우리나라 건기에 해당하는 봄철에는 산불화재에 예방에 주의해야 한다. 그러나 안타깝게도 이 시기에는 다양한 언론매체를 통하여 산불화재 피해에 대한 소식을 전해 들어야만 하는 것이 사실이다. 2022년 울진군에서 발생한 산불화재는 국내에서 2000년 동해안 산불에 이어 역대 2번째로 피해 규모가 큰 산불화재이다. 산불화재은 건축화재와 달리 피해면적에 광범위하기에 더욱 주의를 기울여야만 하며, 언론매체를 통한 피해 규모를 살펴보면 산불의 위험성을 증대하는 것처럼 느껴진다. 본 연구에서는 국가화재통계를 이용하여 국내에서 발생하는 산불화재의 발생빈도와 발화장소에 대하여 살펴보았다. 이를 통하여 대규모 산불화재로 인한 피해를 예방하기 위한 방안으로서 화재안전대책 우선순위를 도출하고자 하였다.
최근 통계자료에 따르면, 매년 화재 발생 건수와 이로 인한 피해가 증가하는 것으로 나타나고 있다. 이에 따라 본 연구에서는 여러 공공 데이터를 분석하여 각 지역별 특성이나 환경적 요인에 따른 화재의 원인을 분석해고보가 한다. 분석을 위하여 화재 발생 건수, 시도별 공장 수와 인구수, 계절별 화재 발생수, 장소별 화재 요인에 대한 각각의 공공 데이터를 활용하였다. 분석 결과 지역별 공장 수와 비례하지않은 화재 발생 건수나, 대중적으로 생각하는 겨울철 가장 많은 화재의 발생보다 봄철에 더 많은 화재가 발생되었던 통계 결과와 같이 각 지역적인 특성이나 발화요인에 따라 화재 발생률에 미치는 영향은 다르게 나타난다는 것을 알 수 있었다.
건축물에서의 성능기반 화재안전설계를 위해서는 구획 공간 내에서의 화재성장 및 화재크기와 같은 화재특성을 우선적으로 판단하여야 하지만, 건축물에서의 구획공간의 형태, 환기조건 등과 같은 상이한 조건과 실규모 화재실험의 어려움으로 인하여 관련 기초 자료가 부족한 현실이다. 따라서 본 연구에서는 건축물에서의 구획공간에 대한 실규모의 화재 실험을 통해 공학적 화재 특성 데이터인 열방출률 등을 제시하고자 하였다. 실규모의 화재실험은 침실공간으로 설정하였으며, 화재실험은 2.4 (L) ${\times}$ 3.6 (W) ${\times}$ 2.4 (H) m의 구획 모델에서 실시하였다. 초기착화는 쓰레기통에서 발생하였으며, 화재실험은 총 30분에 동안 진행되었다. 화재실험결과, 실험 시작 7분 50초 이후부터 화염이 외부로 출화되었으며, 최대 열방출률은 실험 시작 9분 34초에 3810.6 kW로 측정되었다.
성능위주설계의 설계화원 정보는 피난안전성 평가에 직접적인 영향을 미치기 때문에, 실물화재 실험에 근거한 설계화원의 설정이 매우 중요하다. 복합영상관에 대한 성능위주설계의 신뢰성을 개선시키기 위하여, 상영관 의자에 대한 화재실험을 통해 열발생률과 화재확산속도 등의 화재거동에 관한 정보를 제공한다. 이를 위하여 실제 상영관과 유사하게 배열된 다수의 객석 의자가 적용되었다. 주요 결과로서, 객석의자 1개에 대하여 최대 열발생률과 단위 질량당 발열량은 각각 415~988 kW와 15.2~23.8 MJ/kg의 범위를 갖는다. 신형과 구형 객석의자의 평균 단위 질량당 발열량은 각각 23.6 MJ/kg과 16.7 MJ/kg으로 측정되었다. 즉, 신형의자의 증가된 플라스틱 및 쿠션재의 함량으로 인하여, 신형이 구형에 비해 화재위험성이 높은 것으로 확인되었다. 추가로 객석의자가 일렬로 배치될 때, 점화위치와 상관없이 0.39~0.42 m/min의 화재확산속도가 관찰되었다. 마지막으로 복합영상관의 성능위주설계를 위하여 객석의자의 최대 열발생률과 화재성장률로 구성된 화재성장곡선이 제안되었다.
