增設水滅火設備之同等滅火效能評估基準之可行性研究

增設水滅火設備之同等滅火效能

評估基準之可行性研究

資料蒐集分析報告

內政部建築研究所協同研究報告

中華民國 109 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）

增設水滅火設備之同等滅火效能

評估基準之可行性研究

計 畫 主 持 人：鄭元良

協 同 主 持 人：鍾基強

研 究 員：陳又嘉

研 究 助 理：黃祥志、陳進澤

研 究 期 程：中華民國 109 年 03 月至 109 年 12 月

內政部建築研究所協同研究報告

中華民國 109 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）

目次

表次 ... III 圖次 ... V 摘要 ... IX 第一章 緒論 ... 1 第一節 研究背景與研究範圍 ... 1 第二節 研究目的 ... 4 第三節 研究內容 ... 6 第四節 研究方法及進度說明 ... 8 第二章 文獻分析與研究 ... 11 第一節 水自動滅火設備種類 ... 11 第二節 撒水頭類型與滅火原理 ... 16 第三節 熱煙危害與煙流特性 ... 22 第四節 國內外相關文獻分析 ... 25 第五節 國內外自動撒水設備規範彙整分析 ... 29 第三章 全尺寸性能實驗 ... 67 第一節 全尺寸實驗空間規劃 ... 68 第二節 實驗設備與材料規格說明 ... 70 第三節 實驗規劃與實驗結果 ... 78 第四節 實驗結果分析 ... 107 第四章 結論與建議 ... 141 第一節 結論 ... 141 第二節 建議與後續研究方向 ... 143 參考書目 ... 145 附錄 審查回應表 ... 149

表次

表 1-1 國內外撒水頭檢測規範表 ... 5 表 1-2 各部份之研究內容表 ... 8 表 1-3 研究進度及預期完成之工作項目表 ... 10 表 2-1 自動撒水設備設置種類 ... 12 表 2-2 自動撒水設備作動流程 ... 12 表 2-3 低壓細水霧之滅火原理介紹表 ... 15 表 2-4 密閉式撒水頭種類及說明 ... 17 表 2-5 感熱元件種類 ... 18 表 2-6 撒水頭作動溫度與顏色區分表 ... 19 表 2-7 標稱流量特性係數(K 值) ... 19 表 2-8 煙霧濃度與可視距離的關係表 ... 23 表 2-9 人體承受危害程度之指標分析表 ... 23 表 2-10 人體暴露在有毒氣體之情況 ... 24 表 2-11 各國簡易自動撒水設備規範 ... 34 表 3-1 實驗空間撒水頭數量表 ... 70 表 3-2 水道連結型撒水頭_規格表 ... 71 表 3-3 一般型撒水頭_規格表 ... 72 表 3-4 細水霧撒水頭_規格表 ... 73 表 3-5 熱電偶線規格 ... 74 表 3-6 火警探測器_設備規格表 ... 76 表 3-7 氣體量測設備規格表 ... 77 表 3-8 水自動滅火設備實驗總表 ... 78 表 3-9 火警探測器偵知時間表_水道連結型 ... 109

表 3-11 撒水前後之撲滅情況(水道連結型) ... 116 表 3-12 火警探測器偵知時間表_一般型 ... 117 表 3-13 撒水時間與火場最高溫度對照表(一般型) ... 119 表 3-14 撒水前後之撲滅情況(一般型) ... 124 表 3-15 火警探測器偵知時間表_細水霧 ... 125 表 3-16 撒水時間與火場最高溫度對照表(細水霧) ... 126 表 3-17 撒水前後之撲滅情況(細水霧) ... 131

圖次

圖 1-1 107 年起火建築物樓層高分析圖 ... 1 圖 1-2 研究流程圖 ... 9 圖 2-1 乾式與濕式自動警報閥與各式撒水頭 ... 13 圖 2-2 水道連結式撒水頭之裝設示意圖 ... 14 圖 2-3 撒水頭與熱煙氣之熱傳示意圖 ... 20 圖 3-1 全尺寸實驗空間平面圖 ... 68 圖 3-2 實驗空間現況示意圖 ... 69 圖 3-3 撒水頭防護半徑覆蓋圖 ... 70 圖 3-4 水道連結型撒水頭實體圖 ... 71 圖 3-5 水道連結型撒水頭實體圖 ... 72 圖 3-6 水道連結型撒水頭實體圖 ... 73 圖 3-7 無紙式紀錄器數據收集系統主機及量測畫面 ... 74 圖 3-8 煙層量測設備裝設示意圖 ... 75 圖 3-9 火警探測器實驗現場裝設圖 ... 76 圖 3-10 氣體量測設備現場裝設圖 ... 77 圖 3-11 實驗一_溫度量測曲線圖(距離地面 3.0m 處) ... 80 圖 3-12 實驗一_溫度量測曲線圖(距離地面 1.0m 處) ... 80 圖 3-13 實驗一_煙層高度曲線圖 ... 81 圖 3-14 實驗一_氧氣量測曲線圖 ... 81 圖 3-15 實驗一_一氧化碳量測曲線圖 ... 82 圖 3-16 實驗一_二氧化碳量測曲線圖 ... 82 圖 3-17 實驗二_溫度量測曲線圖(距離地面 3.0m 處) ... 83 圖 3-18 實驗二_溫度量測曲線圖(距離地面 1.0m 處) ... 83

圖 3-20 實驗二_氧氣量測曲線圖 ... 84 圖 3-21 實驗二_一氧化碳量測曲線圖 ... 85 圖 3-22 實驗二_二氧化碳量測曲線圖 ... 85 圖 3-23 實驗三_溫度量測曲線圖(距離地面 3.0m 處) ... 86 圖 3-24 實驗三_溫度量測曲線圖(距離地面 1.0m 處) ... 86 圖 3-25 實驗三_煙層高度曲線圖 ... 87 圖 3-26 實驗三_氧氣量測曲線圖 ... 87 圖 3-27 實驗三_一氧化碳量測曲線圖 ... 88 圖 3-28 實驗三_二氧化碳量測曲線圖 ... 88 圖 3-29 實驗四_溫度量測曲線圖(距離地面 3.0m 處) ... 89 圖 3-30 實驗四_溫度量測曲線圖(距離地面 1.0m 處) ... 89 圖 3-31 實驗四_煙層高度曲線圖 ... 90 圖 3-32 實驗四_氧氣量測曲線圖 ... 90 圖 3-33 實驗四_一氧化碳量測曲線圖 ... 91 圖 3-34 實驗四_二氧化碳量測曲線圖 ... 91 圖 3-35 實驗五_溫度量測曲線圖(距離地面 3.0m 處) ... 92 圖 3-36 實驗五_溫度量測曲線圖(距離地面 1.0m 處) ... 92 圖 3-37 實驗五_煙層高度曲線圖 ... 93 圖 3-38 實驗五_氧氣量測曲線圖 ... 93 圖 3-39 實驗五_一氧化碳量測曲線圖 ... 94 圖 3-40 實驗五_二氧化碳量測曲線圖 ... 94 圖 3-41 實驗六_溫度量測曲線圖(距離地面 3.0m 處) ... 95 圖 3-42 實驗六_溫度量測曲線圖(距離地面 1.0m 處) ... 95 圖 3-43 實驗六_煙層高度曲線圖 ... 96 圖 3-44 實驗六_氧氣量測曲線圖 ... 96

圖 3-45 實驗六_一氧化碳量測曲線圖 ... 97 圖 3-46 實驗六_二氧化碳量測曲線圖 ... 97 圖 3-47 實驗七_溫度量測曲線圖(距離地面 3.0m 處) ... 98 圖 3-48 實驗七_溫度量測曲線圖(距離地面 1.0m 處) ... 98 圖 3-49 實驗七_煙層高度曲線圖 ... 99 圖 3-50 實驗七_氧氣量測曲線圖 ... 99 圖 3-51 實驗七_一氧化碳量測曲線圖 ... 100 圖 3-52 實驗七_二氧化碳量測曲線圖 ... 100 圖 3-53 實驗八_溫度量測曲線圖(距離地面 3.0m 處) ... 101 圖 3-54 實驗八_溫度量測曲線圖(距離地面 1.0m 處) ... 101 圖 3-55 實驗八_煙層高度曲線圖 ... 102 圖 3-56 實驗八_氧氣量測曲線圖 ... 102 圖 3-57 實驗八_一氧化碳量測曲線圖 ... 103 圖 3-58 實驗八_二氧化碳量測曲線圖 ... 103 圖 3-59 實驗九_溫度量測曲線圖(距離地面 3.0m 處) ... 104 圖 3-60 實驗九_溫度量測曲線圖(距離地面 1.0m 處) ... 104 圖 3-61 實驗九_煙層高度曲線圖 ... 105 圖 3-62 實驗九_氧氣量測曲線圖 ... 105 圖 3-63 實驗九_一氧化碳量測曲線圖 ... 106 圖 3-64 實驗九_二氧化碳量測曲線圖 ... 106 圖 3-65 密閉濕式撒水頭_火場溫度分析 ... 109 圖 3-66 火警探測器偵知時間圖(水道連結型) ... 110 圖 3-67 撒水時間與火場溫度對照圖(水道連結型) ... 111 圖 3-68 溫度變化圖(水道連結型_2.0m) ... 113 圖 3-69 溫度變化圖(水道連結型_1.0m) ... 113

