撒水幕防火設備評定基準之研究

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(1)主講人簡歷姓. 名：鄭紹材. 職. 稱：助理教授. 單. 位：中華大學營建工程學系. 地. 址：新竹市 300 五福路二段 707 號. 電. 話：03-5186686. 傳. 真：03-5370517. 出. 生：民國 52 年 10 月 14 日. 學. 歷：國立台灣科技大學營建工程研究所博士. 經. 歷：內政部建築研究所博士後研究員. 主要著作： ‧住宅廚房火災防制對策及技術之研究（共同主持人） ‧建築材料受熱輻射著火性之研究(主持人) ‧ 防火區劃構件之熱輻射引燃鄰近材料之研究(主持人) ‧ 木質材料受熱輻射引燃之影響因素研究(主持人).

(2) 撒水幕防火設備評定基準之研究何明錦 1 鄭紹材 2 雷明遠 3 黃建榮 4 摘. 要. 建築技術規則於 63 年 2 月 15 日修訂時，在設計施工編第 75 條內容即訂有「撒水幕」，與防火門窗同屬於可裝設於開口之「防火設備」。而 92 年 8 月 19 日修訂之建築技術規則，更指出撒水幕可裝設於防火區劃或外牆開口處，其性能需經中央主管建築機關認可具有防火區劃或外牆同等以上之防火性能。營建署於 93 年 4 月 5 日公告指定財團法人中華建築中心為撒水幕系統之性能規格評定機構，同時通過中華建築中心所訂之「撒水幕系統測試及審查評定標準」，使撒水幕系統之應用跨前一大步。本計畫透過實驗瞭解撒水幕應用於防火區劃與外牆開口之情況，對現有評定標準加以補充驗證，提出增修建議，使評定標準更臻完備。. 1. 內政部建築研究所副所長. 2. 中華大學營建工程學系助理教授. 3. 內政部建築研究所研究員. 4. 中華大學營建工程學系研究生. 1.

(3) 壹、緒論 1-1 研究動機及目的國內之建築設計有朝向大規模、大空間、高層化、機能高度化、複合化、舒適美觀化的傾向[1]。國際對於建築法規之發展，先進國家皆已走向以基準性能化、設計彈性化、成本最佳化的性能式法規（ Performance-based codes），因此國內建築材料與設備，在兼顧安全之作法下，可以新穎技術、材料、工法等增加設計彈性。爰此，將有三種應用情形[2]：(1)不同材質、構造，達到相同性能基準之替代方案； (2) 同等功能替代方案； (3)不同性能基準但安全之設計。而「撒水幕系統」應用於防火區劃或外牆開口處，將有(2)、(3)之應用情形，因此對於撒水幕系統之性能瞭解與探討，即為一重要之課題。建築技術規則於 63 年 2 月 15 日修訂時，在設計施工編第七十五條內容即訂有「撒水幕」一詞，與防火門窗同屬於可裝設於開口之「防火設備」。而撒水幕之定義，在文獻[3]中指出：「係以噴水而形成水幕之方法來阻擋火焰之進入」，在該文獻中亦提出「撒水幕之應用，在合理規範下亦具有防火區劃之功能，撒水幕之施作應另訂規範」。而於 92 年 8 月 19 日修訂之建築技術規則建築設計施工編第七十五條[4]，明訂撒水幕屬於防火設備，可裝設於防火區劃或外牆開口處，其性能需經中央主管建築機關認可具有防火區劃或外牆同等以上之防火性能。營建署於 93 年 4 月 5 日公告指定財團法人中華建築中心為「撒水幕系統」之性能規格評定機構，同時通過中華建築中心所訂之「撒水幕系統測試及審查評定標準」[5]，至此使撒水幕系統之應用跨前一大步，有了測試與性能評定標準。國內首宗撒水幕防火設備系統，已於 93 年 4 月 29 日經內政部以「內授營建管字第 0930083883 號」核發性能認可書，裝置於勇軒有限公司台北廠之「挑空處垂直區劃防火設備」，成為防止火焰向上. 2.

(4) 延燒之垂直區劃設計。隨著設計彈性化與多樣化的需求，撒水幕系統之應用亦可能逐漸被採用而增加，因此本研究計畫案為因應未來使用之趨勢，進行此研究之目的如下： 1.透過文獻收集國外資料，掌握國內、外對於撒水幕應用之現況。 2.經由實驗，對現有撒水幕防火性能之評定基準加以補充驗證。 3.提出對於撒水幕防火性能試驗方法之建議。. 1-2 研究方法與流程本計畫案之研究方法如下： 1. 文獻收集：收集國外有關撒水幕之資料、文獻、法規，整理、分析，以建立國內評定撒水幕防火性能之依據。並可作為試驗計畫之規劃準備。 2. 試驗分析：擬利用全尺寸火災試驗，實際測試撒水幕之性能，以建立試驗基準與評定基準。 3. 專家座談：由於撒水幕設備在國內仍缺乏完善之試驗標準與評定基準，因此擬於研究期間邀集學者專家座談，討論對現有評定標準與試驗方法，俾使研究成果更臻完善。在本研究中，以文獻收集為基礎，以試驗分析為驗證，以專家座談為輔助，研究流程如圖 1.1 所示。在文獻收集方面，著眼於國外應用之案例與評定之經驗，雖然國內已有一個應用案例，但是仍需更多且完善資訊以提升在試驗或評定之可靠度。在試驗方面，雖然國內並無撒水幕試驗標準，但可參考 CNS 12514「建築物構造部分耐火試驗法」之內容. 3.

