水霧式隔煙系統之技術與應用研究 (1/3)
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(2) 國科會 GRB 編號 PG 9402-0461 本部計畫編號 MOIS 09430107000G1008. 水霧式隔煙系統之 技術與應用研究 (1/3). 受 委 託 者 ：中華民國建築學會 研究主持人：蔡榮鋒 研. 究. 員：李正國. 研 究 助 理 ：陳亮廷. 內政部建築研究所委託研究報告 中華民國 94 年 12 月.
(3) 目次. 目次 表次‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ Ⅴ 圖次‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧Ⅶ 摘要‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ XI 第一章 緒論 ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 1 第一節 背景‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ ‧‧‧ 1 第二節 目的‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ ‧‧‧ 2 第二章 文獻回顧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 5 第一節 撒水頭(Sprinkler) ‧‧‧‧‧‧‧ ‧‧ 6 第二節 撒水幕與隔熱‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ ‧‧ 9 第三節 細水霧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 11 第三章 研究流程、儀器設備與實驗測試‧‧‧‧‧‧ 17 第一節 水霧量測實驗室‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 18 A.實圓錐 (solid cone)噴霧器‧‧‧‧‧ 18 B.扇型(fan spray)噴霧器 ‧‧‧‧‧ 20 C.隔煙用組合噴霧器‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 20 D.噴霧特性量測系統‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 21 第二節 相差都卜勒顆粒分析裝置與粒徑量測儀‧ 22 第三節 隔煙實驗室‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 25 A.水壓和噴霧系統‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 25 B.火源和煙氣產生器‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 25 C.量測系統‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 26. I.
(4) 目次. (i) 煙層之高度及下降速率：‧‧‧‧‧‧ 26 (ii)其他儀器：‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 26 第四節 實驗規劃‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 27 第五節 定性實驗‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 28 第六節 滌煙與隔煙測試實驗‧‧‧‧‧‧‧‧ 28 第四章 研究發現‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 93 第一節 結果與討論‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 93 第二節 成果及效益‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 94 第五章 結論與建議‧‧‧ ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 97 第一節 結論‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 97 第二節 建議‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 98 附錄‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 101 參考書目‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 115. III.
(5) 表次. 表 表 表 表 表. 2-1 2-2 3-1 3-2 3-3. 表 表 表 表. 3-4 3-5 3-6 3-7. 表 3-8 表 3-9 表 3-10 表 3-11 表 3-12. 表次 細水霧滅火系統與其他滅火系統的特性分析‧13 現有細水霧與撒水頭噴頭測試項目比較‧‧‧ 14 實圓錐噴霧器導流棒重要尺寸．‧‧‧‧‧‧ 32 實圓錐噴霧器擴散角＆粒徑實驗表‧‧‧‧‧ 33 實圓錐噴霧粒徑量測條件＆結果 3-3a 粒徑量測條件‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 34 3-3b 噴霧示意圖及比例尺‧‧‧‧ ‧‧‧‧ 34 3-3c 噴射角 15° ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 35 3-3d 噴射角 75° ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 36 扇型噴霧器之壓力與流量關係‧‧‧‧‧‧‧ 37 噴射角對扇形噴霧器擴散角＆濃度實驗表‧‧ 38 高速攝影系統及功能‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 39 組合噴頭粒徑量測 3-7a 實圓錐噴霧示意圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 40 3-7b 扇形噴霧示意圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 40 3-7c 導流棒 b3 實圓錐噴霧 75°之粒徑量測 41 3-7d 扇形噴霧器 15°之粒徑量測‧‧‧‧‧ 42 實圓錐噴頭粒徑量測照片‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 43 扇形噴頭粒徑量測照片‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 44 PDA 量測結果‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 45 實驗#1~4 之流場條件及相關參數‧‧‧‧‧‧ 46 實驗#6~15 之流場條件及相關實驗參數‧‧‧‧ 47 V.
(6) 圖次. 圖 2-1 圖 2-2 圖 2-3 圖 3-1 圖 3-2 圖 3-3 圖 3-4 圖 3-5 圖 3-6 圖 3-7 圖 3-8 圖 3-9 圖 3-10 圖 3-11 圖 3-12 圖 3-13 圖 3-14 圖 3-15 圖 3-16 圖 3-17 圖 3-18 圖 3-19. 圖次 水的相變化與熱能的改變量‧‧‧‧‧‧‧‧15 撒水幕應用於防火區劃示意圖‧‧‧‧‧‧‧16 撒水幕應用於防火區劃示意圖‧‧‧‧‧‧ 16 研究流程圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 48 實圓錐及扇形子噴霧器‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 49 噴嘴孔徑對水霧擴散角之影響 Flow 1‧‧‧‧ 50 導流棒對水霧擴散角之影響 Flow 2‧‧‧‧‧ 51 噴射角對噴霧擴散角及濃度之影響 Flow 3‧ 52 噴射角對噴霧擴散角及濃度之影響 Flow 4‧ 53 扇形子噴霧器水霧擴散角 Flow 9a ＆ 9b 54 扇形子噴霧器水霧擴散角角度拍攝 ‧‧‧‧‧ 55 組合噴頭水霧量測實驗‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 56 噴霧產生設備圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 57 粒徑分析軟體流程‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 58 PIV 粒子速度量測系統‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 59 PDA 光學組‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 60 PDA 量測結果‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 61 滌煙＆隔煙用水霧系統‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 62 煙霧產生器‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 63 簡易式煙氣濃度分析計‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧64 偵煙型感測器‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 64 數據收集系統‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 65 VII.
(7) 圖次. 圖 3-20 煙霧遮光量測儀‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 66 圖 3-21 多功能氣體分析儀‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 66 圖 3-22 隔煙實驗規劃場示意圖 3-22a 俯視圖 ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ ‧ 67 3-22b 側視圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 67 3-22c 圖 DV 相關拍攝位置‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 68 3-22d 水霧對火源水霧＆火源示意圖‧‧‧‧‧ 68 圖 3-23 實驗#1~4 溫度與時間紀錄 3-23a 實驗一之溫度與時間紀錄‧‧‧‧‧‧ 69 3-23b 實驗二之溫度與時間紀錄‧‧‧‧‧‧ 70 3-23c 實驗三之溫度與時間紀錄‧‧‧‧‧‧ 71 3-23d 實驗四之溫度與時間紀錄‧‧‧‧‧‧ 72 圖 3-24 實驗#5 溫度與時間紀錄‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 73 圖 3-25 實驗#6 溫度與時間紀錄‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 74 圖 3-26 實驗#7 溫度與時間紀錄‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 75 圖 3-27 實驗#8 溫度與時間紀錄‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 76 圖 3-28 實驗#9 溫度與時間紀錄‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 78 圖 3-29 實驗#10 溫度與時間紀錄‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 80 圖 3-30 實驗#11 溫度與時間紀錄‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 82 圖 3-31 實驗#12 溫度與時間紀錄‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 84 圖 3-32 實驗#13 溫度與時間紀錄‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 86 圖 3-33 實驗#14 溫度與時間紀錄‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 88 圖 3-34 實驗#15 溫度與時間紀錄‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 90 IX.
(8) 摘要. 摘. 要. 關鍵詞：隔煙、滌煙、隔熱 一、研究緣起 煙是發生火災時，造成人員重大傷亡之主要因素。排煙已被 列為必要之逃生設備。撒水頭是目前最常用之消防設備，因為水 具有相當高之蒸發潛熱，可降低溫度，可於火災初期將火撲滅。 撒水設備與排煙設備各有優點，但同時裝設排煙設備、與撒水設 備，卻可能相互抵銷，效果變差。 水霧可吸附大多數之有毒煙氣，化工業或焚化爐常用噴霧塔 作為滌煙設備；Marioff 公司亦曾發表電腦房之水霧式隔煙/滌煙 系統。細水霧是目前最有效及安全之消防設備。兩者類似，都是 噴霧(spray)，噴霧塔去除粒狀、或氣態污染物之技術，也可以改 良成研發水霧式隔煙、隔熱系統、洗滌火場煙霧、增加人員的逃 生時間。 滌煙用之噴霧器應具有大擴散角及長懸浮滯空時間，以提高 其吸收有毒煙氣之效率。考量水滴冷卻熱煙霧後，可能導致煙層 下降，另一款隔煙用噴霧器須具備高動量，構成水霧幕(water mist curtain)，隔絕煙氣、限制其擴散範圍。 本研究藉自有之視覺技術，量測噴霧之粒徑、濃度分步等特 性；測試氣流對水霧分佈之影響；決定選用兩個扇型及實圓錐噴 霧器，組合成為具滌煙、隔煙、隔熱之噴霧器。. XI.
(9) 水霧式隔煙系統之技術與應用研究. 二、研究方法及過程 本研究於建研所建置，滌煙、隔煙測試實驗室：包括（1）高 壓供水系統及水霧迴路、（2）模擬逃生通道、（3）煙器產生器、 及（4）滌煙效率之量測系統；以驗證本研究之研發成果，將來亦 可作為建置隔煙系統之驗證實驗室之參考。本實驗室，以熱電藕 樹、量測火場溫度；自製及消防用之偵煙感測器，判斷煙塵之濃 度與到達之時間、及能見度；DV 錄影機紀錄火焰之變化，氣體分 析儀量測排風口之氣體濃度。. 三、重要發現 實驗結果顯示，水霧壓力從 50bar 提高至 70bar，不會降低水 霧之平均粒徑 （SMD） ，但可增加水霧衝力與射程，滌煙與隔熱效 果相當明顯。例如，壓力 70bar 之水霧、於離火源 5.4 公尺處， 每分鐘僅需 17~26 公升之水霧，即可於 20~40 秒內迅速地將火場 溫度，由 250℃降至 50℃以下。荷重計顯示，油盆及燃料之重量， 在水霧啟動後，燃料下降速率減緩，甚至有重量增加之情形，可 能是部份水霧隨空氣進入火焰根部、以致燃燒反應延緩或中斷。 比較水霧前方與後方之煙塵附著量、煙霧濃度（能見度）及 溫度分佈：顯示水霧之降溫效率很高，位於水霧後方兩公尺之白 紙沒有附著黑炭，集水管所盛接之水量很少(低於 5 ㎜)、甚至沒 有；的確具有一定之滌煙與隔煙效果。氣體分析儀檢測排風口之 氣體濃度，發現 O2 濃度可長期維持在 19.5~20 %以上；CO2 濃度 則隨時間（約 100~200 秒）緩慢增加至 1.27%；CO 濃度緩慢增加 至 5~7ppm。. XII.