圖 3-70 煙層遮蔽率變化圖(水道連結型_2.0m) ... 115 圖 3-71 煙層遮蔽率變化圖(水道連結型_1.0m) ... 115 圖 3-72 火警探測器偵知時間圖(一般型) ... 118 圖 3-73 撒水時間與火場溫度對照圖(一般型) ... 119 圖 3-74 溫度變化圖(一般型_2.0m) ... 121 圖 3-75 溫度變化圖(一般型_1.0m) ... 121 圖 3-76 煙層遮蔽率變化圖(一般型_2.0m) ... 123 圖 3-77 煙層遮蔽率變化圖(一般型_1.0m) ... 123 圖 3-78 火警探測器偵知時間圖(細水霧) ... 125 圖 3-79 撒水時間與火場溫度對照圖(細水霧) ... 127 圖 3-80 溫度變化圖(細水霧_2.0m) ... 128 圖 3-81 溫度變化圖(細水霧_1.0m) ... 129 圖 3-82 煙層遮蔽率變化圖(細水霧_2.0m) ... 130 圖 3-83 煙層遮蔽率變化圖(細水霧_1.0m) ... 130 圖 3-84 二氧化碳(CO2)濃度變化(水道連結型) ... 133 圖 3-85 二氧化碳(CO2)濃度變化(一般型) ... 133 圖 3-86 二氧化碳(CO2)濃度變化(細水霧) ... 133 圖 3-87 各實驗二氧化碳濃度降低比例 ... 134 圖 3-88 一氧化碳(CO)濃度變化(水道連結型) ... 136 圖 3-89 一氧化碳(CO)濃度變化(一般型) ... 136 圖 3-90 一氧化碳(CO)濃度變化(細水霧) ... 136 圖 3-91 各實驗一氧化碳濃度降低比例 ... 137 圖 3-92 氧氣(O2)濃度變化(水道連結型) ... 139 圖 3-93 氧氣(O2)濃度變化(一般型) ... 139 圖 3-94 氧氣(O2)濃度變化(細水霧) ... 139

摘要

關鍵詞：長照機構、火警偵煙設備、水自動滅火設備 一、研究緣起： 依國內 107 年 10 月 17 日修正《各類場所消防安全設備設置標準》 第 17 條應設置自動撒水設備場所之規定中，對於第 12 條之部分各類 使用場所要求設置自動撒水設備；而 12 條第一項第九款所定場所， 其樓地板面積合計未達 1,000m2_{者，得設置水道連結型自動撒水設備} 或與現行法令同等以上效能之滅火設備。但對於同等以上效能之評估， 因目前國內尚未有明確的滅火效能相關規範及評估標準，雖以藉由相 關研究得知，所有的水滅火系統均能有效控制火勢，但各種系統之間， 仍缺少相關基準以供判定滅火效能。因此，本研究團隊將參考國外水 滅火設備之撒水頭燃燒試驗等規範與標準，進行文獻蒐集與比較分析， 提供未來國內設置相關測試基準之依據。 去年度已進行全尺度居室火災探測及滅火設備之實驗與驗證分 析研究。於實驗過程中發現，偵煙探測器偵知火災的反應時間比撒水 頭熔斷時間快，故藉由偵煙探測器偵知火災後連結啟動開放式自動撒 水設備，其啟動時間快於密閉濕式自動撒水設備。同時由去年度研究 之初期評估得知，若將水道連結型自動撒水設備由密閉濕式系統改為 開放式系統，可在火災初期以偵煙探測器偵知火災後即刻作動，且所 有撒水頭皆會同時撒水，可快速抑制火勢並降低室內溫度與有害氣體 濃度，於降溫、降低有害氣體濃度、降低濃煙遮蔽率等實驗量測項目 上，效果優於密閉濕式。

本研究將延續去年度之實驗結果，進一步探討水自動滅火系統撒 水對於居室空間有害氣體濃度變化之影響與評估開放式撒水系統啟 動時機之滅火效果，研究成果亦可應用及推廣至目前尚未設置水滅火 系統的防火區劃空間，例如：低層住宅空間、小型安養機構、醫院小 型空間、低層部小型商業空間等，加強該空間防火安全。但開放式系 統主要動作流程係平時管內無水，作用時由探測器自動啟動或經由手 動操作啟動，整個放水區域同時撒水，此種滅火方式勢必造成較大的 水損傷害。若長照機構裝設開放式系統且誤動作時，恐有造成財產損 失與住民傷害之虞。舉例說明，假設機構內部無法自主行動或需仰賴 供氧設備之住民，若受開放式系統誤動作撒水，則可能影響其供氧設 備運作或致使住民因水嗆到，恐非相關業者所能承擔之責任，故開放 式撒水系統啟動時機至關重要，需要進一步分析、探討。 二、研究方法與過程： 水自動滅火設備之同等滅火效能評估基準之訂定可行性，為現今 主要的課題也是本研究目的之一。我國《密閉式撒水頭認可基準修正 規定》所規定的試驗項目有耐洩漏、環境溫度、衝擊、裝配載重、框 架永久變形量、易熔元件之強度、玻璃球之強度、釋放機構之強度、 振動、水鎚、腐蝕、動作、感度熱氣流感應、放水量…等。與其他各 國撒水頭試驗項目之最大差異，主要在於我國與日本僅進行撒水分布 試驗，而美國與中國除撒水分布試驗外，還針對撒水頭進行燃燒試驗。 燃燒試驗主要為驗證相同燃燒物的情況下，不同撒水系統之滅火效果， 當不同撒水系統撲滅相同燃燒物，便可判定其具備同等滅火效能。故 本研究團隊引用國外撒水頭燃燒試驗相關規範及標準，進行文獻蒐集 與比較分析，提供未來國內設置相關測試基準之參考依據。

去年度研究已初步證實當水道連結型自動撒水設備若為開放式 系統，在降溫、降低有害氣體濃度、降低濃煙遮蔽率等實驗量測項目 上，效果可能優於密閉濕式。故本研究團隊將深入探討水自動滅火系 統撒水對於居室空間有害氣體濃度變化之影響，以及評估開放式撒水 系統啟動時機之滅火效果。計畫實施上，本研究方法主要以「文獻蒐 集與分析」、「實測研究」為主，茲分述如下： (一)文獻蒐集與分析 本研究團隊參考國外撒水頭燃燒試驗等相關規範與標準， 進行文獻蒐集與比較分析，提供未來國內設置相關測試基準之 依據，並可作為各水自動滅火設備之間，同等滅火效能評估之 判斷基準。 (二)實測研究 預計於雲林科技大學實驗場進行全尺寸實驗，用以評估密 閉式自動撒水設備若改以開放式系統設計之滅火效果，並加以 整理開放式撒水系統之啟動時機與滅火效果。 三、重要發現： 1. 我國與其他國家(中國、美國)進行的撒水頭試驗之最大差異在於除 撒水頭機能檢測、撒水分佈測試外，還增加一個項目：燃燒試驗。 本研究團隊針對【UL1626】與【ISO6182-10】之國外水滅火設備 的撒水頭燃燒試驗相關規範及標準中的燃燒試驗內容，進行文獻 比較與分析，作為未來我國設立滅火效能評估基準之參考。 2. 在本研究全尺寸實驗空間與設計實驗條件下，依據實驗結果與實 驗觀察，水道連結型自動撒水設備改設為開放式系統，無論是由

滅火)；細水霧自動撒水設備、一般型自動撒水設備改設為開放式 系統，無論是由光電或定溫探測器作為連結，皆具控火效果且皆 能完全撲滅火源。 3. 利用火警探測器並連動水自動滅火設備，可在短時間內抑制火 勢、降低室內溫度、有害氣體濃度，且居室內人員若認為有需要 或已救援完成，可藉由手動啟動裝置自行提早啟動開放式水道連 結型自動撒水設備。 4. 當開放式系統係連結光電式局限型偵煙探測器(一種)者，因偵知啟 動時間較早，故室內有害氣體濃度降低比例較高(有害氣體濃度約 降低 64~95%)。而開放式系統係連結定溫式局限型偵熱探測器(一 種)者，其偵知反應時間較晚，可提供人員較充裕的逃生時間，避 免過早作動撒水而延緩逃生速度。因此，及早啟動撒水設備雖有 助於抑制火災、降低室內有害氣體濃度，但可能造成人員避難與 救助上的障礙；延後啟動撒水設備雖可延遲因撒水而造成人員避 難與救助障礙的時間，但仍需確保火勢仍在控制範圍中。 5. 若預計設置開放式撒水系統之場所，其規劃重點為： (1) 若要求盡早控制火勢避免災害擴大，可考量設置開放式撒水系 統以光電(一種)連動啟動，此設置方式較適合設置於無人員常 駐之場所(如：機房、儲藏室等)，但如有人員需進行避難，建 議仍需考慮初期避難時撒水之影響。 (2) 開放式撒水系統以定溫(一種)連動啟動者，相較於以光電(一種) 連動啟動者，因撒水作動時間延後，故溫度、CO 與 CO2濃度 等環境條件較差。然而根據實驗結果，在本研究全尺寸實驗空 間(30m2 )與微火源的情境設定下，在撒水設備啟動後仍有控制