(5) ，配合耐火時效與火載重之關係[6-7]（S. H.Ingberg 於 1928 年提出耐 2. 火時間 1、2、3 小時，分別為 50、100、150kg/cm 之火載重），與受火害側（或防護側）之溫度要求，設計簡易可行之試驗模式，可以符合建築物裝置撒水幕之實際情況下，以火災試驗實際測試撒水幕防火之性能。. 圖 1.1 研究流程圖. 4.

(6) 貳、文獻回顧 2-1 撒水幕之定義內政部於 92. 8.19 修正之建築技術規則建築設計施工篇第 75 條條文[4]：「防火設備種類如左：一、防火門窗。二、裝設於防火區劃或外牆開口處之撒水幕，經中央主管建築機關認可具有防火區劃或外牆同等以上之防火性能者。三、其他經中央主管建築機關認可具有同等以上之防火性能者。」說明撒水幕屬於防火設備之一，裝設於防火區劃或外牆開口處；其防火性能需經中央主管建築機關認可。而防火設備設置場所之規定詳表 2-1 所示[8]。. 表 2-1. 我國建築技術規則建築設計施工編有關防火設備設置場所性能之規定[8] 設置場所. 防火設備性能. 相關法規. 1.防火構造物面積區劃. 1 小時以上防火時效及阻熱性. 2.防火構造物用途區劃. 1 小時以上防火時效及阻熱性. 60A 第 79 條之 1. 3.防火構造物垂直區劃. 1 小時以上防火時效. 60A 第 79 條之 2. 4.防火構造物外牆. 半小時以上防火時效. 30B 第 79 條之 4 第 80 條 60A. 5.不燃材料之非防火構造 1 小時以上防火時效及阻熱性物面積區劃. 60A. 6.可燃材料之非防火構造 1 小時以上防火時效及阻熱性物面積區劃. 60A. 7.非防火構造物用途區劃半小時以上防火時效及垂直區劃. 30B. 8.高層（11 層以上）防火 1 小時以上防火時效及阻熱性區劃. 60A. 5. 第 79 條第 79 條之 3. 第 81 條第 82 條第 83 條.

(7) 9.可燃材料之非防火構造 1 小時以上防火時效物面積區劃. 60B. 10. 不燃材料之非防火構半小時以上防火時效造物面積區劃. 30B. 11. 貫穿區劃之管道間. 1 小時以上防火時效. 12. 集合住宅分戶牆. 1 小時以上防火時效. 13. 餐飲業廚房 14. 無開口區劃. 1 小時以上防火時效. 60B 60B. 第 84 條第 84 條之 1 第 85 條第 85 條之 1 第 86 條. 60B 第 89 條. 15. 供避難用之走道或直 1 小時以上之防火時效通樓梯間出入口. 60B. 16. 直通樓梯之垂直區劃 1 小時以上防火時效. 60B 第 92 條. 17. 直通樓梯之構造 18. 室內安全梯出入口 19. 戶外安全梯出入口. 半小時以上防火時效. 30B 第 96 條 1 小時以上防火時效及半小時以上第 97 條阻熱性 60B +30A. 20. 特別安全梯排煙室出入口 21. 緊急用昇降機間. 第 91 條. 1 小時以上防火時效. 22. 防火構造物防火間隔 1 小時或半小時以上防火時效. 60B 第 107 條 60B 第 101 條 /30B. 23. 避難層出入口. 1 小時以上防火時效及半小時以上 60B 第 101 條阻熱性 +30A 24. 地下建築物對外連接 1 小時以上之防火時效及阻熱性第 181 條 60A 部分 25.地下層連接部分. 1 小時以上之防火時效. 26. 地下使用單元與地下 1 小時以上之防火時效通道間 27. 地下建築物面積區劃 1 小時以上防火時效 28. 地下建築物垂直區劃 1 小時以上防火時效. 60B 第 189 條第 201 條 60B 60B 第 202 條 60B 第 203 條. 29. 高層建築物特別安全 1 小時以上防火時效梯連接走廊區劃. 60B. 30. 高層建築物昇降機廳 1 小時以上防火時效連接走廊區劃. 60B. 31. 燃氣設備之用途區劃 1 小時以上防火時效 32. 高層建築物防災中心 2 小時以上防火時效. 6. 第 241 條第 242 條. 60B 第 243 條 120B 第 259 條.

(8) 國內對於撒水幕之定義，於內政部建築研究所「建築技術規則防火安全有關規定增修訂之研究-第三章部分條文」研究計畫成果報告 [3] 中，為「係以噴水而形成水幕之方法來阻擋火焰之進入」。中國大陸在「自動噴水滅火系統設計規範」（GB50084-2001）[9]，對於水幕系統(drencher systems)定義為：「由開式撒水噴頭或水幕噴頭、與淋報警閥組或感溫雨淋閥，以及水流報警裝置（水流指示器或壓力開關）等組成，用於擋煙阻火和冷卻分隔物的噴水系統。」可分為「 1.防火分隔水幕(water curtain for fire compartment):密集噴撒形成水牆或水帘的水幕。 2. 防護冷卻水幕： (drencher for cooling protection)：冷卻防火捲帘等分隔物的水幕」。日本對於撒水幕的種類約可分為三種：1.隔熱型；1.防護型；1.遮煙型。隔熱型撒水幕有 drencher[10-11] 、water-curtain[12-13]兩種名詞混合使用，並無一致。防護型者常用於古蹟文物之防護、公共危險物品及可燃性高壓氣體安全防護（與國內消防署頒訂「防火牆及防火水幕設置標準」用途相近）。遮煙型者又稱水幕(water screen)，常用於隧道內淋洗火災之煙粒子，以達遮煙減煙之用。文獻[14]（香港理工大學）指出：撒水幕是由噴水系統所形成。可以手動或自動的方法控制水流到噴頭，噴頭噴出的水受金屬部分阻擋，不同的噴頭形狀，還可能導致水流改變 90 度，構成一個像布幕的噴霧形式。綜合上述文獻可知撒水幕(water curtain)，是以壓力水透過水幕噴頭，噴出後形成水幕，用於阻隔火焰穿透、隔熱降溫、遮煙減煙之防護系統。而在本文探討之範圍為隔熱型之撒水幕，並需具有防火設備要求之遮焰性或阻熱性之性能。. 7.

