趕火(pushing fire) ---是如何發生的？以及預防方法

．本文同時刊載於109年8月消防月刊，p.17-21：https://ebook.nfa.gov.tw/10908/#p=17 
．關鍵字：趕火、射水通風、排煙、過渡性攻擊
．Keywords: pushing fire; hydraulic ventilation; ventilation; transitional attack

壹、導論

趕火(pushing fire)現象是消防搶救的長期爭論。有不少消防人員都表示曾在搶救現場經歷過趕火，體驗到火與高溫突然湧入搶救空間，造成危險或強烈的不適。話雖如此，因為火場搶救的瞬息萬變，這些現象並沒有被紀錄下來；此外，在許多火災實驗中，趕火現象也沒有發生。因此，趕火現象究竟會不會發生？以及發生的原因是什麼？有著不同的看法及見解。

有鑑於此，UL消防人員安全研究機構(Firefighter Safety Research Institute, FSRI)與國際消防教官協會(International Society of Fire Service Instructors, ISFSI)及斯帕坦堡市消防局(Spartanburg City Fire Department)做了一系列的實驗，探討射水趕火現象，以及射水與氣流變化的關係。

先說結論，UL的實驗證實趕火現象的確可能在火災搶救現場發生。但是，正確的滅火方式，可以有效地預防趕火。本文將依據UL研究結果，說明射水趕火現象的發生原因、如何預防趕火、並簡介過渡性攻擊(Transitional Attack)的效用與操作要點。

貳、趕火案例討論

我們先來看看一個實際發生趕火的案例。

Fig 1: 射水趕火實驗圖，在實驗中，右側火舌冒出的房間是火災居室，中間的窗口是一個透過走廊與火災居室相通的居室。圖片來源：UL FSRI，2018。

Fig 1是一個射水趕火的實驗，在這個火災實驗中，右側火舌冒出的房間是火災居室，中間的窗口是一個透過走廊與火災居室相通的房間。右側房間的窗口是新鮮空氣流入及火煙流出的通道，而中間的窗口，因為開口位置在中性帶上，所以氣流方向僅有流出，沒有空氣流入。

火焰由右側火災居室窗口冒出，代表居室空間氧氣不足供給所有的燃燒，但煙已具有足夠的可燃性氣體及溫度，所以可燃性氣體流出居室外，與新鮮空氣混合之後即迅速燃燒。

在實驗中，對右側的窗戶，使用水霧覆蓋整個窗口從室外射水，結果是，中間的窗戶的煙被推擠出去，並形成猛烈的趕火現象(如Fig 2)。

Fig 2: 在實驗中，水霧因為覆蓋整個窗戶，使原本從這個窗戶流出的火煙因壓力差無法排出，原先由火災室流出的可燃性氣體被往另一個方向推擠，經過連通的走廊，由中間居室窗口竄出。可燃性氣體被從中間窗口推出後，因與氧氣混合，形成猛烈的趕火現象。圖片來源：UL FSRI，2018

想像如果火被推擠到的空間如果不是室外，而是另一個原先沒有燃燒的居室，會發生什麼事？

參、趕火的定義與危險性

UL的Dan Madrzykowski博士給予趕火的定義是：「當可燃性氣體從高溫但氧氣不足的空間，因受壓力推擠，被推到另一個可供給更多氧氣的空間，並且在新的空間與氧氣混合造成燃燒的現象。」

簡單來說，就是在原本火災燃燒的空間因氧氣不足而蓄積了大量未完全燃燒的可燃性氣體，而後因為氣壓或射水造成的壓力，被推到其他原本未燃燒的空間。新的空間，因為有更多新鮮的空氣，與未燃燒的可燃性氣體混合後快速燃燒。如果消防人員或受困者原本在這個沒有燃燒的空間，因為外部射水造成的壓力改變，將可燃性氣體推到這個空間，那他可能就會經歷「趕火」現象。

射水趕火將可燃氣體推擠到新的場所形成燃燒，這可能造成原本未燃燒的空間因趕火點燃新的可燃物(如其他的傢俱或可燃性氣體)，造成延燒，不但增加消防人員的搶救風險，更可能對受困待救者造成危害。因此，消防人員應在搶救過程中，避免因搶救活動造成意外的趕火現象。

肆、造成趕火現象的必需條件

要發生趕火現象需要具備以下條件：

一、火災空間的供氧不足，處於通風控制燃燒(ventilation controlled fire)

二、火災空間必須有氣流流入及流出的通風口

三、新的空間必須較原火災空間能提供更多的氧氣。

四、必須有造成壓力差的來源(pressure source)：壓力差的來源可能是強風、排煙風扇、射水或其他因素。壓力差的來源必須存在，否則無法推動氣流流動，趕火也不會發生。

