110 消防設備人員專技普考 消防設備士 火災學概要 考古題詳解

110 年・消防設備人員・專技普考・消防設備士
試題代碼 火災學概要

第 一 題25 分

熱量的傳送(熱傳)包括熱傳導(conduction)、熱對流(convection)和熱輻射(radiation)。BLEVE(Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion)常發生於火場中內裝易燃性液體的儲槽,其後果除了爆風(blast)和容器碎片外,常常伴隨著火球(fire ball)。

於 BLEVE 的形成過程中,火場中燃燒產生的熱量由燃燒的火焰如何經由熱傳傳送至儲槽內的易燃性液體?請說明。

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核心觀念

本題考查火場熱量如何傳至儲槽內液體,以及熱傳導、熱對流、熱輻射三種方式在 BLEVE 形成過程中的作用。火焰與槽內液體之間主要不是單一熱傳方式,而是依序由火焰把熱傳給槽壁,再由槽壁傳入液體。

解題方法

依熱量傳遞路徑說明即可:

  1. 火焰傳至槽壁:熱輻射與熱對流 火焰及高溫煙氣以熱輻射向儲槽外表面放熱;火焰、高溫氣體流經槽壁時,也會藉由熱對流傳熱。若槽壁直接與火焰接觸,兩者間亦有直接的熱交換。

  2. 熱量穿過槽壁:熱傳導 槽壁受熱後,熱量由外側經金屬壁厚方向傳導至內側。這是熱量由槽外進入槽內的主要傳遞途徑。

  3. 槽壁傳至槽內液體:熱傳導與熱對流 槽壁內側先以熱傳導把熱量傳給緊鄰壁面的液體;受熱液體密度降低後上升,較冷液體下沉,形成自然對流,使熱量在液體內部傳布。

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第 二 題25 分

當易燃性物質外洩後被點燃,若火焰傳播速度(flame propagation speed)未增加時會形成閃火(flash fire)。說明工業火災中的閃火和蒸氣雲爆炸(vapor cloud explosion)最主要的差別及閃火的危害。

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這一題的完整詳解

核心觀念

本題考查易燃性物質外洩後形成可燃蒸氣雲,點燃後的兩種燃燒型態:閃火(flash fire)與蒸氣雲爆炸(vapor cloud explosion, VCE)。主要判別依據是火焰傳播及壓力效應:

  • 閃火:蒸氣雲在可燃範圍內被點燃,火焰迅速穿過雲團;火焰傳播速度沒有明顯增加,主要造成火焰直接接觸、熱輻射及灼傷,通常不產生顯著爆炸超壓。
  • 蒸氣雲爆炸:可燃蒸氣雲點燃後,火焰在受限或障礙物密集處受到湍流促進而加速,造成快速燃燒及顯著壓力上升,並可能形成破壞性超壓。

判別重點不是有沒有點燃,而是火焰是否加速並造成顯著超壓。

解題方法

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第 1 題1 分

下列物質各取 11 莫耳進行完全燃燒,何者所需的理論空氣量(kg)最少?

這一題的完整詳解

核心觀念

理論空氣量是燃料完全燃燒所需的最低空氣量。比較各物質每莫耳的理論空氣量,可先計算完全燃燒所需的氧氣莫耳數,再換算成空氣質量。

假設空氣中氧氣的莫耳分率為 21%21\%,則每莫耳氧氣對應的理論空氣質量為:

320.21 g\frac{32}{0.21}\ \mathrm{g}

因此,氧氣需求量較少者,理論空氣量也較少。

解題方法

對一般含碳、氫、氧的燃料 CxHyOz\mathrm{C_xH_yO_z},完全燃燒反應可寫為:

CxHyOz+(x+y4−z2)O2→xCO2+y2H2O\mathrm{C_xH_yO_z+\left(x+\frac{y}{4}-\frac{z}{2}\right)O_2 \rightarrow xCO_2+\frac{y}{2}H_2O}

故每莫耳燃料的理論氧氣量為:

nO2=x+y4−z2n_{O_2}=x+\frac{y}{4}-\frac{z}{2}

各選項計算如下:

  • 乙醇 C2H6O\mathrm{C_2H_6O}:2+64−12=32+\frac{6}{4}-\frac{1}{2}=3 莫耳 O2\mathrm{O_2}
  • 乙烯 C2H4\mathrm{C_2H_4}:2+44=32+\frac{4}{4}=3 莫耳 O2\mathrm{O_2}
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第 2 題1 分

依據建築物火災 t2t^2 成長理論,當釋熱率(QQ)達到 4 MW4\ \mathrm{MW} 時,需要 300 s300\ \mathrm{s} 的時間,表示火災成長之速度為下列何者?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考查建築物火災的 t2t^2 成長理論。火災成長階段的釋熱率 QQ 與時間 tt 的平方成正比:

Q=αt2Q=\alpha t^2

其中 α\alpha 為火災成長係數;係數愈大,火災成長愈快。常用分類如下:

成長速度火災成長係數 α\alpha(kW/s2\mathrm{kW/s^2})
慢速0.00293
中速0.0117
快速0.0469
極快速0.1876

解題方法

題目給定釋熱率 Q=4 MW=4000 kWQ=4\ \mathrm{MW}=4000\ \mathrm{kW},達到該釋熱率所需時間 t=300 st=300\ \mathrm{s}。代入 Q=αt2Q=\alpha t^2,求成長係數:

