108 一般警察特考四等 消防警察人員 火災學概要 考古題詳解

核心觀念

本題考「熱量蓄積」與自燃的關係。可燃物發生氧化或其他放熱反應時，若產生的熱量未能及時散出，物質溫度便會逐漸升高；溫度升高又會加快反應速率，使放熱增加，最後可能達到著火溫度而自然發火。

熱量蓄積可用概念式表示：

當放熱速率持續大於散熱速率，且熱量累積到足以使物質達到著火條件，即可能自燃。影響因素可從「反應放熱」與「熱量散出」兩方面整理。

解題方法：影響熱量蓄積的因素

1. 物質本身的性質 物質的氧化活性、反應速率及發熱量會影響放熱程度。容易氧化、反應較快或單位質量放熱較大的物質，較容易產生熱量蓄積。

2. 物質的堆積量與堆積方式 堆積量越大，內部產生的總熱量越多；堆積越密實或越厚，內部熱量越不易傳至表面散出。若物質堆成大堆、緊密堆置，中心部位特別容易蓄熱。

3. 表面積與體積的比例 堆積物體積相對大、表面積相對小時，散熱面積不足，熱量不易逸散。相反地，物質分散、薄層堆置，表面積相對增加，較有利散熱。

核心觀念

本題考查「粉塵爆炸五要件」、粉塵爆炸的燃燒與壓力發展過程，以及如何區分粉塵爆炸與粉塵雲閃燃。

可燃粉塵遇到空氣中的氧化劑，並受到足以引燃的點火源作用時，若粉塵分散成雲狀，且燃燒發生在受限空間內，快速燃燒產生的壓力便可能急遽升高，形成粉塵爆炸。常用的「爆炸五角形」表示其必要條件：

1. 可燃性粉塵：例如穀物粉、澱粉、麵粉、煤粉、木粉或金屬粉末。
2. 氧化劑：通常是空氣中的氧。
3. 點火源：例如火焰、電氣火花、高溫表面或靜電放電。
4. 粉塵分散：粉塵須以適當濃度懸浮於空氣中，形成可燃粉塵雲。
5. 受限空間：使燃燒生成的熱與氣體無法迅速逸散，造成壓力累積。

粉塵爆炸與一般燃燒的關鍵差異，不只在於有沒有火焰，而在於粉塵雲快速燃燒時是否造成顯著壓力上升。受限空間是典型粉塵爆炸的重要條件；若在開放空間燃燒，通常較接近粉塵雲閃燃或火焰傳播，不一定形成爆炸壓力。

解題方法

先依「爆炸五角形」確認事件是否具備可燃粉塵、氧化劑、點火源、粉塵分散及受限空間，再依燃燒是否產生顯著壓力上升，判斷是粉塵爆炸，還是開放空間中的閃燃。

本題不是選擇題，也沒有計算或特定法條適用；重點是用上述定義分析八仙樂園事件，並避免把「粉塵雲被引燃」直接等同於「粉塵爆炸」。

粉塵爆炸的過程

1. 粉塵形成並分散：可燃粉塵被揚起，與空氣混合，形成具有可燃性的粉塵雲。
2. 點火源引燃：火焰、火花或高溫物體使粉塵雲開始燃燒。
3. 火焰迅速傳播：粉塵顆粒表面積大，懸浮時與氧氣接觸充分，燃燒可快速擴展。

核心觀念

本題考氣體的相對密度（比重）。在相同溫度與壓力下，氣體比重可用氣體密度與空氣密度相比：

空氣的平均分子量約為 $29$。比重小於 $1$，表示該氣體比空氣輕，通常會上升、聚集於較高處；比重大於 $1$，則比空氣重，較易滯留於低處。

解題方法

比較各選項的分子量與空氣的平均分子量即可：

• 天然氣的主要成分是甲烷，分子量約為 $16$，小於空氣的約 $29$，比重小於 $1$。
• 液化石油氣的主要成分為丙烷、丁烷，兩者分子量都大於 $29$，比重均大於 $1$。

選項分析

核心觀念

本題考查平壁的穩態熱傳導。依傅立葉熱傳導定律，牆壁單位面積的熱通量大小為

$q''=k\frac{\Delta T}{L}$

其中 $q''$ 為熱通量（$\mathrm{W/m^2}$）、$k$ 為熱傳導率（$\mathrm{W/(m\cdot K)}$）、$\Delta T$ 為牆壁兩側的溫差、$L$ 為牆厚。溫差固定時，熱傳導率越小、牆越厚，熱通量越小。

