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以CLT (Cross-laminated timber )建造之木造住宅的防火效果

在發展中高樓層木造建築趨勢下,為了比較木材與不燃材之防火,美國農業部林產試驗室以CLT (Cross-laminated timber)以5棟2F上下兩戶之住宅進行試驗,CLT採用5層175 mm厚之花旗松-落葉松以PU層積製造,每樓層空間為9×9×2.7 m,內部隔間牆用鋼製間柱,在兩面配置13 mm厚防火石膏板,天花板也採用石膏板包覆,樓板則採用雙層水泥板覆蓋,牆體開口面積60%,外門採用20分鐘時效實心門。

第1~4棟樓在防火試驗時正門是閉門,房門則採用空心門且全開,第5棟則是正門開放進行防火試驗。第1棟之CLT全部採包覆,第2棟在客廳及臥室之天花板的CLT有30%外露,第3棟在客廳及臥室各有一面CLT牆是全外露,第4、5棟客廳及臥室所有CLT牆及天花板全外露,集成材梁柱也外露。

起火點在廚房牆邊之矮櫃,屋內均有家具、書籍、木製櫥櫃等可燃材,每一棟均以200點熱電偶收集溫度變化,包括埋入CLT內部各層集成元及屋頂或牆體地板間之角鐵接合位置。並以光密度儀及氣體分析儀測定煙霧及燃燒物質,再以19.8×19.8 m排氣罩測定熱釋放效率。

結果顯示第1~3棟客廳在11~13分鐘即達600℃之閃燃點,臥室在17分鐘時亦達閃燃點,最高溫度可達1200℃,其後維持在1050℃。第4棟有裝自動灑水設備,故最高達100℃於2分37秒時,啟動後即迅速降溫。第5棟在客廳及臥室分別上升至700及800℃,在23分鐘啟動手動灑水設備後,在30秒內降至100℃以下,而起火點廚房則升至1000℃,在灑水啟動2~3分鐘後即降至100℃以下。

在炭化速率方面,第1棟所有埋入CLT之熱電偶顯示均低於100℃,其中最高點是在天花板之CLT表面,而埋入木材12 mm深者顯示最高為90℃。第2棟為CLT天花板有局部外露條件,所造成之炭化層深度介於23 mm(溫度是480℃)及35 mm(低於250℃),一般設定是在300℃時發生炭化。其他埋入牆體者因石膏板蔽護,其溫度不超過90℃。第3棟的CLT天花板所埋入之熱電偶並未超過100℃,而外露CLT牆體則因為位置而異,近窗口者炭化未超過23 mm,而近餐廳者達47 mm,該處在點燃90 分鐘後發生局部剝離,造成第二層集成元燃燒,進而有較大之炭化深度。

在接合部方面,第1、2棟在牆體及天花板間之接合處均低於炭化溫度,在樓板接合最高則分別為325及135℃。第3棟局部在屋頂/牆之接合達1000℃,臥室樓板有2處接近750℃,應是防火填縫劑使用不恰當其硬化時間過短。

在廚房門的對牆設置熱流感應器,測得第1、2棟該處在4 kW/m2以下,瞬間有達12 kW/m2,此資訊對消防人員很重要,因其所戴之聚碳酸酯面具,暴露在15 kW/m2 1分鐘即開始劣化。第3棟之最高處達到65 kw/m2,原因是該處之20分鐘防火實心門安裝錯誤所致,造成比第1、2棟破壞還快。

一氧化碳濃度則視走道上各戶正門是否被燒毀而有很大不同,在第2、4棟並未測出CO,第1、3棟在正門被燒毀後,CO濃度分別達500及3500 ppm,第5棟正門為開啟,在出口走道上之CO濃度達39000 ppm。

煙霧警報器作用的時間與上述5棟不同的裝修方式以及警報器安放位置均有很明顯的差別。基本上第1~4棟在燃燒時其正門是關閉的,在走道及樓梯間的警報時間比正門開放的第5棟為晚。第5棟的走道警報時間是在200秒之後,其他棟則在540~1310秒之後,第5棟的樓梯間警報時間是在597秒之後,其他棟則在3573~7045秒之後。

文章提供:葉民權教授

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