Investigation of the Relationship Between Wall Thermal Conductivity and Inner Room Temperature in Compartment Fires

In this study, the relations of the wall thermal conductivity and surface temperature in a compartment fire are investigated using Buckingham Pi theorem. The dimensionless parameters of the previous study are analyzed in order to correlate the dimensionless groups of the heat release rate, the thermal conductivity, the volume of compartment and the convective heat transfer coefficient. In addition the reduced scale of compartment, which has 1/6 size of ISO 9705 Room Corner Tester, is manufactured and the oxygen concentration and the maximum temperature in the space are measured for the gasoline pool fire ($10cm{\times}10cm$, $15cm{\times}15cm$ and $20cm{\times}20cm$). Finally, the criterion of the wall temperature increase are suggested in accordance with the thermal conductivity and the convective heat transfer coefficient. In addition, the dimensionless empirical equation using Buckingham Pi theorem considering the heat release rate are presented suggested. The results of this study will be useful especially for the fire phenomenon investigation of the wall thermal conductivity coefficient and shape in the compartment space.

구획화재에서 벽면의 열전도 계수와 내부 온도의 상관관계 분석

본 연구에서는 Buckingham 파이 정리를 이용하여 구획 공간에서 화재가 발생한 경우 벽면을 구성하는 재료의 열전도 계수와 내부 온도의 상관관계에 관한 연구를 수행하였다. 이를 위해서 기존 무차원 변수의 주요 인자를 고려하여 발열량, 열전도계수, 구획공간의 체적, 벽면 두께 그리고 대류 열전달 계수의 관계를 분석하였다. 또한, 발열량에 대한 화염에서의 최대 온도 그리고 벽면의 온도를 산출하기 위해서 내화보드를 사용하여 ISO 9705 룸 코너 시험기(Room Corner Tester)의 1/6 크기를 갖는 축소 규모의 구조물을 제작하였으며, 10 cm, 15 cm 그리고 20 cm인 정사각형 화원에 대해서 가솔린 화재실험을 수행하여 국부 지점의 산소 농도와 화염에서의 온도분포를 측정하였다. 그 결과 대류 열전달 계수와 열전도 계수의 변화에 따라서 외벽에서의 온도가 증가하는 조건을 제시하였으며, 발열량 변화에 대한 Buckingham 파이의 무차원 경험식을 도출하였다. 본 연구 결과는 구획 공간에서 외벽 형상 및 열전도 계수의 변화를 고려한 화재 현상을 연구하기 위한 기초 자료의 활용이 가능할 것으로 사료된다.