114 一般警察特考四等 消防警察人員類別 火災學概要 考古題詳解

核心觀念

本題考查熱傳遞中的對流，包括自然對流與強制對流的成因，以及如何用牛頓熱對流公式表示固體表面與流體間的熱量傳遞。

對流是熱量藉由流體的宏觀流動，並伴隨流體與固體表面間的熱交換而傳遞。它發生於液體或氣體等流體中，傳熱量受表面與流體的溫差、接觸面積及流動狀況影響。

解題方法

先依流體運動的原因區分自然對流與強制對流，再以牛頓熱對流公式表達單位時間的對流熱傳量。

自然對流

自然對流又稱自由對流。流體因受熱或冷卻而產生密度差，在重力場中形成浮力，進而自行流動，並帶走或傳遞熱量。

例如，靠近火源的空氣受熱後密度降低而上升，周圍較冷、密度較大的空氣補入，形成循環流動。自然對流的主要驅動力是溫度差所造成的密度差與浮力，不需風扇、泵浦等外力設備。

強制對流

強制對流是藉由外部機械或外力使流體流動，再由流動的流體與固體表面交換熱量。

例如，風扇吹動空氣、泵浦推送液體，或消防水流經熱表面時，均可形成強制對流。其主要驅動力是外加的流體流動。

牛頓熱對流公式

固體表面與流體間的對流熱傳率可表示為：

式中：

核心觀念

本題考查機械排煙時，排煙口抽氣量與煙層厚度、排煙口配置之間的關係。火災煙氣通常聚集在天花板下方形成煙層；煙層下方則是相對較清潔的空氣層。

**抽孔現象（Plugholing，又稱拉穿現象）**是指排煙口抽氣過強，或排煙口下方的煙層太薄，導致排煙口附近的抽吸作用穿透煙層界面，將煙層下方的清潔空氣一併吸入排煙口。此時排煙系統雖仍在運轉，排出的氣體卻有較大比例是下方空氣，實際排出煙氣的效果因而降低。

解題方法

依序說明「發生原因、流動狀態、避難影響」即可完整作答：

1. **發生原因：**單一排煙口抽氣量過大、局部抽吸速度過高，或煙層厚度不足。
2. **流動狀態：**排煙口的抽吸作用把煙層下方的清潔空氣拉穿煙層，直接吸入排煙口。
3. **避難影響：**排煙效率降低，煙氣留在室內或更快往下方擴散，使避難路徑的能見度與空氣品質惡化，縮短人員安全避難時間。

本題是概念申論題，重點在說明煙層下方空氣被抽入、有效排煙量下降及其避難後果，無須進行數值計算。

核心觀念

本題考熱傳導係數（熱導率，符號常用 $k$）的大小比較。熱導率表示材料傳遞熱量的能力；在相同厚度與溫差下，$k$ 越大，熱量越容易透過材料傳導。依傅立葉熱傳導定律，熱傳導速率與熱導率成正比：

其中 $A$ 為傳熱面積、$\Delta T$ 為兩側溫差、$L$ 為材料厚度。

解題方法

比較選項的材料類型即可：金屬通常比混凝土等建材及空氣具有更高的熱導率；金屬之中，銅的熱導率又高於不鏽鋼。因此四個選項中，銅的熱傳導係數最大。

選項分析

核心觀念

本題考熱傳遞的三種基本方式。火災中的熱空氣受熱後密度降低，會向上移動，形成氣體的流動與熱量傳送，這種熱傳遞稱為熱對流。

解題方法

抓住題幹中的「氣流向上流動」判斷：熱量是藉由流體（例如空氣或煙氣）的整體移動傳遞，因此屬於熱對流。火災時，受熱煙氣上升，並帶動周圍氣體流動，是常見的對流現象。

選項分析

• (A) 熱傳導：錯誤。 熱傳導是熱量透過物質內部粒子間的作用傳遞，不需物質整體流動，例如熱沿著金屬物件傳遞。
• **(B) 熱對流：正確。

核心觀念

本題考的是輻射熱傳遞的幾何關係：輻射物體與受輻射物體的相對角度，會影響受熱面接收到的輻射量。題目已定義，兩個表面平行時輻射角為 $0^\circ$。當受輻射物體的受熱面正對輻射面時，兩面接收輻射的有效面積最大，所承受的輻射熱量也最高。