(9) 2-2 撒水幕在國外之應用在日本方面，清水建設與能美防災（株）共同開發，應用撒水幕 (drencher)作為防火區劃以防止火焰延燒，示意圖如圖 2-1 所示。在電梯前廳出入口處設置撒水幕，藉以達到阻絕火焰，減少對非火災室的危害。鹿島建設在撒水幕(water screen)之應用，分別在防火區劃、隧道防災、遮煙減煙之設計，如圖 2-2 及圖 2-3 所示。在圖 2-2 中，利用不燃材料的低矮通道隔牆，配合在垂壁兩側的撒水幕，可用於辦公空間、廠房機台。圖 2-3 是進行撒水幕遮煙減煙的有效性確認實驗，可達 80% 的效果，可用於隧道、地下鐵、居室，此種水幕近似水霧的特性。. 圖 2.1 撒水幕應用於防火區劃示意圖（資料來源：清水建設）. 8.

(10) 圖 2-2 撒水幕應用於防火區劃示意圖（資料來源：鹿島建設）. 圖 2-3 撒水幕遮煙減煙之試驗（資料來源：鹿島建設）在英國、中國大陸，通常配合其他區劃構件，例如撒水幕噴淋玻璃、撒水幕噴淋防火捲帘等，強化區劃構件的耐火性能，以達耐火時效與阻熱性功能。. 2-3 撒水幕在國內之評定基準與案例營建署於 93 年 4 月 5 日公告指定財團法人中華建築中心為撒水幕系統之性能規格評定機構，同時通過中華建築中心所訂之「撒水幕系統測試及審查評定標準」。測試及審查評定標準如下：一、原則：以 CNS 12514 建築物構造部分耐火試驗法之溫度判定標準作. 9.

(11) 為防止火災延燒的判定標準。二、設定條件： (1)火災居室開口高度依現況或低於 3m(如圖一~四之 Y 處)。 (2)火災居室樓地板面積需大於 3m×3m。 2. (3)火載量：防火時效一小時＝50kg/m. 2. 防火時效二小時＝100kg/m 說明：(1)燃料為柳安木。. (2)防火時效與火載量關係參考 Ingberg,S.H.：Tests of the Severity of Building Fires，Quarterly of the NFPA ，Vol.22，1928. 三、火災行為溫度量測位置： (1)火災居室中央樓板下 20cm 處。 (2)火災居室開口(同 CNS 12514，熱電偶數量需設置 9 個以上)。 (3)可能受延燒之居室開口(同 CNS 12514，熱電偶數量需設置 9 個以上)。四、判定基準： (1)試驗中可能受延燒之居室開口平均溫度不得超過 170℃。 (2)試驗中可能受延燒之居室開口任一位置之溫度不得超過 210℃。五、本中心依本標準核可之撒水幕系統適用範圍： (1)垂直區劃：撒水幕系統設置位置至可能受延燒之居室開口距離需大於 X1(如圖一~二)。 (2)水平區劃(一)：火災居室至撒水幕系統設置位置(可能受延燒之居室開口)之距離需大於 X2(如圖三)。 (3)水平區劃(二)：火災居室至撒水幕系統設置位置之距離需大於. 10.

(12) X2，且撒水幕至可能受延燒之居室開口需大於 X3(如圖四)。. 灑水幕. 灑水幕. 溫度測定位置. 溫度測定位置. 火災居室. 火災居室. 火災居室溫度測定位置. 火災居室溫度測定位置. 走道. 圖一無走道之垂直區劃. 圖二有走道之垂直區劃. 溫度測定位置. 火災居室. 灑水幕. 火災居室溫度測定位置. 圖三水平區劃. 溫度測定位置. 火災居室. 灑水幕. 火災居室溫度測定位置. 圖四水平區劃. 11.

(13) 在測試之判定標準，是參考 CNS 12514「建築物構造部分耐火試驗法」之溫度要求，對於可能延燒之受害面平均溫度不得超過 170℃，任一位置之溫度不得超過 210℃，作為阻熱性之依據。若使用標準高溫爐，由於開口處熱逸散的考慮，加熱條件難以達成，因此在測試及審查評定標準考慮使用實尺寸及材堆之火災試驗。國內首宗撒水幕防火設備系統，已於 93 年 4 月 29 日經內政部以「內授營建管字第 0930083883 號」核發性能認可書，裝置於勇軒有限公司台北廠之「挑空處垂直區劃防火設備」，作為防止火焰向上延燒之垂直區劃設計。勇軒有限公司台北廠水幕系統，可經由手動或自動啟動雙層（起火層及其上層）連動之撒水幕，屬於有走道之垂直區劃用途。主要構成材料與設備有: (1)撒水頭：MHD121 型水幕頭，材質為銅，流量為 30L/min，放水壓力 0.1MPa，由能美防災株式會社製造，散水角度 120 度，每 2.1m 設一灑水頭。 (2)加壓泵浦：由東元電機股份有限公司製作，馬力 175HP，揚程 128M，額定水量 3600l/min，可自動或手動操作。 (3)鍍鋅鋼管：輸送水路，2 吋為水塔管路，樓層水路 3/4 吋，撒水頭管路 1/2 吋。. 12.

