Lambda as a Diagnostic Tool
Lambda as a Diagnostic Tool
The lambda calculation determines the ratio between the amount of oxygen actually present in a combustion chamber vs. the amount that should have been present to obtain perfect combustion.
Let's learn more about this remarkable tool, beginning with lambda's meaning. Lambda represents the ratio of the amount of oxygen actually present in a combustion chamber compared to the amount that should have been present in order to obtain "perfect" combustion. Thus, when a mixture contains exactly the amount of oxygen required to burn the amount of fuel present, the ratio will be one to one (Ll) and lambda will equal 1.00. If the mixture contains too much oxygen for the amount of fuel (a lean mixture), lambda will be greater than 1.00. If a mixture contains too little oxygen for the amount of fuel (a rich mixture), lambda will be less than 1.00.
The Wide-Band sensor generates a variable signal as opposed to the simple rich/lean signal of a standard oxygen sensor. Because the signal varies in strength and also in current flow direction (polarity), it's impossible to directly view the signal with anything except an oscilloscope. However with the right supporting equipment, the Wide-Band sensor can be used for adjusting air/fuel mixture on any engine.
We all know that perfect combustion requires an air/fuel ratio of approximately 14.7:1 (by weight) under normal conditions. Thus a lean air/fuel ratio of, say, 16:1 would translate to a lambda value of 1.088. (To calculate, divide 16 by 14.7.) A lambda of .97 would indicate an air/fuel ratio of 14.259:1 (derived by multiplying .97 by 14.7).
Here's the magic: Lambda is completely unchanged by combustion. Even complete combustion or a total lack of combustion has no effect on lambda! This means we can take our exhaust gas samples at any point in the exhaust stream without having to worry about the effects of the catalytic converter.
What's wrong with this car?
HC: 2882 ppm CO: .81%
CO2: 13.69% O2: 2.18%
Is it a mechanical problem? An ignition problem? An air/fuel ratio imbalance? What are these emissions readings trying to tell us? At first glance, the high hydrocarbon (HC) reading would seem to indicate an abundance of available fuel, yet the very high oxygen (O2) reading might lead us to wonder if we're looking at a lean misfire condition. The relatively low carbon monoxide (CO) figure seems to rule out a rich mixture, while the carbon dioxide (CO2) reading might suggest either an inoperative catalytic converter or an engine mechanical efficiency problem.
In this instance, lambda indicates a substantially rich mixture-just the opposite of what we might have thought based on the individual gas readings alone. After all, CO, normally the indicator of a rich condition, is considerably lower than Oz, which is the telltale indication of a lean exhaust. Coupled with the high HC readings, most of us would probably have pegged this as a lean misfire condition.
In fact, these readings were taken on a Ford Escort with one plug wire grounded. The converter had been allowed to cool briefly (in hopes of avoiding a red-hot meltdown), but the heated oxygen sensor rapidly returned to closed-loop. The extra O2 content in the exhaust stream from the dead cylinder caused the PCM to command a rich mixture in response.
What about this car?
HC: 834 ppm CO: .01%
CO2: 13.78% O2: 2.29%
The gas readings result in a calculated value of 1.07 for lambda.This is obviously a lean mixture, in this case caused by a lazy oxygen sensor and a bad plug wire on an '86 Volkswagen Jetta.
Try this set of readings.
HC: 330 ppm CO: 8.49%
CO2: 9.93% O2: .15%
Here, lambda was .77, indicating an extremely rich mixture. These are tailpipe samples from a vehicle with a faulty (open) coolant temperature sensor.
What can lambda analysis of these tailpipe readings tell us?
HC: 72 ppm CO: .16%
CO2: 15.24% O2: .86%
In fact, at a lambda value of 1.03, this mixture is lean, even though the tailpipe measurements look fairly acceptable.
Putting Lambda to Work
At first look, it may seem as though lambda's value is extremely limited. After all, conventional gas analysis can tell us whether a vehicle is running rich or lean, right? (If you still think so, go back to our very first example for another look!) And with OBD II making fuel trim readings a part of every data stream, is there any great mystery as to what kind of mixture is going into the combustion chamber? Let's look at each of these questions.
Remember that the main purpose of a catalytic converter is to clean up excessive emissions of hydrocarbons, carbon monoxide and oxides of nitrogen (NOx). The converter tries to turn them all into carbon dioxide and water (H2O). A good converter, then, can mask a slight mixture imbalance, whether to the lean end or rich end of the spectrum. When subjected to a chronically rich or lean mixture, the catalytic converter has to work harder, and its life span may be shortened.
Will we see a chronic rich or lean condition in tailpipe gases? Only if the condition is severe, or if the mixture has already overloaded the catalyst. Lambda helps here by allowing us to see the incoming mixture so we can determine if it's correct.
Catalytic converters generally function efficiently only when the incoming mixture is within about 4% of stoichiometry, or a lambda range from .96 to 1.04. Let's return to our last example above. At 1.03, lambda is narrowly within acceptable lean limits. But if this borderline lean condition persists over a long period of time, the catalyst will slowly degrade as a result of the excessive heat it generates while cleaning up the exhaust stream.
Now let's consider the case of an OBD II-equipped vehicle. Suppose we see that long-term fuel trim shows the addition of 25% more fuel than originally programmed for the observed operating conditions (LTFT = +25%). And we have a continuous lean code. Obviously, many things might cause this condition, among them low fuel delivery, a faulty mass airflow (MAF) sensor, a large vacuum leak, even a faulty oxygen sensor. Can lambda help us narrow the field of suspects? It certainly can.
Consider the O2 sensor. Assume there is no O2 sensor code. If lambda is essentially equal to 1.00, we can immediately eliminate the O2 sensor from consideration. Lambda will be correct at this fuel trim level only if the O2 sensor upon which the fuel trim is based is functioning correctly.
Can we narrow the field further? If lambda remains essentially equal to 1.00 under idle, part-throttle and high-cruise conditions but fuel trim increases with load, we can rule out a vacuum leak. A vacuum leak constitutes a decreasing percentage of the incoming air charge as engine speed and load increase. Thus, we would focus on a fuel delivery problem or a MAF fault. If, however, we found lambda to be significantly less than 1.00, we would immediately suspect an O2 sensor fault-probably a short to ground.
Exercises
Let's apply what we've learned about lambda to the following examples. In each case, try to see what kinds of faults might account for the data. The answers and analyses appear after the five examples.
- An OBD I car with MAP and EGR shows LTFT at -15%, with STFT switching between ±5%. Lambda is 1.05, NOx levels are elevated, but all other tailpipe gases are within acceptable limits. The vehicle has failed its state tailpipe loaded emissions test. The EGR valve receives vacuum at the proper time during a road test. Manually opening the EGR valve at 2000 rpm causes the engine to run noticeably rough with no cylinder-specific misfires.
- An OBD II truck with MAF shows lambda at .96 at idle and 1.03 at cruise. Total fuel trim (LTFT
+ STFT) at idle is -12%, and total fuel trim at cruise is +9%. The customer complaint is a hesitation on acceleration. Fuel delivery is adequate. Temporarily disconnecting the EGR yields no improvement. A previous shop has cleared the codes, and all monitors are incomplete.
- An OBD II car with MAP and EGR runs slightly rough at idle, with somewhat elevated IAC counts. Lambda is .99. The roughness clears up at cruise, and lambda increases to 1.00. IAC counts at cruise are appropriate.
- Although it has a lambda value of .99, a MAF-equipped truck shows unacceptably elevated HC and CO tailpipe readings taken under loaded idle conditions immediately after prolonged highway cruise.
Analysis and Answers
- The EGR valve is working properly, but, as the high lambda value shows, this vehicle is running lean. The PCM is subtracting fuel (LTFT negative), but only to a point (STFT switching). The fault must be in the U2 sensor. It's biased positive, possibly by a partial short circuit between the sensor line and the heater feed. Is the catalytic converter still good? If the NOx readings are less than double the limit, and if the condition has not yet damaged the NOx bed, the converter may be able to compensate adequately once it starts receiving the correct feed mixture. Still, the customer should be warned that further testing after the O2 sensor is replaced will be required to assess the converter's status.
- What's making this vehicle run rich at idle and lean at cruise? We know there's no fuel supply problem, and we've eliminated the EGR. The problem is not likely to be dirty injectors since the fuel trim response is not consistent between speed and load ranges. It can't be a vacuum leak, since the fuel trim response is the opposite of what one would expect.
- This truck has a contaminated MAF. The MAF is over reporting airflow at idle, and underreporting it at cruise, a double whammy! Different manufacturers have evolved different strategies for weighting data after code clearing. Some may default to maximum fuel addition up to +25%, while others may revert to zero correction; even the method used to clear codes-say, KOER vs. KOEO-may change the resulting re-learn strategy. In this case, the fuel trim numbers are a recently cleared PCM's response to a good O2 sensor. But, because the O2 monitors are incomplete, the PCM does not yet trust them enough to have reached a correct fuel trim value.
- The IAC counts are an important clue. Combined with the lambda readings, they indicate an engine compensating for a low idle caused by a slight vacuum leak. The most likely culprit here is a leaking EGR. (Lambda shows a rich response to reduced manifold absolute pressure. A normal vacuum leak of outside air would result in lower IAC counts, not higher ones.)
- The mixture is within 1% of stoichiometry. The preceding cruise must have brought the converter to temperature. What's left but a bad converter?
The Critical Link
Modern fuel control systems generally operate in a range of λ = 1 ±.01 under steady-state conditions. But just as you had to spend time gathering a library of known-good waveforms before you could really benefit from using an oscilloscope, you'll need to put in some time testing known-good vehicles in a variety of repeatable and diagnostically relevant driving conditions to truly benefit from lambda analysis.
Some lean air/fuel sensor-equipped Hondas, for example, routinely operate at extremely lean lambda ranges in excess of 1.63 under highway cruise conditions. Tuners may wish to know that maximum power is usually achieved at a lambda value of approximately .85 under full-load conditions. Developing a library of known-good lambda values will become even more critical with the advent of gasoline direct injection (GDI) systems. Since GDI systems use a stratified charge and variable injection timing (as well as the more familiar variable injection duration), normal lambda values for these systems may approach 2.0 under some conditions. As wide-range air/fuel sensors (WRAFs) become more common, expect to see lambda values adopt an even wider range.
Conclusion
Although misfires may combine with normal feedback (closed-loop) operation to produce a counterintuitive rich condition, lambda analysis remains a powerful diagnostic tool. Routine use of lambda can quickly narrow your diagnostic focus for many driveability complaints, ruling mixture problems in or out in a very few minutes. Lambda analysis can pinpoint oxygen sensor faults such as biased sensors more quickly than other techniques. Lambda analysis coupled with fuel trim analysis can often quickly identify contaminated or faulty MAF sensors. And lambda analysis in conjunction with conventional exhaust gas readings can conclusively pinpoint faulty catalytic converters in a matter of seconds.
화염 색상,
분젠 버너에서 프로페인과 뷰테인의 혼합가스를 연소하는 모습이다. 왼쪽은 공기가 충분히 들어가지 않아 노란색 불규칙한 불꽃이 나오고 있고, 오른쪽은 충분한 공기가 들어가 파란색 불꽃을 내며 안정적으로 연소가 일어나고 있다. <출처: (cc) Wikispaces>
화염색상, 공연비, 공기과잉
출처: <http://navercast.naver.com/contents.nhn?rid=44&contents_id=121021&leafId=44>
송풍기
■ 흡입 공기가 표준공기(20°C,비중 1.2 kg/m³)이외의 경우에 송풍기의 정압, 축동력을 구하는 방법
20°C,비중 1.2 kg/m³의 공기를 대상으로 작성
1. 흡입공기가 20°C 이외의 경우
Ps= ((273+t)/(273+20)) × Ps' L'=((273+20)/(273+t')) × L
2. 비중이 다른 가스의 경우
Ps=(1.2/r') × Ps' L'=(r'/1.2) × L
Ps 선정도에 환산한 정압(mmAq) Ps' 사용상태의 정압(mmAq) L 선정도에 있어서 전동기출력(Kw) | L' 사용상태의 전동기출력(Kw) t' 가스의 온도(°C) r' 가스의 비중(kg/m³) |
■ 열 시동, 냉 시동( Heat start, Cold start )
시동 시에 있어서 비중이 무거운 공기를 흡입할 경우 축동력의 부하가 크기 때문에 적당한 모터 출력을 결정해 둘 필요가 있습니다. 상기 1식에 의한 여유를 가진 모터 출력을 결정하십시오.
■ 표준체적의 온도 환산
흡입 기체 온도나 압력이 변화하여도 송풍기의 흡입 풍량은 변화하지 않습니다. 단 송풍기의 사양 풍량이 기준상태 (온도 0 °C,절대압력이 760mmHg 건조 기체의 상태, NTP 또는 N 기호로 표시, 즉 N m³/min.)로 주어졌을 때 그 풍량은 실제로 사용되는 온도로 환산하여 선정
식 : Q=Qn × (273+t)/273 × Pa/P
Q 흡입 풍량(m³/min) Qn 기준상태( 0 °C760mmHg) N m³/min.또는 m³/min.NTP
| t 흡입온도(°C) Pa 표준대기압(10300mmAq) P 송풍기의 흡입 절대 압력 mmAq (통상의 환기 용도에서는 Pa=P로 하여도 무방함) |
■ 회전수의 변화와 송풍기 성능에 관하여
선정도에 있어서 상하로 격자가 있을 경우는 중간 회전수를 취하므로써 동력이 경감되며, 소음을 억제하고 가장 적절한 성능점을 선정하게 됩니다.
풍량은 회전수에 비례한다. Q"=(N"/N') × Q' 정압은 회전수의 2승에 비례한다. P"=(N"/N')² × P' 축동력은 회전수의 3승에 비례한다. L"=(N"/N')³ × ㅣ' | N' 최초의 회전수 N" 변경후의 회전수 Q' 최초의 풍량 | Q" 변화된 풍량 L' 최초의 축동력 L" 변화후의 축동력 |
■ 회전수와 축수
샤프트의 회전속도에 따라 축수의 종류는 정해져 있습니다.
1. 필로우(pillow)형 유니트(unit) - 저회전(DN치 120000까지)
2. 구리스 윤활 볼베어링 - 중회전(DN치 180000까지)
3. 오일 윤활 볼베어링 - 고속회전 (DN치 180000까지)
참고 : DN치 : 축경 mm × 축회전수 rpm , 상기 기준은 축하중을 고려치 않았으므로 축하중에 의하여 달라집니다.
■ 소음과 거리 관계
송풍기에서 2m 떨어진 곳에서 70dB였다고 하면 4m떨어진 곳에서는 64dB로 됩니다. 8m떨어진 곳에서는 58dB로 됩니다. 이것은 "거리의 비율이 2배가 되면 6dB감음한다" 는 공식에 의하였습니다.
■ 풍량 제어 방법
1. 토출 댐퍼(damper) - 가장 많이 보급되어 있는 방법입니다.
2. 흡입 댐퍼(damper) -써징 방식에는 유리합니다.
3. 스크류 댐퍼(Screw damper) - 주로 공기 조절용으로 사용됩니다. 댐퍼 형상이 유선형으로 무리가 없으며 압력손실이 적게 됩니다.
4. 베인 콘트롤 댐퍼( Vane control damper) -써징 방지,동력 경감에 유리합니다.
5. 무단 변속 회전수 제어 - 성능 곡선이 상사적으로 변화합니다.
6. 단계적 회전수 제어 - 극수 변화 모터, 기아식인 것이 있습니다.
■ 송풍기 효율
송풍기 효율 = (풍량(m³/min) × 정압(mmAq)) / (6120× 축동력(Kw)) × 100%
출처: <http://www.kemco.or.kr/up_load/blog/■%20송풍기%20각종%20관련%20공식%20및%20원리.doc>
송풍기
송풍기의 분류
- 송풍기의 용어 및 단위
- 풍량:Q
송풍기의 풍량이란 토출측에서 요구되는 경우라도 흡입상태(표준상태)로 환산하는 것을 말합니다. 이것은 풍량이 압력, 온도에 따라 변화가 심해 어떤 일정한 기준으로 되지 않기 때문입니다. 단, 압력비가 1.03이하일 경우에는 토출풍량을 흡입풍량으로 봐도 지장이 없습니다.
단위는 /sec (CMS) , /min (CMM) , /Hr (CMH), ft /sec (CFS) , ft /min (CFM) , ft /Hr (CFH),
( 1 /min = 3.53 ft /min )
단, 기준상태 ( 0 , 760 mmHg )로 표시된 경우에 표준상태 ( 20 , 760 mmHg , 65% 습도 )로 환산하는 식은
다음과 같습니다.
- 정압:Ps=StaticPressure
정압 Ps는 기체의 흐름에 평행인 물체의 표면에 기체가 수직으로 미는 압력이고 그 표면의 수직 Hole을 통해 측정합니다.
- 동압:Pd=DymamicPressure=VelocityPressure
동압은 속도에너지를 압력에너지로 환산한 값입니다. 송풍기의 동압은 50mmAq ( 약 30m/s)를 넘지 않는 것이 바람직함니다. 전압은 정압과 동압의 절대압의 합입니다.
- 전압:Pt=TotalPressure
전압은 정압과 동압의 절대압의 합입니다.
Pt = Ps+Pt
단위는 mmAq(Aqure), mmWG, mmH O, mAq, kg/cm , kg/m , Pa, Kapa(1Pa=9.8mmAq)
1 kg/cm = 10,000 ×(mmAq, kg/m ,mmH O)
1 mmAq = 1 kg/m
10 mAq = 1 kg/cm
수두(Head) : m
송풍기의 흡입구와 배출구 사이의 압축과정에서 임페라에 의하여 단위 중량의 기체에 가하여지는 가역적 일당량(kg.m/kg)를 말하며 기체의 기둥의 높이로 나타내고 이것을 수두(H)m라고 부릅니다.
* 압력비 1.03(310mmAq) 이하일 때는 이론수두식, 이상일 때는 단열 수두식을 적용합니다.
- 비속도 혹은 비교회전도:Ns
비속도란 송풍기의 기하학적으로 닮은 송풍기를 생각해서 풍량 1 /min , 풍압을 Head 1m 생기게 한 경우의 가상회전속도 이고 송풍기의 크기에 관계없이 송풍기의 형식에 의해 변하는 값입니다.
6)공기의성질
흡입상태의 공기비중량은 다음식으로 나타냅니다.
- 효율
Fan의 효율은 전압효율, 정압효율로 구분합니다. 그런데 특별한 규정이 없는 한 전압효율을 말합니다. 현재 국내 Fan Maker의 대부분은 전압 및 정압효율을 구분하여 사용하지 않고 있습니다.
Fan의 효율은 형식별로 보면 (Maker에 따라 차이가 있습니다.) 다음과 같습니다.
상기 효율점은 일반적인 FAN의 선정에 적용되며 특별한 경우는 제작업체에 문의하십시오.
- 동력계산
(1) 이론공기동력
400*220/6120=14.3791
(2) 축동력 (Black Horse Power)
220*400/6120*0.65=9.3464
220*400/4500*0.65=12.7111
30/0.75=40.0
40Hp
5.5#
220m3/min
400mmAq
30Kw
20C
1850rpm
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- 송풍기의 종류
- 배출압력에 의한 분류
일반적으로 송풍기는 압력에 따라 저압용 팬(Fan)과 고압용 블로어(Blower)로 구분합니다.
2)날개(BLADE)의형상에따른분류
기체의 수송 및 압축작용을 하는 회전날개의 형식에따라 송풍기는 다음과 같이 구분합니다.
(1) 팬(FAN)
(2) 블로어(BLOWER)
원심형
사류형
축류형
- 날개의 형식에 의한 분류
1)후곡형(TURBOFAN)
2)익형(AIRFOILFAN,LIMITLOADFAN)
3)방사형(PLATEFAN)
4)다익형(SIROCCOFAN)
5)관류형(TUBULARFAN)
6)축류형(AXIALFAN)
- 송풍기의 특성
송풍기의 곡선은 특성을 나타내는 것이며 개개의 기종에 따라 다르게 나타납니다. 또 동일 종류 중에서도 날개(impeller)의 크기, 압력비 등에 의해서 그 특성이 다르게 나타납니다.
- 특성곡선의 구성
각종 송풍기는 고유의 특성이 있습니다. 이러한 특성을 하나의 선도로 나타낸 것을 송풍기의 특성곡선이라 합니다. 즉, 어떠한 송풍기의 특성을 나타내기 위하여 일정한 회전수에서 횡축을 풍량 Q( /min) 종축을 압력(정압 Ps, 전압Pr)(mmAq), 효율(%), 소요동력 L(kw)로 놓고 풍량에따라 이들의 변화 과정을 나타낸 것을 말하며, 그림은 한 예입니다.
그림에 의하면, 일정속도를 회전하는 송풍기의 풍량조절 댐퍼(DAMPER) 를 열어서 송풍량을 증가시키면 축동력(실선)은 점차 급상승하고, 전압(1점쇄선)과 정압(2점쇄선)은 산형을 이루면서 강하합니다. 여기서 전압과 정압의 차가 동압입니다. 한편 효율은 전압을 기준으로 하는 전압 효율과(점선)과 정압을 기준으로 하는 정압효율(은선)이 있는데 포물선 형식으로 어느 한계까지 증가후 감소합니다.
따라서, 풍량이 어느 한계 이상이 되면 축동력이 급증하고 압력과 효율은낮아지는 오버로드 현상이 있는 영역과, 정압곡선에서 재하향 곡선부분은 송풍기 동작이 불안정한 서어징(surging) 현상이 있는 곳으로서 이 두 영역에서의 운전은 좋지 않습니다.
서어징(surging)의대책
시방 풍력이 많고, 실사용 풍량이 적을 때 바이패스또는 방풍합니다.
흡입댐퍼, 토출댐퍼, R.P.M으로 조정합니다.
축류식 송풍기는 동,정익의 각도를 조정합니다.
- 각종 송풍기의 특성곡선과 특성비교
후곡형 송풍기, 방사형 송풍기, 다익형 송풍기에 대한 특성곡선입니다. 이 곡선은 최고효율점에 대한 풍량, 압력, 및 축동력을 백분율로 표시하여 비교하였습니다.
- 직렬운동
압력을 승압할 목적으로 동일 특성의 송풍기 2대를 직렬로 연결하여 운전하는 경우 그림에서 곡선 a, b, c, d는 1대 운전시의 특성을 나타내고, 2대 직렬운전후의 특성은 어떤 풍량점에서의 압력을 2배로 하여 얻어집니다.
예를 들면 a 점은 a점 압력의 2배가 되고 마찬가지로 b ,c ,d 은 a.b,c 의 각각의 압력의 2배가 됩니다.
특성곡선은 이와 같이 배로 얻어지지만 2 단독운전의 송풍기에 1대 추가하여 직렬로 운전해도 실제의 압력은 2배로 되지 않습니다. 그것은 관로저항이 2배로 되어 변하지 않기 때문입니다. 저항곡선 R 에서보면 1대 운전시의 압력은 작동점(E)에 상당하는 압력이고 2대 운전시의 경우는 (G)에 상당하는 압력으로 되기 때문입니다. 또, 2대 운전하고 있는 장치의 1대를 정지한 경우의 작동점은 저항곡선 R 상의 G 점에서 F 점으로 이동하고, 압력은 절반 이상이 됩니다.
압력이 높은 송풍기를 직렬로 연결한 경우, 1대째의 승압에 비해 2대째의 송풍기가 기계적 문제로 일어날 수 있으므로 주의해야합니다.
- 병렬운전
동일특성의 송풍기를 2대 이상 병렬로 연결하여 운전하는 경우는 직렬의 경우와 동일하게 a ,b ,c ,d 를 얻을 수 있습니다.
이 경우도 특성곡선은 풍량을 2배하여 얻어지지만, 실제 두대 운전후의 작동점은 G 이기 때문에 2배의 풍량으로는 되지 않습니다. 또한 병렬운동을 행하고 있는 송풍기중 1대를 정지하여 단독운전을 해도 작동점은 E 에서 F 로 되고 풍량은 절반 이상이 됩니다.
특성이 크게 다른 송풍기를 병렬운전하는 것은 운전이 불가능한 경우도 있으므로 피하는 편이 좋습니다.
- 장치의 공기저항
닥트 또는 장치에 공기를 보내는 경우 공기저항을 받습니다. 이 저항은 동적인 것과 정적인 것의 두가지가 있어서 풍속의 2승에 비례하여 변화하는 것을 동적저항(그림의 Ro) 이라 하고, 풍속에 관계 없이 일정한 것을 정적저항(그림의 Rs)이라 합니다.
저항은 그림의 Ro만이나 Ro의 합계의 Rr 가운데의 어느쪽이 되는데 송풍기에는 보통 Ro의 경우가 많습니다.
- 장치 저항곡선과 송풍기의 작동점
그림 1은 풍량을 800m /min 유동하였을 때 60mmAq의 저항손실을 받을 송풍계통의 장치저항곡선을 표시한 것입니다. 이 그림에서 지금 풍량을 의 400 m /min로 한 경우는
또, 1,000 m /min을
유동하였을 때는 로
되며 이와 똑같이 각 풍량에 대한 손실압력을 구한 값을 프롯트하여 곡선으로 이은 것을 개략장치저항곡선이라 합니다.
이 장치저항곡선과 송풍기의 특선곡선과를 겹쳐 합한 것이 그림 2로 교점 A를 송풍기의 작동점이라 합니다.
작동점이 실제의 계획과 아주 일치하면 문제가 없으나 실제로는 공사시행중에 있어서의 계획 변경, 기타에
의하여 실제의 손실압력과 계획시의 손실압력이 불균형이 되어 소정의 풍량을 얻지 못하는 경우가 가끔 있습니다.
- 송풍기의 사양조절법
저항손실의 언바란스(unbalance)가 있든가, 또는 계획시의 풍량보다 여유가 있을 경우는 종종 있는 경우로 이들의 경우 풍량조절법으로서 조절하며, 일반적으로는 다음과 같은 것이 있습니다.
1)가변핏치(pitch)에의한조절
가변핏치에 의한 조절은, 임페러 날개의 취부각도를 바꾸는 방법으로서, 원심송풍기에서는 그 구조가 복잡해져서 비용이 많이 들므로 실용화 되지 않고 단지 축류 송풍기에 적용되고 있습니다.
그림은 축류송풍기의 가변핏치콘트롤(control)인 경우의 성능을 나타내고 있습니다. 그림에서 알 수 있는 것과 같이 항상 최고의 효율점에서 사용되며, 용량에 대한 최고 효율점의 변동치는 다른 용량제어보다도 항상 큼니다.
- 송풍기의 회전수를 변화시키는 방법
유도전동기의 차측 저항을 a. 2 조절, b. 정류자 전동기에 의한 조절 c. 극수변환 전동기에 의한 조절의 방법은 전동기의 회전을 변경시키는 것입니다. 특히 b는 임의의 회전을 얻을 수 있어 이상적입니다. a,c의 방법은 풀리(pulley)의 직경비를 변경시키는 것입니다.
d의 방법은 대량의 것에서는 그 기구상 조작에 어려움이 있습니다. e의 방법은 그때그때 회전을 정지 시키고, 미리 준비한 푸리(pulley)로 교체한 후 v-belt를 바꿔 끼우는 경우입니다.
- Suction Vane Control에 의한 방법
송풍기의 casing 흡입구에 붙인 가변날개에 의해서 풍량을 조절하는 방법입니다.
풍량이 큰 범위에서는(80% 전후까지) 송풍기의 회전을 변경시키는 방법 보다도 효율이 좋고 오히려 더
경제적입니다. 그러나 다익송풍기나 plate fan과 같은 날개를 갖는 송풍기에는 별로 효과가 없습니다.limit load fan, turbo fan에서는 효과를 유감없이 발휘합니다.
Suction Vane Control은 수동으로도 되나 온도, 습도에 따라서 자동으로 조절 할 수 있습니다. Suction Vane Control에 의한 limit load fan의 성능은 그림에 나타난 것과 같으며, 뒤에 말할 토출담파(outlet damper)에 의한 조절보다도 경제적임을 알 수 있습니다.
즉, 토출담파의 조절에 의해서는 A,B,C,D에 따라서 동력이 변화하나 Suction Vane Control의 조절에 의해서는 A', B', C', D'에 따라 변화합니다. 결국 이 두 개의 곡선으로 둘러싸인 부분만큼 동력이 절약됩니다.
- 흡입담파에 의한 조절
토출압은 흡입담파(damper)의 조정에 따라서 감소합니다. 이것은 Suction Vane Control의 경우와 같은 성능을 나타냅니다. 흡입압의 강화에 의해 가스비중의 감소한 비율만큼 동력도 작아집니다. 그러므로 일반공조용의 송풍기와 같이 저압인 경우에는 거의 그 영향이 없습니다.
- 토출 담파에 의한 조절
가장 일반적이며 비용도 적게들고 다익송풍기나 소형송풍기에 가장 적합한 방법입니다. 계획 풍량에 얼마간의 여유를 계산해 놓고, 실제 사용시에 담파를 조정해서 소정 풍량으로 조절하며 사용할 수 있습니다.
- 송풍량 조절 방법
- 송풍기의 풍량이 부족할 때
송풍기를 현장에 설치하고 운전을 해본 결과 소정의 풍량이 나지 않는 경우가 있습니다. 현장의 곡관의 수가 계획보다 증가되어 있던가, 닥트에 무리한 곳이 생기게 되면 당초에 계획했던 저항보다 실제의 저항이 많이 나와서 풍량이 부족되는 일이 생깁니다.
그림을 보면 R1은 처음 계획시의 저항이고, F1은 당초의 송풍기의 특성곡선입니다. 그리고 송풍기는 그 교차점 A에서 작동할 예정이었습니다. 그러나 장치저항이 증가하여 실제의 작공점은 B가 되고, 풍량은 Qb밖에 되지 않습니다.
이것을 소정풍량의 Qa로 하기 위해서는 장치저항을 계획대로 R1이 되도록 수정해주어야 합니다. 그러나 실제적으로 이것이 불가능할 경우가 많습니다. 이럴 때 일반적으로 송풍기의 회전수를 증가 시켜서 교차점C를 통하는 F2의 특성곡선으로 하는 방법을 사용합니다. 이 경우의 송풍기의 특성은 다음의 식에 의합니다.
- 송풍기의 풍량이 과다 일 때
계획저항보다 실제 저항이 적은 경우는 풍량이 계획했던 것 보다 크게 나옵니다. 이 대책으로서 다음과 같은 방법이 일반적으로 사용되고 있습니다.
송풍기의 회전수를 감소하는 방법
그림1을 보면 계획저황곡선은 R1입니다. 그러나 실제 저항이 적게 나와 실제의 저항곡선은 R2가 되었습니다. 그러므로 송풍기는 교차점 B에서 작동하여 풍량은 QB가 됩니다. 실제 풍량 QB는 계획했던 풍량 QA보다 이상이 됐습니다. 이 때의 소요동력은 기종에 따라서는 증가하고, 경우에 따라서는 오버로드(over load)가 됩니다.
그러므로 송풍기 회전수를 교차점 C를 통하는 특성곡선이 될 때까지 내리는 방법이 있습니다. 그러나 일반적으로 잘 사용되는 것은 다음의 담파(damper)에의한 조절입니다.
DAMPER에 저항을 증가시켜 주는 방법
그림2를 보면 교차점 A가 계획작동점이고, 교차점 B는 실제 작동점입니다. 이때 DAMPER를 조절하여 R 의
저항회선을 R 의 저항회선으로 만들어 주어 소정의 풍량 QA로 조절하는 것입니다. PA-PB는 DAMPER에 의하여 부가된 저항을 나타냅니다.
이 방법이 가장 간편하고, 경제적이므로 일반적으로 많이 사용되고 있습니다. 그러나 이 방법은 다른 방법에 비해서 동력의 감소비는 가장 나쁩니다.
- 송풍기의 성능 환산
- 송풍기의 법칙
송풍기의 운전조건이나 치수가 달라졌을 때 송풍기의 성능을 예측할 수 있다.
변 수 정 수 공 식 계 산 예
비중량
r1 r2
1.293 1.20kg
회전 속도
송풍기의 크기
Q2 = Q1 Q2 = 120cm, Q1=120cm
P2 = P1 (r2/r1) P2 = 20 ×(1.20/1.293) = 18.56mmAq
L2 = L1 (r2/r1) L2 = 1.5 ×(1.20/1.293) = 1.39kw
회전속도
N1 N2
470 570 r.p.m
송풍기의 크기
비중량
Q2 = q1 (N2/N1) Q2 = 120 ×(570/470) = 145cm
P2 = P1 (N2/N1) P2 = 20 ×(570/470)2 = 29.4mmAq
L2 = L1 (N2/N1) L2 = 1.5 ×(570/470)3 = 2.7kw
송풍기의 크기
D1 D2
530 600
회전속도
비중량
Q2 = Q1 (D2/D1) Q2 = 120 ×(600/530)3 = 174kw
P2 = P1 (D2/D1) P2 = 20 ×(600/530)2 = 25.6mmAq
L2 = L1 (D2/D1)5 L2 = 1.5 ×(600/500)5 = 2.78Kw
회전수 변화의 범위는 20% 이내이며 * 20% 이상으로 변경하면 내부의 기류 혼란, 손실 등의 영향에 의해 비례관계가 무너지게 된다.
* 압력비가 1.1이상일 경우 압력대신에 헤드를 이용한다.
* 양흡입식은 편흡입식에 비해 압력 및 회전수는 같고 풍량 및 축동력만 약 1.75배 증가한다.
- 가스의 비중량이 다른 경우
취급가스의 비중량이 시험공기의 비중량과 다른 경우는 시험결과를 다음식에 의해 환산한다.
- 회전수에 따른 성능변화
Q0, P0, L 0 : 규정회전수로 환산 후의 풍량, 압력,축동력
Q1, P1, L 1 : 시험시의 회전수에 대한 풍량,압력,축동력
예) 어떤 송풍기가 규정회전수 1000r.p.m에 대하여 800r.p.m로 운전하고, 풍량 42m3/min, 정압 20mmAq, 축동력 0.3Kw라고 하는 결과를 얻는다. 규정회전수로 환산하면 각각 어떻게 되는가.
풀이
- 온도에 따른 성능 변화
취급가스에 온도 t0 가 t1 으로 변한 경우의 성능변화는 다음식에 의해 계산한다.
Q1 = Q0 , P1 = ( 273+t0 / 273+t1 ) ×P0 , L 1 = ( 273+t0 / 273+t1 ) ×L0
Q0, P0, L 0 : 온도 t0에서 풍량, 압력, 축동력
Q1, P1, L 1 : 온도 t1에서 풍량,압력,축동력
이 TECHNICAL DATA에 기재된 성능곡선은 모두 표준상태(온도 20 , 절대압력 760mmAq, 상대온도 65%의 공기)로 표시되어 있다.
P1= (273+20)/(273+75)*400=336.7816
L1= (273+20)/(273+75)*14=11.7874
예) 취급가스가 온도 100 에서, 그때의 압력이 100mmAq, 축동력이 5Kw이다. 이것을 20 의 상온으로 운전하면 그때의 성능은.
압력 P0 = (273+100/ 273+20) ×100 = 127.3 mmAq
축동력 L0 = ( 273+100 / 273+20 ) ×5 = 6.37Kw,
Q0 = Q1 이 된다.
P0, L 0 : 표준상태
P1, L 1 : 100 에서의 정압과 축동력
화면 캡처: 2014-01-22 오후 4:18
내연기관
연료와 공기의 혼합기를 기관 안에서 연소, 폭발시켜서 그 때 발생하는 고온 고압인 연소가스의 열에너지를 기계적인 일로 변화 시켜주는 기관 (구조가 간단하고 높은 열효율을 얻을 수 있어 자동차, 배, 항공기, 기차 등의 동력기관으로 이용)
불꽃 점화기관
강력한 전기 스파크로 혼합기체를 점화시키는 것으로 휘발유, LPG, LNG 및 알코올과 같은 옥탄가가 높은 연료를 사용하는 기관에 이용
압축 점화기관
실린더의 공기를 고압으로 압축시킨 후 연료를 미세하게 분사시켜 연소시키는 것으로 경유와 가은 세탄가가 높은 연료를 사용하는 기관에 이용
노크 knock
연소시 실린더 내 미연가스의 자발화로 온도와 압력이 급격하게 올라가는 현상, 이 때 엔진을 망치로 두드리는 듯한 소리를 내게 되는데, 이것을 노팅 또는 노크 라 한다.
가솔린 노크:
가솔린 엔진은 기화된 휘발유 증기와 공기를 혼합시킨 혼합기체를 실린더 내에서 충분히 압축시킨 후 전기 스파크로 착화하여 연소시 발생하는 폭발력을 이용하여 동력을 얻는 기관인데, 엔진 내부의 높은 온도와 압축시의 높은 압력으로 신린더에서 충분히 압축되기 전에 즉, 전기스파크로 착화하기 전에 미리 폭발하는 경우가 있으며 이러한 현상을 knocking 이라 한다. (연소 후기 발생)
디젤 노크:
착화 온도가 높은 연료를 사용할 때 착화지연 시간이 길어져서 실린더 속의 연료가 누적되었다가 다량의 연료가 일시에 급격 연소함으로써 실린더의 압력이 급상승하여 높은 충격음을 발생하는 현상으로 원활한 운전이 되지 않고 출력이 떨어진다. (연소 초기 발생)
- 디젤 기관의 노크를 방지하는 방법
- 분사를 시작할 때 분사량을 적게 하고 연료 입자를 작게 할 것
- 세탄가가 높은 연료를 사용 할 것
- 분사시기를 상사점 부근 까지 늦추고 실린더 내의 온도와 압력을 상승시켜 착화 지연을 최대한 짧게 할 것
- 혼합공기의 온도와 압축비를 높일 것
- 연료의 착화온도는 낮게, 실린더 벽의 온도는 높게 할 것
- 실린더 내의 공기와 기름입자의 점도를 높일 것
- 디젤기관 연료분사 요건
- 무화(atomization): 연료의 입자가 안개처럼 미세하게 퍼지는 것 (입자의 직경 2~50마이크로미터)
- 관통력(penetrations) : 연료의 입자가 연소를 완료할 때까지 공기속을 진행 할 수 있는 힘
- 분포(distribution): 미립화된 연료가 공기와 충분히 접촉하기 위해 연소실 내에 고루 넓게 퍼져야 한다.
Knocking 방지 대책
- 높은 옥탄가를 사용하는 것이 좋다. 고옥탄가의 가솔린은 특히 장거리 주행 때 유리하다.
- 연소실 체적이 적을수록 또는 동일 체적일 때 구면(sphere)에 가까울 소록 화염전파 거리가 짧아져 노킹이 일어나지 않는다.
- 연소실에서 점화 플러그의 위치는 연소실 중심부에 부착시킨다. 화염전파거리가 가장 짧은 곳일수록 노킹이 적게 발생한다.
- 흡입 공기의 속도가 증대되면 착화지연 시간이 연장되어 노킹 경향이 낮아진다.
- 흡입벨브는 흡입되는 혼합기의 와류에 영향을 주며 와류가 심하면 연소속도가 빨라져 노킹 경향이 감소한다.
- 엔진의 회전수가 증가되면 혼합기의 와류가 증가되어 연소속도가 증대되기 때문에 연소시간이 짧아지고 착화지연은 거의 변화되지 않으므로 노킹 경향이 적어진다.
- 혼합기의 혼합비 문제에 있어서는 이론 혼합비 부근에서 가장 노킹이 일어나기 쉽고 이론 혼합비에서 멀어지면 노킹경향이 낮아진다.
- 난류를 증가시켜 화염속도를 크게하기 위해 난류생성 pot 등을 부착시킨다.
옥탄가:
안티노크성(knocking이 일어나기 힘든 정도)을 나타내는 척도로 사용되며 옥탄가가 높을 수록 안티노크성이 좋다는 것으로 가솔린의 노킹현상을 방지해 주는 역할을 하며, 주로 4에틸납 이나 4메틸납 이 가장 널리 쓰여왔으나, 납성분 때문에 인체에 나쁜 영향을 줄 수 있을 뿐 아니라 배기가스의 정화장치의 촉매에도 나쁜 영향을 주고 있어, 현재 사용을 규제하고 있다. 휘발류는 알킬납 대신에 MTBE (methyl-tertiary-butyl-ether)와 같은 옥탄가 첨가제를 사용하거나 접촉개질장치에서 만들어지는 개질 나프타 등을 활용하여 옥탄가를 높인다. MTBE는 옥탄가 약 118로 매우 높고 산소를 함유하고 있으며 비점 및 증기압이 낮고, 가솔린에 완전히 용해되며, 물을 가해도 상분리가 되지 않으며, 방향족 및 올레핀을 갖지 않는 특징이 있다. 옥탄가는 올레핀 및 방향족 탄화수소가 높고 나프텐계 탄화수소는 낮다. 보통 휘발류(노란색 착색) 의 옥탄가는 91이상~94미만이고, 고급 휘발류(녹색 착색)의 옥탄가는 98이상이다.
세탄가:
연료의 착화성을 의미하며, 세탄가를 높이면 착화성이 높아져 디젤 노킹이 감소된다. (자동차용 경유의 세탄가는 45~60정도가 적당)
가솔린 기관과 디젤기관의 비교
가솔린 기관: 스파크 점화
- 연료를 공기와 혼합시켜 실린더에 흡입, 압축시킨 후 점화플러그에 의해 강제로 연소폭발 시킨다. (낮은 부하상태나 고부하상태 모두 공기/연료비가 일정하다.)
- HC, CO, NOx 가 많이 발생 (특히 공회전시 CO, 감속시 HC, 가속시 NOx 많이 발생)
- 압축비 (8~9)가 낮아 소음 진동이 적고 연비가 낮다
- 연료의 구비 조건 (가솔린의 표준 연료: 이소옥탄 C8H18)
- 기화성이 좋을 것
- 안티노크성이 클 것
- 발열량이 클 것
- 연소 퇴적물이 적을 것
- 부식이 없고 저장 안정성이 있을 것
디젤기관: 압축 점화
- 공기만을 실린더에 흡입, 압축시킨 후 연료를 미세한 입자로 분사시킬 때, 압축 점화하여 연소 폭발 된다.
- NOx 와 매연이 많이 발생 (특히 고속 주행시 NOx, 매연의 농도가 높고, 공회전시 CO, HC의 농도가 낮다. ) 공기가 충분한 상태에서 연소가 일어나므로 HC, CO 발생은 적고 Nox는 많이 발생
- 압축비(15~20)가 높아 소음 진동이 심하고 연비가 높다. (실린더 내에 공기만을 흡입하여 15~20의 압축비로 압축하여 고온, 고압의 공기 중에 연료를 고압으로 분사하여 자기착화 시키므로 압축비가 가솔린기관보다 높다)
- 배출가스로 발암성 물질인 3~4벤조피렌(가솔린엔진은 무부하 시에, 디젤엔진은 전부하시에 많이 발생한다는 설이 있음), 악취 원인인 포름알데하이드가 포함되어 있다.
