水霧式隔煙系統之技術與應用研究 (3/3)

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(1)水霧式隔煙系統之技術與應用研究 (3/3). 內政部建築研究所研究報告中華民國 96 年 12 月.

(2) 水霧式隔煙系統之技術與應用研究 (3/3). 內政部建築研究所研究報告. 年度. 96.

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(4) 水霧式隔煙系統之技術與應用研究 (3/3). 研究主持人：何明錦協同主持人：蔡榮鋒研. 究. 員：周奕廷黃俊友. 內政部建築研究所研究報告中華民國 96 年 12 月.

(5) 目次. 目次目次表次圖次摘要. ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧. 第一章緒論‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 第一節研究背景與目的 ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 第二節目的 ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 第二章文獻回顧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 第一節撒水頭 ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧. I III V VII 1 1 2 5 6. 第二節細水霧消防系統(WMFSS) ‧‧‧‧‧‧‧‧ 9 第三節水霧幕消防系統 (Spray Curtain Fire Suppression Sys)‧‧‧ 10 第三章研究流程、儀器設備及實驗‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 13 第一節子噴頭及組合噴頭 ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 13 第二節實驗場景 ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 13 A. 水霧系統 ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 13 B. 排煙系統 ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 13 C. 隔間&幾何尺寸修改 ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 13 第三節冷流場實驗 ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 14 第四節熱流場實驗 ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 14 a. 單邊水幕 ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧15 b. 雙邊水霧幕‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧16 c. 遮蔽性火災‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧20. d. 汽油延燒‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧21 第四章研究發現 ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 55 第一節結果與討論 ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 55 第二節成果及效益 ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 59 第五章結論與建議‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 61 附錄 ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 65 文獻書目 ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 83. Ｉ.

(6) 水霧式隔煙系統之技術與應用研究. II.

(7) 表次. 表次表 1.1 表 1.2 表 1.3 表 2.1 表 3.1 表 3.2 表 3.3. 水消防系統設備比較表‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 3 撒水頭設備系統之優缺點‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 4 細水霧設備系統之優缺點‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧。 4 細水霧滅火系統與其他滅火系統的特性分析‧‧‧‧‧‧11 數款子噴霧器的噴霧特性測試結果‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧23 冷流場實驗數據‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧23 熱流場實驗條件‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧24. III.

(8) 水霧式隔煙系統之技術與應用研究. IV.

(9) 圖次. 圖次圖圖圖圖圖圖圖圖圖圖圖圖圖圖圖圖圖圖圖圖圖圖圖圖圖圖圖圖圖圖圖圖圖圖圖圖圖圖圖. 3.1a 3.1b 3.2 3.3 3.4 3.4ａ 3.5ｂ 3.6ａ 3.6ｂ 3.7ａ 3.7ｂ 3.8 3.9 3.10 3.11 3.12 3.13 3.14 3.15 3.16 3.17 3.18 3.19 3.20 3.21 3.22 3.23 3.24 3.25 3.26 3.27 3.28 3.29 3.30 3.31 3.32 3.33 3.34 3.35. 型號 9007 子噴頭擴散角測試‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧26 型號 P010 子噴頭擴散角測試‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧26 噴頭母座設計‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧26 實驗場景模型‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧27 場地施工示意圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧28 噴霧器支架‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧28 高壓供水系統‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧28 排煙系統‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧29 3HP 鼓風機馬達 ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧29 碳酸鈣板隔間外側‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧30 碳酸鈣板隔間內側‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧30 主要量測儀器與觀察人員之配置‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧31 FLOW AH 之實驗示意圖 ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧32 FLOW AH1 溫度時間變化圖&油盆重量變化圖 ‧‧‧32 FLOW AH2 溫度時間變化圖&油盆重量變化圖 ‧‧‧32 FLOW AH3 溫度時間變化圖&油盆重量變化圖 ‧‧‧32 FLOW AH4 溫度時間變化圖&油盆重量變化圖 ‧‧‧34 FLOW AH5 溫度時間變化圖&油盆重量變化圖 ‧‧‧34 FLOW AH1~5 溫度時間變化圖&油盆重量變化圖 ‧‧35 FLOW BH 之實驗示意圖 ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧36 FLOW BH1 溫度時間變化圖&油盆重量變化圖 ‧‧‧36 FLOW BH2 溫度時間變化圖&油盆重量變化圖 ‧‧‧37 FLOW BH3 溫度時間變化圖&油盆重量變化圖 ‧‧‧37 FLOW BH4 溫度時間變化圖&油盆重量變化圖 ‧‧‧38 FLOW BH5 溫度時間變化圖&油盆重量變化圖 ‧‧‧38 FLOW BH6 溫度時間變化圖&油盆重量變化圖 ‧‧‧39 FLOW BH1~6 溫度時間變化圖&油盆重量變化圖 ‧‧40 FLOW CH 之實驗示意圖 ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧41 FLOW CH1 溫度時間變化圖&油盆重量變化圖 ‧‧‧41 FLOW CH2 溫度時間變化圖&油盆重量變化圖 ‧‧‧42 FLOW CH3 溫度時間變化圖&油盆重量變化圖 ‧‧‧42 FLOW CH4 溫度時間變化圖&油盆重量變化圖 ‧‧‧43 FLOW CH1~4 溫度時間變化圖&油盆重量變化圖 ‧‧43 FLOW DH 之實驗示意圖 ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧44 FLOW DH1 溫度時間變化圖&油盆重量變化圖 ‧‧‧44 FLOW DH2 溫度時間變化圖&油盆重量變化圖 ‧‧‧45 FLOW DH3 溫度時間變化圖&油盆重量變化圖 ‧‧‧45 FLOW DH4 溫度時間變化圖&油盆重量變化圖 ‧‧‧46 FLOW DH1~4 溫度時間變化圖&油盆重量變化圖 ‧‧46 V.

(10) 水霧式隔煙系統之技術與應用研究. 圖 3.36：遮蔽性火災 Flow EH 實驗示意圖； (a)實驗設備配置圖；‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧47 (b)遮蔽性火源之主要尺寸標示圖。‧‧‧‧‧‧‧‧‧47 圖 3.37 Flow EH2 溫度時間變化圖及油盆重量變化圖‧‧‧‧‧48 圖 3.38 Flow EH3 溫度時間變化圖及油盆重量變化圖‧‧‧‧‧48 圖 3.39 Flow EH4 溫度時間變化圖及油盆重量變化圖‧‧‧‧‧49 圖 3.40 Flow EH5 溫度時間變化圖及油盆重量變化圖‧‧‧‧‧49 圖 3.41 Flow EH2~5 溫度時間變化圖及油盆重量變化圖‧‧‧‧50 圖 3.42：地毯延燒 Flow GC 實驗示意圖。‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧51 圖 3.43 Flow GC1 溫度時間變化圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧51 圖 3.44 Flow GC2 溫度時間變化圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧52 圖 3.45 Flow GC3 溫度時間變化圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧52 圖 3.46 Flow GC1~3 溫度時間變化圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧53. VI.

(11) 水霧式隔煙系統之技術與應用研究,. 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。國外之細水霧消防系統 (Water Mist)，不僅用水量少，且可撲滅密閉空間之油類火災，但價格昂貴、一旦防護空間喪失密閉性或強制通風，很容易失效。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。 94、95 年之研究，成功研發具滌煙、隔煙及滅火之水霧幕式消防系統，本年度將探討強制通風（排煙 forced exhaust）與火場空間幾何參數對水霧幕滅火有效性之影響；並針對遮蔽性火災 (Hidden fire)及人為縱火（汽油引燃可燃物）等進行有效性研究。。. VII.

(12) 摘要. 二、研究方法及過程本研究延續 94、95 年所建立之水霧幕式消防系統、強制排煙系統（3HP 抽風系統, 0~100 M3/min）、實驗空間（3x3x12 M3）與設備及 DAQ 量測系統；其中熱電藕樹量測火場溫度，氣體分析儀量測氣體濃度，分析隔煙、滌煙效率；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；電子秤（load cell）紀錄燃油發揮（evaporation）或燃燒（combustion）之數量；或推估油滴與水滴冷卻落回油盆之重量。本研究之水霧幕系統，所用扇形噴頭之水霧粒徑介於 100~800μm、SMD 約 500~600μm，單顆水量介於 2.8~3.5 l/min，其中四顆射於空氣入口處，三顆垂直向下，用於潤濕氣流作為滅火、一顆水平噴射用於滌煙；另外六~八顆配置於火源之下游處，其中一~兩顆水平噴射用於滌煙、三~四顆垂直向下用於隔煙、隔熱，一~兩顆斜噴增加空氣濕度、用於滅火。. 三、重要發現本 3 年期計畫之，重要結果分為(a) 建立水霧幕消防系統 (SCFS&S)；水霧幕系統在(b)自然通風、與(c)強制通風之滅火及隔煙等效果、(d) 遮蔽性火災與(e) 汽油延燒易燃物（人為縱火）之主要滅火機制、重要參數。 (a) 建立水霧幕消防系統本研究使用國產高壓柱塞水泵、蓄壓器、壓力控制閥，以建構高壓供水系統；再組合數個扇形水霧子噴頭、構成隔煙、隔熱用之水霧幕(垂直斜向下)、滌煙用（水平斜向下）、及滅. VIII.