如果沒有具備上述條件，則趕火現象不會發生。

上述的前3個條件，屬於火災現場的狀況，並非消防人員所容易掌控的條件。因此，本文討論的重點，在於避免因為消防搶救活動，造成壓力差的來源，特別是射水造成的壓力差，也就是避免「射水趕火」現象。

射水造成的氣流固然可能造成趕火，影響搶救安全，但相反的，消防人員也可以利用射水造成的氣流來提升搶救的安全，譬如利用射水氣流，在消防人員前面形成屏障，將火、煙、熱趨趕離開消防人員。

伍、射水與趕火的關係為何

水不是應該產生滅火效果嗎？為什麼會射水會造成趕火現象呢？

事實上造成趕火的原因並不是水，而是射水帶動的空氣氣流。

射水時會將水線兩旁的空氣帶入(見Fig.3)，水流也會將前方的空氣推擠帶動氣流，帶入的氣流量就是壓力差的來源。當射水造成的氣壓影響火煙流量的路徑時，並滿足前文所述條件時，就可能造成趕火。

在前文所舉的實驗案例中，原本火煙流出的路徑，因為射水帶動氣流造成的壓力大於火煙流出的壓力，因此將火、煙向其他方向推擠，被推擠的火煙不能向外流動，因而在屋內流竄。中間的房間，因為有走廊連通，因此成為火煙被推擠的路徑，形成「射水趕火」現象。

Fig 3: 射水產生的動量會將空氣帶入，造成氣流的流動。射水產生的氣流量與射水距離、射水模式、及瞄子的移動速度有關。箭頭為氣流流動方向示意圖。圖片來源：作者繪製。

．作者按：

UL在2015年的研究報告雖然指出「Water does not push fire」，但是內容指的是「水本身不是造成趕火發生的原因」，射水帶動的氣流才是造成趕火的原因；不是指射水不會造成趕火現象。

UL在2018年進一步說明趕火在火場是可能發生的，但正確的滅火方式可以預防趕火(即本文內容)，所以2015年跟2018年的研究結果並沒有衝突，請讀者仔細分別兩者不同。本文亦附有2015年研究報告原文連結供讀者參考。

 

Fig 4: UL在2015年的舊研究報告雖然指出「Water does not push fire」，但是文章內容指的是「水本身不是造成趕火發生的原因」，射水帶動的氣流才是造成趕火的原因；並非指射水不會造成趕火現象。請讀者仔細分別兩者不同。本文附有原文報告連結，讀者可自行參閱。

陸、如何避免射水趕火現象，以及將氣流變成消防搶救的助力

UL的實驗結果指出，射水產生的氣流量與射水距離、射水模式(直線射水或水霧射水)，瞄子的移動速度有關。射水距離越大，所帶動的氣流量越多；水霧射水比直線射水會帶動更多的氣流量；快速移動瞄子(例如使用OTZN的O pattern射水，並快速畫圓)也能夠帶動更大的氣流量。

Fig 5: O、Z、N射水方式示意圖。圖片來源：UL Firefighter Safety Research Institute, 2017

另外，實驗結果也顯示，瞄子種類(例如組合式瞄子或圓孔式瞄子)、水帶口徑、射水壓力、瞄子廠牌，並未對射水帶動的氣流量有顯著影響；使用更大的水帶口徑及射水壓力，可以使射水水量增加，但是增加水流量或射水壓力並沒有因此增加帶動的空氣流量。

因此，如果消防人員想要避免趕火現象發生，應該穩定瞄子，使用直線射水，並儘可能接近火點射水。(簡單來說，即使用正確的「過渡性射水」攻擊技巧。)

如果消防人員想要利用射水帶動的氣流量保護自己(例如將火煙將消防人員身邊的火與熱流趨趕離開)，或用射水製造的氣流幫助排煙(亦即「射水通風(hydraulic ventilation)」戰術)，那麼可以使用水霧射水模式，配合O pattern射水方式，並快速移動瞄子畫圓。如此則可以增加帶動的氣流量。

實驗數據指出，使用不同射水方法，所帶動的氣流量差異極大。例如同樣是射水流量150 gpm、射水壓力100 psi的狀況下，使用直線射水所帶動的氣流量不足2000 CFM (ft3/min)，而使用水霧加O pattern射水則可帶動超過15000 CFM的氣流量，也就是射水方式的不同，可能產生超過7倍的氣流量差異！(15000 CFM的氣流量是什麼樣的概念？就是約等於1台排煙風扇可帶動的空氣量！)