解題方法

兩側溫度差為

$\Delta T=500-20=480\ \mathrm{K}$

逐一代入 $q''=k\Delta T/L$：

• (A)：$q''=0.5\times480/0.1=2400\ \mathrm{W/m^2}$
• (B)：$q''=0.3\times480/0.1=1440\ \mathrm{W/m^2}$
• (C)：$q''=0.5\times480/0.2=1200\ \mathrm{W/m^2}$

核心觀念

本題考查「電線走火」的常見成因，以及電氣設備引燃可燃物與電氣故障起火的區別。常見電氣火災原因包括電線過載、半斷線造成局部過熱，以及插頭或接點積污導電造成異常發熱或電弧。

解題方法

先辨認每個選項是否屬於電氣故障或電氣異常發熱所造成的火災起因，再特別區分「電器本身發熱而引燃附近物品」與俗稱「電線走火」的範圍。題目採官方答案 B；依此分類，B 描述的是電暖器的發熱部位直接引燃附近可燃物，並非電線或電氣接點異常所致的電氣火災起因。

選項分析

(A) 延長線過負載：正確。 延長線所接負載超過其容許電流時，導線會因電流通過而產生焦耳熱，溫度升高後可能使絕緣材料劣化、熔融或引燃周遭可燃物，屬常見電氣火災原因。

核心觀念

本題考查熱量傳遞的三種基本方式：熱傳導、熱對流與熱輻射。題幹所說的「透過流動介質」是判斷關鍵：流體（如空氣或水）流動時，會攜帶熱量由一處移至另一處，這種熱傳方式稱為熱對流。

解題方法

先辨認熱量傳遞是否涉及介質的整體流動：

• 固體內部或物體接觸面間，主要由微觀粒子作用傳熱，屬於熱傳導。
• 液體或氣體流動並攜帶熱量，屬於熱對流。
• 不依靠介質流動、以電磁波傳遞熱量，屬於熱輻射。

題幹明確指出介質「流動」，因此選熱對流。

選項分析

核心觀念

本題考史帝芬－波茲曼定律中，輻射熱量與物體表面積的關係。物體單位時間放出的輻射熱量可表示為

其中，$\dot Q$ 為輻射熱傳率，$\varepsilon$ 為表面放射率，$\sigma$ 為史帝芬－波茲曼常數，$A$ 為輻射物體表面積，$T$ 為絕對溫度。若表面性質與溫度相同，輻射熱量與表面積 $A$ 成正比，也就是一次方關係。

解題方法

直接依公式辨認表面積的次方：$A$ 沒有平方或其他指數，因此輻射熱量隨表面積等比例增加。例如表面積加倍，在其他條件不變時，輻射熱量也加倍。

核心觀念

本題考查點光源輻射熱通量與距離的關係。若火場輻射源可視為點光源，且中間沒有遮蔽物或其他顯著影響，輻射熱通量與距離平方成反比：

因此，距離縮短為原來的一半時，輻射熱通量會增加為原來的四倍。

解題方法

距鐵捲門 $2$ 公尺處的輻射熱為 $25\ \mathrm{kW/m^2}$；再接近鐵捲門 $1$ 公尺，表示新位置距離為 $2-1=1$ 公尺。

依反平方定律：

代入 $q_1=25\ \mathrm{kW/m^2}$、$r_1=2\ \mathrm{m}$、$r_2=1\ \mathrm{m}$：

核心觀念

熱釋放率（Heat Release Rate，HRR）表示火災每單位時間釋放的熱能，是描述火源大小的重要參數。熱能的單位是焦耳（J），時間的單位是秒（s），因此：

瓦特（W）即焦耳每秒，故熱釋放率的單位為瓦特。

解題方法

辨認題目問的是「率」而不是單純的熱能。凡是每單位時間的能量變化或傳遞，單位都是功率；功率的 SI 制單位為瓦特。火場情境模擬常以熱釋放率設定火源大小，常見表示方式包括 kW 或 MW。

選項分析

核心觀念

本題考水的蒸發潛熱，也就是水在溫度不變的情況下，由液態轉變為水蒸氣所吸收的熱量。消防灑水能吸收火場熱量，水蒸發時所吸收的熱量是其降溫效果的重要來源。

解題方法

水在沸點附近的汽化潛熱約為每公克 $540\ \text{cal}$。每公升水的質量約為 $1{,}000\ \text{g}$，因此：

所以每公升水的蒸發潛熱約為 $540\ \text{kcal}$。

選項分析

核心觀念

本題考燃燒四面體的四項要素：可燃物、助燃物、熱能與連鎖反應。其中，可燃物是能參與燃燒的物質；助燃物則是支持或促進燃燒的物質，常見例子是氧氣，也包括能提供氧化作用的其他物質。

