112 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

本題考查防火構造建築物內，火災成長過程中「燃燒速率由什麼因素限制」，以及不同控制型態所呈現的火場現象。

• 通風控制燃燒：室內可燃物仍充足，但進入室內的氧氣不足以支持其充分燃燒，燃燒速率主要受供氧量限制。
• 燃料控制燃燒：氧氣供應足夠，燃燒速率主要受可燃物的數量、種類、表面積及熱分解速率限制。

兩者描述的是火場在特定時刻的主要限制因素；火勢成長時，控制型態可能隨開口與供氧狀況改變。

解題方法與現象判斷

依序判斷「氧氣是否足夠」及「燃料是否足夠」，再配合火焰、煙氣與開口處氣流現象說明。

一、通風控制燃燒

防火構造建築物的牆壁、樓板及防火門窗限制火勢向外蔓延；當門窗關閉或開口有限，室內燃燒消耗氧氣後，若新鮮空氣補充量不足，燃燒便轉為通風控制。此時室內可能仍有大量未燃或未完全燃燒的可燃物，但缺氧使燃燒速率下降。

可觀察現象包括：

• 火焰變小、間歇或局部熄滅，室內燃燒不完全。
• 煙氣量大、顏色較深，常含較多未燃燒產物；煙氣可能因高溫與可燃成分而具有危險性。
• 門窗或其他開口處可見煙氣向外流出；若有新鮮空氣流入，流入與煙氣流出的氣流可能同時出現在開口不同部位。

核心觀念

瓦斯爆炸通常是可燃氣體與空氣先混合，混合氣濃度進入可燃或爆炸範圍，再遇到足夠的點火能量而迅速燃燒。天然氣的主要成分是甲烷，通常比空氣輕；液化石油氣（LPG）的主要成分是丙烷、丁烷，蒸氣比空氣重。兩者洩漏後的擴散方向不同，會影響氣體蓄積的位置與處置方式。

以一般資料所列的體積濃度為例，天然氣在空氣中的爆炸範圍約為 5%～15%，液化石油氣約為 1.9%～9.5%。實際數值會因氣體組成與環境條件而異；答題重點是說明「濃度進入爆炸範圍」及「遇到點火源」兩項條件。

爆炸條件可整理為：

1. **組成條件：**可燃氣體與空氣混合，且混合氣濃度落在爆炸範圍內。
2. **能量條件：**混合氣遇到足以引燃的點火源，例如火焰、電火花或高溫物體。

解題方法：依序說明爆炸條件、危險階段與洩漏處置

本題是申論題，可按「成因條件 → 危險發展三階段 → 天然氣與液化石油氣處置」作答。此結構能同時交代爆炸如何形成、危害如何擴大，以及洩漏後如何避免引燃與二次災害。

一、爆炸危險的三個階段

1. **混合階段：**天然氣或液化石油氣洩漏後，與空氣中的氧混合；當混合氣濃度進入燃燒或爆炸範圍，即形成爆炸危險區。
2. **點火階段：**危險區遇到火焰、電火花或高溫物體等點火源，混合氣開始燃燒。
3. **火焰傳播與壓力破壞階段：**火焰迅速傳播，氣體急速膨脹，使周遭壓力上升，形成衝擊與破壞。

二、洩漏時的處置方式

**共同原則：**立即阻止氣體繼續洩漏，禁止使用火源或操作電氣開關，並使人員遠離危險區。大量洩漏、無法關閉氣源或已有起火情形時，應疏散人員並通報消防單位及瓦斯業者處理。

天然氣洩漏：

核心觀念

本題考熱傳導係數 $k$ 的大小比較。熱傳導係數表示材料傳遞熱量的能力；在相同條件下，$k$ 越小，材料越不容易以熱傳導方式傳熱。一般而言，金屬的熱傳導係數遠大於液體，而氣體通常更小。

解題方法

比較各物質的狀態與導熱能力即可：銅、鐵是金屬，導熱能力強；水是液體，導熱能力低於金屬；二氧化碳是氣體，熱傳導係數通常小於液體。因此四者中，以二氧化碳的熱傳導係數最小。

選項分析

核心觀念

本題考查居室火災由局部燃燒發展至「全面性燃燒」（flashover，閃燃）時，熱量如何傳遞並使室內可燃物幾乎同時起火。閃燃前，火源上方的高溫煙氣層會蓄積熱量；隨著煙氣層溫度升高，熱輻射增強，使房間內暴露的可燃物表面受熱、熱解並陸續點燃。這種由局部火勢迅速擴展至全面燃燒的主要熱傳方式是熱輻射。

