依據建築物火災的特性，當進入「穩態燃燒」階段時，釋熱率（Q）與時間（t）的關係為何？

本題考點

建築物火災成長曲線各階段之釋熱率特性,尤其是穩態(最盛期)燃燒的定義。

正解理由

建築物火災依時間可分為成長期、穩態燃燒(最盛期)與衰退期。成長期釋熱率隨時間平方成長;進入穩態燃燒後,燃燒受限於開口所能供應之空氣量,單位時間可燃燒的質量趨於固定,釋熱率因而維持在近乎定值的平台,不再隨時間增減,故選 D。

逐項排除

1. (A)

   與時間一次方成正比屬線性成長,描述的是釋熱率持續攀升的情形,只在火勢沿一維方向等速延燒等特例才近似成立,與穩態階段維持定值的特性不符。

2. (B)

   與時間一次方成反比意指釋熱率隨時間遞減,那是可燃物大量消耗後的衰退期特徵,不是穩態燃燒。

3. (C)

   與時間二次方成正比即 Q = α t²,係穩態之前的成長期特徵,兩個階段的曲線形狀不可混用。

4. (D)

   穩態燃燒之釋熱率由開口通風條件與可燃物供應速率決定,在該階段近乎定值、與時間無關,為本題應選者。

記憶點

穩態燃燒是室內火災曲線的中段平台,它之所以與時間無關,關鍵在燃燒模式已由燃料控制轉為通風控制。閃燃之後室內可燃物表面幾乎同時起火,熱裂解產生的可燃氣體遠超過室內殘氧所能燃燒的量,此時能燒多少完全取決於開口的進氣量,釋熱率因此被鎖在由開口尺寸決定的上限。經典的川越(Kawagoe)關係式即以開口因子 A√H(A 為開口面積、H 為開口高度)描述質量燃燒速率,約為每秒 0.09 A√H 公斤,再乘以可燃物之燃燒熱即得該階段釋熱率;開口愈大、愈高,平台愈高。

這也解釋兩個常考現象:一是門窗玻璃破裂後火勢突然變猛,因為開口因子變大、平台被抬高;二是密閉空間可長時間悶燒,一旦開門讓大量新鮮空氣湧入,積蓄的未燃可燃氣體瞬間燃燒而形成回燃(backdraft)。

三階段可整理成一張對照:成長期釋熱率 Q = α t²,屬燃料控制,是探測、初期滅火與避難的黃金時段;最盛期釋熱率近乎定值,屬通風控制,是防火區劃與構件耐火時效受考驗的階段;衰退期可燃物已消耗約七至八成,釋熱率隨時間遞減,溫度亦隨之下降。

延伸考點:最盛期的定值特性正是防火區劃面積、構件耐火時效與標準升溫曲線設定的依據,並常與閃燃、回燃、通風控制與燃料控制的區辨合併命題;辨題時只要抓住「開口決定上限」這一句,多數階段辨識題都能解。另可留意兩個判別方向:燃料控制時,增加開口只會讓煙氣稀釋、釋熱率不見得上升;通風控制時,增加燃料量對釋熱率幾無影響,增加開口才會使火勢變猛。這兩句互為反面,常被拆開來當作是非敘述測驗。