(10) 摘要. 此外如果，先啟動水霧或與火源同時啟動，很難將四個 92 汽 油之油盆點燃，而且溫度很難達到 60℃以上。. 四、主要建議事項 綜合以上，本水霧系統之目標為：滌煙、隔煙、隔熱；但結 果顯示亦具有相當之滅火功效。本研究未來，擬針對我國建築物 之特色，研發兼具這四種功能之水霧系統。 細水霧計畫：立即可行之建議 主辦機關：行政院內政部 協辦機關：內政部建築研究所 一.細水霧消防系統 (Water Mist) 價格昂貴之原因，在於其主要 目的是海龍替代品，不但要有專利、消防認證、還特別在意水 損（Water Damage），例如電控箱、變電站、機房，或者圖書 館、博物館、古蹟等。 二.水就是很好的滅火劑不管是，撒水頭、水滴、霧、水霧、細水 霧（Sprinkler, Water droplet, Fog, Spray, Water Mist）， 只要順利地將這些水滴、水霧，送入火焰根部（底部）、或鄰近 區域，可降低燃燒反應速率、潤濕燃燒半成品，水滴吸熱化成蒸 氣發揮排氧作用，一定可控制、抑制火勢、甚至滅火。 三.如果能將火災，限制在起火點空間，降低燃燒反應速率，即可 延長閃然時間；增加人員逃難時間與機會。 四.建築物火災之消防設備，主要目的是人員逃生安全。煙是火災 中最大殺手，依照今年實驗結果，水平噴霧的確，可冷却及潤 濕，蓄積在天花板下之熱煙，降低其向外擴散之速率。本研究，. XIII.
(11) 水霧式隔煙系統之技術與應用研究. 擬結合滌煙噴霧器(8~10 L/min、附錄四)、及滅火用噴霧器（籠 造式、包圍式、附錄五），設計用水量 20~25％撒水頭 （Sprinkler，80 L/min）、壓力 30~70 bar（中壓系統）， 具滅火與滌煙、隔煙、隔熱多重功用之消防設備。 細水霧計畫：中長期之建議 主辦機關：行政院內政部 協辦機關：內政部建築研究所 一.高層建築物及科技廠房之大型排煙管、隧道（車禍）、或地鐵， 等火災有其相似性。如能在火災初期，在火源之鄰近區域及上 游，噴灑水霧，藉隧道內部本身之通風設備，送入冷濕之空氣； 儘管隧道火災（車禍），屬 B 類遮蔽性火災，只要將閃然時間 延後，不管是人員逃生、抑制火勢、煙霧擴散，災後處理等， 應可獲得良好之滅火效果。 二.台灣隧道與地鐵，愈來愈多且愈長，若發生火災，往往死傷慘 重，台鐵之舊山線，有數個廢棄隧道，很適合進行這類研究。. XIV.
(12) 摘要. ABSTRACT 1.Research origin The death and damage rates of humans of a fire are decided by the concentration of smoke. Smoke exhausters have been considered as an necessary equipment for fire safety, especially for large and high buildings.. Sprinkler is one of the most. popular fire extinguisher since it can provide large amount of water to absorb heat and reduce the reaction rate of combustion. However, the combination of these two equipments does not necessary increase their efficiency in extinguishing a fire. Spray can absorb many kinds of harmful or toxic gas, and is frequently used as smoke scrubbing equipment.. There is a. product which can absorb and isolate smoke of a computer room.. Water mist is one of the most effective fire extinguishing. facilities.. Water mist and spray are of similar physical. properties, and can be produced by one high-pressure pumping system. It is very possible to make a smoke scrubbing system based on atomization of water sprays, which may increase the time for humans to escape from the scene of a fire, and decrease the death rate. An atomizer of smoke scrubbing should produce sprays of wide angles and long suspension time in increasing its effect on absorption of toxic gas.. The evaporation of water sprays, of. course, reduce the temperature of smoke, toxic gas, and the fire. XV.
(13) 水霧式隔煙系統之技術與應用研究. scenario, and inevitably result in the falling of smoke layer due to the decrease of hot buoyancy effect.. Consequently, there is a need to another. atomizer of high thrust to form a thick curtain of water mist which can largely reduce the diffusion of smoke. The study measures spray characteristic by a computer vision system, and the effect of air flow on the distribution of water sprays.. The study selected two types of atomizer, one of. solid cone, and the other fan-shape, to an atomizer of smoke scrubbing, and isolation of smoke and heat.. 2.Research method and process The study built a Lab., which were composed of (1) a high-pressure water supply system and water circuits, (2) a simulating escape path, (3) heat and smoke generator, and (4) a system to measure the efficiency of these objects.. Several. thermocouple trees were installed to measure the distribution of temperature.. A purposed-made smoke detector was used to. quantify the concentration of smoke, and a fire alarm used detector was used to measure the time of smoke to a critical level.. XVI.
(14) 摘要. 3.Important finds The results showed that the pressure of water spray does not necessarily decrease the size of water droplets, and increase its thrust and penetration distance, which can obviously increase its effect in smoke scrubbing and isolation of heat.. For example, a. spray of pressures of around 70 bar, could reduce the temperature of a fire scenario from 250℃ to50℃ or less within 20~40 seconds by injecting 17~26 liters spray per minute from a distance of 4.5 meters.. The record of load cell showed that the. reduction rate of the fuel weigh was decreased, and its weight, for many cases, might increase after the starting of water spraying system.. It is very likely that a part of spray was. entrained into the fire and fuel container and slowed down the combustion reaction rate. The record of gas analyzer showed that O2 concentration was kept at 19.5~or higher for a long time, that of CO2 was slowly increased to 1.27%, and that of CO to 5~7ppm.. It is oh. interest that early starting of water spray introduce large difficulties in lighting a fire, and usually of a temperature less than 60℃.. XVII.
(15) 水霧式隔煙系統之技術與應用研究. 4.Major suggestions To sum up, it is really possible to integrate a water spray system with function of smoke scrubbing, isolation of heat and smoke, and fire suppression, and it will be the object of our future research.. Possible suggestions may be achieved in a soon future. Water mist fire suppression systems (WMFSS) are usually of very high prices, since they are classified as alternatives of HALON, which has been widely used to protect an engine room, electricity station, library, museum, gallery, places of historic interest since these objects are very afraid of water damages. Water itself is a very powerful fire suppression agent, no matter that it is formed as a sprinkler, water droplet, fog, or water mist. The water droplets and fogs may be entrained into the root or neighborhood of a fie, which can quickly reduce the reaction rate of combustion and the expansion of water vapor can dilute the concentrations of oxygen, and wet the hot smoke and soot so as to control, slow down, or even suppression of a fire. The evacuate time and possibility of humans from a burning room are largely dependent on the onset of flash over, which may be achieved by limit the reaction or heat release rates of a fire.. The main object of fire suppression equipments of fires is. the safety of human evacuation time. Smoke is the most. XVIII.
(16) 摘要. important. killer in a fire. The results show that the horizontal. injection of sprays may rapidly cool down the temperature of smoke layer and reduce its out ward diffusion rate. As a result, the study attempts to integrate atomizers of functions of smoke scrubbing and fire suppression, which may be designed to generate sprays as phases of fire covers or compass of fires. Such systems of fire suppression, smoke scrubbing, and isolation of smoke, soot and heat may be achieved by injection of sprays associated with water flow rate of 20~25% of. a. sprinkler system at pressures of 30~70 bar.. Possible suggestions may be achieved in middle or long future. The fire of a tunnel, tube of under ground and high or large buildings are of some similarities.. The injection of sufficient. water spray or more at the early（initial） phase (stage), and these sprays may be delivered into the root of a open or hidden fire... Once the time of the onset of flash-over is delayed,. slowed down, or stopped, the evacuation of humans, control of a fire, smoke diffusion, and the scene reconstruction may be upgraded to a good performance.. There are some unused. tunnels in a unused railways, and they are the best scenarios to test the performance of such fire suppression equipments.. XIX.
(17) 水霧式隔煙系統之技術與應用研究. XX.
(18) 第一章 緖. 第一章 緖. 論. 論. 第一節 研究背景與目的 一、研究背景 近年來台灣經濟快速成長，人民的生活水平也大幅的提升， 加上都市人口的急遽膨脹，都市建築或公共娛樂場所有朝向規模 大型化、樓層立體化、設備複雜化及結構特殊化等等;另外對於公 共場所的使用也更朝向多元化的使用用途，這樣複雜的建築結構 雖然在土地的使用上獲得充分地利用，一旦火災，往往造成大量 人員傷亡及嚴重之財產損失。根據英美資料約有 70~80％之人員因 吸入有毒氣體，中毒死亡；濃煙可說是火災時最重大之殺手。 依 ASTM E176，煙之定義為一材料發生燃燒或熱解時所釋出散 播於空氣之固，液態微粒及氣體。煙是一項重要的火災性狀，因 為能見度是避難者能否逃出發生火災之建築物，以及消防人員能 否找出火災、撲滅火災的影響因素。煙有視線遮蔽及刺激效應而 助長驚慌狀況。許多案例顯示，逃生途徑上，煙往往比溫度更早 達到令人難以忍受程度。 建築物火災中，影響煙和高溫氣體的流動有兩個主要因素： (1) 煙層本身的流動性。高溫煙氣體的密度比周圍空氣低，會造 成引起熱浮力效應與氣體熱膨脹效應。 (2) 建築物內一般空氣的流動。雖然與火完全無關，但因空氣的 流動，而會將煙送至建築物內各處。例如煙囪效應與自然風效應， 則受外界的環境影響；空調系統與電梯活塞效應則為建築物內部 設施所引起。. 1.