(14) (a)裝置於走道上方之撒水噴頭. (b)撒水噴頭之型式. 圖 2-4 撒水幕裝置及噴頭型式. 13.

(15) 參、實驗與分析討論 3-1 實驗計畫 3-1-1 試驗加熱條件從日本的相關文獻[10-13]中，在池田憲一等人之研究(2002)，以大型門牆爐，進行標準加熱試驗時，為維持 ISO 834 標準加熱溫度曲線，燃燒器的馬力調到最大，溫度仍未能達設定溫度。在水落秀木、林龍也等人之研究(2003)，在加大燃燒器馬力與將量測爐內溫度與控制加熱之熱電偶自開口面向燃燒器退縮 100mm 之方式，都發現利用垂直爐進行撒水幕系統之試驗，燃燒溫度不易符合標準加熱溫度曲線要求，有很大的困難度。因此，本研究擬以實際尺寸 mock up 試驗進行火災試驗，在加熱條件方面參考財團法人建築中心「撒水幕系統測試及審查評定標準」，引用日本「建築物綜合防火設計法」第二卷「出火擴大防止設計法」[7]中對於預測火災旺盛期性狀模式之一的「Ingberg 模式」。S. H. Ingberg 於 1928 年[6]提出旺盛期火災性狀模式，認為「建築物所要求的耐火時效應該依據火載重（單位地面面積的木材換算可燃物量）來規定」，指出如圖 3-1 所示的火載重與耐火時效的關係。該模式屬於「可燃物支配型燃燒」，流入之空氣量可完全供給燃燒。 250. 火載重(kg/m2). 200 150 100 50 0 0. 圖 3-1. 1. 2. 3 4 耐火時效(hr). 5. 6. Ingberg 模式火載重與耐火時效的關係. 14.

(16) 火載重是左右火災溫度、火災持續時間的重要因素，在進行試驗掌握撒水幕對實際火災特性之性能需求時，是必要的數據。日本「建築物綜合防火設計法」第四卷「耐火設計法」[15]中對於不同用途空間及收納狀態的火載量調查如表 3-1 所示。與 Ingberg 模式比較，使用 Ingberg 模式之火載重與耐火時效關係曲線，推估試驗之加熱條件，應屬保守且偏安全側之加熱條件。表 3-1. 不同用途別急考慮收納狀態之火載量[15]. 建築物用途. 辦公室. 飯店. 劇場. 體育館. 倉庫百貨商店. 房間用途事務性辦公室技術性辦公室行政辦公室設計室接待室、會議室、會客室、職員室等資料室、圖書室倉庫大廳客房宴會廳大廳大道具製作室大道具倉庫舞台側台球技場柔道場器具庫更衣室門廳娛樂室紙品倉庫賣場. 火載量(kg/m2) 平均值標準偏差 14.0 3.5 22.3 4.7 45.3 4.6 36.5 4.1 7.0 4.1 83.1 185.2 10.8 10.5 4.4 2.8 43.6 65.0 4.3 20.6 0.2 4.8 26.8 2.2 5.8 7.1 1061.4 19.1. 資料來源：日本，「建築物綜合防火設計法，第四卷耐火設計法」，P.147。. 15. 29.9 54.4 6.3 1.5 1.5 14.7 1.4 142.6 8.5.

(17) 在本研究中火載量之設計參考 CNS 1387 Z2003「滅火器」標準中，量測滅火器滅火效能值滅火試驗之第一模型配列，如圖 3-2 所示。木材選用乾燥杉或松木，斷面尺寸 30mm×30mm，長度 900mm。在燃燒盤盛入改為 800 克酒精膏(可避免火災試驗房間內使用汽油造成揮發性氣體之危險)。. 圖 3-2. 火源配列模型. 3-1-2 模擬防止向上延燒擴大之實驗本實驗乃模擬一外牆開口，外牆開口寬 300 ㎝，高 150 ㎝，為防止室內火災向上延燒，於開口之室內側裝置撒水幕，如圖 3-3 及 3-4 所示，類似無走道之垂直區劃。撒水幕設計之示意圖如圖 3-5 示。水幕出水壓力為 0.1Mpa，裝置 2 顆，每顆流量為 30L/min。由於考量外牆開口防火設備之防火性能，設定為半小時防火時效（ 2. 30B），火載量設計為 25kg/m 。溫度量測之重點於室內火災溫度、開口處水幕前溫度、開口處水幕後溫度、火災延燒受害面溫度。. 16.

