112 消防設備人員高等考試 消防設備師 水系統消防安全設備 考古題詳解

112 年・消防設備人員・高等考試・消防設備師
試題代碼 水系統消防安全設備

第 一 題25 分

某一地下停車場設計自動滅火系統時，依各類場所消防安全設備設置標準，可選擇水霧滅火設備，亦可選擇泡沫滅火設備。請就下列項目，比較地下停車場選用水霧滅火設備及泡沫滅火設備之異同：

  1. 滅火機制。
  2. 放射區域。
  3. 放水量。
  4. 水源容量。

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核心觀念

本題考《各類場所消防安全設備設置標準》第 18 條及水霧、泡沫滅火設備的設計規定。地下室或二樓以上的室內停車空間達法定面積時，須依規定選設適用的滅火設備；比較時要分清楚「放射量如何計算」、「一次啟動所涵蓋的區域」及「水源要維持多少時間」。

以下依命題當年（民國 112 年）法規作答。現行法已於民國 113 年修正，增列室內停車空間得選設自動撒水設備等規定；本題仍依民國 112 年規定比較。

解題方法

先按設備作用原理比較滅火機制，再依設置標準逐一核對放射區域、放射量及水源容量。泡沫設備須分辨使用泡沫噴頭與泡水噴頭；地下停車場一般按泡沫噴頭規定說明。

比較項目水霧滅火設備泡沫滅火設備
1. 滅火機制水霧噴頭將水分散成細小水滴，藉由吸熱冷卻、降低火焰附近氧氣濃度，以及水滴汽化膨脹的窒息效果抑制火勢。適合以水霧直接控制火源及冷卻燃燒物。泡沫水溶液放射後形成泡沫層，覆蓋可燃液體表面，使燃料與空氣隔離，並抑制可燃蒸氣逸散；同時有冷卻作用。對燃油等液體火災的覆蓋窒息效果較明顯。
2. 放射區域依《設置標準》第 63 條，放射區域指一只一齊開放閥啟動放射的區域，原則上每區以 50 平方公尺為準。依第 75 條，使用泡沫噴頭時，每一放射區域樓地板面積為 50 至 100 平方公尺。使用泡水噴頭時，放射區域須占樓地板面積三分之一以上，且至少 200 平方公尺；樓地板面積未達 200 平方公尺者，按實際面積計。
3. 放水量／放射量依第 61 條，停車空間屬第 18 條附表第三項場所，水霧每平方公尺每分鐘放水量須達 20 公升以上。若設計放射面積為 AA 平方公尺，最低放水量為 20A20A L/min。使用泡沫噴頭時，依第 72 條按泡沫原液種類核算樓地板面積放射量：蛋白質泡沫液至少 6.5 L/min·m²、合成界面活性泡沫液至少 8 L/min·m²、水成膜泡沫液至少 3.7 L/min·m²。面積為 AA 時，最低泡沫水溶液放射量分別為 6.5A6.5A、8A8A、3.7A3.7A L/min。
4. 水源容量依第 64 條，水源容量至少 20 m³；
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第 二 題25 分

某汽車修護廠空間為長 3030 公尺、寬 2020 公尺、高 66 公尺，廠區中央之防護對象物尺寸為長 55 公尺、寬 44 公尺、高 1.51.5 公尺，設計採用局部放射、膨脹倍率為 100100 倍之高發泡泡沫系統防護，泡沫原液濃度為 3%3\%。

請計算下列各項：

  1. 防護面積。
  2. 泡沫水溶液放射量。
  3. 水源容量。
  4. 原液量。

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核心觀念

本題考《各類場所消防安全設備設置標準》第 73 條、第 76 條及第 78 條的高發泡泡沫設備規定，以命題當年（民國 112 年）法規為準。

局部放射的防護面積，是將防護對象外周線向外水平延伸一段距離後所包圍的面積；延伸距離為防護對象高度的 3 倍，但不足 1 公尺時以 1 公尺計。高發泡局部放射量至少為每平方公尺每分鐘 2 公升；水源容量則須足以連續放射 20 分鐘，計算的泡沫水溶液量另加 20%。