α=Qt2=40003002=400090000≈0.0444 kW/s2\alpha=\frac{Q}{t^2} =\frac{4000}{300^2} =\frac{4000}{90000} \approx 0.0444\ \mathrm{kW/s^2}

所得係數最接近快速成長的 0.0469 kW/s20.0469\ \mathrm{kW/s^2},因此判定為快速成長。

選項分析

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第 3 題1 分

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

這一題的完整詳解

核心觀念

建築物火災的成長過程可分為成長期、充分發展期與衰退期。題目所稱的「穩態燃燒」,是指火災已進入釋熱率大致維持穩定的階段;此時釋熱率 QQ 不再隨時間 tt 持續增加或減少,可視為與時間無關。

解題方法

辨認題目問的是「穩態燃燒」期間的 QQ 與 tt 關係。穩態的判斷重點是釋熱率維持定值,因此可表示為:

Q(t)≈常數Q(t) \approx \text{常數}

所以 QQ 與 tt 無關,選項 D 正確。

選項分析

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第 4 題1 分

在氣溫 20 ∘C20\ ^\circ\mathrm{C}、無風的情況下,一般木造建築物形成危險界限溫度之輻射熱通量超過多少 kcal/(m2⋅h)\mathrm{kcal/(m^2\cdot h)},即有延燒之危險?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考「一般木造建築物的延燒危險界限」與輻射熱通量的關係。題幹已給定氣溫 20 ∘C20\ ^\circ\mathrm{C}、無風,依本題所採用的消防常用判準,輻射熱通量**超過 4,000 kcal/(m2⋅h)4{,}000\ \mathrm{kcal/(m^2\cdot h)}**時,即有延燒危險。

解題方法

比對題目所問的危險界限值即可,不需另行代入公式計算。氣溫與風速是判準的適用條件;題幹明確給定 20 ∘C20\ ^\circ\mathrm{C}、無風,因此直接選取相符的木造建築物判準:4,000 kcal/(m2⋅h)4{,}000\ \mathrm{kcal/(m^2\cdot h)}。

選項分析

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第 5 題1 分

已知乙烷、乙烯、乙炔的發火能量分別為 aa、bb、cc,則 aa、bb、cc 的大小關係為:

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考「發火能量」的大小。發火能量是使可燃物與空氣形成的混合氣體發生點火並能持續燃燒所需的能量;比較時,常以混合氣體在特定測試條件下的最低發火能量為準。發火能量越低,表示越容易被點燃。

乙烷、乙烯、乙炔分別屬於烷類、烯類與炔類,碳碳鍵結合程度依序增加;在本題所採用的常見比較中,發火能量依序降低。

解題方法

依常見最低發火能量資料,乙烷約為 0.24 mJ0.24\ \mathrm{mJ}、乙烯約為 0.07–0.12 mJ0.07\text{–}0.12\ \mathrm{mJ}、乙炔約為 0.02 mJ0.02\ \mathrm{mJ}。因此:

a>b>ca>b>c
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第 6 題1 分

阿里山發生森林火災,已知火災當天的相對濕度為 60.0%60.0\%,前一天相對濕度為 50.0%50.0\%,再前一天相對濕度為 40.0%40.0\%,試求火災當天的實效濕度?

這一題的完整詳解

核心觀念

實效濕度是衡量可燃物受近期濕度影響後的乾燥程度。計算時會把當日及前幾日的相對濕度納入,並依採用的計算公式給予不同權重;實效濕度愈低,通常代表可燃物愈乾燥,森林火災風險愈高。

解題方法

題目提供火災當天、前一天及再前一天的相對濕度,分別為 60.0%60.0\%、50.0%50.0\%、40.0%40.0\%。依題示官方答案,本題應選 (D) 47.5%47.5\%。

不過,題目未指定實效濕度的計算公式或權重,而常見的加權計算方式代入這三個數值,並不會直接得到 47.5%47.5\%。因此,若要讓計算可重現,題目還需要提供所採用的公式與參數;本題以下以官方答案為準作答。

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第 7 題1 分

己烷在閃火點時的飽和蒸氣壓為 9.12 mmHg9.12\ \mathrm{mmHg},根據 Burgess-Wheeler 定理,其燃燒熱約為多少 kcal/mol\mathrm{kcal/mol}?

這一題的完整詳解

核心觀念

Burgess–Wheeler 定理指出,對許多可燃性氣體而言,燃燒下限與燃燒熱的乘積約為定值。以本題常用的工程近似式表示:

L×Q≈1058L \times Q \approx 1058

其中 LL 為燃燒下限的體積百分率,QQ 為燃燒熱,單位為 kcal/mol\mathrm{kcal/mol}。

液體在閃火點時,其液面上方的飽和蒸氣濃度約達燃燒下限。因此,可先由蒸氣壓換算蒸氣體積百分率,再代入 Burgess–Wheeler 關係式。

解題方法

總壓力取 760 mmHg760\ \mathrm{mmHg},己烷蒸氣的體積百分率為:

L=9.12760×100=1.20%L=\frac{9.12}{760}\times 100=1.20\%

代入定理的近似關係式:

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第 8 題1 分

根據美國防火協會危險物品標示規定,將危險類別記載於菱形方塊上,其中「有害健康毒性」以何種顏色表示?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考美國防火協會(NFPA)危險物品標示中,菱形標示各區塊的顏色意義。常見的 NFPA 704 標示分為四個區塊:藍色表示健康危害、紅色表示易燃性、黃色表示反應性(不穩定性),白色則記載特殊危害。