(18) 420 A,B,C熱電偶樹矽酸鈣板牆 9mm. 1. 50 2. 50. 3. 50. 4. 50. 5. 50. 100. 50 50. 7. 20. 8. 1,5,9. 9. 撒水幕. 10. 50. 11. 50 80. 105. L熱電偶樹 20 D,E,F熱電偶. 20. 1. 150. 熱輻射計 2. 50. 105. 6. 熱輻射計. 50. 210. 210. 50 50. 2,6,10 3,7,11. 12. 50. 4,8,12. 13. 1FL. 50. 14. 230 Data log. G.L. 圖 3-3 防止垂直延燒試驗之之立面示意圖 573 300 矽酸鈣板輕隔間牆 75 E1 D1. F1 105 E2. 420. D2. L5-L8熱電偶樹 L9-L12熱電偶樹. D3. 105 F3 L1-L4熱電偶樹. 撒水幕. 20. D,E,F熱電偶 E3 撒水幕. Data log. F2. A,B,C熱電偶樹熱輻射計1. 50. 熱輻射計2. 50. 開口部 (300*150). 圖 3-4 防止垂直延燒試驗之平面示意圖. 17. 矽酸鈣板牆 9mm. 75.

(19) 圖 3-5 防止向上延燒之撒水幕設計. 3-1-3 模擬防止水平延燒擴大之實驗本次實驗之目的，在模擬撒水幕應用於防止火焰水平延燒，開口為 3m×3m，如圖 3-6 及圖 3-7 所示。實驗模擬耐火時效為一小時，室內設 2. 計之火載重為 50kg/m 。撒水幕採用二排每排二顆共四顆撒水噴頭，每個噴頭流量 30L/min，噴頭出水壓力為 0.1Mpa。水幕帶約為 100 ㎝，如圖 3-8 所示。經由量測火災室火災溫度、水幕前溫度、水幕後溫度，從實驗掌握撒水幕在應用時之防火性能。. 18.

(20) 420 矽酸鈣板牆 9mm. 50 50 50 50. 100. 210. 210 105. 75. 75. 20. 75 1,5,9. 1,5,9. 2,6,10. 2,6,10. 3,7,11. 3,7,11. 105 20. 20. M,N,O熱電偶. 75 輻射計. 4,8,12. 熱 L電偶樹. 4,8,12 雙排撒水幕. 熱J電偶樹. 熱 K電偶樹. 熱 G電偶樹 1 熱 H電偶樹 2 熱電偶樹 I. 3. 75. 輻射計. 輻射計. 75. 1FL. 230. G.L. 圖 3-6 防止水平延燒試驗之之立面示意圖. 19.

(21) 573. 矽酸鈣板輕隔間牆 75. 75. N1 M1. O1 M,N,O熱電偶 N2. 420. M2. 105 O2 105. N3 L5-L8熱電偶樹 L9-L12熱電偶樹 Data log. H熱電偶樹 I熱電偶樹 J熱電偶樹 K熱電偶樹. L1-L4熱電偶樹. 20 雙排撒水幕. G熱電偶樹 75. O3. M3. 雙排撒水幕. 輻射計1. 開口部 (300*330) 100 50. 輻射計2. 50. 75. 50 輻射計3. 9,10,11,12 5,6,7,8 350 75 75. 50 1,2,3,4. 圖 3-7 防止水平延燒試驗之平面示意圖. 圖 3-8 防止水平延燒之撒水幕設計. 20. 矽酸鈣板牆 9mm. 300.

(22) 3-2 試驗結果與分析 2. 在模擬應用於外牆開口之實驗，室內火載量為 25kg/m ，於天花板下緣量得九個測溫點之平均溫度，如圖 3-9 所示，此次試驗時間為 22.5 分鐘，與標準溫度曲線之時間-溫度面積比較，約-3.95%。而撒水幕啟動機制採室內溫度約 70℃時，以手動方式開啟。於撒水幕前（即受火側）與撒水幕後溫度之比較，如圖 3-10 所示。從圖中上方曲線為撒水幕前方受火空間之平均溫度，下方之曲線為撒水幕後方之平均溫度，火災之高熱經過撒水幕，水滴吸收熱能成為水蒸氣，兩條曲線間及可代表撒水幕遮熱之效果。在本次之實驗中，在設定之條件下，火焰穿過撒水幕向外向上延燒，在開口正上方 150 ㎝處，發現最高溫度達 858.7℃，如圖 3-11 所示，依建築中心之評定基準，並未滿足遮熱性之要求。照片 1~2 為試驗 10 分鐘時，火焰穿過撒水幕向上延燒情形。 1200 標準溫度曲線. Temperature(℃). 1000. 火災室內天花板平均溫度. 800. 600. 400. 200. 0 0. 5. 10. 15. 20. 25. 30. 35. Time(min) 2. 圖 3-9 撒水幕裝置於外牆開口之火災溫度曲線（火載量 25kg/m ）. 21.

(23) 1200 撒水幕前受火側平均溫度. 1000. Temperature(℃). 撒水幕後平均溫度 800. 600. 400. 200. 0 0. 5. 10. 15. 20. 25. Time(min). 圖 3-10 外牆開口處撒水幕前與撒水幕後之平均溫度比較. 1200. 1000. 垂直延燒受害部單點最高溫度(B6). Temperature(℃). 最高溫度 858.7℃ 800. 600. 400. 200. 0 0. 5. 10. 15. 20. 25. 30. Time(min). 圖 3-11 外牆開口上方受害部單點最高溫度曲線. 22. 35.