解題方法

先辨認題幹所說的「全面性燃燒」是火災成長階段中的閃燃，再判斷促成室內各處可燃物同步受熱、起火的主要機制。煙氣層與火焰向周圍可燃物放出的輻射熱，能跨越空間直接加熱物體表面，因此是閃燃發生與擴展的關鍵。

選項分析

核心觀念

本題考查惰性氣體滅火設備 INERGEN（IG-541）的組成。IG-541 是混合氣體，主要成分為氮氣、氬氣及二氧化碳；不含氟。

解題方法

直接辨認 IG-541 的三種成分即可：氮氣約占 52%、氬氣約占 40%、二氧化碳約占 8%。四個選項中，只有氟不屬於其組成，因此選（D）。

選項分析

核心觀念

本題考查燃燒四面體中的「氧氣」條件，以及四種基本滅火方法。燃燒要持續，必須有可燃物、助燃物（通常為氧氣）、熱能與連鎖反應。以不燃性氣體降低密閉空間內的氧氣濃度，使燃燒因缺乏足夠助燃物而停止，稱為窒息法，也就是降低氧氣濃度的滅火方式。

解題方法

抓住題幹中的「注入不燃性氣體」與「氧氣濃度降低」即可判斷：這個方法是藉由減少燃燒所需的助燃物，破壞燃燒條件，屬於窒息法。常見的不燃性氣體包括二氧化碳及氮氣。

選項分析

核心觀念

本題考完全燃燒時的理論空氣量。碳完全燃燒生成二氧化碳，先由反應式求出氧氣需求，再依空氣中氧氣的體積比例換算空氣量：

$\mathrm{C+O_2\rightarrow CO_2}$

依同溫、同壓下氣體體積與莫耳數成正比，$1$ 莫耳碳完全燃燒需 $1$ 莫耳氧氣。空氣中氧氣約占 $21\%$（體積比）。

解題方法

碳的原子量為 $12$，因此 $100$ 克碳的莫耳數為：

$n_{\mathrm C}=\frac{100}{12}\approx 8.33\ \mathrm{mol}$

由反應式可知，所需氧氣也是約 $8.33$ 莫耳。若以標準狀態下 $1$ 莫耳氣體約占 $22.4$ 公升計算：

理論空氣量為：

核心觀念

本題考植物油的碘價與氧化起火傾向。碘價是每 $100$ 公克油脂能吸收的碘之公克數，可用來反映油脂中不飽和脂肪酸所含雙鍵的多寡。碘價越大，通常代表雙鍵越多，油脂越容易與氧反應而氧化發熱。

油脂氧化產生的熱若累積、無法散出，溫度會逐步升高，可能進一步引發自燃。因此，題目所列植物油中，碘價越大的油，氧化發熱起火的危險越高。

解題方法

比較各油品的碘價即可。亞麻仁油富含多元不飽和脂肪酸，碘價通常高於葵花油、花生油；樟腦油則不是本題所指的典型食用植物油碘價比較對象。故最易氧化發熱起火者為亞麻仁油。

選項分析

核心觀念

本題考「禁水性物質」的定義：物質與水接觸時會發生反應，並放出易燃性氣體。常見例子包括金屬鈉、金屬鉀與碳化鈣。這類物質遇水可能引發燃燒或爆炸，因此應避免以水直接滅火。

解題方法

抓住題幹的關鍵描述：「與水接觸」且「放出易燃性氣體」。符合這項特徵的就是禁水性物質；判斷重點在於它與水會發生危險反應，而不是單純能否溶於水或是否容易吸水。

選項分析

核心觀念

本題考「煙囪效應」：建築物內的煙氣受熱後，溫度高於外界空氣，密度較低，因而產生向上的浮力流動。樓梯間、電梯井及管道間等垂直空間，容易形成煙氣上升的通道。

解題方法

抓住題幹中的兩個線索：「煙氣溫度較外界為高」及「大樓內部向上的氣流」。熱空氣密度較小而上升，這種由溫差造成、沿建築物垂直通道向上的氣流，就是煙囪效應。

選項分析

核心觀念

本題考「粉塵爆炸」的定義：可燃性固體被分散成微細粒子，懸浮於空氣中，遇到火焰、電氣火花等點火源後，快速燃燒並造成壓力上升，即屬粉塵爆炸。粉塵懸浮時與空氣接觸面積大，燃燒速度快；若發生在受限空間，壓力累積會使爆炸效應更加明顯。