(13) 水霧式隔煙系統之技術與應用研究,. 火用之水霧 (垂直斜向下)設置於空氣入口，形成水霧幕消防系統(SCFS&S)。全部零組件均為國貨，自製率 100%，將來可建立我國消防產業。. (b) 自然通風（94, 1/3）：雖然是汽油火災，在自然通風下（非密閉空間且有一空氣入口與出口），火勢不會迅速變大，只要在避難區與火源區、設置水平與垂直噴霧（距離火源 5 米），即可達到隔熱、隔煙、滌煙及滅火之目的；即使不對準火源噴灑，不僅可發揮。滌煙、隔煙之功能、亦可撲滅汽油火災。；若能在火災延燒方向、預先噴射水霧、甚至可限制火災範圍或延燒速度。. (c) 強制排煙（95, 96, 2/3, 3/3）：實驗顯示，不當使用排煙機，比不用排煙機還要危險，因為引入大量空氣，反而擴大火勢與災損；其所產生之濃煙量很可能大於所排出濃煙量，反而不利逃生與救災。雖然排煙量越大、可能擴大火勢，但其捲吸效應也越大（Entrainment effect）。實驗結果顯示，善用捲吸效應可將大量水霧送入火焰反應區，潤濕反應區之可燃氣體，以延緩或中斷燃燒反應。水霧幕消防系統，撲滅強制排煙（通風）之汽油火災；但不應提高排煙量，以加強捲吸效應來提高滅火效率，因為強制排煙很容易擴大火勢，特別是低燃點之富油火災。. (d) 遮蔽性火災（96, 3/3）：本研究所設置之遮蔽性火源，水霧無法直接到達。實驗顯示，. IX.

(14) 摘要. 捲吸作用，可將水霧送入遮蔽性火源、撲滅汽油火災，並留下 30~60%之殘油。由於燃料不缺、空氣不缺，本研究認為捲吸作用及水霧潤濕可燃氣體、中斷燃燒反應是主要之滅火機制。 (e) 汽油延燒（96, 3/3）本研究，主要模擬人為縱火中，以汽油引燃可燃物之火災。實驗顯示，水霧幕可於 30~60 秒，迅速控制或撲滅汽油引燃易燃物之人為縱火，而且水霧幕後方之溫度一直很低，的確是很有效之消防設備。本研究證實，強制通風下，水霧後方之避難區溫度長期維持在 50℃ 以下，氧氣與 CO 濃度分別維持在 18.5%以上、500ppm 以下。本系統，若能持續研發，應可成為避難、救人、滅火之重要消防設備。以上之研究成果，具有實用價值，因為汽油最常見之縱火燃料，建築物本來就有桌、椅、橱、櫃、架、床等辦公居家物品，而汽機車等都有遮蔽性，一旦起火很容易形成局部（local）之遮蔽性火源。. 四、主要建議事項撒水頭已經使用超過百年，主要缺點就是用水量大、水損嚴重，無法撲滅油類火災。我國每年建築物火災之財物損失超過百億，人員傷亡約百人，亟需研發消防科技，以提高社會大眾之安全保障。我國之建築、營建、消防、機械等科系之相關研究人才濟濟；若能跨單位整合相關研究資源與人力，持續投入經費、持之以恆，. X.

(15) 水霧式隔煙系統之技術與應用研究,. 亦可如挪威 SINTEF、瑞典 SP 等研究單位，累積經驗成為認證單位；依照 CEN 模式，成立工作小組，制定符合國情之法規、研擬測試規範及程序、建置測試中心，使水霧系統成為制式消防設備之選項。。研發高效率之水霧式滅火系統，不僅可保障公共消防安全，亦可建立消防工業、協助傳統機械產業升級、研發相關消防產品。請注意，每一年因火災所造成之損失，絕對遠大於所需之總研發經費，促進傳統機械產業升級所創造之利潤亦遠大於總研發經費。綜合以上，本水霧幕系統具有滌煙、隔煙、隔熱及滅火功效；並可撲滅遮蔽性火災及汽油延燒之人為縱火。本研究以了解水霧幕之關鍵技術，未來擬針對機車火災、人口老化、都會區大型建築日益增加等問題，研發我國亟需之水霧幕系統。. 建議一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、消防署 1. 相關單位可考慮仿效歐盟，成立專案小組，研究 CEN TC 14972，制定符合我國國情之法規、測試規範及程序； 2. 舉辦水霧式消防系統研討會（Seminar）或學術會議。邀請國際細水霧協會（IWMA）、挪威 SINTEF、瑞典 SP 及丹麥 DBI (DIFT) 等單位及國內消防與建築相關之專家與學者，舉辦 1~2 天 Seminar（2006, 2007 於杜拜、倫敦舉辦 Seminar），共同討論：細水霧之原理、應用限制、法規，研究結果內插分析、及延伸解釋之考量因素，特別是 CEN TC 14972 制定之精神、原理。. XI.

(16) 摘要. 3. 本實驗之場景與機車火災、隧道火災類似，考量研究經費規模及火災案例所引起之損失，應優先針對機車火災研發水霧式消防系統； 4. 我國人口老化嚴重，老弱婦孺自行避難不易，亦應針對老人安養中心、醫院，研發具避難功能之水霧式消防系統；. 建議二中長期之建議主辦機關：行政院內政部、經濟部、交通部協辦機關 I：內政部建築研究所、消防署、營建署協辦機關 II：工業局、公路局 1. 國內建築與消防相關研究單位及學者應跨部會整合，成立合作平台：進行(i)國際合作與交流：長期與 FM 或挪威 SINTEF、丹麥 DBI (DIFT)、瑞典 SP 等研究與認證機構，引入法規法規研訂及修改之單位、流程。 2. (ii)加入國際細水霧協會，成為組織會員，舉辦國際細水霧研討會(IWMA conference)，已連續 7 年於歐洲各國輪流舉辦，與會者包含世界各國之主要消防研究單位主管及研究人員。 3. (iii) 將水霧式消防系統列為性能法規之選項，並進行其等效性 (Equivalency)實驗研究、制定等效性指標及探討其於其他消防系統之等價關係。本項研究內容繁多，所需經費龐大，應以國內案例較多一、災情較重、為優先考量，其餘再以學術交流模式，共同分享研究成果。. XII.

(17) 水霧式隔煙系統之技術與應用研究,. 4. 成立產官學研發團度。本實驗之塲景與避難通道、排煙管、工業用大型排風管、隧道、捷運、地下商店街等長通道狀建築物，有幾何相似性。建議有關單位，整合相關專家學者，成立研發團隊，共同研發這類建築物之水霧式消防暨避難系統； 5. 我國大型挑高建築物，有日漸增加之趨勢，這類建築常因高度及交通狀況，造成救火困難，建議有關單位，整合相關專家學者，成立研發團隊，共同研發大範圍之水霧系統、探討水霧、濃煙與排煙設備之交互影響，並制定其測試規範、程序及建立認證實驗室。 6. 亞洲經濟日益發展，大陸、印度、東亞、南亞之主要都市、大規模建築日益增加，其都市規劃及生活型態與我國類似。我國所研發之水霧式消防系統、法規、測試規範及程序、測試中心，不僅可解決自身之消防問題，也很有機會行銷亞洲。. XIII.

(18) 摘要摘要. 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 necessary equipment for fire safety, especially for large and high buildings. Sprinkler is one of the most popular fire extinguishers 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. The water mist fire suppression system made in Europe can supper Class-B fire in a close space. However its effectiveness may be largely reduced once the closeness of the protection space is broken although its cost is expensive. Water itself is a very useful 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 suppress a fire. The 94- and 95- projects successfully developed a spray curtain fire safety system (SCFSS) to isolate smoke and heat, and scrub smoke. This study examines the influence of the rate of forced ventilation and the geometric dimensions of the scenario on the effectiveness of fire suppression. In addition, the study also examined the effectiveness on a hidden fire and artificial set fire.. XIV.