(24) 照片 1 試驗 10 分鐘正面. 照片 2 試驗 10 分鐘側面. 第二項實驗是將撒水幕設計與裝置於阻隔之火災室火焰，向水平方向擴大延燒之實驗。目的在模擬中華建築中心評定標準中，圖三與圖四之水平區劃構件狀況，並與建築技術規則建築設計施工編第七十五條裝設於「防火區劃」處，，如照片 3~4 所示，經由火災實驗獲得進一步之瞭解。火災室面積為 3m×4.2m，設計防火時效為 1 小時，火載量為 50kg/m. 2. ，火災室內天花板下緣之平均溫度如圖 3-12 所示。試驗進行至約 20 分鐘時，火災室內形成閃燃現象，火勢與濃煙快速成長擴大，超過預期能控制的程度，考量試驗場地安全，提前於 33 分鐘時進行消防滅火終止實驗。撒水幕於室內天花板溫度約 70℃時開始啟動，撒水幕受火側九點平均溫度，如圖 3-13 所示，撒水幕非受火側，依水平距離撒水幕 0 ㎝(G) 、50 ㎝(H)、100 ㎝(I)、150 ㎝(J)、200 ㎝(K)之平面平均溫度如圖 3-13 所示。在試驗過程中，平均溫度均未超過 170℃。而各平面（排）單點最高溫度之變化情形如圖 3-14 所示。距離撒水幕 0 ㎝（G 排）之測溫銅片易受水滴顆粒沾濕的影響，溫度量測有不穩定現象，除此之外，試. 23.

(25) 驗顯示，溫度隨著與撒水幕距離增加而下降。試驗過程如照片 5~8 所示。. 照片 3. 試驗裝置正面. 照片 4 試驗裝置側面. 照片 5 撒水幕噴水情形(8 分鐘). 照片 6 閃燃前情形(20 分鐘). 照片 7 旺盛燃燒(25 分鐘). 照片 8 濃煙與火勢擴大(30 分鐘). 24.

(26) 1200 試驗停止. 標準溫度曲線. Temperature(℃). 1000. 火災室內天花板下平均溫度. 800. 600. 400. 200. 0 0. 5. 10. 15. 20. 25. 30. 35. 40. Time(min). 圖 3-12 撒水幕裝置於防止水平延燒之火災試驗溫度曲線（火載量 50kg/m2）. 1200. 撒水幕前受火測平均溫度撒水幕後 0cm平均溫度(G) 撒水幕後 50cm平均溫度(H) 撒水幕後100cm平均溫度(I) 撒水幕後150cm平均溫度(J) 撒水幕後200cm平均溫度(K). 1000. Temperature(℃). 800. 試驗停止. 600. 400. 200. 170℃. 0 0. 5. 10. 15. 20. 25. 30. Time(min). 圖 3-13 撒水幕前、後之平均溫度變化. 25. 35. 40.

(27) 500. 撒水幕後 0cm單點最高溫度(G9) 撒水幕後 50cm單點最高溫度(H1) 撒水幕後100cm單點最高溫度(I5) 撒水幕後150cm單點最高溫度(J9) 撒水幕後200cm單點最高溫度(K5). Temperature(℃). 400. 300. 200. 100. 0 0. 5. 10. 15. 20. 25. 30. 35. 40. Time(min). 圖 3-14 撒水幕後各排單點最高溫度之變化. 從實驗中觀察與紀錄，有以下幾點發現：１撒水幕對火災室內溫度，有降低的作用。本研究曾進行一次沒有啟動撒水噴頭的實驗，量得火災室天花板下緣之平均溫度，與有啟動撒水幕之實驗相比較，如圖 3-15。發現啟動撒水幕會使火災室的溫度下降，且高峰值會向右偏離，即旺盛期會延遲形成。在圖 3-12 中，也有相同情形。可能的原因是水幕中水滴吸收大量的熱，將熱量帶走而降低火災室的溫度。在圖 3-15 中，沒有啟動撒水幕與有啟動撒水幕兩個試驗，在相同 22.5 分鐘之時間-溫度曲線下面積，與標準加熱試驗相比較時間-溫度曲線面積差值，分別是 24.7%與-3.95%，圖 3-12 中亦有-17.6%之差值（時間累計至 33 分鐘）。因此，撒水幕在降溫方面，應有良好的成效。. 26.

(28) 1200 標準溫度曲線未撒水火場內9點平均溫度有撒水火場內9點平均溫度. Temperature(℃). 1000. 800. 600. 400. 200. 0 0. 5. 10. 15. 20. 25. 30. 35. Time(min). 圖 3-15 撒水幕對火災室天花板平均溫度之影響. ２撒水幕若搭配足夠空間，可以達到良好的隔熱性能。從第二次試驗（防止水平延燒擴大）之圖 3-13 與圖 3-14，發現撒水幕若能配合適當安全距離，或是參考圖 2-1 的形式，在設計應用撒水幕時，可增加設計之彈性化。３水幕之管路與接頭處理，應考慮火害問題，以確保撒水頭之穩定性，方能獲得水幕之完整防護。另外，撒水頭之撒水角度與是否形成均佈之水幕，皆會影響撒水幕之隔熱性能。４從實驗中發現影響撒水幕隔熱或耐火性能之變數仍多，例如：水壓、水幕寬度、水幕密度、空間與距離等，尤其是水幕的水粒子，會隨下方新鮮空氣流入，影響燃燒行為，導致再現性仍需再探討。５撒水幕系統是抽水加壓設備，經由管路將壓力水送至撒水頭後撒下形成阻絕火熱之水幕帶，因此整個系統的可靠性需確保，否則難以達成水幕之效果。. 27.