(19) 水霧式隔煙系統之技術與應用研究. Thomas 等人，研究屋頂是否裝設排煙設備，熱煙氣的流動情 形，而研究結果也已應用到屋頂排煙系統設計的基礎上。排煙系 統已是公認，維持人員避難逃生動線不受濃煙侵害的不二法門， 其功能已被消防單位所接受，成為消防法規所要求消防設備。高 層建築物，近年來已大量採用排煙系統，防止濃煙擴散到逃生路 線上。 二、目的 預防火災擴大延燒，可減少人命安全與降低財務上的損失。 傳統之規格式規範，不足以保障這類大型高層建築物之消防安 全，目前世界各國朝向以科學為基礎之功能性(performance based) 規範來提升這些建築物之消防安全。 1. 噴霧塔是化工業常用之滌煙設備 ，藉水滴吸附大多數之有毒 煙氣。細水霧消防系統(WMFSS)是海龍滅火系統之最佳替代品，其 主要優點為用水量少、滅火時間短，在密閉空間滅火效率高、且 具有一定之滌煙效果。芬蘭 Marioff Inc. Tuomissari 亦曾發表 2. 電腦房之水霧式隔煙/滌煙系統 。 —————————— 1. 蔡春進，半導體工業的廢氣及微粒之聯合去除系統，交通大學 環工所， 國科會 研究報告，民國 91 年。 林啟文，以噴霧塔去除揮發性有機廢氣之數學模式建立及影響因子之研 究，民國 87 年。 李岩錡，以雙噴霧塔系統進行煙道氣中脫硝效能及反應動力之探討， 國 立成功大學環境工程學系碩士論文, 2000。 2. Tuomissari ,M.“Smoke scrubbing in a computer room,＂ Halon options technical working conference, Albuquerque：BFRL, 1999 2.
(20) 第一章 緖. 論. 本研究，以文獻收集為基礎，以專家座談為指引，以實驗分 析為驗證；擬建構以水霧式滌煙/隔煙系統，以提高消防安全。本 期中報告分為五章，本章為第一章；第二章為文獻回顧；第三章 研究流程、儀器設備與實驗測試，包括量測項目與實驗參數，第 四章為研究發現，最後一章為第五章結論與建議，包含對未來計 畫之建議。. 3.
(21) 水霧式隔煙系統之技術與應用研究. 4.
(22) 第二章文獻回顧. 第二章 文獻回顧 現有之水系統消防設備，有撒水頭( Sprinkler )，撒水幕系 3. 統 (Water screen, Water curtain, Drencher)及細水霧消防系 統(WMFSS)。本章將簡要說明這些水系統消防設備之特點及其對火 場排煙之影響。 水之所以能有效的滅火主要是因為水具有相當高的蒸發潛 熱。一公升的水由 0℃加熱到 100℃，需吸收 418KJ 的熱能:將水 蒸發(溫度不變)則需吸收 2257kJ 的熱能。水的沸點遠低於固態易 燃物的分解溫度(250℃到 450℃)，故可藉由發水滴，有效地降低 溫度。 水系統消防設備滅火之有效性，取決於：水的冷卻效應，水 滴的尺寸必須相當微小，而且水量需要足夠使用於整個的火場 中，因此水滴是否到達火源位置、水滴尺寸大小、噴撒角度等， 都是影響滅火有效性是的重要參數。理論上，水滴的尺寸越小， 增加單位體積之水的表面積，可加速其吸熱效率。但在實際情況， 太小之水滴動能不足，無法穿過火焰到達燃燒物的表面，反而無 法有效滅火。 根據上述，最有效的水系統消防設備，必須產生粒徑夠小、 動能夠大之水滴，且可迅速充滿整個火場，到火焰之根部，減緩 燃燒效應。細水霧消防系統(WMFSS)是目前最合乎這些要求之水系 統消防設備，將詳述於第二章第三節。 ────── 3.雷明遠，鄭紹材，林欲昌，黃建榮，「撒水幕應用於區劃構建之研究」，中 華民國建築學會第十六屆第二次建築研究成果，台北市：建築學會，民國 93 年。 5.
(23) 水霧式隔煙系統之技術與應用研究. 第一節 撒水頭 撒水頭是最常用之滅火設備，可有效抑制火勢或撲滅火災。 根據世界各國的統計數字中，作動很快的撒水系統可於初期撲滅 95%的火災，並顯著降低熱、火燄與煙，及一半的火災死亡率。撒 水系統藉著水的冷卻效果，以減低火場溫度、燃燒速度，並可大 大地降低火焰上方的溫度（Hankins 、F.M.） 。因此消防相關法令， 強制要求，一般公共建築物需加裝撒水設備。 撒水設備之滅火機制包含下列四項： a.直接冷卻燃燒物體的表面。大量之水滴，若能夠到達燃燒的 地方，降低燃燒物體表面之熱分解速率降低； b.將火源周圍之物體預先弄濕，可以阻止火勢繼續向外擴大。 c.降低火場內之溫度。 d.當水滴被蒸發後，水蒸氣會使得空氣中的氧氣變稀薄。 因為撒水頭動作後，燃燒過程中受到干涉，水滴不僅冷卻火 焰及火場內之溫度，煙層中的熱氣受到水滴冷卻作用、浮力降低， 造成： (1)燃料消耗率迅速下降、或不完全燃燒型態，導致 CO 濃度增加 （FM, Factory Mutual）。 (2)原本穩態的煙層，因水滴之冷卻作用，煙層的溫度降低，煙層 4. 的厚度增加，加速煙層下降速度 ，最後煙會擴散、充滿整個房間。 (3)降低煙霧通過排煙孔的流動速度，有可能阻礙排煙系統的功 能，反而阻礙人員的逃生。 ──────── 4. 鍾基強，董賢聲，薛朝鴻，廖健成，水系統火災控制技術之研究-水系統 效應對性能試煙控之模式技術與實驗驗證，台北市：內政部建築研究所， 民國 92 年。 6.
(24) 第二章文獻回顧. 撒水設備與排煙設備雖各有優點。美國 NFPA 對於在已經裝設 撒水器的建築物中再裝上排煙口仍感矛盾。現有之文獻，對於在 建築物中，同時裝設排煙設備與撒水設備，亦有正反兩極不同的 看法。 一.正面看法 (1) 排煙設備可以改善能見度 排煙設備最基本的功能就是將濃煙排出外，增加建築物內的 能見度，有利於人員逃生，更可讓消防隊員確認火源的位置並將 其完全撲滅。 (2) 排煙設備可以降低火場溫度與有毒氣體濃度 排煙設備將高溫有毒的濃煙排出建築物外，並將室外溫度低 之乾淨空氣，由進氣口送入，可降低火場內的溫度與有毒氣體的 濃度，方便人員的逃生。 (3) 排煙設備可以降低火災造成的損失 排煙設備與防煙垂壁的共同使用，可將濃煙限制在防煙區劃 內，避免濃煙擴散到建築物的其它區域，對建築物內部造成更大 的損害 (4) 假如撒水設備沒有作動，則排煙設備可以提供保護 雖然撒水設備在發生火災時，高達 90％皆能有效的作動並撲 滅火勢，然而假如撒水設備無法作動或者迅速的撲滅火勢，則此 時排煙設備就可發揮其功用，將濃煙排出，幫助人員避難逃生。 (5) 排煙設備可以避免過多的灑水頭作動 當限制煙與熱擴散到防煙區劃以外的區域時，可以避免遠離 火源的撤水頭住動，亦可減少過多撒水頭作動而造成的水害。. 7.
(25) 水霧式隔煙系統之技術與應用研究. 二.負面看法 (1) 排煙會增加燃燒速率 在密閉空間中，排煙設備一面將濃煙連續排出，另一面吸入乾 淨的冷空氣。可能促進燃燒速率，保持在 FREE BURN 的情況。相 對的，假如沒有設置排煙設備，空間內的氧氣會被持續的消耗， 燃燒速率也因此降低。 (2) 排煙設備會延遲撒水頭的作動。 由於排煙設備將煙與熱排出，因此天花板下方之熱煙層的溫度 會降低，連帶使得撒水頭的作動會有所延遲。導致在撒水頭作動 前，火勢不斷的擴大，甚至導致火勢無法控制住。 (3) 排煙會增加作動的撒水頭數目。 由於撒水頭的作動受到延遲，因此在第一個撒水頭作動時，火 勢以更加猛烈，造成需要更多的撒水頭作動來控制住火勢。假如 有設置防煙垂壁，則熱煙氣會蓄積在區劃內;造成區劃內的溫度迅 速增高，就算撒水頭遠離火源，但還是會因為高溫而作動，造成 作動的撒水頭數目增加。 (4) 撒水會降低排煙效率。 當撒水頭作動後可以有效降低濃煙溫度，但同樣會使其浮力降 低，造成濃煙無法順利排出。 根據上述，撒水頭可能與煙層交互作用、互相抵銷，反而不利排 煙或滅火。. 8.
(26) 第二章文獻回顧. 第二節 撒水幕與隔熱 撒水幕系統，是由水幕噴頭、管道和控制閥等組成的阻隔火 勢的噴水系統。撒水幕噴頭所噴出的水形成水幕(水簾)狀，不是 直接用於撲滅火災，而是形成防火水幕阻擋火焰、或與防火門窗 配合使用，用於阻隔火勢或阻熱，以防止火災延燒及利於逃生。 英國、中國大陸則配合其他區劃構件，例如撒水幕玻璃 (噴 淋玻璃)、防火捲簾、銅製門、木製門、防火捲門、等，強化區劃 構建件的耐火性能，利用阻熱的特性，共同形成優良之防火設備 或構件。 撒水幕防火功能取決於水幕之基本結構，應以水膜形態呈 現，儘量避免霧化及噴水錐角之空洞死角，撒水幕過熱產生大量 水霧，因此受火側上方若配合垂壁使用(用於垂壁外側)，有助防 火功能提昇。Dr. B. Morris（2000 年 6 月）發表，噴淋玻璃之水 膜若不均勻，而形成弱帶區或是「空點」(bald spot)，可能會加 速玻璃全面破損。 日本及我國已有使用撒水幕系統，作為防火區劃之案例。日 本之清水建設與能美防災(株)共同開發，電梯前廳出入口處設置 撒水幕，以防止火焰延燒、達到阻絕火焰，減少對非火災室的危 害。鹿島建設之有效性確認實驗，證實撒水幕具有近似水霧的特 性，其遮煙減煙效果達 80%，可用於居室，辦公空間、廠房機台之 防火區劃、隧道與地下鐵防災等。. 9.