火勢或滅火的現象。但此種設置方式，較適合設置在居室內部 有大量行為弱勢者的場所(如：安養機構、醫院等)，或需提供 較充裕人員避難與救助時間需求而延後撒水之特定場所。 (3) 若為爭取無自主避難能力住民之救援時間，避免因過早啟動撒 水而影響救援行動而設置開放式撒水系統並採定溫(一種)連動 啟動者，為使能在火災初期及早偵知到火災發生，該空間仍需 設置光電(一種)探測器。 四、主要建議事項： 建議ㄧ 立即可行之建議：建立撒水設備撒水頭滅火性能之驗證方式 主辦機關：內政部消防署 協辦機關：內政部建築研究所、財團法人消防安全中心基金會、 財團法人中華民國消防技術顧問基金會 依據《各類場所消防安全設備設置標準》第 17 條規定：「未達 1000 m2場所得設置水道連結型自動撒水設備或與現行法令同等滅火 效能之滅火設備…」，本研究已針對【UL1626】與【ISO6182-10】 之國外水滅火設備的撒水頭燃燒試驗相關規範及標準中的燃燒試驗 內容，進行文獻比較與分析，建議後續研究可參考其內容並建立全尺 寸實驗模型，作為未來我國設立撒水頭滅火性能之參考 建議二 立即可行之建議：進行居室內物品產生火勢蔓延或複合型燃燒物等實 驗變數之空間危害氣體濃度全尺寸實驗 主辦機關：內政部建築研究所

協辦機關：內政部營建署、內政部消防署 本研究為求燃燒物定性且定量，且必須為易燃物，故所使用的燃 燒物均採用同樣材質與規格之泡棉床墊。每次實驗燃燒一張同規格床 墊，其燃燒過程中 CO2生成量有限，此外實驗中並不考慮火勢蔓延或 複合型燃燒物等實驗變數，故實驗過程中產生的 CO、CO2濃度較低， 但實際火災燃燒物組成十分複雜，非僅一張床墊所能代表，居室空間 危害氣體濃度仍有深入討論之重要性，建議後續研究可將火勢蔓延或 複合型燃燒物等實驗變數納入。

Abstract

Keywords：healthcare facility、fire alarm equipment、water suppression system

1.Research origin：

According to the provisions of Article 17 of the "Standards for the Installation of Fire Safety Equipment in Various Places" on October 17, 107, the provisions of the establishment of automatic sprinkler equipment. Automatic sprinkler equipment is required for some of the various use places in Article 12；where the total floor area of the site specified in Article 12, Paragraph 1, Subparagraph 9 is less than 1,000m2, waterway-linked automatic sprinklers or fire-extinguishing equipment with the same or higher efficiency as the current laws and regulations may be installed. However, for the evaluation of efficiency above the same level, because there are no clear fire-extinguishing efficiency-related specifications and evaluation standards in Taiwan, although it is known through related research that all water fire-extinguishing systems can effectively control fires, there is still Lack of relevant benchmarks to determine firefighting effectiveness. Therefore, the research team will refer to the specifications and standards of the sprinkler combustion test of foreign water fire extinguishing equipment, conduct literature collection and comparative analysis, and provide the basis for setting relevant test standards in China in the future.

The experiment and verification analysis of full-scale indoor fire detection and fire extinguishing equipment have been carried out last year. In the course of the experiment, it was found that the reaction time of the smoke detector to detect a fire is faster than the fusing time of the sprinkler. Therefore, the activation time of the open automatic sprinkler device after the smoke detector detects the fire is faster than that of the closed wet type automatic sprinkler. At the same time, it was learned from the initial evaluation of last year’s research that if the waterway-linked automatic sprinkler is changed from a closed wet system to an open

smoke detector in the early stage of the fire, and all sprinklers Water will be sprayed at the same time, which can quickly suppress the fire and reduce the indoor temperature and harmful gas concentration. The effect is better than the closed wet method in terms of cooling, reducing the concentration of harmful gases, and reducing the rate of smoke shielding.

This research will continue the experimental results of last year, further explore the influence of water sprinkling of automatic water fire extinguishing system on the changes in the concentration of harmful gases in the room space and evaluate the fire extinguishing effect of the open sprinkler system when it is started. The research results can also be applied and extended to the current situation where no water is installed. The fire zoning space of the fire extinguishing system, such as: low-rise residential space, small nursing facility, small hospital space, low-rise small commercial space, etc., strengthen the fire safety of the space. However, the main action flow of the open system is that there is no water in the pipe at ordinary times. When it is activated, it is automatically activated by the detector or activated by manual operation. The entire water discharge area is sprinkled at the same time. This fire extinguishing method is bound to cause greater water damage. If the long-term care facility is equipped with an open system and malfunctions, it may cause property damage and injury to the residents. For example, suppose the residents of the organization who cannot act autonomously or need to rely on oxygen supply equipment, if they are sprinkled by the open system disoperation, it may affect the operation of their oxygen supply equipment or cause the residents to choke on the water, which may not be the responsibility of the relevant industry. Responsibility, therefore, the timing of the start of the open sprinkler system is very important and requires further analysis and discussion.

2.Research method and process：

The feasibility of establishing equivalent fire-fighting effectiveness evaluation criteria for water automatic fire extinguishing equipment is now the main subject and one of the objectives of this research. The test items specified in my country's "Closed Sprinkler Approval Standard

Amendment Regulations" include leakage resistance, ambient temperature, impact, assembly load, permanent deformation of the frame, the strength of fusible components, the strength of the glass ball, the strength of the release mechanism, and the vibration, Water hammer, corrosion, motion, sensitivity, hot air flow induction, water discharge... etc. The biggest difference between sprinkler head test projects in other countries is that my country and Japan only conduct sprinkler distribution tests, while the United States and China conduct combustion tests on sprinkler heads in addition to sprinkler distribution tests. The combustion test is mainly to verify the fire extinguishing effect of different sprinkler systems under the same burning material. When different sprinkler systems extinguish the same burning material, it can be judged that they have the same firefighting efficiency. Therefore, the research team cited foreign sprinkler head combustion test related specifications and standards, conducted literature collection and comparative analysis, and provided reference for setting relevant test standards in Taiwan in the future.

Last year’s research has preliminarily confirmed that if the waterway-linked automatic sprinkler is an open system, the effect may be better than the closed wet type in terms of cooling, reducing the concentration of harmful gases, and reducing the smoke shielding rate. Therefore, the research team will thoroughly explore the influence of water spraying from the automatic water extinguishing system on the changes in the concentration of harmful gases in the room space, and evaluate the fire extinguishing effect when the open water spraying system is activated. In terms of the implementation of the plan, this research method mainly focuses on "document collection and analysis" and "measured research", which are described as follows:

(1) Literature collection and analysis

The research team refers to related standards and standards such as foreign sprinkler combustion tests, conducts literature collection and comparative analysis, provides the basis for setting

for the evaluation of equivalent fire extinguishing effectiveness among various automatic water fire extinguishing equipment. Benchmark.

(2) Field research

It is expected to conduct a full-scale experiment in the experimental field of Yunlin University of Science and Technology to evaluate the fire extinguishing effect of the closed automatic sprinkler equipment if it is changed to an open system design, and to sort out the start time and fire extinguishing effect of the open sprinkler system.

3.Important findings：

(1) The biggest difference between the sprinkler head test conducted in my country and other countries (China, the United States) is that in addition to the sprinkler function test and sprinkler distribution test, there is also an additional item: combustion test. This research team compares and analyzes the literature on the relevant specifications and combustion test content of the sprinkler head combustion test of foreign water fire extinguishing equipment in [UL1626] and [ISO6182-10], which will serve as a reference for my country to establish fire-fighting effectiveness evaluation standards in the future. (2) Under the full-scale experimental space and design experimental

conditions of this research, based on experimental results and experimental observations, the waterway-connected automatic sprinkler is changed to an open system, whether it is connected by photoelectric or constant temperature detectors, all are controlled Fire effect (suppressing the fire but not completely extinguishing the fire); the water mist automatic sprinkling equipment and the general automatic sprinkling equipment are changed to an open system, whether it is connected by photoelectric or constant temperature detectors, all have a fire control effect and both Can completely extinguish the fire source.

equipment can suppress the fire, reduce the indoor temperature, and the concentration of harmful gases in a short time. If the indoor personnel think that it is necessary or the rescue has been completed, they can start the device earlier by themselves Start the open-channel connection type automatic sprinkler.