解題方法

依題目對輻射角的定義，兩面平行時為 $0^\circ$；此時受熱面正對輻射面，輻射能量最集中地投射到受熱面上。兩面夾角增大時，受熱面的有效投影面積減小，因此接收到的輻射熱量隨之降低。

選項分析

核心觀念

本題考查燃燒的基本要素。傳統上，燃燒須具備三項條件，稱為「燃燒三要素」：可燃物（燃料）、助燃物（通常為氧氣）及熱能（達到著火所需的溫度）。光線是燃燒時可能出現的現象，不是燃燒成立的必要要素。

解題方法

逐項對照燃燒三要素：燃料提供燃燒物質，氧氣助長氧化反應，熱能則使可燃物達到著火條件。選項中，光線不屬於三要素，因此選 A。

選項分析

核心觀念

本題考甲烷的完全燃燒反應，以及燃燒下限與化學理論濃度的換算。燃燒下限是可燃性氣體在空氣中能維持燃燒的最低體積百分濃度；化學理論濃度則是燃料與氧氣恰好完全反應時，燃料在燃料與空氣混合物中的體積百分濃度。

甲烷完全燃燒的反應式為：

空氣中的氧氣約占 $21\%$，所以每 $1$ 體積甲烷完全燃燒，需要的空氣體積為：

解題方法

設甲烷在燃料與空氣混合物中的化學理論濃度為 $C$，則燃料與空氣的體積比為 $1:9.52$，因此：

題目提供甲烷燃燒下限 $L=5.3\%$，可用燃燒下限與化學理論濃度的關係式換算：

代入得：

核心觀念

「自然發火」是可燃物在沒有外來火源直接引燃的情況下，因氧化、分解等作用自行蓄積熱量，溫度逐漸升高，最後達到著火條件而起火。判斷重點在於材料本身是否容易自行放熱並蓄熱；與物品平常是否會被點燃，是不同概念。

解題方法

逐一辨認選項的主要燃燒方式：賽璐璐具有自行發熱、蓄熱而引發燃燒的可能；蚊香、蠟燭與香菸則是由點火或燃燒中的火種維持燃燒，屬於外來火源引燃或持續燃燒，並非本題所問的自然發火。

選項分析

核心觀念

本題考查室內裝修材料的耐燃等級，以及耐燃材料在火災成長期的作用。依 CNS 規定，耐燃材料分為耐燃一級、二級、三級；等級數字愈小，耐燃性能愈佳，因此耐燃一級最佳，耐燃三級較低。

耐燃材料的判定重點包括受熱時的熱釋放情形。材料須在規定加熱時間內符合總熱釋放量等標準，並具備抑制火勢擴大的性能。

解題方法

先辨認題目詢問「何者非屬特性」，再逐項核對：

1. 是否能在火災成長期抑制火勢擴大；
2. 耐燃等級是否依 CNS 分級；
3. 等級高低與耐燃性能的關係；
4. 是否符合受熱時熱釋放量受限的判定概念。

其中，判斷等級高低時要記住「一級最高、三級最低」，即可直接找出錯誤敘述。

選項分析

核心觀念

本題考燃燒的穩定性，判斷依據是燃燒產生的熱量與向外逸散的熱量能否維持平衡。燃燒發生的熱與逸散的熱不能保持均衡時，稱為非定常燃燒；燃燒狀態會隨時間變化，可能逐漸增強、減弱或熄滅。

解題方法

先抓題幹的關鍵語句：「燃燒發生之熱與逸散之熱不能保持均衡」。這描述的是熱量收支失衡，屬於燃燒狀態不穩定的情形，對應「非定常燃燒」，因此選 (B)。

相對地，熱量產生與逸散達到平衡時，燃燒狀態較能維持穩定；若無法平衡，燃燒狀態便會隨時間改變。

選項分析

• (A) 非均一系燃燒：錯誤。 「非均一系」是依燃料與氧化劑是否處於同一相態來分類，著重於物質相態與混合情形，不是依熱量產生與逸散是否平衡來分類。

核心觀念

本題考查氣體受壓縮時，機械功如何轉變為內能與熱，以及由此造成的溫度上升。密閉空間若不與外界交換熱量，壓縮氣體所做的功會使氣體內能增加，溫度因而升高；若溫度高到足以引燃可燃物，就有起火燃燒之虞。此現象稱為斷熱壓縮，亦稱絕熱壓縮。

