115 消防設備人員高等考試 消防設備師 化學系統消防安全設備 考古題詳解

核心觀念

本題為消防設備師國家考試「化學系統消防安全設備」科目之經典法規整合型申論題，配分通常為 25 分。本題主要測驗考生對兩大核心消防法規之熟稔度：

1. 《各類場所消防安全設備設置標準》（以命題當年民國 115 年法規為準）：

• 第 98 條：鹵化烴滅火設備所使用之滅火藥劑種類及其化學分子式。

2. 《各類場所消防安全設備檢修及申報作業基準》（滅火設備篇－鹵化烴滅火設備）：

• 性能檢查中，針對「滅火藥劑儲存容器之滅火藥劑量」的檢查方法（秤重法、液位計法）、判定方法（藥劑損失率容許值 $\le 5\%$）以及現場實務操作的注意事項（防誤噴、防傾倒、溫度校正等）。

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解題方法

本題題意明確，分為兩大作答區塊，切入策略如下：

1. 第一部分（設置標準）： 逐一列出法定的 5 種鹵化烴滅火藥劑名稱、代號及其化學式。化學式須書寫精確（包含元素符號、下標及化學異構特性），展現專業技術度。
2. 第二部分（檢修作業基準）： 嚴格按照法規結構，拆解為「檢查方法」、「判定方法」、「注意事項」三段論述。

• 檢查方法須涵蓋實務上的「衡器秤重法」與「液位計量測法（含非破壞檢測）」。
• 判定方法必須明確寫出「藥劑減少量在設計充填量 $5\%$ 以下」之法定合格標準。
• 注意事項需著重於高壓氣體鋼瓶之「防誤噴射安全聯鎖措施」及「溫度換算誤差補正」。

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選項分析

本題為申論試題，非選擇題，無選項供逐一分析。考生作答時應採條列綱目化呈現，使閱卷委員能迅速對應評分標準與給分點。

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解題技巧

1. 化學式記憶口訣：

• HFC 系列遵循「ASHRAE 命名法則」（R 代號 $+90=$ 碳、氫、氟原子數）。例如 HFC-227ea：$227 + 90 = 317 \rightarrow$ 碳 3、氫 1、氟 7，化學式即 $\mathrm{C_3HF_7}$。
• FK-5-1-12 為全氟酮類，碳數為 6（十二氟-2-甲基-3-戊酮），化學式為 $\mathrm{CF_3CF_2C(=O)CF(CF_3)_2}$ 或簡寫 $\mathrm{C_6F_{12}O}$。

2. 防誤噴措施是得分關鍵： 在檢修作業基準之「注意事項」中，閱卷教授特別看重「防止誤噴射之安全處置」（拆除電磁啟動閥、裝設防噴防護蓋或安全插銷），未寫出此點將難以取得滿分。
3. 判定標準數字勿混淆： 鹵化烴滅火藥劑量之容許損失上限為 $5\%$；若容器上裝有壓力表，壓力容許損失上限通常為 $10\%$，兩者數字不同，作答時切勿混淆。

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【答案】

一、鹵化烴滅火設備藥劑種類及其化學式

依《各類場所消防安全設備設置標準》第 98 條規定，鹵化烴滅火設備使用之滅火藥劑種類與其化學式如下：

1. HFC-23

• 中文名稱：三氟甲烷（Trifluoromethane）
• 化學式：$\mathrm{CHF_3}$

2. HFC-125

• 中文名稱：五氟乙烷（Pentafluoroethane）
• 化學式：$\mathrm{CHF_2CF_3}$（或表示為 $\mathrm{C_2HF_5}$）

3. HFC-227ea

• 中文名稱：七氟丙烷（Heptafluoropropane）
• 化學式：$\mathrm{CF_3CHFCF_3}$（或表示為 $\mathrm{C_3HF_7}$）

核心觀念

本題以命題當年（民國 115 年）之法規為準，測驗消防設備師對於「二氧化碳滅火設備」之設計計算能力與檢修申報實務判定，核心依據如下兩項法規：

1. 《各類場所消防安全設備設置標準》：

• 第 85 條（全區放出方式之滅火藥劑量）：鍋爐室使用油類等液體或氣體燃料燃燒，屬於「表面火災防護對象」。防護區劃體積在 $150\text{ m}^3$ 以上未滿 $1500\text{ m}^3$ 時，單位體積藥劑量為 $0.8\text{ kg/m}^3$；開口部未設自動關閉裝置時，開口部加算量為 $5\text{ kg/m}^2$。
• 第 84 條（儲存容器之充填比）：高壓式二氧化碳儲存容器之充填比 $C$ 定義為容器內容積（公升）與藥劑充填重量（公斤）之比值，即 $C = \frac{V_c}{G}$。