(4) When the open system is connected with a photoelectric limited smoke detector (first type), because the detection start time is earlier, the indoor harmful gas concentration is reduced by a higher proportion (the harmful gas concentration is reduced by about 64-95%). The open system is connected with a fixed-temperature limited-type heat detection detector (first type), and its detection response time is relatively late, which can provide personnel with ample escape time and avoid premature actuation and splashing of water and delay the escape speed. Therefore, although the early activation of the sprinkler can help suppress fires and reduce the concentration of harmful indoor gases, it may cause obstacles to the evacuation and rescue of people; delaying the activation of the sprinkler can delay the time of evacuation and rescue obstacles caused by the sprinkling of water. But still need to ensure that the fire is still under control.

(5) If an open sprinkler system is expected to be installed, the planning focus is:：

(a) If it is required to control the fire as soon as possible to avoid the expansion of the disaster, consider setting up an open sprinkler system to start with a photoelectric (first type) linkage. This setting method is more suitable for setting up in places where no personnel are permanent (such as: computer rooms, storage rooms, etc.), but If there are people who need to evacuate, it is recommended to consider the impact of splashing water during the initial evacuation.

(b) The open sprinkler system starts with constant temperature (first type) linkage, compared to the one with photoelectric (first type)

environmental conditions such as temperature, CO and CO2

concentration are worse. However, according to the experimental results, under the full-scale experimental space (30m2) of this research and the setting of the micro-fire source, there is still a phenomenon of controlling the fire or extinguishing the fire after the sprinkler is started. However, this setting method is more suitable for setting up in places where there are a large number of vulnerable people in the interior of the room (such as nursing institutions, hospitals, etc.), or specific places that need to provide ample time for refuge and rescue of people and delay watering. (c) In order to obtain the rescue time for residents without the ability

to evacuate themselves, to avoid premature start of sprinkling and affecting rescue operations, an open sprinkler system and a constant temperature (first type) linkage starter are used to enable early detection of fire. Knowing that a fire occurs, the space still needs to be equipped with photoelectric (first type) detectors.

4.Main recommendations：

Suggestion I

Immediately feasible proposal: Establish a verification method for the fire extinguishing performance of the sprinkler of the sprinkler

Organizer: Fire Department, Ministry of the Interior

Co-organizers: Construction Research Institute of the Ministry of the Interior, Fire Safety Center Foundation, and the Republic of China Fire Technical Advisory Foundation

According to Article 17 of the "Standards for the Installation of Fire Safety Equipment in Various Places": "Waterway-linked automatic sprinklers or fire-extinguishing equipment with the same fire-fighting efficiency as the current laws and regulations may be installed in places less than 1000 m2...", this research has targeted [UL1626] Compare and analyze the literature with the relevant specifications of the sprinkler combustion test of the foreign water fire extinguishing equipment and the combustion test content in the standard [ISO6182-10]. It is recommended

that follow-up research can refer to the content and establish a full-scale experimental model for future China Reference for setting up sprinkler fire extinguishing performance

Suggestion II

Immediately feasible suggestion: Conduct full-scale experiments on the concentration of hazardous gases in space, such as fire spreading or compound combustion of indoor objects

Organizer: Institute of Architecture, Ministry of Interior

Co-organizers: Ministry of Interior Construction and Construction, Ministry of Interior Fire Department

The purpose of this research is to determine the qualitative and quantitative nature of the combustibles, and they must be combustible. Therefore, the combustibles used are all foam mattresses of the same material and specifications. Each experiment burns a mattress of the same specification, and the amount of CO2 generated during the combustion

process is limited. In addition, the experiment does not consider the experimental variables such as fire spread or compound combustion, so the concentration of CO and CO2 produced during the experiment is

relatively low. However, the composition of actual fire combustion products is very complicated, and it is not only represented by a mattress. The concentration of hazardous gases in the room space is still important for in-depth discussion. It is recommended that subsequent studies include experimental variables such as fire spread or compound combustion products.

第一章 緒論

第一節 研究背景與研究範圍

近年來，因人口數急遽上升，加上土地面積有限，建築物有越來 越密集的現象。當發生火災時，若消防人員或消防設備無法在第一時 間控制火勢，將會造成生命財產的損失程度增加。內政部消防署於 107 年全國火災統計分析【1】中提到，107 年共計發生 27,922 次火 災，其中建築物火災共計 8,765 次，占列第二。若以建築物層數區分 (圖 1-1)，以樓層數 1~5 層的建築物占約整體建築物火災的 78.8%(共 計 6,910 次)，顯見依法免設置水自動滅火設備之場所，應有重新考量、 改善增設水自動滅火設備之必要性。 圖 1-1 107 年起火建築物樓層高分析圖 (資料來源:參考書目【1】) 依照《各類場所消防安全設備設置標準》規定，各類場所都有其 消防規範，其中自動撒水系統可快速控制火源，並於火災初期控制火 勢，降低室內溫度以避免閃燃或擴大災害範圍。然而目前日本與我國 所採用的水道連結型自動撒水設備均為密閉濕式系統。當火災發生 時，需等待熱煙上升到天花板，從而使撒水頭周圍環境溫度達作動條 件，方可作動撒水。

根據去年度研究成果，初步提出即使環境溫度已達《密閉式撒水 頭認可基準》中所要求之氣流溫度，但若氣流速度未能一併滿足，則 有可能導致延遲撒水頭作動反應時間之假設。此外，水道連結型自動 撒水設備若改以開放式系統設計，在降溫、降低有害氣體濃度、降低 遮蔽率等實驗量測項目上，依據過去研究評估，其效果可能優於密閉 濕式。因此，本研究團隊將深入探討水自動滅火設備撒水對於居室空 間有害氣體濃度變化之影響，同時評估開放式撒水系統啟動時機之滅 火效果。期許本年度之研究成果可應用及推廣至目前尚未設置或依法 免設置水自動滅火設備之建築物場所，例如：低層住宅空間、小型安 養機構、醫院小型空間、低層部小型商業空間等，加強其防火安全。 一般而言，撒水頭滅火效能完全取決於撒水頭的【撒水量】與【撒 水覆蓋範圍】及【安裝位置】。其中撒水量及撒水範圍為火場滅火的 主要元素，依據不同撒水防護半徑、熱響應時間、撒水量均會影響撒 水頭的性能。各國家的撒水頭規範中，其要求的測試項目不同，本研 究團隊將比較各國撒水頭標準(例如：密閉式撒水頭認可基準、UL1626 住宅撒水頭規範、ISO6182-10)，並找出最適合國內使用之消防安全 規範為本研究的重點之一。學者陳凱炫【2】利用水道連結型撒水頭、 上下兩用型撒水頭及優美型撒水頭，三者各別依據 UL 1626 住宅撒水 頭規範中的燃燒試驗進行全尺寸實驗。實驗結果發現，雖撒水頭通過 台灣密閉式撒水頭認可基準，但在實驗過程中，因火場溫度超過標準， 致使撒水頭不符合 UL1626 規範。因此該學者表示，因我國僅進行撒 水分布試驗，未要求進行燃燒試驗，可能使撒水頭無法有效發揮其滅 火效能，存有滅火不易而造成人身財產受到危害的潛在風險。

本研究範圍係針對 102 年前所設立《各類場所消防安全設備設置 標準》第 12 條第 1 項第 1 款第 6 目之「醫院、療養院、榮譽國民之 家、長期照顧服務機構（限機構住宿式、社區式之建築物使用類組非 屬 H-2 之日間照顧、團體家屋及小規模多機能）、老人福利機構（限 長期照護型、養護型、失智照顧型之長期照顧機構、安養機構）、護 理機構（限一般護理之家、精神護理之家、產後護理機構）。」等場 所為主要研究對象。然上述場所之服務或收容對象的應變能力與逃生 避難行為皆屬弱勢，對於火災初期之滅火亦無能為力，災害擴大後也 無法自行避難逃生。因此若無法早期發現並立即採取滅火動作，將造 成濃煙漫延擴散、災情擴大的情況發生，所以平時對於住房寢室的安 全防護、消防安全管理及消防訓練皆應確實執行。 但國內目前僅於《水道連結型自動撒水設備設置基準》第三點中 提及「各直轄市、縣（市）政府依原有合法建築物防火避難設施及消 防設備改善辦法第二條及第二十五條規定，檢討前款所列場所設置自 動撒水設備時，採用水道連結型自動撒水設備得視為同等滅火效能之 滅火設備」，除此之外，國內目前尚無滅火效能之相關規範及評估標 準，雖藉由相關研究可知所有的水滅火系統均能有效控制火勢，但各 種系統之間並無相關基準可供判定滅火效能，恐將限制水自動滅火設 備的選擇，故本研究團隊將針對國外水滅火設備之撒水頭燃燒試驗規 範及標準，進行文獻蒐集，作為未來我國增列相關滅火效能評估基準 之參考。