- 가솔린 기관보더 열효율이 높다(30~40%)
- 연료의 구비 조건 (디젤의 표준 연료: 세탄 C16H34)
- 착화성이 좋을 것
- 적당한 점도를 가질 것
- 불순물을 함유하지 않을 것
자동차의 주요 배출 오염 물질
HC, CO, Nox, SO2, Pb, Oxidant, 분진, 매연 등으로서 이들 중 HC, CO, Nox가 자동차의 큰 배출원으로 취급되고 있으며, Nox와 HC는 태양광선 중 자외선에 의하여 광화학반응을 일으켜 Oxidant (O3, PAN, HCHO 등)를 형성하여 대낮에 광화학 스모그 현상을 일으킨다. 디젤 차량의 검은 매연과 악취가 문제가 된다. HC 발생원은 증발가스 20%, blow-by 가스에 의해 25%, 배기관을 통한 배출가스량은 55%이며 CO와 NO2는 배출가스로 100% 배출된다. 배출량은 자동차 운행조건과 배출농도에 따라 변화하며, 휘발유 엔진의 경우 운전 조건에 따라 정지 가동상태( 공회전=idling=무부하 운전 상태)에는 CO 농도가 높으며, HC는 감속시에 많이 배출, Nox는 가속시에 많이 배출된다.
자동차 배출 오염의 종류
- CO
- 공연비가 큰 상태에서는 CO의 농도가 현저하게 감소하지만 완전 연소는 어려우므로 CO는 여전히 발생한다.
- CO는 공회전시 많이 발생하고 주행속도가 빨라지면 CO와 HC의 배출농도는 적어진다.
- LPG를 사용하면 혼합이 양호하므로 공연비를 크게 할 수 있으며 CO의 배출량은 작다.
- 디젤엔진에서도 공연비가 매우 크므로 CO 배출량은 작다.
- HC
- 연소실 내벽 부근에서 온도가 낮기 때문에 연료의 미연소로 인한 냉각효과로 연소되지 않아 배출된다.
- 공연비가 16까지는 HC가 감소하나 16 이상이 되면 HC 배출량이 증가하고 연료 소비도 증가한다.
- 감속시 흡기가 진할 때 HC가 연소되지 않고 배출되는 경우가 많다.
- 점화시기가 빠른 경우 연소 효율과 엔진 회전수 증가로 공기 흡입량이 많아져 CO는 감소하나 HC, Nox는 증가한다.
- Nox
- 점화시기가 낮을 수록, 압축비가 낮을 수록 Nox 의 농도는 감소한다.
- 공연비가 16 부근에서 압축비가 낮을 수록 Nox 의 농도가 감소한다.
- Blow-by 가스
- 연소실과 크랭크 케이스는 피스톤링으로 차단되어 있으나, 압축 폭발행정으로 약간의 HC, CO가 크랭크 케이스로 새어 나온다. 이 가스 성분은 밍녀소 가스가 80~85%, 연소가스가 15~20%로 구성되어 있어 CO는 배출가스에 비하여 문제가 되지 않으나, HC는 배출가스의 40%에 이른다.
- Blow-by 가스는 기관을 부식시키고 엔진오일을 희석하고 슬러지를 생성한다.
- Blow-by 가스로 소모되는 휘발유량은 전체 소비량의 2~3%정도라 한다.
- 납
- TEL( Pb(C2H4)4)을 사용하는 경우 연소과정에서 분해된 납과 산화납이 엔진 내부에 부착하므로 제거제(Dichloroethane, Dibromoethane)를 첨가해야 한다.
- 이 산화물은 납과 반응하여 PbCl2, PbClBr, PbBr2가 되는데 이것은 융점, 비점이 비교적 낮아서 엔진의 열로 쉽게 휘발한다.
- 디젤엔진의 배출가스
- 완전연소 생성물: SO2, H2O, SO3, CO2
- 불완전 연소생성물: CO, HC, H2, 알데하이드, 매연
- 공기에 관한 생성물: N2, NO2, 과잉의 O2
디젤엔진에서 전부하 일 때 과잉공기율이 1.1~1.3으로 연료가 완전 연소하면 매연은 발생하지 않는다. 그러나 실재로 연료는 공기와 완전히 섞이지 않고 연소실 내벽의 영향으로 인한 연소의 중단이 매연 밸생의 원인이 되기도 한다. 낮은 공연비(공연비 18정도)는 매연 농도를 크게 증가시키고 저부하에서는 매연 농도가 낮아진다. 디젤엔진에서는 대체로 과잉공기상태에서 운전되므로 배출가스의 HC는 낮으며, 3,4-벤조피렌 등의 유해성분 및 악위원인이 되는 HCHO가 함유되어 있다.
자동차의 배기가스 처리 방법
일반적으로 after burner를 엔진의 배기계에 장치하여 배출가스 중의 가연성분을 2차적으로 제거하는 것 외에 여러 방법이 있다.
After burner의 설계 기본 요건
- 전환율이 좋을 것
- 엔진 성능이 저하하지 않을 것
- 충분한 내구성
- 소음 효과가 좋을 것
- 가격이 저렴할 것
촉매장치의 부착
- 산화 촉매 장치
HC와 CO를 백금, 팔라듐 촉매를 사용하여 CO2와 H2O로 산화시키기 위한 장치이다. 이 때 촉매는 납, 황, 인 등에 의하여 피독되므로 전환기를 설치한 자동차에는 무연 휘발류를 사용한다.
- 환원 촉매 장치
- 환원 촉매로 로듐과 루비듐을 사용하여 Nox를 N2로 환원시킨다.
- 삼원 촉매 전환 장치
- 백금, 팔라듐과 같은 산화 촉매와 로듐과 같은 환원 촉매를 사용하여 CO와 HC는 CO2와 H2O로 산화 시키고, Nox는 N2로 환원시키는 장치이다. 자동차에서 발생하는 대기오염 물질인 HC, CO, Nox를 통제하기 위해서 산화 반응기와 환원 반응기로 구성된 삼원 촉매장치를 사용할 수 있는데, 삼원 촉매장치는 HC와 CO를 통제하기 위해서는 촉매증을 통과하는 배기가스의 산소가 충분한 상태 이어야 하므로, AFR을 높은 상태로 유지시켜 주는 것이 바람직하고, Nox를 통제하기 위해서는 AFR이 낮은 상태로 산소가 부족한 환원 상태로 유지하여야 한다. 삼원촉매장치는 이론공기과잉율 부근의 좁은 영역에서 작동할 경우에 CO, HC, Nox 등 유해물질을 80%이상 저감할 수 있으며, 공기와 연료의 비율이 이론공연비(14.7) 부근에 있어야 한다. 그 이유는 공연비 이외의 영역에서는 잘 반응하지 못하기 때문이다. (O2센서가 배기가스 중의 산소 농도를 검지해서 공연비를 조정하고 있다.)
- 연료면에서 배출가스를 정화하는데 연료첨가제가 고려 된다.
- 휘발유의 경우 methanol을 첨가함으로써 TEL 첨가 없이 높은 옥탄가를 얻을 수 있고 CO, HC의 배출을 억제할 수 있다. Methanol은 산소를 함유하고 있고 연소온도가 낮으므로, 매연, Nox의 방생이 적으며 물과 친화력이 강하므로 화재에 대한 안정성이 높다.
- 디젤은 매연방지로 Ba 화합물 0.15% 첨가시 매연은 10~30% 감소 효과가 있다.
- 자동차 배출가스 감소를 위한 기술 개발
- 연료의 대체
LPG나 천연가스를 사용하면 연료와 공기의 혼합이 쉬워서 높은 AFR을 얻을 수 있으며, HC, CO, Nox의 배출도 줄일 수 있다.
- PCV와 활성탄의 이용
연료탱크와 카브레이터로부터 연료증기를 제거하기 위하여 설계된 것이 증발손실 시스템이다. 즉, 연료 증기는 활성탄통에 저장되나 통제벨브(Positive crank case ventilation valve)를 통하여 흡입 분기관으로 송입된 다음 엔진에서 연소된다. ( HC 감소)
- 엔진 설계
- 연소실의 표면/부피의 감소 -> HC 저감
- 점화시간 지연 -> Nox, HC 저감
- 엔진 실린더 배기구로 공기를 주입하여 배기가스와 혼합 -> HC, CO 산화
- 화염온도를 낮춤 (물 주입, 혹은 배기가스의 재순환) -> Nox의 감소
- 동력원의 교체
- 내연기관 -> 전기 밧데리 자동차 ( 상용의 문제점이 있음)
- 도시구조의 개선
- 도로의 증설
- 우회도로의 증설
- 교통상의 애로사항 해소
- 완충 녹지대 설치
- 대량 공공수송기관의 확충
- 지하철, 전철의 건설
- 버스 수송의 정비
- 서비스 개선
유해가스 사고 발생시 응급조치
- 특정 유독물질의 누출 또는 비산하여 불특정 다수에게 보건 위생상 위해를 줄 우려가 있을 때에는 즉시 관계 관청, 공해 담당 기관 및 경찰서, 소방서 등에 알린다.
- 피해가 예상되는 지역 내의 주민들에게 경고하여 바람이 불어 가는 쪽의 주민은 신속히 바람이 불어오는 쪽으로 대피시키고 특히 HCN, COCl2 등 맹독성 가스에 대해서는 위험표지와 출입금지 표시를 설치한다.
- 가스상 물질이나 휘발성 물질 중에 증기 밀도가 공기보다 커서 밑으로 가라앉는 물질은 빨리 확산되는 조치를 취한다.
- 인화 또는 폭발 위험이 있는 물질은 착화원을 멀리하고 폭발성 혼합기체가 만들어지지 않도록 한다.
- 물에대한 용해도가 큰 물질(NH3, HF, HCl, H2SO4 등)은 특히 많은 양의 물을 사용하여야 하며 배수에 의한 수질 오염 문제도 고려하여야 한다. 또 액체 염소가 용기로 부터 누출될 때에는 염소의 기화속도를 촉진시키기 때문에 용기에 물을 가해서는 안된다.
- 누출된 배기가스 처리 방법으로 물에 대한 용해도가 큰 물질은 수세법, 산성물질은 석회유 또는 가성소다액에 의한 흡수 방법을 이용한다.
- HCN은 NaOH 용액으로 중화시킨다.
장 단기적인 대기오염 방지계획
- 법률에 의한 규제 사항
- 대기 오염 기준 설정 : 배출허용 기준, 환경 기준
- 규제 기준의 단계별 구분
- 1단계: 배출허용기준 설정
- 2단계: 특별, 엄격 배출 허용 기준
- 3단계: 총량규제 실시
- 총량규제 및 환경오염 관측
- 배출원의 이전 분산
- 행정적 대책 : 장기적이며 거시적인 합리성 계획 수립
- 감시, 측정 장치의 정비 강화 : 측정망 설치
- 산업 입지 정책의 합리화
- 조사 연구 및 기술 개발
- 세금, 금융상의 지원, 보조
- 교육 및 지도 계몽
- 기타 대책 -> 완충 녹지대 건설, 기술 용역회사의 장려, 자문기구 활용 (부과금 제도)
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연소공학
CHAPTER1. 연소
1.1 연소의 정의
1.2 연소현상
1.3 연소의 형식
1.4 연소의 특성
1.5 연소생성물
1.6 연소용 공기량 계산
CHAPTER2. 연소의 가연특성
2.1 인화점
2.2 연소점
2.3 연소범위
2.4 발화점
2.5 증발률
2.6 자연발화성
2.7 증기-공기 밀도
2.8 비점, 융점 및 점도
2.9 전기전도도
2.10 화염일주한계
2.11 최소점화에너지
2.12 최소산소농도
2.13산소지수 와 산소한계지수
CHAPTER3. 열 및 화염의 전달
3.1 개념과 정의
3.2 전도
3.3 대류
3.4 복사
3.5 열유속
3.6 복사열과 화재확대
CHAPTER4. 화염의 성장
4.1 점화
4.2 연소속도
4.3 기화열
4.4 최대 연소속도
4.5 에너지 방출속도
4.6 화재성장속도
4.7 연소속도의 변화에 영향을 미치는 인자
4.8 화염의 확산
4.9 화재플럼의 화재역학 특성
CHAPTER5. 화재
5.1 화재일반
5.2 물질의 화재위험
5.3 실내화재
5.4 화재의 현상 및 형식
5.5 화재의 소화
5.6 소화의 응용분야
CHAPTER6. 연기 위험성 및 방재특성
6.1 연기의 농도
6.2 연기의 유동
6.3 건축화재 시 연기의 특징
6.4 화재단계별 발연
6.5 연기의 유해성
6.6 연기제어의 목적과 기본원리
6.7 연기제연시스템
6.8 주요 공간의 방연대책
6.9 방․ 배연 계획 시 유의점
6.10 대형 건축물에서 연기제어 및 고려할 사항
6.11 제연관련법규 요약
CHAPTER7. 폭발
7.1 개요
7.2 폭발의 종류
7.3 푹발의 형식
7.4 폭연에서 폭굉으로 전이 메카니즘
7.5 증기운 폭발
7.6 고압 LPG 저장탱크의 BLEVE
7.7 분진폭발
7.8 방폭대책
7.9 폭발진압설비
7.10 화염방지기
7.11 폭압방산공
CHAPTER8. 위험물
8.1 위험물화재의 위험성
8.2 위험물 제조소등의 설치기준
8.3 경질유 및 중질유 탱크화재의 특징
8.4 저장탱크 형태별 화재특성 및 소방대책
8.5 LNG저장조의 Roll Over현상
8.6 LPG의 위험성
8.7 LNG의 위험성
CHAPTER9. 정전기
9.1 정전기 발생원리
9.2 정전기 현상
9.3 대전종류
9.4 방전
9.5 정전기의 발화한계
9.6 방전에 의한 발화
9.7 정전기 방지대책
9.8 구체적 방지대책
CHAPTER10. 전기기계기구의 방폭대책
10.1 폭발위험장소의 구분
10.2 폭발위험장소의 종별 결정
10.3 폭발위험장소의 범위 결정
10.4 방폭전기기기의 표시방법
10.5 방폭구조의 종류
CHAPTER11. 건축방재
11.1 건축방재 개념
11.2 건축물의 방재계획
11.3 방재계획의구성
11.4 연소확대 방지대책
11.5 피난계획
11.6 특수장소별 화재특징 및 방화대책
11.7 피난․ 방화법규 요약
CHAPTER12. 가스계 소화설비의 안전성
CHAPTER13. 성능기준 화재안전설계
13.1 성능기준설계
13.2 화재 모델링
13.3 성능위주 화재모델의 불확실성 고찰
CHAPTER1. 연소
1.1 연소의 정의
1.1.1 연소의 정의 : 가연성물질과 산소와의 혼합계에 있어서의 산화반응에 따른 발열량이 그 계로부터 방출되는 열량을 능가함
으로서 그 계의 온도가 상승하여 그 결과로서 발생
되는 열방사선 파장의 강도가 빛으로서 육안에 감지
하게 된 것
1.1.2 완전연소
C +O₂ → CO₂+ 94.1 [Kcal/mol]
1..1.3 불완전연소
C +
O₂ → CO + 26.4 [Kcal/mol]
1.1.4 화재의 정의 : 사람의 의도에 반하여 발생한 연소로서 소화의 필요성
을 느끼는 것
1.1.4.1 화재역학에서의 화재 한계기준 : 1,055[KW/㎥]
물1[ℓ] 1초당 1[℃]씩 올리는데 충분한 열량
1.1.4.2 미국 5,000[BTU] : 스프링클러가 동작하는 열량 : 5.275[MW].
1.2 연소현상
1.2.1 연소의 4요소 : 연소현상을 발생 및 유지하기 위하여 필요한 요소
1.2.1.1 가연물
1.2.1.1.1 정의
- 화재 시 타는 모든 물질
1.2.1.1.2 종류
- 산소공급원을 산화제라 한다면 가연물은 환원제로 설명할 수 있다
- 가연물의 대부분은 유기화합물이다.
1.2.1.1.3 구비조건
- 지연성가스 또는 조연성가스인 산소, 염소 등과 친화력이 클 것
- 산화되기 쉽고 반응열이 클 것.(연소열이 클 것)
- 열전도율이 적을 것(기체<액체<고체)
- 표면적이 클 것(기체>액체>고체)
- 연쇄반응이 일어나는 물질일 것
- 활성화에너지가 작을 것(점화에너지가 작을 것)
1.2.1.1.4 가연물이 될 수 없는 물질
- 흡열반응물질 : 산화반응이라도 흡열반응 물질은 가연물에서 제외된다.
- 불활성기체 : 주기율표상의 8족 ( )으로서
화학적으로 안정하여 쉽게 반응하지 않는다.
- 완전연소생성물 (산화반응이 완결된 물질) :
이미 산화 완료된 물질인 CO₂, H₂O 등은 더 이상 산소와 결합하지
않는다.
1.2.1.2 산소공급원
1.2.1.2.1 종류
- 공기, 지연성가스, 산화제, 자기반응성(연소성) 물질
1.2.1.2.2 공기의 조성
구 분 | 질소 | 산소 | Ar(회가스) | 탄산가스 |
V % | 78.03 | 20.99 | 0.95 | 0.03 |
w % | 75.51 | 23.15 | 1.3 | 0.04 |
1.2.1.2.3 산화제
- 제1류 위험물, 제6류 위험물등으로서 분자 내의 다량의 산소를 함유
하고 있는 물질이다.
1.2.1.2.4 자기반응성(연소성)물질
- 연소에 필요한 산소공급원을 함유하고 있는 물질로서 니트로글리세린,
니트로셀룰로즈, TNT 등의 제5류 위험물이 자기 연소성물질
1.2.1.2.5 지연성가스
- 조연성 가스라고도 하며, 할로겐 원소인 등이 있다
1.2.1.3 점화원 :
1.2.1.3.1 기계적 점화원
- 나화
- 고온표면
- 단열압축
- 충격마찰
1.2.1.3.2 전기적 점화원
- 정전기불꽃
- 전기불꽃
- 전기발열
1.2.1.3.3 화학적 점화원
- 연소열 : 가연물이 산소와 반응하여 발열반응을 할때 생성되는 열량
- 분해열 : 가연물이 분해반응할 때 발생하는 열량
- 중합열 : 시안화수소나 산화에틸렌 등의 중합 폭발시 발생하는 열량
1.2.1.3.4 원자력 에너지
1.2.1.4 연쇄반응 : Chain Reaction
1.2.1.4.1 활성라디컬 : Chain Carrier : 연소가 용이한 중간체를 만들어
연소를 촉진하는 중간체
-연쇄반응기구 :Chain Reaction mechanism
개시 : 반응물과 활성화에너지(점화원)가 반응 중간생성물을 만드는 과정 H₂+ e → 2H*
전개(전파 및 억제) : 반응물 과 중간생성물이 반응하여 생성물 과 중간
생성물을 만드는 과정
H* + O₂→ OH* + O*
O* + H₂→ OH* + H*
OH*+H₂→ H₂O + H*
종결 : 중간생성물과 중간생성물 반응하여 생성물을 만드는 과정
2H*→ H₂
1.2.1.4.2 역활 : 화재의 성장을 활성화시키는 에너지역활.
1.2.1.5 연소사면체 : Fire tetra headron
1.2.2 연소의 구비조건
- 발열반응이어야 한다.
- 열에 의해서 가연물과 연소생성물의 온도가 상승하여야 한다.
- 이때 빛을 발생할 수 있어야 한다.
1.3 연소의 형식
1.3.1. 연소의 형태
1.3.1.1 정상연소
- 가연성 기체가 연소할 때 화염의 위치나 그 모양이 변하지 않는 경우
- 연소가 일어나는 곳의 열의 발생속도와 방출속도가 서로 균형을 이룰 때
1.3.1.2 비정상연소
- 폭발의 경우와 같이 연소가 격렬하게 일어날 때
- 열의 발생속도가 방출속도를 능가하는 현상
1.3.2. 연소의 종류
1.3.2.1 발염연소 와 무염연소
1.3.2.1.1 발염연소
- 표면화재, 불꽃화재 : 연소의 4요소
- 가연물 자체로 부터 발생된 증기나 가스가 공기 중의 산소와 혼합기를
형성하여 연소하며, 연소속도가 매우 빠르고 불꽃과 열을 내며 연소
-불꽃의 온도 : 연소가스 발생량 및 열용량에 의해서 결정.
발생열량의 2/3정도가 방출연소가스 가열에 소모되고 1/3은 주위로 복사
․ 방출된다.
1.3.2.1.2 무염연소
- 표면연소, 훈소, 작열연소, 심부화재 : 연소의 3요소로 연소.
1.3.2.1.3 발염연소와 무염연소의 비교
구분 | 불꽃연소 | 작열연소(표면연소) |
연소특성 | ∙고체의 열분해, 액체의 증발에 따른 기체의 확산 등 연소 양상이 매우 복잡 | ∙고비점 액체생성물과 타르가 응축되어 공기중에서 무상의 연기 형성 |
불꽃여부 | ∙연료의 표면에서 불꽃을 발생 하며 연소 | ∙연료의 표면에서 불꽃을 발생 하지 않고 작열하면서 연소 |
화재구분 | ∙표면화재 | ∙심부화재 |
연소속도 | ∙연소속도가 매우 빠르다. | ∙연소속도가 느리다. |
방출열량 | ∙시간당 방출열량이 많다. | ∙시간당 방출열량이 적다. |
연쇄반응 | ∙연쇄반응이 일어난다. | ∙연쇄반응이 일어나지 않는다. |
적응화재 | ∙B, C급 화재 적응 | ∙A급 화재 적응 |
에 너 지 | ∙고에너지 화재 | ∙저에너지 화재 |
연소물질 | ∙열가소성 합성수지류 ∙가솔린, 석유류의 인화성액체 ∙메탄, 프로판, 수소, 아세틸렌 등의 가연성가스 | ∙열경화성 합성수지류 ∙종이, 목재, 섬유류, 연탄, 전분, 짚∙코크스, 목탄(숯) 및 금속분 (Al, Mg, Na) |
소화대책 | ∙연소3요소 이론의 냉각․질식․ 제거 외에 연쇄반응의 억제에 의한 소화대책 | ∙연쇄반응이 없으므로 연소3 요소 이론의 냉각․질식․제거의 소화대책 |
소화 | ∙34% 질식소화 ∙방사시간 1분 이내 | ∙34% 질식소화 및 냉각소화 ∙방사시간 7분 이내 |
1.3.2.1.4 설계농도유지시간
-통상적으로 Halon 1301 5% 농도로 소화 시 소화시간 10분을 기준으로
표면화재 및 심부화재로 구분한다.
- Soaking Time : 가스계 소화설비 동작 시 소화 후 재발화 방지목적으로 일정시간 동안 설계소화농도를 유지시키는 시간.
- NFPA 규정 : Halon : 10분
CO₂ : 20분
1.3.2.2 가연물종류에 따른 종류
1.3.2.2.1 기체연소
- 예혼합연소 : 기체연료가 공기와 미리 혼합하여 가연성혼합기를 생성
하고 여기에 점화시켜 연소하는 형태
- 확산연소 : 메탄, 프로판, 수소, 아세틸렌 등의 가연성가스가 확산하여
생성된 혼합가스가 연소하는 것으로 발염연소 또는 불꽃연소.
Fick's Law : 농도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동하는 법칙
1.3.2.2.2 액체연소
- 증발연소 : 액체의 가장 일반적인 연소형태로 에테르, 석유류, 알콜 등의
인화성액체에서 발생한 가연성증기가 공기와 혼합된 상태
에서 연소.
- 분해연소 : 중유나 아스팔트 등 휘발성이 적은 액체가연물의 열분해
반응 시 생성된 가연성가스가 공기와 혼합된 상태에서 연소.
※액적연소
점도가 높고 비휘발성인 액체를 가열 등의 방법으로 점도를 낮추어
분무기(버너)를 사용하여 액체의 입자를 안개상으로 분출, 표면적을 넓게 하여 공기와의 접촉면을 많게 하는 연소방법이다.
※분무연소(Spray Combustion)
액체연료를 미세하게 액적화(미립화)하여 표면적을 크게 하고 공기와의 혼합을 좋게 하여 연소하는 것으로서 공업적으로 가장 많이 이용된다. 휘발성이 낮고 점도가 높은 중질유 연소에 이용
1.3.2.2.3 고체연소
- 표면연소 : 고체의 일반적인 연소형태이다. 목탄(숯), 코크스, 금속분 등의 가연물이 표면에서 산화반응하여 열과 빛을 내며 연소.
열분해 반응이 없기 때문에 불꽃이 없다.
- 분해연소 : 종이, 목재, 석탄, 플라스틱 등의 고체가연물의 열분해 반응시 생성된 가연성가스가 공기와 혼합된 상태에서 연소.
- 증발연소 : 황, 나프탈렌, 파라핀 등에서 발생한 가연성증기가 공기와
혼합된 상태에서 연소.
- 자기연소 : 니트로글리세린, TNT 등의 폭발물은 분자내에서 산소를
가지고 있어 외부의 산소공급원 없이도 점화원의 존재
하에서 쉽게 폭발적인 연소.
-자연발화 : 발생한 에너지가 그 계에서 제거되지 않고 열로 축적되어
발화온도에 도달하여 스스로 점화를 일으키는 열의 방출을
동반하는 느린 산화공정
자연발화 : 저온발화 : Spontaneous combustion
고온발화 : Auto ignition
자연발화에 영향을 주는 인자 : 물질의 조성
부피
압력
산소농도
1.4 연소의 특성
1.4.1 발열반응 : 가연물이 연소반응이 일어날 정도의 활성화에너지를 받아 활성상태가 된 후에 연소하면서 에너지를 방출한다.
이때 발열에너지는 주위의 가연물을 다시 활성화시키고 남은 양의 에너지는 연소열로 축적, 발산하면서 연소가 계속된다
1.4.1.1 Arrbenius' Law V = A e ⁻E/RT
1.4.1.2 상온 부근에서 온도가 10℃상승함에 따라 반응속도는 2~3배가 된다
1.4.2 연소형태의 종류
- 분젠식 : 1.200~1,300℃
1차 공기(운동에너지) : 내염 : 불완전연소
2차 공기 : 불꽃주변 : 외염 : 완전연소.
- 세미분젠식 : 1차 공기비율 40%이하, 1,000℃
- 적화식 : 대기중 연소, 900℃
- 전1차 공기연소식 : 1차 공기비율 100%, 850℃~ 900℃, 역화우려
1.4.2 이상연소현상
- 불완전연소 : 가연성분이 산화반응을 완전히 완료하지 않으므로 일산화 탄소, 그을음 등이 생기는 것
- 역화 : 불꽃이 염공을 따라 들어가 혼합관 내에서 연소하는 현상
분출속도에 비해 연소속도가 빠른 경우.
- 선화 : 불꽃이 버너에서 부상하여 공간에서 연소하는 현상
연소속도에 비해 분출속도가 빠른 경우.
- 엘로팁 : 불꽃의 끝이 적황색이 되어 연소하는 현상
탄화수소가 열분해되어 탄소입자가 생기고 미연인 채로 적열
되어 적황색이 된다.
1차공기가 부족할 때 발생한다.
- 불꽃 옮겨 붙이기 불량 :
1차공기가 많을 때 나 가스압력이 높을 때 발생
- Blow-off : 불꽃 기저부에 대한 공기의 움직임이 세어지면 불꽃이 노즐 에서 정착하지 않고 떨어지게 되어 꺼지버리는 현상.
1.4.3 불꽃의 온도
색상 | 온도 : ℃ | 비고 |
암적색 | 700~750 |
|
적색 | 850 |
|
휘적색 | 925~950 |
|
황적색 | 1,100 |
|
백적색 | 1,200~1,300 |
|
휘백색 | 1,500 |
|
1.5 연소생성물
1.5.1 불꽃 : 화염
1.5.2 열
1.5.2.1내열한계
- 통상복 : 3,600[kcal/㎡․ h]
- 내열방한복 : 7,200[kcal/㎡․ h]
1.5.2.2 화상
- 홍반성화상
- 수포성화상
- 괴사성화상
- 흑색화상
1.5.3 연소가스
1.5.3.1 일산화탄소 CO : 헤모글로빈(Hb)은 CO(카르복실헤모글로빈 : CO-Hb)와의 결합력이 O₂(옥시헤모글로빈 : O₂-Hb)와의 결합력보다 210배 정도 이다
1.5.3.2 이산화탄소 CO₂: 이산화탄소의 농도가 높아지면 공기 중의 산소
부족으로 호홉속도가 빨라져 함께 존재하는
독성가스의 흡입이 많아져 위험성을 더욱 증가 시킨다
1.5.3.3 황화수소 : H₂S : 달걀 썩는 냄새
1.5.3.4 이산화황 : SO₂
1.5.3.5 암모니아 :NH₃
1.5.3.6 시안화수소 : HCN
1.5.3.7 염화수소 : HCL
1.5.3.8 질소산화물 : NO, NO₂
1.5.3.9 포스겐가스 : COCL₂
1.5.4 연기
1.5.5 미연소물질 : C
1.6 연소용 공기량 계산
- 실제 공기량
- 이론 공기량
- 과잉 공기량 : 이론 공기량보다 과잉으로 공급한 공기량
1.6.1 연공비
연공비 =
1.6.2 공연비
공연비 =
1.6.3 당량비
당량비 Φ =
Φ＞1 : 연료과잉 : 급기부족화재
Φ=1 : 완전연소
Φ＜1 : 연료부족
1.6.4 공기비 α =
1.6.4.1 연료 형태별 공기비
- 기체연료의 공기비 α =1.1 ~ 1.3
- 액체연료의 공기비 α =1.2 ~ 1.4
- 고체연료의 공기비 α =1.4 ~ 2.0
1.6.4.2 공기비 영향
1.6.4.2.1 공기비가 클 경우
- 연소온도 저하
- 통풍력이 강하여 배기가스에 의한 열손실 증대
- 연소가스 중에 SO₂의 양이 증대되어 저온부식이 촉진된다
- 연소가스 중에 NO₂의 발생이 심하여 대기오염을 유발한다.
1.6.4.2.2 공기비가 작을 경우
- 불완전연소에 의한 매연 발생이 극심하다
- 미연소에 의한 열손실이 증가된다
- 미연소 가스에 의한 폭발사고의 발생 위험성이 증가한다.
1.6.4 화학양론비 : 완전연소
Cst =
× 100
1.6.5 완전연소방정식
CnHxOy+(n+
)O₂ → nCO₂+
H₂O
1.6.6 불완전연소방정식
CnHxOy+(
)O₂ → nCO+
H₂O
1.6.7 완전연소조건
- 연소에 필요한 충분한 양의 공기를 공급한다
- 연소반응에 필요한 시간동안 체류할 수 있도록 충분한 넓이의 연소실을
확보한다
- 반응이 완전히 진행될 수 있도록 적절한 연소실의 온도를 유지한다.
- 질 좋은 연료를 사용한다.
- 연료와 공기를 잘 혼합시켜 연소한다
- 일시에 많은 양의 연료를 공급하지 말고 일정량씩 균일한 속도로
공급한다
- 연료 및 공기를 적절히 예열한다.
CHAPTER2. 연소의가연특성
2.1 인화점
2.1.1 정의 : 액체의 증기농도가 공기 중에서 착화원의 존재 시 발화가
일어날 수 있는 최저온도
2.1.2 Clausis Clapeyon : 액체의 증기압 : 액체온도
2.1.3 인화점 시험방법
- 개방식 측정법 : Open cop
- 밀폐식 측정법 : Closed cop
2.2 연소점 : 점화원을 제거하여도 연소가 중단되지 않고 연소를 지속시킬 수 있는 최저온도
인화점보다 5~ 10[℃]높다.
2.3 연소범위 : 연소상한계 와 연소하한계 사이
UFL : Upper Flammability Limit
LFL : Lower Flammability Limit
양론혼합계수선 Cst : Stoichiometric Coefficient
2.3.1 순수물질의 연소한계
2.3.1.1 Jone식 LFL₂₅ = 0.55Cst UFL₂₅ = 3.5Cst
Cst =
2.3.1.2 Zabetakis식 UFL = 6.5 √ LFL
2.3.1.3 Burgess-Wheele식
- 파라핀계 탄화수소의 폭발하한계(LFL)와 연소열(ΔHc)와의 곱은 일정
하고 1,050이라고 제시하고 있다
LFL × ΔHc ≒ 1,050
2.3.1.4 일반적인 실험식
LFLt = LFL₂₅ × [ 1 -
]
UFLt = UFL₂₅ × [ 1 +
]
2.3.2 혼합물질의 연소한계
르샤틀리에( Le Chatelier)식
LFL =
UFL =
2.3.3 위험도 H =
- 위험도가 특히 큰 것 : 이황화탄소, 아세틸렌, 산화에틸렌, 수소,
아세트알데히드, 황화수소, 에틸렌 등
- 위험도가 아주 작은 것 : 브롬화메틸, 염화메틸, 암모니아 등
2.3.4 연소범위 측정에 영향을 미치는 인자
-점화원 : 충분한 에너지
메탄-공기의 경우 : 100[mj]
-측정용기의 직경 : 표준장치 5[㎝] : 파라핀계 탄화수소 측정
-화염의 전파방향 : 상방전파 화염측정
-산소농도 : 공기중의 범위보다 넓어진다
-온도의 영향 :
-압력의 영향 : 압력이 상승하면 분자간 평균거리가 축소되어 유효충돌이 증가하며 열전달이 용이하여 연소범위는 넓어진다
2.3.4.1 연소범위는 초기온도, 초기압력, 불활성가스, 산소농도, 연소열,
분자량, 용기의 크기, 점화원의 종류, 화염전파 방향, 혼합물의
물리적 상태등에 영향을 받는다
2.4 발화점 : 착화원이 존재하지 않는 조건에서 가열만으로 연소를 시작하는 최저온도 (Ignition Point)
2.4.1 측정방법
2.4.1.1 승온법 : 온도를 일정비율로서 상승시켜 발화점을 측정하는 방법
2.4.1.2 정온법 : 일정한 온도에서 접촉시간을 주고 발화여부를 측정하는
방법
2.4.2 발화점에 미치는 영향
- 산소농도가 클수록 AIT는 낮아진다
- 압력이 클수록 AIT는 낮아진다
- 부피가 클수록 AIT는 낮아진다
- 탄화수소의 분자량이 클수록 AIT는 낮아진다
2.5증발률 (Vaporization rate)
2.5.1 증기위험도지수 : Vapor Hazard Index
VHI =
Pmax : 포화증기압 [mmHg]
AC : 허용증기농도 [ppm]
2.5.2 순간증발률(Flashing) : - 위험물의 위험도지수를 나타낸다
- 비등액체팽창증기폭발(BLEVE) 및 자유
증기운폭발등의 저장위험물의 폭발 가능성 을 표시한다
순간증발률 =
HT₁: 방출전 액체의 엔탈피
HT₂: 액체의 비등점의 엔탈피
L : 증발잠열
2.6 자연발화성
2.6.1 자연발화성 물질의 분류
2.6.1.1 완만한 온도 상승 물질
- 자연분해로 발생되는 분해열이 축적되어 발화하는 물질
셀룰로이드, 질산 에스테르류
- 자연산화 시 산화열이 축적되어 발생되는 물질
건성유, 원면, 석회분, 금속분등
2.6.1.2 발화점이 상온부근에서 산화열에 의해 발화하는 물질
- 황린, 유기금속화합물, 액체인화수소, 규소수소류
2.6.1.3 공기 중의 습기를 흡수하여 물 과 접촉 시 발화 또는 발열되는 물질
2.6.1.3.1 가연성 가스를 발생하여 발화되는 물질 :
알카리금속, 알루미늄분진, 아연분진, 카바이드등
2.6.1.3.2 발열물질 : 생석회, 과산화소다, 발연황산, 가성소다등
2.6.1.4 타 물질과 접촉․ 혼합에 의한 발열, 발화하는 물질
2.6.2 자연발화에 의한 화재
2.6.3 자연발화의 발생조건
- 축적된 열량
- 공기와 접촉면적
- 고온 및 습도
- 퇴적방법
- 열전도율
- 발열량
2.6.4. 자연발화가 일어나는 물질의 종류
- 분해열에 의한 것 : 초산에스테르류, 유기과산화물류
- 산화열에 의한 것 : 불포화유, 종이, 원면, 석탄
- 흡착열에 의한 것 : 활성탄을 이용한 솔벤트 흡착시
- 중합열에 의한 것 : 초산비닐, 염화비닐
- 발효열에 의한 것 : 건초더미
- 위험물 혼재에 의한 자연발화
위험물의 구분 | 제1류 | 제2류 | 제3류 | 제4류 | 제5류 | 제6류 |
제1류 |
| × | × | × | × | ○ |
제2류 | × |
| × | ○ | ○ | × |
제3류 | × | × |
| ○ | × | × |
제4류 | × | ○ | ○ |
| ○ | × |
제5류 | × | ○ | × | ○ |
| × |
제6류 | ○ | × | × | × | × |
|
2.6.5 방지대책
-통풍이 잘 되는 장소에 적재
- 적재 시 열이 축적되지 않도록 적재
- 적재장소의 온도가 외부열에 의해서 올라가지 않도록 외장보온
- 습도가 높은 장소에 적재금지
- 위험물의 혼재 금지
2.7 증기-공기 밀도
증기․ 공기밀도 =
Pv : 주변온도에서 액체의 증기압
Pt : 전압
d : 증기비중 (밀도)
2.8 비점, 융점 및 점도
2.8.1 비점 : 액체표면의 증기압이 대기압과 같아지는 액체온도
비점이 낮은 액체의 경우 기화가 용이하므로 가연성 물질의 경우에는 폭발성 혼합증기의 형성이 용이해지므로 화재폭발의 위험성이 더 커진다.
2.8.2 융점 : 대기압하에서 고체가 용융하여 액체가 되는 온도
융점이 낮은 경우 액체로 변화하기가 용이하고 화재발생 시
에는 연소구역의 확산이 용이하기 때문에 위험성이 매우 높다
2.8.3 점도 : 유동성 유체는 유동시에 유체 자체내에서 저항
2.9 전기전도도 : 전기흐름의 용이성
ρ =
- 액체의 경우 유동분출 교반 시 정전기사 발생되며 축적이 용이하다
물질의 비저항이 10¹⁰~10¹⁵Ω․ ㎝인 경우 크고, 10¹³Ω․ ㎝시 최대이다.
2.10 화염일주한계 : Maximum Safe Clearance
- 방폭구조에서 내․ 외부의 점화원에 의해 에너지가 전달되지 않는 구조
- 폭발성 혼합가스(8ℓ)를 금속성의 2개의 공간에 넣고 사이에 미세한 틈을
갖는 벽으로 분리하고 한쪽에 점화하여 폭발되는 경우에 그 틈을
통하여 다른 곳의 가스가 인화 ․ 폭발하는 실험이다
2.11 최소점화에너지 : Minimum Ignition Energy
점화에 필요한 최소에너지.
2.11.1 E =
C (V₁-V₂)² E : 최소착화에너지[ J ]
C : 콘덴서 용량[ F ]
V : 전압 [ V ]
2.11.2 영향인자
-온도가 상승하면 MIE는 작아진다.
-압력이 상승하면 MIE는 작아진다.
-산소농도가 높아지면 MIE는 작아진다.
-MIE는 유속과 함께 증대하는데 이를 난류의 강도가 커지기 때문이다.
2.12 최소산소농도 : Minimum Oxygen Concentration
MOC = 연소 시 필요한 산소의 mole(산소몰수)× 연소하한계(LFL)
불활성화 : 연료의 농도와 관계없이 산소농도감소
- 진공 퍼지 : Vacuum Purging
- 가압 퍼지 : Pressure Purging
- 사이펀 퍼지: Sipeon Purging
- 스위프 퍼지: Sweep through Purging
가스 MOC 10%, 분진 MOC 8% :
산소농도 제어점 MOC보다 4%정도 낮은 농도이다.
2.13산소지수 와 산소한계지수
2.13.1 산소지수 : Oxygen index
산소와 질소가 혼합된 상승기류 중에 점화된 재료가 연소 를 지속하는데 필요한 산소의 최저농도
산소지수[%] =
2.13.2 산소한계지수 : Limited Oxygen Index
2.13.2.1 정의 : 가연물을 수직으로 하여 가장 윗부분에 착화하여 연소를
계속 유지할 수 있는 최소산소농도
2.13.2.2 고분자재료의 연소성 및 난연성 평가지수
LOI가 30%이상 의 값을 가지는 경우 : 난연성물질
CHAPTER3. 열 및 화염의 전달.
3.1 개념과 정의
3.1.1 개념 :
열에너지는 온도의 개념과 직접적인 관련되는 물질의 특성이다
3.1.2 온도단위 환산 : 빙점과 비점 기준
구분 | 변환 | 비고 |
℉ | T(℉)=T(℃)(1.8)+32 |
|
R | T(R)=T(℉)+459.69 |
|
℃ | T(℃)=[T(℉)-32] / 1.8 |
|
K | T(K)=T(℃) +273.16 |
|
3.1.2.1 물1[g]을 매초 1[℃]올리는데 4.182[joule]이 소요된다.
3.1.2.2 열량단위 : q : 열 Heat
q위의 " ˙ "은 단위시간당 [ q ]
q위의 " ˙′ "은 단위길이당 [ q′ ]
q위의 " ˙″ "은 단위면적당 [ q″ ]
q위의 " ˙ ′″"은 단위체적당 [ q′″ ]
3.2 전도 : 전자의 이동에 의하여 온도가 높은 영역으로부터 낮은 영역으로 에너지가 이동하는 열흐름 메카니즘
매질이 반드시 필요하다
3.2.1 Fourier법칙 q= k A
k : 열전도율
3.2.2 열침투시간 ≒
α : 열확산율 = k/ ρc
ρ : 밀도, c : 비열, ℓ : 벽 두께
3.3 대류 : 유체가 고체의 표면 위를 흐르고 이들 사이의 온도가 서로
다를 때 유체의 운동에 의하여 유체와 고체표면 사이에 열전달 이 발생하는 메카니즘
3.3.1 Newton,s Law of Cooling q= h(T₂-T)
3.3.2 대류의 종류
- 강제대류 : 외부로부터 강제적인 메카니즘
- 자연대류 : 유체의 이동이 유체내의 온도 차이로 발생되는 밀도차에
따른 부력의 영향으로 열전달
3.4 복사 : 전자파형태로 에너지를 방출
3.4.1 Stefan Boltzmann,s Law
Eb=ε σ T⁴F₁₂[W/㎡]
σ : Stefan Boltzmann 상수 =5.6697× 10⁻⁸ [W/㎡K⁴]
ε : 방사율 : ε = 1 - exp(-xl) x : 화염의 흡수계수
l : 화염의 두께
T : 복사체의 온도 [K]
F₁₂: 형상계수
F₁₂ =
3.5 열유속 : Critical heat flux)
- 물체를 뜨겁게 하기도 하고 손상을 입히기거나 점화의 원인이 된다
q″ =
Xr : 총 발열량 가운데 복사형태로 방출되는 비율
c : 복사체로 부터의 거리
3.5.1 지구표면에서 태양으로부터 받는 복사열유속은 약 1[Kw/㎡]이다
3.5.2 화재 시 열에 의한 손상을 받을 수 있는 최소값
- 노출 피부에 대한 통증 : 1 [Kw/㎡]
- 노출 피부에 대한 화상 : 4 [Kw/㎡]
- 물체의 점화 : 10~ 20 [Kw/㎡]
3.6 복사열과 화재확대
3.6.1 복사열 강도에 대한 검토
q″ = F₁₂ × R F₁₂ : 형태계수 분출화염 : 0.1, 염상화염 : 0.2
R : 복사능 분출화염 100[Kw/㎡]
염상화염 50 ~ 80[Kw/㎡]
3.6.2 수열온도에 의한 검토 :
- 등온곡선 : 인동건물의 목재표면온도가 260[℃]가 되는 곡선
- h = p × d²
3.6.3 복사열에 의한 착화한계, 착화시간, 연소한계거리
3.6.3.1 착화한계
- 재료의 착화온도와 실온의 차이에 비례
- 목재의 착화한계 : 10[KW/㎡]
- 목재의 인화점 : 240~270 [℃]
- 발화점은 500 [℃] 정도이다.