解題方法

先辨認題幹中的兩個關鍵條件：「可燃性固體之微粒子」與「浮游於空氣中」。這描述的是可燃粉塵形成粉塵雲並被點燃的情形，因此直接對應粉塵爆炸。再用其他選項的物質型態排除：高壓氣體、蒸氣及分解爆炸，均不符合題幹所述的固體微粒懸浮狀態。

選項分析

核心觀念

本題考查熱傳導的方向、傳熱條件，以及影響傳導熱量的因素。熱傳導是熱能經由物質內部粒子間的作用而傳遞的方式，常見於固體；熱量會由高溫處流向低溫處。

依傅立葉熱傳導定律，平板在穩定狀態下的傳熱率可表示為：

其中，$k$ 為材料的熱傳導係數、$A$ 為傳熱截面積、$\Delta T$ 為兩端溫差、$L$ 為傳熱距離。其他條件相同時，截面積越大，傳熱率越大。

解題方法

逐項核對熱傳導的基本特性：熱傳導常發生於固體，會影響火勢蔓延；熱流方向由高溫處至低溫處；傳熱截面積增加時，傳熱量也隨之增加。找出違反這些原則的敘述，即為錯誤選項。

選項分析

核心觀念

本題考熱量傳遞的三種基本方式：熱傳導、熱對流與熱輻射。題幹的關鍵詞是「流動介質」：熱量藉由流體（如空氣或水）的流動，由一處帶到另一處，稱為熱對流。

解題方法

先辨認熱量傳遞是否伴隨介質流動。若熱量隨流體整體移動，屬於熱對流；若熱量經由物質內部傳遞、沒有整體流動，屬於熱傳導；若以電磁波傳遞，則屬於熱輻射。

選項分析

核心觀念

本題考查熱輻射的史蒂芬－波茲曼定律。對相同表面積、相同發射率的輻射體，單位時間輻射熱量與絕對溫度的四次方成正比：

因此，甲、乙輻射熱量之比為：

解題方法

代入兩輻射體的溫度：

核心觀念

本題考「惰性氣體種類對可燃氣體燃燒界限的影響」。燃燒界限是可燃氣體在特定助燃氣體與惰性氣體環境中，仍能維持火焰傳播的濃度範圍；下限至上限之間即為燃燒範圍。

氮氣與氦氣都可作為惰性稀釋氣體，但氦氣的熱傳導能力較強，會更有效率地帶走火焰熱量，使反應區較難維持燃燒所需的溫度。因此，把空氣中的氮氣換成氦氣，會使甲烷較難維持火焰傳播，燃燒界限收窄，最小發火能量則提高。

解題方法

比較兩種稀釋氣體對火焰的冷卻效果。氦氣的熱傳導能力高於氮氣，混入甲烷與氧氣的燃燒系統後，會加強熱量從火焰反應區散失。要使甲烷著火並維持燃燒，便需要更大的點火能量；同時，可燃混合物能持續燃燒的濃度範圍縮小。

選項分析

核心觀念

本題考「完全燃燒」的定義：可燃物獲得充分氧氣，且可燃成分燃燒殆盡，稱為完全燃燒。以碳為例，充分燃燒時主要生成二氧化碳；氧氣不足時則可能生成一氧化碳或碳粒，屬於不完全燃燒。

解題方法

抓住題幹中的兩個線索：「充分之氧氣供應」及「可燃成分燃燒殆盡」。這描述的是燃燒是否徹底、生成物是否充分氧化，因此對應「完全燃燒」。

選項分析

• (A) 定常燃燒：錯誤。 指燃燒狀態隨時間大致穩定，著重在燃燒過程是否穩定，與可燃成分是否燃燒殆盡不同。
• **(B) 完全燃燒：正確。

核心觀念

木材等含碳氫氧的可燃物，在氧氣不足或燃燒不完全時，產物不只有二氧化碳，也可能包括一氧化碳、水氣及未完全氧化的可燃性中間產物。木造屋火災中的木材受熱裂解，也會釋出可燃性氣體；這些氣體燃燒不完全時，仍可能形成煙、CO 等產物。