第二節 研究目的

確立水自動滅火設備之同等滅火效能評估基準為現今主要的課 題也是本研究目的之一。我國《密閉式撒水頭認可基準修正規定》所 規定的試驗項目有耐洩漏、環境溫度、衝擊、裝配載重、框架永久變 形量、易熔元件之強度、玻璃球之強度、釋放機構之強度、振動、水 鎚、腐蝕、動作、感度熱氣流感應、放水量…等。與其他各國撒水頭 試驗項目之最大差異，主要在於我國與日本僅進行撒水分布試驗，而 美國與中國除撒水分布試驗外，還針對撒水頭進行燃燒試驗。燃燒試 驗主要為驗證相同燃燒物的情況下，不同撒水系統之滅火效果，當不 同撒水系統撲滅相同燃燒物，便可判定其具備同等滅火效能。 彙整各國撒水頭檢測項目如表 1-1。我國主要依據消防署 106 年 發布之《密閉式撒水頭認可基準修正規定》及 CNS 11254《密閉型自 動撒水頭》、CNS 11255《密閉型自動撒水頭檢測法》進行相關檢測； 日本依據《密閉式撒水頭技術規則省令》及《密閉式撒水頭檢定細則》 進行相關檢測，中華人民共和國依據 GB 5135.1《自動噴水滅火系統 第一部分: 洒水噴頭》、GB 5135.15《自動噴水滅火系統 第 15 部分: 家用噴頭》進行相關檢測；美國依據 UL 199《消防自動撒水頭標準》、 UL 1626《住宅用消防撒水頭標準》及 FM 2030《住宅用消防自動撒 水頭認證標準》。期望本年度對於及早偵知及抑制火災的研究，能大 幅度減少未來長照機構發生火災所造成的財物損失與人力傷亡。

本研究預期目標如下： 1. 完成國外水滅火設備的滅火效能評估基準相關規範及標準的文獻內 容比較分析。 2. 完成開放式撒水系統之滅火效果評估。 3. 完成開放式撒水系統啟動時機之滅火效果評估。 4. 完成水滅火系統撒水對於居室空間有害氣體濃度變化影響之探討。 表 1-1 國內外撒水頭檢測規範表 國家 檢測規範 撒水頭 燃燒試驗 台灣 1. 密閉式撒水頭認可基準修正規定 2. CNS 11254《密閉型自動撒水頭》 3. CNS 11255《密閉型自動撒水頭檢測法》 無 (僅有撒水分布 試驗) 日本 1. 《密閉式撒水頭技術規則省令》 2. 《密閉式撒水頭檢定細則》 無 (僅有撒水分布 試驗) 中國 1. GB 5135.1《自動噴水滅火系統 第一部分:洒水噴頭》 2. GB 5135.15《自動噴水滅火系統 第 15 部分:家用噴頭》 有 美國

1. UL 199《消防自動撒水頭標準》(Standard for Automatic Sprinkler for Fire-Protection Service)

2. UL 1626 《 住 宅 用 消 防 撒 水 頭 標 準 》 (Standard for Automatic Sprinkler for Fire-Protection Service)

3. FM 2030 《住宅用消防自動撒水頭認證標準》(Approval Standard for Residential Automatic Sprinkler for Fire protection)

有

第三節 研究內容

一般而言，評估火場內部人員生命安全之因子，主要以「溫度」 及「火場能見度」兩者為主【8】。為使火災發生時，維持火場環境溫 度與能見度可滿足人員逃生無虞的情況下，撒水設備為目前市面較為 常見且有效的消防設備。撒水不僅能快速降低火場環境溫度，其噴撒 物(水)對於建築物或避難人員也無直接危害。根據參考文獻及官方資 料，國內早期所設立的小型老人福利機構(收容人數未滿 50 人)，依法 可能僅需設置火警探測器及滅火器，無需設置自動滅火設備。即使是 面積達 500m2_{以上之機構發生火災狀況，機構內除滅火器外應依規定} 設有室內消防栓，但在照護人力原本就吃緊的情況下，光是通報消防 機關及搶救住民就已經分身乏術，第一時間恐難以使用室內消防栓進 行滅火。 有鑑於此，於 107 年 10 月 17 日修正《各類場所消防安全設備設 置標準》第 17 條應設置自動撒水設備場所之規定中，對於供第 12 條 第一款第六目之場所，修正為不限樓地板面積均應設置自動撒水設備， 同條第三項規定上述場所其樓地板面積合計未達 1,000m2_{者，得設置} 水道連結型自動撒水設備或與現行法令同等以上效能之滅火設備。但 國內目前尚無「同等滅火效能」之相關規範及評估標準，造成樓地板 面積合計未達 1,000m2_{之安養長照機構業者，除法定自動撒水設備及} 水道連結型自動撒水設備外，並無其他滅火設備可供合法選用安裝。 故本研究將針對國外水滅火設備的撒水頭燃燒試驗相關規範及標準 進行文獻蒐集之比較及分析，以作為滅火效能評估基準之參考。

目前日本與我國所採用的水道連結型自動撒水設備均為密閉濕 式系統，當物品受微火源引燃的情境下，甚至可能只有產生煙而無明 火，即使環境溫度已達認可基準之氣流溫度，若是氣流速度未能一併 滿足，也有可能導致延遲密閉濕式撒水頭作動反應時間。在此情況下， 若能以開放式撒水系統配合偵煙探測器連動啟動或手動啟動，應可及 早啟動撒水設備進行滅火，以減少人員傷亡。 本研究將延續去年度之實驗結果，進一步探討水自動滅火系統撒 水對於居室空間有害氣體濃度變化之影響與評估開放式撒水系統啟 動時機之滅火效果，研究成果亦可應用及推廣至目前尚未設置水滅火 系統的防火區劃空間，惟開放式滅火系統為整個放水區域同時撒水， 勢必造成較大的水損傷害。若安裝於長照機構之開放式系統誤動作， 恐有造成財產損失與住民傷害之虞，恐非相關業者所能承擔之責任。 同時，從近幾年相關的火災案例顯示，所設置的消防設備雖符合消防 法規，但仍造成不小傷亡，顯見裝設之相關設備尚未能達到最佳的安 全要求以及滅火能力，仍有大量檢討改善的空間，故本研究將探討水 滅火系統撒水對於居室空間有害氣體濃度變化之影響及評估開放式 撒水系統啟動時機之滅火效果，期望本年度對於開放式撒水系統抑制 火災效果的研究，能減少安養及長照服務機構因發生火災所導致的損 失及傷亡。

第四節 研究方法及進度說明

本年度將分成兩部份進行研究，首先第一部分為針對國外水滅火 設備的撒水頭燃燒試驗相關規範及標準進行文獻蒐集與比較分析，作 為未來滅火效能評估基準之參考；第二部分將以全尺寸實驗方式，評 估水滅火系統撒水對於居室空間有害氣體濃度變化之影響及開放式 撒水系統啟動時機之滅火效果，各部份研究內容如表 1-2 所示。 表 1-2 各部份之研究內容表 項目 研究內容 第 一 部 份 文獻回顧 1. 蒐集國外水滅火設備的撒水頭燃燒試驗相關規 範及標準。 2. 進行資料統整及分析。 3. 國外水滅火設備的滅火效能評估基準相關規範 及標準的文獻內容比較分析。 第 二 部 份 實測研究 1. 規劃全尺寸實驗進行實驗測試及驗證。 2. 評估一般水自動滅火系統及水道連結型自動撒 水設備若為開放式撒水系統之滅火效果。 3. 整理開放式撒水系統之啟動時機與滅火效果。 4. 水滅火系統撒水對於居室空間有害氣體濃度變 化影響之探討 (資料來源：本研究整理)

本研究流程圖如圖 1-2 所示：

全尺寸實驗

增設水滅火設備之同等滅火效能

評估基準之可行性研究

結論與建議

文獻回顧

啟動時機

滅火效果

國內外文獻

資料統整分析

實驗空間架設

實驗規劃

圖 1-2 研究流程圖 (資料來源：本研究整理)

本研究執行進度及預期完成之工作項目如下表所示： 表 1-3 研究進度及預期完成之工作項目表 月次 工作項目 第 1 個 月 第 2 個 月 第 3 個 月 第 4 個 月 第 5 個 月 第 6 個 月 第 7 個 月 第 8 個 月 第 9 個 月 第 10 個 月 第 11 個 月 備 註 蒐集文獻及資 料整理 全尺寸實驗空 間建構 第一次學者專 家座談會 全尺寸實驗設 備架設與測試 期中簡報 實驗數據分析 第二次學者專 家座談會 期末簡報 結案報告整理 預 定 進 度 ( 累 積 數 ) 5% 10% 20% 30% 45% 60% 70% 75% 85% 95% 1 0 0 % (資料來源：本研究整理)

