1-1 氧化與起火

氧化反應

由碳和氫構成的物質才能被氧化，而大多可燃性固體有機物、液體和氣體，就是以碳和氫為主成分。最常見氧化劑是空氣中的氧，空氣約由1/5氧和4/5氮組成。氧化性物質如硝酸鈉（NaNO3）和氯酸鉀（KClO3）是一種易於釋出氧，此種分子中含有氧，反應時無需外界氧，遇熱能自行氧化燃燒。

氧化（Auto-Oxidation）是一種發熱反應，由於氧化速度不同，如蘋果削好一些時間表面泛黃，或報紙久置數年形成泛黃，此種氧化速度慢，發熱量小，沒有明顯熱及光之物理現象。人類呼吸作用就是氧化葡萄醣，使得葡萄醣中的氫被氧取代，氧化發熱至37℃。基本上，氧化是一種有機化合物與氧分子發生的自由基鏈反應，於金屬物質特別容易自動氧化如鐵生鏽、鋁陽級氧化（Anodization）產生蝕洞或銀表面喪失光澤。為防生鏽，以油擦拭金屬或擦油漆，使金屬表面隔離空氣中氧，致其不能氧化反應；又如油性乳液枺在臉部肌膚上產生抗氧化效果，以保青春，其理在此。

生活中許多有機物易於自動氧化，橡膠與塑膠的老化變質，常是緩慢氧化過程的結果，如橡皮筋於一段長時間慢慢氧化（發熱）變粘。假使船艙中貨物自動氧化所產生熱量，如不散失就會自行升溫（Self-Heating），甚致自燃。多孔性固體物質如煤更是如此，因空氣能滲入到內部自動氧化，卻因物質多孔的空氣隔熱屬性（空氣為不良熱導體），而能有效蓄熱，致常形成煤炭自燃現象。

起火

起火（Ignition）是溫度與時間的一個函數，能自行持續的一種燃燒過程；若沒有外界引燃源而本身起火係為自燃現象。物質的起火溫度是指某一可燃物質達到起火的最低溫度，通常物質遭到熱源引燃溫度顯著低於其自燃溫度。

因此，可燃物質起火現象，不僅包含複雜化學過程，也含熱物理過程如熱傳導、對流及質傳過程，以及這些過程之相互作用等。一般而言，燃料和氧分子產生化學反應之前，需先在一定溫度以上激發成活性狀態。

1-2 吸熱與潛熱

吸熱和放熱化學反應

物質固體受熱熔化（物理變化）為液體（化學變化），液體再受熱蒸發（物理）為氣體（化學）；或固體直接受熱分解昇華（物理）為氣體（化學），上述化學過程皆為吸熱反應（Endothermic）；反之過程，則為放熱化學反應。

以乙炔而言，是一種吸熱化合物，在組成乙炔時需吸收大量熱，一旦乙炔分解時，就放出其在生成時所吸收熱：

C2H2 → 2C + H2 + 226.4

乙炔在化學上分解時有固態碳及氫氣，如果是密閉容器內，分解產生放熱反應使溫度升高，壓力增大致形成爆炸之危險。因此，乙炔在物理上常溶於丙酮或酒精等液體儲存，這類似二氧化碳溶於水中，形成碳酸氣泡水一樣。當打開鋼瓶閥門，壓力下降，蒸發（液體至氣體）潛熱吸收大量熱。工業上，乙炔配合氧氣，使其更完全燃燒，形成氧乙炔火焰，能高達攝氏3200度，以進行快速切割金屬作業。

潛熱

物質從固態轉成液態，或液態轉成氣態，所吸收的熱量稱為潛熱（Latent Heat）；潛熱可分為熔化熱及氣化熱。與之相反，從氣態至液態或從液態至固態轉變過程中，則會放出熱量。潛熱是物質在液相與氣相之間轉變（蒸發潛熱）或固相與液相之間轉變（溶解潛熱）時吸收的熱量，以單位質量內焦耳數計量。水在沸點（100℃）下的氣化潛熱為2260 J/g（539 cal/g），使水是所有物質中具有最高蒸發潛熱，這正是水能快速冷卻，作為有效滅火劑之主因；使水在火焰中高溫氣化時吸走燃燒中大量熱量。以現今一般消防車是裝水，假如未來有比水更經濟有效物質，屆時消防車就有可能不裝水，改裝如此物質。