(29) 肆、結論與建議 4-1 結論本計畫旨在實驗驗證現行評定標準，瞭解撒水幕系統之設計與應用之問題，獲得之結論如下：１現行撒水幕之測試與評定標準，在測試與性能評定方面，應屬可行。２撒水幕對火場的溫度有降低作用，會延遲旺盛期之燃燒行為。３撒水幕搭配足夠的淨空空間，或是加寬水幕寬度，可以使撒水幕達到良好的隔熱性能。. 4-2 建議在現行測試與評定標準方面：１參考 CNS 1387 對火源排列模型，補充加熱條件與火源點火方式，並將試驗平均溫度與 CNS 12514 之標準加熱曲線下時間－溫度面積，進行檢討。２在水平區劃（原圖三、圖四）溫度測定位置方面，由於火災高熱在開口上緣會出現較危險的高溫，設置之九點，其中上排三點設於天花板下緣 20 ㎝處，下排三點設於高度之二分之一處，中排設於上、下兩排中間處。. 在法令修改方面：１在研究中發現撒水幕裝置於外牆開口處，雖然撒水幕具有某種程度隔熱效果，但仍很難具有防止向上延燒的性能。建議建築設計規則建築設計施工篇第 75 條增訂「撒水幕裝置於外牆開口處不得單獨使用」。２為避免與消防署依公共危險物品及可燃性高壓氣體設置標準暨安全. 28.

(30) 管理辦法第三十七條第二項規定訂定之「防火牆及防火水幕設置基準」中之「防火水幕」相混淆，建議於建築設計施工編第一條，增設「撒水幕」之定義：「撒水幕為以壓力水透過水幕噴頭，噴出後形成水幕，用於阻隔火焰穿透、隔熱降溫、遮煙減煙之防護系統。」. 在後續研究方面：１由於撒水幕系統單獨使用時，失效之風險仍高，建議可與其他設備共同使用，如搭配玻璃（即噴淋玻璃）、防火捲帘、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。２若能朝提高噴水壓力與減小水滴顆粒，加入水細霧，應能改善撒水幕所需之用水量大之問題。３若能結合分析軟體，或數值模擬方式，掌握撒水幕水膜阻熱之機制，當能減少試驗費用與試驗複雜度。. 伍、參考文獻１.室崎益輝，建築防災與安全，鹿島出版社，1993。。２.雷明遠，新建築技術規則對防火材料之影響，2004 消防與防災論壇，2004 年 3 月。３.蕭江碧、張俊哲，「建築技術規則防火安全有關規定增修訂之研究第三章部分條文」，內政部建築研究所研究計畫成果報告，民國八十九年。４.「建築技術規則」總則編及建築設計施工編部分條文，內政部台營字第０九二００八八一六九號令，民國 92 年 8 月 19 日。５.「撒水幕系統測試及審查評定標準」，財團法人中華建築中心，民國 93 年。. 29.

(31) ６ .Ingberg, S. H.,Tests of the Severity of Building Fires, Quarterly of the NFPA. Vol.22,1928 ７.「建築物綜合防火設計法，第二卷. 出火擴大防止設計法」，日本建. 築中心，1989。８.「建築技術規則」，營建雜誌社編印，民國 93 年 6 月。９.「自動噴水滅火系統設計規範」（GB50084-2001），中華人民共和國國家標準，2001 年。 10.池田憲一等，「ドレソチヤ─設備の遮熱性能に關する實驗 ─その 1 實驗方法─」，日本建築學會大會學術講演梗概集(北陸)2002 年 8 月，第 249-250 頁。 11.水落秀木等，「ドレソチヤ─設備の遮熱性能に關する實驗 ─その 2 實驗結果─」，日本建築學會大會學術講演梗概集(北陸)2002 年 8 月，第 251-252 頁。。 12. 水落秀木等，「水幕システム等の遮炎性能評價に關する研究(その 2)─フラシトタイプの水幕による溫度低減效果に關する實驗 ─」，日本建築學會大會學術講演梗概集(東海)2003 年 9 月，第 291-292 頁。 13.林龍也等，「水幕システム等の遮炎性能評價に關する研究(その 3) ─廣範圍水幕による溫度低減效果に關する實驗─」，日本建築學會大會學術講演梗概集(東海)2003 年 9 月，第 293-294 頁。 14.Fong, N.K., W.T. Chan, ’On the properties of a water curtain discharged from a drencher system’, International Journal on Engineering Performance-Based Fire Codes, Vol. 3, No. 2 p. 87-91 (2001). 15.「建築物綜合防火設計法，第四卷 1989。. 30. 耐火設計法」，日本建築中心，.

(32) 陸、附件期初簡報會議紀錄及處理情形：項次 1. 審查意見. 處理情形. 馮俊益組長：. 已納入計畫內參考。. 1.撒水幕為確保其防止火災延燒功能，應考量其遮熱性及動作信賴性。 2.國內已有應用實例，建議納入研究參考。 2. 莊素琴組長：. 有關試驗操作、數據記錄分析等 1,對於國內建築法規施行防火區劃性能設，於執行計畫報告中詳實記載。計有相當助益。 2.預定進行之試驗尚無制式標準可參考，有關實驗操作步驟、數據紀錄分析及建議標準可行性都需謹慎為宜。. 3. 吳世欽建築師：. 有關試驗計畫部分，納入計畫執 1.撒水幕系統設置之水量需求、蓄水池規模行時參考。大小、放水時間、排水等設計實際問題，應一併考量。. 4. 郭全豐工程師：. 於計畫內對現有評定標準加以 1.本案配合建築技術規則性能設計之需，研補充驗證。究成果可供辦理撒水幕系統之審查評定之用，期待研究成果可供本中心應用。. 5. 陳建忠組長： 1.希收集撒水幕系統之種類、工法分類，以 1.納入文獻收集範圍。明確化其定義、範圍，如法規需修正者， 2~5.於計畫執行中納入參考。可提具體建議。 2.撒水幕系統對應於防火區劃、外牆之同等防火性能，又其在設備規格上應具有之條件，希提出可行基準。 3.有關驗證撒水幕系統之效能，考慮採用與防火區劃、外牆相同之標準火災曲線較具公信力。至使用火載量評定之方法，應提供試驗火載量訂定標準。 4.撒水幕系統如遮煙性能差，是否考量與其. 31.