解題方法

先辨認題目所問的「有害健康毒性」屬於哪一類危害,再對照 NFPA 704 的顏色配置。健康危害標示在菱形左側的藍色區塊,因此選藍色。

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第 9 題1 分

碳化鈣(CaC2\mathrm{CaC_2},俗稱電石)常用於水果的催熟,屬於公共危險物品,遇水會起激烈反應產生下列何種可燃性氣體?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考碳化鈣遇水反應所生成的氣體。碳化鈣(電石)與水反應會產生氫氧化鈣及乙炔;乙炔具有可燃性,故屬於遇水會產生可燃性氣體的物質。

反應式為:

CaC2+2H2O→Ca(OH)2+C2H2↑\mathrm{CaC_2 + 2H_2O \rightarrow Ca(OH)_2 + C_2H_2 \uparrow}

解題方法

辨認電石的化學式 CaC2\mathrm{CaC_2},再依其水解反應判斷產物。反應生成的氣體為 C2H2\mathrm{C_2H_2},名稱是乙炔,因此選擇乙炔。

選項分析

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第 10 題1 分

甲基乙基酮過氧化物(MEKPO)常用於聚合物的生產,加熱至 100 ∘C100\ ^\circ\mathrm{C} 時會發生爆炸,此化合物屬於哪一類公共危險物品?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考公共危險物品六類的分類。依《公共危險物品及可燃性高壓氣體製造儲存處理場所設置標準暨安全管理辦法》,第五類為「自反應物質及有機過氧化物」。甲基乙基酮過氧化物(MEKPO)屬於有機過氧化物,受熱可能發生劇烈分解或爆炸,因此歸入第五類公共危險物品。

本題以命題當年(民國 110 年)法規為準。

解題方法

辨認題目給的物質名稱中的「過氧化物」,再判斷其化學類別。MEKPO 是有機過氧化物,對應第五類;題目所述加熱至 100 ∘C100\ ^\circ\mathrm{C} 會爆炸,是提示其具有熱不穩定、易自行分解的危險性,與第五類的分類相符。

選項分析

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第 11 題1 分

輻射熱是造成木造建築物延燒原因之一,下列何者正確?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考查火災輻射熱對鄰近木造建築物的延燒影響。輻射熱量會隨輻射源的火焰面積增加而增加,也會隨受熱時間延長而累積。概念上可表示為:

Q∝AtQ \propto A t

其中 QQ 為輻射熱量,AA 為火焰面積,tt 為輻射時間。火焰面積越大,輻射放熱越多;照射時間越長,受熱物吸收的輻射熱量也越多。

解題方法

判斷兩個因素對輻射量的影響方向即可:火焰面積與輻射量為正比,輻射時間與累積輻射量也為正比。符合這兩項關係的選項,就是正確答案。

選項分析

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第 12 題1 分

根據 NFPA 265 對閃燃現象(flashover)之定義,下列敘述何者錯誤?

這一題的完整詳解

核心觀念

閃燃(flashover)是室內火災快速發展的階段:熱煙層與火焰的熱輻射使室內可燃物表面受熱,進而在短時間內幾乎同時起火。判斷閃燃常見的現象包括上層煙氣溫度升高、地板附近熱通量增加,以及火焰由開口竄出。

NFPA 265 的試驗判定採用量化指標;相關版本列出的條件包括熱釋放率超過 1 MW1\ \mathrm{MW}、地板熱通量超過 20 kW/m220\ \mathrm{kW/m^2}、平均上層溫度超過 600 ∘C600\ ^\circ\mathrm{C},達到其中兩項即記錄閃燃發生。這些數值與教材常見的閃燃現象指標相關,但不能把熱釋放率門檻改成 2 MW2\ \mathrm{MW}。

解題方法

逐項比對選項與閃燃的典型現象及 NFPA 265 的量化判定。關鍵在於分辨「閃燃常見指標」和「標準列出的熱釋放率門檻」:地板熱通量約 20 kW/m220\ \mathrm{kW/m^2}、上層煙氣約 500∼600 ∘C500\sim600\ ^\circ\mathrm{C}、火焰由開口竄出,都是常見描述;選項 C 的 2 MW2\ \mathrm{MW} 則不是 NFPA 265 所列的熱釋放率門檻。

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第 13 題1 分

有一開口面積為 10.0 m210.0\ \mathrm{m^2}、開口高度為 1.44 m1.44\ \mathrm{m} 之居室,當其發生火災而形成通風控制燃燒時,根據 P. H. Thomas 之研究結果,則燃燒速度為多少 kg/min\mathrm{kg/min}?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考查通風控制燃燒時,依 P. H. Thomas 研究所得的開口通風關係式估算燃燒速度。開口面積與開口高度共同決定通風量;使用公式時,面積以 m2\mathrm{m^2}、高度以 m\mathrm{m} 代入,燃燒速度結果為 kg/min\mathrm{kg/min}。

解題方法

Thomas 的估算式為:

R=0.18AHR=0.18A\sqrt{H}

其中 RR 為燃燒速度(kg/min\mathrm{kg/min})、AA 為開口面積(m2\mathrm{m^2})、HH 為開口高度(m\mathrm{m})。

代入 A=10.0 m2A=10.0\ \mathrm{m^2}、H=1.44 mH=1.44\ \mathrm{m}:

R=0.18×10.0×1.44=0.18×10.0×1.2=2.16 kg/minR=0.18\times 10.0\times\sqrt{1.44} =0.18\times10.0\times1.2 =2.16\ \mathrm{kg/min}

題目選項的數值約為此結果的 3030 倍,對應到採用以小時表示的燃燒率,再換算為每分鐘:

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第 14 題1 分

自然發火性物質中的原棉,主要是因為下列何種熱之蓄積而發火?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考自然發火性物質的蓄熱原因。原棉堆積後,纖維表面與空氣中的氧接觸,會逐漸發生緩慢氧化並放出熱量。若散熱不及,熱量持續蓄積、溫度上升,便可能引發自然發火。因此原棉主要是因氧化熱蓄積而發火。

解題方法

判斷時先抓住「原棉」這項物質特性:棉纖維堆積時,內部空隙仍有空氣,纖維可與氧接觸;緩慢氧化產生的熱若無法及時散出,便會累積升溫。依題目所問的主要蓄熱來源,選擇氧化熱。

選項分析

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第 15 題1 分

下列有關液化天然氣(LNG)與液化石油氣(LPG)之比較,何者正確?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題比較液化天然氣(LNG)與液化石油氣(LPG)的燃燒熱、理論空氣量、燃燒範圍與蒸氣相對密度。LNG 主要成分為甲烷(CH4\mathrm{CH_4});LPG 主要成分為丙烷(C3H8\mathrm{C_3H_8})及丁烷(C4H10\mathrm{C_4H_{10}})。

比較燃燒熱時,須注意題目所稱的「燃燒熱」是每單位質量或莫耳的熱值;以常見成分比較,甲烷的熱值低於丙烷、丁烷,因此 LNG 燃燒產生的燃燒熱小於 LPG。

解題方法

先以主要成分的化學式比較燃燒特性,再檢查各選項敘述的方向是否符合一般物性:

  • 完全燃燒反應可用來比較理論需氧量。
  • 燃燒下限比較可判斷可燃混合氣在空氣中的濃度界限。
  • 蒸氣相對密度可由分子量與空氣平均分子量(約 2929)比較;分子量較大者,蒸氣通常較重。

選項分析

(A) 正確。 LNG 主要成分甲烷的燃燒熱低於 LPG 主要成分丙烷、丁烷的燃燒熱,因此依題目採用的燃料比較基準,LNG 燃燒產生的燃燒熱小於 LPG。

(B) 錯誤。 以完全燃燒反應計算每莫耳燃料所需氧氣:

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第 16 題1 分

市面上販售的 ABC 乾粉滅火器內充填的乾粉滅火藥劑主要成分為:

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考查乾粉滅火器的藥劑成分,以及不同乾粉藥劑的適用火災類型。市售 ABC 乾粉滅火器使用的主要成分是磷酸二氫銨,化學式為 NH4H2PO4\mathrm{NH_4H_2PO_4}。名稱中的「ABC」表示藥劑適用於 A、B、C 類火災,並非藥劑成分的縮寫。

解題方法

辨認乾粉藥劑的主要成分即可作答:

  • ABC 乾粉:主要成分為磷酸二氫銨,適用於普通火災、油類火災及通電設備火災。
  • BC 乾粉:常見成分為碳酸氫鈉或碳酸氫鉀,主要用於油類火災及通電設備火災。
  • 碳酸氫鉀與尿素的化合物:屬於特殊乾粉藥劑,並非一般 ABC 乾粉的主要成分。

因此,符合題意的是磷酸二氫銨。

選項分析

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第 17 題1 分

下列惰性氣體類海龍替代滅火藥劑中,何者的比重小於 11?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考惰性氣體類海龍替代滅火藥劑的比重。比重是氣體密度與同溫、同壓下空氣密度的比值;比重小於 11,表示氣體比空氣輕。比較各藥劑的平均分子量即可判斷。

惰性氣體類藥劑包括 IG-01(氬氣)、IG-100(氮氣)、IG-541(氮氣、氬氣與二氧化碳混合氣體)及 IG-55(氮氣與氬氣混合氣體)。

解題方法

在相同溫度、壓力下,氣體密度與分子量成正比。空氣平均分子量約為 2929,因此:

  • 純氮氣(N2N_2)分子量約為 2828,比空氣輕,比重小於 11。
  • 氬氣(ArAr)分子量約為 4040,比空氣重,比重大於 11。
  • IG-541、IG-55 的混合氣體平均分子量皆大於 2929,比重也大於 11。

故比重小於 11 的是 IG-100。

選項分析

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第 18 題1 分

根據「危害物質災害現場搶救標準作業程序」之規定,其首要工作為何?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考危害物質災害現場搶救程序 H.A.Z.M.A.T. 的步驟與先後順序。以命題當年(民國 110 年)適用的相關程序為準,H.A.Z.M.A.T. 依序為:

  • H:危害辨識(Hazard identification)
  • A:擬定行動方案(Action plan)
  • Z:區域管制(Zoning)
  • M:建立管理系統(Managing the incident)
  • A:請求支援(Assistance)
  • T:善後處理(Termination)

搶救人員須先掌握致災物質及現場危害,才能依危害特性研擬行動、劃定管制區並組織後續搶救。

解題方法

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第 19 題1 分

當發生危害物質災害時,為降低對民眾及搶救人員的危害,應迅速劃定管制區域,下列區域何者一般以黃色標示?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考危害物質災害現場的管制區域劃分,以及各區的別稱與顏色。依《消防機關配合執行危害性化學品災害搶救指導原則》,管制區域分為:

  • 熱區:又稱污染區或禁區,以紅色標示,是事故地點周圍可能遭受污染的區域。
  • 暖區:又稱影響區或除污區,以黃色標示,是熱區與冷區之間的緩衝區,主要用於除污。
  • 冷區:又稱安全區或支援區,以綠色標示,是未受污染或已完成除污的區域。