2. 《各類場所消防安全設備檢修及申報作業基準》：

• 規範二氧化碳滅火設備「外觀檢查」中，針對防護區劃之「形狀變更」及「氣密構造」之具體檢查方法與合格判定標準。

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解題方法

一、 二氧化碳儲存容器數量估算

步驟 1：計算防護區劃體積 $V = 15 \times 8 \times 6 = 720\text{ m}^3$

步驟 2：確定單位體積藥劑量與基本量 鍋爐室屬表面火災防護對象，其體積 $V = 720\text{ m}^3$ 落在 $150\text{ m}^3 \le V < 1500\text{ m}^3$ 級距：

• 單位體積所需藥劑量係數：$0.8\text{ kg/m}^3$
• 體積所需藥劑量： $W_v = 720 \times 0.8 = 576\text{ kg}$ （法規規定此級距之基本下限值為 $135\text{ kg}$，$576\text{ kg} \ge 135\text{ kg}$，符合規定）

步驟 3：計算開口部加算藥劑量 無法自動關閉之開口部面積 $A_o = 20\text{ m}^2$，開口部加算係數為 $5\text{ kg/m}^2$： $W_a = 20 \times 5 = 100\text{ kg}$

步驟 4：計算防護區劃所需總藥劑量 $W = W_v + W_a = 576 + 100 = 676\text{ kg}$

步驟 5：計算單一鋼瓶儲存藥劑量與鋼瓶數量 已知鋼瓶內容積 $V_c = 68\text{ L}$，充填比 $C = 1.5$：

• 單瓶充填藥劑重量： $G = \frac{V_c}{C} = \frac{68}{1.5} \approx 45.33\text{ kg/瓶}$
• 所需鋼瓶支數推導： $N = \frac{W}{G} = \frac{676}{45.333\dots} = \frac{676 \times 1.5}{68} = \frac{1014}{68} \approx 14.91\text{ 瓶}$ 依規定滅火藥劑儲存總量不得低於法定設計值，計算結果小數點無條件進位至整數，得： $N = 15\text{ 瓶}$ 註：若實務工程上直接取公稱充填量 $45\text{ kg/瓶}$（即整數標稱）計算：$N = \frac{676}{45} \approx 15.02 \implies 16\text{ 瓶}$。國家考試答題以精確法規公式推導之 $15\text{ 瓶}$ 為準，並加註公稱充填量之 $16\text{ 瓶}$ 即可確保滿分。

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二、 外觀檢查：防護區劃變更及氣密之檢查與判定方法

依據《各類場所消防安全設備檢修及申報作業基準》第十四章「二氧化碳滅火設備」之外觀檢查規定：

1. 防護區劃變更之檢查與判定

• 檢查方法：

1. 以目視比對竣工圖說，確認防護區劃之界線、隔間牆、頂棚（天花板）有無遭受拆除、改建、擴大或增設。
2. 確認該區劃內之用途、擺設、機械設備有無變更，致使火災防護對象種類改變或防護體積增大。

• 判定方法：

1. 防護區劃之隔間構造、形狀、體積及使用用途，須與原審定及竣工圖說完全相符。
2. 防護區劃未有任意擴大；

核心觀念

本題考《各類場所消防安全設備設置標準》第 82 條、第 83 條之 1、第 83 條之 2、第 84 條及第 87 條，重點依序是：藥劑種類、設計濃度與藥劑量計算、放射時間、儲存容器規定。以下以命題當年（民國 115 年）法規為準。

惰性氣體滅火設備採全區放射方式。其藥劑種類包括：

• IG-100：氮氣。
• IG-01：氬氣。
• IG-55：氮氣與氬氣容量比 50：50 的混合物。
• IG-541：氮氣、氬氣及二氧化碳容量比 52：40：8 的混合物。

解題方法

一、先決定設計濃度

理論滅火濃度須經測試決定。一般場所的設計濃度，應為理論滅火濃度的 1.2 倍以上；含易燃液體場所為 1.3 倍以上；含通電中電氣設備場所為 1.25 倍以上。常時有人場所的設計濃度上限為 52%。持續通電電壓大於 480 V 的場所，依中央主管機關認可值核算。

計算藥劑量時，$C$ 是設計濃度的百分比數值，例如設計濃度為 40%，代入 $C=40$，不是 $0.40$。

二、依公式計算所需藥劑量

惰性氣體所需藥劑量依下式計算：

$$W=\frac{V}{S}\ln\left(\frac{100}{100-C}\right)$$

其中：

• $W$：防護空間所需藥劑量（kg）。
• $V$：防護空間淨體積（m³），得扣除不滲透且不可移動的固體體積。
• $S$：防護空間最低溫度 $t$℃、一大氣壓下的比容積（m³/kg）。
• $C$：設計濃度（體積百分比）。

各藥劑的比容積公式如下：

藥劑	比容積 $S$（m³/kg）
IG-100	$0.7997+0.00293t$
IG-01	$0.5685+0.00208t$
IG-55	$0.6598+0.00242t$
IG-541	$0.65799+0.00239t$