(19) 水霧式隔煙系統之技術與應用研究,. 2.Research method and process The study was carried out with spray curtain fire safety system (SCFSS), the forced exhaust (3HP with flow rates up to 100 M3/min), DAQ system and other equipments built in 94- and 95-year projects. The temperature and gas specie concentration, were measured by a DAQ system with thermocouple trees and, gas analyzer, respectively, to quantify the effect of SCFSS on isolation and smoke scrubbing and so on.. The variation of the values of load cell was used to estimate. the quantity of fuel evaporation or condensation of fuel or water droplets. The size of water droplets of SCFSS was between 100 and 800μm (SMD 500 to 600μm), and the flow rate of a single atomizer is between 2.8 and 3.5 L/min.. Four atomizers of a fan-shaped spray. pattern were arranged close to the air inlet, and three ones were injected perpendicularly downward to wet the in-coming air for fir suppression and the fourth one was injected horizontally to scrub smoke.. There are 6 to 8 such atomizers were arranged downstream. to the fire source, and 1 or 2 ones were used to scrub smoke, 3 to 4 ones to isolate heat and smoke, and 1 or 25 ones to increase the water humidity for fire suppression.. 3. Important finds The results of the 3-year projects may be classified as (a) the development of a spray curtain fire safety system (SCFSS) and its. XV.

(20) 摘要. experimental Lab.; examination of its effect under (b) natural and (c) forced ventilation, and its effectiveness on (d) hidden fire and (e) artificial set fire. (a) Development of a spray curtain fire safety system (SCFSS) The spray curtain fire safety system (SCFSS) was composed of a high-pressure piston water pump, an accumulator, pressure relief valve, and with several atomizers of a fan-shaped pattern, which form spray curtains (perpendicularly downward) to isolate heat and smoke, to scrub smoke (horizontally), and to wet the coming-in air for fire suppression.. All the parts were commercial products, which are. 100 % made by domestic companies.. The development will help the. growth of fire safety industry.. (b) Natural ventilation The results confirm the advantage and efficiency of SCFSS in extinguishing 4-pools gasoline fire (1000 ㏄ x4) with a free air inlet and outlet.. SCFSS injects water spray at a distance of 5.4 meters. away from fire source, which did not inject toward to the fire source, with pressures of 100 bar and flow rates of 25~30 l/min. The use of horizontal and perpendicular-downward spray curtains can isolate heat and smoke, scrub smoke and suppress a fire.. It. shoud noted that pre-injection of water spray in the downstream of a fire can effectively limit the range or the rate of fire growth.. XVI.

(21) 水霧式隔煙系統之技術與應用研究,. (c) Forced ventilation Forced exhaust is a serious factor on the efficiency on Water mist fire suppression system since it introduces a large flow rate of air into the scenario usually leading to a big growth of the fire.. As a result,. the study arranges a series of experiments to examine its effect on the air flow and SCFSS in isolation and smoke scrubbing and so on. The results confirm that the use of entrainment effect may deliver a large amount of water spray into the combustion reaction zone where the combustible gases were quenched and combustion reaction was subsequently slowed downed or terminated.. The study confirm. that gasoline fire with forced ventilation was suppressed due to entrainment effect, but the user should not try to extinguish a gasoline fire by increasing the entrainment effect by introducing large exhaust air.. (d) Hidden fire The hidden fire was purposely-build to prevent the possibility of direct injection of water spray into the fire pool.. The results confirm. that the entrainment effect did deliver water spray into the hidden fire pool, and the fire was extinguished with 30 to 60 residual of fuel. The study suggests that entrainment effect in delivering water spray is the main fire suppression mechanism.. XVII.

(22) 摘要. (e) Artificial set fire The study confirms that SCFSS can extinguish a set fire with gasoline and carpet within 30~60 seconds. In general, SCFSS can separate the fire scenario into two zones : flame and safe zones.. The temperature, concentration O2, CO of. the safet zone behind spray curtain, were usually below 50℃, above18 %, and below 1000 ppm, respectively, during the experiment. The above results are of practical application since building fires are of certain hidden level sue to the existence of desk, table, chair, sofa, cabinet, shelf, bed and so on.. It is deserved to carry our. detailed experiments to refine the design code of SCFSS with geometric dimensions and ventilation as variables.. 4. Major suggestions Sprinkler has been used for hundred years, and its main disadvantage is too much water damage due to large water consumption.. There is urgent need to develop advanced fire safety. technique since fires can kill hundred human lives and cause large loss of properties. There are sufficient researchers with majors of building, construction, fire safety and mechanical engineering.. XVIII. It will be.

(23) 水霧式隔煙系統之技術與應用研究,. possible to have a research institute famous as Norwegian SINTEF or Swedish SP by a continuous financial support of certain projects to integrate these researchers and research resource.. It is necessary. form a committee to set-up regulation, test protocol and test center, and finally make spray-based system as a legal option of fir safety equipment. The development of spray-based system of high suppression efficiency does not only increase the fire safety in public but also help build fire safety industry which can upgrade the traditional industry to produce fire safety products.. It should be noted that the need of. financial resources will be much less than the loss due to fir accident per year, and the profit due the promotion of traditional industry will be much larger than the required financial founding. To sum up, it is really possible to integrate a water spray system （SCFSS）with function of smoke scrubbing, isolation of heat and smoke, and fire suppression of hidden fire and artificial-set fire.. The. study plans to develop a SCFSS which is especially useful to suppress fire of motor bikes and fires of high buildings which are of fire-fighting. difficulties. and. meet. the. social. necessity. and. responsibility.. 水霧幕計畫：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. XIX.

(24) 摘要. Possible suggestions may be achieved in a soon future. 1.. The related organization should form a committee, which is responsible to set-up regulation, test protocol and test center, based on CEN TC 14972 but meets the need of domestic situation.. 2.. The experimental scenario is similar to that of motor bike fire or tunnel fire.. It will be a better choice to develop a. SCFSS for fire of motor bikes according to the loss and the research budget. 3.. The number of old persons increases with days and we shall purposely-develop a SCFSS with long evacuate time time for an old folks' home.. Possible suggestions may be achieved in middle or long future. 水霧幕計畫：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 7. The scenario is similar to aisle of flee, smoke exhaust pipe, tunnel sub-way, and lobbies of shopping mall, hotel and so on.. We will. carry out researches to develop SCFSSs for such building, if the financial support is possible. 8. The number of high and large buildings increases with days. The fire fighting of such buildings are facing difficulties due to. XX.

(25) 水霧式隔煙系統之技術與應用研究,. the height limit of fire engines and the traffic jams.. The relating. institutes should form a research team to develop a SCFSS for a wide protection area and examine the coupling effects among water spray, smoke, and forced exhaust. 9. The outcome of our regulation, test protocol is only applicable to domestic need but also for Asian major cities with similar civil planning and living style, especially mainland China, India etc.. XXI.

(26) 第一章緒論. 第一章緖論第一節研究背景與目的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，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，往往造成嚴重人員傷亡及財產損失。根據英美案例顯示，逃生途徑上約有 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。排煙系統可將有毒煙霧抽離火場，是目前最常用之逃生設備；使用隔煙設備，可防止濃煙擴散，減少人命安全與財務上的損失。現有之水系統消防設備，有撒水頭( Sprinkler )，撒水幕系統(Water screen, Water curtain, Drencher)及細水霧消防系統(WMFSS)。這些水系統消防設備各有其功能及特點。撒水頭 (sprinker)是最常用之滅火設備，但與排煙系統合併使用，卻常發生互相抵銷之現象；撒水幕系統較少見，主要是形成防火水幕，用於阻隔火勢或阻熱，以利於逃生，單獨使用失效之風險高[11]；細水霧則在密閉空間滅火效率高、且具有一定之滌煙效果，但需針對個別空間設計、尚無標準設計規範。水是很好的滅火劑，其實不論撒水頭、細水霧（Sprinkler, Water droplet）都是噴霧(Spray)的一種，只要這些水滴能順利地飄入火焰根部（底部）、或鄰近區域，就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。噴霧塔是化工業常用之滌煙設備【D1~3】，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 【D4】亦曾發表電腦房之水霧式隔煙/滌煙系統。. 1.