解題方法

抓住題幹中的兩個線索即可判斷：

1. 密閉無熱交換空間：表示氣體與外界沒有熱量傳遞，符合斷熱（絕熱）過程的特徵。
2. 受壓縮後內能變化、溫度增高：外界對氣體作功，使氣體內能增加，溫度上升。

因此，題目描述的是斷熱壓縮。這種升溫在特定情況下可能使周遭可燃物達到燃點，引發燃燒。

選項分析

核心觀念

本題考火場中的複燃（Backdraft）：密閉或通風不足的空間內，可燃物受熱產生大量可燃性熱解氣體與煙氣；因氧氣不足，燃燒未能充分進行。開門或破門後，空氣流入，氧氣與高溫可燃性混合氣接觸並迅速燃燒，可能造成火焰噴出或爆燃。

判斷時要注意：複燃的關鍵條件是通風受限、室內缺氧且溫度高；破門前的可燃性氣體混合物不必已處於燃燒範圍，空氣流入後才可能形成可燃混合比例。

解題方法

逐項對照複燃發生前後的狀態：

• 破門前：室內氧氣不足，但可燃性熱解氣體累積，溫度高。
• 破門後：新鮮空氣流入，氧氣增加；氣體混合比例進入可燃範圍後，遇高溫或火源而迅速燃燒。

因此，凡是把「燃燒範圍」說成破門前就必須成立的敘述，便不符合複燃的典型機制。

選項分析

核心觀念

閃燃（Flashover）是火災成長階段轉入全面燃燒的快速轉變。室內火災發展時，熱量蓄積使上部熱煙層升溫、增厚，熱輻射也隨之增強；當室內可燃物表面受到足夠熱輻射，許多可燃物會在短時間內幾乎同時起火。

火災燃燒會消耗氧氣；在通風受限的室內，氧氣通常逐漸減少，不會因閃燃將至而上升。

解題方法

題目問「閃燃發生前的空間狀態改變，不包括何者」。逐項對照閃燃前的典型變化：熱煙層升溫並增厚、可燃性熱解氣體累積、中性帶下降；再判斷氧氣濃度是否符合燃燒消耗氧氣的趨勢。

選項分析

(A) 溫度急遽上升：正確，屬於閃燃前的變化。 火災持續放熱，熱煙層蓄積熱量，室內溫度升高；接近閃燃時，熱輻射增強，可能使多處可燃物迅速起火。

核心觀念

本題考外牆開口形狀對火焰向上延燒的影響。火焰從開口竄出後，會沿外牆向上流動；開口的高度愈大，火焰自開口上緣向上延伸的起點愈高，因此留給火焰沿牆面上竄、波及上層開口的距離愈短。題目各選項面積相同，應比較開口高度。

解題方法

先確認四種開口的面積均為 $6\,\mathrm{m^2}$：

面積相同時，本題的判斷重點是開口的高、寬比例。選項中 D 的高度最大，為 $4\,\mathrm{m}$；其開口上緣位置最高，火焰從上緣向上延燒到上層的剩餘牆面距離較短，因此最有利於防止火焰向上延燒。

選項分析

核心觀念

本題考「正煙囪效應」與中性帶。室內外空氣的溫度、密度不同時，建築物內的樓梯間、電梯井等垂直通道會形成上下氣流。冬季室內較暖，室內空氣密度較低，沿垂直通道上升，形成正煙囪效應；室內外溫差愈大，煙囪效應通常愈明顯。

中性帶是垂直通道內外壓力相等的位置。中性帶以下，通道內壓力較高，氣流由通道流向樓層；中性帶以上，通道內壓力較低，氣流由樓層流入通道。

解題方法

先依季節與室內外溫差判斷煙囪效應強弱，再依火災樓層相對於中性帶的位置，判斷煙氣是進入垂直通道或由通道流向樓層。題目詢問錯誤敘述，故須找出與此原理不符的選項。

選項分析

核心觀念

本題考查電氣火災中的木材碳化現象。木材遭電氣火花燒灼後，表面形成碳化層；碳化部分因石墨化而具有導電性，這種現象稱為金原現象。

解題方法

抓住題幹中的關鍵描述：「木材受電氣火花燒灼碳化」以及「碳化部分因石墨化而具導電性」。這是在辨認特定的電氣火災現象，對應金原現象。題目不涉及法條或計算。

選項分析

核心觀念

本題考高層建築物的火災特性，重點在於火勢與煙熱的垂直延燒，以及人員避難、消防人員進入和部署水線的困難。樓層愈高，疏散距離與垂直移動時間通常愈長；消防人員也較難迅速抵達起火樓層，且救災會受到建築設備、進出動線及水源供應等因素影響。