3.6.3.2 착화시간
3.6.2.1 얇은 재료의 착화시간 (tig) = ρcl ×
Tig : 점화시간 , To : 초기온도, q˝ : 복사열유속
3.6.2.2 두꺼운 재료 ( 2mm이상) (tig) = C (kρc) ×(
)²
C : 상수 C = /4 : 표면 열손실이 없는 이상적인 경우
C = 2/3 : 표면 열손실이 있는 경우
3.6.2.3 Flashover 발생조건
- 열유속 20 [KW/㎡]
- 실내온도 500 ~ 600[℃]
- 질량감소속도 40[g/ ㎡․ sec]
- CO₂/ CO = 150
- O₂= 10%
3.6.3.3 연소한계거리 : 목재 기준
- 무풍 시 인접건물 간에서 15[m]
- 1층 : 대지경계선으로부터 3[m]
2층 : 대지경계선으로부터 5[m]
CHAPTER4. 화염의 성장
4.1 점화 : 물질조건(연소범위) 과 에너지조건(최소점화에너지)
4.1.1 화재성장의 메카니즘
- 점화 : 화재성장의 시작
- 화염확산 : 화재경계의 정도
- 연소속도 : 연료의 소모정도
4.1.2 인화와 자연발화
- 인화 : 강제점화
- 자연발화 : 자발적 점화
4.1.3 고체의 착화시간 산출공식
4.1.3.1 얇은 재료의 착화시간 (tig) = ρcl ×
Tig : 점화시간 , To : 초기온도, q˝ : 복사열유속
4.1.3.2 두꺼운 재료 ( 2mm이상) (tig) = C (kρc) ×(
)²
C : 상수 C = π/4 : 표면 열손실이 없는 이상적인 경우
C = 2/3 : 표면 열손실이 있는 경우
4.1.4 고체가연물의 발화시간에 영향을 주는 인자
- 열전도도
- 밀도
- 발화에서 표면온도
- 방사율
- 재복사
4.1.5 화재성능지수 (FPI : Fire Performance Index) : 화재의 위험정도
FPI =
Tign : 발화시간
HRPpk : Peak 열방출률
4.2 연소속도 Burning Rate : 질량감소속도
- 연소 시 단위시간당 소비되는 고체 또는 액체 연료의 질량
- 연로의 물성, 방향 또는 모양, 연소면적에 영향을 받는다
4.3 기화열 : Heat of gasification : Latent heat
- 단위면적당 질량감소속도 m″ =
- 순수 열유속 = 화염의 열유속 + 외부 열유속 - 재복사
4.3.1. 양론적 질량감소비
mst″ =
× 0.5A √ H mst″ : 양론적 질량감소비[kg/s]
rs : 화학양론적 공기/연료 질량비
4.3.2 전형적인 질량유속의 범위 : 5 ~ 50[g/m²․ sec]
소염 : 5[g/m²․ sec]이하
4.4 최대 연소속도
4.4.1 액체연료의 연소속도
- 풀(Pool)의 직경에 영향을 받는다
- 최대 질량유속은 연료의 탄화특성에 좌우되지만 일반적으로 1 ~ 2[m] 인 화재에서 형성된다
- 대류열열전달계수 : 5 ~10 W/㎡ ․ ℃
- 최대 질량연소유속 값은 약 55[g/m²․ sec]
4.5 에너지 방출속도 : energy release rate : 열방출속도
- 화재의 크기
- 손상가능성
- 화염의 높이
- 복사열유속
4.5.1 플래시오버가 일어날 수 있는 모든 가능성
- 주위물질에 대한 발화가능성
- 실내에서의 플래시오버 가능성
- 화재를 진화하는데 필요한 물의 공급속도
4.5.2 Q = m″ A ΔHc
4.5.3 연소열 : 단위량의 연료가 완전히 산화될때 방출되는 열량 :
- 산소봄브칼로리미터(oxygen bomb calorimeter)로 측정
- 유효연소열측정 : cone calorimetet 및 Rate of Heat Release Apparatus
4.5.4 발열량 표현방법
4.5.4.1 고발열량 : 연소생성물인 H₂O가 액체상태인 경우 발생하는 총열량
2,088 [Kj/mol]
4.5.4.2 저발열량 : 연소생성물인 H₂O가 기체상태인 경우 발생하는 총열량 2,044 [Kj/mol]
4.5.4.3 공기 1[g]이 연소시 발생하는 열량
C3H8+5O₂ → 3CO₂+ 4H₂O + 2,044 [Kj/mol]
C3H8+5O₂+(5×3.76)N₂→3CO₂+4H₂O+2,044[Kj/mol]+ (5×3.76)N₂
연소공기의 전체 mol 수 : 5 + 18.8 = 23.8[mol]
1mol의 공기량 : 28.84[g]
2,044÷ 23.8÷ 28.84= 2.977 [kj/ g 공기]
4.5.4.4 목재와 가솔린의 열방출속도 비교 : 직경 1[m] 목재기준
4.5.4.4.1 목재 Q = m″ A ΔHc m″ : 11[g/㎡․ s] A : 0.785[㎡]
ΔHc :15[kj/g]
Q = 11 ×0.785 × 15 =130[kw]
4.5.4.4.2 가솔린 Q = m″ A ΔHc m″ : 55[g/㎡․ s] A : 0.785[㎡]
ΔHc : 43.7[kj/g]
Q = 55 ×0.785 ×43.7 =1,887 [kw]
4.5.4.4.3 위 두가지 물체의 열방츨속도를 비교 결과 액체연료화재 시 쉽게
플래시오버가 일어날 수 있고 화재의 위력이 더 크다는것을 알
수 있다
4.5.5 파라핀계 탄화수소화합물의 종류
CH4, C2H6, C3H8,C4H10, C5H12, C6H14, C7H16, C8H18, C9H20, C10H22
C의 개수 : 4개 이하 : 기체
15개 이하 : 액체
16개 이상 : 고체
완전연소식 CnHxOy+(n+
)O₂ → nCO₂+
H₂O
불완전연소식 CnHxOy+(n+
)O₂ → nCO+
H₂O
4.6 화재성장속도
열방출률 Q = α tⁿ
- 화재가 1,055[kw]에 도달하는 시간을 기준으로 화재크기를 결정.
구분 | 화재성장시간 | 화재강도계수 |
Slow | 600sec | 0.00293 |
Medium | 300sec | 0.01172 |
Fast | 150sec | 0.0469 |
Ultrafast | 75sec | 0.1876 |
-화재성장곡선 : 화재감지기의 분석을 위한 NFPA 72B 와 제연시스템
의 설계를 위한 NFPA 92B에 적용되고 있다.
4.7 연소속도의 변화에 영향을 미치는 인자
4.7.1 혼합물의 조성에 따른 변화
- 양론혼합물 보다 연료가 약간 많은 혼합물의 경우에 최고가 된다.
4.7.2 온도에 따른 변화
- 연소속도 : 미연소 혼합기가 20 ~ 25[℃]의 대기온도일 경우의 값
- Zabetakis의 식 Su = 0.1 + 3×10⁻⁶ T² [m/sec]
4.7.3 압력에 따른 변화
- Lewis의 식 Su ∝ Pⁿ
- n은 Su 값에 의존 : 연소속도(Su)가 0.45 ~1 [m/s] : 0
연소속도(Su)가 Su〈 0.45 [m/s] : 음의 값
연소속도(Su)가 Su 〉 1 [m/s] : 양의 값
4.7.4 억제제 첨가에 따른 변화
- 질소나 탄산가스와 같은 첨가제는 불활성 희석제로 작용
혼합물의 연료 단위질량당 열용량을 증가시켜 화염온도를 감소시키며
화염의 전파가 불가능하게 되는 한계값(한계화염온도) 이하가 된다
- 한계화염온도 (1,500~1,600K)는 35~38%의 질소에 해당
- Halon 소화약제는 저농도의 소화약제로서 (5~10%) 초기에 소화가 가능 한 표면화재에 주로 사용한다
4.7.5 난류에 의한 영향
- 미연소가스속의 난류성에 의해 화염이 혼합기속을 전파해가는 속도가 증가
- Lf / D = A Lf : 화염의 길이
D : 유출구의 직경
A : 연료종류에 의해서 결정되는 상수
- 화염의 길이 : 층류 : 가스유속증가에 따라 비례
난류 : 거의 일정
- 유출구의 영향 : 층류 : 유출구에서의 유속과 유출구면적에 비례
난류 : 유출구의 직경에 비례
4.8 화염의 확산 : 화재에서 경계면이 이동하는 과정
- 점화 - 표면 화염확산 : 혼합가스를 통한 화염전파
4.8.1 고체표면에서 화염확산
- 자연기류 및 강제기류
- 순풍 및 역풍
- 연소속도 : 화재 시 온도, 가시도, 독성 및 부식성을 설정하는데 직접
관련된다.
4.8.1.1 확산속도
V =
q : 열 공급률 ρ : 연료의 밀도
c : 연료비열 A : 단면적
Tig : 착화온도 Ts : 연료의 온도
4.8.1.2 고체표면에서의 확산
- q = q ″ δf w
- V =
4.8.1.3 하향 또는 측 벽면으로의 확산
- 풍조흐름 과 반대방향의 흐름이다.
- 하향 화염확산은 표면온도가 임계값 이상인 경우 일어난다
- 표면온도가 120[℃]이하에서는 확산이 일어나지 않는다.
4.8.1.4 상향 또는 순풍에서의 확산
- 부력흐름
- 화염의 길이는 화재로부터 열방출률에 기인한다
- 실내화재시 에너지방출 : 실내온도 및 가연물 온도 증가 : 연소속도증가
- 고체표면에서의 화염확산속도
V = δt / tig
4.8.1.5 고체표면 화염확산에 영향을 미치는 인자
4.8.1.5.1 표면방위 와 전파방향
- 화염속도는 수직상향인 경우 가장 빠르다
- 화염은 밀도차 부력에 의하여 상향으로 올라가고 바로 주위의 수직표면 을 감싸지 않으려는 경향이 있다
- 공기의 인입방향이 한 방향으로 제한되기 때문에 화염의 길이는 길어진다.
- 화염은 고체표면에 열전달을 하여 확산속도가 빠르게 되는 원인이다.
4.8.1.5.2 연료의 두께 : 두께가 두껍다는 것은 열용량이 크다는 것이고
전도에 의한 열손실이 커져서 연료표면온도를 발화점으로 올리는 데 시간지연에 따라 두꺼울수록 확산속도가 늦다
4.8.1.5.3 밀도, 열용량, 열전도도
4.8.1.5.4 기하학적 형상
4.8.1.5.5 환경의 영향
- 대기의 조성 : 산소
연료의 온도
투입된 복사열류
대기압
투입된 공기의 이동(바람)
4.8.2 액체에서의 화염확산
4.8.2.1 액온이 인화점 이하인 경우
- 액표면의 가열
- 화염이 확산할 수 있는 혼합기 형성
- 주기적 화염확산
- 액체의 온도가 상승하면 맥동기간의 감소와 확산속도 증가
- 탱크의 직경에 따라 확산속도가 영향을 받는다.
탱크의 직경이 좁은 경우 탱크 벽면으로 열손실 때문에 확산속도가
감소 하고 직경이 커지면 영향이 적다
4.8.2.2 액온이 인화점 이상인 경우
- 액체연료 윗부분이 연소한계 내에 있음으로 화염확산속도는 표면위의
가연성 증기/공기 혼합기를 통한 전파에 의하여 결정된다
- 확산속도는 증기압이 그 표면에서 양론혼합물의 농도가 같아지는 속도
까지 증가하여 이 한계치는 기본 연소속도의 4~5 배에 해당한다.
4.8.3 전형적인 확산속도
4.8.3.1 하향 또는 측면확산
- 공기의 흐름과 연료에 의존하며 확산에 필요한 최소온도(120℃)이하
에서는 확산이 일어나지 않는다
- 하향 및 측면확산은 아주 낮은 속도이며, 확산면의 1[mm]이하를 가열한다
4.8.3.2 상향 또는 순풍에서의 확산
- 배면에서 상부로의 화염확산과 바람과 같은 방향의 화염확산의 경우
상향 확대에서는 화염열전달에 의해 가열된 길이(δf)가 급속히 증가 또는 감소하는데 이는 연소와 흐름의 특성 때문이다
- 일반적으로 상부로의 화염전파는 1 ~ 200 [㎝/sec]의 범위이다.
4.8.3.3 화염의 확산은 연료, 연료의 방향, 바람, 확산의 방향 및 기타 요소 에 영향을 받는다
4.9 화재플럼의 화재역학 특성
4.9.1 개요
- 부력에 의한 화염기둥의 열 기류이며, 뜨거운 연소생성물이 연료원의
위로 상승하는 것이다.
- 부력은 밀도차 때문에 발생하는 유체내의 상승력이며
밀도는 가스온도에 반비례한다.
이상기체방정식 PV = nRT =
RT
밀도 ρ =
=
단위체적당 상대위치에너지 ΔP = (ρ a- ρ ) g H
V = √
= √
4.9.2 화재플럼의 형성
- 더운 상승기류가 상승함에 따라 주위의 차가운 공기가 화재플럼 내로
유입 되는것을 "유입"이라하며 이 속도는 화염높이 와 화재플럼의 특성 을 결정한다
- 화염확산은 분자의 확산이 아닌 난류의 소용돌이에 의한 확산이 지배적 인 역할을 한다
- 화염의 최고높이는 대략 최소높이의 2배정도 된다.
4.9.3 화재플럼의 구조
4.9.3.1 연속화염영역 : 연료표면 바로 위의 영역으로 지속적으로 화염이
존재하고 연료가스의 흐름을 가속시키는 영역이다
- 난류화염에서 화염의 평균높이 Lf = 0.23Q ²/ ⁵-1.02D
- 최대 화염온도는 800℃를 초과하지 않는다.
4.9.3.2 간헐화염영역 : 간헐적으로 화염의 존재와 소멸이 반복되는 영역
으로 거의 일정한 유속이 유지 되는 곳으로 화염이 최대높이와 최소높이까지 요동하기 때문에 그 차이 는 2배 정도이다
- 화재플럼 기저로부터 외부 소용돌이 생성과 이탈을 갖는 "와류발산"
때문으로 화염직경에 영향을 받는다
- 소용돌이 생성주기 f =
4.9.3.3 부력화염영역 : 열원의 위에서 상승되는 대류 열류의 기둥
- 주위 유체와 상호작용에 의해 결정되며 플럼내의 온도는 열원의 강도와 그 위의 높이에 의존한다.
- 무한 대기에서 이상적인 플럼은 축 대칭성이며 부력이 너무 약해져서
점성력을 이겨내지 못하는 높이까지 수직으로 상승한다.
- 플럼 경계를 통해 인입되는 주변공기에 의한 희석작용의 결과 플럼이
냉각되고 높이에 따라 플럼이 넓어지며 상향 유속이 감소된다.
4.9.3.4 연기의 단층
- 화재초기 화원위에서 형성되는 연기기둥의 상승은 천장과 바닥의 온도차 에 비례하고 특히 대류성 열방출 과 주위의 공기변화에 영향을 받는다
- 연기가 상승하여 밀도 와 무게에 따라 층을 이루는 것
- 연기의 온도가 주위의 온도보다 낮을 경우 형성
- 화재 시 연기가 감지기에 도달하는 것을 방해하여 화재감지시간을 지연
시킨다.
4.9.4 화재플럼 과 구획경계와의 상호작용
4.9.4.1 구획벽의 방해플럼
- 벽의 경우 자유공간보다 2배의 열방출률 효과를 갖고 코너의 경우는 4배 의 열방출률 효과를 갖는 화염확장이 발생된다.
4.9.4.2 천장제트흐름 : Ceilling jet flow
- 고온의 연소생성물이 부력에 의해 힘을 받아 천장면 아래에 얇은 층을 형성하는 빠른 속도의 가스흐름
- 화재초기에만 존재한다.
- 천장제트흐름 영역에서의 온도는 수직 열기류로부터의 거리와 함수관계.
- 천장열류보다 온도가 낮은 천장재와 유입 공기쪽에서 일어나는 열손실에
의해 천장열류의 온도는 감소한다.
- 유효범위는 층고의 5 ~12%범위
- 최고의 온도 및 속도는 층고의 1%범위
- 화재감지기 및 스프링클러헤드는 유효범위 내에 설치한다.
4.9.4.3 수평화염
- 천장이 매우 낮거나 화재가 충분히 커서 화염이 직접 천장에 충돌될
경우 화염이 수평으로 굴절되고 공기인입속도가 현저하게 감소되어 그
길이가 상당히 연장된다.
4.9.4.4 화재플럼에 대한 바람의 영향
- 개방된 현장에서는 바람에 의한 화염의 굴절로 위험한 상황 초래.
- 보통 2[m/s]의 바람이 45°정도 굴절시키고 가연물이 직접적으로 화염과 충돌 또는 복사열류 수준을 증가시켜 순풍물체의 화재노출위험을 크게 증가시킨다
4.9.5 화재플럼의 계산
4.9.5.1 상당화재직경
4.9.5.2 가상원점 : Virtual origin
- 실제 화재와 동일 복사출력을 내는 플럼 중심선에 따라 위치하는 한 점
- Zo = 0.083 Q²/⁵ - 1.02D
4.9.5.3 화염의 높이
- 연속화염높이 : McCaffrey식
- 간헐화염높이 : McCaffrey식
- 평균화염높이 : Heskestad식
- NAPA 921 평균화염높이 : 가상화염을 포함하지 않는다
: 화염의 평균높이[m] Q : 총 열방출률[kW]
K : 상수 연료가 방 가운데 위치하는 경우 : 1
연료가 벽 부근에 위치하는 경우 : 2
연료가 코너에 위치하는 경우 : 4
4.9.5.4 플럼 중심선의 온도 및 속도
4.9.5.4.1 Heskestad 방법
- 플럼 중심선에 최고온도(
)
: 플럼 중심선의 최고온도[℃]
: 주위온도[℃]
- 플럼 중심선의 유속(
)
- 플럼 중심선에서 질량흐름속도(m)
m = 0.0056Q (단, Z<
인 경우)
4.9.5.4.2 McCaffrey 방법
- 플럼 중심선에 최고온도(
)
: 플럼 중심선의 최고온도[℃]
: 주위온도[℃]
Q : 열방출률[kW]
- 플럼 중심선의 유속(
)
- 플럼 중심선에서 질량흐름속도(m)
m =
4.9.5.4.3 Alpert 방법
- 플럼 중심선에 최고온도 (
)
: 플럼 중심선의 최고온도[℃]
: 주위온도[℃]
Q : 열방출률
- 플럼 중심선의 유속
4.9.5.5 공기인입효과
- 화재가 방의 가운데에서 발생할 때는 공기인입이 모든 방향에서 균일
하게 일어나는 축대칭성이 된다.
- 화재가 벽 근처에 있을 때는 공기가 모든 방향에서 균등하게 일어날 수 없어 공기가 자유공간에서 많이 들어오고 화염이 벽을 향해 기울게
된다. 즉 공기 인입이 적어진다는 것은 차가운 공기가 적어 냉각이
천천히 일어나게 되는 것을 의미한다. 이때는 가스가 위로 올라갈 시간 이 많아져 화염이 위로 늘어나게 된다.
- 화재가 코너에서 발생될 때는 차가운 공기가 들어올 경계면에 1/4로
줄어든다. 이렇게 되면 가스는 더욱 천천히 냉각되고 냉각되기 전에
위로 올라갈 시간이 많아지고 화염은 더 길어지게 된다. 이 효과는 벽
이나 코너에서 반사된 복사열이 연료표면에 도달하면 더욱 증진되고
따라서 열방출률이 증가된다.
4.9.5.6 연기생성
- 연기생성속도는 화재플럼에 의해 생성된 가스의 질량흐름속도와 비슷한 것으로 추산된다. 이러한 가정은 상승플럼으로 인입되는 공기의 량이
연기로 채워진 가스의 량과 같다는 원리에 근거한다.
이 원리가 가장 잘 맞는 관계는 원형의 상당 pool fire와 구획이 낮은 층에서 배출될 경우이다.
- 상부층의 하강에 대한 관계는 다음과 같이 표현된다.
: 연기층 하강속도
: 연기의 질량생성속도
: 연기층의 밀도
: 구획의 바닥면적
- 천장 아래 차는 연기를 계산 시 구획의 연기충진속도가 중요하다.
즉 얼마나 빨리 연기층이 천장으로부터 하강하는지에 대해 기여하는
요소는 일차적으로 생성된 연기량과 배출구 위치 등에 따른다.
화재 조사관들이 구획의 방에 일정하게 차는 연기층을 파악하는 것이
후에 화재기간이 희생자의 특정기간동의 연기노출을 결정하는데 중요
하기 때문이다.
연기 생성속도에 대한 Zukoski 방법(플럼의 질량흐름속도)
: 연기의 생성량[kg/s]
Q : 에너지방출속도[kW] Y : 화원으로부터 높이[m]
4.9.5.7 스프링클러헤드와 감지기 동작시간의 산출
: 헤드 나 감지기 작동시간[sec]
RTI : 응답시간 지수(
)
CHAPTER5. 화재
5.1 화재일반
5.1.1 화재의 정의 : 사람의 의도에 반하여 발생한연소로서 소화의 필요성을
느끼는 것
화재역학에서의 화재 한계기준 : 1,055[KW/㎥]
물1[ℓ] 1초당 1[℃]씩 올리는데 충분한 열량
화재반응을 지속시키기 위해서는 10¹⁰[KW/㎥]정도의 에너지밀도
5.1.2 화재의 분류
5.1.2.1 대상물체에 따른 분류
- 건축물화재
- 차량화재
- 산림화재
- 특종화재 : 위험물화재, 가스류화재, 원자력시설, 항공기화재, 지하철화재,
지하구화재, 터널화재 등
- 선박화재
5.1.2.2 연소되고 있는 물질에 의한 분류
5.1.2.2.1 일반화재 : A급 화재 : 백색
- 일반가연물
- 가장 발생빈도가 높다
- 물 등 수계소화설비로 소화
5.1.2.2.2 유류화재 : B급 화재 : 황색
- 인화성액체
- 대형화재의 위험성
- 포 소화약제, 가스계 소화설비, 분말, 미분무수 등으로 소화
5.1.2.2.3 전기화재 : C급 화재 : 청색
- 통전상태의 전기화재
- 전원이 차단된 경우 가연물의 종류에 따른 화재로 구분
- 비전도성 소화약제
5.1.2.2.4 금속화재 : D급 화재 : 무색
- 제3류 위험물, 제2류 위험물의 금속분과 제1류 위험물의 무기과산화물
- 대부분 금수성 물질이므로 모래 및 해당 금속에 적응성 있는 금속화재용
분말소화약제 사용
5.1.2.2.5 가스화재 : E급 화재 : B급 화재 적용
- 도시가스, 천연가스, 수소, LPG 등 가연성가스
- 대량의 물로 냉각 및 밸브 폐쇄 등의 방법으로 소화
5.1.2.2.6 식용유화재 : K급 또는 F급 화재 : NFPA , ISO분류에 의한 구분
- 인화점 과 발화점의 온도차가 적고 발화점이 비점이하여서 화재발생시
액온을 낮추지 않으면 소화하여도 재발화가 쉬운 화재
- 질식소화 및 이물질을 넣어서 냉각하는 소화
5.1.2.3 화재규모에 따른 분류 :
화재조사 및 보고규정: 소방방재청 훈령 14호 (2004. 6. 1)
- 즉소 : 인명피해가 없고 피해액이 50만원 이하 화재
- 부분소 : 즉소, 반소, 전소에 해당이 없는 화재
- 반소 : 건물의 30%이상 70%이하 소실
- 전소 : 건물의 70%이상 소실 또는 보수 시 재사용 불가
5.1.2.4 특수화재
- 대형화재
가. 인명피해 : 사망 5명 이상이거나 사상자 10명 이상 발생 화재
나. 재산피해 : 20억원 이상 추정되는 화재
- 중요화재
가. 관공서, 학교, 정부미 도정공장, 문화재, 지하철, 지하구등 공공건물
및 시설의 화재
나. 관광호텔, 고층건물, 지하상가, 시장, 백화점, 대량 위험물을 제조· 저장·취급하는 장소, 대형 화재취약대상 및 화재경계지구
다. 이재민 100명이상 발생화재
- 특수화재
가. 철도, 항구에 매어둔 외항선, 항공기, 발전소 및 변전소의 화재
나. 특수사고, 방화 등 화재원인이 특이하다고 인정되는 화재
다. 외국공관 및 그 사택
라. 기타 대상이 특수하여 사회적 이목이 집중될 것으로 예상 되는 화재
5.1.2.5 사상자 구분
- 경상 : 기타 부상
- 중상 : 3주이상의 입원치료를 필요로 하는 부상
- 사망 : 화재사고 후 72시간이내 사망자 포함
5.1.3 화재의 연소 : 불길이 이웃으로 번져가는 형태
- 정상연소
- 접염연소
- 대류연소
- 복사연소
- 비화연소
5.2 물질의 화재위험
5.2.1 가연성고체
5.2.1.1 목재
5.2.1.1.1 물리적 성질
- 낮은 열전도성 : 열이 내부로 침투하는 속도 지연
- Heavy timber 또는 대형집성 목재트러스 : 건물의 구조강도는 동일한 응력의 철골에 비하여 화재 시 더 긴 시간의 강도를 발휘한다
5.2.1.1.2 함수율
- 함수율이 15% 이상 일때는 불이 잘 붙지 않는다
5.2.1.1.3 목재의 발화
- 나무가 탈 때의 온도 : 나무의 종류, 형태, 크기 및 함수율에 따라 각각 다르다
- 가열속도, 가열시간, 나무에 가해지는 열원의 성질 및 공급되는 산소의 양도 인화점에 영향을 준다
- 나무의 평균 인화점 : 200[℃]
- 나무의 열분해 4단계
온도[℃] | 반응 |
200℃이상 | 수증기, 탄산가스, 개미산 및 초산의 발생 |
200~280℃ | 수증기 감소, 일부 일산화탄소 발생( 흡열반응 상태) |
280~500℃ | 인화성 증기의 입자와 함께 발열반응, 숯이 되는 일부 2차반응 |
500℃ 이상 | 뚜렷한 촉매작용으로 숯으로 변함 |
5.2.1.2 플라스틱 및 중합제
- 건물 안의 구조용 과 마감재료
- 선 처리 및 후 처리제품
5.2.1.3 섬유
- 천연섬유 : 식물 및 동물에서 추출된 섬유제품
- 합성섬유
- 난연성섬유 : 방염처리
5.2.2 인화성 및 가연성액체
5.2.2.1 분류
5.2.2.1.1 인화성액체 : Flammable Liquid
- Class Ⅰ A : 인화점 22.8℃미만으로 비등점이 37.8℃ 미만인 것
- Class Ⅰ B : 인화점 22.8℃이하로 비등점이 37.8℃ 이상인 것
- Class Ⅰ C : 인화점 22.8℃이상이고 비등점이 37.8℃ 미만인 것
5.2.2.1.2 가연성액체 : Combustible Liquid
- Class Ⅱ : 인화점이 37.8℃ 이상이고 60℃ 미만인 것
- Class Ⅲ A : 인화점이 60℃ 이상이고 93.4℃ 미만인 것
- Class Ⅲ B : 인화점이 93.4℃ 이상인 것
5.2.2. 성질
- 증기압 : [psia] pounds per square inch absolute
- 인화점
- 비등점
- 비중
- 증발률
- 점도
- 증발잠열
- 발화온도
5.2.3 저장 및 취급
- 저장용기는 밀폐하여 통풍이 잘되는 찬 곳에 저장한다
- 화기의 접근을 피하고 가열하지 않는다
- 증기 및 액체의 누설에 주의하여 저장한다
- 정전기발생 및 축적을 억제한다
- 인화점 이상으로 가열하지 않는다
- 증기는 높은 곳으로 배출하기 위한 시설을 설치한다
- 전기설비는 방폭형 전기기계기구를 사용한다
5.2.3 기체
5.2.3.1 화학적 성질
- 인화성기체
- 비인화성기체
- 독성기체
- 반응성기체
5.2.3.2 물리적 성질
- 액화 기체 : 압축
- 비액화기체 : 연소범위 200 ~ 6,000[psia]
- 초저온액체 : 용기안의 기체가 -150[℃]의 온도상태이고 액상
산소, 질소, 수소, 아르곤, 헬륨과 천연가스(LNG)
5.2.3.3 용도에 의한 분류
- 의료용가스
- 산업용가스
- 연료가스
5.3 실내화재
5.3.1 화재진행 단계
5.3.1.1 발화 : Ignition
5.3.1.2 화재성장단계 : Developing Fire 또는 Fire Growth
- 연료지배형화재 : Fuel Controlled Fire
- 검토사항 : smoke plume, ceiling jet flow, 연기층의 깊이, 연소가스의
농도, 연기층의 온도
- 제1성장기
- 제2성장기
5.3.1.3 전실화재 : Flashover
- 전공간화재 : Full Space Involvement
5.3.1.3.1 Pre-flashover : 전실화재 전 단계 : 화재안전의 예측
화재의 탐지 및 거주 인원의 안전피난
방의크기 및 구조, 건축자재 , 창문의 크기, 연료의 양,
종류 및 배열 상태등에 따라 영향을 받는다
5.3.1.3.2 Post-flashover : 전실화재 후 단계
실내온도 결정 변수 : 연료의 연소열량, 연소에 필요한 공기의 유입상태, 단열효과 등
5.3.1.3.3 Flashover 시간에 영향을 주는 인자
- 실의 형태
- 발화원의 위치
- 연료높이
- 환기개방
- 연료의 밀도
- 연료의 지속성
- 발화원의 면적
- 열방출률
- 발화시간
5.3.1.3.4 공식
- McCaffery QFO = 610(hkAtA√H)¹/²
- Babrauskas QFO = 750 A√H
- Thomas QFO = 7.8At +378A√H
- Hagglund QFO = 10508At
5.3.1.4 최성기 : Fully -Developed Fire)
- 환기지배형 화재 : Ventilation Controlled Fire
- 열류조건 : 실내 150[KW/㎡], 바닥면 복사수열량 60~80[KW/㎡],
천장면 복사수열량 100~150[KW/㎡],
5.3.1.4.1 연소속도
- R =
- 중성대 : Neutral zone
5.3.1.4.2 화재온도
- QT = QW +QL +QR
- 온도인자 FO = A√H /At = 0.06에 해당한다
5.3.1.4.3 화재계속시간
- T =
=
=
×
Af / A√H : 화재계속시간인자 : Fire duration factor
5.3.1.4.4 개구부의 화염분출
- 화염분출 : 상층의 창유리를 파괴해 상층연소의 원인이 된다
화재규모, 개구부의 형상, 위쪽 벽의 상태
- 방지대책 : 허리벽 설치
개구부 위쪽에 차양설치
창면에 살수하는 드렌처설비 설치
창유리를 금속 망입유리로 설치
창 내측 가까운 곳에 가연물을 근접시켜 설치 금지
5.3.1.4.5 역화 : Back Draft : 밀폐된 공간에서 Flashover후 산소부족상태 에서 화재실의 문을 개방할 때 신선한 공기가 대량으로
유입되어 실내에 축적되었던 가연성 가스가 단시간에 폭발 적으로 연소함으로서 화재가 폭굉을 동반하여 실외로 분출 되는 현상
5.3.1.4.5.1 Back Draft 발생하기 위한 조건
- 사전에 실내가 충분히 가열되고
- 다량의 가연성 가스가 축적되어 있는 것이 전제 조건이 되며
- 화재 시 가스배관이 파손되어 가스가 새어나와 발생하는 폭발도
Back Draft가 되어 폭굉과 충격파를 일으킨다
5.3.1.4.5.2 방지대책
- 폭발력의 억제 : 문의 개방 안전형 평가
시건장치 유무, 자물쇠의 종류, 개폐방향
- 환기 : 열기류 배출 (천장 환기구 개방)
- 소화 : 개방전․ 후 소화
- 격리 : 상층 또는 인접 건물로 확대 방지 : 방수준비
5.3.1.5 감쇄기
- 평균온도가 최고값의 80%이하로 떨어진 후의 단계
- 7~ 10℃/ min
5.3.2 실내화재 중요한 용어
5.3.2.1 연료지배형화재 : 연료량이 적고 통기량이 충분한 경우
5.3.2.2 환기지배형화재 : 연료량이 많고 통기량이 적은 경우
5.3.2.3 화재하중 : 구획내 가연물이 에너지값을 지칭한다
W =
=
5.3.2.4 개구인자가 구획화재에 영향을 미치는 인자
- 연소속도 : V =
=
- 온도인자 : FO = A√H / At
- 계속시간인자 : T = Af / A√H
- 개구부 크기 와 모양
5.3.2.5 화재저항 : 화재시간동안 방화벽이나 구조적 요소들이 그 기능을
계속할 수 있도록 하기 위한 건축물 구성요소의 능력
으로 내화성능
5.3.2.6 화재가혹도 : 방호공간 안에서 화재의 세기
- 온도-시간곡선에서 300[℃]의 기준선이상에서 곡선부의 면적기준.
- 300[℃]의 기준선이상에서 두 곡선의 면적이 같으면 화재가혹도가 같다 고 한다.
- 화재 시 지속시간이 긴 것은 가연물량이 많은 양적 개념
최고온도는 최성기 때의 온도로서 화재시의 질적 개념이다.
5.3.2.7 화재가혹도의 주요소
- 최고온도 : Maximum Temperature
단위시간당 축적되는 열의 량인 열축적률이 크면 화재강도가 커진다
- 지속시간 : Duration
화재실의 화재하중에 따라 결정된다 : 가연물의 양
가연물의 양이 많을수록 연소지속시간이 길고 최고온도 지속시간도 길어 진다
5.3.2.8 화재가혹도와 소화수주의 상관성 : 주수율 Water density
- 화재강도 : 주수율 결정
- 화재하중 : 주수시간 결정
5.3.2.9 화재강도의 주요소 : Fire Intensity
- 가연물의 연소열 : 물질의 종류에 따른 특성치
- 가연물의 비표면적 : 물질의 단위 질량당 표면적
- 공기(산소)공급 :
공기의 공급이 원할할수록 소진율이 커지고 열발생률도 커진다
개구부의 크기, 개수, 위치에 좌우된다.
- 화재실의 벽, 천장, 바닥의 단열성
개구부를 통한 방열
구조체를 통한 방열 : 단열상태에 따라 축열된다.
5.3.2.10 실내화재의 환기파라미터
nV=k A √H f (T₁, T₀) n : 시간당 환기회수
H : 개구부의 높이
- 환기파라미터(개구인자)
개구인자 : 환기파라미터 : A √H : Ventilation Parameter
- 환기파라미터와 연소속도의 관계
환기지배영역 : 개구인자 (A √H)에 비례
연료지배영역 : 개구인자와 관계없이 일정한 크기를 나타낸다.
5.3.3 실내화재 시 개구부의 중성대 : Neutral Zone
- 천장측 정압 : 실내 ＞ 실외
- 바닥측 정압 : 실내 ＜ 실외
- 천장과 바닥의 중간 아래측 정압 : 실내=실외
5.3.3.1 중성대의 개념 : 압력분포에서 실내정압이 실외정압 면이 같은 곳
- 중성대의 위쪽은 실내정압이 실외정압보다 높아 실내에서 실외로 공기가
유출되고 중성대 아래쪽에는 실외에서 실내로 공기가 유입된다.
5.3.3.2 중성대의 형성
- 화재실내의 정압 : 압력에 의해 결정
고온층의 온도에 의해 결정 : 연소속도가 큰 것을 의미 - 중성대의 높이
비중량 =
중성대의 높이 Y =
화재 시 실온이 높아질수록 중성대의 위치는 낮아지면 외부로 부터의 공기유입이 적어지고 연소가 소강상태가 되고 열방출속도가 완만해져 실온이 내려가 중성대가 다시 높아지고 하는 과정의 반복
연료지배형화재에서 환기지배형화재로 전환
-고층건축물의 중성대 :
초고층의 건축물에서의 실내․ 외 정압차가 너무 커서 출입문 및 창의
개폐가 불가한 경우가 발생한다.
5.3.3.3 중성대의 이해와 활동
- 화재실의 연기분출 :
창문 전체에서 연기분출 : 창문 아래쪽에 중성대
창문의 일정높이에만 연기분출 : 연기분출 창의 최하단면이 중성대
5.3.4 표준온도-시간곡선
- 목조건물 : 최성기 : 출화 후 7~8분, 1,100~1,200℃
감쇠기 : 출화 후 15~30분, 200~300℃
- 목조건물 난연1급 : 1,120℃, 난연2급 : 840℃, 난연3급 : 550℃
- 내화구조 건물 : 최성기 : 출화 후 10~30분, 800~1,000℃
감쇠기 : 출화 후 연소조건에 따라 240분까지 유지
1,000~1,200℃
- 내화구조의 내화시간 : 30분 : 840℃, 1시간 : 925℃, 2시간 : 1,010℃, 3시간 : 1,050℃, 4시간 : 1,095℃
-ISO834 T-T₀ = 345log( 8t +1) T : 화재실의 온도
T₀ : 화재실 초기온도
5.3.5 구획실 화재분석
- 구획실에서 연기온도
연기온도 ΔT =6.85
Q : 화재에서 열방출률 hk : 열전달계수 At : 실내면적
A : 환기개구부의 면적 H : 환기개구부의 높이
열전달계수는 화염에 노출되는 시간 과 열침투시간을 비교하여 결정
* 노출시간 t가 tp 보다 클 때 hk =
=
* 노출시간 t가 tp 보다 작을 때 hk =
* kρc : 열관성 : 물질의 열저장능력
- Flashover : Flashover열량 예측
- McCaffery QFO = 610(hkAtA√H)¹/²
- Babrauskas QFO = 750 A√H
- Thomas QFO = 7.8At +378A√H
- Hagglund QFO = 10508At
- 환기지배화재 : 공기의 소모량으로 열량 계산
환기지배 시 공기량 ma = 0.5A √H [kg/s]
열방출량 Qmax = ma ․ 3,000 [kj / kg ]
- 최성기 화재의 크기
[조건] 전형적인 완전성장화재의 온도 800[℃],
가연물의 기화열 1~5[kj/g], 평균연소열 20[kj/g]
Q = σ T⁴ = (5.67× 10⁻¹¹) ×(1,073)⁴=75.15[kw/㎡]
ma =
Q = 450[g/s] × 20[kj/g]
= 9,000[kw] = 9.0[MW]
5.4 화재의 현상 및 형식
- 화염전파 : 예혼합연소 : 기상 중의 화염전파
확산연소 : 액상 또는 고상표면에 대한 화염전파
5.4.1 가스폭발과 가스화재
5.4.1.1 가스폭발
- 조성조건 (농도조건) : 연소범위
- 발화원의 존재 (에너지조건)
5.4.1.2 가스화재 : 난류확산화염
- 방출가스의 흐름 :
층류 : Laminar Flow : 화염의 길이는 가스유속이 증태와 함께 커진다
난류 : Turbulent Flow : 화염의 길이는 그이상의 증대는 없고 거의
일정값을 가진다
5.4.2 석유화재의 거동
5.4.2.1 액면상의 연소확대
- 연소확대 : 가연성액체의 액면상의 한 점에서 착화가 일어나면 화염은 액면을 따라서 일정한 속도로 퍼져나간다
- 가연성 액체온도가 인화점보다 높을 경우 : 예혼합형전파
액면상의 증기는 어떤 위치에서나 가연범위에 들어있는 농도영역이 존재
Vm = ASu (
= 2 ~3 Su
최대연소확대속도 일반적으로 탄화수소나 알코올이 값은 200 [㎝/s]전후 이다.