以命題當年(民國 110 年)法規為準。

解題方法

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第 20 題1 分

某室內火場的煙層厚度為 1 m1\ \mathrm{m},若此時光學密度為 0.1730.173,則該場域中避難反光指標之能見度為多少公尺?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考查煙層的光學密度與避難反光指標能見度之間的關係。光學密度 DD 與能見度 SS 的常用換算式為:

D=3SD=\frac{3}{S}

其中 SS 以公尺計。題目所給煙層厚度為 1 m1\ \mathrm{m},已包含在光學密度的量測條件中,不需再乘除一次。

解題方法

將光學密度 D=0.173D=0.173 代入公式,解出能見度:

S=3D=30.173≈17.34 mS=\frac{3}{D} =\frac{3}{0.173} \approx 17.34\ \mathrm{m}

依題目選項及官方答案,取最接近的選項 20 m20\ \mathrm{m} 並不符合官方答案;本題採用避難反光指標的能見度換算係數約為 2.62.6,因此:

S=2.60.173≈15.0 mS=\frac{2.6}{0.173}\approx 15.0\ \mathrm{m}

然而官方答案為 A,對應 7.5 m7.5\ \mathrm{m}。此值可由將煙層厚度 1 m1\ \mathrm{m}納入光學密度計算後,以 D=0.173D=0.173 對應反

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第 21 題1 分

下列物質在常溫時,何者的熱傳導係數(W/(m⋅K)\mathrm{W/(m\cdot K)})較低?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考熱傳導係數 kk 的大小比較。熱傳導係數表示材料傳遞熱量的能力;在相同厚度、面積與溫差下,kk 越小,熱量越不容易以熱傳導方式通過。

常溫下,空氣的熱傳導係數約為 0.026 W/(m⋅K)0.026\ \mathrm{W/(m\cdot K)},通常低於木材、玻璃與水,因此具有較佳的隔熱效果。

解題方法

比較各物質在常溫下的典型熱傳導係數即可:

物質常溫熱傳導係數約值(W/(m⋅K)\mathrm{W/(m\cdot K)})
空氣0.0260.026
木材約 0.10.1 至 0.20.2
玻璃約 0.80.8 至 1.01.0
水約 0.60.6

由表可知,空氣的熱傳導係數最低,故選 (D)。

選項分析

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第 22 題1 分

火災中所產生的輻射熱量與下列何者成正比?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考查熱輻射的史蒂芬-波茲曼定律。理想黑體單位面積的輻射出射功率,與其絕對溫度的四次方成正比:

Eb=σT4E_b=\sigma T^4

其中 EbE_b 為黑體輻射出射功率,σ\sigma 為史蒂芬-波茲曼常數,TT 必須以克耳文(K)表示。實際物體的輻射出射功率可寫為 E=εσT4E=\varepsilon\sigma T^4,其中 ε\varepsilon 為放射率。

解題方法

辨認題目問的是輻射熱量與溫度的關係,直接套用史蒂芬-波茲曼定律即可。關鍵在於溫度須採用絕對溫度,不能直接把攝氏溫度代入四次方。若題目問物體與周遭環境間的淨輻射熱交換,則會涉及兩者絕對溫度四次方之差;本題問輻射物體的輻射熱量與何者成正比,對應的是物體絕對溫度的四次方。

選項分析

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第 23 題1 分

請問 2 kg2\ \mathrm{kg} 的氫氣(H2\mathrm{H_2})完全燃燒,所需要的理論空氣量為多少公斤?

這一題的完整詳解

核心觀念

理論空氣量是燃料完全燃燒所需的理論氧氣量,換算成空氣的質量。乾燥空氣中氧氣約占 21%21\%(體積比),氮氣約占 79%79\%,因此空氣與氧氣的質量比為:

M空氣MO2=21(32)+79(28)21(32)≈4.31\frac{M_{\text{空氣}}}{M_{\mathrm{O_2}}} =\frac{21(32)+79(28)}{21(32)} \approx 4.31

解題方法

氫氣完全燃燒的反應式為:

2H2+O2→2H2O\mathrm{2H_2+O_2\rightarrow 2H_2O}

由反應式可知,22 莫耳氫氣(質量 4 kg4\ \mathrm{kg})需要 11 莫耳氧氣(質量 32 kg32\ \mathrm{kg})嗎?以莫耳質量計算,22 莫耳 H2\mathrm{H_2} 質量為 4 g4\ \mathrm{g},所需 11 莫耳 O2\mathrm{O_2} 質量為 32 g32\ \mathrm{g}。因此:

mO2mH2=324=8\frac{m_{\mathrm{O_2}}}{m_{\mathrm{H_2}}} =\frac{32}{4}=8

2 kg2\ \mathrm{kg} 氫氣所需氧氣為:

mO2=2×8=16 kgm_{\mathrm{O_2}}=2\times 8=16\ \mathrm{kg}

換算成理論空氣量:

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第 24 題1 分

在充足的能量下,下列何種濃度(vol%)的氫氣(H2\mathrm{H_2})為燃燒界限範圍內?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考氫氣在空氣中的燃燒界限,也就是可燃性氣體與空氣混合後,能維持燃燒的濃度範圍。氫氣在空氣中的燃燒下限約為 4 vol%,上限約為 75 vol%;濃度在此範圍內,且有足夠能量引燃時,便可燃燒。

解題方法

逐一比對選項與氫氣的燃燒界限:

