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高考申論題 111年 [消防技術] 火災學

第 一 題

📖 題組:
請試述下列名詞之意涵: (一)煙囪效應(7 分) (二) BLEVE(6 分) (三)防火區劃(6 分) (四)短路(6 分)
📝 此題為申論題,共 4 小題

小題 (一)

煙囪效應(7 分)

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看到「煙囪效應」,首先應想到其物理本質為「溫差與密度差所造成的壓力差(浮力)」。答題時需點出垂直通道(豎井)的環境條件、中性帶(Neutral Plane)的壓力變化,最後務必連結至高層建築火災的煙流蔓延實務與防火區劃的防治對策。

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「煙囪效應(Stack Effect)」指建築物內部與外部因溫度差異導致空氣密度不同,進而產生壓力差,促使氣流在建築物之垂直通道(如樓梯間、電梯井、管道間等豎井)內產生向上或向下自然流動之物理現象。 其核心特徵與物理機制包含: (1) 驅動力:由室內外溫差及垂直通道高度決定。火災發生時,室內高溫氣體密度變小而產生極大之向上浮力(即熱浮力現象),其壓力差與豎井高度成正比。

小題 (二)

BLEVE(6 分)

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看到BLEVE,應優先拆解其英文全稱(沸騰液體膨脹蒸氣爆炸),並點出其本質為『物理爆炸』轉『化學燃燒』的複合致災過程。答題須精準描述『外部受熱→蒸氣壓升/槽體弱化破裂→瞬間減壓急遽汽化→形成火球』的物理與化學動態機制,並帶入LPG儲槽防護的實務觀念。

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「BLEVE」指「沸騰液體膨脹蒸氣爆炸」(Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion),為一種極具破壞力的複合型爆炸現象。特徵包含:(1) 發生條件:密閉壓力儲槽內裝有液化氣體或揮發性液體,因外部火場熱輻射加熱,使液體溫度超越常壓沸點呈過熱狀態,且槽內蒸氣壓急遽上升。(2) 破裂機制:儲槽「氣相區」槽壁因高溫受熱失去機械強度(降伏強度下降)而破裂,導致內部高壓過熱液體瞬間減壓。(3) 危害效應:液態物質瞬間減壓、急速沸騰並急遽汽化膨脹,產生強大震波與金屬碎片飛散;若內容物為可燃性物質(如液化石油氣 LPG),大量外洩的高濃度氣體遇明火將引燃,形成釋放極高輻射熱的「巨大火球」(Fireball)。 實務應用為高壓儲槽火災之搶救與火場風險評估。消防人員須密切監控槽壁是否變色、鼓脹變形或安全閥發出尖銳異聲(BLEVE前兆),並應於安全距離外架設無人防護砲塔,優先以大量水霧冷卻儲槽「氣相區」壁面,避免槽體結構弱化;火場鑑識時,則常藉由槽體殘骸的延展性撕裂特徵及碎片飛散距離,逆推爆炸當下的臨界壓力與能量。

小題 (三)

防火區劃(6 分)

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看到「防火區劃」,考生應先回想建築技術規則中的法定定義,點出其核心目的(侷限火煙)。接著條列說明其構成要素(防火時效、阻熱性)及區劃種類(面積、垂直、用途),最後連結火場實務(爭取避難時間、提供搶救據點)。

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「防火區劃(Fire Compartmentation)」指建築物內為防止火災初期之火勢及濃煙迅速蔓延,利用具備一定防火時效與阻熱性之樓板、牆壁、防火門窗或防火捲門等防火構造及設備,將建築物內部空間加以分隔的特定獨立區域。 特徵與分類包含: (1) 構成要件:防護界面須具備法定「防火時效」與「阻熱性」,如防火牆、防火樓板、防火門窗及機電管線貫穿部之防火填塞。

小題 (四)

短路(6 分)

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看到「短路」,應先從歐姆定律切入,點出電阻趨近於零導致短路電流激增的物理現象。接著條列造成絕緣破壞的成因及發熱機制,最後務必連結至火場鑑識實務中的「短路熔痕(一次痕與二次痕)」鑑定要點,以展現專業深度。

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「短路(Short Circuit)」指電氣迴路中,具不同電位之兩導線或端子,因絕緣體破壞或導電物搭接,導致電流未經負載而直接形成極低電阻通路的現象。根據歐姆定律(I=V/R),電阻極度降低將引發異常強大之短路電流。 其火災危險特徵包含: (1) 焦耳熱效應:龐大短路電流依據焦耳定律(H=0.24I²Rt)於瞬間產生極高熱量與電弧,輕易點燃包覆之絕緣材(如PVC)或周邊可燃物。

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