1-3 熱傳導（一）

熱傳遞

火災是一種熱量傳遞之結果，對熱量或能量轉移之熱傳理解，是瞭解火行為和火災過程之關鍵。從火三角的概念可知熱能是燃燒必要條件之一，燃燒一旦開始，重要的是了解火如何藉熱能傳遞而持續進行。熱傳之基本條件是存在溫度差異，根據熱力學第二定律，熱傳之方向必往溫度較低移動，溫度差就是構成熱傳之推動力。

在區劃空間如船艙能夠透過熱傳4種方式中的一個或多個進行傳輸：即傳導、對流、輻射和火焰直接接觸（Impingement）。事實上，熱傳對一物質而言，是一種熱損失。於固體的傳熱方式主要是傳導；熱從高溫的物體傳到低溫的物體，即固體溫度梯度內部傳遞的過程。基本上，在固體或靜止流體（液體或氣體）中，熱傳導是由於物體內分子、原子、電子之無規則運動所造成，其是一分子向另一分子傳遞振動能的結果。各種材料熱傳導性能不同，傳導性能佳如金屬，其電子自由移動，熱傳速度快，能做熱交換器材料；傳導性能不良如石棉，能做熱絕緣材料。以物質三態熱傳導性，為固體 > 液體 > 氣體。依傅立葉定律（Fourier's Law）指出，在熱傳導中，單位時間內通過一定截面積的熱量，正比於溫度變化率和截面面積，而熱量傳遞的方向則與溫度升高的方向相反。

傳導問題

以下思考一下！把1張A4紙完全貼在牆壁上，以打火機進行引燃A4紙，卻無法使其點燃，為什麼？又引燃1張拿在手上A4紙時，從邊緣或中央位置何者較易點燃？為什麼？如果你可正確回答此問題，表示你已具某種專業知識。貼在牆壁紙張受打火機之熱量，接收到熱量一直被牆壁大面積熱傳導擴展出去，無法使熱量累積至紙張能點燃或是自行延燒程度。又紙張從中央位置起燃，其熱量透過四面八方擴散出去，但以邊緣位置熱傳面積有限（空氣為熱不良傳導體），而易以點燃。

熱傳導與火災

在建築物火災中熱傳導之熱量相當有限，主要是以火災之起火期階段為主，電線設備、煙蒂、線香、火星等熱源，接觸可燃物進行熱傳導，導致起火。在台灣建築物係屬鋼筋混凝土結構，且牆壁厚度相對厚，依傅立葉定律（Fourier's Law），固體物質厚度與熱傳量成反比難以熱傳導；但在船舶結構如同鐵皮屋火災一樣，金屬牆壁薄，比熱容小，易以熱傳，這也導致鐵皮屋或船舶火災鋼製邊界層扮演熱傳重要因素，尤其是上面屋頂（艙頂）面會有溫度最大傳導熱量。

又依傅立葉定律（Fourier's Law），熱量傳導與距離成反比，所以火災蔓延常以相鄰空間，火勢擴大規模是有限的。

以防火塗料而言，使用熱傳導係數（k）低之無機材質，噴灑在鋼結構之厚度愈厚，保護效果愈佳，即增加上述公式之L（厚度）使Q（熱量）減小；有些防火塗料利用在高溫下生成一層比原塗層厚十倍難燃炭層，且其熱傳導係數（k）低，也是同樣增加L，減小k，以隔絕火焰對底材加熱，達到防火之目的。