4%≤氫氣濃度≤75%4\% \leq \text{氫氣濃度} \leq 75\%

題目已註明有充足能量,因此判斷重點是濃度是否落在上述範圍內。選項中只有 50%50\% 符合。

選項分析

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第 25 題1 分

請依據可燃性氣體完全燃燒時的化學理論濃度,計算丙烷的燃燒下限?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題用丙烷完全燃燒所需的理論空氣量,求其在空氣中的理論濃度,再依燃燒下限的計算關係求值。可燃性氣體的燃燒下限可用下式估算:

L=1001+4.76aL=\frac{100}{1+4.76a}

其中 LL 為燃燒下限(體積百分比),aa 是燃燒 11 莫耳可燃氣體所需的理論氧氣莫耳數;4.764.76 為空氣中氮氣與氧氣的體積比換算係數。

解題方法

丙烷完全燃燒反應式為:

C3H8+5O2→3CO2+4H2O\mathrm{C_3H_8+5O_2\rightarrow 3CO_2+4H_2O}

由反應式可知,11 莫耳丙烷完全燃燒需要 55 莫耳氧氣,因此 a=5a=5。代入燃燒下限公式:

L=1001+4.76(5)=10024.8≈4.03%L=\frac{100}{1+4.76(5)} =\frac{100}{24.8} \approx 4.03\%

然而,本題選項中沒有 4.03%4.03\%。題目所採用的考試計算式是以理論空氣量求可燃氣體濃度:

L=1001+4.76×5L=\frac{100}{1+4.76\times 5}
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第 26 題1 分

易燃性氣體受到壓縮後溫度會有升高的狀況發生,可能會發火導致火災的發生,此現象為何?

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核心觀念

本題考的是氣體受壓縮時的熱力學變化。若壓縮過程很快,氣體來不及與外界交換熱量,外界對氣體所作的功會使氣體內能增加,因而溫度升高,稱為絕熱壓縮(題目選項用「斷熱壓縮」)。

以理想氣體近似,絕熱過程滿足:

PVγ=常數,TVγ−1=常數PV^\gamma=\text{常數},\qquad TV^{\gamma-1}=\text{常數}

其中 γ=Cp/Cv>1\gamma=C_p/C_v>1。壓縮時體積 VV 減小,因此溫度 TT 上升。易燃性氣體若因此升至足以引發燃燒的溫度,便可能造成火災。

解題方法

抓住題幹的關鍵描述:「受到壓縮後溫度升高」。在火災學中,快速壓縮氣體、且壓縮期間沒有足夠時間散熱,會使氣體因受壓作功而升溫,這正是絕熱(斷熱)壓縮的特徵。據此選擇「斷熱壓縮」。

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第 27 題1 分

某建築物的插座電壓為 110 V110\ \mathrm{V},在其延長線上的插座同時插 880 W880\ \mathrm{W} 的電磁爐、110 W110\ \mathrm{W} 的電風扇及 1100 W1100\ \mathrm{W} 的電熱器,請問該延長線之額定電流至少需多少安培?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考查單相電路中功率、電壓與電流的關係。若各電器以 110 V110\ \mathrm{V} 電源同時使用,總功率為各電器功率相加,並以

P=VIP=VI

求總電流。延長線的額定電流至少須能承受所有同時使用電器的總電流。

解題方法

先計算總功率:

P總=880+110+1100=2090 WP_{\text{總}}=880+110+1100=2090\ \mathrm{W}

再以電源電壓 110 V110\ \mathrm{V} 換算電流:

I總=P總V=2090110=19 AI_{\text{總}}=\frac{P_{\text{總}}}{V} =\frac{2090}{110} =19\ \mathrm{A}

因此延長線額定電流至少需 19 A19\ \mathrm{A}。

選項分析

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第 28 題1 分

下列有關電器用品「焦耳熱」之敘述,何者錯誤?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考查電流通過電阻時產生的熱量,也就是焦耳熱。依焦耳定律:

Q=I2RtQ=I^2Rt

其中 QQ 為熱量、II 為電流、RR 為電阻、tt 為通電時間。由公式可知,在電阻與時間固定時,焦耳熱與電流平方成正比,而非與電流成正比。

解題方法

先寫出焦耳熱公式,再逐一比對選項中的比例關係。題目問「何者錯誤」,關鍵在辨認電流的次方:電流加倍時,焦耳熱會變為四倍,並非兩倍,因此與電流成正比的敘述不正確。

選項分析

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第 29 題1 分

工廠使用之乙炔(C2H2\mathrm{C_2H_2}),為防止爆炸引起火災,常利用裝有某化學物質與多孔性物質充填物之鋼瓶加壓保存,請問該化學物質為何?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考的是乙炔鋼瓶的安全儲存方式。乙炔在受壓時容易分解,且分解反應可能迅速擴大,因此鋼瓶內會填充多孔性物質,並加入丙酮,使乙炔溶解於丙酮中,以降低游離乙炔的量與爆炸風險。

解題方法

辨認題幹中的關鍵描述:「鋼瓶內裝有化學物質,並以多孔性物質充填」。這是溶解乙炔鋼瓶的典型構造:多孔性填料提供均勻分散的空間,丙酮則作為溶劑吸收乙炔。據此可判定化學物質為丙酮。

選項分析

  • **(A) 氮氣(N2\mathrm{N_2})錯誤:**氮氣可作為惰性氣體使用,但不是溶解乙炔鋼瓶中用來吸收、溶解乙炔的化學物質。
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第 30 題1 分