解題方法

逐項檢視敘述是否符合高層建築物的空間與救災條件：高樓不會因樓層高而更容易逃生，室內通風也不必然良好；相反地，高層火災常有避難與搶救困難的特性。因此，符合題意的是「搶救困難」。

選項分析

• (A) 錯誤。 高層建築物並非多為開放式建築。建築物外牆與樓板等構造通常會隔開室內外空間，室內熱煙不會因此容易擴散至外部。火勢仍可能經由外牆開口、立面或管道等途徑延燒，但不能概括稱為「多為開放式」且「熱易擴散至外部」。

核心觀念

本題考查禁水性物質與水反應後會產生的可燃氣體。判斷時應依物質的化學組成，寫出與水反應的產物。碳化鈣（俗稱電石）遇水會產生乙炔，反應式為：

$\mathrm{CaC_2 + 2H_2O \rightarrow C_2H_2\uparrow + Ca(OH)_2}$

因此，會產生乙炔的是碳化鈣。

解題方法

先辨認各選項的物質類型，再對照其遇水反應：

• 鈉、鉀是鹼金屬，遇水主要生成氫氣及金屬氫氧化物。
• 磷化鈣遇水生成磷化氫。
• 碳化鈣遇水生成乙炔。

題目指定產物是乙炔，故選碳化鈣。

選項分析

• (A) 鈉金屬：錯誤。 鈉與水反應生成氫氣及氫氧化鈉： $\mathrm{2Na + 2H_2O \rightarrow 2NaOH + H_2\uparrow}$

核心觀念

本題考查工廠鐵皮屋火災的災害特性，以及鐵皮屋的建築構造是否具有防火時效。鐵皮屋常以金屬板材作為外牆或屋頂；金屬板材本身不等於具有防火時效的構造，火災時也難以有效阻止火勢延燒。

解題方法

判斷各選項是否符合鐵皮屋火災的常見特性。A、B、C 描述的是火勢延燒、避難搶救及可燃物多等風險；D 則宣稱鐵皮屋「為防火時效構造」，與一般鐵皮屋的構造特性不符，因此是題目所問的「不是」。

選項分析

• (A) 建築物結構無法阻擋火勢延燒：正確描述火災特性。 鐵皮屋常缺乏有效的防火區劃，火勢容易在室內蔓延，並沿屋頂或相連空間擴大。

核心觀念

本題考查瓦斯在室內形成爆炸性混合氣體後，爆炸程度受哪些條件影響。瓦斯與空氣混合後，須落在該瓦斯的爆炸範圍內，並遇到引火源，才會發生燃燒或爆炸；爆炸威力則會受到可燃氣體濃度分布、空間大小及開口條件等因素影響。

解題方法

逐項判斷各敘述是否符合室內爆炸的基本原理。判斷重點是：爆炸威力不只取決於混合氣體與引火源，也與爆炸空間的容積、拘束程度及洩壓條件有關。將「空間大小不會影響爆炸威力」視為絕對敘述，即可找出錯誤選項。

選項分析

• (A) 瓦斯的濃度分布會影響爆炸程度：正確。 瓦斯在室內若分布不均，不同區域的混合氣體濃度與可燃範圍可能不同，進而影響火焰傳播及燃燒、爆炸的發展程度。

核心觀念

本題考液體燃料的易燃性。比較液體是否容易點燃，常用閃火點判斷：閃火點越低，液體在較低溫度下就能產生足以被點燃的蒸氣，通常越容易燃燒。液體燃燒時，主要是其蒸氣與空氣混合後燃燒。

解題方法

比較四種液體的揮發性與閃火點。汽油揮發性高、閃火點低；柴油、潤滑油與沙拉油的閃火點則較高，不易在常溫下形成可燃蒸氣。因此，汽油最容易被點燃，符合官方答案。

選項分析

核心觀念

沸溢（Boilover）是大型油槽火災中，火焰加熱使油品內形成的高溫熱波向下傳遞；當熱波抵達油層底部的水分或乳化水時，水急速汽化、體積膨脹，將燃燒中的油品向上噴濺並溢出槽外，形成猛烈火焰。

