Page 21 - 2026-消防月刊-7月-015期

Fire
Safety 消防做得好 居家安全沒煩惱
財團法人消防安全中心基金會 Monthly
January 2026

圖5 畢奧數公式中包含熱對流係數 h、特徵長度 L（材
料體積 V 與其能夠對流散熱之表面積 A 的比值）以及
固體熱傳系數 k。若以白話說明，當畢奧數及小趨近
於 0 時，代表此塊材料幾乎沒有受到極端的對流熱傳
與固體熱傳的作用，亦即此固體幾乎不存在極端冷熱
差 [1]。反觀若此塊材如同前述假想情況下，單側冷
卻、另一側保持高溫狀況時，將使得畢奧數分子變得
極大（曝水面吸收固體熱量極快速）、而固體熱傳導
速率則相對較小的期況，也就是畢奧數值變為遠大於
數值一之狀況，此情況代表材料遭受極端冷熱不均的
情形。

排煙閘門氣密性檢測實景（由陽鼎實業股份有限公司專業提供） 美國航太力學研究學者 Manson，於 1953 年發
表了當材料遭受極端溫度差時所能產生最大的熱應力
火場中高溫射水對於閘門之影響 理論公式 [2]，後續研究進一步結合畢奧數，探討在
有限對流熱傳條件下的熱應力行為 [3]；在材料工程
火災學中有說明的複燃現象（Backdraft），對於
實務上，該暫態熱應力常被簡化擬合為下列關係式：
許多消防專技人員可能只是應付國家考試的一重要考科
觀念，但對於站在第一線的消防搶救人員，可是攸關其
生命安全的重要護身符。讀者可試想一個火場中的情
若依照剛才的假想情境，閘門葉片材質若選為結構碳
況，某一區劃空間燃燒後，鄰近排煙區劃排煙口尚未開
鋼的狀況下，在高溫 600℃情況下α≈ 1.35 × 10^
啟，但起火空間排煙口已經開啟進行排煙行為，簡言之，
(-5) K^(-1)、E ≈ 63.86 GPa、ν≈ 0.30。帶入熱應力
排煙系統內已經充滿高溫的煙氣且其餘未啟動的排煙口
公式，我們可得到約在 600℃情況下閘門葉片若瞬間
在風管內側面已經承受極大之高溫。若此時搶救人員在
遭受水柱衝擊冷卻時，將會產生如此巨大之應力：
鄰近未起火空間進行水線防護時，高壓力且低溫的水柱
不幸地往未起火空間之排煙口噴射，將有可能因為瞬間
的熱應力以及水柱壓力造成閘門破裂開啟，促使大量的
煙氣通往未起火空間，甚至與該區劃空間新鮮空氣混合 對照碳鋼於 600℃時的降伏強度約莫為 0.12GPa，也
造成複燃現象產生，使搶救人員的生命暴露於極高危險 就是說，單純考慮對於高溫閘門射水後，強大的冷熱
中。 溫差所產生的 – 熱應力，就已高於碳鋼材料在此溫度
為了讓讀者能夠體會此巨大的瞬間熱應力，編者假 下所具有的最大強度。換言之，不考慮水線放射出的
設某一火場已達最盛期並且排煙系統已經自火災發生後 壓力情況下，只要水分接觸到高溫閘門，便會使葉片
便持續運作，造成排煙風管內部的煙氣已達均溫 600℃ 出現極大的內應力而破裂洩漏的情況產生。
的狀況。此時消防搶救人員利用 20℃的水線射擊起火空 為了避免如此情況發生，UL555S 中要求射水試驗
間旁尚未開啟的排煙口。 （Hose Stream Test）藉此確保經過 UL 防火時效認
從固態物理角度思考此問題，當某塊固體材料單面 證的閘門，能夠於災害發生時，減少因為消防搶救人
受到極高溫的情況下（類似假想狀況中的閘門葉片靠近 員突然射水後所產生可能的炸裂情況。其測試方式大
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風管測），若突發性地於該材料另一測給予低溫冷卻（類 致如下：
同於閘門葉片另一測遭受水柱沖擊），則將會對於使得 1.測試閘門於耐火爐中完成廠商宣告之額定防火時
材料內部之熱能分布達到一個極度不均勻的分布狀況。 效（通常為 1.5 小時或 3 小時，並且遵循 ASTM
法國物理學者為了描述如此熱能分布的狀況，於熱傳學 E119 / UL 263 升溫曲線烘烤至近 1000° C）。
中提出畢奧數（Biot Number）進行描述： 2.時序轉置界限：耐火烘烤截止後，必須於 1.5 至
3 分鐘之極短黃金時間內，迅速將燒至發紅之組

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