解題方法

題目給定防護對象高 1.51.5 公尺，向外延伸距離為：

1.5×3=4.5 公尺1.5\times 3=4.5\text{ 公尺}

防護對象居於廠區中央，四周均可按此距離延伸。其長、寬各增加兩側延伸長度：

防護面積=(5+2×4.5)(4+2×4.5)=14×13=182 平方公尺\begin{aligned} \text{防護面積} &=(5+2\times4.5)(4+2\times4.5)\\ &=14\times13\\ &=182\text{ 平方公尺} \end{aligned}

每平方公尺每分鐘放射量為 22 公升，因此泡沫水溶液放射量為：

182×2=364 公升／分鐘182\times2=364\text{ 公升／分鐘}
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第 三 題25 分

依各類場所消防安全設備設置標準之規定，自動撒水設備可分為密閉濕式、密閉乾式、開放式及預動式等類型。

請完成下列事項：

  1. 繪出密閉濕式、密閉乾式、開放式及預動式四種類型之示意圖。
  2. 說明各類型之動作流程。
  3. 說明各類型適用場所型態之選擇原則。

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核心觀念

本題考《各類場所消防安全設備設置標準》第 43 條所列自動撒水設備型式，重點在比較平時配管內的狀態、控制閥如何開啟，以及水到達撒水頭的條件。法規並規定，供第 12 條第 1 款第 1 目所列場所及第 2 目集會堂使用的舞臺，應設開放式自動撒水設備。

法規基準：以命題當年（民國 112 年）法規為準。

四種型式可先記成：

  • 密閉濕式：管內平時充水，撒水頭受熱開啟即放水。
  • 密閉乾式：管內平時充高壓空氣，撒水頭開啟後先排氣，再進水放水。
  • 開放式：開放型撒水頭平時敞開，啟動一齊開放閥後，整個放水區域的撒水頭一齊放水。
  • 預動式：管內平時充低壓空氣，感知裝置先啟動流水檢知裝置；撒水頭動作後放水。

示意圖

圖中「流水檢知裝置」為供水側的控制閥組；「一齊開放閥」控制開放式系統的放水區域。箭頭表示火災時水流方向。

一、密閉濕式

水源／加壓送水裝置
 │
 ▼
[流水檢知裝置]
 │
 │ 平時管內充滿高壓水
 ├──────────┬──────────┐
 ▼ ▼ ▼
 [密閉頭] [密閉頭] [密閉頭]
 平時關閉 平時關閉 平時關閉

二、密閉乾式

水源／加壓送水裝置
 │
 ▼
[乾式流水檢知裝置]
 │
 │ 平時管內充高壓空氣
 ├──────────┬──────────┐
 ▼ ▼ ▼
 [密閉頭] [密閉頭] [密閉頭]
 平時關閉 平時關閉 平時關閉

 [空氣壓縮機] ──補充空氣至二次側管系

三、開放式

水源／加壓送水裝置
 │
 ▼
 [一齊開放閥] ◀──感知裝置／啟動裝置
 │
 │ 平時管內無水
 ├──────────┬──────────┐
 ▼ ▼ ▼
 [開放頭] [開放頭] [開放頭]
 平時敞開 平時敞開 平時敞開

四、預動式

水源／加壓送水裝置
 │
 ▼
[預動式流水檢知裝置] ◀──感知裝置
 │
 │ 平時管內充低壓空氣
 ├──────────┬──────────┐
 ▼ ▼ ▼
 [密閉頭] [密閉頭] [密閉頭]
 平時關閉 平時關閉 平時關閉

動作流程

一、密閉濕式

  1. 平時管內充滿加壓水，密閉式撒水頭因感熱元件封閉而不放水。
  2. 火災使局部撒水頭周圍溫度上升，感熱元件動作，撒水頭開啟。
  3. 管內水立即由已開啟的撒水頭放出；流水檢知裝置感知水流並發出警報。
  4. 只有受熱開啟的撒水頭放水，其餘撒水頭仍維持關閉。

二、密閉乾式

  1. 平時流水檢知裝置二次側管內充高壓空氣，供水側由乾式閥隔開。
  2. 火災使密閉式撒水頭受熱開啟，管內空氣由撒水頭排出。
  3. 空氣壓力降低，乾式流水檢知裝置動作，供水側的水進入二次側管系。
  4. 管內空氣排出後，水流至已開啟的撒水頭放水；流水檢知裝置同時發出警報。
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第 四 題25 分