解題方法

判斷各選項是否為非完全燃燒時可能出現的產物。關鍵在於「非完全燃燒」並不表示完全不生成 $CO_2$，而是燃燒產物可能同時包含氧化較完全的 $CO_2$ 與氧化不完全的 $CO$。

木材主要成分可概略視為含碳、氫、氧的物質，完全燃燒時會生成 $CO_2$ 和水；氧氣不足時，部分碳轉為 $CO$，並可能殘留或生成可燃性中間產物。因此，「不產生 $CO_2$」的說法錯誤。

選項分析

核心觀念

本題測驗火災學中引火源（發火源）之種類與分類特性。

依據火災學學理及起火原因調查實務，常見之引火源主要分為以下幾類：

1. 裸火（明火）：具有外顯、持續之氣相可見火焰（有焰燃燒），如火柴燃燒、打火機火焰、蠟燭火、瓦斯爐火等。
2. 微火源（微小火源）：放熱量極小、局部接觸範圍狹窄，多以「無焰燃燒（陰燃／燻燒）」或「短暫飛散之高溫金屬微粒火花」形式存在，如香煙、線香、蚊香、熔接（焊接）火花、砂輪研磨火花等。
3. 高溫表面（加熱表面）：受熱物體表面傳導熱能，如排氣管、熨斗、電爐表面等。
4. 電氣火花／電弧：短路、接地、接觸不良、靜電放電等產生之瞬間高溫電弧或火花。
5. 化學自燃發熱：蓄熱導致之自然發熱（如堆積油布之氧化熱）。

解題方法

本題之解題切入點在於區分**「裸火」與「微火源」之燃燒型態與外觀特徵**：

• 微火源：特徵為無顯著開放性火焰（無焰陰燃）或為微小高溫固體微粒，燃燒能量釋放速率緩慢且局部。
• 裸火：燃燒時伴隨明顯、連續之氣相擴散火焰（火舌）。

透過比對各選項引火源之燃燒型態，即可迅速判別何者屬於裸火而非微火源。

選項分析

核心觀念

本題考查熱的傳播方式，以及定溫式探測器的作動原理。熱傳播主要分為傳導、對流與輻射；定溫式探測器感受周圍環境的溫度上升，達到設定溫度時即作動。

解題方法

火災發生後，熱煙與高溫氣體上升並流動，透過氣體與探測器周圍的接觸，將熱傳給探測器，使其溫度升高。這種由流動流體攜帶熱量的方式，屬於對流熱，因此選（B）。

選項分析

• (A) 傳導熱：錯誤。 傳導是熱經由物體內部或彼此接觸的物體傳遞；它不是定溫式探測器在火災中主要接收熱量的方式。
• **(B) 對流熱：正確。

核心觀念

本題考「相對濕度」的定義：在一定溫度下，空氣中實際含有的水蒸氣量，與同溫度下達到飽和時所能含有的水蒸氣量之比，稱為相對濕度。

若以水蒸氣分壓表示，亦可寫成：

解題方法

題幹的關鍵是「某一溫度下」及「實際所含水蒸氣量與飽和蒸氣量之比」。這正是相對濕度的定義，因此選擇相對濕度。

選項分析

核心觀念

半斷線是電線導體局部受損、部分斷裂，但仍有部分金屬導體維持連接的狀態。受損處可供電流通過的導體截面積縮小，因此該處電阻值增加；電流流經高電阻處時會產生焦耳熱，也可能因接觸不良或斷續導通而產生電氣火花。

解題方法

依電阻公式判斷導體截面積與電阻的關係：

其中 $R$ 為電阻、$\rho$ 為電阻率、$L$ 為導體長度、$A$ 為截面積。材料與長度相同時，截面積 $A$ 越小，電阻 $R$ 越大。半斷線處的有效導體截面積減少，故電阻增加；電流通過時容易局部過熱，也可能引發電氣火花。

選項分析

核心觀念

本題考液體流動或移動時產生靜電的原因與情形。液體與管路、油槽壁、過濾材料等固體表面接觸、分離或相對流動時，電荷可能分離並累積；液體與其他液體表面相對流動，以及氣泡上升、固體沉澱等現象，也可能造成帶電。