자동차의 엔진룸의 내부를 살펴보면 여러 가지의 장치 및 장비가 복잡하게 설치되어 있고 각종 오일 등의 인화물질을 포함하고 있어 재발화 가능성이 매우 높다. 또한, 폭발가능성도 높기 때문에 운전자나 탑승자가 보닛을 열고 엔진룸에 직접 분말 소화기를 분사하는 방식으로는 한계가 있다. 따라서 엔진룸 내부에서 화재를 감지하여 소화약제를 분사한 뒤, 화재를 진화하는 소화시스템과 엔진룸 내부의 고열에 견딜 수 있고, HFC-227ea를 포함하는 충분한 점성을 가진 폼 형태의 소화약제를 개발 및 시험하였다. 그리고 포소화약제가 가지고 있는 소화원리인 질식 및 냉각효과와 HFC-227ea가 가진 부촉매효과를 동시에 이끌어 내고, 소화 후에도 분말 소화기처럼 잔존물에 의한 2차 피해가 없는 맞춤형 소화약제를 개발하였으며, 차량을 이용한 충돌실험을 통하여 방출이 완료된 후에도 이물질 없이 소화약제를 제거할 수 있는 장점이 존재하는 실험결과를 획득하였다.
화재시 설내의 열적성충의 형성을 연구하기 위하여 쓰레기통, 의자, 카페트, 소파, 매트리스 및 장 농의 화재실험을 실제건물에서 수행하였다. 카페트와 같은 균퉁분산 가연물화재의 경우는 초기 점화기 간과 성장기의 기간이 화재 전기간에 비하여 매우 짧고, 최성기는 매우 길게 나타났다. 반면에 쓰레기 통, 매트리스 및 장농과 같은 집중 가연물화재의 경우는 초기점화기간과 성장기가 매우 길게 나타났다. 쓰레기통과 같은 위에서 아래인 한쪽 방향으로만 연소하는 경우는 봉우리가 하나로 나타났고, 의자, 소 파, 매트리스 및 장농과 같은 연소방향이 다양한 화재의 경우는 봉우리가 2개이상 나타났다. 어느 화재 의 경우나 경계면이 뚜렷이 나타났고, 상부충의 온도는 거의 일정하며 경계면 높이는 가구화재시 모두 1 l[m] 근처에서 일정한 상태값을 유지하였다. 다만, 최대온도를 나타내는 시간에는 경계면 높이가 바 닥에서 O.2S[m]내지 O.7S[m]까지도 내려왔다.
본 연구에서는 범용 열가소성 수지인 폴리프로필렌 (virgin polypropylene, VPP)과 폴리프로필렌을 주성분으로 하는 재생플라스틱의 난연성을 향상시키기 위하여, 난연제 decabromodiphenyl oxide (DBDPO)와 chlorinated paraffin wax (CPW)를 혼합하여 이것들의 난연 특성을 정량적으로 비교 분석 연구하였다. 난연성 평가 측정으로 콘 칼로리미터 (cone calorimeter, ASTM E1354, ISO 5660), 한계산소지수 측정 (LOI, ASTM D2863, ISO 4589) 등을 사용하였고, 콘 칼로리미터를 이용하여 DBDPO와 CPW의 난연효율을 정량적으로 측정하였다. 콘 칼로리미터의 결과로 난연제의 난연효율을 측정한 결과, DBDPO가 CPW보다는 약 2배의 난연효율을 가지고 있다는 것을 확인하였고, 한계산소지수 측정 결과와 유사한 난연효율을 보임을 확인하였다. 열중량 분석 (TGA) 측정결과 난연제 DBDPO를 첨가하였을 때 약 30~5$0^{\circ}C$의 열분해 온도의 상승을 확인할 수 있었다.