1-1 氧化與起火

氧化反應

由碳和氫構成的物質才能被氧化，而大多可燃性固體有機物、液體和氣體，就是以碳和氫為主成分。最常見氧化劑是空氣中的氧，空氣約由1/5氧和4/5氮組成。氧化性物質如硝酸鈉（NaNO3）和氯酸鉀（KClO3）是一種易於釋出氧，此種分子中含有氧，反應時無需外界氧，遇熱能自行氧化燃燒。

氧化（Auto-Oxidation）是一種發熱反應，由於氧化速度不同，如蘋果削好一些時間表面泛黃，或報紙久置數年形成泛黃，此種氧化速度慢，發熱量小，沒有明顯熱及光之物理現象。人類呼吸作用就是氧化葡萄醣，使得葡萄醣中的氫被氧取代，...

推薦序

為培育出國家消防安全設備之設計、監造、裝置、檢修及防火防災實務型人才，本校特創立消防安全學士學位學程之獨立系所，建置了水系統、警報系統及氣體滅火系統專業教室等軟硬體設備，擁有全方位師資團隊，跨消防、工程科技、機械工程、電機、資訊等完整博士群組成，每年消防設日間部四技班、進修部四技班及進修學院二技班等，目前也刻正籌備規劃消防系（所），為未來消防人力注入所需的充分能量。

本校經營主軸為一核心之提升人的生命品質；三主軸之健康促進、環境保育、關懷服務；四志業之健康、管理、休閒、社會福利等完整理念目標。在消防學程發展上，重視實務學習與經驗獲得，促進學生能儘快瞭解就業方向；並整合相關科系資源，創造發展出綜合性消防專業課程模組，不僅能整合並加強教學資源，使課程更為專業及專精，還能順應新世紀社會高度分工發展，提升學生消防就業市場之競爭能力。在課程規劃上，含消防、土木建築、機械、化工、電機電子、資訊等基礎知識與專業技能，培育學生具備公共安全、災害防救、職業安全衛生管理等市場所需之專業領域知識；並使學生在校期間，取得救護技術員、防火管理人、保安監督人、CAD 2D、CAD 3D或Pro/E等相關證照，及能考取消防設備士、消防四等特考、職業安全／衛生（甲級）或職業安全／衛生管理師（員）等公職及專業證照之取得。

本書作者盧守謙博士在消防機關服務期間累積豐富之現場救災經歷，也奉派至英國及美國消防學院進階深造，擁有消防設備師，也熟稔英日文能力，教學經驗及消防書籍著作相當豐富。本書再版完整結合理論面與實務面內涵，相信能使讀者在學習上有系統式貫通瞭解，本人身為作者任教大學之校長，也深感與有榮焉，非常樂意為本書推薦給所有之有志消防朋友們，並敬祝各位身心健康快樂！

郭代璜

大仁科技大學　校長

推薦序

為培育出國家消防安全設備之設計、監造、裝置、檢修及防火防災實務型人才，本校特創立消防安全學士學位學程之獨立系所，建置了水系統、警報系統及氣體滅火系統專業教室等軟硬體設備，擁有全方位師資團隊，跨消防、工程科技、機械工程、電機、資訊等完整博士群組成，每年消防設日間部四技班、進修部四技班及進修學院二技班等，目前也刻正籌備規劃消防系（所），為未來消防人力注入所需的充分能量。

本校經營主軸為一核心之提升人的生命品質；三主軸之健康促進、環境保育、關懷服務；四志業之健康、管理、休閒、社會福利等完整理念...