(27) 水霧式隔煙系統之技術與應用研究. 第二節目的. 本計畫執行時程三年。94 年度（第一年）之主要成果，為水霧式滌煙、隔煙、隔熱及水霧特性量測技術及隔煙隔熱效率測試系統（已申請發明專利[12]）。本研究證實組合泛用之一般圓錐及扇型噴霧器，在流量 17~20 公升/分、壓力 50~70 bar，SMD 160~360μm，即可建構具有滌煙、隔煙、隔熱，迅速將煙塵降溫（滌煙）、限制火災（自然通風）擴散範圍與速度等多重功用之水霧幕消防系統(Spay curtain fire suppression ＆ safety system, SCFS&S)；本系統用水量僅為撒水頭 20~25 %（Sprinkler），可於 20~40 秒內，將水霧後方降溫至 50℃以下；O2 濃度可長時間維持在 19.5~20.4 %以上、CO2 濃度則緩慢升至 1.27%、CO 緩慢升至 5~7 ppm。請注意，本計畫並未使用昂貴之細水霧噴霧器（Water mist），即可迅速撲滅自然通風（一進氣口及出氣口）之氣油油盤火災。鑒於水系統消防設備與排煙系統合併使用，常發生互相抵銷之現象，排煙系統可能引入大量氧氣（entrainment）、導致火勢擴大，而撒水頭可能將煙層冷卻下降，增加排煙難度。本計劃 95 年度(第二年)研究；擬建構水霧幕滌煙/隔煙系統，並探討排煙設備的啟動(強制通風)對水霧系統隔煙效果的影響。本研究發現：(1) 排煙設備雖然可將濃煙排出火塲，卻也引入空氣，擴大火勢、製造更大量之濃煙，反而不利於逃生與救災之工作；(2)僅用單邊水霧幕，雖可藉引流效應(entrainment effect)，將水霧送入火盆，但只能發揮隔煙熱功能、無法滅火；(3) 使用雙邊水霧幕，可發揮引流效應(entrainment effect)，迅速達成滅火及滌煙、隔煙與隔熱之目的；(4) 排煙風量越大、火塲溫度上升越快，雖然增加滅火難度，但使用壓力 100bar、流量 26 公升/分之雙邊水霧幕系統，仍可克服排煙量 992.5 M3/min（火塲空間 3×3×11 M3），所增加滅火難度，順利滅火。本年度(96 第三年)，將探討(1)火源與水霧幕相對距離；(2)排煙風門與水霧幕及火源之相對距離等參數對滅火或隔煙之影響；(3)設計遮蔽性火源，探討水霧幕系統之隔煙與隔熱效果；(4) 設計數個汽油縱火之塲景以測試水霧幕系統之滅火限制及有效性。所有實驗之水霧幕，均未瞄準火源，以符合建築火災火源不確定性之特性，期能找出水霧幕消防系統之主要滅火機制，尋求最佳之排煙及滅火組合及主要參數。本報告分為四章，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，最後一章，為第四章研究發現。 2.

(28) 第一章緒論. 表 1.1 水消防系統設備比較表細水霧. 撒水頭. (Water mist). (Sprinkler). H2O 高壓 ≧35 中壓 12-35 低壓 ≦12. H2O. H2O. 2~7. 6~13. 用水量低、不佔空間. 是. 否. 否. 火災類型適用性. A，B，C. A. 滅火方式. 快速降溫及阻絕氧氣. 降溫. A 無法滅火，用於阻隔火勢或阻熱. 對火場高層(近天花板) 的急速冷卻降溫能力. 具極佳的降溫能力. 無能力. 無能力. 降低火焰場溫度. 是. 否. 否. 可快速啟動抑制火勢. 是. 是. 否(阻隔火勢). 減低高溫對人員的危害、並增加逃生時間. 優良. 良. 良. 是否需疏散計劃. 否. 否. 是. 專設排氣裝置. 否. 否. 否. 對人的安全性. 無害. 無害. 無害. 具有腐蝕性. 否. 否. 否. 減少煙霧及降低腐蝕性氣體之濃度. 優良. 良. 差. 溫室效應影響(GWP2). 0. 0. 0. 比較內容成份系統壓力(Bar) 1kgf/cm2=1.02 Bar. 所需泵浦. 中高壓低流量. 需要填充. 否. 低壓高流量否. 撒水幕系統. 低壓高流量否. (資料來源：International Water Mist Association、工研院環安中心。). 3.

(29) 水霧式隔煙系統之技術與應用研究. 表 1.2 撒水頭設備系統之優缺點一.使用簡易好用，須與排煙設備合用二.搭配排煙設備系統可改善能見度優點. 三.搭配排煙設備系統可以降低火場溫度與有毒氣體濃度四.搭配排煙設備系統可以降低火災造成的損失五.搭配排煙設備系統，假如撒水設備沒有作動，則排煙設備可以提供保護六.搭配排煙設備系統可以避免過多的灑水頭作動一.搭配排煙設備系統，排煙會增加燃燒速率. 缺點. 二.搭配排煙設備系統，排煙設備會延遲撒水頭的作動。三.搭配排煙設備系統，排煙會增加作動的撒水頭數目。四.搭配排煙設備系統，撒水會降低排煙效率五.用水量大. (資料來源：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。). 表 1.3 細水霧設備系統之優缺點一.用水量低、滅火時間短優點. 二.密閉空間滅火效率高、且具有一定之滌煙效果三.俱吸熱、滅火、隔煙之能力四.價格低廉且易於取得資源五.能延長人員之逃生時間. 缺點. 一.較不適宜用於非密閉空間二.國內尚無 WMFSS 之噴霧特性檢測規範三.水霧式隔煙/滌煙系統需針對空間另外設計、重新制定安全規範. (資料來源：本表資料綜合網路上資料庫查知，部分資料由工研院環安中心提供。). 4.

(30) 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。水之所以能有效地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℃)，故可藉由蒸發水滴，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，將詳述於第三章。. 5.

(31) 水霧式隔煙系統之技術與應用研究. 第一節撒水頭撒水頭(C1~6, 鍾基強等)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。(如表 2-1) 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，煙層的厚度增加，加速煙層下降速度(B13, 鍾基強、董賢聲)，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。撒水設備與排煙設備雖各有優點。美國 NFPA[5]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。. 6.

(32) 第二章文獻回顧. 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作動，亦可減少過多撒水頭作動而造成的水害。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，火勢已更加猛烈，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。. 7.

(33) 水霧式隔煙系統之技術與應用研究. 8.

(34) 第二章文獻回顧. 第二節細水霧消防系統(WMFSS) 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。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。台電已改用 WMFSS，保護變電站。國內研究 WMFSS 系統之學者，有陳俊勳【B16】、及蔡榮鋒等【A10】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）。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 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。研發水霧式隔煙系統，需建立噴霧特性量測性統【E1~3】。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。. 9.

(35) 水霧式隔煙系統之技術與應用研究. 第三節水霧幕消防系統(Spray Curtain Fire Suppression Sys) 本計畫 94 年度之主要成果，組合泛用之一般圓錐及扇型噴霧器（請注意，不必使用昂貴之細水霧噴霧器（Water mist）），在流量 17~20 公升/分、壓力 50~70 bar，SMD 160~360μm，即可建構具滌煙、隔煙、隔熱，迅速將煙塵降溫（滌煙）、限制其擴散範圍與速度等多重功用之噴霧系統(Spaying system)；本系統用水量僅為撒水頭 20~25 %（Sprinkler），可於 20~40 秒內，將水霧後方降溫至 50℃以下； O2濃度可長時間維持在 19.5~20.4 %以上、CO2濃度則緩慢升至 1.27%、CO緩慢升至 5~7 ppm。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；垂直噴霧，可隔絕或大幅降低熱煙向外擴散之速率；整合水平及垂直噴霧，具滅火與滌煙、隔煙、隔熱多重功用之水霧式消防設備。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，只要將閃燃時間延後，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。. 10.

(36) 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撒水系統海龍 (Water mist) (Sprinkler) (Halon)FM-200 成分系統壓力(Bar) 1kg/cm2 1.02 Bar 火災類型適用性. H2O. CF3CHFCF3. CO2. 2~7. 110. 53. A 降溫無能力. B,C 切斷燃燒的連鎖反應無能力. B,C 氧氣濃度下降稀釋無能力. 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) 時間是否需疏散計劃. 是. 是. 否. 否. 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. 無害. 無害. 生成物有毒. 否. 否. 是. 吸入CO2有毒是. 優良. 良. 否. 否. 0. 0. 2050. 1. 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. 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. 啟動後火場氧濃度 (%) 對人的安全性具有腐蝕性減少煙霧及降低腐蝕性氣體濃度溫室效應影響 (GWP2) 大氣中存活期 (ATM.LIFE). H2O 高壓 ≧35 中壓 12-35 低壓 ≦12 A,B,C. 二氧化碳 (CO2). 快速降溫及阻絕氧氣具極佳的降溫能力. (資料來源：本表資料綜合網路上資料庫查知，部分資料由工研院環安中心提供。) 11.

(37) 水霧式隔煙系統之技術與應用研究. 12.