解題方法

依題目給定的反應式判讀反應物角色：

$\mathrm{H_2S+Cl_2\rightarrow 2HCl+S}$

硫化氫中的氫與氯氣反應生成氯化氫，硫則析出。從氧化還原角度看，氯的氧化數由 $0$ 降為 $-1$，氯氣接受電子而被還原；硫的氧化數由 $-2$ 升為 $0$，硫化氫中的硫被氧化。因此，在題目所述的燃燒反應中，氯氣扮演氧化劑，提供助燃作用，對應燃燒四面體中的助燃物。

選項分析

核心觀念

本題考查受限通風的室內火災中，缺氧悶燒後遇到新鮮空氣所引發的現象。火災初期消耗空間內氧氣，若通風不足，燃燒可能轉為不完全燃燒，並累積高溫、可燃性熱分解產物與未燃氣體。此時開啟門窗，空氣進入並與這些可燃物混合，可能迅速燃燒，造成壓力與火焰向外衝出的爆燃現象，稱為 複燃（backdraft）。

解題方法

抓住題幹的因果順序即可判斷：

1. 空間氣密性佳、氧氣不足，火勢轉為悶燒。
2. 開啟門窗後，新鮮空氣進入。
3. 空氣與室內累積的可燃性氣體混合並迅速燃燒。

這正是複燃的典型描述。複燃屬於爆燃（deflagration）現象，火焰傳播速度低於音速；題目所稱「爆炸」是一般描述，不表示發生爆轟。

選項分析

核心觀念

本題考混合可燃氣體的燃燒下限（Lower Flammable Limit, LFL）估算。當數種可燃氣體混合時，若各成分的體積比例已知，可用勒沙特列公式計算混合氣體的燃燒下限：

其中，$L_i$ 是第 $i$ 種氣體的燃燒下限（體積百分比），$y_i$ 是該氣體在可燃氣體混合物中的體積比例，且 $\sum y_i=1$。

解題方法

氣體 A 與氣體 B 以體積 $1:1$ 混合，故兩者在可燃氣體混合物中的體積比例皆為 $0.5$。代入公式：

核心觀念

本題考「燃燒型態」的分類。石蠟屬於固體可燃物，受熱後會熔融、汽化，並可能因熱分解產生可燃蒸氣；實際燃燒的是這些可燃蒸氣與空氣中的氧混合後形成的火焰。因此，石蠟燃燒歸類為混合燃燒。

解題方法

判斷重點是看燃燒發生在哪裡，以及固體是否須先轉化成可燃蒸氣：

• 表面燃燒：可燃物在固體表面與氧化劑接觸並燃燒，通常沒有明顯火焰，例如木炭的燃燒。
• 混合燃燒：固體可燃物受熱後產生可燃蒸氣，蒸氣與空氣混合後在氣相中燃燒，例如石蠟燭焰。

石蠟燃燒時，燭芯將熔融石蠟引上，石蠟受熱汽化，蒸氣再與空氣混合形成火焰；所以判斷為混合燃燒。

選項分析

核心觀念

本題考查氣體燃燒爆炸時，依燃燒波的傳播速度與音速的關係區分爆燃與爆轟：

• 爆燃（deflagration）：燃燒波以低於音速的速度傳播，主要靠熱傳導與分子擴散使未燃氣體接續燃燒。
• 爆轟（detonation）：燃燒波以高於音速的速度傳播，並伴隨強烈壓力波；反應與壓力波耦合向前推進。

題幹明確指出燃燒速度「大於音速」，符合爆轟的定義。

解題方法

先抓題幹的判別關鍵：「燃燒速度大於音速」。將速度與音速比較即可判斷：低於音速是爆燃，高於音速是爆轟，因此選擇爆轟。

選項分析

核心觀念

本題考《消防法》及其相關法規對易燃液體的判定基準，關鍵是看液體的閃火點。以命題當年（民國 108 年）法規為準，判定易燃液體時，須注意其閃火點溫度；閃火點越低，液體越容易在常溫下產生足以被點燃的蒸氣。

閃火點是液體受熱後，其蒸氣與空氣形成的混合氣體遇火源時，足以發生瞬間閃燃的最低液體溫度。它反映液體產生可燃蒸氣的難易程度。

解題方法

看到題幹問「易燃液體物質判定基準」並提到「溫度高低」，應先辨認法規採用的溫度指標。易燃液體是依其閃火點等條件判定，因此本題選閃火點；其他選項雖也涉及燃燒或物質性質，並非法規此處所問的判定溫度。