題目考的是沸溢發生前的徵兆，要分辨火焰、聲響、油面變化等警訊，以及一般不屬於典型徵兆的煙霧變化。

解題方法

逐項判斷敘述是否符合沸溢前常見現象。典型徵兆包括火焰突然增高、出現急促的「嘶、嘶」聲，以及油面出現或飛散油泡塊；「煙霧由淡變濃」並非本題所指的典型警訊。因此，錯誤選項為 (D)。

選項分析

核心觀念

本題考查粉塵爆炸最小發火能量（MIE）的影響因素與典型數值。最小發火能量是使可燃粉塵與空氣混合物發生點火所需的最低能量。粉塵粒徑、濃度及環境水分都會影響其大小。

解題方法

掌握各因素的變化方向，再核對典型能量範圍：

• 水分增加會吸收熱量並抑制點火，最小發火能量通常升高。
• 粒徑增大時，粉塵的比表面積下降，與氧氣接觸及受熱反應較不易，最小發火能量通常升高。
• 粉塵濃度的影響並非一路隨濃度增加而升高；混合物接近最易點火的濃度範圍時，最小發火能量會降低。

選項分析

核心觀念

本題考「爆炸」依能量來源所作的分類：

• 物理性爆炸：物質本身沒有發生化學反應，因壓力、溫度或相態急遽變化而釋放能量，例如高壓氣體容器破裂。
• 化學性爆炸：物質經燃燒、氧化或分解等化學反應，快速產生大量熱與氣體，造成壓力急升。
• 混合爆炸：同時涉及物理變化與化學反應。BLEVE 的容器破裂與液體瞬間汽化屬物理作用；若外洩蒸氣又燃燒，則還涉及化學作用。

解題方法

逐項辨認爆炸的能量來源，判斷是否有化學反應。只因物質呈粉末或氣體狀態，不能直接判定為物理性爆炸；關鍵在於爆炸是否由快速燃燒或其他化學反應造成。

選項分析

核心觀念

本題考查熔融金屬與水接觸時發生的物理性爆炸。高溫熔鐵落入積水，水迅速受熱、汽化，體積急遽膨脹並造成壓力衝擊，稱為水蒸氣爆炸。這是物理變化所造成的爆炸，不是燃料與氧化劑發生化學反應。

解題方法

抓住題幹中的「熔化的鐵落入積水灘」：熔融金屬具有極高溫度，接觸水後會使水瞬間汽化。水由液態變為水蒸氣時體積大幅增加，若汽化速度快、周遭空間又限制膨脹，就會產生強烈壓力波，形成爆炸現象。

因此，判斷關鍵是「高溫物質使水急速汽化」，對應水蒸氣爆炸。

選項分析

核心觀念

本題考爆炸危險性評估參數與危險程度的關係。判斷時要掌握一個原則：越容易形成可燃混合物、越容易被點燃，爆炸危險性通常越高。

• 爆炸範圍：可燃性氣體或蒸氣在空氣中能燃燒或爆炸的濃度範圍，由爆炸下限（LEL）至爆炸上限（UEL）表示。範圍越大，可形成危險混合物的濃度區間越廣。
• 爆炸下限：可燃氣體或蒸氣能在空氣中燃燒的最低濃度。下限越低，越稀薄的混合物也可能燃燒，危險性越高。
• 最小著火能量：引燃可燃混合物所需的最低能量。數值越小，越容易被微小火花或靜電引燃，危險性越高。
• 閃火點：液體蒸氣在液面附近遇火源能發生閃燃的最低溫度。閃火點越低，液體在較低溫度下就能形成可燃蒸氣，危險性越高。

解題方法

逐項判斷各參數增加時，是否代表可燃混合物更容易形成，或更容易被點燃：

核心觀念

本題考的是「粉塵爆炸」的形成機制。可燃性固體以微粒形式散布在空氣中時，粒子與空氣接觸面積大；遇到適當發火源後，粒子表面迅速受熱，發生氧化反應，或因加熱而分解、蒸發並產生可燃性氣體。這些可燃物與周圍空氣混合後，若形成爆炸性混合物，便可能快速燃燒並造成爆炸。

解題方法

抓題幹中的關鍵字「散布於空氣中之微粒子」與「粒子表面產生氧化反應」。這描述的是可燃性粉體懸浮在空氣中，受火源引燃後迅速反應的情形，符合粉塵爆炸的特徵。題幹也提到粒子受熱後分解、蒸發並產生可燃性氣體，說明粉塵爆炸的燃燒不一定只發生在固體表面，也可能伴隨揮發性可燃物與空氣混合燃燒。

選項分析