第二章 文獻分析與研究

第一節 水自動滅火設備種類

107 年 10 月 17 日修正《各類場所消防安全設備設置標準》第 17 條規定：「第一項第九款所定場所，其樓地板合計未達 1,000m2 _者， 得設置水道連結式自動撒水設備或與現行消防法令同等以上效能之 滅火設備或採用中央主管機關公告之措施。」不過對於水道連結型自 動撒水設備或同等以上效能之滅火設備之實際滅火效果，有必要以全 尺寸實驗來驗證其滅火性能。 本研究將針對三種不同的水自動滅火設備(一般自動撒水、水道 連結型、低壓細水霧)，透過全尺寸實驗進行測試其滅火性能，並分 析將系統改設為開放式系統之效果。  一般型自動撒水 自動撒水設備為在防護區域上方，依規定距離裝設撒水頭，並利 用管路配件將所有撒水頭連接。自動撒水設備主要構成組件包含：水 源、加壓送水裝置(重力水箱式、壓力水箱式或消防幫浦式)、送水口、 撒水頭、流水檢知裝置(自動警報逆止閥、乾式閥、預動作閥等)、啟 動裝置及一齊開放閥、補助撒水栓(含栓箱消防水帶、放水瞄子等)、 配管、緊急電源。 自動撒水設備工作原理為平時將自來水儲存至消防水箱內，利用 泵浦加壓維持水管內部壓力，當偵煙探測器(或感知撒水頭)偵測到啟 動溫度或煙層濃度後，從而激發加壓送水裝置，遂由撒水頭噴出水流， 以抑制火勢蔓延、撲滅初期火災。自動撒水設備依種類可分為密閉濕 式、密閉乾式、開放式、預動式，如表 2-1、2-2 所示。

表 2-1 自動撒水設備設置種類 種類 選用原則 密閉濕式 最普遍使用之種類。除寒帶地區、精密電腦機房、開 放舞台外均適用。 密閉乾式 適用於寒冷地區，管線內部貯水有結冰之虞之場所。 開放式 適用於密閉式撒水設備無法有效滅火且有迅速擴大 火勢之虞之場所。 預動式 採雙層感應確認，有效防止誤動發生，適用於電腦等 精密電氣室。 表 2-2 自動撒水設備作動流程 種類 作動流程 密閉濕式 平時管內儲滿高壓水，撒水頭作動時，即由撒水頭將 水撒出。 密閉乾式 平時管內儲滿高壓空氣，撒水頭作動時先排空氣，隨 即撒水。 開放式 平時管內無水，作動時由探測器火感知撒水頭自動或 手動啟動一齊開放閥，隨即整個放水區域同時撒水。 預動式 平時管內儲滿低壓空氣，以感知裝置啟動流水檢知裝 置，讓水流入二次測配管，撒水頭立即排水。 (表 2-1、2-2 資料來源：本研究整理)

圖 2-1 乾式與濕式自動警報閥與各式撒水頭 (資料來源：【9】)  水道連結型自動撒水設備 依《各類場所消防安全設備設置標準》第十七條規定，擬具「水 道連結型自動撒水設備設置基準」，並明文規定水道連結型自動撒水 設備用詞定義、適用範圍、設置類型、設置規定及自來水事業審核等。 水道連結式自動撒水設備為利用場所內自來水系統連結水箱、增壓給 水裝置、撒水配管、水道連結型撒水頭之簡易自動撒水滅火設備等等 所組成，如圖 2-2 所示。裝設水道連結式自動撒水設備時，可排除設 置標準第四十四條至第四十六條、第五十條至第五十五條、第五十七 條至第六十條之配管、配件、屋頂水箱、竣工時之加壓試驗、配置、 放水量、放水壓力、流水檢知裝置、水源容量、加壓送水裝置、送水 口及緊急電源等規定，但假如撒水頭放水壓力未符規定者，應設增壓

供水裝置或其他有效增壓措施。另外其水源容量需滿足以四顆水道連 結型撒水頭持續放水二十分鐘以上。考量到場所火載量並非大型公眾 使用場所之火載量，目前各國簡易自動撒水設備與住宅型撒水頭之水 量與放射量的設置要求比傳統撒水頭小，水源容量需求也隨之下降。 因此水源配置可依現場需求加以規劃。 圖 2-2 水道連結式撒水頭之裝設示意圖 (資料來源：本研究整理) 由參考文獻【10】得知，在裝設簡易自動撒水設備之成本考量上， 除蓄水塔、受信總機或探測器等等為機構原有設備外，還需選購幫浦 約 17,000 元、電磁閥約 4,500 元、配電控制盤約 8,000 元、閘閥電線 迴路等另料約 2,000 元，金額共計約 32,000 元不等。另外架設所需工 資，經由訪談與詢問從事此業務之專業消防公司人員，得知實務上架 設工資，以一般小型老人福利機構 3~5 人房之空間大小為例，每房約 需 5,500 元之費用，同時小型老人福利機構每年應執行二次之消防安 檢及其設備維護費用約 15,000~20,000 元。因此，簡易式自動撒水設 備裝設成本不僅可能較一般法規要求之自動撒水系統低廉，也能達到 提升小型老人福利機構之建築物消防滅火能力，同時兼顧經濟效益等 成本考量，提升其裝設可行性與業主接受度。

 低壓細水霧自動撒水設備 水霧滅火系統是在自動撒水系統的實務基礎上發展應用，具有安 全可靠、經濟實用、適用範圍廣，抑制火源成長效率高等優點。低壓 細水霧常見為四種滅火原理，分別為冷卻作用、窒息作用、乳化作用、 稀釋作用，各滅火作用之工作原理如表 2-3 所示。該系統不僅能夠撲 滅固體火災，尚可撲滅液體火災和電氣火災。 水霧滅火系統的工作原理為利用水霧噴頭在一定水壓下將水流 分解成細小水霧滴進行滅火及防護冷卻的一種固定式滅火系統。低壓 細水霧的設備構件主要由消防水源、加壓送水裝置、配管、一齊開放 閥組、過濾裝置和水霧噴頭等組成。在火場中，藉由產生水霧來冷卻 燃燒物的溫度並且降低燃燒物的燃燒速率，可用於控制火勢。然而使 用低壓細水霧進行滅火時，可能會阻礙排煙系統的功能，而排煙系統 也可能影響低壓細水霧的滅火效能。 表 2-3 低壓細水霧之滅火原理介紹表 冷卻 作用 利用水霧噴頭噴出霧狀微小水霧，均勻分佈在燃燒表面上， 使水霧吸收大量蒸發潛熱，達到燃燒表面溫度降低，提高冷 卻效果。 窒息 作用 當水霧接觸到高溫時將迅速形成大量水蒸汽，因水蒸汽體積 急遽膨脹，遮擋火源所需氧氣，達到窒息目的。 乳化 作用 在噴出之水霧內攪拌油面層，使油氣擴散至水霧中，使可燃 性油類表面上形成一層不燃性乳化層，阻擋可燃性油類繼續 蔓延燃燒，達到滅火目的。 稀釋 作用 噴出之水霧內含有極性溶液等水溶性可燃液體，藉由使火場 燃點提高，造成無法繼續燃燒。

第二節 撒水頭類型與滅火原理

水自動滅火設備於火場中扮演著重要的角色，其不同類型撒水頭 所應用及使用場所也不盡相同。目前國內大部分使用的撒水頭只僅通 過《密閉式撒水頭認可基準》所規定的材質試驗、玻璃球試驗、腐蝕 試驗及撒水分布試驗等項目，卻沒有進行燃燒測試之項目。學者陳凱 炫【2】利用水道連結型撒水頭、上下兩用型撒水頭及優美型撒水頭， 三者分別依據 UL 1626 住宅撒水頭規範中的燃燒試驗進行全尺寸實 驗。實驗結果發現，撒水頭雖有通過台灣《密閉式撒水頭認可基準》 規定，但在實驗過程中，火場溫度超過 UL1626 標準，致使撒水頭不 符合 UL1626 規範。因此該學者表示，若我國僅進行撒水分布試驗， 而未要求進行撒水頭燃燒試驗，則可能使撒水頭無法有效發揮其滅火 功能於各類場所，對人身財產可能存有危害風險。 火災發生【11】常常會遇到僅啟動單一撒水頭滅火的狀況，或因 為撒水頭感知靈敏，造成多顆撒水頭同時撒水。國內的撒水頭設置標 準中，並沒有最小間距的要求，常常造成工程人員或一般民眾誤以為 撒水頭越密越好，然而過密的撒水頭配置不僅造成資源浪費，也會影 響撒水頭間的撒水感知。學者蘇鴻奇【12】提到把 4 個作動溫度 68°C 的撒水頭設置在天花板下，周圍環境屬空氣熱傳，4 個撒水頭的平均 作動溫度平均在 130°C~140°C 左右。此現象證明，即使撒水頭旁空 氣溫度達到作動標準，仍須一段時間才能使撒水頭爆裂。