- 가연성 액체온도가 인화점보다 낮을 경우 : 예열형전파
화염에 의하여 미연소 액면이 예열되므로 연소확대가 시작된다
화염전파방향과 같은 방향의 표면장력동류라 한다
5.4.2.2 저장조 내의 화재인 액면화재 : Pool Fire
5.4.2.2.1 액면강하속도
- 용기의 직경증가에 따라 액면 강하속도는 감소하나 용기가 1[m]이상인 경우는 직경과 관계없이 일정하다
V = A ×
[mm] Hc : 연료의 연소열 Hv : 연료의 증발열
5.4.2.2.2 액면 아래의 온도분포
- 경질류 와 중질류의 온도분포
- 열류층(Hot Zone) 형성
5.4.2.2.3 화염높이
- 화염높이 L = A Fr d
Froude수의 함수로 표기 Fr =
5.4.2.2.4 바람에 의한 화염경사 : tanθ = W² / gd
5.4.2.3 증기운폭발 : Vapor Cloud Explosion
- 저장탱크 주변 화재 시(기타 요인) 복사열이 저장탱크에 전달되어 증기의 방출이 많아져서 점화원이 주어지면 폭발발생
5.4.2.4 가연성액체의 유출을 수반하는 화재
- 유출화재
- 유출액면의 화재확대를 예측하는 방법
에너지 모델 : 연속 유출시 적용이 어렵고 상황변화에 대응하기 어렵다
힘의 평형 모델
중력흐름 모델 : Show-Briscoe의 이론을 권장
5.4.2.5 석유류 탱크의 화재발생시 물이 원인이 된 넘침 현상
5.4.2.5.1 Boil Over현상
- 중질유 : Hot Layer 또는 Hot Zone
Hot Zone온도 원유 : 150~200℃, 중유 : 250℃
열류층 하강속도(Heat Wave settling ratio) : 15~50[inch/hr]
- 물이 수증기로 변화 시 1,650배의 부피팽창
- Boil Over 방지대책
탱크내의 수층의 형성을 방지 : 주기적 기계적 교반
유류 와 Emulsion상태로 유지
탱크 저부의 물을 정기적으로 배출한다
화재 시 적당한 시기에 모래나 비등석등을 탱크내에 던져 돌비현상 방지
5.4.2.5.2 Slop Over현상
- 소화작업으로 인한 물(포소화약제등 수계 소화약제등)주입하면 수분의
급격한 증발에 의한 현상
5.4.2.5.3 Forth Over현상
- 탱크 저부에 물 또는 수분이 존재 시 위험물 주입 시 발생하는 현상
5.4.3 플라스틱화재
5.4.3.1 종류
5.4.3.1.2 열가소성수지 : 재성형 가능
- 서로 공유결합된 탄소원자의 매우 긴 분자사슬(main chains)
5.4.3.1.2 열경화성수지 : 재성형 할 수 없고 높은 온도로 가열시 분해된다
- 단단한 고체를 형성하는 공유결합된 탄소만으로 구성
5.4.3.2 화재의 위험성 : 플라스틱의 종류, 양, 노출정도
5.4.3.3 플라스틱공장의 화재요소
- Dust :분진형태
- Flammable solvents static electricity :정전기로 인한 인화성용제 인화
- Heating elements : 전기기계기구의 부분적 과열
5.4.3.4 고분자물질 연소의 특성
- 고체 : 분해연소 형태
5.4.3.5 고분자물질의 연소과정
- 가열 : Heating
외부의 열로 고분자물질의 온도가 상승
온도상승속도 : 공급열의 유입속도, 공급체와 수용체의 온도차이, 고분자물질의 비열, 열전도율, 융해열, 증발열등에 의해 결정
- 분해 : Decomposition
가연성가스
불연성가스
액체
고체
연기처럼 보이는 고체입자나 고분자 조각들
- 점화 : Ignition : 인화점, 발화점, 한계산소농도
- 연소 : Combusition
- 연소확대 : Propagation
- 배출과정 : 연소열의 일부와 연소생성물은 계외로 배출
연소열의 일부는 대류, 전도, 복사를 통해서 미연소의 고분자 가연물을 가열하여 다시 흡열과정이 되풀이 되어 연소
사이클이 형성된다
5.4.3.6 플라스틱화재의 위험성
- 산소결핍 : 17% : 무산소증, 생존최저농도 : 10%
- 화염 : 화상은 피부의 온도가 65℃이상으로 1초 이상 유지되면 발생한다
노출된 피부와 접촉 시 화상을 유발한다
- 열 : 생존한계온도 150[℃]
내열한계 통상복 : 3,600[kcal/㎡ ․ hr]
내열방열복 : 7,200[kcal/㎡ ․ hr]
- 연소가스 : 내가스한계 : CO가스에 대해서 2~4[%․ min]
- 연기 : 시야차단, 자극효과, 패닉상태 유발
내연한계 : 감광계수( Cs ) 0.1/m로 시정거리 27m
- 구조물의 붕괴 : 열과 화염에 의해 시설물붕괴
뜨거운 구조물의 주수에 의한 급작스런 냉각으로도 발생
5.5 화재의 소화 : 소화의 조건을 정성적 및 정량적으로 표현
5.5.1 물리적 소화방법
5.5.1.1 연소에너지 한계에 바탕을 둔 소화방법
- 연소 시 발생 열에너지 흡수 : 냉각소화(인화점과 발화점 이하로 냉각)
- 열용량(비열 과 질량의 곱)을 이용하는 것
투여한 매체의 상변화에 수반한 증발잠열을 이용하는 것
5.5.1.2 농도한계에 바탕을 둔 소화방법(혼합기의 조성변화에 의한 소화법)
- 질식소화법
- 희석소화법 :
5.5.2 화재를 강풍으로 불어서 소화하는 방법 : 폭발 등으로 대량의 공기류
5.5.3 화학적 소화방법
- 분말소화약제 : 약제 분해 시 흡열반응에 의한 냉각효과
탄산가스에 의한 질식효과
연쇄반응을 제어하는 화학작용 및 발화원에 의한 활성종
의 흡착
- 할론소화약제
- 청정소화약제
5.5.4 발화의 물질조건에 바탕을 둔 예방대책
5.5.4.1 불연화 도모 : 불연화 또는 발연속도가 작은 물질로 변환
5.5.4.2 조성변화 : 가연물과 산화제의 조성을 변화 시키는 것
- 가연범위 밖으로 혼합조성을 유지하는 것 : 환기, 통풍 및 밀폐
5.5.4.3 제3의 물질 첨가 : 불활성화
- 이산화탄소, 수증기, 질소 및 할로겐화탄화수소
5.5.5 소화의 종류
5.5.5.1 제거소화
- 가연성가스의 밸브 차단 : 연소범위
- 전기화재 시 단전
- 미연소가스 제거 및 화염을 불어 점화원 과 접촉 차단
- 고체가연물 제거 및 미연소부분 파괴 등
5.5.5.2 질식소화 : 산소의 비율 15[%vol]
5.5.5.3 냉각소화 : 소화약제의 비열과 잠열이용 냉각
5.5.5.4 부촉매소화 : 할로겐화물소화약제, 분말소화약제,
청정소화약제 HCFC계열, HFC계열, FC계열
강화액의 칼륨이온K+, 물의 하이드로늄이온 H₂O+
5.5.5.5 유화소화 : 유류표면에 엷은 막이 유화층을 형성
- 무상의 소화약제, 포 소화약제, 무상의 강화액 소화약제등
5.5.5.6 희석소화 : 수용성 가연성액체에 많은 양의 물을 일시에 방사
5.5.5.7 피복소화
- 공기보다 무거운 소화약제 : 이산화탄소, 할로겐화합물소화약제
5.5.5.8 방진소화
5.5.5.9 탈수소화 :
- 수분(H₂O)을 빼앗아 연속적인 연소반응이 일어나지 않게 하여 소화
제3종분말소화약제 : 제1인산암모늄(NH₄H₂PO₄)
5.5.6 소화약제의 성능 : 화재의 종류․ 크기, 가연물질의 성상․ 형태
- Required Exfinguishing Medim Portion
- REMP = 소화약제중량 [mg]/ 프로판가스중량[mg]
Halon 1301 320[g] : 4~ 5
20㎛ Water mist 160[g] : 1.9
5.5.7 이론소화농도와 설계소화농도의 차이점
5.5.7.1 이론소화농도 : Theoretical concentration
- 연소한계농도 : 일반가연물 15~16%
탄화수소류 10% 내외
분진 8% 내외
특정가연성가스 및 위험물는 더 낮은 농도
- 이론소화농도 : 최소산소농도 MOC
- CO₂소화약제 이론소화농도
CO₂%=
28.57%
5.5.7.2 설계소화농도 : Designconcentration
- 가연물의 안전율은 A급, C급 화재의 경우 20% B급은 30%를 고려하여 설계한다
- 연소범위가 넓은 경우와 분진과 같은 심부화재가 예상되는 가연물의
경우는 안전율을 보다 큰 값으로 고려하여 설정한다
- CO₂% = 28.57% × 1.2 = 34.28 %
5.5.8 물의 소화약제로서의 특성
- 물은 비열과 증발잠열이 크다 : 1 cal / g℃, 539 cal / g
- 어디서나 쉽게 구할 수 있고 가격이 싸다
- 증발 가열되어 약 1,700배로 팽창된다
- 비압축성 유체로서 Pumping이 쉽고, 배관등을 통해서 이송이 쉽다
- 물의 방사형태(봉상, 분무상, 미분무수)에 따라 적응성이 다양하다.
- 일반가연물에는 뛰어나 침투력을 가지고 있다
- 충분한 표면장력을 가지고 있다
5.5.9 물의 소화능력을 향상시키기 위한 첨가제
5.5.9.1 부동액 : Anti-freeze Agents
- 물이 0℃ 동결 시 10%체적 팽창과 250 kg/㎠ 압력 발생
소화약제로서의 기능상실
- 부동액 유기물질 : 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜등
무기물질 : 염화칼슘 과 부식억제제를 혼합한 물질
5.5.9.2 침윤제, 적심제 : Wetting Agents
- 표면장력 저하시켜 심부화재 시 내부로 침투하여 화재진압.
- 물 : 72 dyne/㎝
- 계면활성제 1%
5.5.9.3 증점제, 농축제 : Thickening Agents
- 점성을 높이기 위해서 첨가하는 첨가제
- 화심까지 도착율을 높이고 연료표면 밀착력향상
열흡수능력 향상, 바람이나 화재플럼에 저항
- 산불화재에 유용하다.
5.5.9.4 밀도개선제 : Density Modifier
- 물의 소화능력을 증가 시키기 위하여 물의 밀도를 보충하는 첨가제
- 수용성 폼
5.5.9.5 유화제 : Emulsifier
- 물을 미세하게 분사시킬 경우 기름층 표면에 유화층(Emulsion)을 형성
- 폴리옥세실렌, 알킬에테르등 비이온계 물질
5.5.9.6 유동화재
- 입자사이에 윤할막 형성 및 각 성분물 사이 부착력 감소
- 호스의 마찰력 감소
5.5.10 가스계 소화약제의 농도 계산방법
5.5.10.1 완전치환 : complete displacement
- 소화약제가 공기를 완전 치환 한다
5.5.10.2 무유출 : No efflux
- 소화약제 방출시 완전 밀폐공간으로 방사된 소화약제가 방호구역내에 잔류하는 것을 무유츨
농도(C)[%] =
C : 소화약제농도, V : 방호체적, S : 비체적, W : 약제의 중량,
Vg : 가스체적
C =
W =
5.5.10.3 자유유출 : Free efflux
- 소화약제 방사 시 방사된 소화가스의 부피만큼 실내공기와 소화가스의 혼합기체로 개구부등을 통해서 외부에 배출되는 경우를 가정하는 경우
- 가스계 소화약제 방출시 작은 개구부, 특별배기관등을 통해서 밀폐공간 으로 자유롭게 배기
- NFPA 12 : X = 2.303
Vs : 20℃에서의 가스의 비체적 [㎥/㎏]
5.5.11 가스계 소화시스템과 관련된 용어 정의
5.5.11.1 배관 허용 용적비
- 용어정의 : 배관의 내용적 / 소화약제의 체적
- 배관 허용 용적비를 두는 목적 :
화약제 방출 시 배관의 내용적이 소화약제 체적에 비하여 필요 이상
으로 클 경우 완전방출시간이 지연되어 소화약제의 효율저하, 약제의 열분해로 인체에 유해한 생성물의 량을 증가시키기 때문에 이러한
현상을 방지하기 위하여 방출시간과 배관허용용적비 제한을 두는 것
이다
- 약제별 배관 허용 용적비 및 방출시간 : 별도의 저장장소에 설치
약제명 | 배관허용용적비[%] | 방출시간[sec] |
Halon 1301 | 150 | 10 |
HCFC Blend A(nafs-Ⅲ) | 95 | 10 |
HFC-227ea(FM-200) | 80 | 10 |
IG-541(Inergen) | 66 | 60(1분) |
5.5.11.2 방출시간 제한 이유 :
- 지정 방출시간내에 최소설계농도의 95% 해당 소화약제를 방출
- Halon계 : 열분해생성물 제한
배관내 2상 유체 균등한 혼합유동
소화피해 최소화
방호구역 내부 과압 형성방지
- Inergen : 소화피해 최소화
산소고갈상태 연소지속방지
5.5.11.3 과압배출장치
5.5.11.3.1 용어정의
- 밀폐된 방호구역에서 방출된 약제의 가스체적이 방호구역의 체적에 추가
됨으로 인해 방호구역 내부의 압력이 순간 상승하게 되는데 이때의
과도한 압력을 배출시키는 장치
5.5.11.3.2 약제별 배출구 면적 산출 공식
- 이산화탄소 소화약제 : X =
X : 피압구면적 [㎟]
P : 방호구역내 허용압력[KPa]
Q : 분당소화약제량 [㎏/min]
- HCFC Blend A : X =
X : 피압구면적 [㎡]
W : 소화약제량 [㎏]
- Inergen : X =
X : 피압구면적 [㎠]
P : 방호구역내 허용압력[㎏/㎡]
Q : 1분간 Inergen 방출량[㎥/min]
5.5.11.3.3 이너젠 소화약제
- 설계농도가 높고 고압기체 상태로 방사되므로 가스체적이 매우 커서
압력상승에 대한 배출을 고려
- 소화약제 소화성능 유지하기 위해서는 반드시 밀폐가 전제되어야 한다
5.5.11.3.4 과압배출장치(피압구) 선정
- Back Draft Type : Pressure Relief Damper
- 일반적 사용규격 : 550[㎜] × 550[㎜] 이하로 하는 것이 효과적이다
5.5.11.4 설계농도유지시간 : Soaking Time
- 용어정의
표면화재시 가스계 소화약제 방출로 설계농도에 도달하여 완전소화되어 재발화 되지 않도록 하기 위한 시간이며
심부화재시는 가스계 소화약제가 소화작용을 위해서 내부로 침투하는데 필요한 시간
- Code별 Soaking Time
Code명 | 약제명 |
| Soaking Time[분] | 비고 |
NFPA Code | 이산화탄소 소화약제 | 표면화재 | - |
|
|
| 심부화재 | 20 |
|
| Halon 소화약제 |
| 10 |
|
| 청정소화약제 |
| 10 |
|
IRI Code | 이산화탄소 소화약제 | 표면화재 | 3 |
|
|
| 심부화재 | 최소20/레코드창고30 |
|
| Halon 소화약제 | 표면화재 | 10 |
|
|
| 심부화재 | 30 |
|
| 청정소화약제 |
| 10 |
|
5.6 소화의 응용분야
5.6.1 방염 :
- 연소하기 쉬운 건축물의 실내장식물등에 어떤방법을 통하여 연소하기
어렵게 만드는 가공처리 방법
- 일반적으로 불꽃을 댈때는 타지만 불꽃을 제거하면 스스로 불꽃을
내면서 계속 타지 않고 직접화염을 전파 확대하지 않게 처리하는 것
5.6.1.1 방염처리 소방대상물 : 소방시설유지및안전관리에관한법률
- 선 처리제품 및 후 처리제품
- 법 제12조제1항 본문에서 "대통령령이 정하는 물품"이라 함은 제조 또는 가공공정에서 방염처리를 한 물품(합판·목재류의 경우에는 설치현장에서 방염처리를 한 것을 말한다)으로서 다음 각 호의 어느 하나에 해당하는 것을 말한다.
1) 창문에 설치하는 커텐류(브라인드를 포함한다)
2) 카페트, 두께가 2밀리미터 미만인 벽지류로서 종이벽지를 제외한 것
3) 전시용 합판 또는 섬유판, 무대용 합판 또는 섬유판
4) 암막· 무대막(「영화 및 비디오물의 진흥에 관한 법률」 제2조제10호에 따른 영화상영관에 설치하는 스크린을 포함한다)
5.6.1.2 방염대상처 : 소방시설유지및안전관리에관한법률
5.6.1.2.1 법 제12조제1항 본문에서 "대통령령이 정하는 특정소방대상물" :
1)근린생활시설 중 안마시술소 및 헬스클럽장, 건축물의 옥내에 있는 문화집회 및 운동시설로서 수영장을 제외한 것, 숙박시설, 종합병원, 통신
촬영시설 중 방송국 및 촬영소
2) 노유자시설, 의료시설 중 정신보건시설 및 숙박시설이 있는 청소년시설
3)「다중이용업소의 안전관리에 관한 특별법」 제2조제1항제1호의 규정에 의한 다중이용업의 영업장
4) 제1호 내지 제3호에 해당하지 아니하는 것으로서 층수(「건축법 시행령」 제119조제1항제9호의 규정에 의하여 산정한 층수를 말한다. 이하 같다)가 11층 이상인 것(아파트를 제외한다)
5.6.1.2.2「다중이용업소의 안전관리에 관한 특별법」 제2조제1항제1호의 규정에 의한 다중이용업의 영업장
-"대통령령이 정하는 영업"은 다음 각 호에 해당하는 영업을 말한다.
1) ｢식품위생법 시행령｣ 제7조제8호에 따른 식품접객업 중 다음 각 목의 어느 하나에 해당하는 것
가. 휴게음식점영업․제과점영업 또는 일반음식점영업으로서 영업장으로 사용하는 바닥면적(｢건축법 시행령｣ 제119조제1항제3호에 따라 산정한 면적을 말한다)의 합계가 100제곱미터(영업장이 지하층에 설치된 경우에는 그 영업장의 바닥면적 합계가 66제곱미터) 이상인 것. 다만, 영업장(내부계단으로 연결된 복층구조의 영업장을 제외한다)이 지상 1층 또는 지상과 직접 접하는 층에 설치되고 그 영업장의 주된 출입구가 건축물 외부의 지면과 직접 연결되는 곳에서 하는 영업을 제외.
나. 단란주점영업과 유흥주점영업
2) ｢영화 및 비디오물의 진흥에 관한 법률｣ 제2조제10호, 같은 조제16호가목 및 나목에 따른 영화상영관․비디오물감상실업․비디오물소극장업
3) ｢학원의 설립․운영 및 과외교습에 관한 법률｣ 제2조제1호에 따른 학원
(이하 "학원"이라 한다)
가. ｢소방시설 설치유지 및 안전관리에 관한 법률 시행령｣ 별표 3에 따라 산정된 수용인원(이하 "수용인원"이라 한다)이 300인 이상인 것
나. 수용인원 100명 이상 300명 미만으로서 다음의 어느 하나에 해당
하는 것. 다만, 학원으로 사용하는 부분과 다른 용도로 사용하는
부분(학원의 운영권자를 달리하는 학원과 학원을 포함한다)이
｢건축법 시행령｣ 제46조에 따른 방화구획으로 나누어진 경우는 제외 한다.
(1) 하나의 건축물에 학원과 기숙사가 함께 있는 학원
(2) 하나의 건축물에 학원이 둘 이상 있는 경우로서 학원의 수용인원이 300명 이상인 학원
(3) 하나의 건축물에 제1호․제2호 및 제4호부터 제8호까지에 규정된 다중이용업 중 어느 하나 이상의 다중이용업과 학원이 함께 있는 경우
4) 목욕장업
가. 하나의 영업장에서 ｢공중위생관리법｣ 제2조제1항제3호가목에 따른 목욕장업 중 맥반석이나 대리석 등 돌을 가열하여 발생하는 열기나
원적외선 등을 이용하여 땀을 배출하게 할 수 있는 시설을 갖춘
것으로서 수용인원(물로 목욕을 할 수 있는 시설부분의 수용인원은
제외한다)이 100명 이상인 것
나. ｢공중위생관리법｣ 제2조제1항제3호나목의 시설을 갖춘 목욕장업
5) ｢게임산업진흥에 관한 법률｣ 제2조제6호․제6호의2․제7호 및 제8호의
게임제공업․인터넷컴퓨터게임시설제공업 및 복합유통게임제공업.
다만, 게임제공업 및 인터넷컴퓨터게임시설제공업의 경우에는 영업장
(내부계단으로 연결된 복층구조의 영업장은 제외한다)이 지상 1층 또는
지상과 직접 접하는 층에 설치되고 그 영업장의 주된 출입구가 건축물 외부의 지면과 직접 연결된 구조에 해당하는 경우는 제외한다.
6) ｢음악산업진흥에 관한 법률｣ 제2조제13호에 따른 노래연습장업
7) ｢모자보건법｣ 제2조제12호에 따른 산후조리업
8) 화재위험평가결과 위험유발지수가 제11조제1항에 해당하거나 화재발생시 인명피해가 발생할 우려가 높은 불특정다수인이 출입하는 영업
으로서 소방방재청장이 관계 중앙행정기관의 장과 협의하여 행정
자치부령으로 정하는 영업
5.6.1.2.3｢다중이용업소의 안전관리에 관한 특별법 시행령｣(이하 "영"이라 한다) 제2조제8호에서 "행정자치부령이 정하는 영업"이란 다음 각 호의 어느 하나에 해당하는 영업을 말한다.
1) 고시원업 : 구획된 실(室) 안에 학습자가 공부할 수 있는 시설을 갖추고 숙박 또는 숙식을 제공하는 형태의 영업
2) 전화방업․화상대화방업 : 구획된 실(室) 안에 전화기․텔레비전․모니터 또는 카메라 등 상대방과 대화할 수 있는 시설을 갖춘 형태의 영업
3) 수면방업 : 구획된 실(室) 안에 침대․간이침대 그 밖에 휴식을 취할 수 있는 시설을 갖춘 형태의 영업
4) 콜라텍업 : 손님이 춤을 추는 시설 등을 갖춘 형태의 영업으로서 주류판매가 허용되지 아니하는 영업
5.6.1.3 방염 물질의 구비조건
- 재료의 변색이나 변질이 없을 것
- 무색, 무취이며 독성이 없을 것
- 방부, 방출 효과가 있을 것
- 효력이 오래갈 것
5.6.1.4 방염의 원리
- 화학물질 : 비연소성가스 발생 - 연소표면 산소 차단
- 화학물질 : 자체 흡열반응
- 화학물질 : 반응 발생 분자․ 원자: 흡열반응 : 연쇄반응 차단
- 화학물질 : 미연소성가스․ 억제 발생 : 피복․ 산소차단, 열기차단
- 연소반응을 변화시킬수 있다 : 아주 작은 입자 생성
5.6.1.4.1 피복이론
- 불꽃에 의해 쉽게 용융되는 무기염류를 방염제로 사용
- 용융염류의 막이 섬유표면을 피복하여 연소에 필요한 산소공급을 차단
- 붕사 나 붕산염의 혼합물
5.6.1.4.2 가스이론
- 가연물의 열분해 생성물인 가연성 가스를 방염제의 열분해에 의해 발생 하는 불연성가스로 희석하여 가연성가스의 연소를 방지하는 것
- 염화아연, 염화칼슘 등의 방염제
5.6.1.4.3 열역학적 이론
- 방염화학물질 자체의 흡열반응
5.6.2.4.4 화학적이론
5.6.1.5 방염성능기준
- 다음 각 호의 기준에 의하되, 방염대상물품의 종류에 따른 구체적인
방염성능기준은 다음 각 호의 기준의 범위 내에서 소방방재청장이
정하여 고시하는 바에 의한다.
1) 버너의 불꽃을 제거한 때부터 불꽃을 올리며 연소하는 상태가 그칠 때
까지 시간은 20초 이내 : 잔염시간
2) 버너의 불꽃을 제거한 때부터 불꽃을 올리지 아니하고 연소하는 상태
가 그칠 때까지 시간은 30초 이내 : 잔진시간
3) 탄화한 면적은 50제곱센티미터 이내, 탄화한 길이는 20센티미터 이내
4) 불꽃에 의하여 완전히 녹을 때까지 불꽃의 접촉횟수는 3회 이상
5) 소방방재청장이 정하여 고시한 방법으로 발연량을 측정하는 경우 최대연기밀도는 400 이하
5.6.1.6방염제의 종류
5.6.1.6.1 방염액 : 가연성 재료에 대하여 형상등을 변화시키지 않고 방염화 하기 위하여 방염성이 물질을 물 또는 용제에 용해하여 만든 액체
5.6.1.6.2 방염도료 : 가연성 재료에 대하여 형상등을 변화시키지 않고
방염성이 있는 물질을 도료와 혼합한 것.
5.6.1.6.3 방염성물질 : 가연성 재료에 대하여 형상등을 변화시키지 않고
방염성이 있는 물질을 고체 또는 분말형태로 만든 것.
5.6.2 재료의 난연화 방법과 난연제
5.6.2.1 개념
- 연소과정 ( 가열(흡열과정)-분해과정-혼합과정-발화연소과정-배출과정)) 중 어느 한 단계를 차단하면 고분자재료의 난연화가 일어난다
5.6.2.2 난연화방법
5.6.2.2.1 열전달의 제어방식
- 고분자재료의 온도상승을 저지하는 것 : 고체 표면에 열전열성이 높은
피막을 형성시키는 방법
5.6.2.2.2 열분해속도의 제어방식
- 열분해속도를 감소시켜 가연성 가스의 발생을 적게 하는 방법
- 열분해속도를 증가시켜 가연성 가스의 착화온도에 도달하기 이전에
전체량을 방출시켜 버리는 방식
5.6.2.2.3 열분해생성물의 제어방식
- 발생가스 중 가연성 가스의 함량을 감소시켜 잘 타지 않도록 하는 방법
5.6.2.2.4 기상반응 제어방식
- 기상 중에 연소반응을 억제하는 물질을 방출함으로써 발염성을 감소
시키는 것
- 고상억제 : 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb), 비스무트(Bi)등 Ⅴ족 물질
열분해될 때 가연성가스의 발생을 감소시키는 것
셀룰로오스, 폴리우레탄, 폴리에테르등에 효과적
에폭시수지와 페놀수지등에는 유효하지 않다
- 기상억제 : 할로겐화합물
5.6.3 난연제의 종류
5.6.3.1 고상억제 난연제 :
- 인, 비소, 안티몬, 비스무트등 주기율표 Ⅴ족 물질
5.6.3.2 기상억제 난연제
- 활로겐화 탄화수소
5.6.3.3 기상-고상억제 난연제
- 산화안티몬 - 할로겐 함유물등
5.6.4 난연제 첨가방식
5.6.4.1 첨가형 : 기성의 고분자 제품에 난연물질을 혼합하는 방식
5.6.4.2 반응형 : 고분자물질 합성 시 난연물질을 첨가하여 고분자 물질
사이에 가교를 형성시키는 방식
내구성이나 내수성이 우수하다
5.6.5 불활성화 방법 : Inerting
5.6.5.1 개요 : 연료의 농도와 관계 없이 산소농도를 감소시키는 방법
5.6.5.2 불활성화방법 : 불활성 또는 불연성가스를 주입하는 방법
5.6.5.2.1 진공 퍼지 : Vacuum Purging
- 용기가 허용하는 진공도까지 용기를 진공 처리한다.
- N₂나 CO₂등 불연성가스를 주입하여 대기압과 같게 한다.
- 위 단계를 불활성화 농도가 될 때까지 반복한다.
5.6.5.2.2 압력 퍼지 : Pressure Purging
- 용기에 가압된 Inert gas를 주입함으로서 Purge한다
- 가압된 가스가 용기 내에서 충분히 확산한 후 그것을 대기 중에 방출한다.
- 불활성 농도가 되기 위해서는 여러번의 가압 순환이 필요하다
- 가압퍼지가 진공퍼지 보다 시간은 감소되나 많은 Inert gas가 소모된다.
5.6.5.2.3 스위프 퍼지 : Sweep through Purging
- 용기 한쪽의 개구부로부터 퍼지가스를 주입하고 다른 한쪽에서는 혼합
가스를 용기 밖으로 배출시키는 방법
- 용기나 장치에 압력을 가하거나 진공으로 할 수 없을 때 사용하는 방법
5.6.5.2.4 사이폰 퍼지 : Siphon Purging
- 용기로부터 액체를 뽑아 내면서 공기중에 Purge gas를 주입하는 방법
- Purge gas의 부피는 용기의 부피와 같고 Purge 속도는 액체를 방출하는 부피의 흐름속도와 같다
CHAPTER6. 연기 위험성 및 방재특성
6.0 연기의 개념
- 연기정의 : 가연물이 연소할 때 생성되는 물질은 고상의 미립자, 액상의
타르등 액적입자, 무상의 증기 및 기상의 분자가 공기중에서
부유 확산하는 복합혼합물
0.01㎛정도의 미립자
- 연기발생 메카니즘
1단계 : 열에 의해서 열분해가스 및 증기
160 ~360[℃] : CO, CO₂
360 ~432[℃] : H, C₂H₂, 탄화수소가스류
2단계 : 가연성 가스들이 계속 공급되는데 열에 의해서 공기와 결합하여
연소가 일어나 연소생성물 발생
열분해가스의 연소와 병행하여 증발되고 남은 잔재물인 탄화목탄 이 연소
탄소(C)가 주성분이고 그 밖에 미량의 철, 이산화규소등의 무기질 이 포함되어 있다
6.1 연기의 농도
- 절대농도 : 중량농도법, 입자농도법
- 상대농도 : 투과율법
6.1.1 중량농도법 :
- 단위체적당 연기입자의 중량 [㎎/㎥]
- 단순히 연기입자의 중량만으로 평가되며 형상이나 크기, 색깔과는 무관.
6.1.2 입자농도법
- 단위체적당 연기입자의 개수 [개/㎤]
- 단순히 연기입자의 개수만으로 평가되며 형상이나 크기, 색깔과는 무관.
6.1.3 투과율법
- 연기속을 투과한 빛의 양 : 광학적 농도표시
- 감광계수 Cs [m⁻¹]
- Cs =
[m⁻¹] L : 거리[m], I₀ : 연기가 없을 때 빛의 세기
I : 연기가 있을 때 빛의 세기
- 감광계수 Cs의 개념은 감지하기 어려우나 감각적으로 연기입자의 같은 크기 즉 단위 체적당 입자수
- 보행속도 저하 및 피난의 장애
감광계수 | 가시거리[m] | 상황설명 |
0.1 | 20~30 | 연기감지기 동작 건물에 익숙하지 않은 사람들의 피난에 지장 |
0.3 | 5 | 건물에 익숙한 사람이 피난에 지장 |
0.5 | 3 | 약간 어두운 기분이 들 때의 농도 |
1.0 | 1~2 | 거의 전방이 보이지 않는다 |
10 | 수십㎝ | 최성기의 화재층의 연기농도 암흑상태로 유도등도 보이지 않는다 |
30 | - | 화재실에서 연기가 배출될 때의 연기농도 |
6.1.4 광학밀도 : Optical Density
- D = -10 logD(
)
6.1.5 미국 표준국(NBS)에 의한 광학적 농도
- ASTM E662 인 고체표면에서 발생하는 연기의 비광학적농도측정법
- D = DS
DS : Specific Optical Density : 무차원
6.2 연기의 유동
- 저층 건축물 : 열, 대류이동, 화재압력과 같은 화재의 영향
- 고층 건축물 : 가스의 팽창, 굴뚝효과, 외부풍압의 영향, 건물에서의
강제적인 공기 유동등
6.2.1 가스의 팽창
- 최성기의 온도 : 약 1,000℃
- Boyle - Charles' Law
6.2.2 굴뚝효과
- 건물내부와 외부공기 사이의 온도와 밀도차이, 즉 부력차로 인하여 (대류 현상) 건물을 통한 수직적인 자연공기유동에 의해 변화하는 것.
- 정상상태에서 건물 내의 자연적인 공기유동은 대부분 굴뚝효과이며
고층건축물 화재시 연기와 독성가스를 폭 넓게 확산시키고 있다
- ΔP = (ρo-ρi) × g × h
- PV = nRT =
RT
- P =
RT =
RT =ρ
RT ρo =
ρi =
P = 1[atm], M = 28.954[g], R = 0.082[atm․ ℓ / mol․ K]
ΔP =
(
) × g × h
=
(
) × 9.8[m/s] × h
= 3,460 (
) h
- 굴뚝효과의 크기는 건물높이, 외벽의 공기차단, 층간 공기누설내부와
외부사이의 온도차의 함수이다
- 중성대 하부에서 화재발생 : 연기는 건물의 상부로 침투하면서 상부층
으로 이동하며, 연기 자체의 온도에 의한
부력으로 상승속도가 더욱 증가
- 중성대 상부에서 화재발생 : 연기가 외부로 누출되면서 상승하고 연기
자체온도에 의한 부력으로 상승속도가 더욱 증가한다
- 대규모 건축물에서 건축물 하부에서 화재발생 하면 E/V실 이나 계단실등 수직공간의 연돌효과에 의한 연기가 상승으로 퍼져 가는데
건축물의 중성대 아래쪽은 수직 공간내로의 유입만이 가능하므로 수평
방향으로의 연기확산은 거의 없으며
건축물의 중성대 위쪽은 수직공간 밖으로 유출하려는 경향 때문에
연기가 수평으로 확산되는데 상층으로 갈수록 그러한 경향은 더욱 커져
연기가 상층부터 충만되어 내려오는 것이다
- 굴뚝효과에 영향을 주는 인자 : 건물의 높이
외벽의 기밀성
건물 내부․ 외부의 온도차
건물의 층간 공기의 누설틈새
HVAC System
엘리베이터의 피스톤효과(Piston Effect)
6.2.3 부력 : Buoyancy
- 연소가스는 온도차에 의한 밀도저하에 의해 상승기류를 형성하여 천장면 에 도달한 후 측면으로 확산되고 압력차에 의해 천장면 또는 개구부의 누설틈새를 통해 급격히 상부층으로 이동한다
- 비중량은 연기온도에 반비례한다
6.2.4 바람의 효과
- 바람이 불어오는 쪽에 면한 벽과 불어가는 벽면의 압력차 발생
- 건축물의 상부와 주위에서 다량의 공기 유동의 원인이 된다
저층 폭 넓은 건축물 : 지붕위로 다량의 공기유동
폭 좁은 고층 건축물 : 측면에서 다량의 공기유동
ΔP =
ΔP : 차압 [N/㎡] Ta : 주위온도[K]
V : 풍속[m/s]
- EX) 주위온도 293[K], 풍속 7[m/s]시 : 30[N/㎡]압력차 발생
6.2.5 HVAC-System
- 건물내의 기류의 강제 이동
- 화재시 HVAC-System은 자동폐쇄 하거나 소화설비와 연동하여 연기를 외부로 신속히 배출할 수 있도록 설계되고 시공되어야 한다.
6.2.6 Piston Effect
6.2.6.1 엘리베이터에 의한 Piston효과
- 엘리베이터 가동 시 압력차 발생
6.2.6.2 터널의 Piston효과
- 터널을 운영하는 차량의 공기저항에 의해 기류를 형성하는 효과로 교통 환기력을 발생시켜 외부 자연풍 외에 자연환기를 유도하는 역할.
- 연기확산을 더욱 빠르게 하므로 조기경보 System에 의해 화재발생시
차량이 터널의 진입을 차단하여야 한다.
6.3 건축화재 시 연기의 특징
6.3.1 연기는 광선을 흡수한다.
6.3.2 연기는 유독가스를 다량으로 함유한다.
6.3.3 고온도의 화염을 수반하고, 화재확대 연소의 주역이 된다.
6.3.4 산소결핍
6.3.5 화재 시 발생되는 연기는 고열이며 유동, 확산이 빠르다
6.4 화재단계별 발연
6.4.1 화재초기의 발연
- 재료 중 수분의 방출에 의해 백색 또는 회색발생
- 연기량 : 전체 가연물의 종류 나 표면적, 위치 등에 관계
- mp =0.065Q¹/₃Y⁵/₃
6.4.2 최성기의 발연 : 개구조건에 지배
- Ms = 6.2
6.4.3 Flashover시의 발연
- Q =
[㎥ / min]
6.5 연기의 유해성
6.5.1 생리적 유해성 : 질식상태, 중독증상
6.5.1.1 산소결핍
- 산소농도 15~16% : 인체에 영향
6%이하 : 급격히 의식을 잃어 사망한다.
6.5.1.2 일산화탄소 중독
- 혈액중의 헤모글로빈(Hb)과 결합하여 카르폭시헤모글로빈(CO-Hb)가
되어 뇌로의 산소공급 저하를 초래하여 질식사고로 이어진다
카르폭시헤모글로빈(CO-Hb)은 옥시헤모글로빈(O₂-Hb)보다 결합력이
210배 된다.
- 저농도에서 두통 과 혈압저하, 의식불명등을 초래한다.
6.5.1.3 그 외 다른 유독가스 중독
- 시안화수소(HCN), 염화수소(HCl), 폼알데하이드(HCHO), 암모니아
(NH₃), 아황산가스(SO₂)등
6.5.1.4 열기에 의한 화상
- 고온의 연기 흡입 : 기관지 및 허파가 화상을 입어 호홉곤란에 빠진다.
6.5.1.5 입자에 의한 자극
- 탄소입자가 눈 및 폐를 자극하고, 그을음이 코 및 목구멍에 막혀 질식 및 호홉곤란을 초래하는 경우도 있다
6.5.2 시각적 유해성
- 검은 연기는 빛이 흡수되어 시야를 어둡게 하고 흰 연기는 빛이 산란
되어 판별하기 어렵게 되어 시각장해가 일어나는 것이다
- 가시거리 및 보행속도
6.5.3 심리적 유해성
- 심리적 스트레스가 증가하고 행동정지, 판단정지
- 감광계수 Cs 0.1[m⁻¹]에서 사람들이 동요하기 시작.
6.5.4 화재 시 연소생성물과 유독성
- 완전연소 : 생성물의 수는 적으며 탄산수소, 물, 탄산가스․ 물, 질소가스, 아황산가스, 오산화인, 할로겐화수도 생성
- 불완전연소 : 완전연소 시 생성물과 다수의 산화물이나 분해생성물이
생긴다.
6.6 연기제어의 목적과 기본원리
6.6.1 연기제어의 목적
- 건축물 내의 재실자 외부 등 항구적으로 안전한 공간으로 피난하기까지 피난에 필요한 공간의 연기농도를 재실자의 피난에 지장을 주지 않는 상태로 유지하는 것
- 건축물 내의 소화활동 또는 일시적으로 피난자가 체류하는 동안에 그들 공간의 연기농도를 활동에 지장이 없는 상태로 유지하는 것.
6.6.2 기본개념
- 구획화에 의해 연기의 확산과 침입을 방지할 수 있으며 연기제어의 기본 이 되는 방안이다
6.6.2.1 구획화 : Compartment
- 공간을 벽과 수직벽으로 구획함에 의해 연기의 확산과 침입을 방지할 수 있으며 연기제어의 기본이 되는 방안이다
6.6.2.2 배연 : Exhaust
- 연기 자체를 제어하여 연기의 강하나 확산을 방지하고 연기농도의 저하 를 도모하는 것을 목적으로 하고 있다.
- 충분한 깊이의 연기층이 형성되어 연기의 체류가 필요하고 연기의 층이 엷은 상황에서는 하부의 공기를 흡입하게 되어 배연효과가 감소한다.
- 배연구 : 공간의 최상부에 설치하는 것이 바람직하다
6.6.2.3 차연 : Confinement
- 온도차가 발생 : 차압형성
- 자연대류에 저항하기 위한 차압을 강제적 부여하면 연기의 확산․ 침입을 방지하는 것
- 특별피난계단의 가압방연시스템 :
압력이 높은 실 : 기계에 의한 강제급기 나 외부에서의 급기구 설치
압력이 낮은 실 : 강제급기 나 외부로의 배기구 설치
6.6.2.4 연기의 강하방지
- 연기층이 흩어지지 않고 거주구역 이나 인접한 실과의 사이의 개구부
까지 강하하지 않는다면 연기확산은 방지되고 피난 장애도 없게 된다.
- 배연구를 공간 최상부에 설치함과 동시에 급기구를 하부에 설치하여
급기구에서의 유입공기가 확실하게 하부 공기층으로 공급되게 한다.
- 천장이 높은 아트리움 이나 극장 등에 유효 :
공기와 연기의 2층 존모델(Zone Model)을 채용한 시뮬레이션 프로그램
6.6.2.5 축연
- 공간의 용적이 대단히 크고 천장높이가 충분히 높은 경우
6.6.2.6 희석
- 연기의 농도가 낮아 피난이나 소화활동에 지장이 없는 수준으로 유지
6.6.3 연기제어의 기법
6.6.3.1 밀폐방연방식 :
- 불연재료로 구획된 화재실을 밀폐 : 화재성장억제 및 연기의 유출방지
- 소규모, 기밀성이 높은 거실의 방연에 적합
- 피난 후 문의 폐쇄가 확실하지 않으면 유효하지 않다
6.6.3.2 축연방연방식
- 화재실 상부에 충분한 연기의 축적 공간을 확보 :
피난종료 시 까지 거주지역에 연기가 낙하하는 것을 방지
- 천장이 높고 화재하중이 작은 공간에 적합
6.6.3.3 자연배연방식
- 연기의 부력을 이용하여 천장 및 벽 상부에 설치된 개구부를 통해 연기 를 외부로 배출하는 방식
- 장점 : 창등을 배연구로 이용
- 단점 : 외기의 영향을 받는다
연돌효과의 영향을 받아 건축물의아래층에는 자연배연을 기대할 수 없는 경우가 있다
6.6.3.4 스모크타워방식
- 자연배출용 세로 방향 샤프트를 설치
- 샤프트에 발생한 부력과 외부풍력에 의한 흡인력을 이용하여 배연하는 것
- 급기덕트를 별도로 설치 : 배연샤프트의 단면적이 과대하게 커지는 단점
6.6.3.5기계배연방식
6.6.3.5.1 제1종 기계배연 : 기계급기 및 기계배연
- 장점 : 화재실로 부터의 누연 방지 및 계단 전실등 피난경로의 확보가
유효하다
- 단점 : 급․ 배기 모두 기계력에 의존하며 정전시 기능상실, 장치가 복잡
하고 풍량의 밸런스에 주의
6.6.3.5.2 제2종 기계배연
- 기계급기방식 또는 가압방연방식
- 장점 : 저온의 외기 흡입 : 장시간 운전 가능
작은 공기량으로 방연의 목적을 달성
- 단점 : 급기가 과대하면 화세를 강하게 하고 적절한 압력조정이 행해
지지 않으면 갑․ 을종 방화문의 개방에 장애가 발생
6.6.3.5.3 제3종 기계배연
- 연기를 기계배연에 의해 풍도를 통해 배출하므로 연기가 유효한 높이
까지 하강하는 것을 방지함과 동시에 실내의 압력을 낮추어 다른 구역 으로 연기가 유출하는 것을 방지
- 장점 : 일정량의 배연을 안정하게 확보
- 단점 : 설비가 고온의 연기 및 대량의 연기에 대응할 수 없다
6.7 연기제연시스템
6.7.1 방연시스템 : 연기를 일정 공간 구획내로 가두어서 축연하는 방법
연기의 확산 방지
- 구획에 의한 방연
- 가압에 의한 방연
6.7.2 배연시스템 : 구획내의 연기가 거주지역 (바닥에서 2.1m)까지 하강
하는 것을 방지
천장부에 축연된 연기를 외부로 유출목적으로 사용한다.
- 자연력 이용방식 : 배연창, 배연구에 의한 자연 배연방식
스모크 타워 배연방식
- 기계력 이용방식 : 흡입 기계 배연방식
급․ 배기 기계 배연방식
6.8 주요 공간의 방연대책
6.8.1 대규모공간(아트리움 및 돔)의 연기제어
- 공간의 크기를 유효하게 활용하는 연기제어 :
축연으로 연기의 하강 및 지연방지
- 연기제어의 목적
대공간 내에 있어서 거주자의 피난안전의 확보를 도모하고
대공간 내에 있어서 소화활동의 확보를 도모하고
대공간에 면하는 거주부로의 위험확산의 방지를 도모하는 것
- 연기제어에 필요한 요구사항
대공간 내의 피난 및 소방활동에 지장이 없도록 연기층의 높이를 확보
인접 거주부에 연기가 침입하지 않도록 연기층의 높이 및 압력차 확보
대공간 내의 내벽 등이 파손되지 않도록 연기층 온도를 유지한다.
- 대공간의 아래 부분으로 부터의 급기경로가 확보되지 않으면 유효하게 배출되지 않는 경우가 있기 때문에 주의를 요한다.
6.8.2 샤프트공간의 연기제어 : 연기의 전달경로
- 계단실의 방화문에 차연성 요구 및 상시 폐쇄식 추천
6.8.2.1 엘리베이터 샤프트
- 연기의 전달경로
- 보완대책 : 승강로비를 차연성이 있는 문 및 셔터로 구획
엘리베이터 샤프트 자체를 가압하여 연기의 침입을 방지
엘리베이터 승강문 자체에 차연성이 있는 것을 사용
6.8.2.2 에스컬레이터 샤프트
- 큰 개구부 : 구획형성의 신뢰성의 면으로부터 연기확산의 위험이 높은 것- 방화방연 샤프트에 의해 구획하는 것 : 셔터강하 불량 및 지연 : 연기확산
- 보완책 : Class-screen 병용 : 차연 도모
6.9 방․ 배연 계획 시 유의점
6.9.1 공간특성과 일치를 도모할 것
- 가연물, 기밀성, 체적등 공간의 특성에 주의하여 적절한 방․ 배연방식 및 방연구획을 선택
6.9.2 피난계획과 일치를 도모할 것
- 방․ 배연의 목적 : 피난자를 연기로부터 보호
6.9.3 구획설정과 방․ 배연 방식과 일치를 도모할 것
- 방․ 배연방식에 알맞은 구획의 구성이 요구된다.