核心觀念

本題測驗「全區放射乾粉滅火設備」之設計規範、藥劑量計算法規及乾粉理化特性，法規依據以命題當年（民國 115 年）《各類場所消防安全設備設置標準》為準：

1. 全區放射乾粉滅火設備法規：

• 噴頭規定（第 103 條）：噴頭之放射壓力、放射時間限制及放射均勻性。
• 閥類規定（第 104 條、第 105 條、第 106 條）：儲存容器閥、選擇閥、安全閥（安全裝置）與減壓閥之設置要件。

2. 全區放射滅火藥劑量計算（第 101 條）：

• 計算公式：$Q = V \times q_1 + a \times q_2$
• 參數定義：$V$ 為防護空間體積（$\text{m}^3$）、$q_1$ 為單位體積基準藥劑量（$\text{kg/m}^3$）、$a$ 為無法自動關閉之開口部面積（$\text{m}^2$）、$q_2$ 為開口部單位面積追加藥劑量（$\text{kg/m}^2$）。
• 第二種乾粉（主成分為碳酸氫鉀 $\text{KHCO}_3$）之法規係數：$q_1 = 0.36\text{ kg/m}^3$、$q_2 = 2.7\text{ kg/m}^2$。

3. 乾粉識別著色與滅火化學反應：

• CNS 1387 及檢修基準對不同種乾粉滅火藥劑之識別色規定。
• 碳酸氫鉀受熱分解反應（吸熱與窒息作用）及負觸媒（化學抑制連鎖反應）機構。

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解題方法

一、噴頭與閥類之設置規定

1. 噴頭之設置規定（依據《各類場所消防安全設備設置標準》第 103 條）

全區放射方式之乾粉噴頭應符合下列規定：

1. 放射壓力：噴頭之放射壓力應在每平方公分一公斤以上（即 $0.1\text{ MPa}$ 以上）。
2. 放射時間：應能在三十秒以內將防護空間內所需之滅火藥劑量全部放射完畢。
3. 配置均勻度：噴頭之放射量與配置位置，應使放射之藥劑能迅速且均勻擴散至全防護空間，避免形成滅火盲區。

2. 閥類之設置規定（依據《各類場所消防安全設備設置標準》第 104 條至第 106 條）

1. 容器閥：

• 儲存容器應設容器閥，且應具備手動或自動啟動之開閥構造。
• 容器閥採用電磁閥或爆破膜啟動時，應設有手動安全啟動裝置。

2. 選擇閥：

• 同一場所具有二個以上防護區或防護對象時，各分區配管上應設置選擇閥。
• 選擇閥應設於防護區外，並於閥體明顯處標明其所防護之分區或對象名稱。
• 儲存容器與噴頭間經由選擇閥之配管分支，應維持各噴頭之放射壓力均勻平衡。

3. 安全閥（安全裝置）：

• 儲存容器應設置符合 CNS 規定之安全裝置（安全閥或破裂板）。
• 在配管系統中，若選擇閥與儲存容器之間或任兩閥類之間可能滯留加壓氣體或藥劑時，該閉鎖配管區間應裝設安全閥或安全排氣裝置。

4. 減壓閥（壓力調節閥）：

• 採用加壓用氣體容器（如氮氣瓶、二氧化碳瓶）進行藥劑釋放時，於加壓氣體配管上應設置減壓閥，以將高壓氣體調節至設計作動壓力範圍以下安全動作。

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二、乾粉滅火藥劑量計算

1. 計算防護空間體積與開口面積

• 防護空間體積： $V = \text{長} \times \text{寬} \times \text{高} = 20 \times 8 \times 5 = 800\text{ m}^3$
• 無法自動關閉之開口部面積： $a = 10\text{ m}^2$

2. 第二種乾粉法規係數選定

依《各類場所消防安全設備設置標準》第 101 條附表規定，第二種乾粉（碳酸氫鉀）：

• 單位體積基準藥劑量：$q_1 = 0.36\text{ kg/m}^3$
• 開口部每平方公尺追加量：$q_2 = 2.7\text{ kg/m}^2$

3. 藥劑總量推導與計算

• 空間體積所需藥劑量： $Q_1 = V \times q_1 = 800 \times 0.36 = 288\text{ kg}$
• 開口部追加藥劑量： $Q_2 = a \times q_2 = 10 \times 2.7 = 27\text{ kg}$
• 系統至少所需滅火藥劑總量： $Q = Q_1 + Q_2 = 288 + 27 = 315\text{ kg}$

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三、檢修顏色規定及藥劑滅火化學反應式

1. 第二種乾粉檢修顏色規定

依據標準檢修規範及 CNS 規定，乾粉滅火藥劑為利於現場外觀辨識及防止混用，各定有特定顏色：

• 第二種乾粉識別顏色：紫色（淡紫色）。 (附註：第一種為白色；第三種為淡粉紅色；第四種為灰白色)