二氧化碳滅火設備

消防設備師必考!一次掌握二氧化碳滅火設備的3個重要計算題型

最後更新日期: 2023-06-26

在一些不能使用水來滅火的場所中(如電信機房、高科技廠房、檔案室等),大多都會使用二氧化碳滅火設備來降低滅火時造成環境、設備的損壞。考試時也很常考二氧化碳滅火設備的題目,尤其消防設備師「化學系統消防安全設備」幾乎是每年必考1題!

由於考試幾乎都是考計算題,有些人看到計算題就會覺得很難、想放棄,所以這篇文章我會幫你整理3個重要的計算題型,用最簡單的方式一步一步教你算出答案,只要你掌握原則和方法,無論遇到任何題目都可以迎刃而解

【下面的解說圖片如果看不清楚,可以點擊這裡下載PDF檔】

滅火藥劑量

第一個最常考的就是計算滅火藥劑量,計算方法寫在各類場所消防安全設備設置標準第83條,分為全區放射方式局部放射方式。下面我幫你做了整理,也有找幾個題目來算給你看

全區放射

全區放射方式的計算又分為「一般場所」和「危物場所」兩種狀況,算法都不難,就是單純依照下面的表格的數據,把防護區域開口部的數字代入計算就好。如果防護區域內的開口都可以在二氧化碳放射時自動關閉,那就不用計算開口部所需的追加滅火藥劑量

全區放射方式所需滅火藥劑量
全區放射方式所需滅火藥劑量

一般場所計算範例

110年設備師有考過一般場所的全區放射的題目,計算方法如下圖。遇到一般場所的計算題,基本上就是三個步驟:

  1. 計算防護區域所需滅火藥劑量
  2. 計算開口部所需追加滅火藥劑量
  3. 計算所需滅火藥劑總量
二氧化碳滅火設備

危物場所計算範例

112年設備師考的則是危物場所的全區放射的題目, 計算方法如下圖。遇到危物場所的計算題,會再多一個「加乘係數」的步驟:

  1. 計算防護區域所需滅火藥劑量
  2. 計算開口部所需追加滅火藥劑量
  3. 計算所需滅火藥劑總量
  4. 乘上設置標準第222條規定之加乘係數
全區放射方式所需滅火藥劑量

局部放射

局部放射方式的計算比較複雜,會需要比較多的步驟。首先我們要先知道防護對象的狀況,不同狀況會有不同的計算方法,法規分為兩種:

  1. 可燃性固體或易燃性液體存放於上方開放式容器,火災發生時,燃燒限於一面且可燃物無向外飛散之虞者
  2. 其他防護對象
局部放射方式所需滅火藥劑量

存放於上方開放式容器,燃燒限於一面且可燃物無向外飛散之虞

第一種狀況的計算比較簡單,就是用防護對象表面積 X 13 X 追加倍數就好。不過這種狀況的「燃燒限於一面」到底指的是哪一面?我在解釋令和參考書裡都沒有看到比較明確的解釋,所以我也不確定現實中到底什麼狀況可以適用這種算法。不過就算不知道這種狀況指的是什麼也沒關係,因為考試基本上不太會考,大部分都還是考第二種狀況

其他防護對象

第二種狀況針對其他防護對象,就要用假想防護空間 X Q X 追加倍數來計算,而假想防護空間指的是「距防護對象任一點0.6公尺範圍空間」,也就是以防護對象為中心往四周和往上0.6公尺內的範圍

這種狀況在計算時,另一個比較麻煩的是Q(假想防護空間單位體積滅火藥劑量)。Q的計算方法在消防署85年10月8日台內消字第8584154號解釋令提案13有提到,跟防護對象周圍有沒有牆、距離牆壁多遠都有關係

  • 因A係指假想防護空間,故不論其周圍 0.6 m 範圍內是否有牆壁存在,均應合計假想防護空間體積之牆壁面積
  • a為防護對象周圍實存牆壁面積之合計,故該實存牆壁面積應以防護空間範圍內之實存牆壁合計之

解釋令有實際畫圖舉例計算A和a,不過只有平面圖比較不好理解,所以我嘗試畫了幾張立體圖,讓你可以看得比較清楚一點

二氧化碳滅火設備
設置標準第83條計算A、a

從這幾個範例可以得知,無論防護對象周圍有沒有牆、距離牆壁多遠,A永遠都是定值,因為都是「假設防護對象周圍0.6公尺有四個牆壁」,然後計算這四個牆壁的面積的總和

而a會因為周圍實際有幾個牆壁、距離牆壁多遠而有所不同。如果防護對象只有靠著一面牆或距離一面牆0.6公尺以下,只要計算那面牆的面積就好。而那面牆的寬度和高度是:

  • 牆壁寬度:防護對象寬度 + 0.6 + 0.6 (m)
  • 牆壁高度:防護對象高度 + 0.6 (m)

如果防護對象靠著兩面牆,或距離兩面牆都在0.6公尺以下,就要算兩面牆的面積總和。而這兩面牆的寬度和高度也不太一樣,寬度只有加一個0.6公尺:

  • 牆壁寬度:防護對象寬度 + 0.6 (m)
  • 牆壁高度:防護對象高度 + 0.6 (m)

局部放射方式所需滅火藥劑量的計算方法比較繁瑣,不過基本上就是下面四個步驟。我用111年設備師考試的題目來當作範例,分別計算四周都沒有牆、有兩面距離牆壁0.6公尺以下的狀況給你看

  1. 計算假想防護空間
  2. 計算A、a
  3. 計算Q
  4. 計算所需滅火藥劑量
二氧化碳滅火設備
二氧化碳滅火設備

滅火設計濃度

空間中二氧化碳的濃度愈高,氧氣濃度就會愈低,當二氧化碳的濃度足夠讓氧氣低於15%,使燃燒無法持續進行時,這時候二氧化碳的濃度就是「滅火設計濃度」,或叫「設定濃度」、「滅火濃度

滅火設計濃度的算法是滅火藥劑量/(空氣量+滅火藥劑量)。要注意的是,前面我們算的滅火藥劑量都是「重量」,而要算滅火設計濃度必須使用「體積」,所以會需要換算。換算的方式有很多種,我自己比較常用的是下面這兩種:

  1. 若題目有給壓力(P)、溫度(T):使用PV=nRT
  2. 若題目沒有給任何環境條件:用標準狀態或常溫常壓的莫耳體積換算
滅火設計濃度

109年設備師的題目有考滅火設計濃度的計算。首先,我們一樣要先算出所需的滅火藥劑量,這題因為是全區放射方式,所以只要簡單代入表格的數據就可以算出需要414公斤的二氧化碳,每一個噴頭的放射率則是103.5 kg/min

滅火設計濃度

接著把二氧化碳的重量換成體積。由於題目沒有給任何環境條件,因此我們可以自行假設用標準狀態或常溫常壓來計算。算出來分別是30.51%和32.44%

滅火設計濃度
滅火設計濃度

這邊要注意的是,申論題的計算題目如果沒有給足條件,那就不會有一個「標準答案」,因為所有人都可以自己假設條件,只要條件假設合理、推導邏輯正確、計算過程沒有錯誤,算出來的數字都可以是正確答案。所以你也不用太糾結跟別人算的不一樣,有時候只是條件假設不同而已

一小時後剩餘濃度

防護區域內如果一直充滿高濃度的二氧化碳,人員就沒辦法進入查看狀況、進行後續的復原工作,所以設置標準第94條有規定,不論全區放射或局部放射,滅火藥劑都必須在1小時內排出。而如果使用機械排放的方式,排風機也必須能在1小時內換氣5次

所以這時題目就會問,1小時後空間內的二氧化碳剩餘濃度是多少?如果以1小時換氣5次的狀況來計算,每次換氣需要12分鐘,也就是每分鐘會將空間內1/12的空氣交換出去,因此每過1分鐘空間內二氧化碳的濃度就會變為原本的11/12

如果要詳細地計算剩餘濃度,會需要用到微積分,我把推導過程寫在下面,但你也可以直接記結論:一小時後剩餘濃度 = 滅火設計濃度 X 0.0067

一小時後剩餘濃度

112年設備師的題目有考一小時後剩餘濃度計算。第一步仍然是要先算出所需的滅火藥劑量,我們在上面有提到所需的滅火藥劑量是3240公斤

全區放射方式所需滅火藥劑量

第二步將滅火藥劑量的重量轉換成體積,由於題目有給壓力和溫度,所以可以用PV=nRT來換算,算出來體積為1799.38 m3,為了方便計算,我們可以直接假設體積為1800 m3

寫這個題目時會遇到一個問題,法規中沒有明確說明排風機的換氣量怎麼計算,是「空間體積/時間」?還是「空間內所有氣體的總體積/時間」?我認為應該用空間內所有氣體的總體積/時間來算比較合理,畢竟整個空間裡包含著空氣和二氧化碳,而排風機是把所有氣體一起排出去的,所以應該要用「所有氣體的總體積」來算才對。因此這題的換氣量算出來應該是350 m3/min

一小時後剩餘濃度

第三步計算滅火設計濃度,計算出來為42.86 %。最後一步計算一小時後剩餘濃度,算出來是0.287 %

一小時後剩餘濃度

原則上大部分的考試應該都是以一小時換氣5次來計算,所以可以直接代入上面的結論公式。但如果像是108年設備師的題目改成「一小時換氣6次」,可能就要重新推導計算,因為每次換氣變成需要10分鐘,也就是每分鐘會將空間內1/10的空氣交換出去,每過1分鐘空間內二氧化碳的濃度變為原本的9/10

一小時後剩餘濃度

總結

上面我幫你整理了二氧化碳滅火設備最常考的3個計算題型:滅火藥劑量、滅火設計濃度、一小時後剩餘濃度。而不管題目怎麼出,第一步都是要先算出「滅火藥劑量」,所以你一定要優先搞清楚設置標準第83、222條的條文才行!一定要把全區放射的表格數字記熟,把局部放射的Q、A、a的計算都熟練

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