(27) 水霧式隔煙系統之技術與應用研究. 我國亦有使用撒水幕之案例（勇軒台北廠），撒水幕噴頭 116 只、壓力 6~13bar、流量為 30L/m，撒水時間預估 60Min，水幕泵 浦流量為 3480Lpm、111.6KW。撒水幕系統佔用相當大的水源，造 成地面濕滑，可能不利逃生。 5. 鄭紹材 等之實驗證實，撒水幕可降低火場之溫度，可延遲旺 盛期之燃燒行為，增加人員逃生避難及火災救援時間，若搭配足 夠的空間，或是加寬水幕寬度，可以達到良好的隔熱性能，用來 保護建築物門窗開口等部位，尤其是在一些不能施做防火牆或無 法施做防火捲門的大空間，可使用撒水幕系統作為防火區劃，達 到防火隔熱作用。 不過，鄭紹材等之水平延燒試驗顯示，火災室內可能形成閃 燃現象（最高溫度達 858.7℃） ，火焰與濃煙穿透撒水幕向外向上 延燒、並快速成長擴大。本結果顯示，單獨使用撒水幕系統，失 效之風險仍高，不一定可滿足遮熱性之要求；建議與其他設備共 同使用，如搭配玻璃(噴淋玻璃)、防火捲簾、鐵捲門等業者，共 同研發具有防火時效與阻熱性之防火設備。. ────── 5.雷明遠、鄭紹材、林欲昌、黃建榮，「水幕應用於區劃構建之研究」，中華 民國建築學會第十六屆第二次建築研究成果，台北市：建築學會，民國 93 年。 10.
(28) 第二章文獻回顧. 第三節 細水霧 細水霧消防系統(WMFSS)之主要優點為，用水量少、滅火時間 短，在密閉空間滅火效率高、且具有一定之滌煙效果，如表 2-1、 2-2。蒙特婁公約限制氟氯碳化物的製造及銷售後。WMFSS 具有「乾 淨無環保公害（Clean）、對人體的健康及安全，無不良性影響 （ Health & Safety ） 、 價 錢 要 低 廉 又 易 於 取 得 （ Readily Available）」等優點，是海龍滅火系統之最佳替代品。台電已改 6. 用 WMFSS，保護變電站。國內研究 WMFSS 系統之學者，有陳俊勳 、 7. 徐一量及蔡榮鋒 等。 細水霧系統與一般灑水頭系統主要不同之處，簡述如下，細 水霧系統所產生水滴的 VMD 直徑約在 30 至 300μm （VMD：volumetric mean diameter；體積平均直徑） ，其用水量大約為，撒水頭之 10 ％ （an order of magnitude，少一個級數）。. ────── 6.陳俊勳，滅火系統技術研發之規劃研究-細水霧滅火系統技術研發之規劃研 究(II)，台北市：內政部建築研究所，民國 93 年。 陳俊勳，陳浩然，水系統火災控制技術之研究(II) -細水霧滅火系統技術 研發之規劃研究，台北市：內政部建築研究所，民國 93 年。 7.蔡榮鋒，水氣霧噴頭開發及噴撒特性檢測委託案結案報告，新竹：工研院 環安中心，民國 93 年。 11.
(29) 水霧式隔煙系統之技術與應用研究. 水霧可吸附大多數之有毒煙氣，化工業或焚化爐常用噴霧塔 作為滌煙設備；芬蘭 Marioff Inc.Tuomissari 亦曾發表電腦房之 水 霧 式 隔 煙 / 滌 煙 系 統 。 美 國 Hughs 公 司 之 消 防 專 家 8. Mawhinney ，則建議現有之 WMFSS 適用於滅火，雖具滌煙效果，但 將水霧用於隔煙/滌煙，僅能延長逃生時間、火場內之煙氣仍具毒 性、對生命仍有威脅，火場人員不應長期停留。Mawhinney 強調， 水霧式隔煙/滌煙，應另外設計、重新制定安全規範。 9. 研發水霧式隔煙系統，需建立噴霧特性量測性統 。其實細水 霧、水霧都是噴霧，考量細水霧系統在國內應用案例逐年增加， 我國有必要制定 WMFSS 之噴霧特性檢測程序及規範，以因應未來 之需求。. ────── 8. Mawhinney, J.R., “A Critique of Claims of Smoke Scrubbing by Water Mist,＂Research and Practice: Bridging the Gap, Fire. Suppression. and Detection Research Application Symposium, Tampa, FL：National Fire Protection Research Foundation, 2002. 9. 蔡榮鋒，李正國，李廣齊，「量測液滴幾何特性的視覺方法」，中 華民國第二十六屆全國力學會議,雲林,民國 91 年 。 12.
(30) 第二章文獻回顧. 表 2-1 細水霧滅火系統與其他滅火系統的特性分析 比較內容. 細水霧 (Water mist). 撒水系統 (Sprinkler). 海龍 (Halon)FM-200. 二氧化碳 (CO2). H2O. H2O. CF3CHFCF3. CO2. 2~7. 110. 53. A. B,C. B,C. 降溫. 切斷燃燒的 連鎖反應. 氧氣濃度下 降稀釋. 無能力. 無能力. 無能力. 是. 否. 否. 否. 高吸熱能力. 是. 是. 否. 否. 可快速啟動抑制火勢. 是. 是. 否. 否. 減低高溫對人員的危 害、並增加逃生時間 釋放(人員撤離)時間. 優良. 良. 否. 否. 無限制. 無限制. 10 秒. 60 秒. 否. 否. 是. 是. 非封閉型空間. 適用. 適用. 不適用. 不適用. 專設排氣裝置. 不需要. 不需要. 需要. 需要. 22(不變). 22(不變). 約 18. 約 15. 對人的安全性 具有腐蝕性. 無害. 無害. 生成物有毒. 吸入 CO2 有毒. 否. 否. 是. 是. 減少煙霧及降低腐蝕 性氣體之濃度 溫室效應影響(GWP2). 優良. 良. 否. 否. 0. 0. 2050. 1. 大氣中存活期 (ATM.LIFE). N/A. N/A. 31 年. 120 年. 需要泵浦. 是. 是. 否. 否. 需要填充. 否. 否. 是. 是. 耗水量低、不佔空間. 是. 否. N/A. N/A. 成分 系統壓力(Bar) 1kg/cm2 1.02 Bar 火災類型適用性 滅火方式 對火場高層(近天花 板)的急速冷卻降溫 能力 降低火焰場溫度. 是否需疏散計劃. 啟動後火場氧濃度 (%). 高壓 ≧35 中壓 12-35 低壓 ≦12 A,B,C 快速降溫及 阻絕氧氣 具極佳的降溫 能力. (資料來源：總合網路上查知，部分資料由工研院環安中心提供。) 13.
(31) 水霧式隔煙系統之技術與應用研究. 表 2-2 現有細水霧與撒水頭噴頭測試項目比較. (資料來源：由工研院環安中心提供。) 14.
(32) 第二章文獻回顧. 圖 2-1 水的相變化與熱能的改變量（容量為 1L）. (資料來源：網路資料). 15.
(33) 水霧式隔煙系統之技術與應用研究. 圖 2-2 撒水幕應用於防火區劃示意圖. （資料來源：日本清水建設）. 圖 2-3 撒水幕應用於防火區劃示意圖. （資料來源：日本鹿島建設）. 16.
(34) 第三章 研究流程、儀器設備與測試實驗. 第三章 研究流程、儀器設備與實驗測試 水霧(droplet)、撒水液滴(sprinker)、細水霧(water mist)， 都是噴霧(spray)，其基本特性(spray characteristics)；壓力 與流量關係(flow rate)、體積通量密度(liquid flux)、擴散角 (spray angle)、噴霧濃度(spray density)、粒徑 (size)及速度 (velocity)分佈等。因此，用於量測噴霧之技術及設備，都可用 於量測水液滴及細水霧之特性；當然也可以利用噴霧塔去除粒 狀、或氣態污染物之技術，洗滌煙霧，研發水霧式隔煙系統、增 加人員的逃生時間。 考量細水霧系統在國內應用案例逐年增加，我國有必要制定 WMFSS 之噴霧特性檢測程序及規範，以因應未來之需求。 本計畫本年度之研究流程圖，如圖 3-1 所示、主要是： (1) 蒐集文獻，已詳述於第二章。 (2) 建立水霧量測實驗室，研究噴霧特性，並探討各種噴霧特性量 測系統（Malvern, PDA, 幾何特性與 PIV 速度視覺量測系統） 之優缺點及功能；如 3-1 節所述。 (3) 建立水霧式隔煙(smoke scrubbing)系統實驗室，包括水壓系 統、噴霧系統，及量測系統等。以便探討水霧特性（流量、體 積通量密度、擴散角、噴霧濃度、粒徑及速度分佈）對煙霧洗 滌效果之影響；如 3-2 節所述。未來將建立水霧式隔煙效率測 試系統，以研發水霧式隔煙系統，提高建築物之消防安全性。 (4) 隔煙滌煙實驗、期中報告與專家與學者座談 I 與 II。 (5) 實驗、結論與建議、成果報告。. 17.
(35) 水霧式隔煙系統之技術與應用研究. 第一節 水霧量測實驗室 本研究擬使用兩款噴霧器，第一款具大擴散角及長懸浮滯空 時間，以提高其吸收有毒煙氣之效率。考量水滴冷卻熱煙霧後， 可能導致煙層下降，另一款噴霧器須具備高動量，以構成水霧幕 (water mist curtain)，隔絕煙氣、限制其擴散範圍。本研究擬 組合這兩款噴霧器，達到滌煙與隔煙之效果。本研究將建置，隔 煙測試實驗室，除了驗證本研究之研發成果，將來亦可經驗，作 為建置隔煙系統之驗證實驗室之參考。 本計畫已研發數款，衝力較大之實圓錐 (solid cone)、及扇 型(fan spray)噴霧器（如圖 3-2 a 與 b），並比較其相關特性。以 下將分段說明 A 實圓錐、B 扇型、及 C 隔煙用組合噴霧器之特性。 A 實圓錐 (solid cone)噴霧器 噴霧濃度與擴散角 本研究，以常用噴霧器為基礎，探討導流 棒（七款、表 3-1） ，噴霧器口徑（Flow 1） 、噴射角（Flows 3-4） 等參數，對噴霧特性之影響（壓力 70 bar） 。圖 3-3 說明噴嘴口徑 0.4 ㎜之流量太少（圖 3-3a）；0.8 ㎜噴嘴之擴散角過大、水霧過 於稀薄，衝力有限（圖 3-3c），不適合作為隔煙用噴霧器。 0.6 ㎜噴嘴（圖 3-3b）之流量與噴霧擴散角（濃度）比較適 當，乃選擇 0.6 ㎜噴嘴，繼續進行相關實驗，以研發實圓錐型子 噴霧器。圖 3-4 探討導流棒（Flows 2a~d，一字與十字溝） ，對 0.6 ㎜噴嘴擴散角之影響。圖 3-4b&c，顯示 Flows 2c 與 2d，使用十 字溝導流棒（b2, b 3），其噴霧衝力較大。因此選用 0.6 ㎜噴嘴、 及導流棒（b2, b 3），進行噴射角實驗，以探討其噴霧射程及空 18.
