱塑材 料，合成泡沫和織物。這些材料發熱量高，同時增加了火焰生長速度和熱釋放速 率，從而使火災嚴重程度超過標準火災曲線。 真實的建築物火災溫度曲線取決於表示可燃建築物內容物的燃料負荷，通風 口和牆襯材料的熱性能；事實上，商業和住宅建築融合了傳統木製家具和現代物 品，如坐墊/織物家具，床墊，織物塗層隔斷以及許多使用熱塑材料，合成發泡 材和織物的其他物品。在現代商業和住宅建築中引入桌上型電腦，織物塗層乾牆 系統和軟墊家具，熱塑性材料用量的增加顯而易見。此外，纖維素材料的發熱量 僅為17 MJ / kg，而塑料的發熱量取決於其類型（ECS，2002），從25至35 MJ / kg

40 不等。在發生火災時，熱塑性材料會融化並流向地板並開始燃燒。這些火災的燃 燒速度明顯加快，熱釋放率更高。 Bwalya等人（2007）進行了室內防火測試， 以評估新建築產品和系統對單戶住宅的消防安全的影響。為此，考慮使用由暴露 的聚氨酯泡沫（PUF）和木格架構成的沙發組成的燃料包。沙發首先被點燃，而 木格架則提供了剩餘的火災負荷。結果表明，火災發生期間溫升速率比ISO 834 （1999）時間溫度曲線快。 最近Bwalya等人（2008）根據加拿大房地產網站的信息對家庭住宅進行了火 載量調查，以量化和確定住宅中可燃物質的成分。所有房間內可燃物的成分分為 三大類：木材和紙張（纖維素類），合成塑料和紡織品（或織物）。從這些結果中 可以明顯看出，木質材料在住宅中佔可燃物總量的很大一部分。儘管纖維素材料 佔據了最高份額，但塑料佔據了近13至39重量百分比（kg），並且貢獻了20至48 ％的火載量（MJ）。火載量百分比的增加是由於合成塑料的熱值比纖維素材料高。 這顯示了合成塑料材料對住宅中火載量的重大貢獻。必須注意的是，當建立標準 時間溫度曲線時塑料不存在。如上所述，這些現代合成材料既增加了火焰生長速 度，又增加了放熱率峰值，因此比用於獲得FRR的標準火災曲線增加了火災嚴重 性。因此，建築構件可能無法確保安全疏散，或為建築組裝技術手冊中指出的居 住者和消防救援人員提供所需的生命安全。 對非標準時間 - 溫度閃燃後火災的評估發現，三個基本參數定義了區劃內 的時間 - 溫度曲線，即內裝材料的燃料載量、通風和熱性能。設計火災曲線基 於三個參數確定，即： 燃料載量、通風開口及牆裝修材料的熱性能。 這些燃料 載量是一個重要的參數，因為它代表了區劃中的可燃物。 它會影響區劃的燃燒 持續時間和峰值溫度。 Anthony(2014) 基於 ISO 834 標準時間 - 溫度曲線的防火測試源於近 100 年前應用木材燃燒爐。 實際上，現代住宅和商業建築採用合成發泡材、織物和 熱塑性材料。 在發生火災時，這些熱塑性材料中的一些會融化並流向地板，並 以更高的熱量釋放速度燃燒，導致比標準火災更嚴重的火災。 這意味著用於測

