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春和薛
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1 勞工安全衛生研究季刊民國 100 年 9 月第 19 卷第 3 期第頁綜論 1 吳聰敏 2 何三平 3 張慧蓓正大消防器材工程行長榮大學國立成功大學摘要火警探測器, 乃火警自動警報設備系統構件中, 相當重要之感知元件其性能良好與否, 亦關係著該系統能否發揮其早期偵知火災之功能然吾人發現, 國內現行消防安全設備檢修申報及作業基準中, 對於偵煙式局限型探測器之煙感度試驗項目, 並無明確之合格判定範圍值, 而加煙動作試驗項目對第二種偵煙式探測器所規定之合格動作時間為 60 秒, 但實驗結果發現新品偵煙式探測器均在 10 至 20 秒內作動由實驗結果亦發現, 偵煙式探測器之煙感度數值, 並未隨裝置使用時間之增長而衰退, 而在一定範圍內變化其數值 ; 加煙動作時間值則隨裝置使用時間之增長或裝置場所特性, 而使其動作時間呈快速作動之趨勢此種結果顯示, 有關偵煙式局限型探測器性能之合格判定, 若藉由煙感度試驗器對其進行煙感度試驗, 並無法有效得知該探測器之良好與否, 而經由加煙試驗器對偵煙式局限型探測器進行加煙動作試驗所得之動作時間值在 3.5 秒以內時需更換探測器, 而加煙試驗探測器動作時間位於秒內為合格之探測器, 此結果可作為修正檢修基準探測器合格之判定基準關鍵詞 : 偵煙式探測器煙感度試驗加煙動作時間探測器誤動作民國 100 年 7 月 25 日收稿, 民國 100 年 8 月 10 日修正, 民國 100 年 8 月 25 日接受通訊作者 : 何三平, 長榮大學職業安全與衛生學系, 電子郵件信箱 :spho@mail.cjcu.edu.tw 448

前言偵煙式局限型探測器, 為現行實務上經常使用之火警探測器種類, 然因其不預期引起火災誤動作之機率較其他種類為高, 使得設置之火警系統經常被關閉而失效, 甚至因為此種行為導致裝置場所蒙受瞬間停工之重大損失又國內實施之消防安全設備檢修申報制度, 其目的係藉由專業技術人員之技術能力與其使用之檢測儀器功能外, 並透過定期檢測與合格判定方式, 以決定消防器材商品之退場機制, 使其達到準確發訊

2 前言偵煙式局限型探測器, 為現行實務上經常使用之火警探測器種類, 然因其不預期引起火災誤動作之機率較其他種類為高, 使得設置之火警系統經常被關閉而失效, 甚至因為此種行為導致裝置場所蒙受瞬間停工之重大損失又國內實施之消防安全設備檢修申報制度, 其目的係藉由專業技術人員之技術能力與其使用之檢測儀器功能外, 並透過定期檢測與合格判定方式, 以決定消防器材商品之退場機制, 使其達到準確發訊隨時保持堪用之最佳狀態因此, 檢測儀器之使用方法與合格判定方式必須正確, 方能達成預期之目的國內火警探測器認可基準 [1], 將偵煙式探測器依其動作原理而區分為兩大類, 即離子式與光電式兩種並依靈敏度之不同而區分為 1 種 2 種及 3 種等三個等級而在 NFPA72[2] 中, 對於偵煙式探測器並無分類, 只給予測試標準, 此測試標準乃以汽油聚苯乙烯木頭和報紙當燃料, 凡是靈敏度於此範圍內皆是合格之探測器, 表 1 即為 UL 268 之測試標準在灰煙之情境中, 係以汽油或聚苯乙烯作為燃料, 亦即模擬發焰火災 (Flaming Fire) 而在黑煙之情境中, 則以木頭或報紙作為燃料, 亦即模擬悶燒火災 (Smoldering Fire) 場所消防安全設備檢修申報及作業基準第十章火警自動警報設備 [3] 之規定, 其性能檢查要項為加煙動作試驗 ; 綜合檢查項目則為煙感度試驗加煙動作時間之合格判定, 應符合表 2 所示時間內, 蓄積型探測器之動作時間, 則應在表 2 所示之時間加其標稱蓄積時間及五秒之時間內表 2 偵煙式探測器種類及動作時間表 [3] 動作時間探測器之種類探測器 1 種 2 種 3 種離子式局限型光電式局限型 30 秒 60 秒 90 秒 ( 資料來源 : 各類場所消防安全設備檢修申報及作業基準,2008) 現行使用之偵煙式局限型探測器, 以光電局限型探測器較為普及, 而其動作原理為散亂光式, 即平時無煙時, 光源發射之光束與光電素子呈垂直 90, 故光電素子並無法接收光源但煙粒子進入暗箱內部後, 將造成光束散亂現象, 而使光電素子接收到一定值之受光量後, 產生電阻值的變化, 因而增加電流, 當增加之電流為開關回路檢出時, 即傳達火災訊息 [4] 如圖 1 所示 : 表 1 UL268 之測試標準可接受之作動範圍煙粒子顏色 % / m % / ft 灰色 1.6~ ~4.0 黑色 1.6~ ~10.0 ( 資料來源 :NFPA 72,2002) 另國內消防檢修實務上, 有關偵煙式局限型探測器性能檢測之要求標準, 乃依據各類圖 1 散亂光型示意圖 449