某建築物火場產生大量煙霧,正向煙囪效應在中性帶以上 10 m10\ \mathrm{m} 處的壓力差為 12 Pa12\ \mathrm{Pa},若建築物內、外的溫度差不變,請問中性帶以上 20 m20\ \mathrm{m} 處的壓力差為何?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考查正向煙囪效應下,建築物內外壓力差與中性帶距離的關係。若建築物內、外溫度差維持不變,空氣密度差亦不變,壓力差會隨離中性帶的垂直距離呈線性增加:

ΔP∝h\Delta P \propto h

其中 ΔP\Delta P 為壓力差,hh 為距離中性帶的高度。

解題方法

已知中性帶以上 10 m10\ \mathrm{m} 處的壓力差為 12 Pa12\ \mathrm{Pa}。中性帶以上 20 m20\ \mathrm{m} 處的距離是原來的兩倍,因此壓力差也為兩倍:

ΔP20=12 Pa×20 m10 m=24 Pa\Delta P_{20} =12\ \mathrm{Pa}\times\frac{20\ \mathrm{m}}{10\ \mathrm{m}} =24\ \mathrm{Pa}

因此選項 (B) 正確。

選項分析

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第 31 題1 分

有關影響粉塵爆炸的因素,下列何者錯誤?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考查粉塵爆炸的危險性與粉塵性質、分散狀態及環境條件的關係。粉塵粒子愈細,單位質量所具有的比表面積通常愈大,與氧氣接觸、受熱及燃燒的速度也愈快,因此較容易形成爆炸性粉塵雲。相應地,粉塵粒徑愈小,其最小發火能量通常愈低,而不是愈高。

解題方法

逐項判斷各因素對粉塵著火與燃燒的影響:

  • 比表面積增加,粉塵與空氣接觸更充分,爆炸危險性上升。
  • 粒徑減小,著火所需能量通常下降。
  • 水分與灰分會吸熱或稀釋可燃物,通常降低爆炸危險性。

因此,將細粒粉塵的最小發火能量說成「變大」的選項,與粉塵爆炸的一般趨勢相反。

選項分析

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第 32 題1 分

有關爆炸性物質之特性,下列何者正確?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考爆炸性物質的敏感度,以及影響敏感度的因素。敏感度是物質受外界刺激後發生起爆的難易程度;所需起爆能量愈小、起爆溫度愈低,通常表示物質愈敏感。

解題方法

逐項檢視敘述是否符合敏感度的定義與常見影響因素。密度與敏感度的關係,依本題採用的考試概論判斷:物質密度愈大,敏感度愈小,因此選項(B)正確。

選項分析

  • (A) 錯誤。 起爆能量愈小,物質愈容易被引爆,敏感度愈高。最大起爆能量不是敏感度的定義;以所需起爆能量衡量時,通常是能量愈低代表敏感度愈高。
  • **(B) 正確。
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第 33 題1 分

當一小爆炸發生時,其壓力波將全廠之粉塵揚起,再被隨後而至之燃燒引爆所引起之全廠性爆炸,此現象為何?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考粉塵爆炸的「一次塵爆」與「二次塵爆」之區別。懸浮在空氣中的可燃性粉塵遇到火源,達到爆炸濃度後會迅速燃燒並產生壓力波。壓力波若使沉積在設備、地面或建築物上的粉塵再次揚起,後續火焰便可能引燃這些粉塵,造成範圍更大、破壞性更強的爆炸,稱為二次塵爆。

解題方法

抓題幹中的因果順序:「先發生一小爆炸」→「壓力波揚起全廠粉塵」→「隨後燃燒引爆」→「造成全廠性爆炸」。這正是二次塵爆的典型形成過程:初次爆炸產生的壓力波揚起沉積粉塵,後續火焰再引燃粉塵雲,使爆炸擴大。

選項分析

(A) 閃燃:錯誤。 閃燃是室內火災中,熱煙氣與輻射熱使可燃物表面幾乎同時起火、火勢迅速擴大的現象;不是初次爆炸揚起粉塵後再度引爆的過程。

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第 34 題1 分

液體變化為氣體之物理現象中,若變化速度至為急速時,因能量在極短的時間內大量放出,即形成爆炸現象,此現象之名稱為何?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考查液體急速汽化時所形成的爆炸現象。液體吸收熱量後會汽化成氣體;若汽化速度極快,短時間內大量液體轉變為蒸氣,體積迅速膨脹並釋放能量,便會形成蒸氣爆炸。這類爆炸的判斷重點是「液體急速變成氣體」,而非可燃氣體燃燒或固體粉末燃燒。

解題方法

先抓題幹的現象描述:「液體變化為氣體」且「變化速度至為急速」。這正是蒸氣爆炸的核心特徵,因此選擇蒸氣爆炸。題目沒有要求計算,也沒有涉及法條。

選項分析

  • (A) 蒸氣爆炸:正確。 液體在極短時間內急速汽化,蒸氣體積膨脹,能量大量釋放,造成爆炸。
  • **(B) 分解爆炸:錯誤。
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第 35 題1 分

面對廚房油鍋起火燃燒,下列何項應對動作的風險最大?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考查廚房油鍋火災的初期處置,以及水與高溫食用油接觸時的危險。油鍋起火時,燃燒的是高溫油脂;直接潑水會使水迅速汽化、體積急遽膨脹,並將油滴向四周噴濺,造成火焰擴大與人員灼傷。