自序

在過去500年，科學已經從早期的一般數學近似，利用一套能量守恆定理來解決大量問題，並加速發展。雖然火是人類最早利用工具之一，但只是在過去50年才得到相關數學表達式，因為火確實是過於複雜，於近十幾年來火災研究工作卻有相當加速發展，湧現出大量的新理論。在本書也儘可能網羅NFPA, SFPE Handbook, Drysdale𠏋 Book等，納入其內涵、圖表與運算，也加入多元化型態，如鐵皮屋等本土化常發生火災。在此以30年火場實務經驗之消防本職博士專業背景，來進行系統式精心彙編，並儘量插入工學應有之數值運算演練，以整合一門完整之學科。

觀之國內坊間火災學書籍繁多，關於建築物火災發展過程中，閃燃現象是一種非常態，以國內居多之耐火建築物，發生閃燃需滿足火三要素環境，始有可能發生。對於引火、發火點、閃火點或著火，這些專業名詞之間常混為使用，令很多讀者感到困惑，而許多適用木造建築物之實驗曲線或關係式，如開口因子、燃料控制燃燒或通風控制燃燒等，這些公式用於鋼筋混凝土內纖維／塑膠燃料或鐵皮屋建築，是必須依燃燒物不同而作修正的。因此，對於火災專業用語及觀念，沒有統一及整合，令年輕學子在學習火災學時，可能在某種程度上是一知半解的。

作者任教於大仁科技大學，學校特成立火災鑑識組織，由作者專責執行火災原因調查與鑑定、火災／消防研究產學合作及廠區防火安全技術顧問等，也順應社會市場需求，另於消防學程舉辦各種消防訓練班，有消防20學分班、防火管理人初訓／複訓班及消防設備師士考前衝刺班等推廣教育，也接受客製化消防訓練。在本書改版上，一些專有名詞再考究更多原文資料，予以明確化，也儘量移除消防搶救或應變等內容，回歸以火災動力為主，並大幅增加圖表及其精進化，其中也納入最新考題精解，以符讀者群之反應及高度期待。作為一位消防教育工作者，無不希望國內消防教材之專業水準能提升，這也是作者孳孳不倦之動力根源。

自序

在過去500年，科學已經從早期的一般數學近似，利用一套能量守恆定理來解決大量問題，並加速發展。雖然火是人類最早利用工具之一，但只是在過去50年才得到相關數學表達式，因為火確實是過於複雜，於近十幾年來火災研究工作卻有相當加速發展，湧現出大量的新理論。在本書也儘可能網羅NFPA, SFPE Handbook, Drysdale𠏋 Book等，納入其內涵、圖表與運算，也加入多元化型態，如鐵皮屋等本土化常發生火災。在此以30年火場實務經驗之消防本職博士專業背景，來進行系統式精心彙編，並儘量插入工學應有之數值運算演練，以整合一門完整之學科。...