某建築物內每層配置第一種室內消防栓 22 支，消防栓配管示意圖如附圖。

配管採螺紋式接法，管徑尺寸資料如下：

  • ABAB 段：100 A100\ \mathrm{A}
  • BCBC 段：80 A80\ \mathrm{A}
  • CDCD 段：40 A40\ \mathrm{A}

假設每段管長如圖面標示，配管公稱尺寸與內徑相同，水帶每百公尺摩擦損失水頭為 1212 公尺，配管配件等價管長如表一，每百公尺配管摩擦損失水頭如表二，泵揚程餘裕度為 10%10\%，效率為 60%60\%。

請計算幫浦的額定揚程及電動機馬力。

假設室內消防栓出水量以 130130 公升／分鐘計算，且幫浦出水量以 22 支室內消防栓出水量計算，幫浦與電動機的連結係數為 1.11.1。

附圖：消防栓配管示意圖

  • AB=100AAB=100\mathrm{A}
  • BC=80ABC=80\mathrm{A}
  • CD=40ACD=40\mathrm{A}
  • 圖示管段長度：1515 公尺、1010 公尺、4040 公尺、1010 公尺、33 公尺
  • PP：幫浦
  • AA、BB、CC、DD：配管節點

表一　配管配件等價管長摘錄表（單位：公尺）

管配件40A40\mathrm{A}80A80\mathrm{A}100A100\mathrm{A}
TT 分流或十字接頭2.52.54.94.96.36.3
90∘90^\circ 彎管1.31.32.42.43.23.2
角閥7.07.0----
閘閥0.30.30.50.50.70.7
逆止閥3.53.56.76.78.78.7
底閥7.07.013.513.517.617.6

表二　配管每百公尺之摩擦損失水頭（單位：公尺）

流量（公升／分鐘）＼管徑40A40\mathrm{A}80A80\mathrm{A}100A100\mathrm{A}
13013011.4311.430.390.390.130.13
26026041.2041.201.411.410.480.48
🖼️ 本題原卷含圖表。基於試題來源之版權考量，本站不轉載原卷影像； 題目文字已完整轉錄，圖表請自行參閱考選部公告之試題原檔。

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核心觀念

本題考消防栓幫浦揚程與電動機馬力的計算。沿幫浦至最高、最不利消防栓的路徑，將所需揚程分成：

H=高低差+消防栓所需放水壓力水頭+水帶損失+配管直管損失+配件損失H=\text{高低差}+\text{消防栓所需放水壓力水頭}+\text{水帶損失}+\text{配管直管損失}+\text{配件損失}

管件損失以等價管長併入直管長度計算。依《各類場所消防安全設備設置標準》室內消防栓規定，出水端所需壓力以 2.5 kgf/cm22.5\ \mathrm{kgf/cm^2} 計，相當於約 25 m25\ \mathrm{m} 水頭；解題以命題當年（民國 112 年）法規為準。

解題方法

取從水源經幫浦至最高消防栓的路徑。依圖示，靜揚程為 40+15=55 m40+15=55\ \mathrm{m}；ABAB 段管長為圖示 40 m40\ \mathrm{m} 加幫浦吸水側 10 m10\ \mathrm{m}，合計 50 m50\ \mathrm{m}。流量沿路徑分配為：ABAB、BCBC 段各承受兩支消防栓流量 260 L/min260\ \mathrm{L/min}；CDCD 段及單支水帶承受 130 L/min130\ \mathrm{L/min}。

  1. 配管直管摩擦損失
hAB=0.48×50100=0.240 mhBC=1.41×15100=0.212 mhCD=11.43×3100=0.343 m\begin{aligned} h_{AB}&=0.48\times\frac{50}{100}=0.240\ \mathrm{m}\\ h_{BC}&=1.41\times\frac{15}{100}=0.212\ \mathrm{m}\\ h_{CD}&=11.43\times\frac{3}{100}=0.343\ \mathrm{m} \end{aligned}

因此，直管損失合計為：

h直管=0.240+0.212+0.343=0.795 mh_{\text{直管}}=0.240+0.212+0.343=0.795\ \mathrm{m}
  1. 配件等價管長損失

依圖示最不利路徑計入下列配件：ABAB 段的底閥、逆止閥、閘閥及一個 90∘90^\circ 彎管；BCBC 段的兩個 T 分流接頭及兩個 90∘90^\circ 彎管；CDCD 段的一個 T 分流接頭、一個 90∘90^\circ 彎管及一個角閥。

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