(38) 第三章研究流程、儀器設備及實驗. 第三章研究流程、儀器設備及實驗本章分為四節，第一節敘述子噴頭及組合噴頭之設計與測試；第二節實驗場景之建構；第三與第四節敘述冷流場與熱流場(燃燒&滅火)之實驗架構及結果。. 第一節子噴頭及組合噴頭本計劃基於取得容易、替換方便之原則，採用商用量產之扇形及實圓錐子噴霧器(如表 3.1)，圖 3.1a&b 顯示，子噴頭之噴霧在風速 6～10m/s，依然可保持其既定軌跡及擴散角；在 50~70bar 的壓力下，流量介於 2~6L/min 之間。圖 3.2 為本計劃之噴霧器母座，可結合數個扇形與實圓錐噴霧器，配置各個噴霧器不同的水霧噴射方向，以找出適合於實驗空間的噴霧器組合。水霧系統的實驗參數，包含組合噴頭的水霧噴射方向、壓力、流量、數量、液體通量分布(Liquid flux)等，以及配置位置與火源的距離。. 第二節實驗場景本研究沿用 94 年所建置之水霧隔煙實驗室，針對本年度規劃之實驗內容，修改實驗室之水霧系統、排煙系統、及隔間(3×3×11m3 圖 3.3)。圖 3.4 為實驗場景模型(1:20 之上視、正視、側視及立體圖)。. A. 水霧系統實驗室本已設有一組噴霧器支架，為在火源兩側均形成水霧幕，再設置一組噴霧器支架(圖 3.5a)，自高壓供水系統(圖 3.5b)以高壓管連接兩個支架。 B. 排煙系統原有之排煙系統僅可自通道末端抽取煙氣，因應實驗需要，需延伸排煙系統風管至水霧包圍區上方，增設數個可開關之吸風口(gate)，改用 3HP 鼓風機馬達及 80Hz 變頻器以調節風量、風速，經測試可模擬必要之強制排煙或過度排煙之流場條件(圖 3.6a&b)。 C. 隔間&幾何尺寸修改. 因實驗需要，延長逃生通道至 3×10M2，並增設觀測. 窗，以便 DV 拍攝實驗流程及結果。天花板上方碳酸鈣板亦妥善填補，以防止有毒氣體從天花板中滲出擴散至觀測區內如圖 3.7a&b。. 13.

(39) 水霧式隔煙系統之技術與應用研究. 第三節冷流場實驗滅火排煙實驗前，先進行冷流場實驗，以了解氣流與水霧流場之可能變化，以確保熱流場實驗時人員與儀器的安全。進行測試噴頭基本特性後，利用模擬器流及排風系統(圖 3.7)，模擬實際火源與排風系統可能造成的氣流場變化，觀察水霧在通道空間內飄動的方向及分布的空間密度，並觀察水霧之液體通量分布 (Liquid flux)，依據 DV 紀錄採用 6 顆子噴霧器，在壓力 30~100bar、流量介於 10~18L/min 之水霧可於 30 秒內充滿整個防護空間 (如表 3.2)。. 第四節熱流場實驗 95（2/3）&96 年（3/3）之熱流場實驗，主要在探討排煙設備之吸風口（位置、數量）及排風量(轉速)；水霧噴頭配置方式、流量、噴頭與火源距離等等，對隔熱、隔煙、滌煙及滅火之影響；並針對遮蔽性火災(Hidden fire)及人為縱火（汽油引燃可燃物）等進行有效性研究。本研究在通道內部，設置熱電耦與定點式偵煙感測器，於噴霧器後方設置氣體分析儀之量測點、及數個簡易型煙氣濃度分析儀，並以數據收集系統(DAQ) 同步紀錄上述儀器之量測值；以 DV 記錄通道及避難空間內水霧、火焰與黑煙之影像，以電子秤量測實驗過程中的油盆載重變化（負值表示蒸發之汽油重量）。本研究所用扇形噴頭之水霧粒徑介於 100~800μm、SMD 約 500~600μm，單顆水量介於 2.8~3.5 l/min，其中四顆射於空氣入口處，三顆垂直向下，用於潤濕氣流作為滅火、一顆水平噴射用於滌煙；另外六~八顆配置於火源之下游處，其中一~兩顆水平噴射用於滌煙、三~四顆垂直向下用於隔煙、隔熱，一~兩顆斜噴增加空氣濕度、用於滅火。請注意，影響電子秤（load cell）負荷變化之原因，不僅包括油滴與水滴之蒸發與冷卻之重量差異，亦包含高壓水霧之衝量（thrust），油滴與水滴之蒸發與冷卻所形成之正負壓差，因此電子秤（load cell）之重量減少，雖可推估燃油發揮（evaporation）或燃燒（combustion）之數量；重量增加則可推估油滴與水滴冷卻落回油盆之重量，不過水滴之沸點較高、蒸發熱很大，較不易發揮、冷卻之機率較高。至於，電子秤（load cell）之重量，上下劇烈變化，不一定是油滴蒸發量與水滴冷卻量之差異，因為高壓水霧之衝量（thrust），油滴與水滴之蒸發與冷卻所形成之正負壓差，亦可能造成短暫之負荷變化。. 14.

(40) 第三章研究流程、儀器設備及實驗. 觀測區右側設有 1.5 米寬逃生口與滅火器，足以確保實驗人員之安全，主要量測儀器與觀察人員的配置，如圖 3.8 所示。本節將探討 a（Flow a）單邊水霧與排煙風量對熱釋放率、及隔熱、隔煙、滌煙之影響；b（Flows b,c &d）探討雙邊水霧噴頭配置方式，水霧流量、排煙量，排煙口、火盆及水霧幕三者相對位置等參數對隔熱、隔煙、滌煙之影響；c（Flow EH）探討捲吸作用（entrainment effect）對遮蔽性火災之有效性；及 d（Flow GC）探討水霧幕系統對汽油引燃易燃物(人為縱火)之之有效性。. a.單邊水霧幕（Flow AH, 95 年, 2/3）本項實驗之流場條件，如表 3.3Flow AH1~A5，主要變數為排煙機之轉速（10~80 Hz）、排煙風量 2.9~92.5 M3/min，單邊噴射水霧壓力 100bar、流量介於 17L/min、四盆 92 汽油共 2000 ㏄，其他幾何參數標示於圖 3.9。圖 3.10a &b 顯示，Flow AH1 火源區、避難區(水霧後方)之溫度時間變化圖；圖 3.10c 為電子秤（load cell）之重量時間變化圖，Swt＝1 表示油盆之重量每秒變化 1 克。每秒，若完全燃燒 1 克之燃油（必須空氣充足、火焰溫度夠高）、熱釋放率約 45kW。圖 3.10 顯示排煙機轉速 10 Hz，在 100 秒內，可將火源區溫度（Tflame）由 30℃升至 127℃；130 秒起動水霧、20 秒後（t=150）降為 95℃、避難區溫度由（Tsafe）由 90℃降至 75℃。電子秤之重量顯示，t=150 秒時，油盆重量-1200 克，於 t=200 秒增加至-600 克。本實驗因滅火及降溫效果不佳，於 t=200 秒中止，以保護人員安全。圖 3.11、3.12、3.13 &3.14 顯示，Flow AH2、 AH3、 AH4 及 AH5 之火源區、避難區(水霧後方)之溫度，Tflame、Tsafe 及油盆重量時間變化圖，其排煙機轉速 20, 40, 60, 80 Hz、排煙風量 16.2, 43.2, 65.8, 92.5 M3/min。圖 3.13 顯示排煙機轉速 60 Hz（Flow AH4），在 70 秒內，可將火源區溫度（Tflame）由 30℃升至 228℃；100 秒起動水霧、20 秒（t=150）後降為 125℃、避難區溫度（Tsafe）由 140℃降至 90℃。電子秤顯示，t=120 秒時，油盆重量由-2000 克、開使緩慢上升，於 t =200 秒增加至-1500 克。圖 3.15 綜合 Flow AH 之實驗結果，顯示提高風扇轉速，引入大量空氣、增加熱釋放率，導致溫度急速上升，雖然也增加火場之引流效應（Entrainment, 捲吸效應）、增加水霧進入油盆之數量；但整體而言，單邊水霧之滅火及隔熱效率被排風機所增加之熱釋放率抵銷而降低。 15.