Fig 6: 不同射水方式所帶動的氣流量圖(射水流量均為150 gpm、射水壓力均為100 psi)。使用O pattern射水所帶動的氣流量較瞄子不移動所帶動的氣流量多出1倍以上。另外若與排煙風扇的排煙能力比較，可以看到使用水霧加上O pattern射水的排煙能力等於甚至大於1個排煙風扇。機械風扇的排煙能力，會受到通風開口流入面積與流出面積影響，實驗中排煙風扇以氣流流出面積：流入面積(1:1)及(2:1)等狀況測試。(圖片來源：作者繪製；數據來源：UL實驗報告)

．補充資料：過渡性攻擊(Transitional Attack)

一、過渡性攻擊的優點：
(一) 正確操作過渡性攻擊，可以預防火災室閃燃，並創造更安全的搶救環境(不論是對消防人員或受困者)。
(二) 過渡性攻擊的效用是：冷卻火場，使火場降溫。
(三) 火場溫度下降→火災成長速率/燃燒熱釋放率(HRR)下降→預防閃燃(室內溫度低於 500°C或地板受到的熱輻射小於20 kW/m2)
(四) 火場溫度下降同時有助於減緩有毒氣體產生的速度。

 

二、過渡性攻擊的操作重點：
(一) 在儘可能穩定瞄子的狀況下，以高壓水柱+高角度(接近直角)的方式，向天花板射水。依據現場狀況，亦可向牆壁射水，增加水珠涵蓋面積。
(二) UL實驗發現，使用高壓水柱以接近直角的角度射向天花板，並儘可能穩定瞄子，能夠將射水涵蓋最廣火場的表面積，造成最好的降溫效果。以高角度向天花板射水，有助於將將水壓變成破壞水柱的動量，讓水柱變成更小的水珠，並涵蓋最大的表面積。而水珠越細，吸熱越快，火場溫度下降得也越快。
(三) 不建議使用水霧射水，因為水霧射水無法利用水柱的動量幫助射水涵蓋面積(water mapping)，此外，如前文所提，從室外使用水霧射水，會帶動更多的空氣量，可能因此造成趕火。
(四) 進行10-30 秒的過渡性射水後，可再進行評估，但使用過渡性射水沒有固定的時間限制，射水時間應視情況而定。如果有效，熱(煙)層的火焰通常會在數秒內熄滅，當火焰熄滅，可以暫時關閉瞄子評估狀況。
(五) 如果過渡性射水沒有顯著效果，應改變射水方向或角度，或依現場狀況改變戰術，儘速入室滅火。
(六) UL FSRI建議，當看到明火，應該儘快開始射水。(當然，必需選擇適當的射水方式，並謹記射水可能造成的氣流影響，例如前文所述避免可能趕火的射水方式。)

 

Fig 7: 過渡性射水示意圖。過渡性射水應在儘可能穩定瞄子的狀況下，以高壓水柱+高角度(接近直角)的方式，向天花板射水。依據現場狀況，亦可向牆壁射水，增加水珠涵蓋面積。正確操作過渡性攻擊，可以預防火災居室閃燃，並創造更安全的搶救環境。圖片來源：UL Firefighter Safety Research Institute, 2017。

柒、結語

消防人員在火場的搶救方式與火災發展息息相關。了解射水方式與空氣流量的關係，可以幫助消防人員在火場以更安全、更有效地救災。本文介紹UL消防搶救研究，以實驗結果說明射水趕火發生的原因，並就射水模式與空氣流量的關係，闡述如何避免造成「射水趕火」現象，並簡介過渡性攻擊的操作要點。希望消防人員能將這些知識及觀念帶入平日的消防搶救，並期待各消防機關於訂定搶救原則時，能將相關觀念納入考量，幫助消防人員更有效、更安全地滅火救災。

．參考資料: 

1、ULfirefightersafety, 2018, [online] Available at: https://www.youtube.com/channel/UCd36aiebKHk0EKmP7MTuuqw 

2、UL Firefighter Safety Research Institute, 2017, Impact of Fire Attack Utilizing Interior and Exterior Streams on Firefighter Safety and Occupant Survival: Air Entrainment, [pdf] Available at: https://ulfirefightersafety.org/docs/DHS2013_Part_II_Air_Entrainment.pdf

3、UL Firefighter Safety Research Institute, 2015, 20 Tactical Considerations from Firefighter Research, [pdf] Available at: https://ulfirefightersafety.org/docs/Firehouse_20_Tactics_Supplement.pdf