주거공간에 사용되는 벽지의 화재 위험성을 평가하기 위하여 몇 종류의 벽지 시료에 대한 연소특성과 연소가스의 독성을 분석하였다. 본 연구에서 재의 잔량은 고온의 전기로를 이용하여 측정하였으며 TGA를 이용하여 열적 특성을 분석하였다. 연소시간과 연기농도의 측정은 콘히터와 가스분석계를 사용하였고 연기밀도는 ASTM E662의 장치를 이용하였다. 실험결과 실크벽지는 다른 벽지에 비해 낮은 온도에서 열분해가 시작되었는데 이는 실크벽지가 낮은 열유속(heat flux)에서도 착화될 수 있으므로 다른 벽지보다 화재 위험성이 높다. 실크벽지의 복사 열유속에 의한 착화시간은 다른 시료들에 비해 짧아서 화재 시 피난 시간이 짧아져야 하며 비닐이 코팅된 실크벽지 연소 시 일산화탄소의 발생 농도가 가장 높아서 독성의 위험이 높을 것으로 보인다. 실크벽지와 실크방염 벽지의 비닐 코팅으로 연기밀도가 높게 나타났다.
본 논문은 다중이용업소와 목조건축물에 자주 사용되는 미송합판에 방염처리를 하여 유사 화재를 구현하고, 그 화염 세기에 따른 방염의 실효성을 실험한 것이다. 방염처리를 하면 화재 시 가연물의 초기착화시간을 지연시켜 화재성장속도를 늦출 수 있고, 원활한 소화활동을 가능하게 해준다. 하지만 어느 정도 화재가 진행되어 화염이 거세지면, 45도 연소시험을 통한 방염기준을 충족하여도 그 성능을 기대하기 어렵다고 한다. 따라서 45도 연소시험 시 사용되는 65mm의 불꽃보다 큰 화염상태(초기착화 이후의 상태)에서 방염처리한 내장재(미송합판)의 방염성능이 유지되는지의 여부를 실제로 입증하고 그 근거를 뒷받침하기 위하여 본 연구를 시작하게 되었다. 실험에서는 화재의 규모(화염의 세기)를 달리하여 각기 다른 종류의 방염제로 방염 처리한 미송합판의 착화 시 화염온도, 복사열 유속 그리고 착화지연시간을 파악하였으며, 45도 연소시험과 관련하여 방염성능을 분석하였다. 45도 연소시험의 경우 실험에 사용한 방염 처리 합판은 방염성능 기준을 만족하는 것으로 나타났으며, 소규모 유사 화재로 직경 10cm 연소용기를 사용한 연소실험에서는 방염 처리한 합판의 착화지연시간이 평균적으로 대규모 유사 화재실험보다 길어 어느 정도는 방염효과를 갖는 것으로 나타났다. 하지만 대규모 유사 화재로 1단위 유류화재 연소용기를 사용한 연소실험의 경우 열방출율이 커 형성된 탄화막이 무분별하게 박리되고 발화가 일어나 착화지연시간의 차이를 구별하기 어려웠기 때문에 방염효과를 기대할 수 없었다.
지하철 역과 같이 대형 개구부가 있는 공간의 화재와 제연을 조사하기 위해, 지하철 역과 유사한 구조의 4 m ${\times}$ 1 m ${\times}$ 1.5m 크기의 공간 내 50 kW의 폴리우레탄 화재에 대한 수치모사를 수행하였다. 대와류모사를 난류모델로 사용하고, 혼합분율 연소모델과 복사 유한체적법을 사용하였다. 화재 발생 후 5초부터 급배기방식과 급기방식, 배기방식의 세가지 기계 제연방식이 각각 작동했을 때 제연방식에 따른 승강장과 출입통로의 공기온도와 연기이동을 비교하였다. 제연방식 가운데 급배기방식의 제연성능이 가장 좋고 안전한 것으로 나타났다. 그러나 지하철 역에 사용되고 있는 급기방식은 급기구를 통해 공급된 공기가 고온의 연기와 혼합됨으로써 제연성능이 오히려 자연제연방식보다 불량하므로 지하철 역과 같은 구조에서는 적합하지 않음을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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