勞工安全衛生研究季刊民國 100 年 9 月第 19 卷第 3 期第 448-456 頁又於 Bjorkman 等人所發表之論文中, 得知偵煙式探測器之作動原理, 亦可利用對流擴散方程式來表示 :[5] (1) t: 時間 (s) m i : 內部煙氣密度 (db/m) m o : 外部煙氣密度 (db/m),l 為特徵長度 (m),v 為熱氣速度 (m/s) 當探測器於 tr 作動之瞬間,

3 勞工安全衛生研究季刊民國 100 年 9 月第 19 卷第 3 期第頁又於 Bjorkman 等人所發表之論文中, 得知偵煙式探測器之作動原理, 亦可利用對流擴散方程式來表示 :[5] (1) t: 時間 (s) m i : 內部煙氣密度 (db/m) m o : 外部煙氣密度 (db/m),l 為特徵長度 (m),v 為熱氣速度 (m/s) 當探測器於 tr 作動之瞬間, 探測器外面之煙層密度可寫成以下的形式 : 圖 2 偵煙式局限型探測器內部迷宮構造表 3 相關研究中特徵長度範圍研究人員離子式探測器 L(m) 光電式探測器 Heskestad Bjorkman et al. 3.2± ±2.7 Marrion 無測試 Oldweiler 無測試 (2) 當時, 可將之簡化為 : (3) 偵煙式探測器動作時間影響因子包含四個部分, 分別為探測器之敏感度 (Sensitivity) 延遲時間 (Time Delay), 以及煙的風速與密度 (Smoke Density) 敏感度的參數為作動密度 mr(smoke Density at Response) 單位為 db/m 延遲時間之參數則為特徵長度 L (Characteristic Length) 單位為公尺, 即煙由探測器外部進入到達探測器內部之距離, 由於偵煙式探測器內部為迷宮狀, 如圖 2 所示, 故特徵長度 L 而有所不同, 表 3 則為 SFPE 中許多研究中找出之特徵長度範圍 A. Fergusion 之研究論文中 [6], 說明火警自動警報設備發生誤報之比例, 就火警自動警報設備之構件而言, 以火警探測器之誤報最為常見, 其次依序為手動發信機受信總機警報裝置配線等之誤動作及其他不明原因, 而火警探測器發生之比例 ( 與真實火災警報相比 ) 則分別為差動式 15:1 定溫式 11:1; 光電式 14:1 離子式 25:1 H.Lack 之研究分析結果中 [7], 亦說明各類火警探測裝置火災誤報之比例 ( 與真實火災警報相比 ), 其中火警探測器發生之比例 ( 與真實火災警報相比 ) 則分別為偵熱式探測器 11.1:1; 偵煙式探測器 14.1:1, 該等結果與上述 A. Fergusion 之研究相當符合 450

該型試驗器適用於離子式與光電式偵煙式局限型探測器等兩種, 瓦斯發生罐則充填以 HFC-134a( 四氟乙烷 ) 為主要成分之氣體瓦斯, 如圖 3 所示加煙試驗器使用之目的, 主要係針對偵煙式局限型探測器動作之性能與其動作時間值等進行測試所使用的檢測儀器

實驗方法圖 3 加煙試驗器與瓦斯罐 ( 資料來源 : 網路資料蒐集整理 ) 煙感度試驗器使用之目的, 主要係防止偵煙式局限型探測器, 因長時間使用而導致其光電素子之靈敏度產生異常變化, 進而影響其探知火災訊息的功能, 所採用進行檢測之儀器者

