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研究生:蕭震銘
研究生(外文):Chen-ming Hsiao
論文名稱:建築材料熱傳導性質對燃燒行為之影響研究
論文名稱(外文):Influence of thermal conductivity of building materials on their burning behaviors.
指導教授:蔡匡忠蔡匡忠引用關係
指導教授(外文):Kuang-Chung Tsai
學位類別:碩士
校院名稱:國立高雄第一科技大學
系所名稱:環境與安全衛生工程研究所
學門:工程學門
學類:環境工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2011
畢業學年度:99
語文別:中文
論文頁數:127
中文關鍵詞:電腦評估方法高溫熱傳導係數
外文關鍵詞:high temperaturethermal conductivityfire modeling
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現今國際上防火研究最被認同的室內裝修材料檢測方式為ISO 9705全尺寸標準房間試驗,但採用火害經驗公式及電腦模擬評估方法亦為分析壁裝材料火害程度的方法,然而目前此類火害經驗公式及火災模擬評估方程式所使用之熱傳導係數皆為室溫下之定值,且一般材料若暴露於高溫狀態,因其內部分子碰撞較為激烈,將使熱傳導係數攀升,因此本研究探討暴露不同溫度下所得到材料之熱傳導係數,輸入火災趨勢發展方法,其結果是否受影響?
本研究測量矽酸鈣板、石膏板、合板、硬質纖維板、木片水泥板及PMMA室溫與高溫熱傳導係數,並輸入電腦評估方程式(引燃時間評估方程式及ISO 9705房間試驗模擬),探討材料室溫與高溫熱傳導係數對其模擬結果(引燃時間、火場情境)之效應。
引燃時間評估方程式部份,研究結果顯示材料熱傳導係數為室溫下之定值(k=constant)其引燃時間隨熱通量增加而減少;材料熱傳導係數為為非定值(k=f(T)),溫度對熱傳導係數效應並不明顯(合板、硬質纖維板),僅木片水泥板隨溫度上升其熱傳導係數變化較為明顯,但上述結果與圓錐量熱儀數據呈現大不相同,因評估方程式所假設之半無限大之熱傳遞與實際受熱材料之厚度存在極大差異,造成實驗與評估方程式結果大不相同之主因。
ISO 9705房間試驗模擬部分,研究結果顯示矽酸鈣板、石膏板、合板、硬質纖維板及木片水泥板,無論熱傳導係數為何(k=constant or k=f(T)),其模擬結果大致相同,造成此結果可分為二部分解析,對矽酸鈣板、石膏板及木片水泥板而言,因材料受熱後未發生擴大延燒之情境,材料對火場之影響不明顯;對合板及硬質纖維板而言,因溫度對其熱傳導係數效應並不顯著,造成材料室溫與高溫之熱傳導係數對ISO 9705房間試驗模擬火災情境大致相同。
Empirical correlations and fire models are commonly used to predict the fire behaviors of interior finish materials. In the correlations and fire models, the thermal conductivity of a material is a necessary input, and the thermal conductivity applied is often the one measured at ambient temperature. However, during fire growth, the temperature of a material increases. This study analyzes the effect of variation of thermal conductivity used in empirical correlations and fire models.

Materials used were calcium silicate board, gypsum board, plywood, hard-fiber board, wooden cement board, and PMMA. Measurements made included the thermal conductivity at ambient and high temperature, ignition temperature, and critical heat flux for ignition. These measurements were applied in the correlation for ignition time prediction and fire behavior in a room with size of ISO 9705.

The data showed that the empirical correlation totally cannot predict the time to ignition no matter the thermal conductivity used were at ambient or high temperature. The reason may come from the assumption of the correlation derived for semi-infinite materials. This consumption is far from the reality.

The predictions of fire behavior in ISO 9705 rooms showed that the effect of variation of thermal conductivity was insignificant. For those not-ignited materials, the fire did not grow. For those ignited materials, the temperature effect of thermal conductivity was not strong according to thermal conductivity measurements. The effect of variation of thermal conductivity due to temperature was consequently not obvious in ISO 9705 room fire predictions.
摘要 I
ABSTRACT II
誌謝 III
表目錄 VII
圖目錄 VIII
第一章、緒論 1
1.1 研究動機與目的 1
1.2 研究方法 1
1.3 研究流程 2
第二章、文獻回顧 3
2.1 熱科學 3
2.1.1 熱傳遞 3
2.1.2 熱傳導係數之定義 4
2.1.3 量測熱傳導係數之技術簡介 5
2.2 建築物火災成長過程及壁裝材料之影響 9
2.2.1 材料之火害反應 11
2.3 壁裝材料分析法 14
2.4 電腦模擬軟體應用 19
2.4.1 FDS 火災模擬軟體簡介 20
2.4.2 國內外使用FDS 模擬火災文獻回顧 23
2.5 小結 28
第三章、熱傳導係數對引燃時間之影響 29
3.1. 實驗目的 29
3.2 實驗設計與方法 29
3.2.1 實驗材料 29
3.3 材料性質分析 36
3.3.1 無機材料性質分析 36
3.3.2 有機材料性質分析 38
3.4 室溫熱傳導係數與引燃時間評估 42
3.4.1 圓錐量熱儀實驗結果與分析 42
3.4.2 材料室溫k值引燃時間評估結果與分析 43
3.5 高溫熱傳導係數與引燃時間評估 50
3.5.1 實驗結果與分析 50
第四章、房間試驗之FDS模擬 57
4.1實驗目的 57
4.2 房間試驗之FDS 模擬空間規劃 57
4.3 FDS 房間試驗參數選擇 59
4.3.1 FDS 房間試驗參數選擇 59
4.3.2 FDS 房間試驗格點分析 61
4.4 FDS 模擬結果與比較 63
4.4.1 ISO 9705房間試驗模擬結果之比較 63
4.4.2 天花板下方5cm 處測點溫度 71
4.4.3 地板熱通量 78
4.4.4 房間氧氣濃度 85
4.4.5 房間CO2 濃度 91
4.4.6 房間CO 濃度 97
4.4.7 裝修材料表面溫度 103
4.5 小結 114
第五章 結論與建議 115
參考文獻 124
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