選項分析

核心觀念

本題考靜電火花的放電能量，以及放電能量與可燃物「最小發火能量」的區別。靜電火花的能量可用電容儲能公式表示：

其中 $E$ 為靜電火花釋放的能量、$C$ 為靜電容量、$V$ 為電壓、$Q$ 為電荷量。物質最小發火能量則是可燃物被點燃所需能量的特性，用來和放電能量比較，判斷是否具有發火危險；它不是決定靜電火花能量的電氣參數。

解題方法

先辨認題目問的是「靜電火花能量由何者決定」，再依電容儲能關係判斷。電壓、電荷量與靜電容量都可出現在能量公式中；最小發火能量是物質的發火門檻，與火花能量本身分屬不同概念。

選項分析

核心觀念

閃燃（flashover）是室內火災由局部燃燒迅速發展為室內大部分可燃物幾乎同時燃燒的轉變現象。閃燃時間是火災發生至閃燃發生的時間，主要受火災成長、熱量累積與通風條件影響；本題考查哪些因素會直接左右這段時間。

可燃物的數量與尺寸會影響火災成長速率及熱釋放率；房間開口會影響供氧及煙熱排出；房間形狀與尺寸則會影響熱煙層累積、熱量散失及可燃物分布。空氣密度不是閃燃時間常列的直接重要原因。

解題方法

逐項判斷選項是否會直接改變室內火災的熱釋放、通風供氧或熱量累積條件。能改變這些條件的因素會影響閃燃發生快慢；空氣密度本身並非此類火災發展分析中的主要控制因素。因此，依題意找出「非直接影響」者。

選項分析

• (A) 可燃物的數量與尺寸：錯誤選項。 可燃物的數量、尺寸及配置會影響可燃負載、受熱面積與燃燒成長。

核心觀念

本題考查熱傳的三種基本方式：熱傳導、熱對流與熱輻射。撒水頭暴露於火災初期的熱煙氣中，熱煙氣流動並接觸撒水頭，使熱量傳入撒水頭；題目所問的主要熱交換方式是熱對流。

撒水頭受熱後，感熱元件溫度上升，達到動作溫度時即會啟動。熱煙氣與撒水頭間的對流熱傳可用下式表示：

其中，$h$ 為對流熱傳係數、$A$ 為受熱面積、$T_g$ 為熱煙氣溫度、$T_s$ 為撒水頭表面溫度。此式說明流動熱煙氣與撒水頭表面之間，會因溫差而進行熱交換。

解題方法

先辨認題幹描述的熱量傳遞界面：熱煙氣是流動的氣體，撒水頭則是受熱物體；兩者之間以熱煙氣流動並與撒水頭表面交換熱量為主，對應熱對流。題目問的是「主要」熱傳現象，因此不必否認火場中也可能有輻射等作用，應依題幹設定選出主要機制。

選項分析

核心觀念

海龍（Halon）滅火劑主要藉由抑制燃燒的連鎖反應滅火，也就是化學抑制作用。其滅火效率高、所需濃度低，曾廣泛用於電氣設備及精密儀器等場所；但部分海龍會破壞臭氧層，因此受到管制並逐步淘汰、替代。

解題方法

逐項核對海龍的滅火機制與適用範圍。判斷關鍵在於：海龍雖然滅火效能良好，並非適用於各類火災；不同火災類型與使用場所仍須考量滅火劑特性及安全性。

選項分析

• (A) 正確。 海龍的主要滅火作用是化學抑制，能干擾燃燒反應中的活性自由基，抑制連鎖反應。
• **(B) 錯誤，為本題答案。

核心觀念

本題考「開口等效流動面積」的串聯與並聯計算。串聯開口的等效面積小於任一開口，計算式為：

並聯開口則直接相加：

解題方法

先計算面積 $\frac{1}{3}\ \mathrm{m^2}$ 與 $\frac{1}{4}\ \mathrm{m^2}$ 串聯後的等效面積：

再將此串聯支路與面積 $\frac{1}{5}\ \mathrm{m^2}$ 的開口並聯：

選項分析

核心觀念

本題考查火源熱釋放率與天花板高度對煙層形成及煙流量的影響。題目已指定兩處的燃燒釋熱率相同、通風良好，因此比較重點是：在相同時間內，煙流上升至天花板時，天花板高度不同所造成的煙氣流量差異。