4 研究方法 1. 實驗測試儀器本研究所採用之加煙試驗器, 為日本能美防災株氏會社所生產者, 型式為 FTG 012 該型加煙試驗器, 係採用瓦斯型, 並使用煙霧發生罐, 經由伸縮罩 (Cap) 套住探測器試樣, 按壓試驗器使之噴放模擬煙霧而進行試驗之儀器者該型試驗器適用於離子式與光電式偵煙式局限型探測器等兩種, 瓦斯發生罐則充填以 HFC-134a( 四氟乙烷 ) 為主要成分之氣體瓦斯, 如圖 3 所示加煙試驗器使用之目的, 主要係針對偵煙式局限型探測器動作之性能與其動作時間值等進行測試所使用的檢測儀器作動值, 係以電壓值 (V) 表示, 電壓值越高即表示作動濃度值越高 ; 反之則較低其型式如圖 4 所示 : 圖 4 煙感度試驗器型式外觀 ( 資料來源 : 網路資料蒐集整理 ) 2. 實驗方法圖 3 加煙試驗器與瓦斯罐 ( 資料來源 : 網路資料蒐集整理 ) 煙感度試驗器使用之目的, 主要係防止偵煙式局限型探測器, 因長時間使用而導致其光電素子之靈敏度產生異常變化, 進而影響其探知火災訊息的功能, 所採用進行檢測之儀器者本實驗所採用之煙感度試驗器, 係為油煙式煙感度試驗器, 由日本松下電工公司生產, 型式記號 :BG99103K 該型所量測之煙濃度本研究採用之試樣探測器, 係以國內消防實務上普及使用之 A B 兩種廠牌而其型式為光電局限型第 2 種偵煙式探測器作為研究主體其型式規格如表 4 及表 5 所示 : 實驗過程中, 先以 A B 廠牌新品探測器各 4 只作為標準試樣並使用加煙試驗器以 1 秒 3 秒 6 秒 9 秒等不同按壓時間替代按壓次數, 分別對偵煙式局限型探測器試樣進行動作時間之測試, 且量測並記錄依不同秒數所得加煙動作時間值之變化量, 以作為加煙試驗器測試結果準確性之依據加煙試驗器測試方式, 如圖 5 所示 : 451

勞工安全衛生研究季刊民國 100 年 9 月第 19 卷第 3 期第 448-456 頁表 4 A 廠牌外觀及型式規格表種類二種動作濃度 15% 30 秒內型號 CM-WT30L 外觀額定電壓

( 資料來源 : 網路資料蒐集整理 ) 表 5 B 廠牌外觀及型式規格表種類二種動作濃度 15% 30 秒內型號 EA-318 外觀額定電壓 24V DC 工作電壓 12V 至 35V DC

再藉由加煙試驗器與煙感度試驗器等檢測儀器, 對採集試樣探測器, 分別進行加煙動作試驗與煙感度試驗而試樣探測器之採集對象, 主要有三,(1)A B 廠牌之新品 (2) 裝置使用自 90 年至 97

5 勞工安全衛生研究季刊民國 100 年 9 月第 19 卷第 3 期第頁表 4 A 廠牌外觀及型式規格表種類二種動作濃度 15% 30 秒內型號 CM-WT30L 外觀額定電壓 24V DC 工作電壓 12V 至 30V DC 監視電流 60μA(max) 動作電流 100mA(max) 使用溫度範圍 -10 ~+50 使用濕度範圍 0~90% 本體外殼 PC-ABS 顏色米白色 ( 資料來源 : 網路資料蒐集整理 ) 表 5 B 廠牌外觀及型式規格表種類二種動作濃度 15% 30 秒內型號 EA-318 外觀額定電壓 24V DC 工作電壓 12V 至 35V DC 監視電流 40μA(max) 動作電流 60mA(max) 使用溫度範圍 -10 ~+50 使用濕度範圍 0~95% 本體外殼 ABS 樹脂材質顏色象牙白 ( 資料來源 : 網路資料蒐集整理 ) 最後, 再藉由加煙試驗器與煙感度試驗器等檢測儀器, 對採集試樣探測器, 分別進行加煙動作試驗與煙感度試驗而試樣探測器之採集對象, 主要有三,(1)A B 廠牌之新品 (2) 裝置使用自 90 年至 97 年不同使用年份者 (3) 裝置使用後曾發生誤動作紀錄者結果與分析 1. 加煙試驗器準確性之試驗圖 5 加煙試驗器測試方式本實驗乃使用加煙試驗器對 A B 廠牌之新品探測器進行加煙測試, 所得結果如圖 452