表 2-4 密閉式撒水頭種類及說明 種 類 說明 撒水頭樣式 向 上 型 向上安裝型，迴水板向上呈現傘形 向 下 型 向下安裝型，迴水板較為平整 兩 用 型 向上向下皆可安裝使用 側 壁 型 安裝於牆面，撒水時向側向噴出 隱 藏 型 為增加美觀，配合天花板裝飾顏色 增加隱藏蓋，動作時隱藏蓋先行掉 落，撒水頭才動作 優 美 型 為增加美觀，配合天花板裝飾顏色 裝置於天花板內之撒水頭

撒水頭作動原理主要受火場熱煙氣柱的影響，火源產生熱煙氣柱 受浮力作用而上升至天花板，並快速向四周擴散，故大部分撒水頭皆 安裝於天花板附近，確保熱氣通過撒水頭可及時激發撒水頭啟動。撒 水頭內部設有一感熱元件，又被稱為 Link。感應元件主要以對溫度較 為敏感的材料所製成。一般而言，火災發生到撒水頭開始動作的反應 時間長短，主要取決於火源初始位置以及火源與撒水頭的相對位置、 起火室空間尺寸、燃燒物特性、撒水頭靈敏度與材質等等條件。學者 董賢聲【14】曾提到，假設所有情境條件皆相等時，則撒水頭感熱元 件的溫度與損壞時間成反比，所以普遍撒水頭採用 FMRC(Factory Mutual Research Corporation)提出的感應時間指數 RTI(Response Time Index)作為分類標準，區分撒水頭對各類火災情境的反應時間快慢。 表 2-5 感熱元件種類 種類 說明 撒水頭 玻璃球型 使用玻璃球作為感知元 件，到達動作溫度時玻 璃球會破裂而動作 易熔元件型 使用易熔金屬（一般為 錫）作為感知元件，到 達動作溫度時易熔金屬 會融化而造成元件動作 (資料來源：參考書目【13】)

表 2-6 撒水頭作動溫度與顏色區分表 玻璃球型撒水頭 易熔元件型撒水頭 標示溫度(℃) 工作液色標 標示溫度(℃) 支撐臂色標 57 橙 未滿 60 黑 68 紅 60 以上 未滿 75 無 79 黃 75 以上 未滿 121 白 93 綠 121 以上 未滿 162 藍 100 綠 162 以上 未滿 200 紅 121 藍 200 以上 未滿 260 綠 (資料來源：參考書目【15】) 表 2-7 標稱流量特性係數(K 值) 標稱流量特性係數(標稱 K 值) LPM/(𝑘𝑔𝑓/𝑐𝑚2)1/2 (GPM/(psi)1/2) 流量特性係數 K(±5%) LPM/(𝑘𝑔𝑓/𝑐𝑚2)1/2 GPM/(psi)1/2 20(1.4) 19~21 1.3~1.5 27(1.9) 25.7~28.4 1.8~2.0 30(2.1) 28.5~31.5 2.0~2.2 40(2.8) 38~42 2.6~2.9 43(3.0) 40.8~45.2 2.8~3.2 50(3.5) 47.5~52.5 3.3~3.7 60(4.2) 57~63 4.0~4.4 80(5.6) 76~84 5.3~5.8 114(8.0) 108.3~119.7 7.6~8.4

如圖所示，將撒水的感熱元件假設為一個圓柱，並垂直放在天花 板下幾公分處，這些感熱元件都很小，但具有相當高的熱傳導性，感 熱元件的能量平衡方程式如下： 𝑚_𝑙𝑐_𝑝𝑑(𝑇𝑙) 𝑑𝑡 = 𝑞𝑐𝑜𝑛𝑣+ 𝑞𝑐𝑜𝑛𝑑 + 𝑞𝑟𝑎𝑑 (2.1) 公式 2.1 說明，其中： 𝑚𝑙 ：熱感測元件之質量，kg。 𝑐𝑝 ：熱感測元件之比熱，kJ/kg*k。 𝑇𝑙 ：熱感測元件之溫度，°C。 𝑞𝑐𝑜𝑛𝑣、𝑞𝑐𝑜𝑛𝑑和𝑞𝑐𝑎𝑑分別代表對流、傳導與輻射熱傳。 圖 2-3 撒水頭與熱煙氣之熱傳示意圖

水自動滅火設備其噴撒物主要以水為主，但根據其噴撒量、噴撒 壓力與液滴粒徑等參數不同，產生不同的滅火原理，茲說明如下： 表面冷卻： 當固定體積的水分割成細小液滴時，隨表面積與熱交換面積增 加，加快與火場空間的熱交換速度，使火場溫度快速下降。一般而言， 液滴尺寸越大，對火源的抑制效果更佳。此外，工作液體的初始溫度 更為關鍵，當流體溫度與燃燒物之溫差越大，其熱交換量越大、冷卻 效果越佳；反之，則對火源的抑制效果甚微【16】。 氧氣置換： 當液體受熱而氣化為水蒸氣時，其體積膨脹約為原來的 1,680 倍。 若火場為密閉空間，則水蒸氣的產生將擠壓到原先空間內部的氧氣， 從而達到阻絕火源所需的氧氣供應。此時，空間因含氧量過低而燃燒 終止。滅火效果將視水蒸氣與氧氣間的置換速度【17】。 稀釋/乳化： 若火源為水溶性液體時，液滴將溶於火源而產生稀釋作用，使火 源性質改變，致使火源燃燒速率降低以減緩火勢蔓延。乳化作用主要 發生當液滴直接接觸不溶於水的可燃液體(例如：油)時，因液滴撞擊 造成可燃液體表面產生攪拌作用，此時液體表面將形成一乳化層。乳 化層因具有不易燃燒的特性，使液態火源無法持續進行燃燒而熄滅。 對於某些輕質油類，乳化層僅存於液滴攪動當下，而若液體屬於黏性 較大的重質油類，乳化層則可維持一段時間，乳化層持績時間的長短 將影響火勢復燃的機率【18】。

第三節 熱煙危害與煙流特性

煙是火災發生時無可避免的一種產物。在火場中，可燃物因氧化 作用而迅速放熱增溫，引起極速猛烈的燃燒。燃燒過程中更有一種「熱 分解反應」或被稱為【熱解】的現象產生。熱解係指物質由於溫升而 產生無氧化的一種不可逆化學分解，會造成大量煙氣產生。火場煙霧 通常由下列三種型態所組成： 一、從燃燒物質中釋放出高溫蒸氣與有毒氣體 二、已分解和凝固的未燃燒物質(煙的顏色範圍從淺色到黑色不均) 三、大量的空氣被火焰加熱進而造成渦旋型式的流動 火災中煙流會造成能見度降低而阻礙人員避難逃生。能見度的高 低取決於煙的成份、濃度、微粒的大小與多寡、分佈情況、照明設備 及人員現場的心理狀態。火場高溫熱煙如果濃度過高或暴露在其中的 時間過長則容易導致吸入過多煙氣而導致昏迷、休克，嚴重甚至會造 成死亡。 此類煙氣大多為有機煙粒及酸性氣體，如遭受 HCl 此種氣體刺 激會快速引起眼睛、呼吸道及肺的疼痛，接著造成呼吸困難等症狀。 在未達閃燃點前火災中所產生的痲痺性有毒氣體其成份主為一氧化 碳與氰化物。火災中除有毒氣體外，高溫煙流所伴隨的高溫也會經由 對流、傳導效應與輻射效應對人體造成皮膚及呼吸道灼傷，而濃煙微 粒也會使人員在避難路線上遭受封阻。基本上避難人員最少需要 8～ 10m 的可視距離才能通過煙區，而當避難人員因視線不良無法辨識避 難路線時，往往因避難不及而造成嚴重傷亡。建研所於 2014 年提出 在避難逃生路徑上，當避難人員進行避難時，於距離地面 1.8m 高處

表 2-8 煙霧濃度與可視距離的關係表 可視距離 狀況說明 20-30m 煙霧剛發生時之淡薄濃度，煙霧探測器開始有反應，此 時對不熟悉建築物動線的人會有避難障礙 5m 對於熟悉建築物動線的人亦會有避難障礙 3m 感覺昏暗時的濃度，避難人員需摸黑前進 1~2m 幾乎看不見前方 低於 1m 火災旺盛期之濃度，幾乎完全看不見，誘導燈也看不見 (資料來源：【19】) 如果暴露於上述煙流小於五分鐘內，還不至於吸入過量的痲痺性 有毒氣體而昏厥，但仍需注意樓層上方之高溫煙流的熱輻射效應，依 舊會對人體造成嚴重的傷害。當皮膚在超過 1.7 KW/m2_{的環境下便會} 受到傷害，依傷害程度不同可分為輕度、重度灼傷，嚴重者甚至於死 亡。熱輻射值達 3.0 KW/m2_{時，皮膚暴露超過 10 秒就會造成傷害，} 而達 7.0 KW/m2_{時，暴露超過 2 秒即會燒傷。人體暴露在一般有毒氣} 體之情況如下表 2-9 所示。人體能承受危害程度的指標分析，如下表 2-10 所示。 表 2-9 人體承受危害程度之指標分析表 承 受 極 限 火場溫度 氣流溫度需低於60℃ 有毒氣體 CO 濃度需低於 1400ppm CO2濃度需低於 50,000ppm 煙層濃度 能見度不得低於 8m 熱輻射值 不得超過 1.7 KW/m2 （資料來源：【20】【21】）