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試建築構件的標準火災曲線並不能準確反映建築火災。

LSF( light gauge steel frame)牆體的耐火性取決於許多因素，如火災嚴 重程度、幾何形狀、牆體襯裡材料、支撐條件以及發生火災時的施加載荷。 另 外，建築物內的典型火災始於單一區劃，火災的嚴重程度取決於區劃的用途，燃 料載量情況以及開口和區劃的大小。 熱塑性塑料是由塑料製成的聚合物，在高溫下具有延展性。 一些聚合物在 300-450℃的溫度下熔化。 在發生火災時，它們會以更高的熱量釋放速度融化和 燃燒，導致更嚴重的火災。 非標准設計火災分為兩個主要部分，即： 閃燃前和閃燃後設計火災。 閃燃 後設計火災在建築消防安全系統的設計中非常重要，而閃燃前火災主要集中在建 築物居住者的生命安全，特別是有毒氣體產生和建築物周圍的火災蔓延。閃燃前 設計火災，許多研究是為了確定火災的增長率，最流行的是估算時間 t（s）的 熱釋放率 Q（MW）的 t 平方法。 David(2002) ，目前建築規範對結構系統的耐火性的要求是基於試體與 ASTM E119、ISO 834 和 NFPA 251 等標準火災暴露的反應。這些標準是在 1920 年代開 始建築規範應用確定 FRR 的基本依據。由於缺乏密切的建築物失效，這些標準已 經產生了合理的安全程度，但是越來越多的證據顯示這些標準所使用的整個測試 程序是不現實的。具體而言，標準使用的時間 - 溫度曲線與實際區劃火災的時 間 - 溫度曲線沒有很好的相比，其結果是建築施工可能會不必要地昂貴。一些 批評是： 1. 這些標準是基於特定的時間 - 溫度暴露不斷增加的，而真正的火災的時間 - 溫度關係已經定義了包含由成長、全盛和衰減週期部分組成。 2. 承載結構構件在與被測試構件的最大允許應力相對應的載重下進行測試。 這 是很重要的，因為建築物中的承重結構構件通常不是用來承受最大允許應力 下的荷載，也不是建築物荷載均勻分佈在整個結構構件上。 3. 只有整個建築結構系統的一個組成部分才被測試，通過僅執行單一構件測試，

42 當系統的單一構件出現失效時，不可能考慮可能在整個支撐組件的其餘部分 發生的負載分佈。 4. 該構件的耐火等級由其能夠承受標準火災暴露的時間長度來定義，同時滿足 特定的性能標準，測試的成功部分是爐內氣體溫度的函數，氣體溫度是來自 熱源的對流熱量和來自爐壁的輻射熱量的函數，輻射能是入射到結構構件上 的總熱釋放率的主要成分，並且由於輻射通量的大小與溫度四次方成正比， 所以輻射分量的影響可能是顯著的，爐壁結構的類型直接影響輻射能量的大 小；因此，如果耐火爐的爐壁結構變化，那麼輻射的影響也可能不同。 還值得注意的是，ASTM E119 聲明如下：本標準應用於量測和描述受控條件 下材料，產品或組件對熱和火焰的響應，不應用於描述或評估材料，產品或組件 的火災危險或火災風險實際的火災情況；然而，測試結果可以用作火災危險評估 或火災風險評估的要素，其中考慮了所有與評估特定最終用途的火災危險或火災 風險有關的因素。 1908 年，美國測試材料協會（ASTM）發布了一種標準測試方法，該方法基於 需要製定評估建築材料防火安全性的通用方法，1918 年，時間 - 溫度曲線作為 標準的一部分，基於當時真實火災時的最高溫度，該曲線並非基於建築構件對真 實火災的反應，而是基於作者所描述的火災期間預期的最壞時間 - 溫度關係。 這條曲線基本保持不變，並已被全球許多國家所採用，只有很小的變化，這 個標準的時間 - 溫度曲線允許構造業根據結構構件或組件在爐內失效時間決定 其耐火等級，試圖將這段時間與建築規範要求的失效關聯起來時，遇到了困難。 為了解決這個問題，Ingberg 在 1928 年提出了“火載量概念＂。這個概念提出， 真實火災在火災區劃消耗所有可燃物質所需時間的總熱釋放率可以被認為是火 災嚴重程度，火災嚴重程度等於實際火災曲線下的面積。這種火災的嚴重程度取 決於防火區劃內的火載量。例如，典型辦公室的火災嚴重程度（辦公室內的實際 火災所代表的曲線下方的區域）預計將低於工業廠房的火災嚴重程度（曲線下方 的實際火災所代表的區域廠）。有人提出，典型區劃火災的火災嚴重程度可能與

