材料燃烧发热、烟、毒性气体之分析研究

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1、火灾科学与消防工程FIRESCIENCEANDENGINEERING材料燃烧发热、烟、毒性气体之分析研究蔡匡忠，刘韦杜，陈泓翔台湾高雄第一科技大学环境与安全卫生工程系摘要表面试验(Surfacetest)为台湾目前测试装修材料耐燃性之主要测试法，而圆锥量热仪（ConeCalorimeter）为目前国际上最被接受之试验法，二项试验法数据之对比为一重要课题。此两套系统主要之差异在试体尺寸（22×22与10×10cm）与加热环境（0~13.71kW/m2升温加热、50kW/m2稳定加热），之前对比结果显示其相关性不高，但却未深

2、入探讨。此外现行的法规对于室内装修材料燃烧而生成之有毒气体尚未加以规范，乃因相关研究认为烟毒与发热具有正相关，故控制热释放率应已同时控制烟毒生成，因此在检测方面常常较忽略烟毒危害部分。本研究针对上述二议题进行进一步探讨，以10×10、14×14、22×22cm尺寸之试体进行表面试验，可探讨试体尺寸之效应，并与圆锥量热仪数据比对可探讨升温方式不同之效应。此外，比对表面试验所得之总发热量及发烟系数与有害燃气试验之CO浓度与老鼠死亡时间，可讨论热、烟、毒及老鼠死亡时间之相关性。研究结果发现，改变试体尺寸对着火时间、最高热释放率

3、、总热释放之效应虽显着但无一定趋势，而发热量（tdθ）与发烟系数（CA）及CO浓度皆为正相关（R2＝0.7887、R2＝0.6088），故控制发热量大致应可控制烟毒生成。此外若只以CO浓度结合FED模式以预估毒性对生物之影响是不够的，应尚有其它因子。本研究之结果可对防火测试中各项标准测试数据分析提供信息。关键词：材料燃烧性之热烟毒、加热环境、试体尺寸。1.概述近年来建筑物的重大火灾显示，火灾起火或扩大延烧速率常与使用易燃性的室内装修材料有关，所以使用具耐燃性能的装修材料是防火安全中第一道防线，也是最有效的方法之一。然而耐

4、燃材料不仅要有阻缓火势扩大、延烧，增长逃生时间的效果外，还要考虑烟的发生及燃烧气体的成分问题，故在于耐燃材料的性能检测上分别以着火性、发热性、发烟性和毒性进行评估。世界各国都有相关的试验法，其中以小尺寸试验中圆锥量热仪（Conecalorimeter）[1]为最符合国际化之试验法[2]，然而台湾在针对装修材料防火性能测试，目前仍以表面试验[3]为主要试验标准。为减少贸易障碍，试验标准之国际调和非常迫切，因此各标准测试数据之兼容性及对比研究为一重要之课题。此两套系统主要之差异在试体尺寸与加热环境，之前对比试验研究之结果已显

5、示，表面试验及圆锥量热仪数据之相关系数并不高[4]，但未针对试体尺寸、加热方式深入探讨。此外现行的法规对于室内装修材料燃烧而生成之有毒气体则尚未加以规范；相关研究中[5]认为烟毒与发热具有正相关，故控制热释放率应已同时控制烟毒生成，因此在检测方面常常较忽略烟毒危害部分，且火灾中热、烟、毒之危害因子通常有其合并作用，并且相互影响。因此是否控制热释放率即可管控烟毒的生成量呢？而单以目前试验法是否可以有效检测材料燃烧毒性对人体之危害影响？2.先前研究2.1世界主要防火研究国家之试验法自从采用防火试验来测试材料防火性能以来，世界

6、各国一向都各自发展或选用一套测试基准，共同及共通性甚少。但自欧洲数国组成「欧盟」以及的世界贸易组织，以减少贸易障碍以来，货物的自由流通为重要的目标，由于测试标准不一致，就无法达到「减少贸易障碍」的目标。因此，发展一套世界各地都通用的防火试验标准十分必要。55火灾科学与消防工程FIRESCIENCEANDENGINEERING目前火害评估方式分别从着火性、发热性、发烟性及毒性参数去作评估，而世界各国皆有其试验法来测试装修材料，而台湾目前仍依据早期日本JISA1321标准制订而来，包括表面试验（CNS6532）及基材试验两部

7、分。此试验法适用于检测建筑物室内装潢材料于火灾初期之耐燃性（Incombustibility），测定装修材料表面受到一般火灾状况之加热所表现之着火性、燃烧性及发烟性。而目前圆锥量热仪为国际间最被认同之试验法[2]，而台湾已订定圆锥量热仪之标准试验法（CNS14705）[6]，但尚未以此试验法来判定装修材料之耐燃级别标准。在毒性部分以有害燃气试验法（CNS8738）作为烟毒测试方法，目前国际上亦常用简单数学模式来评估毒性，其中以FED（Fractioneffectivedose）模式最被广泛使用。FED[7]（Fracti

8、oneffectivedose有效剂量百分比值）之计算方程式如下虽然单一毒性物质之效应已能有效模拟，但是由于火灾中燃烧产物的种类与浓度变化甚多，因此Levin[8]提出另一模式来包含火灾中混合之多项毒性气体。其中：i为某种刺激性气体为某种气体单独存在时，受测生物暴露30分钟并观察期间14天，死亡半数的浓度与暴露时间乘