表 2-10 人體暴露在有毒氣體之情況 一氧化碳濃度(ppm) 症狀 100(0.01%) 8 小時內尚無感覺 400～500(0.05%) 1 小時內尚無感覺 600～700(0.07%) 1 小時內感覺頭痛、噁心、呼吸不暢 1000～2000(0.2%) 2 小時內意識矇矓、呼吸困難、昏迷、痙攣、 逾 2 小時即死亡 3000～5000(0.5%) 20～30 分鐘內即死亡 10000(1%) 1 分鐘內即死亡 二氧化碳濃度(%) 症狀 1～2% 數小時內安全 3～4% 1 小時內安全 5～7% 30 分鐘～1 小時即有危險 20%以上 短時間內即可死亡 （資料來源：【22】）

第四節 國內外相關文獻分析

對於火災發生的原因，學者 Ahrens【23】統計 1999 到 2002 年美 國地區老人養護機構火災之災害起源，其結果顯示：超過三分之一是 由廚房之烹調材料引起；電線走火占 12%；床墊、被褥占 6%；換洗 衣物占 4%，其中又因床墊、被褥、換洗衣物等所引起之火災造成之 傷亡最為慘重。 對於高齡者的移動速度，學者陳玠佑【24】於 2009 年研究得出 老人與病患的避難步行時間比一般人多花 2～2.5 倍的時間。由此可 知，高齡人口進行疏散避難是極為不方便，並需安排額外的看護人員 協助帶領疏散逃生，才能達到較佳的疏散時間。 而對於消防安全設備的使用上，學者 Zhang【25】等人調查美國 地區老年人住戶的消防安全設備及相關危險因素，結果發現老人住宅 內裝設電器安全開關有 56%、滅火器有 18%、防火毯有 10%，而住 宅內安裝偵煙式探測器則有 72%，但有將近四分之一的老年人從未注 意過逃生動線。由此可知，當發生火災，消防安全設備的有效性對於 老年人來說是非常重要的，不安全的居住環境可能造成老人住宅火災 率的上升。 林鴻志【26】在 2005 年的研究中指出，台灣地區已邁入高齡化 社會，安養及養護機構如雨後春筍般因應設立。良好的居住條件應將 周遭設施及使用者的使用情況納入考量。因此在長照機構的規劃設計 上，必須先行瞭解該機構內部的防火避難與居民特性，且對於生理逐 漸退化之高齡者日常行為更是設計重點所在，必需兼顧高齡者行為特 性與避難安全性，提高安養及長照機構的初期滅火能力、及早偵知火 災能力，並同時確保安全可靠的避難逃生。內政部建築研究所於 104

年提出「老人福利機構防火及避難安全參考手冊」，提供經營者及設 計者之改善參考，藉由手冊的推廣提升國內相關機構的火災安全，建 立安全照護及養護環境。 各國對於自動撒水設備的設置規範，美國要求老人福利機構皆要 裝自動撒水系統。日本則根據「消防法施行令」【27】第二章消防設 備第三節第二款消防設置基準的規範中，第十二條規定第六項場所類 別，即老人福利機構設置場所之樓層達十一樓以上或樓層總面積達 275m2以上之建築物則應設置自動撒水設備。第十二條中亦指出其防 火目標對象或該部分為防火建築物，則撒水頭之防護半徑為 2.3 公尺 以下，但高感度噴頭為總務省視該撒水器之效能所規定之距離。 對於支撐用梁柱等主要建築結構而言，防火區劃應具有三小時以 上之防火時效，防煙垂壁應具有一小時以上之防火時效。但在 The BOCA National Building Code【28】規定，新建與擴建之建築防煙垂 壁等相關構造至少需具有 2 小時以上之防火時效，並要求常閉式防火 門應有自動關閉功能，以及常開式防火門需設置火災連動關閉裝置。 依據日本「建築基準法施工篇」【29】樓層總面積超過 1,500m2 _者， 需以標準規定之防火結構地板、牆壁或特定防火設備進行區劃，且遇 一般火災開始燃燒後約一小時內，火焰不會有延燒情況發生。 由於國內對於老人福利機構的安全性仍存在雖合法但無法確保 安全之窘境，學者李惠閔【30】在 2015 年的研究中發現，當災民以 「手動滅火設備（滅火器、室內消防栓）」進行滅火時，受火災規模、 人為因素等影響，約有 40％火災件數是無法撲滅；而「自動撒水設 備」卻高達 92％火災件數均能撲滅，顯示該設備具有非常高的可靠 性；同時「警報設備」、「排煙設備」在火災發生時，高達 60~70％能

正常發揮功能。另外對於安全設備的重要性，學者張慧蓓【31】在避 難安全影響因素中發現，主動式安全設備比被動式消防安全設備更顯 得重要。學者洪展賢【32】研究發現，若未設置自動撒水設備則無法 有效延長避難或待救時間，容易造成重大死傷。 對於手動滅火設備之研究，學者雷明遠【33】在 2015 年研究發 現，滅火設備可以降低小型火災 (例如垃圾桶起火) 發展成大型火災 的機率，同時適當地安全使用滅火器，可有效控制火災成長，大幅地 降低場所內其他人員所承受的危害風險。此外，如消防栓等類似之滅 火設備的場所，需經由已受訓之人員或消防員使用該種設備，不應期 待讓未經訓練之人員使用消防栓滅火，故對於手動式滅火設備需要加 強其教育訓練，以達發生災情時可被快速應用。 對於自動撒水設備之研究，學者張慧蓓【31】在 2010 年研究老 人養護機構之安全管理，以 FDS 火災模擬軟體模擬結果得知，無撒 水系統情況下，在點火後 200 秒之熱釋放率高達 1000kW。反之，若 裝設撒水頭(K 值為 115 LPM/bar1/2；壓力為 1 kgf/cm2_{的撒水頭、2} 馬力的幫浦)作為抑制火勢設備。從該學者模擬結果發現，啟動撒水 頭可降低室內溫度至150℃以下，且其設置費用僅消防幫浦的三分之 一，不但符合經濟效益，並能增加救援時間，保障生命安全。 學者劉芸蓁【34】在 2012 年研究老人機構防火煙控避難性能改 善技術研究，其實驗結果得知，火源若處於撒水頭正下方，當撒水頭 燒破即能有效滅火，故床位等可燃物位置應設計接近於撒水頭。此外 採用預動式撒水頭較開放式撒水頭為佳，因探測器作動時，試驗空間 正在產生煙層，此時啟動撒水頭將會造成亂流情形，同時應在場所內 部設置常閉式安全門，減少火煙進入老人機構居室之其他空間，並有

效增加老人救援時間。 學者謝明諺【10】以原有的消防栓系統之消防蓄水池或一般民生 用蓄水塔作為水源供應，透過幫浦與配管，並利用自動警報系統連動 簡易式自動撒水設備，可達初期滅火之效。且該研究中所設計之簡易 式自動撒水設備實際滅火能力，可於單顆一般反應型撒水頭之撒水情 況下，對距離 2.3 公尺處，熱釋放率達 288.99 kW 之 A 類木框架火災 達成滅火之效。 對於提升撒水頭的滅火效能，除安裝位置外，撒水頭的撒水量亦 相對重要，在 1990 年，學者丘澄彬【35】使用木框架做為模擬家具 進行燃燒及滅火實驗，發現撒水量大於臨界水量時，會有最佳的滅火 效果。且該研究指出，在火源已完全成長時進行滅火，滅火效果不隨 撒水量增加而增加，此現象說明當火源達到完全成長後，相比於火源 完全成長前更難以控制，因此，撒水頭啟動時間快慢尤其重要。 學者蔡匡忠【36】發現，自動撒水系統可在火災初期有效的抑制 或撲滅火源，且根據該學者模擬結果研究發現，假設火警探測系統有 延誤作動的情況而致使火勢擴大到 20MW 才激發撒水頭作動，但若 實際撒水密度(ADD)大於必要噴水密度(RDD)，仍可有效抑制或撲滅 火勢。且學者蘇鴻奇【37】，在天花板下設置 4 個作動溫度 68°C 的撒 水頭進行試驗，因環境空氣熱傳遞使 4 個撒水頭作動於環境平均溫度 130°C ~140°C，證明了即使撒水頭旁空氣溫度達到作動標準，仍須一 段時間才能使撒水頭爆裂。為探討影響撒水頭反應的參數，學者 H.Ingason【38】於 1998 年，藉由撒水頭的玻璃球本身溫度變化、接 口(fitting)的熱損失及玻璃球破裂所需要的能量進行研究，從研究中發 現，考慮兩個參數以上的結果，會比參考一個參數的結果來的準確。