(41) 水霧式隔煙系統之技術與應用研究. 請注意，94 年（1/3）之結果（表 3.2 Flow 1a,b&c）顯示，在自然通風下，使用單邊水霧、即可發揮隔熱、隔煙、滌煙及滅火之效果。比較 Flow AH 與 94 年（1/3）之結果，顯示，排煙機雖可排出濃煙、卻也引入等量空氣、使火勢變大、造成更多量之濃煙，這種現象在富油火災(Fuel Rich)或易燃物火災相當明顯。本結果顯示不當使用排煙機，比不用排煙機還要危險，因為引入大量空氣，反而擴大火勢與災損；其所產生之濃煙量很可能大於所排出濃煙量，反而不利逃生、更易造成大量人員死亡，使用時應謹慎。. b.雙邊水霧幕現有之細水霧系統，主要是在一密閉空間、或針對特定保護目標，環繞設置水霧噴頭，達到快速滅火及減少用水量（水損）之目的。這種設計，往往因為空間之缺口或通風（ventilation），喪失密閉性、造成水霧飄出火場、空氣流入火場，而降低滅火效率。這些細水霧系統，在建築火災不一定適用，因為大型防火區劃，通常設置強制排煙設備，而火場經常因局部門窗破裂，形成通風口，幾乎不可能保持密閉性；一旦空氣進入火場，擴大火勢、造成延燒，火災就一發不可收拾。 (i). Flow BH (95 年, 2/3）本實驗之流場條件，如表 3.3 Flows BH1~6，主要變數為排煙機之轉速（10~80. Hz）、排煙風量 2.9~92.5 M3/min，壓力 100bar、流量 26L/min、四盆 92 汽油共 3000~4000 ㏄，其他參數與 Flow AH 相同，標示於圖 3.16。Flows BH 與 AH，主要差異在於入風口處、增設一垂直向下水霧幕，以探討排煙機之排煙風量，在火場內部所造成之對流作用，是否可造成引流效應（Entrainment, 捲吸效應），將水霧送入火焰反應區，達成控制火勢；抑制火燄、減少熱釋放率之目的。圖 3.17a &b（Flow BH1）顯示，排煙機轉速 10 Hz，在 80 秒內，將火源區溫度（Tflame）由 30℃升至 127℃；100 秒起動水霧、20 秒後（t=120）降為 80℃、避難區溫度由（Tsafe）由 90℃降至 60℃；40 秒後（t=160）滅火；滅火及降溫效果相當快速。電子秤顯示（圖 3.17c），汽油起初因燃燒及揮發，逐步降至-1100 克(t=110 秒)，其後油盆重量逐漸增加至 -750 克(t =150 秒)、-250 克(t =300 秒)，可能是水霧隨氣流漂入油盆或汽油冷卻落回油盆。噴射水霧前，排煙通道之溫度約 80℃、黑黃色濃煙帶有汽油味，顯示部份已揮發之油滴；可燃物、或燃燒半成品(中間產物)隨氣流移動；水霧噴射後溫度迅速降為 45℃、煙氣變成白色、帶有溼氣，看不到黑色煙塵，顯示水霧具有抑 16.

(42) 第三章研究流程、儀器設備及實驗. 制煙霧產生或滌煙之效果。圖 3.17d 顯示，氧氣濃度大部分時間高於 18.5%、CO 濃度一直小於 200ppm。本實驗顯示，避難區溫度，可迅速降低至 40℃、氧氣濃度高於 18.5%、CO 濃度小於 200ppm，証實水霧不僅可作消防設備、其避難逃生功能相當顯著，應繼續研發成為全功能之消防設備。圖 3.18, 3.19, 3.20, 3.21, 及 3.22 顯示，Flows BH2、BH3、BH4、BH5 及 BH6 之火源區、避難區(水霧後方)之溫度，Tflame、Tsafe、油盆重量、及氧氣＆CO 濃度時間變化圖，其排煙機轉速 20, 40, 60, 80 Hz、排煙風量 16.2, 43.2, 65.8, 92.5 M3/min，Flow BH5 之轉速 60，主要是與 BH4＆BH6 比較用。圖 3.20a &b（Flow BH4）顯示，排煙機轉速 80 Hz，在 70 秒內，將火源區溫度（Tflame）由 30℃升至 250℃、避難區溫度（Tsafe）升至 150℃；隨即起動水霧、20 秒後 Tflame& Tsafe 幾乎不變；50 秒後（t=120）Tflame 降為 170℃、Tsafe 降至 120℃；80 秒後 Tsafe 降至 50℃；200 秒後（t=270）滅火。電子秤顯示（圖 3.20c），汽油起初因燃燒及揮發，以 Swt=18.6 克/秒之速率，迅速降至-1400 克(t=70 秒)，此時噴射水霧、但火勢及溫度相當大，直至 t=115 秒，才減慢下降速度；t=150 到 200 秒油盆重量一直小幅上下震盪，顯示汽油揮發與冷卻效果相當；200 秒後油盆重量開始以 1.9 克/秒之速率緩慢增加。圖 3.15d 顯示，氧氣濃度大部分時間高於 18%、CO 濃度一直小於 200ppm。CO 之致命濃度與時間為 1100~1500 ppm×1.5~3 小時、1600~3000 ppm×1.5~3 小時；以 CO 耐受度而言，水霧幕隔煙系統，不僅是消防設備、也兼具避難逃生功能。圖 3.23 整合 Flow BH 之實驗結果，顯示提高排煙機轉速，雖然可排出大量濃煙、但也在火場內部產生更多大量濃煙，其利弊及使用時機值得專案研究探討。很明顯，提高風扇轉速是引入大量空氣、增加熱釋放率，導致火源區＆避難區溫度急速上升極速上升之主因。本結果，證實不當使用排煙機導致過量排煙，很容易擴大火勢，反而不利逃生或救災。 Flows BH5 與 BH4 之主要差異是火盆位置往前偏移 50 ㎝（轉速皆 60Hz），由圖可明顯看出 Flow BH5 之溫度 Tflame、Tsafe 之上升速度及最高溫度於 Flow BH4。雖然水霧噴射前之燃油蒸發量皆為 Swt＝18.6，但是水霧噴射後，Flow BH4 於 50 秒內(t=170)，即開始微幅往上增加(Swt＝2)；Flow BH5 則於 110 秒後 (t=190)，才開始微幅往上增加。本結果顯示，火源位置對水霧之引流效應（Entrainment, 捲吸效應）有相當之影響。. 17.

(43) 水霧式隔煙系統之技術與應用研究. Flows BH6 與除了火盆位置往前偏移 50 ㎝，轉速亦提高至皆 80Hz （92.5 M3/min），由圖可明顯看出 Flow BH6 之溫度 Tflame、Tsafe 之上升速度及最高溫度於 Flows BH5、BH4。雖然水霧噴射前之燃油蒸發量只有 Swt＝18（略小於 BH5、BH4），本結果說明蒸發量不等於燃燒量，富油火災之熱釋放率取決於油氣混合比（air-fuel equivalence ratio），不當的啟動排煙機，比不啟動排煙機還要危險。提高排煙量，降低水霧滅火效率；油盆重量度時間變化圖顯示水霧噴射後 1400 秒內(t=200)，才開始微幅往上增加(Swt＝2.8)。綜合上述，雙邊噴射水霧，特別是空氣入口噴射水霧幕，可強化水霧進入火源或冷卻熱與煙之效果；排煙機不僅排出濃煙、亦協助水霧進入火源、將部分水霧抽入排風管冷卻高熱濃煙、可抑制火勢竄燒。 (ii) Flow CH (96 年, 3/3）本實驗之流場條件，如表 3.4 Flows CH1~4，主要目的是與 Flow BH 之結果比較，以探討火源與水霧幕相對距離對滅火或隔煙之影響；主要變數為排煙機之轉速（5~80 Hz）、排煙風量 1.2~92.5 M3/min，壓力 100bar、流量 32L/min、四盆 92 汽油共 2000~4000 ㏄，其他參數與 Flow BH 相同，標示於圖 3.4。Flows CH 與 BH，主要差異在火源與垂直向下水霧幕相對距離從 1.5 增加至 2 米；火源與隔煙隔熱用水霧幕之相對距離從 5 縮短至 4.5 米。隔煙隔熱用水霧幕依然未瞄準火源，以符合建築火災火源不確定性之特性。圖 3.25a &b（Flow CH1、四盆 92 汽油共 3000 ㏄）顯示，排煙機轉速 5 Hz，在 60 秒內，將火源區溫度（Tflame）由 30℃升至 260℃；t=70 秒起動水霧、20 秒後（t=90） Tflame 降為 140℃、避難區溫度 Tsafe 由 110℃降至 75℃；50 秒後（t=120） Tflame 降至 70℃、Tsafe 降至 40℃。電子秤顯示（圖 3.25c），汽油起初因燃燒及揮發，逐步降至-1200 克，起動水霧後雖然燃油重量不再持續減少，但油盆重量卻需等到 t=130 才逐漸增加。圖 3.26a &b（Flow CH2、兩盆 92 汽油共 2000 ㏄）顯示，排煙機轉速 20 Hz，在 70 秒內，將火源區溫度（Tflame）由 30℃升至 300℃；t=70 秒起動水霧、20 秒後（t=90） Tflame 降為 170℃、避難區溫度 Tsafe 由 110℃降至 75℃；50 秒後（t=120） Tflame 降至 90℃、Tsafe 降至 50℃。電子秤顯示（圖 3.25c），水霧噴射前之燃油蒸發量皆為 Swt＝14，但是水霧噴射後，Flow CH2 於 50 秒內(t=120)，才開始微幅往上增加(Swt＝3)。 Flows CH1（四盆 92 汽油共 3000 ㏄）及 CH2（兩盆 92 汽油共 2000 ㏄）之結果說明，再一次確認富油火災（燃燒 combustion）之熱釋放率取決於油氣混合比（air-fuel equivalence ratio），不當的啟動排煙機，增加空氣進入火塲之數量， 18.