6.9.4 기타
6.9.4.1 날씨
- 제연시스템은 가동 즉시 연돌효과와 풍압에 노출된다.
6.9.4.2 차압
- 최소차압은 40[Pa](옥내 스프링클러설비가 설치된 경우 12.5Pa)으로
부력, 풍압, 팽창 등을 극복하기 위한 값.
- 최대허용차압 : 110[N]이하로 제한
NFPA Life Code 130[N], BS 5588-Part4 100N
6.9.4.3 방연풍속
- 거실 : 0.7[m/s]
- 복도 : 0.5[m/s], 0.7[m/s](기타구조)
6.9.4.4 열린 문의 수
- 건축물의 용도, 사용 상황에 따라 20층 이하 1개소, 20층 초과 시 2개소
6.9.4.5 기류
- 제연구역에서 연기의 역류방지, 방연풍량 확보 :
화재의크기( 열방출률 ), 용도 등에 따라 달라야 한다.
- 영국 : 비상용승강기 방연풍속 2.0[m/s]
6.10 대형 건축물에서 연기제어 및 고려할 사항
- 가연물의 제한 및 내장재의 불연화
- 초기소화
- 거실은 급․ 배기방식에 의한 제연, 복도는 배기, 전실 및 계단실은 급기 가압에 의한 제연
- 제연 경계별 설치
- 특별피난계단 및 비상용 승강기 승강장에 제연설비 설치
6.11 제연관련법규 요약
6.11.1 설치대상의 차이
6.11.1.1 배연설비 : 건축법
- 6층이상 건축물로서 문화 및 집회시설, 판매 및 영업시설, 의료시설,
교육연구시설 및 복지시설 중 연구소, 아동관련시설, 노인복지시설 및 유스호스텔, 운동시설, 업무시설, 숙박시설, 위락시설 및 관광휴게시설에 사용되는 거실
- 특별피난계단 및 비상용승강기 승강장
6.11.1.2 제연설비 : 소방법
- 문화집회 및 운동시설로서 무대부 바닥면적이 200[㎡]이상 또는 영화
상영관으로서 수용인원 100인 이상인 것
- 근린생활시설, 위락시설, 판매 및 영업시설, 숙박시설로서 지하층 또는 무창층의 바닥면적이 1,000[㎡] 이상인 것은 당해 용도로 사용되는
모든 층
- 판매 및 영업시설 중 시외버스정류장, 철도역사, 공항시설, 해운시설의 대합실 또는 휴게시설로서 지하층 또는 무창층의 바닥면적이 1,000[㎡] 이상인 것
- 지하가로서 연면적이 1,000[㎡]이상인 것
- 특정소방대상물에 부설된 특별피난계단 또는 비상용승강기 승강장
6.11.2 설치기준의 차이
6.11.2.1 배연설비
- 6층 이상의 문화집회시설등의 거실
자연배연방식(단 기계식 배연설비 사용 시는 소방관계법 준용)
- 특별피난계단, ㅂ상요승강기의 승강장
[단 급기가압(제2종) 또는 급․ 배기(제1종)방식 사용시는 소방관계법 준용]
6.11.2.2 제연설비
- 거실제연설비
제1종 기계제연방식 : 급기량 ≥ 배출량을 : 자연급기방식 불가능 하다
- 특별피난계단 계단실 및 부속실
제2종 기계제연방식
6.11.3 거실제연 과 부속실제연의 개념구분
구분 | 적용 | 제연대책 | 제연방식 | 적용장소 |
거실제연 | 화재실 Fire Area | 1.적극적 대책 2.Smoke Venting | 급․ 배기방식 (제1종) | 거실 |
부속실제연 | 피난로 Escape Route | 1.소극적 대책 2.Smoke Defence | 급․ 배기방식 (제2종) | 부속․ 계단실, 승강기 |
6.11.4 거실제연설비 설치기준
6.11.4.1 제연구역설정
- 하나의 제연구역 면적 : ≤ 1,000[㎡]
- 하나의 제연구역은 2개층 이상 층에 미치지 않을 것
(단, 층 구분이 불명확한 경우는 그 부분을 다른 부분과 별도로 제연 구획)
- 거실과 통로는 상호 제연구획 할 것
- 통로부분은 보행중심선의 길이가 60[m] 이내 일 것
- 거실부분은 직경 60[m]의 원에 내접할 것
6.11.4.2 제연경계
- 제연경계 폭은 60[㎝]이상, 수직거리는 2[m]이내
6.11.4.3 전원 및 기동
- 기둥벽, 제연경계벽, 댐퍼 및 배출기의 작동은 감지기와 연동되어야 하며 예상 제연구역 및 제어반에서 수동으로 가동이 가능해야 한다
6.11.4.4 급․ 배기기준
6.11.4.4.1 배기기준
구분 | 예상제연구역 |
| 배출량기준 |
단독 제연 방식 | 소규모거실 A＜400㎡ | 기계 배출방식 | - 바닥면적 1㎡당 ≥ 1㎥ 그리고 최저 5,000 CMH 이상 - 예상제연구역이 경유 거실인 경우 : 기준량 × 1.5배 |
|
| 통로 배출방식 | - 통로길이 ≤ 40m인 경우 제연경계 수직거리에 따라 25.000~45,000 CMH 이상 - 40m < 통로길이 ≤ 60m인 경우 제연 경제수직거리에 따라 30,000~50,000 CMH 이상 |
| 대규모거실 A＞400㎡ |
| - 직경 40m인 원에 내접하는 경우 제연 경계수직거리에 따라 40,000~60,000 CMH 이상 : 벽 구획 시 40,000 CHM 이상 - 직경 40m 원의 범위를 초과하는 경우 제연경계수직거리에 따라 45,000~ 65,000 CMH 이상 : 벽 구획 시 45,000 CMH 이상 |
공동 제연 방식 | 통로의 경우 | 제연경계가 아닌 경우 | - 45,000 CHM 이상 |
|
| 제연경계인 경우 | - 직경 40m 원의 범위를 초과하는 경우 제연경계수직거리에 따라 45,000~65,000 CMH 이상 (벽 구획 시 45,000 CMH 이상) |
| 벽 구획 |
| - 각 거실의 배출량을 합하여 적용 |
| 제연경계 구획 |
| - 각 거실중 최대인 배출량 적용 |
| 벽과 제연경계로 구획된 경우 |
| - 제연경계구획 중 최대와 벽 구획 배출량의 합을 적용한다. |
6.11.4.4.2 배출관련기준
구분 | 설치기준 |
|
|
배출구 | - 배출구 수평거리 : 예상 제역구역 각 부분에서 10m 이내 - 화장실, 목욕실 또는 사람이 상주하지 않은 50㎡ 미만의 창고 등은 배출구 및 배출량 산정에서 제외 |
|
|
| 예상 제연구역 | 구획방법 | - 배출구 설치 높이 |
| 소규모 거실 | 벽 | - 천장 또는 반자와 바닥사이의 중간 윗 부분에 설치 |
|
| 제연경계 (1개소 이상) | - 천장 ․ 반자 또는 이에 가까운 벽부분에 설치(단, 벽에 설치 시 배출구 하단이 최단 제연경계 하단보다 높을 것) |
| 대규모 거실 | 벽 | - 천장 ․ 반자 또는 이에 가까운 벽부분에 설치(단, 벽에 설치 시 배출구 하단과 바닥간 거리 ≥ 2m 이격) |
|
| 제연경계 (1개소 이상) | - 천장 ․ 반자 또는 이에 가까운 벽(제연 경계포함)에 설치 (단, 벽 또는 제연 경계에 설치 시 배출구 하단이 최단 재연경계 하단 보다 높게 설치) |
| - 천장에 설치하는 것이 원칙이나, 그 외의 경우 배출에 지장이 없도록 최소 규정을 둠 |
|
|
배출기 | - 배출기와 풍도의 접속부분에 사용하는 캔버스는 내열성이 있을 것 - 전동기와 배풍기 부분은 분리하여 설치하고, 배풍기 부분은 유효한 내열 처리를 할것 |
|
|
배출 풍도 | - 아연도금 강판 또는 동등이상 내열성, 내식성이 있되, 내열성의 단열재로 단열 처리할 것 - 풍도의 크기에 강판의 두께 |
|
|
배출 풍속 | - 배출기 흡입측의 풍도내 풍속 : 15 ㎧ - 배출기 토출측의 풍도내 풍속 : 20 ㎧ |
|
|
옥외 배출구 | -비, 눈 등이 들어가지 않고 배출된 여기가 공기유입구로 순환 유입되지 않도록 할 것 |
|
|
6.11.4.5 급기기준
6.11.4.5.1 급기량 기준
- 급기량 ≥ 배기량
6.11.4.5.2 급기방식
- 강제, 자연, 인접구역유입방식 중 택일
- 현실적으로 자연유입은 화재 시 배출량 이상의 급기 풍량 확보가 곤란
하므로 적용할 수 없다
6.11.4.5.3 유입구 높이
구분 | 제연구획방법 | 급기구의 위치 | 비고 |
단독 제연 방식 | 소규모의 거실로 벽으로 구획된 경우 | - 바닥 외의 장소에 설치 - 공기유입구와 배출구간 직선 거리는 5m이상으로 할 것 (단, 공연․ 집회장, 위락시설 용도의 면적이 200㎡이상인 경우 대규모 거실 기준 적용) | 기구를 배출구와 동일한 레벨인 반자에 설치할 수 있음 |
| 대규모의 거실로 벽으로 구획된 경우 | -바닥으로부터 1.5m 이하에 설치 - 그 주변 2m 이내에는 가연성 내용물이 없도록 할 것 | 급기구를 반자에 설치 할 수 없음 |
단독 제연 방식 | 통로의 경우와 제연경계로 구획된 경우 | - 유입구를 벽에 설치할 경우 : 대규모 거실 기준 적용 - 유입구를 벽에 설치할 경우 : 유입구 상단이 천장 과 바닥 사이의 중간 아랫부분 보다 낮게 하고 수직거리가 최단 제연경계 하단보다 낮게 설치 | 급기구를 반자에 설치 할 수 없음 |
구분 | 제연구획방법 | 급기구의 위치 | 비고 |
공동 제연 방식 | 각 예상제연 구획이 벽으로 구획된 경우 | - 단독 제연방식의 대규모 거실 기준 적용 | 급기구를 반자에 설치 할 수 없음 |
| 각 예상제연 구획의 일부 또는 전부가 제연경계로 구획된 경우 | - 공동 예상제연구역 안의 1개 이상의 장소에 단독 제연방식 중 통로의 경우 와 제연경계 로 구획된 경우 적용 | 급기구를 반자에 설치 할 수 없음 |
인접제연구역(통로상호 제연 방식) | - 그 인접한 제연구역의 유입구가 제연경계 하단 보다 높은 경우로 그 인접한 제연구역 또는 통로 의 화재 시 그 유입구는 : 각 유입구는 자동 폐쇄될 것 당해구역 내에 설치된 유입풍도가 당해 제연구획 부분을 지나는 곳에 설치된 댐퍼는 자동 폐쇄될 것 |
| 급기구를 인접구역이나 통로의 반자에 설치할 수 있음 |
6.11.4.5.4 유입관련기준
구분 | 설치기준 |
유입구 | - 배출구처럼 수량기준은 없음 (가능한 한곳보다는 분산배치로 담당 급기량을 줄여준다) |
유입구 크기 | - 예상제연구역 배출량 1[㎥/min]당 35[㎠]이상 |
유입구 풍속 | - 5[m/sec]이하 (유입구 =그릴을 의미함) |
유입구 설치 제외 | - 화장실, 목욕실, 사람이 상주하지 않는 50[㎡]미만의 창고 등은 유입구 설치에서 제외 |
유입풍도 내 풍속 | - 20[m/sec]이하 |
옥외 유입구 | - 비, 눈등이 들어가지 않고 배출된 연기가 공기유입구로 순환 유입되지 않도록 할 것 |
6.11.4.6 거실제연 설계 시 주의사항
- 제연구역의 설정 및 구획 :
제연구역 설정방법에 따라 제연구역을 설정한 후, 제연경계나 벽 등으로 구획한다.
- 각 구획별 바닥면적, 제연경계 수직거리 등에 따라 배출량 과 급기량을 정한다.
- 급․ 배기덕트의 면적, 경로와 재질을 정한 후 정압과 손실압력을 구한다.
- 총 배출량(급기량) 정압 및 손실압력 등에 따라 제연팬의 동력을 구한다.
P =
6.11.5 부속실 제연
6.11.5.1 제연구역의 설정
선정방법 | 채택하는 경우 |
계단실 및 부속실 동시 제연 | - 특별피난계단 구조에서 피난층에 부속실을 설치하지 않은 경우 (피난층 화재 시 계단실 방화문으로 연기가 유입할 우려가 없으므로) |
부속실 단독 제연 | - 피난층에 부속실이 있는 경우에 한 함 - 직통계단식 공동주택은 피난층에 부속실이 없어도 채택 가능함 : 각 세대가 방화문으로 구획되어 있으며 1층(피난층) 에는 세대 이외에 다른 용도의 실이나 로비와 같은 공간이 없다 계단실 아파트의 경우는 각 세대에는 피난 시 1층 에서 옥외로 피난이 가능한 구조이다 - 지하층만 부속실이 설치되고 피난층에 부속실이 없어도 채택 가능함 : 계단층만 부속실 설치대상인 경우 1층(피난층)에 부속실이 없는 경우로 보아 계단실 가압을 적용해선 안 된다는 의미임 |
계단실 단독 제연 |
|
비상용승강기 승강장 단독 제연 |
|
6.11.5.2 차압과 급기량
구분 |
| 기준 |
차압 | 최소차압 | - 40Pa(스프링클러 설치 시는 12.5Pa) 이상 |
| 최대차압 | - 출입문 개방에 필요한 힘(F)은 110N 이상 F = Fd +
Fd : 도어체크 폐쇄력 Kd : 상수 =1) ΔP : 차압 A : 면적 d : 거리(문손잡이 - 끝단 간) |
| 타층 출입문 개방 시 출입문 미 개방층의 차압 = 최소차압×70% |
|
| 계단실과 부속실 동시 제연시 | - 부속실 기압 = 계단실 기압으로 하거나 - 부속실 기압 ≤ 계단실 기압인 경우, 차압은 5Pa 이하로 할 것 |
급기량 | 급기량 | - 출입문 등의 누설량 (Q)+ 방연풍속유지를 위한 보충량(q) |
| 누설량 | - 제연구역의 누설량을 합한 양 Q = 0.827 × A × P¹/n × 1.25 × N |
| 보충량 | - 보충량(q)=k(S×V/O.6)-거실유입량(Q s= 방화문 면적 v : 방연풍속 0.66 : 방연풍량 이하는 1, 21층 이상은 2로 적용 |
6.11.5.3 과압방지장치
종류 | 기준 |
플랩댐퍼 | - 출입구 개방에 필요한 힘이 110N초과 시 개방되는 구조일 것 - 댐퍼날개면적 (A) ≥ |
차압조절형 급기댐퍼 | - 제연구역과 옥내사이의 차압을 압력센서 등으로 감지하여 제연구역에 공급되는 풍량의 조절로 제연구역의 차압 유지를 자동으로 제어할 수 있는 댐퍼 |
6.11.5.4 유입공기의 배출 :
부속실 제연설비 동작 시 제연구역에서 비 제연구역으로 유입되는 공기는
- 방화문을 통한 누설량
- 출입문 일시 개방에 의한 유입량
- 플랩댐퍼에 의해 거실로 유입되는 과압공기량으로 구성되며 이는 부속실 과 옥내간 차압형성을 방해하는 요소이므로 이러한 유입공기의 배출
장치가 필요하게 된다.
단 직통계단식 공동주택은 복도가 없고 구조상 적용이 곤란하여 제외
구분 | 설치기준 |
|
|
배출 방식 | 수직 풍도 배출 방식 | 자연배출 방식 | - 수직풍도내부단면적 (Aq : ㎡)≥ 1개층 방연 풍량 (Qn: ㎥/s) ÷ 2(단, 수직풍도 길이(L)가 100m 초과 시 20% 할증) |
|
| 기계배출방식 | - Ap´ ≥ Ap/4 (= Qn/4) 또는 풍속 15m/s이하 : 기계배출방식 수직풍도의 내부단면적 [㎡]) - 열기류에 노출되는 송풍기는 그 부품을 250℃ 에서 1시간 이상 가동상태를 유지할 것 - 송풍기의 풍량은 1개층 제연구역의 방연풍량 (Qn: ㎥/s)으로 할 것 - 송풍기는 옥내의 화재감지기와 연동하도록 할 것 |
| 배출구에 의한 배출 |
| 건축물의 옥내와 면하는 외벽마다 옥외로 통하는 배출구를 설치하는 것으로 배출구 개방은 화재 감지기와 연동하여 개방되는 구조 - 개폐기의 개구면적 (Ap : ㎡) ≥ Qn/2.5일 것 - 배출구는 옥외쪽으로만 열리도록 하고, 옥외의 풍압에 따라 자동으로 닫히는 구조일 것 |
| 제연설비에 의한 배출 |
| - 거실제연설비가 설치되어 있고 당해 옥내로 부터 옥외로 배출하여야 하는 유입공기의 양을 거실제연설비 배출량에 추가하여 배출하는 방식 (당해 거실제연설비에 따른 배출로 갈음) |
시키고 있다
구분 | 설치기준 |
|
수직 배출 풍도 | 풍도의 구조 | - 수직풍도는 내화구조일 것 - 내부면적은 0.5[mm]의 아연도 강판으로 마감, 접합부는 통기성이 없도록 할 것 |
| 배출댐퍼 | 댐퍼의 설치기준 - 댐퍼의 두께는 1.5[mm] 이상의 강판으로 비내식성 재료의 경우에는 부식방지장치를 할 것 - 평상시 닫힌 구조로 기밀상태를 유지할 것 - 개폐여부를 당해 장치 및 제어반에서 확인할 수 있는 감지기능을 내장하고 있을 것 - 구동부의 작동상태와 닫혀 있을 때의 기밀상태 를 수시로 점검할 수 있는 구조일 것 - 풍도의 내부마감상태에 대한 점검 및 댐퍼의 정비가 가능한 이․ 탈구조로 할 것 - 화재층의 옥내에 설치된 화재감지기의 동작에 따라 당해층의 댐퍼가 개방되도록 하여야 한다 - 개방 시의 실제 개구부( 개구율을 감안한 것을 말한다)의 크기는 수직풍도의 내부단면적과 같도록 할 것. - 댐퍼는 풍도내의 공기흐름에 지장을 주지 않도록 수직풍도의 내부로 돌출하지 않게 설치 할 것 |
6.11.5.5 부속실제연의 세부기준
6.11.5.5.1 급기
구분 | 기술기준 |
일반적 기준 | - 부속실을 제연하는 경우 동일 수직선상의 모든 부속실은 하나의 전용 수지풍도에 따라 급기할 것 - 계단실 및 부속실을 동시에 제연하는 경우 계단실에 대하여 그 부속실의 수직풍도에 따라 급기할 것 - 계단실만 제연하는 경우 전용수직풍도를 설치하거나 계단실에 급기풍도 또는 급기 송풍기를 직접 연결하여 급기할 것 - 하나의 수직풍도마다 전용의 송풍기로 급기할 것 |
구분 | 기술기준 |
급기구 기준 | - 급기용 수직풍도와 직접 면하는 벽체 또는 천장에 고정하되, 옥내와 면하는 출입문으로부터 가능한 먼 위치에 설치할 것 - 계단실과 부속실을 동시 제연하거나 계단실만을 제연하는 경우 급기구는 계단실 매 3개층 이하의 높이마다 설치할 것 ( 단 높이 31m 이하인 계단실만을 제연하는 경우는 1계단실에 1개의 급기구만을 설치할 수 있다) - 급기댐퍼는 1.5[mm]이상의 강판 또는 동등이상의 것으로 하고 비내식성 재룡인 경우는 부식방지조치를 할 것 |
급기 풍도 기준 | - 수직풍도는 내화구조로 하고 내부면은 0.5[mm]의 아연도 강판 으로 마감할 것 - 수직풍도 이외의 풍도로서 금속판으로 설치하는 풍도는 다음에 적합할 것 풍도는 아연도금강판 또는 이와 동등이상의 내식성․ 내열성이 있는 것으로 하며 내열성의 단열재로 유효한 단열처리로 하고, 강판의 두께는 배출풍도의 크기에 따라 기준이상으로 선정한다. 풍도에서의 누설량은 급기량의 10%를 초과하지 아니할 것 - 풍도는 정기적으로 풍도 내부를 청소할 수 있는 구조로 설치할 것 |
6.11.5.5.2 송풍기기준
- 송풍기의 풍량은 급기량에 대한 15%의 여유율을 둘 것
- 송풍기의 배출측에는 풍량조절용 댐퍼 등을 설치하여 풍량조절을 할 수
있도록 할 것
- 배출측에는 풍량 및 풍압을 실측할 수 있는 유효한 조치를 할 것
- 인접장소의 화재로부터 영향을 받지 아니하고 접근이 용이한 장소에
설치 할 것
- 옥내의 화재감지기에 의해 작동하도록 할 것
- 송풍기와 연결되는 캔버스는 내열성(석면재료 제외)이 있는 것으로 할 것
6.11.5.5.3 수동기동장치기준
- 배출댐퍼 및 개폐기 직근 과 제연구역에 설치
(단, 계단실과 부속실 동시에 제연 시 부속실만 설치 가능함)
6.11.5.5.4 제어반
6.11.5.5.4.1 제어반에는 제어반의 기능을 1시간 이상 유지할 수 있는 용량 의 비상용 축전지를 내장할 것
6.11.5.5.4.2 제어반의 기능
- 급기용 댐퍼의 개폐기의 작동여부에 대한 감시 및 원격조작기능
- 배출댐퍼 또는 개폐기의 작동여부에 대한 감시 및 원격조작기능
- 급기송풍기와 유입공기의 배출용 송풍기의 작동여부에 대한 감시 및
원격조작기능
- 제연구역의 출입문의 일시적인 고정개방 및 해정에 대한 감시 및 원격 조작 기능
- 수동기동장치의 작동여부에 대한 감시기능
- 급기구 개구율의 자동조절장치(설치하는 경우에 한함)의 작동여부에 대한 감시 기능. 다만, 급기구에 차압표시계를 고정부착한 자동차압․과압조절형 댐퍼를 설치하고 당해 제어반에도 차압표시계를 설치한 경우에는 그러
하지 아니하다.
- 감시선로의 단선에 대한 감시기능
6.11.5.6 부속실 제연설계 계산 시 주요사항
6.11.5.6.1 제연구역선정
- 건축물의 설계상황에 따라 4가지 방식 중 가장 적정한 방식을 선택
6.11.5.6.2 급기량의 산정 : 누설량 + 보충량
6.11.5.6.2.1 누설량 :
누설틈새면적을 정한 후 누설경로에 따라 직렬, 병렬 계산방식에 의해
가장 먼 곳부터 합산하여 계산한다.
- 병렬면적 :
- 직렬면적 :
- 누설면적과 차압을 이용하여 누설량(Q, 전층)을 구한다
Q = 0.827 × At (전 층 누설량) ×
× 1.25(여유율)
여기서 n은 출입문일 때 2, 창문일 때는 1.6이다
6.11.5.6.2.2 보충량
- 방연풍속(V)을 정한다 : 0.5 ~ 0.7 m
제연구역 | 방연풍속 |
- 계단실 및 부속실을 동시에 제연하는 것 또는 계단실만 단독으로 제연하는 것 | 0.5 m/s이상 |
제연구역 |
| 방연풍속 |
부속실만 단독으로 제연 또는 비상용 승강기의 승강장만 단독으로 제연하는 것 | - 부속실 또는 승강장이 면하는 옥내가 거실인 경우 | 0.7 m/s이상 |
| - 부속실 또는 승강장이 면하는 옥내가 복도로서 그 구조가 방화 구조(내화시간이 30분 이상인 구조 포함)일 것 | 0.5 m/s이상 |
- 거실유입풍량(Q₀)의 계산
방화문을 개방하는 순간의 거실 유입풍량(Q₀)는 다음의 1, 2의 합으로
구한다
(1)모든 부속실(N개소)이 닫혀있을 때 1개층의 부속실(열릴 예정인)에
공급하는 공기량
Q = 0.827 × At (1개층 거실쪽 누설면적+1개층 계단실쪽 누설면적)
×
×1.25 ----- ①
(2)(N-1)개의 닫혀 있는 층에 공급한 공기량 중 계단실로 누설되는
공기량을 합하여 구한다.
이때는 1개층의 부속실이 열린 이후의 상황이다
첫째 누설면적을 계산한다.
- 닫혀있는 1개층당 누설면적의 합 = 계단쪽(As) +거실쪽(Ai)
둘째 급기량을 배분한다.
- 기준층의 닫힌 층 전체의 계단측 급기량
= [①식의 급기량] × [As / (As +Ai)] ×[(N-2)개소]----- ②
- 피난층의 닫힌 층의 계단측 급기량
= [①식의 급기량] × [As´ / (As ´+Ai´)] × 1개소 ----- ③
(3) 거실유입풍량(Q₀)=[식① + 식② + 식③]이 된다
- 보충량 (q)는 q = k × (S ×V / 0.6) - Q₀
6.11.5.6.2.3 급기량
- Q [㎥/ sec] = 누설량 ( 전층 : Qv) + 보충량 ( q )
6.11.5.6.3 급기덕트 사이즈 [㎡]
- [㎡] = Q [㎥/ sec] ÷ 20[m/s]
6.11.5.6.4 급기그릴 사이즈 [㎡]
- [㎡] = Qn [㎥/ sec] ÷ 5[m/s]
- Qn = 1개층의 누설량 (Qv / N) +보충량 ( q )
6.11.5.6.5 플랩댐퍼 사이즈 [㎡]
- q[㎥/ sec] ÷ 5.85
6.11.5.6.6 급기팬 동력 [KW]
- P[KW] = Q × 1.15(여유율) × H[mmAq] × 1.1 / (102 × η )
6.11.6 제연설비설치의 면제
- 공기조화설비를 화재안전기준의 제연설비기준에 적합하게 설치하고 공기 조화설비가 화재 시 제연설비 기능으로 자동 전환되는 구조로 설치되어 있는 경우
- 직접 외기로 통하는 배출구의 면적의 합계가 당해 제연구역 바닥면적의 100분의 1 이상이며, 배출구로부터 각 부분의 수평거리가 30[m] 이내
이고, 공기의 유입이 화재안전기준에 적합하게( 외기를 직접 자연 유입 시 유입구 크기가 배출구 크기 이상인 경우) 설치되어 있는 경우.
CHAPTER7. 폭발
7.1 개요
7.1.1 용어정의
7.1.1.1 폭발 : 가스가 급격히 팽창하여 급격히 이동하는 압력이나 충격파를 가져오는 것
7.1.1.2 기계적폭발 : 고압, 비반응성 기체가 들어 있는 용기의 파열에 의한 폭발
7.1.1.3 폭연 : 폭발충격파가 미반응 매질 속에서 음속이하의 속도로 이동
하는 폭발
7.1.1.4 폭굉 : 폭발충격파가 미반응 매질 속으로 음속보다 큰 속도로 이동
하는 폭발
7.1.1.5 밀폐계폭발 : 용기나 빌딩내에서 일어나는 폭발
7.1.1.6 개방계폭발 : 개방된 상태에서 일어나는 폭발
7.1.1.7 충격파 : 가스를 통하여 이동하는 압력파의 일종
7.1.1.8 과압 : 충격에 의한 충격파의 결과와 같은 물질위에 나타나는 압력
7.1.2 화재와 폭발
7.1.2.1 폭발의 정의 : 연소의 일종
- 압력의 해방에 따른 폭음과 충격파를 발생하며 순간적으로 반응이 완료
되는 현상
7.1.2.2 화재와 폭발의 차이
구분 | 화재 | 폭발 |
에너지발생속도 | 느리다 | 아주 빠르다 |
착화물 | 필요하다 | 반드시 필요하지는 않다 |
7.1.2.3 폭발의 성립조건
- 가연성 가스, 증기 및 분진이 공기 또는 산소와 혼합되어 연소범위 내에 있어야 한다.
- 혼합가스 및 분진에 발화를 일으킬 수 있는 최소점화에너지 이상의
에너지가 주어져야 한다.
- 혼합가스 및 분진이 어떤 구획된 방이나 용기와 같은 것의 공간에 존재 하여야 한다.
7.1.2.4 폭발발생의 필수인자
- 온도 : 가연성 가스가 발화하는데 필요한 최저온도
- 조성 : 가연성 가스와 지연성 가스 혼합비율로 폭발범위를 말한다.
- 압력 : 고압일수록 폭발범위가 넓다
일산화탄소는 공기와 혼합 시 고압이 되면 폭발범위가 좁아진다.
압력이 높아지면 발화온도는 낮아진다.
- 용기의 크기 및 모양 :
온도, 압력, 조성이 갖추어져도 용기 크기가 작으면 발화하지 않거나
발화하여도 폭발로 진행되지 못한다.
7.1.3 폭발에 영향을 주는 인자
7.1.3.1 주위의 온도
- 발화온도 : 가연성 가스가 발화하는데 필요한 최저온도
- 최소점화에너지 : 가스의 온도, 조성, 압력에 따라 다르다
- 외부점화에너지
7.1.3.2 주위의 압력
- 고압일수록 폭발범위가 넓어진다.
- 일산화탄소는 공기와 혼합해 고압이 되면 폭발범위가 좁아진다.
- 압력이 높아지면 발화온도는 낮아진다.
7.1.3.3 폭발물질의 조성
7.1.3.4 폭발물질의 물리적 성질
7.1.3.5 착화원의 성질 : 형태, 에너지, 지속시간
7.1.3.6 주위의 기하학적 조건 : 개방 또는 밀폐
7.1.3.7 가연성 물질의 양
7.1.3.8 가연성 물질의 유동상태 : 난류
7.1.3.9 착화지연시간
7.1.3.10 가연성 물질이 방출되는 속도
7.1.4 폭발의 성장원인
- 폭굉 한계내의 가스가 어느 정도 다량으로 존재할 때
- 존재된 잔여가스에 방전이나 화염, 충격 등 점화원이 작용할 때
- 소규모 푹발이라도 이 충격으로 2차적 폭발이 일어날 때
7.2 폭발의 종류
7.2.1 공정에 의한 분류
7.2.1.1 핵폭발 :
- 원자핵의 분열 또는 융합에 의한 강력한 에너지의 방출에너지
7.2.1.2 물리적 폭발 : 물리변화를 주체로 한것
- 과열액체의 급격한 비등에 의한 증기폭발
- 고압용기에 설치된 가스의 과압 과 과충전등에 의한 용기파열에서
급격한 압력개방
- 도선폭발
- 공기와의 산화폭발 및 융해열, 수화열등에 의한 폭발
7.2.1.3 화학적 폭발 : 화학반응에 의한 짧은 시간에 급격한 압력상승을
수반할 때 압력이 급격하게 방출되어지면 폭발
- 산화폭발 : 가연성가스, 증기, 분진, 미스트 등이 공기가 유입되어 혼합
가스가 형성될 경우 산화성․ 환원성 고체 및 액체혼합물 또는 화합물의 반응에 의해서 발생된다.
- 분해폭발 : 아세틸렌(C₂H₂), 산화에텔렌과 같은 분해성 가스와 디아조 화합물등 자기분해성 고체류는 분해해서 폭발한다.
분해열 : 2,400[Kcal/㎥]
- 중합폭발 : 염화비닐, 초산비닐 그 외 중합물질 모노마가 폭발적으로
중합이 발생되면 격렬하게 발열하여 압력이 상승하고 용기 가 파괴되는 경우 발생
분출한 모노마 증기에 착화되어 2차적 산화폭발이 되어 발생 피해를 확대시키는 폭발
냉각설비 및 안전장치
7.2.1.4 물리․ 화학적 폭발
7.2.2 원인물질의 상태에 의한 분류
7.2.2.1 기상폭발
- 혼합가스폭발( 산화폭발 ) : 가연성가스 또는 인화성액체가 공기와 혼합 해서 가연성 혼합기체를 형성하여 착화원 에 의해서 폭발 발생
- 분무폭발 : 공기 중에 분출된 가연성액체의 미세한 액적이 무상형태
- 분진폭발 : 미분탄, 소맥분, 금속분, 플라스틱 분말 같은 가연성 고체가 미분말상태로 부유하면서 공기와 혼합해서 가연성 혼합기체 를 형성아고 착화원에 의해서 폭발 발생
- 증기운폭발 : 대량의 가연성 가스 또는 기화하기 쉬운 가연성 액체가
유출하여 공기와 혼합해서 가연성 혼합기체를 형성하고
착화원에 의해서 폭발 발생
- 분해폭발 : 산화에틸렌, 아세틸렌, 제5류 위험물 등 물질은 온도와 압력 의 영향을 받아 분해되며 이때 발생하는 열과 압력에
의해서 폭발하는 것
7.2.2.2 응상폭발
- 수증기폭발 : 액체의 폭발적인 비등현상으로 상변화에 따른 폭발현상
- 증기폭발 :
액화가스의 폭발적인 비등현상으로 상변화에 따른 폭발현상 저온액화 가스(LPG, LNG)가 사고로 인해 물위에 분출되었을 때 급격한 기화에 동반하는 비등현상이 발생하며 상변화에 따른 폭발현상
넓은 의미로 수증기폭발을 포함한다.
- 고상간의 전의에 의한 폭발 :
고체인 무정형안티몬이 고체상의 안티몬으로 전이할 때 발열함으로서
주위의 공기가 팽창하여 폭발현상을 나타내는 것
- 전선(도선)의 폭발 :
고상에서 급격히 액상을 거쳐 기상으로 전이할 때에도 폭발현상이 일어 난다
알루미늄계 전선에 한도이상의 대전류를 흘렸을 때 순식간에 전선이
가열되어 융융(850℃)과 기화가 급격히 진행될 경우 폭발이 발생한다
7.3 푹발의 형식
- 미반응물질 속으로 화염의 전파(Propagation)반응이 아음속일 때 폭연
(Deflagration)이 되고 초음속일때는 폭굉(Detonation)으로 형식을 구분 한다
7.3.1 폭굉 : Detonation
- 화염면에서 전파속도가 스스로 가속되며 반응성 Radical이 급격히 증가 하는 폭발현상으로 중요한 가열 기구는 충격 압력파에 의한 것이다
- 연소전파속도 : 1,000~ 3,500[m/s]
( 정상연소 시 0.03~ 10[m/s] )
- 폭굉파( Detonation wave )를 수반하며, 이 폭굉파는 파장이 짧은 단일 압력파로 급격한 파괴현상을 일으킨다
- 압력상승은 초기압력의 20배 이상이다
7.3.2 폭연 : Deflagration
- 화염면에서 전파속도가 열분자 확산이나 난류확산에 의존하는 폭발형식
- 연소전파속도 : 0.1~ 10[m/s]
- 연소파(Combustion wave)를 수반하나 파괴현상은 없다
- 압력상승은 초기압력의 8배 이하이다
7.3.3 차이점 비교
차이점 | 폭굉 : Detonation | 폭연 : Deflagration |
폭발전달기구 | - 충격파에 의한 에너지반응 (자연발화온도 이상으로 압축시키는 충격파 형성) - 반응성 라디컬에 의한 반응 | - 열분자 확산이나 난류확산에 의존하는 반응 |
전파속도 | 1,000~ 3,500[m/s] | 0.1~ 10[m/s] |
압력 | 초기압력의 20배이상 (충격파 형성) | 초기압력의 8배이하 |
- 폭연 : 내연기관 1 / 300초 안에 완전연소
폭굉 : 1 / 10,000초 안에 완전연소
7.4 폭연에서 폭굉으로 전이 메카니즘
7.4.1 폭연에서 폭굉으로 전이하기 위한 조건
- 가연성 혼합기의 농도가 폭발범위에 있어야 하고
- 혼합기가 들어있는 용기나 파이프 직경에 대한 길이의비가 10이상 되고
- 파이프의 직경이 최소 12[mm]이상이어야 한다
7.4.2 폭연에서 폭굉으로 전이 메카니즘
7.4.2.1 개요
- 가연성 물질의 종류에 따라 개방공간 보다 밀폐공간에서 쉽게 발생
7.4.2.2 전이 메카니즘
- 밀폐된 배관이나 덕트 등의 미연소 혼합가스의 한 부분에서 착롸가 발생
- 화염은 전방의 미연소혼합기를 팽창시키며 전방으로 진행
- 화염은 전면에 발생한 압력파는 화염에 선행하여 진행
- 선행한 압력파의 후면에서 새로운 압력파가 발생하여 압력파의 중첩이 발생
- 압력파는 강력한 압축작용(단열압축)으로 자연발화에 의해 화염을 형성
하며 진행
7.4.2.3 폭굉 유도거리( DID) : 완만한 연소가 격렬한 폭굉으로 발전할 때 거리를 폭굉유도거리라 한다
- 정상연소속도가 큰 혼합물일수록
- 관속에 방해물이 있거나 관경이 가늘수록
- 고압일수록
- 점화원의 에너지가 강할수록 짧아진다
7.4.2.4 폭발압력의 변화
- 폭발가스의 팽창으로 인하여 주위의 공기가 압축되어 충격파로 인해 먼 거리까지 전파된다
- 폭발 직후에는 폭풍의 방향과 압력이 달라지며, 거리에 따라서 부압과
정압을 나타내므로 파편이 반대방향으로 날아 들어온다
7.4.3 폭굉전이 방지 및 방호대책
7.4.3.1 장치의 강도는 최소한 3.5[MPa]이상의 압력에 견딜 수 있도록 설계 한다
7.4.3.2 장치의 형상을 폭굉으로 전이되지 않도록 한다
- 장치의 지름에 대한 길이의 비를 10이하로 줄인다
- 공정라인에서 방향전환이 요구되면 가급적 완만하게 전환한다
- 파이프 안에서 가급적 오리피스 같은 장애물을 두지 않는다
- 엘보, 티등의 입구와 같은 중요한 관의 위치에는 관을 확대하는 등의
조치를 취한다
7.4.3.3 관내에 화염방지기(Flame Arrestor)를 설치한다
- 폭발화염을 그 초기단계에서 소멸 (소염 / Flame Quenching)시켜 화염 의 전파를 저지할 목적으로 사용
7.4.3.4 파열판을 설치하여 과압에서는 용기내의 압력을 줄인다
7.5 증기운 폭발 : Vapor Cloud Explosion
- 개방된 대기 중에서 발생 : 자유공간중의 증기운 폭발
- Flashing Liquid (플래싱 액체)
- 순간증발 (Flashing)
7.5.1 물질의 저장상태에 따른 증발형태
저장상태 | 해당물질 | 증발형태 |
1) 상온, 상압 하에서 액체이며 인화점이 상온보다 낮은 물질 | 가솔린 아세톤등 | -열전달이 증발을 제한한다 - 임계온도〈주위온도 |
2)상온, 가압 하에서 액화되어 있는 물질 | LPG 액화프로판 액화부탄등 | - 임계온도〉주위온도 - 비점 〈 주위온도 - 순간증발 (Flashing) |
저장상태 | 해당물질 | 증발형태 |
3)그 물질의 비점이상의 온도에 있고 가압 하에서 액화된 물질 | 반응기 내의 벤젠, 핵사등 | - 임계압력〉주위압력 - 비점〈 주위온도 - 순간증발 (Flashing) |
4)상압 하에서 저온으로 액화된 물질 | LNG 저온 에탄등 | - 열전달이 증발을 제한한다 - 임계온도〈주위온도 |
7.5.2 위험성분류
- 상기의 2), 3)의 저장상태의 물질이 증기운 형성 위험성이 가장 높다
이들 물질은 증발에 필요한 에너지를 항상 보유하고 있으므로 저장탱크
의 어떤 결함이 발생하면 즉각적으로 증발하는 순간증발 (Flashing)이 일어난다.
- 순간증발 (Flashing)이란 기화한 액체의 량(q)과 전체 액체량(Q)의 비를 순간증발 (Flashing)이라 부른다.
순간증발률 =
7.5.3 증기운 폭발의 영향변수
- 방출된 물질의 양
- 증발된 물질의 분율
- 증기운의 점화확률
- 점화되기 전 증기운이 움직인 거리
- 증기운이 점화되기 까지의 시간지연
- 화재라기보다 폭발의 확률
- 물질이 폭발할 수 있는 한계량 이상 존재
- 폭발효율
- 방출에 관련된 점화원의 위치
7.5.4 증기운 폭발의 특징
- 증기운의 크기가 증가하면 점화확률이 증가한다.
- 증기운에 의한 재해는 폭발보다는 화재가 보통이다
- 폭발 효율이 작다
- 누출된 가연성 증기가 양론비에 가까운 조성의 가연성 혼합기체를 만들 경우 폭굉 발생의 가능성이 크다
7.5.5 증기운 폭발의 메카니즘
7.5.5.1 개방계 증기운폭발 전개 4단계
- 가연성 증기, 가스 혹은 미스트가 누출되어
- 주위공기와 누출된 물질의 혼합이 가연범위의 증기운을 형성하고
- 가연성 혼합물이 점화하여
- 농도가 가연범위 이내인 곳까지 증기운의 영역을 통해 화염이 전파된다.
7.5.5.2 폭연을 일어키는 증기운 종류
- 화염전파가 너무 느려 심각한 과압이 일어나지 않는다.
(Flash 화재로 취급한다)
- 화염전파가 너무 빨라 심각한 과압이 일어나지 않는다.
(개방계 증기운 폭발이다)
7.5.5.3 개방계 증기운 폭발의 심각한 과압 형성 인자
실제로 개방계 증기운 폭발을 조사해 보면 증기운 내에 최대과압은 인구
과잉인지역(Congested Areas)의 경우 약 15Psi이다
평평하고 장애물이 없는 지역의 경우 파압은 1.5Psi이다
- 난류혼합 : Turbulence
- 부분 구획물이나 장해물
- 폭굉
7.5.6 예방대책
- 가스나 증기의 누출을 막는다.
- 휘발성이며 가연성 물질을 저장, 취급할 때에는 재고량을 낮게 유지한다.
- 아주 낮은 농도에서 누설을 감지할 수 있도록 검출기를 설치한다.
- 누설이 있을 시는 초기에 시스템이 자동적으로 중지되도록 자동블럭밸브 를 설치한다.
7.6 고압 LPG 저장탱크의 BLEVE
7.6.1 BLEVE ( Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion)
- 비등액체팽창증기운폭발
- 용기에 액체가 1/2에서 3/4까지 차있을 때 많이 발생한다.
- 200배 이상의 체적 팽창
7.6.1.1 BLEVE의 크기, 계속시간 및 방사열
- D[m] = 3.77
t[sec] = 0.258
- 파이어볼로부터 방사열은 방사율을 1(완전흑체)
= τ E
τ : 에너지전도율 : 0 ~ 1
E : 표면방사열류속[Kw/㎡]
: 파이어볼의 형태계수
τ = 2.02 (Pw X)
E =
=
7.6.1.2 BLEVE를 일으키는 화재시간과 대책
- 냉각용 물분무설비가 없는 비단열용기 소규모용기의 경우 수분에서, 대형 용기의 경우 수 시간후에 BLEVE가 발생
- 방지대책 : 탱크 아래 바닥과 탱크 외면으로부터 최소 5m까지의 바닥은 경사도 15° 이상인 콘크리트로 경사지게 하여 누설물이 저장소내에 체류하지 않도록 한다
화염으로부터 탱크로의 입열을 억제한다 :
단열, 지하에 매립, 물분무소화설비 설치
폭발방지장치를 설치한다 : 열전도도가 큰 알루미늄 합금 박판 을 설치하여 기상부의 온도 상승을 액상부로 신속히 전달
시킴으로서 강판의 온도를 파괴점이하로 유지시킨다.