火災煙羽流上升時會捲吸周圍空氣，沿途逐漸增大。天花板越高，煙羽流抵達天花板前經過的距離越長，捲吸的空氣越多，因此到達天花板處的煙氣質量流率較大。這裡的「煙產生量」應理解為到達天花板處的煙氣流量，並非沙發本身生成的煙粒子總量。

解題方法

客廳高 $10$ 公尺，書房高 $5$ 公尺。兩處燃燒釋熱率相同，煙羽流的產生條件相同；但客廳中的煙羽流上升距離較長，捲吸周圍空氣較多，所以在燃燒起始天花板處，客廳的煙氣流量較大。

以常見的軸對稱火災煙羽流質量流率關係表示，其隨火源上方高度 $z$ 增加而增加，形式可概略寫為：

核心觀念

本題考查電氣火災中絕緣物表面因污染而失去絕緣能力的現象，稱為積污導電。絕緣物表面附著水分、灰塵等物質後，表面導電性增加，通電時可能形成微小放電與漏電流；持續作用會使表面劣化，甚至引發電氣火災。

解題方法

抓住題幹中的關鍵線索：「絕緣物體外表」、「水分或灰塵等電解質物質」及「喪失絕緣性質」。這描述的是污染物附著在絕緣體表面後，造成表面導電與絕緣性能下降，對應「積污導電」。

選項分析

• **(A) 短路：錯誤。**短路是不同電位的導體間因絕緣破壞或連接而形成低阻抗通路，造成大電流；題幹描述的是絕緣物表面污染導電。
• **(B) 焦耳熱：錯誤。

核心觀念

本題考「自然發火物質」依發熱機制的分類。物質在常溫下與空氣接觸或經由內部反應持續產熱，若熱量散失不及而逐漸蓄積，使溫度升高至著火點，就可能自然發火。常見發熱機制包括氧化熱、吸著熱、分解熱及聚合熱。

解題方法

先辨認各選項所列物質，再將物質與其主要發熱機制配對。判斷重點是「物質的特性如何產熱」，不能只因物質具有可燃性，就把它歸入任一類別。

選項分析

• (A) 錯誤。 活性碳多孔、表面積大，與空氣接觸時容易吸附氧氣並因吸著作用產熱，通常歸為吸著熱蓄積而發火的物質；本選項將其誤列為氧化熱。
• **(B) 錯誤。

核心觀念

本題考查火場開口的中性帶（neutral plane）與室內外壓力差。中性帶是室內外壓力相等的位置；其下方通常由外氣流入，上方則由高溫煙氣流出。

火場溫度升高時，室內氣體密度下降，室內外密度差增大，浮力作用也隨之增強。在建築物未塌陷、開口條件不變的前提下，火場需要在較低處補入外氣，因而中性帶會下降。

解題方法

可從煙氣與外氣的流動平衡判斷：中性帶以下是進氣區，以上是排煙區。火場溫度上升使熱煙氣更具浮力，煙氣自上方開口排出；為維持流動平衡，外氣由較低處補入，因此中性帶向下移。

選項分析

核心觀念

四用氣體偵測器用於火場環境安全偵檢，常見功能是測量可燃性氣體濃度、特定有毒氣體濃度，以及氧氣濃度。題目考的是四用氣體偵測器的四項偵檢對象。

解題方法

直接辨認各選項是否屬於常見四用氣體偵測器的偵檢項目：可燃性氣體、硫化氫、一氧化碳及氧氣。選項中不屬於此組合者，就是題目所問的「非偵檢對象」。

選項分析

核心觀念

本題考辨各種火災現象的危害型態與影響距離。BLEVE 是「液體沸騰膨脹蒸氣爆炸」（Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion）：受熱的密閉容器內，液體快速沸騰、壓力上升，容器破裂後，液體迅速汽化膨脹，可能造成爆風、火球及容器碎片飛散。碎片飛散距離可達約 1,000 公尺，故題目所述危害對應 BLEVE。

解題方法

先辨認題目中的距離特徵，再對照各現象的主要危害：

• 「可達 1,000 公尺」指向 BLEVE 容器破裂後的碎片飛散危害。
• 其他選項雖可能造成火勢擴大或嚴重人員傷亡，但其典型機制並非題目所述的長距離爆炸碎片危害。

因此選擇 BLEVE。

選項分析

• **(A) 複燃：錯誤。**複燃是火勢熄滅或受抑制後，因可燃物或未燃氣體仍存在而再次燃燒的現象；它描述的是火災復燃，並非容器爆裂後碎片飛散至 1,000 公尺的爆炸危害。
• **(B) 沸溢：錯誤。