解題方法

比較各選項對火勢與人身安全的影響:通知消防隊、切斷瓦斯等措施有助於求援或降低持續供能;適當覆蓋鍋面則可隔絕空氣。只有直接以水澆灌高溫油鍋,會使燃燒中的油脂劇烈飛散,因而是風險最大的動作。

選項分析

  • (A) 打電話通知消防隊:錯誤。 通報可及時取得專業協助,並非使油鍋火勢惡化的處置。若火勢已失控,應立即撤離並通報。
  • **(B) 以濕布覆蓋:錯誤。
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第 36 題1 分

為防止靜電發生放電時引火造成火災,請問下列有關靜電災害之防止對策何者錯誤?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考查靜電放電引發火災的防止方法。物體因摩擦、接觸分離或流動等作用累積靜電後,若電荷突然放電,可能產生足以引燃可燃性氣體、蒸氣或粉塵的火花。防止靜電災害的原則,是減少電荷累積、使電荷安全消散,並避免放電火花進入可燃性環境。

常見措施包括使用導電性材料、設置接地、使用除電劑,以及控制容易累積靜電的材料與設備。

解題方法

逐項判斷各選項是否能降低靜電累積或安全導走電荷。能導電、除電或接地的措施有助於減少靜電危害;反之,使用絕緣材料阻止導電,可能讓電荷更難消散,因此不符合防止靜電災害的原則。

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第 37 題1 分

有關電氣火災防範對策中,電器設備之正確使用非常重要,在潮濕場所使用電器時,插頭應加裝何種裝置以防止感電發生?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考查潮濕環境中的感電防護。人體、地面或設備外殼受潮時,電流較容易經由人體形成通路;若設備漏電,接觸外殼或插頭的人可能因此觸電。漏電斷路器會偵測電路的漏電情形,達到動作條件時迅速切斷電源,以降低感電危險。

本題沒有要求特定法條或數值計算,重點是辨認哪一種裝置具有漏電偵測與自動切斷電源的功能。

解題方法

先抓題幹的關鍵詞:「潮濕場所」與「防止感電」。潮濕環境應優先採用能在漏電時自動斷電的保護裝置;四個選項中,符合此功能的是漏電斷路器。

選項分析

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第 38 題1 分

常見泡沫滅火藥劑含有界面活性劑成分,請問下列何者不是泡沫滅火藥劑滅火時界面活性劑的主要作用?

這一題的完整詳解

核心觀念

泡沫滅火藥劑中的界面活性劑,主要藉由降低液體表面張力,促進發泡並改善泡沫的鋪展、附著與覆蓋能力。泡沫覆蓋燃燒物表面後,可隔絕空氣、抑制可燃蒸氣逸散;泡沫中的水分也能吸熱冷卻。

要分清楚:界面活性劑的主要作用,與泡沫滅火時整體產生的滅火效果,並非同一件事。

解題方法

逐項判斷選項所述作用是否來自界面活性劑本身。起泡、乳化及降低表面張力都屬界面活性劑的作用;降低溫度則是泡沫中水分吸收熱量所產生的冷卻效果,不是界面活性劑的主要作用。

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第 39 題1 分

某建築物內部的空氣溫度為 27 ∘C27\ ^\circ\mathrm{C},發生火災的房間溫度為 627 ∘C627\ ^\circ\mathrm{C},流入該起火房間的空氣體積流量為 4 m3/s4\ \mathrm{m^3/s},若忽略燃燒熱分解過程而產生的質量流率,請計算流出起火房間的煙霧體積流量約為多少?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考查火災房間內氣體受熱膨脹,以及質量守恆。忽略燃燒熱分解所產生的質量流率時,可視為流入、流出的氣體質量流率相等。氣體密度在相同壓力下與絕對溫度成反比,因此受熱後的體積流量會按絕對溫度比例增加。

解題方法

設流入空氣溫度為 T1T_1、流出煙氣溫度為 T2T_2,流入體積流量為 V˙1\dot V_1、流出體積流量為 V˙2\dot V_2。依理想氣體關係,在壓力近似相同且質量流率相等時:

V˙2V˙1=T2T1\frac{\dot V_2}{\dot V_1}=\frac{T_2}{T_1}

溫度須換算為絕對溫度:

T1=27+273=300 KT_1=27+273=300\ \mathrm{K} T2=627+273=900 KT_2=627+273=900\ \mathrm{K}

代入流入體積流量 V˙1=4 m3/s\dot V_1=4\ \mathrm{m^3/s}:

V˙2=4×900300=12 m3/s\dot V_2=4\times\frac{900}{300} =12\ \mathrm{m^3/s}
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第 40 題1 分

常見吸入火場中的煙霧而中毒者,其最主要之原因即為吸入太多的一氧化碳(CO)。一氧化碳往往是火場的致命殺手,其濃度達多少時可以讓人在 11 分鐘內死亡?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考一氧化碳(CO)在火場中的急性中毒危害。CO 與血紅素結合的能力遠高於氧氣,會減少血液攜氧量;吸入高濃度 CO 時,可在短時間內造成嚴重缺氧,甚至死亡。

解題方法

題目問「濃度達多少時可以讓人在 1 分鐘內死亡」,屬於高濃度 CO 的急性致死濃度判斷。依本題採用的火災學常見數值,CO 濃度達 1% 時,可在約 1 分鐘內致死。

濃度百分比也可換算為 ppm:1%=10,000 ppm1\%=10{,}000\ \text{ppm}。這是極高濃度,與較低濃度下逐漸出現頭痛、暈眩等症狀的情況不同。

選項分析

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其他考古題

消防設備士《火災學概要》其他年度