용기 내압강도를 유지할 수 있도록 견고하게 탱크를 제작한다.
7.6.2 Fire Ball : 파이어볼 : 화구
- 화염온도 : 1,500[℃]정도
- 실제 대형용기로부터 76[m] 떨어진 위치에서 화상으로 사망한 사례가 있다
7.6.2.1 Fire Ball의 형성과정
- 액화가스 탱크가 BLEVE현상 등으로 탱크가 파열하면 플래시(Flash)증발 을 일으켜 가연성 액체 및 기체 혼합물이 대량으로 분출된다.
- 이것이 발생하면 지면에 반구상으로 화염을 형성한 후 부력으로 상승함 과 동시에 주변의 공기를 빨아 들인다.
- 주변에서 빨아들인 화염은 공모양( 구상 )으로 상승하여 버섯형태의 화염 을 만든다.
7.7 분진폭발 : 금속분류, 곡물류, 석탄분류, 플라스틱분 및 기타 가연성분진 이 부유하면서 폭발범위의 농도를 유지하고 있을 때 점화원 에 의해서 폭발이 발생되는 것
7.7.1 분진폭발 메카니즘
- 제1단계 : 주위로부터 열을 받는 흡열과정
- 제2단계 : 가연성 분진이 열분해 되어 가연성 가스(휘발물질)를 방출
- 제3단계 : 분진 주위의 가연성 가스가 폭발범위를 형성한 후 점화원에 의하여 1차 폭발
- 제4단계 : 폭발로 인해 분진이 주위로 날려 2차, 3차 분진폭발을 일으킴
7.7.2분진폭발의 성립조건
- 가연성이며 폭발범위 내에 있어야 한다.
- 충분한 점화원을 가져야 한다.
- 분진이 화염을 전파할 수 있는 크기의 분포를 가져야 한다.
- 지연성 가스 중에서 교반과 유동이 일어나야 한다.
7.7.3 분진폭발의 특징
- 연소속도나 폭발압력은 가스폭발에 비하여 작지만 연소시간이 길고
에너지가 크기 때문에 파괴력과 그을음이 크다.
- 연소하면서 비산하므로 가연물에 국부적으로 심한 탄화를 발생시키고
특히 인체에 맞을 경우 화상이 심하다.
- 최초의 부분적 폭발에 의해서 폭풍이 주위의 분진을 날려 2차, 3차의
분진폭발로 파급하면서 피해가 커진다.
- 불완전 연소를 일으키기 쉽기 때문에 폭발 후 일산화탄소가 다량으로
존재하므로 가스 중독의 위험이 있다.
7.7.4 분진폭발에 영향을 주는 주요 요인
7.7.4.1 분진의 화학적 조성과 성질
- 특정한 화학구조의 존재는 폭발위험을 증가시킨다.
-OH, -COOH, -NH
, -NO
, -C≡N- 및 -N≡N- 그룹은 폭발위험을 증가 시키는 경향이 있고
Cl, Br 및 F와 같은 할로겐 그룹은 폭발위험을 감소시키는 경향이 있다.
7.7.4.2 입도 및 입도분포
- 분진폭발의 용이성은 분진의 입도나 입도분포에 크게 좌우된다.
- 입자표면에서 가연성 가스를 방출하는 특징으로 인해 표면적이 입자체적 에 비해 커지면 열의 발생속도가 방출속도를 상회하게 된다. 따라서
평균 입자경이 작고, 밀도가 작은 쪽이 비표면적은 크게 되어 표면
에너지도 커지게 된다.
- 점화에너지는 분진입자직경에 3승에 비례하므로 입자가 작을수록 점화
에너지가 낮아져 폭발성이 커진다.
- 입도가 너무 작아지면 분진의 종류에 따라서 서로 끌어당기어 분산이
좋지 않게 되어 오히려 폭발성이 감소하므로 입자의 전기적 특성도
관계한다.
- 입도분포 시 입경이 작은 분진을 많이 포함한 경우가 폭발성이 크다.
7.7.4.3 입자의 형상과 표면상태
- 평균 입형이 동일한 분진에 있어서도 형상이나 표면의 상태가 폭발성에 큰 영향을 준다.
- 분진입자의 체적에 대한 비표면적이 클수록 폭발성은 커진다.
- 입자표면이 공기에 활성인 경우 노출시간이 짧을수록 폭발성이 커진다.
- Stearic acid로 피복하거나 지방을 함유하면 폭발하기 쉽다.
7.7.4.4 수분
- 수분이 많을 경우 분진의 부유성을 억제하고 점화에 필요한 유효한
에너지를 감소하거나 대전성을 감소시키는 등 폭발성에 영향을 미친다.
- 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al) 등과 같이 물과 반응하여 수소를 발생시키는 분진 등은 오히려 위험성을 증가시킬 수 있다.
7.7.4.5 분진의 부유성
- 부유성이 큰 분진은 공기 중에서 체류하는 시간이 길고 위험성을 증가
시킨다.
- 분진의 부유성은 입자의 대전성이나 극성 및 흡수성에 큰 영향을 받는다.
- 풍량 과 부유유출량(W %)의 관계는 W=KP
의 실험식이 얻어지고 K, n 은 분체의 고유정수이다.
7.7.4.6 분진의 농도
- 폭발가능한 분진의 농도범위는 좁다.
일반적으로 양론농도보다 약간 높은 농도에서 폭발속도가 최대가 된다.
7.7.4.7 산소의 농도
- 폭발압력과 최대폭발압력 상승속도는 산소농도가 감소할수록 감소한다.
- 산소의 농도가 감수할수록 폭발 가능한 농도범위도 좁아진다.
7.7.4.8 압력
- 점화전 분진-공기 혼합물의 초기압력의 증가는 대기압에서 점화된 폭발 과 비교하여 증가된 압력에 영향을 준다.
7.7.4.9 온도
- 최대폭발압력(P
)을 감소시키고 최대폭발압력 상승속도를 증가시킨다.
7.7.5 분진폭발의 위험성
7.7.5.1 분진의 분류
- 폭발하는 성질에 따라서 폭연성 분진과 가연성 분진으로 나눈다.
7.7.5.2 분진의 발화도
발화도 | 발화온도 |
11 | 270℃ 이상 |
12 | 200℃ 이상 270℃ 미만 |
13 | 150℃ 이상 200℃ 미만 |
7.7.5.3 분진 위험장소 분류
- 생성분진의 종류에 따라서 폭연성 분진 위험장소와 가연성 분진 위험
장소로 구분한다.
7.7.5.4 발화도에 따른 분진의 종류
발화도 | 폭연성 분진 | 가연성 분진 |
|
|
| 전도성 | 비전도성 |
11 | 마그네슘, 알루미늄, 알루미늄브론즈 | 아연, 티탄, 코크스, 카본블랙 | 옥수수, 밀, 고무, 염료, 페놀수지, 설탕 |
12 |
| 철분, 석탄 | 코코아, 리그닌, 쌀겨 |
13 |
|
| 유황 |
7.7.5.5 위험성 지수
7.7.5.5.1 발화도
발화도 =
7.7.5.5.2 폭발강도
폭발강도 =
7.7.5.5.3 폭발성지수 = 발화도 × 폭발강도
7.7.6 분진폭발의 방지대책
7.7.6.1 폭발예방대책
7.7.6.1.1 분진의 퇴적 및 분진운의 생성방지
- 정기적 청소작업
- 환기설비에 의한 환기
- 집진장치를 이용하여 분진을 모아 폐기
- 살수를 해도 지장이 없는 공정은 물을 분무하여 분진제거
7.7.6.1.2 점화원의 제거
- 나화, 고온표면, 복사열, 충격 및 마찰, 전기스파크, 정전기 불꽃 등의 제거
- 열의 축적에 의한 자연발화방지
- 용접이나 절단 시 발생되는 불똥 등의 제거
7.7.6.1.3 불활성물질의 첨가
- 불활성 가스의 첨가 (아르곤, 이산화탄소, 질소 등)
- 불활성 분진 첨가 (탄산칼슘, 규조토, 실리카겔)
7.7.6.2 분진폭발방호
7.7.6.2.1 봉쇄 : 최대폭발압력의 1.5배 이상의 강도를 갖도록 용기설계
7.7.6.2.2 폭발억제
7.7.6.2.3 폭발배출
- Rupture Disk
- Bursting Diaphragm
- 폭발 방산공
7.7.6.2.4 공정 및 장치에 대한 방호
- 공정은 가능한 단위별로 분리 설치
- 습식공정 사용
7.7.6.2.5 건물의 위치 및 구조개선
7.8 방폭대책 :
폭발방지에 대한 기술적인 핵심 요소는 폭발분위기의 억제와 압력증가를 사전에 제어하여야 하고, 폭발사고 발생 시에는 그 피해를 최소화하는데 초점을 맞추어야 할 것이다.
대개의 폭발사고와 화재는 상호연관이 있으므로 방폭대책 과 방화대책은
함께 고려되고 실행함이 바람직하다고 할 수 있다.
7.8.1 폭발분위기 억제
7.8.1.1 폭발범위
: 폭발재해는 대부분 가연성 가스나 인화성 액체의 증기로 인한 것이며
이들은 공기 중 일정농도에 폭발범위를 형성하며 점화원이 존재하게
되면 재해가 발생한다.
이런 종류의 위험물질을 취급하는 작업장 이나 공정에서는 혼합가스의
폭발 범위 밖에서 작업이 진행되도록 하여야 하며 이에 필요한 몇 가지
사항은 다음과 같다.
- 공기 중으로 누설, 누출의 방지
- 설비내부(밀폐용기 등)로의 공기 혼입 금지
- 필요시 환기, 신선한 공기 주입 등으로 희석
7.8.1.2 불활성물질
: 폭발범위는 산소농도가 저하되면 변화하게 되며 특히 이것은 산화폭발
방지에 중요한 역할을 한다.
질소, 수증기, 이산화탄소 등의 불활성가스 나 분진폭발 방지를 위해서는 탄산칼슘, 모래, 석분, 석고분말 등의 불활성 분진을 첨가할 수 있다.
7.8.1.3 점화원관리
: 폭발 화재의 위험성이 있는 화학물질을 취급, 저장하는 작업장소에서는 항상 가연성 혼합가스가 존재한다고 볼 수 있으며, 따라서 이 경우에는 특히 점화원의 관리가 안전대책의 기본이라고 할 수 있다.
점화원 관리에 필요한 몇 가지 요소는 다음과 같다.
- 직화관리 : 용접기, 화로, 성냥 등
- 고열 및 고온물체의 표면관리 : 설비, 배관, 회전기기류 등의 표면
- 충격, 마찰 : 기기 구동부, 동력 전달부 등
- 전기설비 : 방폭화, 접지, 정전기 제거
- 가스누출감지경보기 : 가연성, 독성가스 누출 시 감지 및 경보
7.8.2 폭발방호
: 폭발방호란 폭발에 따른 압력증가의 사전예방 조치이다.
7.8.2.1 폭발봉쇄
- 폭발이 일어날 수 있는 장치나 건물이 폭발 시 발생하는 압력에
견디도록 충분히 강하게 만드는 것이다. 폭발보호 대책은 작은 규모의
플랜트에만 실효성이 있으며, 엄청난 피해를 가져올 용기가 파괴되는 것 을 방지한다.
- 다른 봉쇄방법은 폭발위험이 있는 지역을 에워싸는 방폭벽(Blast Walls), 차단물(Barricades), 방폭큐비클 등을 설치한다.
7.8.2.2 폭발차단
: 폭발이 다른 곳으로 전파되기 전 자동적으로 고속 차단하는 설비를
말하며, 이런 장치에는 폭발을 매우 빨리 검지하는 설비와 Valve를
차단시키는 설비가 병행 설치되어야 한다.
7.8.2.3 불꽃 전파방지기
: 불꽃방지기는 불꽃이 인화성 가스나 증기-공기 혼합물로의 전파를 예방 하는 설비이다.
불꽃방지기는 가스나 증기가 통과할 수 있는 좁은 틈을 가지는 망이
설치되어 있으며, 이 망은 너무 좁아 불꽃을 통과시키지 않는다.
불꽃이 방지기 내로 들어올 경우 작은 불꽃으로 세분화되어 곧 소화된다. 불꽃방지기는 폭발위험이 있는 플랜트와 장치에 널리 사용된다.
7.8.2.4 폭발진압
- 폭발 초기단계는 압력이 비교적 천천히 상승된다.
폭발 초기단계에서 파괴적인 압력으로 발달하기 전에 인화성 분위기내로 소화약제를 고속으로 분사하여 진압시키는 방법으로 즉 파괴적 압력
으로 발달 전에 인화성 분위기 내로 소화약제를 고속으로 분사하는
시스템으로 보통 연소 시작 후 10/ 1000초 이내로 작동한다.
- 대표적인 저장탱크, 석탄분쇄기, 사이로(silo) 및 화학반응기 등에 이용
된다.
7.8.2.5 폭발방출
- 폭발로 인해 발생된 최대압력을 실이나 용기 구조에 피해를 주지 않는 수준으로 제한하는 것이며, 방출구를 통해 외부로 폭발압력을 방출하는 것이다.
- 방출구로는 폭발문 이나 파열판넬(Blow out panel), 폭압방산공 등이 있다.
7.8.3 폭발피해의 확대방지
7.8.3.1 입지조건 및 배치
- 지형, 지반, 자연현상 및 주변 환경 등을 고려하고 설비 및 공정 간의
안전거리와 공지의 확보, 소화, 피난 등의 활동을 위한 통로나 비상사태 시에 필요한 안전설비를 구비한다.
7.8.3.2 위험공정 및 설비의 자동화
- 위험공정 및 설비는 원격조정방식을 도입하고 작업차가 접근할 수 없는 연동설비(Inter Lock)를 설치한다.
7.8.3.3 방호벽
- 폭발가능성이 높은 설비나 폭발 시 보호 대상 설비에는 방호벽을 설치
하여야 하며 충격파가 안전한 방향으로 방산될 수 있는 구조로 한다.
7.8.3.4 긴급배출설비
- 용기 내부 또는 밀폐장소에 있는 가스 등을 안전장소에서 처리할 수
있도록 긴급 배출설비를 설치한다.
7.8.3.5 저장량의 최소화
- 위험물질은 항상 최소 필요량을 유지함으로서 재해 발생 시 그 피해를 줄일 수 가 있다. 또한 저장설비에는 방유제, 자동소화설비를 설치하여 누출, 화재사고에 대비하도록 한다.
7.8.3.6 안전장치 설치
- 압력상승으로 인한 폭발이나 화재 등을 방지하기 위하여 다음과 같은
안전장치를 설비하여야 한다.
- 안전밸브
- 파열판
- 폭발방산공
- 화염방지기
- 용융 안전플러그
- 폭발억제장치
7.8.3.7 소화설비 설치
7.9 폭발진압설비
- 폭발의 발생을 조기에 감지하여 연소 억제제를 살포하는 것에 의해 화염 을 소멸시키고 폭발의 성장을 정지시키는 것이 가능하므로 이와 같이
적극적으로 폭발억제 하는 것을 목적으로 한 자동시스템을 폭발억제
장치라 한다.
7.9.1 특징
- 방호하는 장치 내부에서만 억제과정을 종료시킨다.
- 고속의 작동성 과 고도의 신뢰성이 요구된다.
- 억제설비는 폭발 개시 후 10/1,000초 이내에 작동한다.
7.9.2 억제장치의 구성
7.9.2.1 폭발검출기구
- 빠른 응답성과 정확한 작동성이 요구되는 설비
- 압력이 3.5kPa 정도 높아지면 폭발억제장치가 작동한다.
- 검출기구의 종류
○ 압력스위치 방식
○ 금속 다이아프램(Diaphragm) 과 마이크로 스위치(Micro Switch)
○ 자외선 감지기
7.9.2.2 분사장치
- 검출기로부터 신호를 받아 억제제를 고속으로 분사(살포)하는 기구
- 억제장치의 핵심을 이루는 기구이다.
- 살포방법
약한 용기 내에 억제제를 채워 용기를 폭발시켜 억제제를 살포하는 방법
파열판을 설치하여 용기 내에 억제제를 질소 등으로 가압 충전시켜 놓고 압력에 의해 살포하는 방법
억제제의 종류 : Halon-1301, 물(
), 기타 화학약품
분사속도가 최고 600ft/s이기 때문에 소량으로도 많은 양의 물질의
폭발을 억제할 수 있다.
7.9.2.3 제어기구
- 제어기구란 폭발발생 신호를 받아서 뇌관을 기폭 시키는 기능을 가진
기구로서 예측되지 않는 폭발을 대비하기 위하여 뇌관회로를 포함한
전기 회로를 감시하는 기능 및 예비전원으로 구성된다.
- 폭발 검출기, 전기뇌관 및 이들의 배선은 방폭구조, 방폭배선으로 공사
해야 한다.
7.9.3 적용장소
- 저장탱크
- 석탄분쇄기
- Silo, 화학반응기등
7.10 화염방지기
7.10.1 개요
- 폭발성 혼합가스로 충전된 배관 등의 내부에 연소가 개시되는 때에 타
구역의 가연성 가스나 증기-공기 혼합물로의 화염전파(Flame Propagation) 를 방지하기 위하여 설치하는 안전장치를 화염방지기라 한다.
이 장치는 화학장치 등에서 배관 도중에 연결되어 있어 한 설비에서 폭발 발생시에 다른 설비에 폭발이 전파 확대되어서 큰 피해가 발생하므로
이를 차단하기 위한 설비로 사용한다.
7.10.2 화염전파 방지원리
- 착화원이 되는 고온의 화염이 화염방지기 내부로 들어올 경우 소염소자 를 통과하면서 열전도에 의해 급속히 열이 제거된다. 따라서 착화원의 온도가 급속히 저하되어 반응에 필요한 분자생성속도가 손실속도보다 낮음으로써 화염이 소멸되는 원리이다.
7.10.3 화염방지기의 구조
7.10.4 요구되는 기능
- 폭발화염을 저지하는 열역학적 특성인 소염능력이 요구된다.
- 폭발압력에 견디는 기계적 특성이 요구된다.
7.10.5 종류
: 화염방지기는 금속막형, 평판형 및 수냉형이 있으며
산업시설에는 금속망형과 평판형이 많이 쓰이고 있다.
- 금속망형은 열 흡수율이 좋고 공기 저항을 최대한 줄일 수 있다
평판형은 튼튼하고 분해 및 청소가 쉬운 장점이 있으나 공기저항이 큰 단점 - 수냉형은 통기관을 순환하는 물속을 통과케 함으로써 가연성 가스를
액화시켜 다시 탱크로 되돌려 보내는 장치로서 인화방지 효과뿐만
아니라 내용물의 증발손실을 막는데도 매우 효과적이다.
7.10.6 화염방지기 설치시 고려할 사항
- 화염의 전파방향
상향전파, 수평전파, 하방전파 순으로 소염성능이 나쁘다.
-
의 금속망을 선택하면 소염성능이 가장 우수
- 하방전파 시에는 금속망 부분에 정체현상이 나타나 그 성능이 대단히
떨어지므로 주의하여야 하고
- 금속망을 복수로 적층 사용하면 일정한 매수까지는 소염성능이 급격이 증가한다는 것이다.
: 따라서 화염방지기 설치 시에는 화염방지기 성능뿐만 아니라 설치위치, 설치위치의 주변 상황을 충분히 고려하여 완벽한 설비로 시공하여야
할 것이다.
7.10.7 설치되는 설비
- 폐가스를 처리하는 Flare stack
- 인화성 액체를 저장하는 탱크의 통기관
- 회수장치로 솔밴트 증기를 이송하는 덕트 내부
- 버너 또는 로 등에 가스를 이송하는 배관설비
- 내부 연소 엔진의 크랭크
- 인화성 분위기 내에서 작동하는 엔진의 배기통
7.11 폭압방산공
7.11.1 개요
- 폭압방산공이란 내부에서 폭발을 일으킬 염려가 있는 건물, 설비, 장치 등에 부속 덕트류 등의 일부에 설계강도가 가장 낮은 부분으로 폭발
압력을 그곳으로 방출함으로서 장치 등의 전체적인 파괴를 방지하기
위하여 설치한 압력방출장치의 일종이다.
특히 방산공은 다른 압력방출장치에 비해서 방출량이 크므로 폭발에
대한 방호가 적당하다.
반면에 폭굉에 대해서는 압력방출효과는 기대할 수 없다.
7.11.2 폭압방산공의 원리
- 장치 내의 혼합가스 폭발에 의하여 내부압력이 상승하면 패널은 작동
하지만 동압에 달했을때 작동압력은 패널의 관성에 의해 개구의 설정
압력보다 크게 된다.
이때 장치 내에서는 폭발이 계속되어 개구부의 면적이 작아져 내부압력 의 상승 속도가 압력의 방출속도보다 크게 될 때 패널이 동압에 의해
열려서 압력을 방출함으로서 장치전체의 파손을 방지하는 것이다.
일반적으로 개구면적은 개구비라 하며 방산공을 설치하는 장치 등의
내용적에 대한 개구면적의 비를 말한다.
7.11.3 방산공의 구조
7.11.3.1 방산공 개구부의 크기 및 모양, 위치 등의 기준
- 방산공을 설계한 장치 등의 내부에서 폭발에 의하여 발생하는 최대압력 은 개구부의 면적이 클수록 적다.
- 개구부의 형상은 개구부의 단면이 기체가 유출하기 쉬운 모양으로 하는 것이 효과적이다.
- 개구부의 설치는 발화원 가까이 설치한다. 그러나 발화원의 위치를
특별히 정 할 수 없는 경우에는 개구부의 위치를 방산공을 설치하는
면의 중앙에 설치토록 한다.
7.11.3.2 패널의 구성재료 및 고정작업
- 패널은 가능한 한 낮은 압력에서 개구부를 만드는 것이 요망되지만 장치 등의 조업 조건 등을 고려하여 장시간에도 변화에 의하여 작동압력이
높게 되지 않고 또한 위험한 비산물이 생기지 않는 재료를 선택한다.
- 패널의 고정방법은 파열막식, 경첩 판넬식, 이탈식 등이 있다.
7.11.3.3 보호덕트
- 건물 내에 장치를 설치하는 경우 방산공에 보호덕트를 접속시켜 분출물 을 안전한 장소로 배출시키도록 한다.
- 또한 덕트류는 압력방출에 대한 장애물이 될 수 있으므로 가능한 한
지름을 크게, 길이를 짧게 하여 도중에 굴곡 되는 부분이 없도록 한다.
- 덕트류의 강도는 방산공을 설치하는 장치의 강도와 동일한 것으로 한다.
7.11.3.4 장치등의 강도
- 장치 등의 강도가 클수록 필요한 개구면적을 적게 할 수 있으므로
개구부 이외에는 가능한 한 원통형의 견고한 구조로 한다.
CHAPTER8. 위험물
8.1 위험물화재의 위험성
8.1.1 위험성
8.1.1.1 물리적파괴
- 에너지의 집중방출에 의해 고온, 열선방사, 기체 발생으로 물체(위험물
저장시설, 취급시설 등)의 변형이나 파괴 등을 초래한다.
8.1.1.2 화학적변질
- 연소에 의해 물질의 원래상태에서 변질, 유독가스의 발생, 산소결핍,
물리적 파괴와 더불어 직접적인 화재결과로 나타난 것이다
8.1.1.3 생리적 기능장애
- 고온의 발생, 가연물 자체의 유독성 및 연소 생성가스의 유독성, 산소
결핍등에 의해 정상적인 생리작용을 잃어 각종 기능장해, 실신 또는
사망을 초래한다.
8.1.1.4 사회적손실
- 상해 또는 사망사고 등 인적자원에 대한 손해, 많은 재산상의 손해, 소화 활동 구급, 구조활동에 많은 경비지출이 나타나며
간접적으로 생산저하, 교통차단, 수자원보호 경비 등 많은 낭비를 초래한다.
대규모의 위험물 재해는 민심혼란등 사회적 물의를 야기할 수도 있다
8.1.2 위험물의 출화방지대책
8.1.2.1 제1류위험물( 산화성고체 )
- 밀봉하여 통풍이 잘되는 장소, 직사광선이 비추지 않는 건조한 냉암소에 저장하여 정기적으로 누설이나 재고품의 체크, 화기, 가열, 충격, 마찰 및 가연물, 물, 강산등 반응하기 쉬운 물질과의 접촉을 피한다.
8.1.2.2 제2류위험물( 가연성고체 )
- 화기, 가열 및 산화제와의 접촉을 피한다.
특히 금속분, 황화인은 습기, 산 등과 접촉하지 않도록 밀봉하고
적린은 발화, 인화, 폭발성 물질과의 분리, 냉소에 보관한다.
준위험물은 자연발화가 안 되도록 환기를 잘하고 열이 축적되지 않도록 한다.
8.1.2.3 제3류위험물( 자연발화성 및 금수성 물질 )
- 물과의 접촉을 피하고, 밀봉하여 용기의 파손, 부식에 주의한다.
특히 금속나트륨, 칼륨은 보호액으로부터 노출되지 않도록 하고
생석회는 가연물과의 접촉을 피하고
카바이드의 대량 저장 시는 질소를 봉입한다.
8.1.2.4 제4류위험물( 인화성액체 )
- 특성에 알맞은 용기를 사용한다 : 탱크, 용기의 균열, 부식, 파손에 주의 인화성액체의 온도는 가능하면 인화점 이하로 유지한다.
물질에 의한 정전대전, 독성에 유의한다.
특수인화물 : 화기 나 직사광선을 포함한 가열을 피한다.
이황화탄소 : 증발억제용으로 물을 채우고
에테르 : 심한 진동, 유동을 피하고
콜로디온 : 용제증발을 방지
아세톤알데히드, 산화프로필렌 : 구리, 망간, 알루미늄, 수은과의 접촉 을 피하고 저장시 불활성가스를 봉입 한다.
제1석유류, 제2석유류 : 직사일광이 있는 곳이나 고온에서의 작업 시 증발하기 쉬우며 액체의 증기는 급속히 확대 하거나 바닥 면에 증기가 체류한다.
제3석유류 : 국부가열등이 조업반복에 의한 액온 상승에 주의한
8.1.2.5 제5류위험물( 자기반응성 물질 )
- 화기, 가열, 마찰, 충격을 피하고 통풍이 좋은 곳에 저장한다.
온도, 습도를 조정한다.
특히 나이트로셀룰로오즈는 물, 알코올 등에 넣어 안정제를 첨가 냉암소 에 보관한다.
셀룰로이드는 자연발화를 촉진하는 산, 염류와의 접촉을 피한다.
준위험물도 같은 대책이 필요하며, 산과의 접촉을 피하고, 용기 파손에 주의한다.
8.1.2.6 제6류위험물( 산화성액체 )
- 물, 가연물과의 접촉을 피한다.
냉암소 저장이 바람직하고 내산성 용기에 밀봉 저장하며, 용기파손에
주의하고 무수크롬산은 알코올, 벤젠과의 접촉을 피한다.
8.1.3 위험물제조소의 안전장치
8.1.3.1 안전거리 : 건축물의 외벽 또는 이에 상당하는 공작물의 외측으로
부터 당해 제조소의 외벽 또는 이에 상당하는 공작물의 외측까지의 사에 수평거리
소방대상물 | 안전거리[m] |
건축물 그 밖의 공작물로서 주거용으로 사용되는 것 | 10 |
소방대상물 | 안전거리[m] |
학교, 병원, 극장 그 밖의 다수인을 수용하는 시설 | 30 |
지정문화재 | 50 |
고압가스, 액화석유가스 또는 도시가스 저장시설 | 20 |
사용전압이 7,000V 초과 35,000V 이하 | 3 |
사용전압이 35,000V 초과 | 5 |
8.1.3.2 보유공지
취급하는 위험물의 최대수량 | 공지의 너비 |
지정수량의 10배 미만 | 3m이상 |
지정수량의 10배 이상 | 5m이상 |
8.1.3.3 표지 및 게시판
- 보기 쉬운 곳에 "위험물 제조소" 라는 표시를 한 표지 설치
- 한 변의 길이가 0.3m 이상, 다른 한 변의 길이가 0.6m 이상인 직사각형
- 표지의 바탕은 백색, 문자는 흑색으로 할 것
- 기타 필요한 사항을 게시한 게시판을 설치한다.
8.1.3.4 건축물의 구조
- 지하층이 없도록 하여야 한다.
- 벽, 기둥, 보, 서까래 및 계단을 불연재료로 하고 연소의 우려가 있는
외벽은 개구부가 없는 내화구조의 벽으로 하여야 한다.
- 지붕은 가벼운 불연재료로 덮어야 한다.
- 출입구와 비상구에는 갑종방화문 또는 을종방화문을 설치하되, 연소의
우려가 있는 외벽에 설치하는 출입구에는 수시로 열수 있는 자동폐쇄식 갑종방화문을 설치할 것
- 건축물의 창 및 출입구에 유리를 이용하는 경우에는 망입유리로 할 것
- 바닥은 위험물이 스며들지 못하는 재료를 사용하고, 적당한 경사를 두어 그 최저부에 집유설비를 할 것
8.1.3.5 채광, 조명 및 환기설비
- 채광설비는 불연재료로 하고, 연소의 우려가 없는 장소에 설치하되 채광 면적을 최소로 할 것
- 조명설비 설치기준
가연성 가스등이 체류할 우려가 있는 장소의 조명등은 방폭등으로 할 것
전선은 내화, 내열전선으로 할 것
점멸스위치는 출입구 바깥부분에 설치할 것
- 환기설비 설치기준
환기는 자연배기방식으로 할 것
급기구는 당해 급기구의 바닥면적 150㎡마다 1개 이상으로 하되, 급기구 의 크기는 800㎠이상으로 할 것
급기구는 낮은 곳에 설치하고 가는 눈의 구리망 등으로 인화방지망을
설치 할 것
환기구는 지붕 위 또는 지상 2m이상의 높이에 회전식 고정벤틸레이터 또는 루프팬방식으로 설치 할 것
8.1.3.6 배출설비
가연성의 증기 또는 미분이 체류할 우려가 있는 건축물에는 그 증기 또는 미분을 실외의 높은 곳으로 배출할 수 있도록 다음기준에 의해 배출설비 를 설치한다.
- 배출설비는 국소방식으로 할 것
- 배출설비는 배풍기, 배출덕트, 후드 등을 이용하여 강제적으로 배출하는 것으로 하여야 한다.
- 배출능력은 1시간당 배출장소용적의 20배 이상인 것으로 하여야 한다.
- 급기구 및 배출구 기준
급기구는 높은 곳에 설치하고, 가는 눈의 구리망 등으로 인화방지망을
설치할 것
배출구는 지상 2m 이상으로서 연소의 우려가 없는 장소에 설치하고,
배출덕트가 관통하는 벽부분의 바로 가까이에 화재 시 자동으로 폐쇄 되는 방화댐퍼를 설치할 것
- 배풍기는 강제배기방식으로 하고 옥내 덕트의 내압이 대기압 이상이
되지 아니하는 위치에 설치하여야 한다.
8.1.3.7 옥외설비의 바닥
- 바닥의 둘레에 높이 0.15m 이상의 턱을 설치할 것
- 바닥은 콘크리트 등 위험물이 스며들지 아니하는 재료로 하고 턱이 있는 쪽이 낮게 경사지게 한다.
- 바닥의 최저부에 집유설비를 할 것
- 위험물이 배수구로 흘러들어가지 아니하도록 집유설비에 유분리장치를 설치 할 것
8.1.3.8 기타설비
- 위험물의 누출, 비산방지
- 가열, 냉각설비 등의 온도 측정장치
- 가열건조설비
- 압력계 및 안전장치
자동적으로 압력의 상승을 정지시키는 장치
감압측에 안전밸브를 부착한 감압밸브
안전밸브를 병용하는 경보장치
파괴판
- 전기설비 : 방폭 전기기구 설치
- 정전기 제거설비
접지에 의한 방법
공기중의 상대습도를 70% 이상으로 하는 방법
공기를 이온화하는 방법
- 피뢰설비
- 전동기등
전동기 및 위험물을 취급하는 설비의 펌프, 밸브, 스위치 등은 화재예방상 지장이 없는 위치에 부착하여야 한다.
8.1.3.9 방유제
- 방유제의 용량은 방유제안에 설치된 탱크가 하나일 때에는 그 탱크용량 의 110% 이상, 2기 이상일 때에는 그 탱크 중 용량이 최대인 것의
용량의 110% 이상으로 할 것
- 방유제 높이는 0.5m 이상 3m 이하로 할 것
- 방유제 내의 면적은 80,000㎡ 이하로 할 것
- 방유제 내에 설치하는 옥외저장탱크의 수는 10개 이하로 할 것
- 방유제 외면의 1/2 이상은 자동차 등이 통행할 수 있는 3m 이상의 노면 폭을 확보한 구내도로에 직접 접하도록 할 것
- 지름이 15m미만인 경우에는 탱크 높이의 1/3 이상인 경우에는 탱크높이 의 1/2 이상의 탱크의 벽으로부터 방유제와의 거리를 유지할 것
- 방유제는 철근콘크리트 또는 흙으로 만들고, 위험물이 방유제의 외부로 유출되지 아니하는 구조로 할 것
- 용량이 1,000만 ℓ 이상인 옥외저장탱크의 주위에 설치되는 방유제에는 간막이 둑을 설치할 것
높이는 0.3m이상으로 하되 방유제의 높이보다 0.2m 이상 낮게
설치할 것
흙 또는 철근콘크리트로 할 것
용량은 간막이 둑 안에 설치된 탱크의 용량의 10%이상일 것
- 방유제 내에는 당해 방유제 내에 설치하는 옥외저장탱크를 위한 배관,
조명설비 및 계기시스템과 이들에 부속하는 설비 그 밖의 안전확보에 지장이 없는 부속 설비 외는 다른 설비를 설치하지 아니할 것
- 방유제 또는 간막이 둑에는 당해 방유제를 관통하는 배관을 설치하지
아니 할 것
-방유제에는 그 내부에 고인 물을 외부로 배출하기 위한 배수구를 설치 하고 이를 개폐하는 밸브 등을 방유제의 외부에 설치할 것
- 높이가 1m넘는 방유제 및 간막이 둑의 안팎에는 방유제 내에 출입하기 위한 계단 또는 경사로를 약 50m마다 설치할 것
8.2 위험물 제조소등의 설치기준
8.2.1 위험물제조소의 구분
8.2.1.1 제조소
- 위험물을 제조할 목적으로 지정수량 이상의 위험물을 취급하기 위하여 규정에 따른 허가를 받은 장소
8.2.1.2 저장소
- 지정수량 이상의 위험물을 저장하기 위한 대통령령으로 정하는 장소로서 규정에 따른 허가를 받은 장소
8.2.1.3 취급소
- 지정수량 이상의 위험물을 제조외의 목적으로 취급하기 위한 대통령령
으로 정하는 장소로서 규정에 따른 허가를 받은 장소
8.2.2 위험물제조소의 구분
8.2.2.1 저장소
8.2.2.1.1 옥내저장소 : 옥내에 위험물 저장
8.2.2.1.2 옥외저장소 : 옥외에 위험물 저장
- 제2류 위험물 중 유황 또는 인화성고체
- 제4류 위험물 중 제1석유류, 알코올류, 제2석유류, 제3석유류, 제4석유류 및 동식물유류
- 제6류 위험물
8.2.2.1.3 옥내탱크저장소 : 옥내에 설치한 탱크에 위험물 저장
8.2.2.1.4 옥외탱크저장소 : 옥외에 설치한 탱크에 위험물 저장
8.2.2.1.5 지하탱크저장소 : 지하에 매설한 탱크에 위험물 저장
8.2.2.1.6 간이탱크저장소 : 간이탱크에 위험물 저장
8.2.2.1.7 이동탱크저장소 :차량에 고정된 탱크에 위험물 저장
8.2.2.1.8 암반탱크저장소 : 암반내의 공간을 이용한 탱크에 위험물 저장
8.2.2.2 취급소
8.2.2.2.1 주유취급소 : 고정된 주유설비에 의하여 자동차․ 항공기 또는 선박 등의 연료탱크에 직접 주유하기 위하여 위험물을 취급하는 장소
8.2.2.2.2 판매취급소 : 위험물을 용기에 담아 판매하기 위하여 지정수량의 40배 이하의 위험물을 취급하는 장소
8.2.2.2.3 이송취급소 : 배관 및 이에 부속된 설비에 의하여 위험물을 이송 하는 장소
8.2.2.2.4 일반취급소 : 위의 취급소외의 취급소
8.2.3 주요 저장소의 상세내용
8.2.3.1 옥내저장소
8.2.3.1.1 건축물의 바닥면적 제한
- 제1류 중 지정수량이 50㎏, 제3류 중 지정수량이 10㎏, 제4류 중 지정
수량이 400ℓ 미만, 제5류 중 지정수량이 10㎏인 위험물 또는 제6류
위험물을 저장하는 창고 : 1,000㎡이하
- 상기 위험물 외의 위험물을 저장하는 창고 : 2,000㎡이하
- 시행규칙 별표5 / 6다에 해당하는 경우 : 1,500㎡이하
8.2.3.1.2 건축물의 구조
- 벽, 기둥, 바닥 : 내화구조
- 보, 서까래 : 불연재료
- 지붕 : 가벼운 불연재료
- 반자 : 설치 불가
- 처마높이 : 6m이하
- 출입구 : 갑종 또는 을종방화문
8.2.3.1.3 안전거리 및 보유공지 확보
8.2.3.2 지하탱크저장소
- 탱크의 구조등 :
탱크실의 벽, 바닥, 뚜껑 : 0.3m 이상의 철근콘크리트
탱크 주위 공간 : 0.1m 이상 간격 유지(탱크 주위 마른 모래로 충진)
탱크상호간격 : 1m 이상 간격 유지
탱크상부와 지면과의 간격 :0.6m 이상
자동계량장치 : 액체위험물 저장 시 설치
누유검사관 : 4개소 이상 설치
맨홀 : 지면까지 올라오지 않게 가급적 낮게 설치
통기장치 : 옥내저장탱크에 준용
8.2.3.3 옥내탱크저장소
8.2.3.3.1 건축물의 구조
- 벽, 기둥, 바닥 : 내화구조
- 지붕 : 불연재료
- 반자 : 설치 불가
- 창 ․ 출입구 : 갑종 또는 을종방화문
- 바닥 : 액체위험물 저장 시 불침윤재료로서 경사지게 하고 그 최저부에 집유설비 설치
- 문턱 : 전용실내의 저장탱크 용량을 수용할 수 있는 높이
8.2.3.3.2 탱크의 구조 등
- 전용실 벽 및 탱크 상호간격 : 0.5m이상
- 탱크용량
단층건축물에 설치된 탱크전용실의 경우 : 지정수량의 40배 (제4석유류 및 동식물유류 외의 제4류 위험물의 경우에는 최대 20,000ℓ)이하
단층건축물외의 건축물에 설치된 탱크전용실실의 경우 : 지정수량의 10 배 (제4석유류 및 동식물유류 외의 제4류 위험물의 경우에는 최대 5,000ℓ)이하
- 통기관 : 선단은 건물 개구부로부터 1m이상 이격된 옥외의 장소에 지면 으로부터 4m 이상 높이로 설치.
통기관은 직경이 30mm이상이고 인화방지망 설치 (고인화점 위험물만을 100℃미만의 온도로 저장하는 탱크의 통기관은 그 선단을 탱크전용실 내에 설치 가능하고 인화방지망 설치 제외 가능함)
8.2.3.4 옥외탱크저장소
- 두께 3.2mm 이상의 철판 (특정옥외저장탱크 이외의 것)
- 용량 100만ℓ 이상은 비파괴시험 시 고시에 정한 기준에 적합
- 방청도장 등 부식방지 조치
- 이상내압 방출구조 (지붕판을 측판보다 얇게 접합 등)
- 자동계량장치 : 액체위험물의 옥외저장탱크
8.2.3.4.2 방유제
- 액체위험물(이황화탄소 제외) 탱크의주위에 설치
- 용량 : 방유제 내 최대 탱크 용량의 110%이상
(단, 방유제 내의 면적은 80,000㎡이하로 할 것)
- 높이 : 0.5m 이상 3m이하 (높이 1m를 넘는 경우 계단이나 경사로 설치)
- 자동차 통행로 : 방유제 외면의 1/ 2 이상은 폭 3m 이상의 구내도로에 직접 접하게 설치
- 간막이 둑 : 용량 1,000만ℓ 이상인 옥외저장탱크 주위 설치
- 방유제와 탱크간의 거리
지름 15m 미만의 탱크 : 탱크 높이의 1/ 3 이상
지름 15m 이상의 탱크 : 탱크 높이의 1/ 2 이상
8.3 경질유 및 중질유 탱크화재의 특징
8.3.1 경질유 및 중질유의 비교
구분 | 경질유 | 중질유 |
증기압 | 100℉에서 2~4 Psi이상 | 100℉에서 2 Psi미만 |
종류 | 휘발유, 등유 | 원유, 중유 |
비점 | 낮다 | 높다 |
증기 공간 | 증기공간이 상온에서 연소 범위를 형성하므로 매우 위험 | 증기공간이 상온에서 연소 범위의 이하가 되어 농도가 희박 |
적용 탱크 | FRT, Vapor Spance Tank ,IFRT | CRT |
예방 대책 | 증기공간을 없앤다 불활성가스를 주입한다 | 물분무설비, 벤트 및 화염방지기 |
특징 | 액면화재의 액면강하속도 | 비점이 높은 고온층의 강하속도 |
재해 현상 | - | 보일오버, 슬롭오버,포스오버 |
8.3.2 경질유탱크
8.3.2.1 화재특징
- 경질유는 비점이 낮으며, 증기압이 100℉에서 2~4 Psi 이상인 휘발유나 등유와 같은 가연성액체
- 증기압이 높은 액체의 저장은 압력탱크를 이용한다.
- 증기압이 2~4 Psi 범위의 액체는 증기공간이 상온에서 연소범위를 형성 하므로 매우 위험하다
- 경질유가 탱크 내에서 연소범위내의 공간이 만들어졌을 때 착화원에
의해 발화되면 밀폐탱크의 경우 폭발이 일어나 지붕이 날아간다.
- 개방상태에서 탱크 내 화재는 각 성분이 비점차가 거의 없으므로 정상
상태의 연소가 되어 액면화재의 연소현상을 나타내어 연소속도가 액면 강하속도로 나타내진다
8.3.2.2 예방 및 방지대책
- FRT, Lifter Roof Vapor Dome Roof Tank를 이용하여 증기공간을
없애 주어 폭발가능성을 저감시켜야 한다.