推薦序
自序
第1章　緒　論
1-1 氧化與起火　
1-2 吸熱與潛熱　
1-3 熱傳導（一）　
1-4 熱傳導（二）　
1-5 熱對流　
1-6 熱輻射（一）　
1-7 熱輻射（二）　
1-8 火焰接觸與熱慣性　
1-9 火災特性（一）　
1-10 火災特性（二）　
1-11 火災分類　
1-12 火災與氣象　
第2章　燃燒原理
2-1 活化能與化學反應　
2-2 理想氣體定律　
2-3 燃燒與爆炸　
2-4 燃燒熱與熱釋放率　
2-5 燃燒所需空氣量　
2-6 燃燒界限（一）　
2-7 燃燒界限（二）　
2-8 燃燒原則　
2-9 燃燒機制　
2-10 燃燒速率　
2-11 燃燒危險性　
2-12 五大燃燒　
第3章　滅火原理
3-1 發火源（一）　
3-2 發火源（二）　
3-3 火四面體（一）　
3-4 火四面體（二）　
3-5 火四面體（三）　
3-6 火三角應用　
3-7 滅火原理（一）　
3-8 滅火原理（二）　
第4章　固體火災學理
4-1 固體理化性　
4-2 固體燃燒型態　
4-3 固體燃燒速度影響因素　
4-4 木材類燃燒（一）　
4-5 木材類燃燒（二）　
4-6 金屬類燃燒（一）　
4-7 金屬類燃燒（二）　
第5章　液體火災學理
5-1 液體燃燒屬性
5-2 閃火點、著火點與發火點　
5-3 液體燃燒型態與速度　
5-4 液體起火能量　
5-5 引火性與高閃火點　
5-6 液體防火防爆方法　
第6章　氣體火災學理
6-1 氣體理化性　
6-2 氣體危險度及火焰型態　
6-3 氣體燃燒速度影響因素　
6-4 氣體爆炸特性　
第7章　滅火劑適用
7-1 固體滅火劑　
7-2 水滅火劑　
7-3 細水霧　
7-4 泡沫　
7-5 CO2氣體滅火劑　
7-6 海龍替代品　
7-7 金屬滅火劑　
第8章　爆炸工學
8-1 爆炸類型　
8-2 爆炸效應　
8-3 粉塵類爆炸及防制　
8-4 粉塵爆炸影響因素　
8-5 BLEVE現象　
8-6 蒸氣雲爆炸與油池火災　
8-7 蒸氣爆炸　
8-8 氣體類爆炸　
8-9 容器槽體爆炸徵兆　
8-10 低階爆燃與爆轟　
第9章　區劃空間火災發展
9-1 火災初期（一）　
9-2 火災初期（二）　
9-3 成長期（一）　
9-4 成長期（二）　
9-5 燃料與通風控制火災　
9-6 閃燃現象　
9-7 閃燃影響因素　
9-8 閃燃與爆燃防範對策　
9-9 閃燃與爆燃差異　
9-10 閃燃與爆燃發生徵兆　
9-11 最盛期與衰退期　
9-12 建築物防火安全設計　
9-13 火災各時期防火對策　
第10章　區劃空間火災煙流
10-1 火災煙能見度　
10-2 火災煙消光係數　
10-3 火災生成物毒性　
10-4 區劃空間煙層流動（一）　
10-5 區劃空間煙層流動（二）　
10-6 區劃空間煙層流動（三）　
10-7 區劃空間防煙方式（一）　
10-8 區劃空間防煙方式（二）　
10-9 區劃空間防煙方式（三）　
10-10 防煙對策及等效流動面積　
10-11 區劃空間排煙煙控　
第11章　建築火災概論
11-1 耐火構造建築　
11-2 超高層建築　
11-3 地下建築　
11-4 鐵皮屋建築　
第12章　電氣火災概論
12-1 電氣系統及火災防範　
12-2 電氣火災原因　
12-3 電阻發熱火災　
12-4 電弧火災　
12-5 靜電原因與條件　
12-6 靜電放電類型　
12-7 靜電防制管理（一）　
12-8 靜電防制管理（二）　
12-9 閃電　
第13章　化學火災概論
13-1 自燃發火　
13-2 影響自燃發火因素　
13-3 自燃發火性分類　
13-4 準自燃發火性物質　
13-5 公共危險物品　
13-6 危險物品混合危險　
13-7 危險物品應變作業程序　
13-8 油槽類火災　
13-9 沸溢、濺溢與冒泡溢因素與徵兆　
13-10 沸溢與濺溢條件與區別　
參考文獻　
火災學術語　
火災學公式總整理　
火災學重點總整理　

推薦序
自序
第1章　緒　論
1-1 氧化與起火　
1-2 吸熱與潛熱　
1-3 熱傳導（一）　
1-4 熱傳導（二）　
1-5 熱對流　
1-6 熱輻射（一）　
1-7 熱輻射（二）　
1-8 火焰接觸與熱慣性　
1-9 火災特性（一）　
1-10 火災特性（二）　
1-11 火災分類　
1-12 火災與氣象　
第2章　燃燒原理
2-1 活化能與化學反應　
2-2 理想氣體定律　
2-3 燃燒與爆炸　
2-4 燃燒熱與熱釋放率　
2-5 燃燒所需空氣量　
2-6 燃燒界限（一）　
2-7 燃燒界限（二）　
2-8 燃燒原則　
2-9 燃燒機制　
2-10 燃燒速率　
2-11 燃燒危險性　
...