(36) 第三章 研究流程、儀器設備與測試實驗. 間分佈。 圖 3-5，探討噴霧器之噴射角（15°~90°） 。對噴霧濃度分佈之 影響圖。圖 3-5a，顯示壓力 70 bar、噴射角 15°，Flows 3a，大 多數之水霧液滴，可抵達地面，可能具有較高之隔煙效率；圖 3-6a （Flows 4a）亦顯示類似之結果。 圖 3-5c 與 3-6 c，顯示 Flows 3c 與 4c 在、噴射角 75°，噴 霧衝力可達四公尺，對於蓄積在天花板下之熱煙氣，可應有較長 之吸附時間。本研究，亦將壓力降為 50 bar，重複 Flows 3 與 4 之實驗，雖然 50 bar 水霧之衝力比壓力 70 bar 者小，但兩者之 水霧涵蓋範圍相當接近。 噴霧粒徑：依據前述結果，本研究乃針對 0.6 ㎜噴嘴搭配導 流棒（b2、b3） ，探討壓力、噴射角、及水平氣流對噴霧粒徑分佈 之影響（表 3-3） 。降低水霧壓力，可節省備用電力需求，具有實 際應用價值。表 3-3c 與 d，分別歸納噴射角 15°、75°之實驗結果。 表 3-3c 顯示，0.6 ㎜噴嘴搭配 b2 與 b3 導流棒之實驗結果。 當壓力 50、70 bar 時，b2 導流棒噴嘴之平均粒徑 SMD 介於 160~270μm、240~2501μm；最大粒俓 Dmax 介於 300~700μm 與 440~540μm。0.6 ㎜噴嘴搭配 b3 導流棒（表 3-3d）；在壓力 50、 70 bar，平均粒徑 SMD 介於 230~260μm、220~230μm ；最大粒俓 Dmax 介於 510~530μm 與 490~500μm。 以上顯示，導流棒 b3 之 SMD 粒徑範圍比 b2 導流棒小；水霧 工作壓力從 50 提高 70 bar，可縮小 0.6 ㎜ 噴霧器（導流棒 b2、 b3）之 SMD 粒徑範圍。 表 3-3d 顯示，0.6 ㎜噴嘴搭配 b2 與 b3 導流棒，噴射角 75° 時之實驗結果。當壓力 50、70 bar 時，b2 導流棒之 SMD 粒徑介於 19.
(37) 水霧式隔煙系統之技術與應用研究. 260~290μm、210~300μm；最大粒俓 Dmax 介於 500~670μm 與 490~570μm。0.6 ㎜噴嘴搭配 b3 導流棒；在壓力 50、70 bar 平均 粒徑 SMD 介於 370~430μm、430~460μm ；最大粒俓 Dmax 介於 800~900μm 與 840~880μm。 0.6 ㎜噴嘴搭配 b3 導流棒、在逆風 6m/s，壓力 50、70 bar 之 SMD 粒徑介於 240~390，320~340μm；最大粒俓 Dmax 介於 280~670μm 與 610~620μm。 總 括 而 言 ， 0.6 ㎜ 噴 嘴 之 SMD 粒 徑 空 間 分 佈 ， 介 於 220~300μm；最大粒俓 Dmax 介於 370~800μm；在壓力 50, 70 bar 時，其平均粒徑相差不多，但壓力 70 bar 之噴霧，衝力較大，適 合克服火場之熱氣流，保持其原先之運動軌跡。 B 扇型(fan spray)噴霧器 本研究選用數款扇型噴霧器（表 3-4），在壓力 50、70 bar 之流量介於 2.5~5.2 L/min、2.9~6.5 L/min。表 3-5，詳列扇型 噴霧器之實驗條件，探討噴射角 0°、15°、及 75°（Flows 9~11）， 對噴霧擴散角之影響。 噴霧濃度與擴散角：扇型噴霧器＃C1 和 2 之流量約為＃C3 和 4，50~60%。圖 3-7 與 3-8，顯示＃C1 和 2 之噴射範圍略窄、衝力 畧略小。因此擬先使用扇型噴霧器＃C1 和 2 作為組合噴霧器之子 噴頭。 C 滌煙＆煙隔煙用組合噴霧器 根據前面 A, B 兩節實驗結果。本研究使用兩個實圓錐噴霧 器(0.6 ㎜噴嘴與 b3 導流棒） 、及兩個扇型噴霧器（＃C1 和 2） ，設 計組合噴霧器（A, 原型如圖 3-9） ，圖 3-9 顯示，無風、上升氣流、 側吹氣流、及組合氣流，組合噴霧器（A） ，在壓力 50~70 bar，單 20.
(38) 第三章 研究流程、儀器設備與測試實驗. 顆水量 7~9L/min，可於短時間內，將水霧充滿整個密閉空間 （10×8×2＝160 m3） 。以下將說明其噴霧粒徑量測結果，3-4 與 3-5 節將報告滌煙與隔煙實驗之相關實驗。 D 噴霧特性量測系統 Malvern 是目前最方便之檢測儀器，但用來研究噴霧特行， 其精確度、一直有爭議，而且無法量測高密度水霧。PDPA 是目前 最有效率之粒徑速度量測儀，但待測水霧需為球狀液滴、且其數 量濃度不可過高，否則易產生誤差，因此較適合用於稀疏水霧之 量測。不過，細水霧下方一米處，水霧密度仍然很高，以 PDPA 量 測，須注意是水霧密度否過高而導致誤差。本人曾於 IWMA2004 學 術會議，提供濃密水霧照片，建議修正細之量測規範。 圖 3-10 為本實驗室之水霧系統，包括高壓泵（壓力 50~100 bar、流量 15L/min） ，並裝設壓力控制閥（Relief Valve, 設定壓 力）及穩壓用蓄壓器(Accumulator, 持壓閥)、及流量計。 本研究已檢測噴霧器及研發細水霧噴頭多年，累積相當經 驗。本實驗室，自行建立之幾何特性（圖 3-11）視覺量測系統： 包含短脈衝雷射、長距離顯微鏡、及同步數位相機等，可量測直 徑 3μm 以上之液滴、及移動速度 30m/s 之水霧。視覺量測系統（表 3-6） ，雖然量測速率較低，但可提供眼見為憑之公信力。圖 3-12 為 PIV 視覺量測系統，可量測流場之速度分佈。 實圓錐噴霧粒徑 表 3-7a 與 b 描述，本研究量測粒徑分佈之位置。表 3-7c，描 述實圓錐噴霧器(0.6 ㎜噴嘴與 b3 導流棒)之流場條件，Flow 12a 與 b 為噴頭下方 80 ㎝、壓力 50、70bar。Flow 12c 與 d，噴頭下 方 95 ㎝，壓力 50、70bar。H0、H3 表示水平側風之速度 0 和 3m/s； V0、V3 表示垂直向上氣流之速度 0 和 3m/s。表 3-7c 顯示，本實 21.
(39) 水霧式隔煙系統之技術與應用研究. 圓錐噴霧器之平均（SMD） 、最大粒徑（Dmax） ，為 200~310μm、與 350~520μm，最小粒徑 Dmin 為 7.3μm。表 3-8 為所拍攝之粒徑。 扇形噴霧粒徑 扇型噴霧器有兩個噴射角度，其一為 75°用於攔截上層或接 近天花板之煙氣；另一為 15°，其隔絕煙氣用。至於兩顆實圓錐噴 霧器，則是用來補滿兩個扇型噴霧器之空隙。 Flow 13a 與 b 為扇型噴霧器下方 80 ㎝、壓力 50、70bar。 Flow 13c 與 d，噴頭下方 95 ㎝，壓力 50、70bar。表 3-7 d 顯示， 本噴霧器之平均（SMD） 、最大粒徑（Dmax），為 160~360μm、 400~520μm，最小粒徑 Dmin 仍為 7.3μm。根據以往之實驗結果， 500μm 之水霧，可漂浮於空中或隨氣流移動。表 3-9 為所拍攝之 粒徑。. 第二節 相差都卜勒顆粒分析裝置與粒徑量測儀 建研所台南實驗室，提供相位都卜勒徑速儀（PDA，Dantec BSA-P60、Fiber PDA），及雷射衍射粒度儀（Malvern，Malvern Spraytec） ，協助本計畫比較 PDA、Malvern，與前節所用之視覺系 統，比較彼此之優缺點。. PDA PDA 相位都卜勒徑速儀 (Phase Doppler anemometer, PDA)， 是目前最有效率之粒徑速度量測儀；可精確地提供液霧在遠場的 速度、粒徑分佈範圍、數量濃度及體積通量(liquid flux)的空間 分佈狀態；但待測水霧，需為球狀液滴、且數量濃度不可過高， 否則易產生誤差，因此較適合用於稀疏水霧或灑水頭液滴之量 22.
(40) 第三章 研究流程、儀器設備與測試實驗. 測。但在水霧濃度太高之區域或非球形液滴，液滴不一定能單獨 進入探測區(probe volume)，導致接收器無法分別相位、計算粒 徑；至於大液滴直徑較大，比較可能發生一部分在探測區內、一 部分在外。這兩種情形，造成大液滴之有效數據偏低，很容易因 此低估水霧之平均粒徑（SMD，參考附錄六） 。 本計畫，根據前節之量測結果，藉扇形及實心圓錐水霧，組合 成滌煙、隔煙隔熱用之組合噴霧器（工作壓力範圍 30~70 bar、已 申請專利），擬藉 PDA 和 Malvern，量測其相關特性，作為為來煙 發之基礎。 單顆組合噴霧器之流量(2 扇＋2 實心)約 7~9 公升/min；若同 時噴灑，數十秒內，整個實驗室，水霧瀰漫。考量實驗室，電路、 儀器設備之安全，仍使用組合噴霧器之本體，但只有一個噴霧器 噴射水霧，其餘之噴射孔以管塞堵住；亦即以 PDA 量測水霧瀰漫 之流場，有其困難度。但是水霧密度不夠，又無法發揮滌煙隔煙 之功用。實驗時，PDA 光學組（Transmitting & Receiving Optics） 以壓克力管及低壓排風氣流，輕輕地將可能入侵光學組之水霧， 吹出。至於三軸移動平台，體積較大，需藉防水膠袋保護（圖 3-13）。 目前細水霧是之量測標準，與撒水頭（Sprinkler）類似，在 噴霧器下方一米處量測；這種高度比較適合 Sprinkler 這類稀疏 水霧，但對於細水霧噴霧器，或研究所研發之滌煙用噴霧器，容 易因水霧密度太高而無法量測。本研究，從一米高度開始量測； 最後在 2.2 米處，扇形水霧邊緣，量到部分數據（圖 3-14）。 PDA 之操作工程師 ，解釋 PDA 之量測範圍，與光學組聚焦鏡 頭之焦距有關，目前之設計以粒徑小於 200μm 之水霧為主，因此 暫時無法量測大於 200μm 之水霧。 23.