帶電程度與液體的導電性、流速、接觸材料及設備接地等因素有關。低導電性的可燃液體較容易累積靜電；不能僅依「可燃」判定所有液體都容易帶電。

解題方法

逐項判斷是否把液體帶電的條件說得過度或錯誤：

• 液體與固體接觸或相對流動，是常見的帶電來源。
• 液體內部的氣泡上升或沉澱物移動，也可能造成電荷分離。
• 液體與液體之間相對流動，也可能產生靜電。
• 不同液體的導電性不同，不能一概而論說所有可燃液體都容易帶電。

選項分析

核心觀念

本題考爆炸性物質的化學結構與敏感度。敏感度是物質受撞擊、摩擦或熱等外界刺激而起爆的難易程度；所需起爆能量愈低，敏感度愈高。火災學概要常見的判斷原則是：分子中硝基（$-NO_2$）愈多，爆炸性物質的敏感度愈高。

解題方法

辨認選項中哪一項是硝基即可。題目寫作 $NO_2$，代表由一個氮原子與兩個氧原子組成的硝基；含有愈多硝基，通常表示分子具有更多與爆炸反應相關的官能基，因此依本題採用的火災學判斷原則，敏感度較高。

選項分析

核心觀念

本題考查建築火災的 $t^2$ 火災成長理論。火災熱釋放率（$Q$）會隨時間平方增加，常用公式為：

其中 $Q$ 為熱釋放率，單位通常為 $\mathrm{kW}$；$t$ 為起火後經過時間（秒）；$\alpha$ 為火災成長係數。快速成長火災的標準成長時間為 $150$ 秒，亦即約 $150$ 秒達到 $1\ \mathrm{MW}$（$1000\ \mathrm{kW}$）。

解題方法

題目問的是「快速火災成長」達到約 $1\ \mathrm{MW}$ 所需時間，直接對照 $t^2$ 理論中各成長等級的標準時間即可。快速成長的時間為 $150$ 秒，因此不需另行推算。

選項分析

核心觀念

本題考查液體受熱後迅速汽化所造成的爆炸現象。液體變成氣體時，體積會急遽膨脹；若能量在極短時間內釋出，壓力迅速上升，就可能形成蒸氣爆炸。

解題方法

抓住題幹的兩個關鍵描述：「液體變化為氣體」及「變化速度至為急速」。這是在描述液體快速汽化、體積膨脹並釋放能量的現象，對應蒸氣爆炸。

選項分析

核心觀念

本題考的是儲槽受熱破裂後，槽內液體因壓力迅速降低而急速沸騰、氣化並膨脹，所造成的物理性爆炸，稱為沸騰液體膨脹蒸氣爆炸，英文為 Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion，簡稱 BLEVE。

BLEVE 常見於受熱的加壓液化氣體儲槽。火災使槽體及內容物升溫、槽內壓力上升，若槽體突然破裂，液體會瞬間暴露於較低壓力環境；當其溫度高於該壓力下的沸點時，便會迅速沸騰氣化，體積急劇膨脹而形成爆炸。若內容物具有可燃性，逸散蒸氣遇火源還可能引發火球或後續燃燒，但 BLEVE 本身的判斷重點是受熱加壓液體容器破裂後，液體迅速沸騰、氣化與膨脹。

解題方法

抓題幹中的三個關鍵條件：液體儲槽、受熱突然破裂、液體迅速氣化膨脹。這正是 BLEVE 的典型描述，因此選擇「沸騰液體膨脹蒸氣爆炸」。

題目著重的是液體因壓力驟降而快速沸騰、氣化所造成的膨脹，不是粉塵在空氣中燃燒、物質分解產生大量氣體，或水與高溫物質接觸後產生蒸氣的爆炸。

選項分析

核心觀念

本題考查爆炸造成的破壞效果，尤其是爆轟波的近場直接破壞、衝擊波（爆風）的傳播，以及破片效應。

爆炸破壞可概分為：

• 爆轟波的直接作用：爆源附近承受極高壓力，直接造成物體變形或破壞。
• 衝擊波（爆風）作用：壓力波向外傳播，可在較遠處造成破壞；實際效果會隨距離增加而減弱。
• 破片作用：爆炸使容器或周遭物體碎裂，碎片飛散而造成傷害；其效果與爆炸壓力、容器強度及碎片特性等因素有關。

解題方法

逐項對照爆炸破壞機制，判斷敘述是否符合作用方向、作用距離與破壞來源。題目問「何者錯誤」，因此找出將破壞機制描述不當的選項。

選項分析