- 증기공간에 불활성가스를 주입하기도 안다
- 특히 소화 작업을 하지 않더라도 화재가 탱크내에만 머문다면 탱크의
기름이 소진하면 자연히 진화된다
8.3.3 중질유탱크
8.3.3.1 화재특징
- 중질유는 비점이 높으며, 증기압이 100℉에서 2 Psi 미만이 되는 원유나
중유와 같은 가연성액체
- 중질유 저장탱크의 증기공간이 상온에서는 일반적으로 연소범위 이하가 되어 농도가 희박하다
정유과정중의 비정상적인 가열에 의하거나 화재노출로 인해 저장탱크의 전체 액체가 인화점까지 가열될 때 증기공간이 연소범위내로 된다
- 원유 나 중유와 같은 중질유는 상당히 높은 비점범위를 가지고 있기
때문에 이러한 탱크가 화재를 일으키면 고온의 열유층(고온층)을 유면의 밑쪽으로 형성하고 그 층의 두께는 연소시간의 경과와 더불어 증대한다.
- 저장된 기름표면부가 그 경질성분의 연소에 의해 중질화되어서 아랫부분 의 연소가 안 된 기름보다 비중이 커지면 표면 아래로 가라 앉아서
고온층을 형성한다.
유면에서 아래쪽으로 전파하는 열유층(고온층)을 열파(heat wave)라고 부르고 그 온도는 원유에서 150~200℃, 중유에서는 250℃ 이상이며 그 전파속도는 1시간에 15~ 50inch 정도이다
- 고온층의 연소속도(하강속도 : heat wave settlling ratio)
원유등 폭넓은 비점을 가진 유류화재 시 비점이 낮은 성분은 먼저 비등 하고 150℃ 이상 온도에 도달한 고비점의 유분은 직하층 저비점 성분
보다 비중이 커서 하방으로 내려가 이 층은 점차 두꺼워진다 이 고온층 이 하강하는 속도를 고온층 연소속도(24inch/ hr)라 한다.
8.3.3.2 중질유탱크 화재의 현상
8.3.3.2.1 Boil Over
- 원유나 중질유와 같이 끓는점이 다른 성분을 가진 제품의 저장 탱크에 화재가 발생하여 장기간 진행되면 유류 중 가벼운 성분이 먼저 유류
표면층에서 증발하여 연소되고 무거운 성분은 계속 축적되어 화염온도 에 의해서 가열되어 상부에 층을 이루게 되는데 이를 열류층(Heat Layer) 또는 고온층(Hot Zone)이라 한다. 열류층은 화재의 진행과
더불어 점차 탱크바닥으로 도달하게 된다(즉 이는 Pool Fire에서 액면
강하속도로 표현된다). 이 탱크의 하부(바닥부근)에 물, 또는 물-기름
에멀션(Emulsion)이 존재하면 뜨거운 열류층의 온도에 의하여 물이
수증기로 변하면서 갑작스러운 부피팽창(약 1,700배 정도)에 의하여
유류가 탱크 외부로 분출되는데 이 현상을 Boil Over라 한다.
8.3.3.2.2 Slop Over
- 원유나 중유와 같은 중질류는 상당히 넓은 끓는점(비점)범위를 가지고
있기 때문에 이런 탱크가 화재를 일으키면 고온의 열류층(혹은 고온층) 이 유면 아래로 형성되고, 그 층의 두께는 연소시간의 경과와 더불어 증대 한다.
유면에서부터 아래쪽으로 전파되는 고온층을 열파(HeatWave)라고
부르며, 그 온도는 대략 원유에서 150 ~ 200℃, 중유에서 250℃정도
이고, 전파속도는 시간당 15 ~ 50inch(38 ~ 127cm)이다.
이 고온층의 표면에서부터 소화작업으로 물이 주입되면 수분의 급격한 증발에 의하여 유면에 거품이 일어나거나, 열류의 교란에 의하여 고온층 아래의 찬 기름이 급히 열팽창하여 유면을 밀어 올려 유류는 불이 붙은 채 탱크 벽을 넘어서 흘러나오게 된다. 이것은 유류의 점성이 크고
액표면 온도가 물의 끓는점보다 높아지려는 온도에서 일어나는데 이
현상을 Slop Over라 한다.
8.3.3.2.3 Vapor Cloud
- 저장탱크에 화재가 발생하면 화재로 인한 복사열이 주위로 전달된다.
화재탱크 인근에 다른 저장탱크가 있을 경우 복사열을 받아 저장 액체의 온도가 증가하게 되고 이로 인하여 증기의 방출이 많아져 다량의 증기 가 탱크 외부로 누출되게 된다. 누출된 증기는 바로 확산되지 않고 구름 과 같이 뭉쳐져 있게 되는 경우 이를 증기운(Vapor Cloud)이라 하며
증기운(Vapor Cloud)이 화재탱크의 화염과 연결되게 되면 화염이 Vapor Cloud를 타고 인접 탱크로 전파되어 화재가 확대되게 된다.
저장탱크 화재가 단시간 내에 소화되지 않을 경우 Vapor Could에 의하여 인접한 모든 탱크에 화재가 발생하는 대형사고로 발전하게 되기도 한다.
8.3.3.2.4 Oil Over
- 저장탱크 내에 위험물이 50% 이하로 저장되어 있는 탱크의 화재로 고온 의 열이 전달되면 탱크 내 온도상승으로 공기가 팽창하여 폭발하는 현상
8.4 저장탱크 형태별 화재특성 및 소방대책
8.4.1 저장탱크 형태별 화재의 특성
8.4.1.1 석유류 저장탱크의 종류
8.4.1.1.1 CRT : Cone Roof Tank
- 원추형의 고정 지붕을 가진 탱크로 설치비가 저렴하여 가장 많이 사용
되고 있는 형태이다
- 제품의 입․ 출고 시 Filling Loss가 발생하며, 저장 시에도 일교차 등에 의하여 Breathing Loss가 발생하여 제품의 증발손실이 크므로 증기압이 높은 제품의 저장에는 적합하지 않다
8.4.1.1.2 FRT : Floating Roof Tank
- 액표면 위에 액위 와 같이 움직이는 부유 지붕을 설치하여 탱크 내부
증기공간을 없앰으로써 제품의 증발 손실을 줄일 수 있도록 한 형태로 증기압(Vapor Pressure)이 2 psi 이상인 제품의 저장에 사용되고 있다.
- FRT는 화재 예방효과가 큼은 물론 화재 시 진화도 용이한 반면에 설치비가 비싸고 눈이 많이 내리는 지방에서는 적합하지 않는 단점도 있다.
8.4.1.1.3 IFRT 및 CFRT : Internal Floating Roof Tank 및
Covered Floating Roof Tank
- CRT 내부 액표면 위에 액위와 같이 움직이는 부유 지붕을 설치한
것으로 CRT를 증기압이 높은 제품으로 Service Charge하거나 또는
빗물 등이 제품에 유입되어서는 아니 되는 증기압이 높은 제품을 저장 할 경우에 사용된다.
- IFRT는 이상적으로 설치된 경우 증발 손실 감소 및 화재 예방에 상당한 효과가 있으나, 부유지붕의 Sealing 상태가 불량할 경우는 지붕에 설치 된 대구경의 Free Vent를 통하여 공기의 유통이 원활하므로 제품의
증발손실이 증대됨은 물론, 증기의 농도변화로 인한 가연성 혼합기 형성 으로 화재 및 폭발 가능성이 있으므로 유의해야 한다.
8.4.1.1.4 VVST : Variable Vapor Space Tank
- 저장탱크 증기공간의 부피가 변화될 수 있도록 하여 증발손실 특히 일교차
등에 의함 Breathing Loss를 줄일 수 있도록 한 형태로 저장탱크의
회전수(Turnover)가 1년에 6회 이하로 적은 경우에 주로 사용된다.
- Variable Vapor Space Tank에는 지붕 자체가 움직일 수 있도록 된 Lifter Roof Tank와 Diaphragm을 설치하여 증기공간의 부피가 변할 수 있도록 된 Flexible Diaphragm Tank가 있다.
8.4.1.2 탱크형태별 화재특성
8.4.1.2.1 CRT
- CRT는 화재가 발생하면 대부분 초기에 폭발이 동반되게 되는데 이때
탱크벽면과 지붕의 연결 부위, 벽면과 벽면 연결 부위 등이 다른 부위
보다 약하게 용접되어 있으므로 폭발 시는 폭발력에 의하여 지붕이
멀리까지 날아가게 되거나 벽면 - 지붕 용접부위가 먼저 파열되게 된다.
폭발 후 화재는 액표면 전체에서 진행되며 화재 발생 후 10분 정도가
경과하면 화재 열에 의하여 액체 상부의 탱크벽면이 내부로 우그러들어 가기 시작하며 화재가 끝가지 방치되면 모든 탱크벽면이 내부로 완전히 우그러들게 된다.
CRT의 화재는 대부분 폭발부터 동반하지만 증기압이 높은 제품의 경우 통기장치등 개구부에서만 화재가 발생하는 경우도 있다. 개구부에서 발생 하는 화재의 양상은 불꽃색깔이 황색-오렌지색이고 검은 연기를 내면서 타는 경우와 청색-적색이고 연기를 내지 않으면서 타는 경우(주로 압력- 진공밸브에서 발생함)로 구분할 수 있는데 전자의 경우에는 탱크내부
증기의 농도가 인화범위보다 농후하여 화재가 탱크내부로 전파되지
않으므로 소화기 등으로 쉽게 소화할 수 있다. 그러나 후자의 경우에는 탱크내부 증기의 농도가 인화범위 내에 존재하여 탱크 내부로 화재가
전파되어 폭발이 발생할 가능성이 있으므로 탱크에 접근하여서는 아니 되며 특수한 방법으로 진화하여야 한다.
8.4.1.2.2 FRT
- FRT는 탱크 내부의 증기공간을 없앤 것이므로 화재 예방상 매우 안전
하다고 볼 수 있으며 비록 화재가 발생한다 하더라도 초기에는 액체
증기가 대기로 방출될 수 있는 부유지붕과 벽면 사이의 환성 Seal 지역 에서만 발생하게 되므로 소화의 측면에서도 매우 용이한 형태의 저장
탱크이다. 또한 화재가 상당기간 지속되더라도 지붕이나 벽면에 큰 변형 이 초래되지 않는다.
그러나 진화작업 중 너무 많은 냉각수나 포가 지붕에 살포되면 중력에
의하여 지붕이 가라앉으면서 화재가 액표면 전체로 확산되는 경우도
있으므로 유의하여야 한다.
8.4.1.2.3 IFRT
- IFRT는 액표면 위에 내부 부유지붕을 설치하여 증기공간을 없애고 부유 지붕과 탱크지붕사이의 공간은 환기를 충분히 시켜 인화범위 내의 증기 가 잔존하지 않도록 한 것이므로 FRT와 같이 초기 화재는 부유지붕과 탱크벽면 사이의 환상 Seal 지역에서만 발생하게 된다.
그러나 부유지붕의 Sealing 상태가 좋지 않을 경우 상부에 설치된
대구경의 Free Vent 를 통하여 공기가 원활하게 유통되므로 제품의
증발손실이 커짐은 물론 CRT에 저장하면 인화상한보다 높은 농도로
존재할 증기의 농도를 희석시켜 인화범위내로 존재하게 하여 화재 시
폭발을 동반할 가능성도 있으므로 유의하여야 한다.
IFRT의 화재가 장기간 방치될 경우 부유지붕이 알루미늄 또는 플라스틱 등 열에 잘 견디지 못하는 물질로 만들어져 있으며 화재 열에 의하여 부유지붕이 변형되면서 액체 내부로 가라 앉아 CRT와 동일한 양상으로 화재가 진행하게 된다.
8.4.1.2.4 VVST
저장탱크의 증기 공간 부피가 변화될 수 있도록 하여 증기손실 특히, 일
교차 등 에 의한 Breathing Loss를 줄일 수 있도록 한 형태로 저장탱크 의 회전수(Turn Over)가 1년에 6회 이하로 적은 경우에 주로 사용된다.
Vapor Space Tank의 종류는 2종류가 있으면 그 특징을 다음과 같다.
- Lifter Roo Tank
지붕 자체가 움직일 수 있도록 함으로써 증기 공간 부피가 변화될 수
있도록 하여 증기손실을 줄일 수 있도록 한 형태의 탱크
- Flexible Diaphragm Tank
Diaphragm을 설치하여 증기공간의 부피가 변할 수 있도록 한 형태
8.4.2 저장탱크 방화대책
8.4.2.1 화재예방
- 방유제를 경사지게(1.5° 이상)하여 화염이 직접 탱크에 접하지 않도록
한다.
- 탱크내의 압력을 감압시킨다.
- 화염으로부터 탱크로의 입열을 억제시킨다.
탱크외벽의 단열조치
탱크의 지하설치
물에 의한 탱크표면의 냉각장치 설치 등에 의해 탱크강판의 온도상승을 감소시키고 탱크내부에서의 증기발생을 감소시킨다.
- 열전도도가 좋은 물질을 설치(폭발방지장치)
- 용기의 내압강도 유지 :
경년부식에 의한 내압강도 부족을 고려한 충분한 부식여유 두께
- 용기의 외력에 의한 파괴의 방지
타 물체에 의한 기계적 충돌을 방지
8.4.2.2 화재탱크 소화설비 설치
인화점이 높은 중질류 석유제품 : 물분무소화설비 가능
일반적 : 포 소화설비
8.4.2.2.1 상부주입방식 : 가연성, 인화성액체 저장탱크 상부에 포방출구 설치
8.4.2.2.1.1Ⅰ형 포방출구 : Cone Roof Tank
Foam Trough
Tube
알코올형포 : 연소액면에 포를 주입할 때 소포성이 빨라 소호효과가 감소
하기 때문에 Ⅰ형 포방출구를 사용하는 것이 좋다
8.4.2.2.1.2 Ⅱ형 포방출구 : Cone Roof Tank
- 방출된 포가 디플렉터(반사판)에 의해 탱크측판 내면을 따라 흘러들어가
액면에 전개되어 소화작용을 할 수 있도록 설비된 포방출구
- 봉판의 역할 및 종류
8.4.2.2.1.3 특형 포방출구 : Floating Roof Tank
탱크내측으로부터 1.2m 떨어진 곳에 높이 0.9m 이상의 금속제 굽도리판 을 설치하고 양쪽사이의 환상부위에 포를 방사하는 구조
8.4.2.2.2 하부주입방식 :
- 상부주입방식의 포방출구(Ⅰ형, Ⅱ형, 특형)가 탱크화재 시 폭발에 의해
포방출구가 파괴되는 결점을 보완하는 형태
8.4.2.2.2.1 Ⅲ형 포방출구 : 표면하주입식, Cone Roof Tank
- 탱크하부에서 포를 탱크에 방출하여 포가 탱크안의 유류를 통해서 표면 으로 떠올라 소화작용을 하도록 된 포방출구
- 대기압상태의 콘루프탱크에 적합
- 내유성이 큰 수성막포와 불화단백포가 적합하다
8.4.2.3.2.2 Ⅳ형 포방출구 : 반표면하주입식, Floating Roof Tank
- 작동 시에 호스가 포의 부력에 의해 액체표면에 떠올라 호스가 펼쳐
지면서 호스 앞부분이 액면까지 도달한 후 포를 방출하는 포방출구
- Hose container, Main hose로 구성
- 내유성 있는 호스가 container 속에 넣어져 캡으로 봉합되어 탱크 내
액체로부터 보호되고 있다
8.4.2.2.3 지면화재 소화설비 설치
- 탱크화재 시 지면화재가 동반될 가능성이 매우 크다
- 지면화재를 방치하면 인접탱크로 화재가 전파될 뿐만 아니라 진화작업
에도 지장을 초래하므로 즉시 소화해야 한다.
- 보조포소화전설비 및 이동식 포 소화설비
8.4.2.2.4 저장탱크별 화재소화 대책 수립
- CRT와 IFRT 화재
1)가능하면 화재탱크의 제품을 즉시 다른 탱크 등으로 이송한다.
2)화재탱크에 포를 주입하여 소화한다.
3)지면에 화재가 발생되어 있으면 소규모 탱크인 경우 소화기로, 대규모 탱크인 경우 포 호스노즐로 소화한다.
4)화재탱크 벽면에 냉각수를 살포한다.
5)인접탱크가 직화에 노출되어 있거나 가열되어 있으며 냉각수를 살포한다.
- FRT 화재
1)화재초기에는 탱크 부유지붕과 벽면사이의 환상 seal지역 일부에서만 국소적으로 화재가 발생하므로 소화기로 소화된다.
2)소화기로 소화가 되지 않고 화재가 확대되면 포를 주입하여 소화한다.
3)지면에 화재가 발생하면 소규모인 경우 소화기로, 대규모인 경우
포호스노즐로 소화한다.
4)화재탱크 벽면에 냉각수를 살포한다.
5)인접탱크가 직화에 노출되어 있거나 가열되어 있으면 냉각수를 살포한다.
8.4.2.2.5 방유제 설치
8.4.2.2.6 탱크와 탱크사이에 수막설비(Water Curtain System) 설치
8.4.2.2.7 탱크벽에 물분무소화설비 (Water Spray System) 설치
8.5 LNG저장조의 Roll Over현상
8.5.1 개요
- Roll Over : 반전 : 상․ 하층의 밀도차이에 의한 역전에 따른 현상
- 층상화 : LNG의 경우 저장탱크의 액이 수입․ 이송등에 따라 하부에
중질액, 상부에 경질액으로 서로 다른 밀도층을 형성하는 경우
8.5.2 Roll Over의 발생원인
- 통상 조성이나 밀도 차이가 거의 없는 경우 : 상층표면은 기․ 액 평형
조건이 되고 이런 상태에서는 액의 자연대류가 이루어지므로 액 전체가
균질화된다
- 탱크 측면 및 저부로부터의 입열은 BOG(증발가스 : boiled off gas)발생 과 액의 농축에 이용되는데 일단 층상화되면 상층은 측벽 입열로서
하층액 사이의 계면보다 작은 입열로서 BOG가 발생되고 서서히 농축
되어 액밀도가 상승한다
- 하층은 상층으로부터의 가압 조건이고 측벽 및 하부입열에 따라 액온이 상승이 일어나 밀도가 저하된다
하층의 밀도가 상층액 보다 저하될 경우 상하층이 반전하며 동시에
급격한 혼합이 일어난다
하층액에 축적된 열량분의 BOG가 급속히 발생하는데 이 같은 현상을 Roll Over라 한다
8.5.3 Roll Over 방지방법
8.5.3.1 LNG 조성의 범위 제한
- LNG의 밀도에 따라 LNG를 하역하여야 한다
만약 2개의 LNG Cargo의 밀도차가 10㎏/㎥을 초과하면 같은 Tank로 LNG를 하역해서는 안된다
8.5.3.2 JET노즐로 인입 LNG와 잔류LNG를 혼합
- 하역 시에는 Mixing Loading Pipe에 Special Mixing Nozzle이 설치
되어 있어 층 형성을 방지할 수 있다
8.5.3.3 탱크내부 LNG의 Mixing순환
- 최소한 3주에 한번은 Tank내의 LNG를 순환시켜야 한다
장시간의 Stand-by기간에도 Primary Pump로 LNG를 균질화 하도록 한다.
8.5.3.4 탱크의 상․ 하층 입구 분리
- 탱크의 상․ 하층부에 각각 입구를 만들어 중질LNG는 상부로, 경질LNG는 하부 인입구로 유입시킨다.
8.5.4 Roll Over 발생 시 안전조치
- LNG Tank의 층이 형성되면 하역작업 수 시간 내에 Roll Over가 일어나 많은 양의 Vapor가 발생되며 Flare가 작동한다.
- 계속해서 Tank의 압력이 증가한다면 Vent 및 Safety Relief Valve에
의해 방호된다.
8.6 LPG의 위험성
- LPG(Liquefied Petroleum Gas)는 액화석유가스
- 성분은 C₃H₈(프로판), C₃H₆(프로필렌), C₄H₁₀(부탄), C₄H₈(부틸렌) 및 약간의 C₂H₆(에탄), C₂H₂(아세틸렌)
8.6.1 LPG의 성질
- 무색, 무취가스이며, 독성은 없으나 마취성이 있다
환기불량 장소의 사용은 피해야 한다.
- 상온에서는 기체로 존재하지만, 가압시키면 쉽게 액화가 가능하다
대기압 상태의 비점 : 프로판(-42.1℃), 부탄(-0.5℃)
- 가솔린과 같은 유기물 용매에 용해되기 쉽다
- 광섬유 또는 천연고무를 잘 용해시킨다.
- 액체에서 기체로 되면 체적은 약 250~300배로 된다.
- 비중은 액체상태에서 물보다 가볍지만, 기체상태는 공기보다 무겁다
- 파라핀계 탄화수소 와 올리핀계 탄화수소가 있다
- 완전 연소하면 CO₂ 와 H₂O가 된다
- 주성분은 C₃H₈(프로판), C₄H₁₀(부탄)이다
- 10~15℃에서 약 6~7㎏/㎠의 압력으로 액화된다.
- 발열량이 크다 : 프로판(12,000 K㎈/㎏), 부탄(11,800 K㎈/㎏)
- 폭발한계가 좁고 폭발하한이 낮다 : 프로판(2.2~9.5%), 부탄(1.8~8.4%)
- 연소속도가 늦다 : 프로판(4.45m/s), 부탄(6.65m/s)
- AIT가 높다 : 프로판(460~520℃), 부탄(430~510℃)
8.6.2 제조방법
- 습성 천연가스 및 원유에서 제조 :
압축냉각법, 흡수법, 활성탄에 의한 흡착법
- 제유소가스 : 상압증류장치, 접촉분해장치, 접촉개질장치, 수소화탈황장치 등에서 발생하는 가스에서 분리 회수하여 제조
- 나프타의 수소화 분해 생성물에서의 제조
8.6.3 저장탱크의 종류
8.6.3.1 저온상압 저장탱크
- 주로 Tanker에 의해 수입되는 액화석유가스를 저장하기 위한 것
- LPG는 통상 수입기지에 있는 저온저장탱크에 저장된다.
- 내부압력은 대기압 정도이고, 상온 저장탱크보다 강재의 두께가 얇아도 되고 , 대량저장에 사용된다.
8.6.3.2 상온고압 저장탱크
- 일반적으로 제유소, 충전소, 충전소, 공업용 소비 플랜트에 이용되는
저장탱크
- 저장탱크 및 용기는 온도상승에 의한 액팽창 때문에 파괴되는 것을 방지 하기 위하여 안전공간 (내부체적의 10%이상)을 유지해야 하며 중․ 소
용량에 사용된다.
8.6.4 소량취급소 화재예방 대책
8.6.4.1 용기의 설치장소 및 방법
- 유출시에도 내부에 머무르지 않도록 용기는 옥외에 설치
- 직사광선이나 낙하물 차단을 위해 덮개를 한다.
- 전도방지장치
8.6.4.2 배관
- 금속 고정배관으로 하고 고무호스 사용은 되도록 짧게 한다.
- 내유성의 LP가스용 호스사용
- 옥내 쪽에 Main Valve 설치
8.6.4.3 연소기구 및 그 설치장소
- 완전연소를 위해 많은 공기 필요, 따라서 LPG전용으로 사용
- 연소기구는 주위 가연물 과 충분한 거리, 주위에는 충분한 공기공급
- 연소기구를 설치한 실내는 상부와 하부에 환기장치
8.6.4.4 용기의 교환
- 용기 교환은 판매업자에게 맡긴다.
- 용기 교환 시 책임자 입회하에 화기엄금
8.6.4.5 가스누출 화재시의 조치
- 누출 시는 가스 콕, 용기밸브를 잠그고 주위의 불을 끄고 창문을 열어
통풍이 잘 되게 한다.
- 불이 붙은 때는 우선 용기밸브를 잠근다.
8.6.5 대량취급소 화재예방 대책
- 대량의 LPG취급으로 일단 화재가 발생하면 대량의 가스가 방출되어
폭발이 일어나고 피해범위가 확대되기 쉽다
- 저장탱크는 압력탱크로서 구형탱크 와 횡형탱크가 있다
- 저장기지에는 Dome Roof형식의 대형탱크를 이용한다.
8.6.5.1 충전시 주의사항
- 탱크차의 위치를 정확히 하여 배관에 확실하게 접속시킬 수 있도록 한다.
- 충전 중 차가 움직이지 않도록 바퀴에 고일 것을 준비한다.
- 고압호스의 접촉구에는 반드시 안전 빗장을 건다.
- 충전작업중에는 사무실을 비롯한 주위의 화원을 전부 제거한다.
- 충전작업중에는 충전작업을 알리는 게시판을 세우고 모든 차량의 출입을 금지시킨다.
8.6.5.2 설비상의 안전대책
- 안전밸브 : 크기 및 부착방법 등에 주의
- 과류 방지밸브 : 긴급차단밸브의 일종
- 방화벽, 방폭벽 : 피복위험탱크 주위에 콘크리트 장벽
- 소화설비 : 화세확대 방지를 위해 물분무소화설비가 이용된다.
8.6.5.3 소화활동상의 주의사항
- 폭발화재가 발생하면 강력한 연소력으로 일시에 불바다가 될 염려가
있으므로 초기에는 인접건물에 대한 연소방지를 중점으로 소화작업
- 연소방지에 힘쓰는 한편 탱크에 냉각수를 주입, 폭발위험이 크므로 안전 확인 전까지는 접근 금지, 차폐물이용 또는 모니터 노즐 사용
- 분출가스를 막을 수 없을 경우에는 냉각에 의해 불길을 억제하면서 주위 에 대한 연소방지에 힘써야 한다.
- 누출된 미연소가스의 인화폭발을 방지하기 위해 주택을 포함하여 주위의 화기, 전기설비의 사용을 금하는 등 적절한 광역대책이 필요
- 소방대원은 탱크와 떨어진 위치에서 행동해야 하며 가능한 바람이 불어 오는 방향에서, 또 높은 장소에서 진화작업에 임하는 것이 좋다
8.7 LNG의 위험성 :
- LNG는 액화천연가스 (Liquefied Natural Gas)로 메탄(CH₄)을 주성분 으로 한 천연가스를 초저온으로 냉각해서 액화시킨 것
- 기화된 LNG는 전혀 불순물을 포함하지 않은 청정연료로서 도시가스로 가장 많이 이용되고 있다
8.7.1 LNG의 특성
- 무색, 무취 가스이다
- 상온에서는 기체이나 저온 액화하여 저장한다.
LNG와 그 주변과의 농도차가 매우 크다
- 기체와 액체 상태의 부피차이 비율이 크다(LNG 600:1, LPG 300:1)
메탄 0℃, 1atm에서 1㎏가스가 1.4㎥의 체적이지만 냉각하여 -162℃, 1atm에서 2.4ℓ가 되어 체적이 1/600정도로 취급 및 수송에 편리하다
-160℃ 와 -100℃ 사이에 있는 LNG증기는 공기보다 무겁다
- 깨끗한 화염을 내고 급격하게 연소하며 발생하는 복사열이 높다
- Natural Gas도 질식작용이 있다
- 유출 시 대기중의 산소와의 확산, 혼합에 의해 쉽게 폭발(연소)범위를
형성한다.
- LNG의 수입기지에는 저온저장설비 등 기화장치가 필요하다.
8.7.2 재해의 유형과 원인
8.7.2.1 위험물에 대한 재해의 유형
- 화재
- 폭발
- 유해물질의 누출
8.7.2.2 직접적인 재해요인
- 액체의 누출
- 증기의 방출
- LNG 저장탱크의 Roll Over현상
8.7.2.3 재해의 원인
- 설비요소의 결함 및 파손
- 운전의 실수, 잘못
- 이상 운전상태(반응폭주)
- 외부요인에 의한 사고위험
- 자연력
- 고의 또는 사보타지 행위
8.7.2.4 화재폭발 위험요소 방지대책
- 가연물질의 제거, 불연화 : 누출방지
- 조연성물질의 차단
불활성가스 봉입 (Nitrogen Sealing)등의 근본적인 시설 안전대책이
요구된다.
- 발화원의 제거 : 점화원을 관리한다.
예상되는 발화원인은 노출 불꽃, 고열․ 고온표면, 충격, 마찰, 단열압축, 자연발화, 화학반응, 전기불꽃, 정전기 등
- 고압가스나 Flange나 기타 잠재적 누설원 으로 부터의 방지
(Jet Fire에대비)
8.7.2.5 위험물 누출방지설비
- LNG 저장탱크 방액제
- 누출 LNG 집액설비(하역설비는 1분간 설계누출량 기준)
- 연료유 방유제
8.7.2.6 소화설비
- 포소화설비가 주 설비이며 물분무도 병행되어야 한다.
- 탱크의 방유제 등 LNG의 누출로 인한 증기운의 발생 및 폭발위험의
장소에는 수직형 수막설비를 해야 한다.
8.7.3 LPG 와 LNG 비교표
구분 | LPG | LNG |
주성분 | -C₃H₈(프로판), C₄H₁₀(부탄) | -메탄(CH₄) |
성질 | -상온에서 기체, 가압 시 액화 | -상온에서 기체, 저온 시 액화 |
비점 | -프로판(-42.1℃),부탄(-0.5℃) | -메탄(-162℃) |
체적변화 | -액체에서 기체로 250~300배 | -액체에서 기체로 600배 |
연소속도 | -늦다 | -빠르다 |
발열량 | -크다 | -크다 |
폭발한계 | -프로판( 2.2 ~ 9.5 %) -부탄( 1.8 ~ 8.4 %) | -메탄 ( 5 ~ 15 %) |
특징 | -폭발한계가 좁고 폭발하한이 낮다 -AIT가 높다 | -깨끗한 화염, 급격한 연소 특성, 복사열이 높다 |
비중 | -액체 : 물보다 가볍다 -기체 : 공기보다 무겁다 | -100℃ 증기 : 공기보다 무겁다 -100℃ 기체 : 공기보다 가볍다 |
CHAPTER9. 정전기
- 정전기 : 마찰전기(Triboelectricity)
전하분리(Charge separation)에 의해 발생
1,000~10,000[V]정도
가연성가스, 인화성액체, 분진 등이 있는 곳의 점화원으로 작용
9.1 정전기 발생원리
9.1.1 일함수 : work function
- 정전기 : 정지 상태의 전하에 의한 전기
- 마찰전기 : 이종 물질이 접촉된 후 서로 분리되면서 정전기발생
9.1.2 전하분리
- 물체 접촉면의 전기 이중층 형성, 전기 이중층 분리에 의한 전위상승,
분리된 전하 소멸의 3단계 과정이 연속적으로 일어날 때 발생한다
- 평상시는 전하가 존재하지만 ( +), (-)의 전하량이 같아 총 전하량은
0이 된다
- 물체 분리 시 정전용량이 감소하면 접촉전위는 수[mV]에서 수[KV]로
상승
전위 V =
[V] Q : 전하량 [C], C : 정전용량 [㎌]
9.1.3 정전기 발생에 영향을 주는 요인
9.1.3.1 물체의 특성
- 정전기의 발생은 대전서열 중에서 가까운 위치에 있으면 작고, 떨어져
있으면 크다
9.1.3.2 물체의 표면상태
- 표면이 거칠면 정전기 발생이 쉽고 수분, 기름등에 오염되어 있거나 부식 되어 있으면 정전기 발생에 영향을 준다.
9.1.3.3 물체의 이력
- 정전기 발생은 처음 접촉, 분리가 일어날 때 최고로 크고 접촉, 분리가 반복되어짐에 따라 작아진다.
9.1.3.4 접촉면적 및 접촉압력
- 접촉압력이 증가하면 접촉면적도 증가하기 때문에 일반적으로 접촉압력 이 크면 정전기 발생도 크게 되는 경향이 있다
9.1.3.5 분리속도
- 분리속도가 크면 전하분리에 주어지는 에너지가 커져서 정전기 발생이 크게 되는 경향이 있다
9.2 정전기 현상
9.2.1 대전
- 비대전체가 어떤 요인(에너지)에 의하여 전하를 띄게 하는 현상
9.2.1.1 대전의 원인
- 접촉, 박리, 마찰, 충돌, 변형, 변태, 이온흡착 등에 의해서 대전하게 된다.
9.2.1.2 대전의크기를 결정하는 요인
- 접촉면적, 압력, 마찰빈도, 속도, 온도차 등에 의하여 대전의 크기가 결정 된다.
9.2.1.3 대전의 극성을 결정하는 요인
- 물질의 형태, 표면상태, 이력 등에 의해서 대전의 극성이 결정된다.
9.2.2 방전
- 대전물체에 축적되어 있는 정전기의 에너지에 의해서 대전물체 근방
공간에 있는 물질이 전이되는 현상이다
9.2.3 정전유도
- 대전물체 가까이 절연된 도체가 있으면 절연된 도체의 표면상에서 대전 물체의 전하와 반대극성의 전하가 나타나는 현상을 정전유도라 한다
- 정전유도현상에 의해 대전물체 부근에 도체가 있으면 불꽃방전이 발생
하여 이것이 착화원이 되어 화재가 발생하기도 한다.
9.2.4 역학현상
- 두 개의 작은 물체 사이에 작용하는 힘은 각각의 물체가 가지고 있는
전하량에 비례하고 거리의 제곱에 반비례한다.
F =
Q₁, Q₂: 전하량 [C], r : 거리 [m]
9.3 대전종류
9.3.1 마찰대전
- 물체가 마찰을 일으킬 때 마찰에 의해서 접촉의 위치가 이동하고 전하 분리가 일어나서 정전기가 발생하는 현상이다
9.3.2 박리대전
- 상호 밀착해 있는 물체가 벗겨질 때 전하분리가 일어나서 정전기가 발생 하는 현상이다
9.3.3 유동대전
- 액체류를 파이프 등으로 수송할 때 정전기가 발생하는 현상이다
- 액체가 파이프 등의 고체와 접촉하면 액체류 와 고체와의 계면에 전기
이중층이 형성되고 이 전기이중층을 형성하는 전하의 일부가 액체류의 유동과 함께 흐르기 때문에 정전기가 발생되는 현상이다
- 유동속도가 정전기 발생에 크게 영향을 준다
9.3.4 분출대전
- 분체류, 액체류, 기체류가 단면적이 작은 개구부(노즐, 균열등)에서 분출 할 때 마찰이 일어나서 정전기가 발생하는 현상이다
- 정전기 발생요인은 관과의 마찰뿐만 아니라 액체류, 분체류 끼리의 충돌
및 가늘게 비산해서 비말(물보라, spray)상태가 되는 것
9.3.5 충돌대전
- 분체류에 의한 입자끼리 또는 입자와 고체와의 충돌에 의해서 빠르게
접촉, 분리가 일어나기 때문에 정전기가 발생하는 현상이다
9.3.7 파괴대전
- 고체, 분체류와 같은 물체가 파괴 될 때 전하분리 또는 전하의 정부 균형 이 무너져 정전기가 발생하는 것
9.3.8 비말대전
- 공기 중에서 분출한 액체류가 미세하게 비산되어 분리하고 작은 방울로 될때 새로운 표면을 형성하기 때문에 정전기가 발생하는 현상이다
9.3.9 진동대전 : 교반대전
- 액체가 교반할 때 대전한다
- 기름을 탱크에 넣어 진동시키면 진동주파수에 따라 대전전압에 극소치가 생긴다. 이 극소부분을 제외하면 대전은 지폭이 커질수록 커지며, 진동 주기가 빨라질수록 커진다
9.3.10 기타대전
- 액체 중에 비중이 다른 타 고체, 액체, 기포 등이 분산, 흡입되어 있으면 이러한 것이 가라앉거나 올라갈 때 액체류와의 경계면에서 전기이중층 이 형성되고 정전기가 발생하는 현상을 말한다
9.4 방전
9.4.1 용어정의
- 정전기의 전기적 작용에 의해서 일어나는 전리현상
- 물체의 정전계가 공기 중의 절연파괴 전계강도 (AC 21 KV/㎝, DC30 KV/㎝ : 표준온도, 표준습도, 표준압력 하에서)에 달한 경우에 일어
나는 기체의 전리현상이다
- 방전이 일어나면 축적되어 있던 정전기에너지가 방전에너지로서 공간에 방출되어 열, 파괴음, 발광, 전자파 등으로 소비된다
9.4.2 방전현상의 종류
9.4.2.1 코로나방전
- 대기 중에서 발생하기 쉬운 방전으로 방전물체 또는 대전물체 부근의
돌기상대 끝부분에서 미약한 발광이 일어나거나 보이는 방전
9.4.2.2 브러시방전
- 대전량이 큰 대전물체(일반적으로 부도체)와 비교적 평활한 형상을 가진 접지도체와의 사이에서의 방전으로 비교적 강한 파괴임과 발광을 동반 하는 방전
9.4.2.3 불꽃방전
- 대전물체와 접지도체의 형태가 비교적 평활하고 그 간격이 적은 경우 그 공간에서 갑자기 발생하는 강한 발광이나 파괴임을 동반하는 방전
9.4.2.4 전파브러시방전
- 연면방전이라고도 하며 대전되어 있는 부도체에 접지체가 접근할 때
대전물체와 접지체 사이에서 발생하는 방전과 동시에 부도체 표면을 따라 발생하는 방전
9.5 정전기의 발화한계
9.5.1 도체
- 대전체가 도체일 경우 방전할 때 거의 대부분의 전하가 방출된다
- E =
=
9.5.2 부도체의 발화한계
- 대전체가 부도체인 경우 방전이 발생하더라도 축적된 모든 에너지가
방출되는 것이 아니다
-일반적으로 화재 및 폭발을 발생시키는 대전상태
1)최소착화에너지가 수십[μJ]인 가연물질의 경우 :
대전전위 : 1KV 이상, 대전전하밀도 : 1×
C/㎡이상
2)최소착화에너지가 수백[μJ]인 가연물질의 경우 :
대전전위 : 5KV 이상, 대전전하밀도 : 1×
C/㎡이상
- 대전하고 있는 물체에 인체가 접근했을 때 정격을 느끼는 정도의 대전상태
- 대전하고 있는 물체에 직경 30㎝이상의 접지된 금속류를 접근 시켰을때
파괴음과 발광을 동반하는 방전을 발생시키는 대전상태
- 부도체로부터 방전에너지 산출공식
E =∫
Rdt = ∫IVdt = ∫
dt
현상 | 재해․ 장해의 원인이 되는 정전기에너지 |
| 인체대전(도체) | 의류대전(부도체) |
폭발화재 | 가연성가스등의 착화에너지 | 10mJ 클라스인 것 | 1×
C이상 또는 300V이상 | 1×
C/㎡ 이상 또는 1KV이상 |
|
| 100mJ 클라스인 것 | 1×
C이상 또는 1KV이상 | 1×
C/㎡ 이상 또는 5KV이상 |
전기적 충격 | 바늘로 찔린 정도의 통증 |
| 2~3×
C이상 또는 3KV이상 | 1×
C/㎡ 이상 또는 300V이상 |
9.6 방전에 의한 발화
9.6.1 최소착화에너지
- 방전에 의한 발화에 기여한 에너지를 최소발화에너지(Minimum Ignition Energy)
품질명 | 최소착화에너지[mJ] |
메탄 | 0.28 |
에탄 | 0.25 |
프로판 | 0.25 |
부탄 | 0.25 |
헥산 | 0.24 |
벤젠 | 0.20 |
메탄올 | 0.14 |
수소 | 0.019 |
아세틸렌 | 0.019 |
이황화탄소 | 0.009 |
9.6.2분말의 착화 위험성
품질명 | 폭발하한계농도[g/㎥] | 최소착화에너지[mJ] |
알루미늄 | 30 | 10 |
유황 | 35 | 15 |
석탄 | 40 | 30 |
에폭시수지 | 20 | 9 |
합성고무 | 30 | 30 |
폴리에틸렌 | 20 | 10 |
폴리프로필렌 | 20 | 25 |
소맥 | 40 | 40 |
설탕 | 35 | 30 |
목재 | 20 | 20 |
9.7 정전기 방지대책
9.7.1 고체의 대전방지
- 합성수지 및 고무류 :
대전방지제, 탄소 등이 혼입되어 있는 도전성 합성수지나 고무를 사용
하고 접지
합성수지류에 대한 대전방지제를 첨가하거나 도포하고 도전율을 향상
시킨다.
- 섬유나 모류의 대전방지는 금속섬유, 유기도전성섬유 등의 도전성재료를 사용하고 접지시키거나 도포하여 도전율을 향상시킨다.
- 유리, 자기류의 도전방지는 도전성유리를 사용하여 접지하거나 표면전체 또는 일부에 도전성 재료를 사용하여 접지하는 방전 및 가습, 가수
하거나 제전기에 의한 방법을 사용한다.
- 종이류의 대전방지는 적절한 대전방지제를 도포하여 도전율을 향상
시키고 접지하는 방법 또는 가습, 가수하는 방법 및 제전기에 의한
방법을 사용한다.
9.7.2 액체의 대전방지
- 가연성 액체의 대전방지는 취급하는 장치, 용기, 배관 등을 부도체로 하지 않고 금속제나 도전성재료로 된 것을 사용하고 이를 접지한다
액체용 대전방지제를 혼입하여 도전율을 향상시키며 이와 밀착된 금속 을 이용하여 간접 접지한다.
정지해 있는 가연성 액체에 대해서는 접지 이외의 정치시간을 설정하여 야 하며 비산하고 있는 가연성 액체에 대해서는 대전을 방지할 수 없기 때문에 액체류의 정전기 발생 방지대책에 의해 재해를 방지해야 한다.
- 저항률이 10¹¹~ 10¹² Ω㎝ : 정전기 대전값이 제일 크다
- 인화성 액체위험물이 정전기 대전값이 가장 큰 저항률을 갖고 있고
점화에너지 값도 낮아 화재 폭발의 원인이 되고 있다
- 인화성 액체 위험물을 취급하는 고에서는 접지, 가습, 정치시간 확보 등 다양한 정전기 축적방지 대책을 실시하여야 한다.
- 불연성 액체의 대전방지도 가연성 액체의 경우와 같은 방법으로 대전을 방지하며 정지해 있는 액체에 대해서는 제전기에 의해 대전을 방지한다.
9.7.3 기체․ 미스트의 대전방지
- 청정기체는 거의 대전하지 않으나 기체 중에는 이물질이 포함되므로
기체가 유동․ 분출할 때는 이물질이 마찰 등에 의해 대전하여 기체가
대전한 것처럼 보인다.
기체의 대전방지를 위해서는 녹, 먼지, 미스트 등의 이물질을 가능한
제거해야 한다.
- 수증기, 액화가스, 용제증기 등은 노즐에서 기상으로 방전하면 거의 대전 하지 않으나 액상 또는 기액 혼합 상태로 분출되면 분무대전 등에
의해 액적, 미스트로 정전기가 발생하므로 이에 대한 대전 방지법
고압방출, 분출의 방지
방출노즐은 미립화하기 어려운 형상을 채택
유동․ 분출에 사용되는 도체 및 대전염려가 있는 근접 도체는 모두 접지
9.7.4 분말의 대전방지
- 용기 벽과의 마찰, 분말끼리의 충돌, 분말의 파쇄 등에 의해 정전기가 발생하면 분말입경이 작을수록 정전기 발생이 크고, 착화에너지가 저하 한다. 즉 분진농도가 높을수록 방전이 쉽고 또한 착화가 쉽다
-분말의 대전방지 방법으로는 가습, 극성용제의 첨가로 분말의 저항을
저하, 재료의 도전성 재료 선정, 취급규모․ 속도의 제한, 분말의 지름을 크게 하는 것, 분진의 발생 ․ 비산방지, 제전기 사용 등이 있다
9.8 구체적 방지대책
9.8.1 도체의 대전 방지대책
9.8.1.1 접지
- 물체에 발생된 정전기를 대지로 누설시켜 물체에 정전기가 축적되는 것 을 방지하는 방법
9.8.1.2 본딩
- 금속물체가 절연상태로 되어 있는 경우 그 사이를 도선으로 결합하여
양자의 전위차를 없애고, 방전을 방지하기 위하여 실시한다.