(41) 水霧式隔煙系統之技術與應用研究. 本實驗室，迄今已量測十數個噴霧器，現有之細水霧只有少數 幾個噴霧器之最大粒徑（Dmax、Pressure orifice、高壓輻射狀 微孔噴射）小於 200μm（需在 1.8 米處量測） ，噴灑範圍太廣、也 有其他需克服之量測問題。大多數之中低壓噴霧器之粒徑，高壓 則介於 5～300μm；或部分。敝人曾於 IWMA 會議（國際細水霧會 議） ，提供濃密水霧照片，建議修正細水霧之量測規範，一米處量 測細水霧相當不可行。與會專家議亦認同量測粒徑雖然重要，但 影響細水霧滅火效率之參數很多，平均粒徑只是應參考之參數， 不是唯一或最重要之參數。 本實驗所用之 PDA，附加配備相當齊全，建議添購光學組聚焦 鏡頭組，以擴大量測範圍；並安裝天車型三軸平台，以便改變量 測位置。. Malvern Malvern 是非常容易使用之粒徑量測儀器，但其精確度、一值 有爭議；作為商業採購粉粒體（Particle、Droplet）之標準。目 前 Malvern 使用之紅光雷射為 15~30mW，或雷射二極體（Helium, 632.8 nm, 2mW） ，其目前設定之適合量測範圍約 1~400μm。初步 測試，2～30mW 之 Malvern 雷射，無法穿透水霧（PDA 之雷射強度 原始功率為 5W，正常操作時，進入 PDA 分光器的設定最大值是 2W， 分光後，會再衰減） ，其工作距離僅 300 ㎜，考量儀器之安全，而 且需增購工作距離 675 ㎜之鏡頭、及固定平台，或可量測部分密 度較稀疏之水霧，如果要量細水霧噴霧氣之特性，應考慮干擾性 較低之視覺系統（長距離顯微鏡頭） ，或使用 PDA 在密度不很高之 處進行量測。 24.
(42) 第三章 研究流程、儀器設備與測試實驗. 視覺量測系統提供眼見為憑(seeing is believing)之公信 力，雖然操作較不方便，但可用來量測液滴、粉立體（Particle、 Droplet）之形狀因子（shape factor） ，以修正商用儀器之誤差。. 第三節 隔煙實驗室 內政部 建築研究所 台南歸仁防火實驗場，量測設備齊全。 本研究於該實驗室之 3F 實驗屋，建構隔煙測試實驗室包含： A 水壓及水霧系統，B 火源＆煙氣產生器、及 C 滌煙效率之量測系 統，以探討水霧特性對煙霧洗滌效果之影響。 A 水壓和噴霧系統 本研究依熱釋放率、及組合噴霧器之特性，已完成高壓供水 系統（圖 3-15a） ，包刮：配電及安裝 20HP 之電動機、及高壓水泵 （壓力 50~100 bar、流量 60L/min） ，並裝設壓力控制閥（Relief Valve, 設定壓力）及穩壓用蓄壓器(Accumulator, 持壓閥)，以 穩定水壓、減少壓力脈動，獲得粒徑、衝力適當之水霧。壓力表 及浮子流量計則用於監測管路之壓力與流量。 本研究以彈性調整水霧配置為原則，設計噴霧系統包括：隔 煙用組合噴霧器、噴霧迴路管（不銹鋼管、圖 3-15b） ，且於適當 位置設置轉接頭，以安裝組合噴霧器。 本研究以矽酸鈣板與石膏板，在實驗屋內，建立一條模擬避 難通道(10×1.8×2.8 M3)。地板與矽酸鈣板問的縫隙並使用耐火塗 料加以密封，避免熱煙氣從縫隙中流出，因而影響實驗的準確性。 B. 火源和煙氣產生器 本研究之模擬火源及煙氣產生器（圖 3-16） ，包括四個鋼製油 盆（盛裝燃料），以產生所需的熱釋放率、支架及荷重計(Load 25.
(43) 水霧式隔煙系統之技術與應用研究. cell、根據燃料消耗率，推估熱釋放率)。 C. 量測系統 本研究使用下列儀器，進行實驗，以探討各參數、對隔煙及 滌煙效率之影響。 (i) 煙層之高度及下降速率： (a) 簡易式煙氣濃度分析計：鍾基強及董賢聲(2005)，根據光 遮蔽率原理，提出一種簡易式煙氣濃度分析計。本研究依此原 理，以雷射二極體、光電二極體(Laser ＆Photo diode)，製作 類似之煙氣濃度分析計（圖 3-17）。 (b) 偵煙型感測器(detector，離子式或光電式)： 消防用偵煙 型感測器，可搭配建研所之資料收集系統 (DAQ、圖 3-18)，量 測通道 1.5 米高處之煙霧濃度，到達危險臨界點之時間，量測 各感測器發出警報之時間，以推估本滌煙系統對人員逃生時間 之影響。 (c) 熱電偶樹及資料收集器（DAQ、圖 3-19） ：量測火場中之煙 溫及溫度變化情形可量測空間之溫度分布。 (ii) 其他儀器： (a) 數據收集系統（圖 3-19）：收集熱電偶樹、簡易式煙氣濃 度分析計、及消防用與簡易式偵煙型感測器之訊號。 (b)影像處理系統：錄影機(用於紀錄火場變化情形) 。 (c) 多功能氣體分析儀（圖 3-21） ：分析火場中，氧氣(O2)、一 氧化碳(CO)濃度、二氧化碳(CO2)濃度變化情形。其測量範圍 是 O2、0 ~25%、CO 0 ~1%及 CO20%~11%。. 26.
(44) 第三章 研究流程、儀器設備與測試實驗. 第四節 實驗規劃 實驗是直接驗證，水霧式滌煙系統及任何系統，是否有效之 最佳方法。本研究於台南實驗室之實驗屋，建構一條模擬逃生通 道（圖 3-22）及相關儀器之配置圖。圖 3-22a 為俯視圖：藍色圈 標示熱電偶術之相關位置， t1a, t1b, t1c 與 t2a,t2b,t2c，主 要是量測火源＆煙氣產生器，前後兩端之溫度，t3a,t3b,t3c 是量 測水霧後方之溫度；t4a,t4b,t4c 量測排風口之溫度。棕色圈標示 消防用偵煙感測器之相關位置，L1 與 L2 靠近水霧，L3 與 L4 靠 近排風口；l1(簡易型偵煙感測器)安裝位置，介於 L2 與 L3 之間， l2 與 L4 及 t4 一樣，靠近排風口。圖 3-22b 為側視圖，綠化方塊 標示觀測窗之位置、圖 3-22c 標示 DV(攝影機)之相關位置。 圖 3-22d，標示噴霧與火源之相對霧位置，本研究主要是探討 水霧之隔煙隔熱之效果，因此刻意將水霧之落點、遠離火源一公 尺外；至於水霧之滅火效果，擬於其他研究進行。本章之實驗設 計，盡量與實際應用情形相近，全部採用自然通風及排風（除非 特別標示）。 本實驗另於通道側面，張貼 25 張白紙，一半塗膠水吸收煙塵、 另一半吸收水霧以觀察水霧之分佈。水霧後方安排 200 枝以上之 集水管(直徑 10 ㎜、高度 100 ㎜)，以觀測水霧之濃度分佈。. 27.
(45) 水霧式隔煙系統之技術與應用研究. 第五節 定性實驗 表 3-11 紀錄，實驗#1~5，之流場條件及相關參數，其中機油 是用來產生黑煙，木材主要是妨礙水霧飄入油盆、以免提早滅火， 影響隔煙與隔熱之實驗。圖 3-23a~d 為實驗#1~4，熱電藕樹之溫 度與時間紀錄。實驗#1（圖 3-23a），一個油盆（4500 ㏄） 、無機 油，室溫於兩分鐘內升至 250℃，啟動水霧(50bar)，熱電藕樹之 溫度，於 20 秒內降至 50℃。 實驗#2,3,4 之溫度紀錄(水霧 60bar)，顯示 1000 ㏄之汽油加 上 250~1000 ㏄之機油，溫度上升較慢（圖 3-23b,c,d） ，啟動水霧 系統後，5~15 秒內，室溫降至 40℃以下。 以上結果，顯示水霧之降溫效率很高，而且位於水霧後方兩 公尺之白紙沒有附著黑炭，亦未被水霧潤濕、集水管所盛接之水 量很少(低於 5 ㎜)、甚至沒有。火源與水霧前方之白紙，有潤濕 及黑煙附著之情形，顯示水霧具有一定之滌煙與隔煙效果 實驗#5，嘗試探討排煙設備對水霧滌煙之影響；其中火盆、 水霧、排風口之位置與#1~4 相同，但採用機械排風，圖 3-24，為 細水霧前方與後方之溫度約為 300 及 150℃。比較實驗#5 與 #1~4，很明顯地，機械排風對水霧之滌煙效果，有很大之負面影 響。啟動機械排風機（水霧後方），造成本來向前噴射之水霧， 往後漂離火盆；前方通風口流入大量新鮮空氣（#1~4 是自然通 風），反而擴大火勢。 本研究認為，三者之相對位置，若改為水霧、火盆、排風機， 排風機不只排出煙氣，亦會將大量新鮮空氣及水霧，吸入火盆， 到底是擴大火勢、或是加速滅火減少煙氣，情況相當複雜。此外， 若改為水霧、火盆、水霧、排風機，亦即火源為水霧圍繞，則後 28.