(44) 第三章研究流程、儀器設備及實驗. 反而容易提高熱釋放率擴大火勢。圖 3.27 及 3.28 顯示，Flows CH3 及 CH4 之火源區、避難區(水霧後方)之溫度， Tflame、Tsafe、油盆重量、及氧氣濃度時間變化圖，其排煙機轉速 40, 80 Hz、排煙風量 43.2, 92.5 M3/min。圖 3.29 整合 Flow CH 之實驗結果，顯示增加火源與水霧幕之距離，的確會降低引流效應（Entrainment, 捲吸效應），延長滅火時間，但水霧幕系統，仍然保持其隔煙隔熱之效果。此外本實驗，再次證實提高排風機轉速是引入大量空氣、增加熱釋放率，導致火源區＆避難區溫度急速上升極速上升之主因，很容易擴大火勢，反而不利逃生或救災。 (iii) Flow DH (96 年, 3/3）本實驗之主要目的是探討排煙風門與水霧幕及火源之相對距離對滅火或隔煙之影響，本實驗刻意將風門與隔煙水霧幕噴頭之距離從 5 米縮短至 2.2 米，以提高水霧隨風飄出火塲之可能性，風門與垂直向下水霧幕噴頭之距離從 3 米增加至 5.2 米（水平距離從 2 米增加至 4.3 米），將火源至排煙風門之距離從 3 米增加至 4 米（水平距離 0.5 米增加至 2.8 米）。請注意本實驗，除符合建築火災火源不確定性之特性，亦可測試水霧幕系統在不當設計，或火源不在最佳設計範圍內之滅火及隔煙等等功能。隔煙隔熱用水霧幕依然未瞄準火源，以符合實際建築火災之塲景。本實驗之流場條件，如表 3.4 Flows DH1~4，排煙風量 1.2~92.5 M3/min，壓力 100bar、流量 35L/min、四盆 92 汽油共 3000~4000 ㏄，其他參數與本 Flow CH 相同，標示於圖 3.30。圖 3.31a &b（Flow CH1、四盆 92 汽油共 3000 ㏄）顯示，排煙機轉速 5 Hz，在 40 秒內，將火源區溫度（Tflame）由 30℃升至 150℃；隨即起動水霧；50 秒後（t=90）Tflame 降至 100℃、Tsafe 降至 40℃。電子秤顯示（圖 3.31c），水霧起動 110 秒內（t=200）燃油只是減緩降低速率，顯示熱釋放率雖然降低、但冷卻效果仍然有限；水霧起動 160 秒後（t=200）電子秤之荷重數值開始增加(Swt＝ 4.2)。圖 3.32, 3.33,及 3.34 顯示，Flows DH2、DH3 及 DH64 火源區、避難區(水霧後方)之溫度，Tflame、Tsafe、油盆重量、及氧氣＆CO 濃度時間變化圖，其排煙機轉速 20, 40, 60, 80 Hz、排煙風量 16.2, 43.2, 65.8, 92.5 M3/min。圖 3.35 整合 Flow DH 之實驗結果，顯示增加排煙風門與水霧幕及火源之相對距離，的確會降低引流效應（Entrainment, 捲吸效應），延長滅火時間，但水 19.

(45) 水霧式隔煙系統之技術與應用研究. 霧幕系統，仍然在 100 秒內將溫度 Tflame 降至 100℃、Tsafe 降至 40℃，保持其隔煙、隔熱、抑制火勢及降溫之效果。請注意，本實驗所模擬之塲景，對水霧幕系統相當不利，主要目的是測試此系統之有效工作範圍，但所模擬之火場在實際情況相當不太可能發生，因為排煙風門應該是最接近火源者優先啟動。綜合上述，雙邊噴射水霧，特別是空氣入口噴射水霧，可強化水霧進入火源或冷卻熱與煙之效果；排煙機不僅排出濃煙、亦協助水霧進入火源、將部分水霧抽入排風管冷卻高熱濃煙、可抑制火勢竄燒。. c.遮蔽性火災（Hidden fire, Flow EH, 96 年, 3/3）遮蔽性火災（Hidden fire）非常難滅，以固定式水系統消防設備，幾乎不可能撲滅遮蔽性火災。本研究，主要是探討強制排煙設備之通風量（ forced ventilation）及火焰燃燒所造成之負壓，是否可能造成引流效應（Entrainment, 捲吸效應），將水霧送入遮蔽性火災火焰之反應區，減少熱釋放率、達成控制火勢；抑制火燄、或滅火之目的，以下將分段說明 (a)實驗場景＆流場條件；(b)結果與討論。 (a)實驗場景＆流場條件本實驗，除了遮蔽性火源，其他設備，例如，水霧系統、排煙系統等，皆與 Flow CH、DH 相同，主要設備之配置如圖 3.36 所示。遮蔽性火源如圖 3.36b 所示，其下方為電子秤（load cell）紀錄油盆（20x64x64cm3）之重量變化，其上方為底面正方形（100×100 cm2）之四角錐狀遮煙罩。遮煙罩與油盆之間隙約 18 ㎝，空氣之流通面積約 4x18x64 cm2，兩者之重疊高度約 10 ㎝。水霧進入油盆之路徑，必須繞過遮煙罩底部，再通過遮煙罩與油盆之間隙，方可進入燃燒反應區。因此本火源，可探討燃燒所產生之捲吸作用對水霧進入遮蔽性間隙之影響。 (b) 結果與討論本研究考量安全性，先從低熱釋放率，即低燃油量及低空氣排出量之實驗開始，以累積經驗；再逐步將燃油量及空氣排出量，從 2000 ㏄、16.2 M3/min 增加至 4000 ㏄、92.5M3/min，實驗之重要參數如表 3.4、Flows EH1~5。本研究之煙罩內溫度（Tin），通常高於煙罩外之火塲溫度（Tflame），因此將煙罩內最高溫度定為（TFin）。水霧幕後方之溫度（Tsafe）一直介於 50~85℃，顯示水霧幕隔熱效果良好，因此結果不需以圖形顯示。 20.

(46) 第三章研究流程、儀器設備及實驗. 圖 3.37a、b、1c 分別顯示，Flow EH2 (四盆 92 汽油共 3000 ㏄，排煙機空氣排出量 27.5 M3/min）之溫度 TFin、Tflame 及燃油重量之時間變化圖，圖 3.37a、b 顯示，水霧幕於火源點燃後 30 秒啟動，溫度 TFin、Tflame，於 t=170 秒增加至 296、200℃；爾後火焰於 t=186 秒熄滅。電子秤之紀錄顯示，燃油重量減少 1100 克，大約 40%之燃油燃燒或發揮，如圖 3.37c。很明顯，本實驗之空氣排出量 27.5M3/min，遠超出燃燒所需之空氣量，而燃油還剩餘 60%、約 1900 克。因此，本遮蔽性火源之最可能滅火機制，應是水霧冷卻揮發之燃油、及可燃燒氣體，中斷燃燒反應。水霧進入燃燒反應區之最可能路徑，應是火焰燃燒所產生之捲吸效應(entrainment effect)，於火焰底部形成負壓，吸引外部空氣；而此空氣在進入遮蔽性火源路徑，亦帶入水霧，這些水霧應是冷卻可燃氣體，及中斷燃燒反應之主因。圖 3.38、及 3.39 分別顯示，Flow EH3 及 EH4 之溫度 TFin、Tflame 及燃油重量之時間變化圖，其溫度 TFin 增加至 245、440℃；滅火時間延長至 t=219、268 秒；減少之燃油約 1700 克 (約 40~50%)，應是空氣通風量增加至 43.2、 65.9 M3/min，燃燒熱釋放率增加引起實驗 Flow EH5 是本系列實驗、燃燒熱釋放率最高之實驗，其將燃油量及空氣排出量為 4000 ㏄、92.5M3/min。圖 3.40 顯示，Flow EH5 之溫度 TFin、Tflame 增加至 732、520℃；滅火時間延長至 t=410 秒；大約殘餘 30%之燃油。圖 3.41 整合 Flow EH2~5 之溫度 TFin、Tflame 及燃油重量之時間變化圖。圖 3.41a3~3.41d3 顯示滅火前之燃油減少率，逐漸減緩、甚至減至零。這些數據顯示，燃燒反應中斷之原因在於燃油無法氣化。本研究明確顯示，增加空氣排出量，提高燃燒反應速率，造成高溫及高熱釋放率。強制通風之遮蔽性火源，不可能因氧氣不足而熄滅；撲滅這類遮蔽性火災之最重要機制應是火羽熱氣流之捲吸效應，將水霧送入火焰底部之燃燒反應區，冷卻可燃氣體，及中斷燃燒反應。. d.汽油延燒（Flow GH, 96 年, 3/3）人為縱火是建築火災之重要因素，其中以投擲汽油彈、引燃建築物（KTV、特種行業）內部或主要通道之裝修材料常見，常常瞬間形成火海，引起火塲人員逃生不及、造成重大傷亡。本研究乃針對汽油延燒地毯，進行水霧幕消防系統之有效性實驗。. 21.