6 6 及圖 7 所示 : 圖 6 A 廠牌探測器加煙動作試驗結果使偵煙式探測器愈早動作才是, 然實驗所得結果似乎違反此一常理深究其原因發現, 造成此一現象應與試驗氣體之噴出方式有關平時, 瓦斯發生罐之內部氣體, 係以液化方式儲存於容器內部, 而當其瞬間釋出於常溫時, 則以噴流方式 (Jet) 為之, 此一噴流氣體在加煙試驗器伸縮罩內部形成亂流現象在此一噴流影響之情況下, 使得噴出之試驗氣體反而不易擴散至探測器內部暗室 ( 感知室 ), 終而導致偵煙式探測器之動作時間, 不因釋出氣體濃度多寡而造成明顯之差異由此可知, 日後在消防檢測實務上, 若使用瓦斯型之加煙試驗器進行加煙動作測試時, 並不需長時間按壓加煙試驗器, 即可使偵煙式探測器作動 ; 而長時間釋出試驗氣體之作為, 只是徒增浪費耗材成本, 並無任何意義可言 2. 不同使用年份與誤動作加煙動作時間值之變化分析本實驗係將裝置場所不同使用年份 (90 年至 97 年 )A B 廠牌之試樣探測器以及曾發生誤動作等之試樣探測器, 經藉由加煙試驗器對該等探測器分別進行加煙動作測試後, 觀測其動作時間之變化情形, 實驗所得結果如圖 8 圖 9 及圖 10 所示 : 圖 7 B 廠牌探測器加煙動作試驗結果依上述實驗所得結果顯示, 加煙試驗器在不同按壓秒數操作情況下 ( 即釋出試驗氣體濃度不同 ), 對於偵煙式探測器之動作時間並無明顯差異依偵煙式探測器之作動原理得知, 該探測器係以檢知煙氣濃度之多寡而決定其動作時間之快慢, 以常理判斷而言, 加煙試驗器按壓時間愈久, 產生煙氣之濃度愈濃, 本該會圖 8 A 廠牌不同使用年份之加煙動作時間測試結果 453

7 勞工安全衛生研究季刊民國 100 年 9 月第 19 卷第 3 期第頁圖 9 B 廠牌不同使用年份之加煙動作時間測試結果廠牌 90 年至 96 年使用年份試樣探測器之動作平均時間為 3.65 秒, 兩者動作時間數值相比較, 則不難發現探測器誤動作有其臨界值, 即加煙測試時間在 3.65 秒以上則不會發生誤動作之情形 ; 而位於 3 秒以內發生探測器誤動作之機率甚高此種結果即足以說明偵煙式探測器動作時間快至一定時間內, 將會增高偵煙式探測器火災誤動作之頻率 3. 不同使用年份煙感度之變化分析本項實驗, 係將採集於裝置場所使用不同年份 A B 廠牌之試樣探測器, 經藉由煙感度試驗器對該等探測器分別進行煙感度測試後, 觀測其煙感度數值之變化情形所得結果如圖 11 及圖 12 所示 : 圖 10 火災誤動作試樣探測器加煙動作時間測試結果經上述實驗結果發現, 當偵煙式探測器裝置於使用場所若干年份以後, 若使用加煙試驗器對其進行加煙測試時, 其加煙動作時間有呈快速作動之趨勢, 此一現象與一般認為, 偵煙式探測器應會隨使用時間之增長而有老化且動作時間變慢之趨勢相悖, 其中 B 廠牌受到年限之影響較大, 尤其超過 8 年以上更為明顯, 而 A 廠牌受年限影響較小, 但過於敏感為其缺點又經由圖 10 測試結果顯示, 該等發生誤動作之偵煙式探測器, 均有其共同之特性, 即加煙平均動作時間範圍均在 3 秒內作動, 而圖 8 A 圖 11 A 廠牌不同使用年份之煙感度試驗結果圖 12 B 廠牌不同使用年份之煙感度試驗結果 454