(46) 第三章 研究流程、儀器設備與測試實驗. 側之水霧，當然與煙氣一起被吸離火場，但前方之水霧亦會隨空 氣漂入火盆，情況又更複雜。 依照目前之實驗設計、量測設備及 空間排列方式，短期內較難進行一系列之實驗，完整地探討排煙 設備（風速、風量，空間之長、寬、高）對水霧滌煙之影響。本 研究建議，應專案探討，以獲得具體可用之結論。. 第六節 滌煙與隔煙測試實驗 表 3-12 紀錄，實驗#6~15 之流場條件及相關實驗參數，包括： 92 汽油(500~2000 ㏄)及 50 ㏄機油以產生黑煙、乾燒時間（0~120 秒） ；水霧壓力（50、70bar） 、流量約 17~26 公升；水霧啟動時間、 依偵煙感測器及火場溫度決定、介於-10~130 秒。噴頭 SA 之流量 約 8 公升/min，包含兩個扇型子噴霧器(2~3 公升/min)、兩個圓錐 噴霧器(1 公升/min)；可安裝於前、中、後之分流歧管，距火源約 3.4~5.4 公尺。一個 Sb 噴頭包含 5 個圓錐噴霧器，流量約 5 公升 /min，通常固定於中間之分流歧管距火源約 4.4 公尺。 圖 3-25,3-26,3-27 實驗#6~8 之溫度紀錄，根據出風口之消防 用偵煙感測器發出警報時間、火焰上方溫度約 150℃，啟動水霧後 約 20 秒、即將整個火場之溫度（t1~t4）降至 50℃以下。本實驗 顯示乾燒時間長短對水物之降溫速度之影響不大，但對水霧後方 至排風口之隔煙效果有影響，因為水霧主要是吸收，水霧與火源 之間之煙塵與燃燒反應之中間產物。至於在水霧啟動前，先到達 之煙塵，只能依自然排風逐漸降低。. 29.
(47) 水霧式隔煙系統之技術與應用研究. 圖 3-28,3-29（實驗#9、10），比較水霧壓力對降溫之影響。 水霧啟動前，火源上方之溫度高達 250℃，實驗#9（水霧壓力 70bar） ，可於 20 秒內，將水霧前方及後方之溫度降至 50℃；實驗 #10（50bar） ，需要 60 秒，方可將溫度降至 50℃。圖 3-28 與圖 3-29 第四圖顯示油盆之重量，水霧啟動前，可藉燃料消耗量推估 熱釋放率；啟動後可推估水霧隨空氣(Entrainment)、進入油盆之 重量。例如水霧啟動前，燃油之消耗量呈現性遞減，啟動後燃油 之消耗量若大於水霧吸入量，則重量雖然減少，但減少之速率減 緩。當水霧吸入量大於燃油之消耗量，則油盆重量增加。圖 3-28， 顯示 70bar 水霧可快速地隨空氣進入油盆，減緩燃燒反應、快速 降溫；50bar 水霧之平均粒徑 SMD 與 70bar 水霧相似，但衝力較 小、射程較短，進入油盆之水量較少，降溫速率自然較慢。 圖 3-29,3-30,3-31（實驗#10、11、12） ，比較水霧（50bar） 位置及流量對降溫之影響。圖 3-29,3-30,3-31 第四圖顯示，噴霧 器離火源越遠、水物與火源之間降溫效果變小，因為隨空氣 (Entrainment)、進入油盆之水霧量變少，而水霧後方至排風口之 溫度仍可於 20~60 秒內降至 50℃。本結果說明，遠離火源之水霧， 雖然抑制火勢之效果變小；但一個均勻之水霧帶具有隔熱效果， 可將其後方之溫度將至 50℃。 實驗#13、油盆點火幾乎與水霧同時啟動，但管路需蓄壓 7 秒 方可噴射水霧。實驗#14 水霧先啟動，油盆不易點火、火焰出現時 間約晚水霧 120 秒。圖 3-32 與圖 3-33（實驗#13、14） ，顯示空間 預先噴灑水霧，則火源附近與水霧後方之溫度，可維持在 50℃與 35℃，對於人員之逃生有相當幫助。圖 3-32 與 3-33 第四圖顯示 油盆之重量緩慢地下降，顯示火焰之釋熱率很低、或燃料之消耗 30.
(48) 第三章 研究流程、儀器設備與測試實驗. 量略高於水霧之吸入量、亦或空間之相對溼度太高、降低燃燒反 應速度。 實驗#15、水霧壓力 30bar，且噴頭位置距離火源較遠，對於 水霧前方空間之降溫效果，但仍可將水霧後方之溫度維持在 50℃ 以下。. 31.
(49) 水霧式隔煙系統之技術與應用研究. 表 3-1 實圓錐噴霧器導流棒重要尺寸 編號. 切槽形式. 槽深. a1. 一字切槽. 0.1mm. a2.. 0.2mm. a3. 0.3mm. a4. 0.7mm. b1. 十字切槽. 0.2 mm. b2. 0.3 mm. b3. 0.7 mm. ＊槽寬＝0.25mm. 實圓錐噴霧器. (資料來源：本研究整理表及拍攝之照片). 32.
(50) 第三章 研究流程、儀器設備與目前進度. 表 3-2 實圓錐噴霧器擴散角＆粒徑實驗表 實圓錐孔徑 mm. 導流棒編號. 角度噴射. Flow. 1a. 0.4. b2. Flow. 1b. 0.6. b2. Flow. 1c. 0.8. b2. Flow. 1d. 0.4. a4. Flow. 2a. 0.6. a3. Flow. 2b. 0.6. a4. Flow. 2c. 0.6. b2. Flow. 2d. 0.6. b3. Flow. 3a. Flow. 3b. Flow. 3c. Flow. 3d. 90 度. Flow. 4a. 15 度. Flow. 4b. Flow. 4c. Flow. 4d. ※ 測試工作壓力 70bar. 0度. 15 度 0.6. b3. 0.6. b2. 45 度 75 度. 45 度 75 度 90 度. Flow. 1b = 2c. (資料來源：本研究整理表). 33.
(51) 水霧式隔煙系統之技術與應用研究. 表 3-3 實圓錐噴霧粒徑量測條件＆結果 表 3-3a 粒徑量測條件 導流棒編號. 工作壓力. Flow. 5a. 50 bar. Flow. 5b. 70 bar. Flow. 6a. 50 bar. Flow. 6b. 70 bar. Flow. 7a. 50 bar. Flow. 7b. 70 bar. Flow. 8a. 50 bar. Flow. 8b. 70 bar. b2. b3. 表 3-3b. 噴霧示意圖及比例尺. (資料來源：本研究整理表及繪製之示意圖). 34. 逆吹風條件. 0 m/s. 6 m/s. 0 m/s. 6 m/s.
(52) 第三章 研究流程、儀器設備與目前進度. 表 3-3c. 15°噴射角. (資料來源：本研究實驗室). (資料來源：本研究整理表) 35.
(53) 水霧式隔煙系統之技術與應用研究. 表 3-3d. (資料來源：本研究整理表). 36. 75°噴射角.
(54) 第三章 研究流程、儀器設備與目前進度. 表 3-4 扇型噴霧器之壓力與流量關係 編號. 工作壓力 50bar. 工作壓力 70bar. #c1. 2.5 L/min. 2.9 L/min. #c2. 2.8 L/min. 3 L/min. #c3. 4.5 L/min. 6.5 L/min. #c4. 5.2 L/min. 6.4 L/min. (資料來源：本研究整理表). 37.
(55) 水霧式隔煙系統之技術與應用研究. 表 3-5 噴射角對扇形噴霧器擴散角＆濃度實驗表. (資料來源：本研究整理表) 38.
(56) 第三章 研究流程、儀器設備與目前進度. (資料來源：本研究整理表) 39.
(57) 水霧式隔煙系統之技術與應用研究. 表 3-7a 實圓錐噴霧示意圖. (資料來源：本研究繪製之示意圖). 表 3-7b 扇形噴霧示意圖. (資料來源：本研究繪製之示意圖) 40.
(58) 第三章 研究流程、儀器設備與目前進度. 表 3-7c 組合噴頭-導流棒 b3 實圓錐噴霧 75°之粒徑量測 (Flow 12) Flow12. 條件. SMD (μm). Dmax (μm). Dmin (μm). P.N. a1. H0V0. 211 ~ 272. 357 ~ 510. 7.3. 671 ~ 2231. a2. H0V3. 215 ~ 272. 367 ~ 507. 7.3. 752 ~ 1773. a3. H3V0. ※. a4. H3V3. ※. b1. H0V0. 242 ~ 275. 414 ~ 502. 7.3. 1103 ~2595. b2. H0V3. 194 ~ 255. 382 ~ 500. 7.3. 536 ~ 1863. b3. H3V0. ※. b4. H3V3. ※. c1. H0V0. 230 ~ 277. 476 ~ 514. 7.3. 974 ~1714. c2. H0V3. 240 ~ 306. 494 ~ 510. 7.3. 698 ~ 983. c3. H3V0. ※. c4. H3V3. ※. d1. H0V0. 261 ~ 304. 494 ~ 515. 7.3. 914 ~ 1770. d2. H0V3. 224 ~ 306. 508 ~ 514. 7.3. 675 ~ 2731. d3. H3V0. ※. d4. H3V3. ※. ※代表因吹風造成水霧飄移，以致無法拍攝到噴霧水滴. a=雷射高度 80cm b=雷射高度 80cm c=雷射高度 95cm d=雷射高度 95cm. 50bar 70bar 50bar 70bar. (資料來源：本研究整理表) 41.
(59) 水霧式隔煙系統之技術與應用研究. 表 3-7d 組合噴頭-扇形噴霧器 15°之粒徑量測 (Flow 13) Flow13. 條件. SMD (μm). Dmax (μm). Dmin (μm). P.N. a1. H0V0. 236 ~ 268. 499 ~ 510. 7.3. 868 ~ 2819. a2. H0V3. 171 ~ 272. 488 ~ 512. 7.3. 489 ~ 2200. a3. H3V0. 273 ~ 358. 489 ~ 514. 7.3. 49 ~ 1669. a4. H3V3. 268 ~ 312. 481 ~ 513. 7.3. 625 ~ 1601. b1. H0V0. 174 ~ 254. 446 ~ 514. 7.3. 1513 ~ 2664. b2. H0V3. 160 ~ 238. 399 ~ 515. 7.3. 388 ~ 3047. b3. H3V0. 263 ~ 309. 490 ~ 514. 7.3. 761 ~ 967. b4. H3V3. 235 ~ 309. 495 ~ 514. 7.3. 967 ~ 2713. c1. H0V0. 224 ~ 337. 446 ~ 512. 7.3. 648 ~ 2683. c2. H0V3. 220 ~ 241. 401 ~ 509. 7.3. 567 ~ 2098. c3. H3V0. 262 ~ 335. 485 ~ 507. 7.3. 322 ~ 1877. c4. H3V3. 244 ~ 348. 474 ~ 511. 7.3. 351 ~ 1853. d1. H0V0. 169 ~ 299. 438 ~ 497. 7.3. 1135 ~ 3236. d2. H0V3. 163 ~ 234. 404 ~ 509. 7.3. 1159 ~ 3123. d3. H3V0. 233 ~ 312. 476 ~ 514. 7.3. 582 ~ 2488. d4. H3V3. 218 ~ 297. 452 ~ 511. 7.3. 692 ~ 2019. a=雷射高度 80cm b=雷射高度 80cm c=雷射高度 95cm d=雷射高度 95cm. 50bar 70bar 50bar 70bar. (資料來源：本研究整理表). 42.