(47) 水霧式隔煙系統之技術與應用研究. 本實驗塲景不變（3x3x12 M3），只是燃料改為汽油及廉價地毯（1x2M2），以符合實際案例。由於可燃物之範圍過廣，及實驗設備之安全，本系列實驗未使用電子秤，紀錄燃料重量變化。本實驗燃燒快速，相當危險，因此 Flow GC1 先從汽油 500 ㏄、排煙風量 16.2M3/min 開始，學習經驗，再增加至 2000 ㏄、43.2 M3/min；水霧系統之子噴頭改為 15 顆，壓力 100 bar、流量 40L/min，其他參數如圖 3.42、表 3.4 Flows GC1~3。圖 3.43a、b 分別顯示，Flow GC1 溫度 Tflame 及 Tsafe 之時間變化圖，圖 3.43a 顯示，火源點燃於 t=150 秒，溫度 Tflame 增加至 58℃，此時啟動水霧幕於 37 秒內滅火（t=207 秒），由於火勢不大，本實驗僅供參考。圖 3.44a 顯示，火源點燃後、於 t=95 秒，溫度 Tflame 增加至 208℃，啟動水霧幕於 58 秒內滅火（t=157 秒）。圖 3.45a 顯示，火源點燃後、於 t=70 秒，溫度 Tflame 增加至 214℃，啟動水霧幕於 40 秒內滅火（t=110 秒）。實驗 Flow GC3 之溫上升迅速，可能是其汽油潑灑範圍較廣、排煙風量較大 43.2M3 所致。圖 3.46 顯示，Flow GC1~3 溫度 Tflame 及 Tsafe 之時間變化圖，三個實驗均顯示，水霧幕可迅速控制或撲滅汽油引燃易燃物之人為縱火，而且溫度 Tsafe（水霧幕後方）一直很低，的確是很有效之消防設備。. 22.

(48) 第三章研究流程、儀器設備及實驗. 表 3.1、數款子噴霧器的噴霧特性測試結果子噴頭型號. 流量(l/min). 擴散角. 強弱. 滌煙效果. 充滿速度. 5004. 1.9. 60°. 中. 不佳. 慢. 9007. 2.9. 130°. 強. 佳. 快. 9004. 1.9. 110°. 弱. 不佳. 慢. P010. 5.0. 30°. 強. 不佳. 慢. （資料來源：本研究自行整理）. 表 3.2 冷流場實驗數據 1.噴頭組合-3A 2.模擬火源位置-C 模擬火源. 排風. 有. 水壓. 單位時間：秒(s). 3.排風位置-C. 4.排風機頻率 80HZ. (bar). 水霧充滿時間. 視線遮蔽時間. 水霧抽光時間. 能見度恢復時間. 無. 30. 71s. 27s. 53s. 17s. 有. 無. 100. 22s. 08s. 48s. 30s. 有. 水霧前啟動. 100 1.噴頭組合-5A 2.模擬火源位置-C 模擬火源. 排風. 有. 無. 有. 水霧前啟動. 入風口. 水壓 (bar). 水霧充滿時間. 視線遮蔽時間. 水霧抽光時間. 全開. 100. 65s. 06s. 87s. 全開. 100. 30s. 05s. 56s. 1.噴頭組合-3A 2.模擬火源位置-C 模擬火源有. 排風水霧前啟動. 15s 07s 39s 20s 3.排風位置-C 4.排風機頻率 80HZ. 入風口. 3.排風位置-C. 水壓. 4.排風機頻率 80HZ. (bar). 水霧充滿時間. 視線遮蔽時間. 水霧抽光時間. 100. 17s. 05s. 49s. 全開. （資料來源：本研究自行整理）. 23.

(49) 水霧式隔煙系統之技術與應用研究. 表 3.3 熱流場實驗條件 Pressure(bar). 風量. Fuel(cc)×× ωHz. Exp Flow rat. N=Total(cc). Gate. Fire location. 1/min. 單邊水霧 (95、2/3) 1 AH. 2. 100 500×4=2000. 3 (6). 4. (17.4). 5. 10. 2880. 20. 16200. 40. 43200. 80. 92520. 80. 92520. Under. Gate. C C. 雙邊水霧 (95、2/3) 1. 10. 2880. 20. 16200. 40. 43200. 60. 65880. 60. 65880. 80. 92520. 500×2=1000 BH. (6+3. 2 3. 100. 4. (26.1). 750×4=3000. 1000×4=4000. 5. Under Gate C. C. 50cm Off. ) 6. B. Gate C. 雙邊水霧 (96、3/3) CH. 1. (4+4. 2. 100. 750×4=3000. 5. 1440. 1000×2=2000. 20. 16200. 50cm Off C. +3). 3. (31.9). 40. 43200. 80. 92520. 5. 1440. 20. 16200. 20. 16200. 3. 40. 92520. 4. 80. 92520. Gate C. 1000×4=4000 4 DH. 1. (4+4. 2. +4). 2A. 750×4=3000 100 (34.8). 24. 50cm Off B. 1000×4=4000 Gate C.

(50) 第三章研究流程、儀器設備及實驗. Pressure(bar). 風量. Fuel(cc)×× ωHz. Exp Flow rat. N=Total(cc). Gate. Fire location. 1/min. 雙邊水霧 (96、3/3) EH. 500×4=2000. 1 2. 20. 16200. 30. 27500. 40. 43200. 60. 65880. 80. 92520. 750×4=3000 (4+4. 3. 100. 4 +3). C. 165cm Off Gate C. 1000×4=4000 5. 雙邊水霧 (96、3/3) GC. 1. 500 20. (5+5. 2. 16200. 100. C 2000. +5). 3. Under Gate C. 40. 43200. （資料來源：本研究自行整理）. 25.

(51) 水霧式隔煙系統之技術與應用研究. 圖 3.1a 型號 9007 子噴頭擴散角測試. 圖 3.1b 型號 P010 子噴頭擴散角測試. 圖 3.2 噴頭母座設計. 26.

(52) 第三章研究流程、儀器設備及實驗. 圖 3.3 實驗場景模型(1:20 之上視、正視、側視、立體圖) 27.

(53) 水霧式隔煙系統之技術與應用研究. 圖 3.4 場地施工示意圖. 圖 3.5a 噴霧器支架. 圖 3.5b 高壓供水系統 28.

(54) 第三章研究流程、儀器設備及實驗. 圖 3.6a 排煙系統(風管、風口). 圖 3.6b 3HP 鼓風機馬達 29.

(55) 水霧式隔煙系統之技術與應用研究. 圖 3.7a 碳酸鈣板隔間外側(增設觀景窗). 圖 3.7b 碳酸鈣板隔間內側. 30.

(56) 第三章研究流程、儀器設備及實驗. 圖 3.8 主要量測儀器與觀察人員之配置（資料來源：本研究自行整理）. 31.

(57) 水霧式隔煙系統之技術與應用研究. 圖 3.9 FLOW AH 之實驗示意圖（資料來源：本研究自行整理） Tflame. 圖 3.10. 32. FLOW AH1 溫度時間變化圖&油盆重量變化圖（資料來源：本研究自行整理）.

(58) 第三章研究流程、儀器設備及實驗. Tflame. 圖 3.11. FLOW AH2 溫度時間變化圖&油盆重量變化圖（資料來源：本研究自行整理）. Tflame. 圖 3.12. FLOW AH3 溫度時間變化圖&油盆重量變化圖（資料來源：本研究自行整理）. 33.

(59) 水霧式隔煙系統之技術與應用研究. Tflame. Fuel weight. 3.11a 228℃. Swt=17.9 Swt=5. 3.11b. Tsafe. 228℃. 圖 3.13 FLOW AH4 溫度時間變化圖&油盆重量變化圖（資料來源：本研究自行整理） Tflame. 圖 3.14. 34. FLOW AH5 溫度時間變化圖&油盆重量變化圖（資料來源：本研究自行整理）.

(60) 第三章研究流程、儀器設備及實驗. AH4. Swt=17.9. AH5. Swt=5. 圖 3.15a FLOW AH1~5 溫度時間變化圖&油盆重量變化圖（資料來源：本研究自行整理）. 35.