火災時偵溫式探測器之作動，主要靠熱氣以何種熱能傳遞給探測器？

本題考點

火災初期熱能傳遞方式與偵溫式探測器動作原理的對應關係。

正解理由

依熱傳學原理，火焰上方的高溫燃燒生成物因密度小於周圍空氣而上升形成火羽流，撞擊天花板後轉為向四周擴散的天花板噴流，裝設於天花板面的探測器即靠這股流動的熱氣體把熱能帶到感熱元件而動作，此種藉流體流動輸送熱能者為對流，故選 B。

逐項排除

1. (A)

   傳導熱是熱能在靜止介質中經分子振動逐層傳遞，需探測器與熱源直接接觸或有連續固體介質相連，火場中並非探測器取得熱量的主要途徑。

2. (B)

   對流熱由上升熱氣流與天花板噴流把熱能帶至探測器所在位置，是偵溫式探測器動作的主要熱傳方式。

3. (C)

   輻射熱以電磁波形式傳遞、不需介質，但火災初期火焰規模有限，對天花板附近探測器所給的輻射熱通量不足以主導其動作。

4. (D)

   蒸發熱是物質由液態變為氣態所吸收的潛熱，屬相變化伴隨的熱量收支，並不是把熱能送到探測器的傳遞方式。

記憶點

熱傳有傳導、對流、輻射三種基本方式，火災學把它們與火災各階段及消防安全設備的動作原理連在一起考。傳導由分子振動與自由電子在靜止介質內逐層傳遞，遵循傅立葉定律；對流是流體巨觀流動挾帶熱能，遵循牛頓冷卻定律，熱傳量與流體和固體表面的溫差及對流熱傳係數成正比；輻射以電磁波傳遞，遵循史蒂芬－波茲曼定律，與絕對溫度四次方成正比且不需介質。

火災發生後，火焰上方形成浮力驅動的火羽流，熱氣體一路捲入周圍冷空氣而上升，撞擊天花板後轉為水平擴散的天花板噴流，其溫度與速度隨離火源半徑增加而衰減。偵溫式探測器與撒水頭都裝設在天花板面，正好位於這層熱氣流之中，靠對流把熱能傳給感熱元件，這也說明為何裝置面附近的樑、障礙物與空調出風口位置會影響動作時間。

易混淆對照：差動式探測器靠空氣室內空氣受熱膨脹推動膜片，感應的是溫度上升的速率，適用於溫度變化平緩的一般居室；定溫式探測器靠雙金屬片或易熔絕緣物在達到標稱動作溫度時動作，感應的是溫度的絕對值，適用於平時即有高溫或溫度變化大的廚房、鍋爐室；補償式則兼具兩者的特性。至於偵煙式探測器，動作靠的是燃燒生成物微粒進入偵測部造成離子電流變化或散射光變化，屬質量傳輸而非熱傳。

延伸考點：輻射熱在最盛期成為主導，是延燒至鄰棟建築物的主因；傳導熱則常經由貫穿樓板牆面的金屬管線把熱帶往他室而造成非預期起火，三者的主導階段時常合併命題。此外，探測器的動作時間除受熱氣流溫度影響外，也受感熱元件的熱慣性影響，元件的質量與表面積比越大，達到相同溫度所需的時間越長，這解釋了為何同一場火災中，位於同一天花板面的不同型式探測器動作時間會有先後差異，也是設計動作時間推估時必須納入的因素。