43 標準火災測試所確定的耐火性有關，方法是將實際火災曲線下的面積等於基準線 溫度與標準火災曲線下的面積。也就是說，標準火災曲線下面積等於真實火災曲 線下面積的點將為所考慮的火災嚴重程度提供相同的耐火性；由此可知，如果區 劃火載量已知，則可以確定特定區劃所需的耐火性。 以下為David(2002)所提出標準試驗對試驗結果之影響： 1.標準火災試驗時間溫度曲線的影響 Ingberg 的“火載量概念＂試圖解決標準測試曲線與實際曲線的時間溫度關 係上的差異。 然而，簡化所依據的經驗數據是從近 100 年前建築物的全面防火 測試中獲得的，這些測試可能不能反映現代建築中的火災特徵。 現代建築包含 更高程度的塑料材料，當其燃燒時會導致比木質產品更高的熱釋放率。 另外， 與獲得經驗數據時建造的建築物相比，現代建築中使用的建築技術較一般重木構 造為輕。 此外，在某些情況下發現，根據爐壁的結構，測試爐內的實際氣體溫度與放 置在測試室內的熱電偶測量的溫度之間的差異可高達 100℃。這很重要，因為熱 電偶控制維持標準測試曲線所需的燃料供應。如果這些熱電偶不能反映準確的溫 度讀數並提供更多的燃料，則能量傳輸的輻射分量的影響可能很大。此外，含有 可燃物質的結構構件的測試可直接影響來自熱電偶的溫度讀數，因為它們可能被 燃燒測試樣本的火焰包圍，而不僅僅量測標準規定的爐溫。據報告，根據英國兩 個不同耐火爐的測試，這些特性導致相同測試樣本的指定 FRR 有 30％的差異。 2.結構構件在測試爐中之載重與束制之影響 通常，標準測試要求被測試的結構元件被加載到構件的最大允許應力。 允 許應力是建築物使用壽命期間結構構件預期的靜載重與活載重的組合。 然而， 按照現代設計理念，結構部件的尺寸通常大於服務負載所需的尺寸。 其意義在 於，發生火災時構件的實際負載可能與用於確定 FRR 的標準測試所用的實際負載 不同。 因此，由於負載不同，實際構件在實際發生火災時可能無法按照預期進行測

44 試。 建築規範要求給定建築物中的所有結構構件都得到相同的 FRR，而不管實 際的服務負載如何，這一事實進一步複雜化。 無論是建築規範還是分析單個建 築構件的標準測試，都無法解釋單個結構構件發生失效時發生的載重重新分配問 題。 標準測試還要求結構構件以與實際使用條件類似的方式限制在端部或側面。 這一點很重要，因為端部限制在標準測試中的結構構件的性能中起著關鍵作用。 例如，已經顯示，具有旋轉和位移端限制的梁具有比無限制梁更大的 FRR 。 在 此的意見是，最終束制的類型很難從一個爐子測試控制到另一個，只有很少的實 驗室能夠限定真實的最終束制程度。 由於在 ASTM E119 中對束制條件和無束制條件的要求沒有明確定義，因此在 使用耐火爐測試設計解決方案時，由於無法適當調節現場實際應用的端部束制結 構，所以更加值得關注。例如，現場可能使用不同的連接螺栓，或者焊接技術可 能不一樣。 這也是一個問題，因為被測試的組件僅用於一個端部束制條件，而 這並不能解釋在現場可能會遇到的組裝技術的變化。 因此，無法準確預測現場 安裝組件的輕微變化對總體 FRR 的影響。

基於 Cardington 防火測試的結果以及英國 Broadgate Development 的火災。 在布 Broadgate 的例子中，大火開始於部分完整的 14 層高建築物，包括外露的 鋼結構和混凝土地面結構。 在 Cardington 測試中，一棟 8 層樓的建築物具有相 似的特性並進行了一系列的防火測試。 儘管某些鋼結構發生變形和彎曲，但這 兩棟建築都沒有倒塌。 對 Broadgate 火災和 Cardington 測試結果的調查證實， 多層建築的鋼架作為一個系統，而不是一系列單一元素。 事實上，由於某些結 構由於溫度升高而被削弱，弱化構件承載的載重被轉移到結構系統的其他部分。 3.材料性質的影響 對結構構件/組件進行標準耐火測試。 通常這個樣品被測試一次或兩次。 這 意味著被測試的結構構件/組件合理地代表了現場安裝的組件。 這通常不是這種 情況，因為通常存在材料特性的廣泛變化。 例如，由 Fe E 240 製成的鋼樑在室