(60) 第三章 研究流程、儀器設備與目前進度. 表 3-8 Flow12 粒徑量測. (資料來源：本研究整理表) 43.
(61) 水霧式隔煙系統之技術與應用研究. 表 3-9 Flow13 粒徑量測. (資料來源：本研究整理表) 44.
(62) 第三章 研究流程、儀器設備與目前進度. 表 3-10 PDA 量測結果 量測粒數. 5000. Data Rate [#/s]. 48.10. Validation [%]. 1.83. 垂直平均速度 [m/s]. 3.11. 水平平均速度 [m/s]. -0.41. 平均粒徑 [μm]. 32.1. (資料來源：本研究整理表). 45.
(63) 水霧式隔煙系統之技術與應用研究. 表 3-11 實驗#1~4 之流場條件及相關參數. (資料來源：本研究整理表). 46.
(64) 第三章 研究流程、儀器設備與目前進度. 表 3-12 實驗#6~15 之流場條件及相關實驗參數. (資料來源：本研究整理表) 47.
(65) 水霧式隔煙系統之技術與應用研究. 圖 3-1. 研究流程圖. (資料來源：本研究繪製之示意圖). 48.
(66) 第三章 研究流程、儀器設備與目前進度. 圖 3-2 實圓錐及扇形子噴霧器. (a)實圓錐噴霧器. (b)扇型噴霧器. (資料來源：本研究拍攝之照片). 49.
(67) 水霧式隔煙系統之技術與應用研究. (資料來源：本研究整理表及拍攝之照片). 50.
(68) 第三章 研究流程、儀器設備與目前進度. (資料來源：本研究整理表及拍攝之照片). 51.
(69) 水霧式隔煙系統之技術與應用研究. 圖 3-5 噴射角對噴霧擴散角及濃度之影響. (資料來源：本研究整理表及拍攝之照片). 52. Flow 3.
(70) 第三章 研究流程、儀器設備與目前進度. 圖 3-6 噴射角對噴霧擴散角及濃度之影響. Flow 4. (資料來源：本研究整理表及拍攝之照片). 53.
(71) 水霧式隔煙系統之技術與應用研究. 圖 3-7 扇形子噴霧器水霧擴散角. (資料來源：本研究整理表及拍攝之照片). 54. Flow 9a 和 9b.
(72) 第三章 研究流程、儀器設備與目前進度. 圖 3-8 扇形子噴霧器水霧擴散角角度拍攝 Flow 10 和 11 (a、b). (資料來源：本研究整理表及拍攝之照片). 55.
(73) 水霧式隔煙系統之技術與應用研究. 圖 3-9 組合噴頭水霧量測實驗. (資料來源：本研究拍攝之照片). 56.
(74) 第三章 研究流程、儀器設備與目前進度. 圖 3-10. 噴霧產生設備圖. (資料來源：本研究拍攝之照片). 57.
(75) 水霧式隔煙系統之技術與應用研究. 圖 3-11 粒徑分析軟體流程. (資料來源：本研究整理表及整理之示意圖). 58.
(76) 第三章 研究流程、儀器設備與目前進度. 圖 3-12. PIV 粒子速度量測系統. (資料來源：本研究整理之示意圖) 59.
(77) 水霧式隔煙系統之技術與應用研究. 圖 3-13 PDA 光學組. (資料來源：本研究拍攝之照片) 60.
(78) 第三章 研究流程、儀器設備與目前進度. 圖 3-14 PDA 量測結果. (a) 垂直速度分布. (b)水平速度分布. (c)粒徑分布. (資料來源：本研究整理之照片) 61.
(79) 水霧式隔煙系統之技術與應用研究. 圖 3-15 滌煙＆隔煙用水霧系統 (a) 高壓供水系統. (b)本噴霧分流迴路. (資料來源：本研究拍攝之照片) 62.
(80) 第三章 研究流程、儀器設備與目前進度. 圖 3-16 煙霧產生器. (a)煙氣產生器. (b) 油盆. (c)荷重計. (資料來源：本研究繪製之示意圖). 63.
(81) 水霧式隔煙系統之技術與應用研究. 圖 3-17 簡易式煙氣濃度分析計. 電流訊號. Vin. 2. 2kO. V-. 光二極體. -. LM324 OUT. ? ? ? ?. +. U1A. 4. 3. V+. 雷射. 11. 電流-電壓轉換電路. 470O. (資料來源：本研究繪製之示意圖) 圖 3-18 偵煙型感測器. (資料來源：本研究繪製之示意圖) 64. 1. Vout. LED. DAQ.
(82) 第三章 研究流程、儀器設備與目前進度. 圖 3-19 數據收集系統. (資料來源：本研究繪製之示意圖) 65.
(83) 水霧式隔煙系統之技術與應用研究. 圖 3-20 煙霧遮光量測儀. (資料來源：本研究拍攝之照片). 圖 3-21 多功能氣體分析儀. (資料來源：本研究拍攝之照片). 66.
(84) 第三章 研究流程、儀器設備與目前進度. 圖 3-22a 實驗場俯視圖. (資料來源：本研究繪製之示意圖) 圖 3-22b 實驗場側視圖. (資料來源：本研究繪製之示意圖) 67.
(85) 水霧式隔煙系統之技術與應用研究. 圖 3-22c DV 相關拍攝位置. (資料來源：本研究繪製之示意圖) 圖 3-22d 水霧＆火源示意圖. (資料來源：本研究繪製之示意圖) 68.
(86) 第三章 研究流程、儀器設備與目前進度. 圖 3-23a 實驗一之溫度與時間紀錄. (資料來源：本研究整理之圖表). 69.
(87) 水霧式隔煙系統之技術與應用研究. 圖 3-23b 實驗二之溫度與時間紀錄. (資料來源：本研究整理之圖表). 70.
(88) 第三章 研究流程、儀器設備與目前進度. 圖 3-23c 實驗三之溫度與時間紀錄. (資料來源：本研究整理之圖表). 71.
(89) 水霧式隔煙系統之技術與應用研究. 圖 3-23d 實驗四之溫度與時間紀錄. (資料來源：本研究整理之圖表). 72.
(90) 第三章 研究流程、儀器設備與目前進度. 圖 3-24 實驗五之溫度與時間紀錄 (a) t2a. 300.0. t2b. Temp.(℃). 250.0. t2c. 200.0. t1a. 150.0. t1b. 100.0 50.0 0.0 -20. 0. 20. 40. 60. 80. 100. 120. 140. 160. 180. 200. Time(s). (資料來源：本研究整理之圖表) (b) t4a. 300.0. t3a. Temp.(℃). 250.0. t4b. 200.0. t3b. 150.0. t4c t3c. 100.0 50.0 0.0 -20. 0. 20. 40. 60. 80. 100. 120. 140. 160. 180. 200. Time(s). (資料來源：本研究整理之圖表) 73.
(91) 水霧式隔煙系統之技術與應用研究. 圖 3-25 實驗六之溫度與時間紀錄 (a). Temp.(℃). 250.0. t3b. 200.0. t4c. 150.0. t3c. 100.0 50.0 0.0 -20. 0. 20. 40. 60. 80. 100. Time(s). (資料來源：本研究整理之圖表). 74. 120. 140. 160. 180. 200.
(92) 第三章 研究流程、儀器設備與目前進度. 圖 3-26 實驗七之溫度與時間紀錄 (a) 250.0. t2a t2b t2c L1a L2a L2b L4a L4b. Temp.(℃). 200.0 150.0 100.0 50.0 0.0 -20. 0. 20. 40. 60. 80. 100. 120. 140. 160. 180. 200. Time(s). (資料來源：本研究整理之圖表) (b) 250.0. Temp.(℃). 200.0 150.0 100.0. t4a. t3a. t4b. t3b. t4c. t3c. L1a. L2a. L2b. L4a. L4b 50.0 0.0 -20. 0. 20. 40. 60. 80. 100. 120. 140. 160. 180. 200. Time(s). (資料來源：本研究整理之圖表). 75.
(93) 水霧式隔煙系統之技術與應用研究. 圖 3-27 實驗八之溫度與時間紀錄 (a) 250.0. t2a t2c L3a L2a L3b. Temp.(℃). 200.0 150.0 100.0. t2b L1a L4a L2b. 50.0 0.0 -20. 0. 20. 40. 60. 80. 100. 120. 140. 160. 180. 200. Time(s). (資料來源：本研究整理之圖表) (b). 250.0. Temp.(℃). 200.0 150.0 100.0. t4a. t3a. t4b. t3b. t4c. t3c. L1a. L3a. L4a. L2a. L2b. L3b. 50.0 0.0 -20. 0. 20. 40. 60. 80. 100. Time(s). (資料來源：本研究整理之圖表) 76. 120. 140. 160. 180. 200.
(94) 第三章 研究流程、儀器設備與目前進度. 遮蔽率. (c) 1.000 0.900 0.800 0.700 0.600 0.500 0.400 0.300 0.200 0.100 0.000 -20. l2a. l1a. l2b. l1b. L1a. L3a. L4a. L2a. L2b. L3b 0. 20. 40. 60. 80. 100. 120. 140. 160. 180. 200. Time(s). (資料來源：本研究整理之圖表). 77.
(95) 水霧式隔煙系統之技術與應用研究. 圖 3-28 實驗九之溫度與時間紀錄 (a) 250.0. Temp.(℃). 200.0 150.0 100.0. t2a. t2b. t2c t1b. t1a L1a. L2a L4a. L3a L3b. L2b. L4b. 50.0 0.0 -20. 0. 20. 40. 60. 80. 100. 120. 140. 160. 180. 200. Time(s). (資料來源：本研究整理之圖表) (b) 250.0. t4a t4b t4c L1a L3a L3b L4b. Temp.(℃). 200.0 150.0 100.0. t3a t3b t3c L2a L4a L2b. 50.0 0.0 -20. 0. 20. 40. 60. 80. 100. Time(s). (資料來源：本研究整理之圖表) 78. 120. 140. 160. 180. 200.
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