8 經由上述兩種 A B 廠牌之試樣探測器, 依其不同使用年份進行煙感度測試結果發現, 其煙感度數值並未因使用時間增長而有明顯之差異, 反而在一定數值範圍內上下變化其值此種煙感度測試結果與前面所進行之不同使用年份加煙動作時間測試結果, 呈現不同之現象, 即加煙動作時間係隨使用時間之增長而有加速作動之現象 ; 煙感度數值卻不因使用時間之增長而有所變化此種效應足以說明, 評估考量偵煙式局限型探測器使用年份有效性之影響因素, 應與其本身機能無直接之關係, 反而與加煙動作時間具有密切相對應之關係基於此種結果亦顯示, 國內消防檢測實務上, 要求使用煙感度試驗器進行偵煙式局限探測器感度試驗之規定, 並不具有絕對之合理性與必要性, 反而利用加煙試驗器對其進行加煙測試所得結果, 即可作為判別偵煙式局限探測器是否為良品之依據結論本實驗經使用煙感度試驗器對裝置場所不同使用年份之試樣探測器進行測試後發現, 偵煙式局限型探測器之煙感度數值並未因使用時間增長而有明顯之差異, 反而在一定數值範圍內上下變化其值又使用加煙試驗器對該等試樣進行測試, 則其加煙動作時間卻隨使用時間之增長而呈快速作動之現象, 此等結果顯示, 決定偵煙式局限型探測器之使用時效, 主要取決於加煙動作時間之快慢, 而與其本身機能 ( 即靈敏度 ) 無關又經由實驗結果發現, 國內消防安全設備檢修申報及作業基準中規定, 偵煙式局限型探測器加煙動作時間之合格時間值,1 種 2 種 3 種分別為 30 秒 60 秒 90 秒, 該等合格判定方式並不合理以 A B 等廠牌之 2 種新品為例, 其加煙動作時間之上限值介於 10 秒至 20 秒間, 而易引起探測器誤動作之平均動作時間約為 3.5 秒以下因此, 該等合格判定方式, 應有其上下限值之界定, 方足以作為其合格判定之基準誌謝本研究感謝雲林科技大學博士生陳清峰及長榮大學職業安全與衛生學系研究生謝明諺許毓倫吳冠廷陳建吾等人協助實驗設計與建置, 僅此敬表謝忱參考文獻 [1] 內政部消防署 : 火警探測器認可基準台北市 ;2008 [2] National Fire Protection Association (US). NFPA 72- National Fire Alarm Code. Washington: The Institute; [3] 內政部消防署 : 各類場所消防安全設備檢修申報及作業基準台北市 ;2008 [4] 陳火炎 : 各類場所消防安全設備設置標準解說五版, 台北, 鼎茂圖書 ;2009 [5] Jouni Bjorkman, Djebar Baroudi, Risto Latva, Maarit Tuomisaari, Matti Kokkala, et al. Determination of Dynamic Model Parameters of Smoke Detectors. Fire Safety Journal 2002;37: [6] A. Fergusion. The Reliability of Automatic Fire Detection Equipment. Edinburgh Univ.; [7] H. Lack. Economics of Fire Protection with Fire Detectors. Fire Technology. Feb.;

9 Journal of Occupational Safety and Health 19: (2011) Research Articles The Evaluation of Availability of Type Two Photoelectrical Smoke Detectors Tsung-Ming Wu 1 San-Ping Ho 2 Hue-Pei Chang 3 1 Sheng Da Fire Protection Enterprise 2 Chang Jung Christian University 3 National Cheng Kung University Abstract Fire detectors are very important devices in automatic detection systems. It is not appropriate to evaluate the availability of detectors by their smoke actuation time in smoke standard test. The actuation time of standard test is 60seconds for type two, but 20 seconds was found the better criteria for this type of detectors. Smoke actuation test and sensitivity test are always used to evaluate the availability of smoke detectors. The sensitivity of smoke detectors all fit in the required range of sensitivity test for different ages of detectors, so this test cannot be applied to judge the availability of used detectors. A detector, which smoke actuation time is 4 seconds, is judged as a failure detector in a smoke actuation test. The detector should be replaced to avoid the false-alarm in the future when its smoke actuation time less than 3.5 seconds in the smoke actuation test. The detector can be judged in a good condition when its actuation time is between 3.5 seconds and 20 seconds for type two smoke detectors in smoke actuation test. This result can be used as the standard for replacing the used detectors in smoke actuation test based on the requirement of smoke detection in fire code. Keywords: Smoke detectors, Smoke actuation test, Smoke sensitivity test, Smoke actuation Accepted 25 August, 2011 Corresponding to: San-Ping Ho, Chang Jung Christian University, spho@mail.cjcu.edu.tw 456

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SW cdr 1~2 3 4 5~6 7~8 9~10 11 12 13 14 15 16~18 16 16 17 17 18 18 18 19 19 19 20 21 22 23~26 23 24 24 25 26 27 27 27 : 110V 1 110V 110V 15A 2 3 23 24 4 ( ) 5 6 1 2 26 20 l 1 7 3 4 5 15 17 18 12 7~13 6 ~ 8 ~