(33) 他工法併用，如加上鐵捲門、玻璃等。 5.計畫書內容、方法、步驟、預期完成工作及成果等，希再多加充實。 6. 業務單位:. 1.於計畫執行中納入考量。. 1.本案研究預期目標是希提出具體可行之撒水幕系統試驗規定及合格性能基準，希參考國內外標準或規範格式提出具體條文建議。 2.有關計畫書所提撒水幕系統全尺度火災實驗，希事前安排專家座談對實驗操作內容提供意見，最後實驗準備之試體、設備等細節及結果應詳載於報告書。 7.. 主席指示及決議事項:. 遵照辦理。. 有關「撒水幕防火設備評定標準相關之研究」實驗如需利用本所台南防火實驗室場地請儘早聯繫實驗室安排。. 期中簡報會議紀錄及處理情形：項次 1. 審查意見. 處理情形. 林教授大惠：. 已納入計畫內參考。有關數值模 1.宜針對撒水幕與火焰間之交互作用多蒐擬方式，擬建議為來研究之參考集資料，或從實驗驗證予以探討，以確實。掌握實際有用因子，供增修訂有關評定基準。 2.實驗部分應適切考慮火焰輻射熱對於水幕厚度影響。 3.建議考慮利用數值模擬方式預測火焰輻射熱對水膜成膜行為，以減低實驗複雜度。. 2. 蔡教授榮鋒：. 納入研究參考。. 1.有關文獻蒐集及實驗規劃已完成，應積極進行實驗工作。 3. 邱教授文豐：. 1.中國大陸之文獻以納入研究 1.文獻蒐集建議增加日本建築基準法、消防中，日本與澳洲之基準與法規，法施行細則、澳洲 AU DR03577 Part 2.5 與本研究有關者，將列入參考。. 32.

(34) 、中國大陸等規範。. 2. 在第二章已作定義。. 2.撒水幕系統建議作適當定義，以區分 3.4.內入研究參考。 Drencher 及 Water Curtain。 3.建議未來法制化作業時，能考量若干設計參數：撒水幕型態式，區劃用途、室內或外用、建築物使用類場所別等。 4.引用中華建築中心評定基準，所採用燃燒燃燒型態之等效防火時效恐與 CNS 12514 有差異，火災猛烈度影響因子不僅有火載量，尚有開口通風率、周壁熱傳導率…等，建議可參考日本指定撒水幕為 20 分鐘防火時效，但如何證明應是重點。 4. 嚴研究員定萍：. 納入研究考量。. 1. 撒水幕系統判定基準如能對應於 CNS 12514 防火區劃應屬正確方向，建議檢討國內外標準差異及優劣比較。 2.實驗結果之再現性應予重視。 5. 馮組長俊益： 1.建議本案以實驗結果對中華建築中心評 1.於計畫執行中納入參考。定基準再予印證分析，進一步提出修訂建議。 2.有關試驗計畫建議列明撒水幕噴頭之規格，目前日本法規已有定型化規格，建議蒐集納入成果報告。 3.撒水幕能否替代區劃構造使用，其可靠度應予重視。. 6. 中華民國建築師公會全國聯合會：. 1.於計畫執行中納入參考。. 1.研究成果應回歸至如何與建築技術規則配合應用。 7. 台北市消防設備師公會：. 1.於計畫執行中納入參考並予 1.建議修正期中報告 p.19 圖 2.4、p.23 圖修正。 2.8、p.24 圖 2.9 有關「立體圖」為「昇位圖」。 2.水系統之水力水量計算宜再核對確認。陳建忠組長：. 33.

(35) 1.撒水幕系統對應於防火區劃牆之同等防納入計畫中參考。火性能，應就阻熱、阻焰、穩定性等防火性能與 CNS 12514 檢討，並蒐集國外資料，據以具體提出提出建議。 2.本研究原擬定評定基準，惟中華建築中心已提送營建署認可，是否調整後續研究重點。 3.相關實驗是否考量在中華建築中心場地進行，以增加民間現地實驗之可行性。 4.簡報所舉應用實例，經實際瞭解，撒水後走廊大理石地面因濕滑，可能造成避難時摔傷之負面效果。 8. 業務單位: （會後整理）. 1.於計畫執行中納入考量。. 1.重申本案研究預期目標是希提出具體可行之撒水幕系統試驗規定及合格性能基準，希就現有評定基準研提增修具體條文建議。 2.撒水幕與防火門、窗同為建築技術規則規定之防火設備之一，在設計應用上建議宜定位為區劃開口部防火設備，似不宜視為防火區劃牆之替代設計，因此建議研議撒水幕使用之開口部是否有需要限制大小範圍。 3.實驗裝置建議可增加高速攝影機及紅外線熱像儀，藉以觀測煙氣遮蔽效果。 7.. 主席指示及決議事項:. 遵照指示辦理，研究重點放在對有關「撒水幕防火設備評定標準相關之研究現有評定基準之補充驗證。」，研究重點應對現有評定基準加以補充驗證，提出增修建議或整合現有基準重新研擬。. 34.

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