有一開口面積為 10.0 m2，開口高度為 1.44 m 之居室，當其發生火災而形成通風控制燃燒時，根據 P. H. Thomas 之研究結果，則燃燒速度為多少 kg/min？

本題考點

P. H. Thomas 通風控制燃燒速度經驗式與通風因子 A√H。

正解理由

通風控制時，燃燒速度受限於開口供氣量，Thomas 由實驗歸納出 R = (5.5 ~ 6.0)·A·√H，R 單位 kg/min、A 為開口面積 m²、H 為開口高度 m。代入 A = 10.0 m²、H = 1.44 m 得 66.0 至 72.0 kg/min，故選 C。

逐項排除

1. (A)

   25.0 ~ 27.3 kg/min 對應係數 2.1 ~ 2.3，遠低於本式。

2. (B)

   39.6 ~ 43.2 kg/min 對應係數 3.3 ~ 3.6，等於誤取六成。

3. (C)

   66.0 ~ 72.0 kg/min 恰為 5.5 至 6.0 乘上通風因子 12.0 m^2.5，正確。

4. (D)

   79.2 ~ 86.4 kg/min 對應係數 6.6 ~ 7.2，取值偏高。

演算步驟

1. 公式：R = (5.5 ~ 6.0) × A × √H
2. √H = √1.44 m = 1.2 m^0.5
3. A√H = 10.0 m² × 1.2 m^0.5 = 12.0 m^2.5
4. 下限：R = 5.5 × 12.0 = 66.0 kg/min
5. 上限：R = 6.0 × 12.0 = 72.0 kg/min
6. 結果：R = 66.0 ~ 72.0 kg/min

記憶點

Thomas 這條式子並非憑空而來，可由質量守恆推導。室內火災進入通風控制後，冷空氣自開口下半部流入、熱煙自上半部流出，中性帶高度與內外密度差決定流速；把柏努利式沿開口高度積分並取典型火場溫度，可得空氣流入質量流率約 ṁ_air ≈ 0.5·A√H（kg/s），換算為每分鐘即 30·A√H（kg/min）。木材類可燃物完全燃燒的理論空氣量約 5.3 至 5.5 kg 空氣/kg 燃料，以流入空氣量除以此值，即得 R ≈ 5.5 至 6.0 A√H（kg/min），係數的區間正反映燃料種類與燃燒效率的差異。

式中的 A√H 稱為通風因子，單位為 m^2.5，是室內火災學最核心的參數。它同時決定三件事：通風控制下的燃燒速度、閃燃所需熱釋放率中的空氣加熱項，以及火災持續時間。火載量 W（kg）除以燃燒速度 R 即得約略延燒時間 t = W/R，這是本式最常見的延伸考法。

單位換算與代入的陷阱有三個。其一，H 指開口本身的高度，不是天花板高度或樓層高度；其二，開口若有數個，A√H 須逐一計算後相加，不可先加面積再開方；其三，本式的 R 單位是 kg/min，若題目要求 kg/s 須再除以 60。

燃料控制與通風控制的分界也是必考對照：火災初期室內空氣充足，燃燒速度由燃料表面積與熱裂解速率決定，稱燃料控制；當開口供氣不足以支應燃料所能釋放的可燃氣體時，即轉為通風控制，此時擴大開口會使燃燒速度上升、火勢更猛，而縮小開口則使未燃氣體累積，形成回燃的前提。理解這層因果，才不會把「開窗排煙」與「開窗助燃」的考點答反。