- 본딩을 실시할 때는 반드시 접지를 동시에 실시한다.
9.8.2 부도체의 대전 방지대책
9.8.2.1 정치시간의 확보
- 정치시간 : 접지상태에서 정전기의 발생이 끝난 후 다음 발생 때까지의 시간, 또는 정전기의 발생이 끝난 후 접지에 의해 대전된 정전기가 누설 될 때까지의 시간
- 물체의 도전율이 10⁻¹² Ω/m 보다 적은 경우에는 정치시간을 설정하더라 도 반드시 대전량이 감소한다고 할 수 없다
- 대전물체가 가연성 물질이라면 위험한 분위기를 조성하고 있거나 그
가능성이 있는 경우에는 될 수 있는 한 정치시간을 두어 대전해 있는 정전기를 대지로 누설시켜 주는 것이 바람직하다
- 정치시간 : 탱크의 종류 및 용량에 따라 15분 ~ 120분
9.8.2.2 배관 내 액체의 유속제한
- 탄화수소의 절연성 액체 이송 시 정전기 대전량은 shon-Bustio의 실험 에 의하면 유속의 1.75승에 비례한다.
- 배관의 유속은 가능한 억제하여야 하며 이동용 저장탱크 주입구 주입
속도는 1m/s 이하로 하여야 한다.
- 정전기 발생 억제를 배관에서의 유속제한 기준
저항률이 10¹⁰ Ω㎝미만 : 7 m/s이하
저항률이 10¹⁰ Ω㎝이상 : 관경에 따라 1~ 5m/s이하
물이나 기체를 혼합한 비수용성 위험물 : 1m/s이하
이황화탄소 : 1m/s이하
9.8.2.3 가습
- 공기의 상대습도를 60~ 70%이상 유지하여 정전기 축적방지
- 습도가 높으면 물체표면에 극히 얇은 수성막이 생기고 이것에 공기 중의 CO₂가 녹아 전이되어 이를 통해 정전기가 누설됨.
9.8.2.4 제전에 의한 대전방지
- 정전기상의 부도체를 대상으로 한 대전방지대책
- 물체에 대전전하를 완전히 중화시티는 것이 아니고 정전기에 의한 재해 가 발생하지 않을 정도까지 중화시키는 것이다
- 제전기의 종류
1)전압인가식 :
고전압의 에너지에 의해 침상전극에서 방전이 발생하고 방전에 의해 ion이 생성되어 제전하는 방법
교류형(상업용주파, 고주파), 직류형, 직류펄스형
2)자기방전식 :
대전물체의 정전기에 의한 전계를 접지한 침상전극에 모으므로 그
전계에 의해 기체를 전리시켜 계전에 필요한 ion을 생성시켜 제전
하는 방법
50KV 내외의 높은 대전은 제거할 수 있으나 2KV 내외의 대전이 남는 경향이 있으므로 대전전위가 낮으면 제전이 불가능한 경우도 있다
3)방사선식
방사선의 공기전리작용을 이용하여 제전에 핑요한 ion을 만드는 제전기
방사선 동위원소가 사용되며 반감기가 길고 전리능력이 큰 α선 또는
β선이 사용되고 있다
9.8.2.5 도전성재료의 사용
- 전기저항이 높은 물질 대신 전도성이 있는 물질을 사용하여 정전기를 방지
- 도전화, 도전성 고무호스 사용 등
9.8.2.6 정전차폐 :
접지된 도체로 대전물체를 덮거나 둘러싸는 방법인데 대전 물체의 전위를 내려 방전이 난이하게 함으로써 근방에 있는 물체의 정전유도를 방지
하고 정전기의 원인이 되는 역학현상의 발생을 방지하는 효과가 있다
- 대전차폐의 기본 : 차폐재, 접지와 본딩
- 차폐재 : 금속세선의 간격이 수[㎝]의 금속망
- 차폐방법 : 가능한 대전 물체에 밀착
9.8.3 인체의 대전방지
9.8.3.1 제전복 착용
- 합성수지 작업복 입고 있을 때 대전전위 3,000[V],
벗을 때 대전전위 12,000[V]
- 제전복을 착용하여 인체에 대한 정전기 축적을 방지한다
- 제전복은 중간, 중간에 일정한 간격으로 도전성 섬유를 짜 넣어 코로나 방전을 통하여 정전기 축적을 방지한다
- 제전복 착용시 대전전위 100~ 200[V]
9.8.3.2 정전화착용
- 일반 구두의 저항값 10¹² Ω에 해당되어 정전기 축적이 용이하다
- 정전화 또는 대전방지화 : 작업화 바닥의 저항값을 10⁵~ 10⁸Ω정도
9.8.3.3 손목접지대 착용
- 작업자 손목에 가요성이 있는 밴드를 차고 접지선에 연결함으로써 인체 를 접지하는 기구로 이 접지대는 1㏁정도의 저항을 직렬로 삽입하여 동전기의 누설로 인한 감전사고가 일어나지 않도록 하고 있다
9.8.4 기타
9.8.4.1 가연성 분위기의 불활성화
- 가연성 분위기를 제거함으로써 정전기를 방지하는 방법
- 질소, 탄소가스와 같은 불활성 가스를 이용하여 공기를 치환시키는
것으로 산소농도를 한계산소농도보다 낮게만 하면 된다
9.8.4.2 마찰을 적게 하는 방법
- 마찰계수가 큰 밸트 사용
- 마찰하는 두 물질의 대전서열이 가까운 것 사용
- 두 가지 물질을 모두 도전성 물질로 하는 방법
CHAPTER10. 전기기계기구의 방폭대책
- 가스, 증기 등의 폭발성 혼합기체가 존재하고 있는 위험장소에 전기기기 를 설치하더라도 이것이 점화원이 되어 화재 및 폭발 등의 사고가 발생 하지 않도록 전기기기에 방폭성을 갖게 하기 위해서는 일반적으로 다음 과 같은 방법을 사용한다.
- 전기기기의 방폭성
1) 점화원의 실질적 격리 : 내압, 압력, 유입방폭구조
2) 전기기기의 안전도 증가 : 안전증방폭구조
3) 점화능력의 본질적 억제 : 본질안전방폭구조
방폭구조 | 표시 | 영문표기 |
내압방폭구조 | Exd | Flame proof type |
유입방폭구조 | Exo | Oil immersed type |
압력방폭구조 | Exp | Pressurized type |
안전증방폭구조 | Exe | Increased safety type |
본질안전방폭구조 | Exia, Exib | Intrinsic safety type |
특수방폭구조 | Exs | Special type |
- 방폭전기설비는 가연성 가스나 증기 또는 분진이 존재하는 위험(폭발)
분위기에서 전기설비가 화재나 폭발을 일으키는 점화원이 되지 않도록 전기설비의 안전도를 향상한 것.
방폭전기기기 와 관련 배선 ․ 전선관 ․ 금구류를 총칭함
10.1 폭발위험장소의 구분
10.1.1 주요국가별 분류
구분 | 지속적 또는 장기적 위험 분위기 | 통상 상태에서 간헐적인 위험 분위기 | 이상상태에서 단시간적인 위험 분위기 |
유럽, 독일, IEC | Zone 0 | Zone 1 | Zone 2 |
영 국 | Division 0 | Division 1 | Division 2 |
한국, 일본 | 0종 장소 | 1종 장소 | 2종 장소 |
북미지역 | Division 1 |
| Division 2 |
* API, NFPA의 Class에 의한 분류 : 위험물질에 따른 분류
1. Class I Location : 가연소 증기 또는 가스에 의한 폭발위험장소
2. Class II Location : 연소성 분진에 의한 폭발위험장소
3. Class III Location : 섬유분진(섬유, 부스러기, 솜털 등)에 의한 폭발위험 장소
10.1.2 KS, IES, JIS 기준
위험장소 | 특징 | 방폭구조 |
0종장소 | 지속적으로 폭발분위기가 - 연속적으로 장시간 생성되는 장소 - 연 1,000시간 이상 또는 확률 10% 이상 발생장소 예) 인화성 액체의 용기 내부 - 장치 및 배관 내부 - 가연성 액체가 모여 있는 Pit Trench | 본질안전방폭구조 |
1종장소 | 정상상태 하에서 폭발분위기가 - 주기적 또는 때때로 생성될 우려가 있는 장소 -연 10 ~ 1,000시간 이상 또는 확률 0.1 ~ 10% 이상 발생장소 예) 0종 장소의 근접 주변 - 운전상 열게 되는 연결부 주위 - 송 ․ 급통구 근접 주변 - 배기관위 유출구 근접 주변 | 본질안전방폭구조 내압방폭구조 유입방폭구조 압력방폭구조 |
2종장소 | 이상상태에서 폭발분위기가 - 생성될 우려가 있는 장소 - 연 1 ~ 10시간 이상 또는 확률 0.01~ 0.1 이상 발생 장소 예) 1종 장소의 근접 주변 - 용기나 장치의 연결부 주변영역 - 펌프의 봉인부(sealing) 주변영역 | 본질안전방폭구조 내압방폭구조 유입방폭구조 압력방폭구조 안전증방폭구조 |
10.1.3 폭발위험장소의 구분 절차
- 폭발위험장소의 구분은 가스 등의 물질특성, 공정 및 설비에 대한 충분한 지식을 보유한 자가 안전, 전기, 기계 등 관련 공학전문가와 협의하여 실시하여 폭발위험장소 여부 결정한다.
10.1.3.1 폭발위험장소
- 인화성 또는 가연성의 가스나 증기가 쉽게 존재할 가능성이 있는 구조
- 인화점이 40℃ 이하의 액체가 저장, 취급되고 있는 장소
- 인화점이 65℃ 이하의 액체가 인화점 이상으로 저장, 취급될 수 있는 장소
- 인화점이 100℃ 이하의 액체의 경우, 해당 액체의 인화점 이상으로
저장, 취급되고 있는 장소
10.1.4.2 비폭발위험장소
- 환기가 충분한 장소에 설치되고 개구부가 없는 상태에서 인화성 또는
가연성 액체가 간헐적으로 사용되는 배관으로 적절한 유지관리가
이루어지는 배관 주위
- 환기가 불충분한 장소에 설치된 배관으로 밸브, 핏팅(fitting), 플랜지 (flange)등 이상발생 시 누설될 수 있는 부속품이 전혀 없고 모두
용접으로 접속된 배관 주위
- 가연성물질이 완전히 밀봉된 수납 용기 속에 저장되고 있는 경우에 수납 용기 주위
- 보일러, 화로, 가열로, 소각로 등 개방된 화면이나 고온표면의 존재가
불가피한 설비로써 연료주입 배관상의 밸브, 펌프 등의 위험 발생원
주변의 전기 기계기구가 없는 경우의 개방화염 또는 고온표면이 있는 설비 주위
10.2 폭발위험장소의 종별 결정
10.2.1 0종 장소
- 설비의 내부
- 인화성 또는 가연성 액체가 존재하는 피트(Pit) 등의 내부
- 인화성 또는 가연성 가스나 증기가 지속적으로 또는 장기간 체류하는 곳
10.2.2 1종 장소
- 통상의 상태에서 위험분위기가 쉽게 생성되는 곳
- 운전 ․ 유지 보수 또는 누설에 의하여 자주 위험분위기가 생성되는 곳
- 설비 일부의 고장 시 가연성 물질의 방출과 전기계통의 고장이 동시에 발생되기 쉬운 곳
- 환기가 불충분한 장소에 설치된 배관계통으로 배관이 쉽게 누설되는
구조의 곳
- 주변 지역보다 낮아 가스나 증기가 체류할 수 있는 곳
- 상용의 상태에서 위험분위기가 주기적 또는 간헐적으로 존재하는 곳
10.2.3 2종장소
- 환기가 불충분한 장소에 설치된 배관계통으로 배관이 쉽게 누설되지
않는 구조의 곳
- 가스켓(gasket), 팩킹(packing) 등의 고장과 같이 이상상태에서만 누출될 수 있는 고정설비 또는 배관이 환기가 충분한 곳에 설치될 경우
- 1종장소와 직접 접하며 개방되어 있는 곳 또는 1종장소와 덕트, 트렌치, 파이프 등으로 연결되어 이들을 통해 가스나 증기의 유입이 가능한 곳
- 강제환기방식이 채용되는 곳으로 환기설비의 고장이나 이상 시에 위험
분위기가 생성될 수 있는 곳
10.3 폭발위험장소의 범위 결정
- 폭발위험장소의 범위 결정은 설치위치, 취급물집, 설비크기, 운전조건,
충분한 환기 여부 등에 따라 가장 적합한 방폭지역구분도를 선정하여 결정하되 다음 사항을 고려한다.
10.3.1 설비의 크기 및 운전조건에 따른 구별
설비 | 단 위 | 소 | 중 | 대 |
설비규모 | [㎥] | 18 이하 | 18~93이하 | 93 초과 |
최대운전압력 | [kg/㎠] | 7 이하 | 7~35이하 | 35 초과 |
최대운전유량 | [ℓ/분] | 380 이하 | 380~1,900 이하 | 1,900 초과 |
- 설비의 크기 및 운전조건에 따른 폭발위험장소의 구분범위가 상이할
경우 구분범위가 큰 쪽을 선정하여 가장 넓은 폭발위험지역을 보유하게 되는 방폭지역구분도를 작성한다.
10.3.2 방폭지역구분도의 작성 및 유지
- 폭발위험장소가 사업장 내에 있을 경우에는 방폭지역구분도를 작성 ․
유지하여야 하며, 설비 변경 등으로 폭발위험장소를 변경할 경우에는
즉시 이를 반영하여 재작성 한다.
10.3.3 방폭전기기기의 선정
- 폭발위험장소의 상황과 폭발가능성 그리고 취부 등의 여러 가지 요인을 종합적으로 검토하여 선정한다.
10.3.3.1 고려사항
- 방폭전기기계기구가 설치될 지역의 위험종별
- 내압방폭구조의 경우 최대안전틈새, 본질안전방폭구조의 경우 최소 점화
전류, 압력방폭구조, 유입방폭구조, 안전증방폭구조의 경우 최고 표면온도
10.3.3.2 표준환경조건
- 방폭구조의 방폭 성능에 대해 표준적인 환경조건하에서 설치하는 것을 전제로 한다. 즉 방폭전기기기가 설치될 장소의 주변온도, 표고, 또는
상대습도 먼지, 부식성 가스 및 습기 등 환경조건으로 상세한 사양은
아래와 같다.
- 압 력 : 80~110kPa
- 표 고 : 1,000m 이하
- 습 도 : 45~85%
- 온 도 : `20~40℃
- 공 해 : 부식성 가스, 진동 등이 존재하지 않는 환경
10.3.3.3 분진방폭구조의 경우 분진의 도전성 여부
10.4 방폭전기기기의 표시방법
- 방폭전기기기는 라벨, 금속박판 또는 각인 등 잘 지워지지 않는 방법으로 전기기기 외함의 보기 쉬운 곳에 부착해야 하고, 표시방법은 다음과
같다.
10.4.1 방폭구조의 종류
구 분 | 내 압 | 유 입 | 압력(내압) | 안전증 | 본질안전 |
IEC, KS | d | o | p | e | i |
10.4.2 폭발등급
일본 | 폭발등급 | 1 |
| 2 |
| 3 |
|
| 틈새의 폭[mm] | 0.6 초과 |
| 0.4 초과 0.6 이하 |
| 0.4 이하 |
|
| 해당가스 | 아세톤, 벤젠 |
| 에틸렌 |
| 수소, 아세틸렌 |
|
IEC, 한국 | 폭발등급 | l | lla |
| llb |
| llc |
| 틈새의 폭[mm] | 탄광용 | 0.9 초과 |
| 0.5 초과 0.9 이하 |
| 0.5 이하 |
| 해당가스 | 메탄 | 아세톤, 벤젠 |
| 에틸렌 |
| 수소 |
NFPA | 폭발등급 | D | C |
| B |
| A |
| 틈새의 폭[mm] | 해당규정 없음 |
|
|
|
|
|
| 해당가스 | 아세톤, 벤젠 | 에틸렌 |
| 수소 |
| 아세틸렌 |
10.4.3 발화도
- 가연성 가스 또는 증기(인화점이 40℃ 이하인 가연성 액제증기)를
발화점 따라 6등급의 발화도를 분류한 것으로 방폭전기기기의 온도
등급에 이용한다.
전기기기의 온도등급 | 전기기기의 최대표면온도 | 가스 ․ 증기의 발화온도 |
T1 | 450℃ | >450℃ |
T2 | 300℃ | >300℃ |
T3 | 200℃ | >200℃ |
T4 | 135℃ | >135℃ |
T5 | 100℃ | >100℃ |
T6 | 85℃ | > 85℃ |
10.4.4 최소점화전류비에 의한 분류
폭발등급 | A | B | C |
최소점화전류 | 0.8 초과 | 0.45 이상 0.8 이하 | 0.45 미만 |
본질안전방폭구조의 전기기기 분류 |
* Exd
T₂의미 : 내압방폭구조, 폭발등급 2등급, 발화도 2등급을 의미 한다.
10.5 방폭구조의 종류
10.5.1 내압방폭구조
- 전기기기의 발화원이 될 수 있는 부분을 전폐구조의 용기 안에 넣어
폭발성 가스가 용기내부로 침투되어 폭발이 일어나더라도 용기가 그
압력을 이겨내어 파손되지 않고 폭발 시 화염이나 고열이 용기의
접합면을 지나는 동안 냉각되어 외부의 폭발성 가스에 화염일주(Flame propagation)를 일으키지 않는 구조.
- 화염일주가 일어나지 않는 접합면의 틈새를 최대안전틈새(Maximum
Safety Clear-ance)라 한다.
- 이 최대 안전틈새는 전기기구 등의 내압방폭구조의 틈새설계에 적용된다.
10.5.2 유입방폭구조
- 전기기기의 발화원이 될 수 있는 부분을 기름 안에 넣어 불꽃, 아크(Arc) 또는 고온발생부분이 기름 속에 잠기게 됨으로써 기름면 위에 존재하는 가연성 가스에 인화되지 아니하도록 한 구조.
예 : 변전실의 OCB(Oil Circuit Breaker)
10.5.3 압력방폭구조
- 전기기기의 발화원이 될 수 있는 부분을 용기 안에 넣고 이 용기에 보호 기체(신선한 공기, 불연성 또는 불활성 가스)를 압입시켜 내압을 유지
하여 가연성 가스가 용기 내부로 유입되지 않도록 한 구조다
보호기체가 누설되거나 공급 중단 시에는 경보를 발할 수 있는 경보장치 가 부설되어야 하며, 운전정지기능을 갖추어야 한다.
10.5.4 안전등방폭구조
- 정상운전 중에 가연성 가스의 점화원이 될 전기불꽃, 아크(Arc) 또는
고온부분등의 발생을 방지하기 위하여 기계적, 전기적 구조상 또는 온도 상승에 대하여 특히 안전도를 증가시킨 구조.
- 대상기기 :
안전증 변압기, 안전증 접촉단자, 안전증 측정계기
10.5.5 본질안전방폭구조
- 정상 시 및 사고(단선, 단락, 지락 등) 시에 발생하는 전기불꽃, 아크
또는 고온부에 의하여 가연성 가스가 점화되지 아니하는 것이 점화시험, 기타방법에 의하여 확인된 구조
즉 이는 본질적으로 안전하다는 것이 공인기관에서 실험에 의해서 인정 된 구조이다.
10.5.6 특수방폭구조
- 위에서 규정한 구조 이외의 것으로 가연성 가스의 점화를 방지할 수
있는 것이 실험 등의 방법으로 확인된 구조.
CHAPTER11. 건축방재
11.1 건축방재 개념
- 화재의 성장 : 발화 → 연소 → 연소확대
- 연소확대 메커니즘을 제어하는 방법 : Active system
Passive system
- Active system : 적극적으로 화재에 대응하는 설비적 방법
감지시스템, 수계시스템, 가스계시스템, 제연설비 등
화재 발생 후의 동적대응
주로 화재 초기 작동하는 시스템이
- Passive system : 건축물 자체의 구성 및 성능에 의한 자연적인 방법 불연화, 난연화, 구획화, 관통부의 sealing, fire proofing 등
화재예방과 화재확대 최소화를 통해 화재 안전성을 확보하려는 시스템
- Active System 과 Passive System은 상호 보완적으로 적용되어야
올바른 건축물 방재계획이 이뤄질 수 있다.
11.1.1 Active System
11.1.1.1 개념
- 기계적인 힘에 의해 화재를 진압하는 시스템과 화재를 감시하는 시스템 으로 크게 분류한다.
화재 피해면적을 줄이기 위해서는 화재를 감시하는 시스템의 경우 신뢰 도가 높은 시스템으로 조기 감지하는 것이 대단히 중요하고,
화재를 진압하는 시스템의 경우 화재가혹도를 평가하여 가혹도에 따른 주수율, 주수시간을 선정할 필요가 있다.
- 기계력에 의하기 때문에 피해면적은 적은 반면 신뢰도가 낮은 단점을
가지고 있어 신뢰도를 높이기 위한 유지관리가 대단히 중요하다.
- Semi Active System인 방화셔터의 경우 화재의 한정을 기계력에 의존 하기 때문에 화재에 대한 내력과 신뢰도 확보가 요구된다.
신뢰도가 낮기 때문에 사용을 지양하여야 하며, 피난계단과 피난통로의 경우 사용을 피해야 안전성을 확보할 수 있다.
11.1.1.2 Active System에 요구되는 기능
- 소화성능
- 독성
- 환경영향성
- 물리적특성
- 안전성
- 경제성
- 신뢰성
11.1.1.3 종류
- 스프링클러, 물분무 등의 소화설비
- 자동화재탐지설비, 비상방송, 누전경보기 등의 경보설비
- 피난기구, 유도등, 비상조명등의 피난설비
- 소화수조, 상수도소화용수설비 등의 소화용수설비
- 제연설비, 연결송수관설비, 비상콘센트 등의 소화활동설비 등이 있다.
11.1.2 Passive System
11.1.2.1 개념
- 자연적인 힘에 의해 화재를 제어하는 시스템
- 부분화를 통해 화재를 한정하여 화재 가혹도를 낮추는 방법과 다중화를 통해 신뢰도를 높이고 안전성을 확보할 수 있는 시스템
- 화재를 한정하여 제어하기 때문에 화재저항인 구성요소의 능력이 대단히 중요하다.
- 화재저항 관련 시험에는 차열성, 차염성, 강도유지, 장기설계하중지지 등 에 의해서 평가되고 있다.
석유류 저장탱크의 경우 방유제, 위험물의 안전거리 등은 화학공장의
대표적인 Passive syste이다.
건축물 자체의 성능에 의존하기 때문에 신뢰도가 높아 방재설계의 기본 이 되나 초기소화에 적합하지 않아 피해면적이 크다.
Passive이면서 Active적인 부분 즉, 방화문, 방화담파 등은 Passive System이 요구되는 기능에 적합하도록 유지관리가 대단히 중요하다.
11.1.2.2 Passive System에 요구되는 기능
- 차열성
- 차염성
- 하중지지력
11.1.2.3 종류
- 발화방지를 위한 불연재료
- 화재의 확산방지를 위한 방화구획
- 화재 시 건물 안의 구조적 강도를 위한 내화구조
- 인명의 안전한 대피를 위한 피난통로 및 배연창
- 방폭벽, 불꽃방지기, 방유제, 방액제, 안전거리등
11.1.3 Passive System 과 Active System 상호관계
- Passive System은 화재를 한정하는 시스템이고, Active System은
화재를 진압하는 시스템으로 별도의 독립된 시스템이지만, 상호 보완적 인 시스템으로 Passive의 기능을 강화할 경우 Active System을 완화
하고, Active 기능을 강화할 경우 Passive 기능을 완화할 수 있다.
- 현재 건축법상 방화구획은 스프링클러 설치 시 3배까지 방화구획을 완화 하고 있고, 주차장의 경우 스프링클러를 설치하므로 면적별 방화구획을 완화하고 있으며, 연소할 우려가 있는 개구부에 개방형 헤드 설치 등이 대표적인 예이다.
- 상호보완적으로 시스템을 적용 시 탄력적으로 설계를 할 수 있으며, 건물 에 적합한 방재계획이 된다고 할 수 있다.
11.2 건축물의 방재계획
11.2.1 개요
- 건축물은 입지조건과 일상의 용도로부터 배치계획, 평면 ․ 단면계획, 입면 계획, 설비계획 등이 이루어지면 동시에 비상시를 대비한 안전성을 높여 야 하기 때문에, 건물의 성격에 따라 방화상(妨火上)의 안전요건을 만족 시키도록 계획하지 않으면 안 된다.
- 방화계획'의 주요 취지가 정당하게 활용되도록 그 건물이 유지 관리되어 건축물의 이용자가 그 계획에 기초하여 행동하도록 훈련되어 있는 것이 바람직하다.
건축물의 실시계획이 당초의 계획에서 변경되는 경우, 완성 후 어떤 이유 로 고쳐 변경되는 경우 및 용도가 변경된 경우에는 그 실태에 적합한 방화계획을 다시 세우며, 이것을 건물 관리자와 이용자에 철저하게 인식 시켜 주어야 한다.
방재계획을 잘 수립하기 위해서는 다음과 같은 사항에 유의하여 작성하여 야 한다.
11.2.1.1 계획작성의 원칙에 입각하여 작성한다
- 원리성
건축이나 방화의 원리 원칙으로 되돌아가서 생각하는 자세가 우선 요구 된다. 법규의 맹목적으로 따라서는 창조성이 결여됨.
- 선행성
기획 혹은 설계 초기 단계부터 방화를 의식하는 것이 필요함
- 고유성
건축물의 고유조건에 입각하여 방화계획을 작성하는 것이 필요함
- 종합성
여러 각도에서 또 여러 단계에서 여러 수법을 이용하여 유기적,
종합적으로 그 방화성능의 향상을 도모하도록 하여야 한다.
11.2.1.2 종합적인 방재계획이 되도록 한다
- 설계에서 시공, 유지, 사용까지의 각 단계에서 방화대책의 구체화 도모
- 재료, 구법, 설비 공간 구성 등 각각의 요소에 대한 대책의 구체화를
상호 관련지어 방화대책 수립
- 출화방지, 연소방지, 배연, 피난 등 화재의 각 단계에 대응한 대책의 종합
11.2.1.3 건축방화대책의 시스템화
- 방화계획을 종합적으로 고려하기 위해서는 하나의 System으로서 대책수립
- 시스템을 크게 출화방지, 연소화대 방지, 피난 ․ 구조의 3개 서브시스템 으로 구성하여 시스템에 성공확률을 부여함으로써 시스템의 신뢰도를
계산할 수 있다.
11.3 방재계획의구성
11.3.1 부지계획․ 배치계획
- 건축물의 배치는 외부로부터 교통 동선을 중요시하고 될 수 있는 한
주위에 많은 녹지를 남기며, 특히 인구조밀지역이 집단 화재의 영향을
받지 않도록 건물의 위치가 개구부의 배치를 고려함과 동시에 건축물
내에서 피난자가 옥외 광장과 통로를 경유하여 안전한 장소로 피난할 수 있는 경로를 확보하도록 한다.
- 부지내에서는 되도록 소방자동차, 구급차가 진입하기 쉬운 광장, 통로 등 을 확보하는 것이 바람직하다.
백화점 등에서는 가능하면 인접 동(棟) 상호간에 몇 개 층의 피난교를
형성할 수 있는 배치를 고려하기도 하며,
밀집 시가지에 인접하는 중소규모의 건물의 대하여도 상호 연락교와
발코니 등에 의한 연락방식이 가능하도록 배치하는 것도 좋은 계획일 것이다.
배치계획 시 다음의 사항을 중점 검토해야 한다.
11.3.1.1 인접하는 건축물이나 시설 상호와 관계가 방재상 적절한지 여부
- 상호 연소확대 방지 도모
- 상호 피난 교차 방지
- 상호 정보전달의 원활화 도모
11.3.1.2 건축물 외부에 있어서 피난자의 안전성 확보여부
- 옥외 피난로 확보
- 피난 안전지대 설정
- 피난 공간에는 화염이나 연기에 의한 위험에 노출되지 않고, 낙하물에
의한 위해가 미치지 않으며, 말단에 의한 군집혼란의 염려가 없는 것이
확인되어야 한다.
11.3.1.3 소방대의 진입과 활동에 지장이 없는 여부
- 소방차 진입로 및 Hovering Space 확보
- 소방 사다리차 활동공간의 확보
- 소방대 활동 지원을 위한 연결 송수구나 비상용 승강기 등의 배치
11.3.2 평면계획
- 일반적으로는 일상의 동선처리와 배관, 배선의 합리화, 채광 ․ 조명, 조망 ․ 유지관리의 편리함 등, 그 밖의 사무소 건축 등에서는 ' 렌터블 비 (Rentable ratio)의 향상과 분할 사용의 자유도 향상 등을 주체로 하여 생각되지만,
방화 상의 입장에서 말하면 비상시에 있어서 인명을 지키기 위한 피난행동 에 대한 배려에서 계단 등의 수직통로의 방연 구획과 각 층을 안전하게 구획하는 것 같은 사고방식이 특히 중요하다.
11.3.2.1 조닝계획
- 평면계획상 각 층의 '조닝계획'이 필요하며, 피난 상 유효한 구획(피난
구획)을 설치하여 화재가 발생한 존(Zone)과 다른 존을 경유하여
최종적으로 가장 안전한 구획에 퇴피할 수 있도록 계획하는 것이 중요 하다.
그 층 전체가 동시에 연기가 열기류로 오염되는 것은 불리하기 때문에, 화재 존에서 다른 존으로 모두 피난할 때에 연기와 열기류가 유입하지 않도록 구획해 둘 필요가 있다.
여러 층을 갖는 건물에서 계단은 가장 중요한 피난로가 되기 때문에
알기 쉬운 위치에 균등하게 분산하고, 다른 부분과 완전히 구획할 수 있는 안전한 구획 내에 설치하여 그곳으로 통하는 복도 등의 피난로는 단순 명쾌한 것으로 하는 것이 좋다.
제연계획도 이 목적에 부합되도록 하는 것이 중요하며 복도 제연, 계단 부속실 제연 등도 각각 다음 구획으로의 연기 유동을 유효하게 억지 가능한 것으로 하지 않으면 안 된다.
고층 건축물의 화재에서는 엘리베이터 샤프트에서 연기가 상승하여 위 층계가 오염되며 엘리베이터 내에서 사망하는 예도 있기 때문에 엘리 베이터는 될 수 있는 한 방연구획으로 구획된 전용 로비에 배치하는 것이 조닝계획에 필요할 것이다.
11.3.2.2 안전구획
- 피난 또는 소방활동상 요청에 의해 다른 구획과 방연(방화)구획된 공간에 있어서, 그 목적과 구조에 따라 다음과 같이 분류된다.
11.3.2.2.1 제1차 안전구획
- 거실에서 출화한 경우 거실과 방연적으로 구획된 피난로인 복도, 로비 등 이 이것에 상당하며, 거실에서 피난자가 연기로 인한 피해를 받지 않고 피난 계단에 인도함과 동시에, 혼란이 생기지 않도록 일시적으로 안전 하게 수용하기 위하여 설치한 피난구획인 것이다.
11.3.2.2.2 제2차 안전구획
- 제1차 안전구획에 이어 피난계단 또는 특별 피난계단의 부속실이 이것에 상당하며, 장시간에 걸쳐 불과 연기로부터 안전하게 보호되는 성능을
지녀야 할 부분이다.
부속실에 있어서는 피난 중에 문의 개방에 수반하여 특별 피난계단으로 의 연기의 유입을 막고, 다층계에 걸친 피난상황에 처하여 계단실이
과밀하게 되어 혼란이 발생하지 않도록 비교적 장시간에 걸쳐 인원을 수용할 수 있도록 함과 동시에 소방거점이 되는 넓이와 기능이 필요
하다.
부속실을 설치하지 않는 일반 계단의 경우에는 계단실의 일부가 그 역할 을 다하도록 계획한다.
11.3.2.2.3 제3차 안전구획
- 그 층의 최종 피난경로가 되고 다층계의 피난동선이 되는 특별피난계단 이 이것에 상당한다.
피난층에서는 외부에 직면하는 현관 로비 등이 이것에 해당하여, 그 층 또는 상층 계단에서 피난하는 사람들을 연기와 불꽃으로부터 보호해 피난과 소방 활동의 주요한 경로가 되도록 계획한다.
11.3.2.3 수직통로구획
- 계단, 에스컬레이터, 엘리베이터, 수직덕트, 배관 스페이스 등도 되도록 안전도가 높은 외부나 안전하게 구획된 코어 내에 설치하고, 그 주위를 방화 ․ 방연적으로 보호되도록 계획하며 수직통로에 의한 상층 오염을 막을 필요가 있다.
11.3.2.4 용도구획
- 극장과 백화점, 지하가와 호텔, 차고와 맨션 등 용도와 사용시간이 다른 부분에 공존할 경우에는 상호 피난상의 장해가 되지 않는 방법으로
구획하고, 필요에 따라서는 각기 별도 경로에 의한 피난로를 설치하여 인명의 안전을 도모한다.
11.3.3 단면계획
11.3.3.1 수평구획
- 건축물의 연직방향의 공간구성을 결정하는 단면계획에서는 먼저 각 층의 바닥에 인한 완전한 '수평구획'을 형성한다.
각 층의 평면계획에서 계단 등의 피난시설과 설비 샤프트(Shaft)를 동일 부분에서 상하로 겹쳐 수직바양의 동선과 설비 간선에 엇갈림이 생기지 않도록 하는 것이 바람직하다.
11.3.3.2 수직통로구획
- 피난계단, 비상용 엘리베이터 등의 수직동선은 전용 구획으로서 일반
부분과 격리하기 쉬운 위치 구주로 하며, 연기의 침입을 막도록 해야
한다.
계단 출입구의 방화문은 상시 폐쇄형으로 하고 상부에 방연수벽을 설치 하여 문을 열고 피난하는 중에도 연기의 유입을 막을 수 있도록 한다.
엘리베이터 샤프트, 에스컬레이터 개구부, 덕트 스페이스 등의 수직통로 부를 만들 때는 주위를 방화 ․ 방연구획하는 것
엘리베이터, 에스컬레이터, 덕트 스페이스에 대해서는 완전한 방연조치가 이루어지기 어렵기 때문에 가능한 한 상부에 개구를 설치하여 배연에 대한 배려를 강구하는 것이 필요하다.
지하층에는 드라이 에어리어(Dry area)의 설치와 직접 건물 밖으로
통하는 계단을 설치하는 등 피난의 안전성을 높일 필요가 있다.
11.3.3.3 중간절연층(Refuse area)
- 초고층 건물에서는 중간의 설비기계층을 일상의용도에서 분리하여
상하층을 차단할 수 있도록 하고, 중간 피난바닥으로 이용하는데 따라 전 층 피난인 경우와 대피장소로 하는 것이 바람직하다
상하층에서의 배관류, 샤프트 등은 이 층에서 완전하게 절연하는 것으로 설치하고, 특히 점포층과 공동주택, 연회장 그리고 호텔등을 거듭할 때 는 중간 피난바닥을 계획하는데 따라서 안전성이 높아지는 것으로 생각 된다
11.3.3.4 옥외 피난바닥
- 건축물의 상부를 후퇴하여 건축하는 경우에는 그 옥상을 피난바닥으로 사용하는 것이 유리하며, 특히 상층에 집회실, 대식당 등을 취할 경우는 그 층 부근에 옥외피난을 가능하게 하는 안전광장을 택하는 것이
바람직하다
11.3.3.5 발코니
- 병원 건축과 공동주택 등 항상 사람들이 생활 취침하는 시설에서는 피난 시간이 늦어지는 경향이 많기 때문에, 각 층에 발코니를 설치하는 것 외 에 될 수 있는 한 외기에 면하는 복도와 계단을 설치하여 피난경로가
연기에 오염되는 것을 막는 것이 바람직하다
11.3.4 입면계획
- 건축물의 외장은 통상 주로 의장적 입장에서 재료, 구법, 형상 등이 선택 되는 경향이 많지만 유리면의 과대한 커튼월(curtain wall)은 화재 시에 상층연소가 일어나기 쉬운 약점이 있으며, 한편 거실의 외벽을 무창으로 한 것은 배연과 구조를 방해하는 등의 문제가 있다
- 피난계단등을 의장적인 악센트로서 일반 부분과 명확하게 구분하여
안전성을 강조하도록 하는 디자인도 방화 또는 방재상 평가되어도 좋을 것이다
건축물 외부의 개구부는 외관만이 아니라 내부기능에 의해 그 위치와
크기를 결정해야 할 것이다
11.3.5 내장계획
- 건축물 내장의 불연화는 출화방지, 발연량의 감소 및 플래시오버의
지연상 유효한 것으로, 특히 천장․ 벽은 물론 손잡이, 창호등도 포함하여 전반적으로 가능한 불연화를 최대한 하여 화재의 발생 및 확대를 억제
하고, 인명의 안전과 재해의 확대를 억제해야 한다.
- 기구, 집기, 커텐, 블라인드 등에 대해서도 주의를 기울여 불연화 또는 난연, 방염화를 꾀하고 화재의 전파와 급속한 성장을 억제해야 할
것이다. 특히 지하층, 고층부, 무창층, 대구획실 등에 대해서는 철저한 내부 불연화를 도모해야 한다
내장은 단지 표면만이 아니라 밑바탕에 대해서도 불연화를 꾀하고, 특히 천장에 대해서는 완전 불연화에 의해 천장 속으로 화재가 확대하는 것 을 억제해 스프링클러를 유효하게 작동시키는 것이 바람직하다
11.3.6 설비계획
11.3.6.1 일반설비
11.3.6.1.1 공조설비
- 최근 화재시 연기에 의한 피난 장해와 중독사는 공조설비의 발달에 따라 무창실의 증기나 덕트 수납 등을 위해 천장이 낮아지게 되어 연기의
유동이 억제되기 어려워진 점 등과 관계되어 부정적이다
- 배연․ 방연 기술은 공조설비와 상관 정도가 크다
공조덕트의 발달은 천장을 낮게 하고 건축물에 종횡의 연통성을 지니게 할 수 있기 때문에
한 개소의 화재에 의한 연기와 가스가 생각지도 않은 곳에서 누출되거나, 특히 수직덕트의 경우는 상층부로 재빨리 전달되고 상층을 위험하게
할 경우도 많아지기 때문에 공조계의 방연조치는 매우 커다란 문제이다
통상 사용되고 있는 중앙 냉난방식의 것은 상하로 큰 수직 덕트가 관통
하고 있는 경우, 하층으로부터의 연기를 상층으로 통과시키지 않기 위해 연기 감지기 연동 댐퍼를 적당히 설치할 필요가 있다
각층 유닛식은 상하방향의 공기 유입을 없애는 것으로서 병원, 공동주택, 호텔 등에서 이 형식을 반듯이 채용하여 수직 덕트에 의한 상층 오염을 피하도록 하여야 한다.
화재실에 급기와 배기를 계속하면 화재의 성장에 기여하고 상부로 대류
하는 연기를 교란하며, 이것을 실내에서 복도방향의 리턴구조로 유동
시키기 때문에 즉시 출화구역의 공조를 정지할 수 있도록 해야 한다
일반적으로 리턴을 복도로 취한 형식은 피난방향으로 항상 기류가 흐르고 있기 때문에 화재시에 재빨리 복도 측으로 연기가 유출하여 리턴에 유입 시키므로 조기의 정지조치가 필요하다
일상의 공조설비를 배연 등 방화목적으로 이용하는 일은 원칙적으로 금지 되어 있지만 공조설비를 불필요한 이중 투자가 되지 않는다고 하지만,
이 경우 예상 이상의 고온의 열기류가 유입해도 다른 부부에 악영향이
없도록 안전대책이 강구되는 것이 필요하다
11.3.6.1.2 전기설비
- 화재 초기의 감지, 경보, 유도 등의 설비에 사용되는 배선은 그것만큼
높은 내열성이 반드시 필요한 것은 아니며 시간적으로 짧아야 하지만
방화문의 폐쇄, 비상구의 해제 등의 작동전선은 이것보다도 다소 여유를 두는 것이 바람직하다
배연구의개구, 배연 팬의 구동 등의 전선은 더욱 고온에서 상당시간 견디야 하며, 피난계단과 비상용 엘리베이터의 기능을 유지하기 위한 전선은 내화 구획 내를 통하든지 또는 내화전선으로서의 그 기능을 완전히 다하도록 하지 않으면 안 된다
이것은 전선 외에 분배전반 과 전선의 지지 철물 등에 대해서도 충분한
성능을 갖도록 하고, 전선 자체가 내열성이 모자랄 경우에는 내화 천장과 내화 전용 샤프트 속 혹은 완전한 안전구획 내에 배선하도록 해야 할 것 이다
방재센터 등 중추부의 연락전선은 모든 방화상 안전한 공법으로 최후까지 보호되지 않으면 안 된다.
비상용 조명장치와 비상구 표시등은 백화점 등 일상의 조도가 높은 용도의 것은 밝게 하고(평상시 조도의 1/ 1,000 이상이 바람직하다)영화관, 극장 등에 있어서는 어둡게 한다.
지하가 등에서는 특히 밝은 대형 표시등으로 하고 원거리에서도 눈에 잘
띄도록 함과 동시에 명시성을 높이기 위해 비상시에는 주위의 장식등 등을 전부 소등하며, 표시등과 유도등을 점멸시키는 등의 방법도 고려해야 할 것이다
11.3.6.1.3 급배수설비
- 일반의 소방용수는 화재 진압까지의 양을 확보하지 않으면 안 되며,
스프링클러등에 대해서는 개폐밸브 등을 함부로 조작할 수 없도록 함과 동시에 공사 등으로 일시 정지하였더라도 긴급한 경우 급속으로 복귀할 수 있는 설비를 고려해 둘 필요가 있다. 수압과 수량의 확보는 특히
중요하여 정전 시에도 예비발전에 의해 수입이 확보 가능하도록 하든지, 고가 탱크 등에 의해 소요량의 수량을 확보하도록 한다.
연결 송수관과 옥내 소화전은 비상용 엘리베이터 로비 등의 안전한 구획 내에 설치하고, 문과 벽에 호스의 출구를 마련하는 양상으로 한다.
(송수관은 가열의 위험이 있는 경우 피해야 할 것이다.)
스프링클러와 소방용수의 흘러내림에 따라 계단이 피난하는 데에 어려워 지기도 하고 하층의 전기 관계설비가 절연불량을 일으키는가 하면
조작반 등의 기능장해가 일어나는데, 이에 대한 배려도 필요하다.
특히 지하실에 전기실이 채택되어 있는 경우는 소방용수에 의해 정전이 되는 것도 고려할 필요가 있으므로, 특히 양수 펌프의 구동 전원도
확보해 두지 않으면 안 된다.
11.3.6.2 방재설비 계획
- 방재설비에 대해서는 그 설비나 시스템의 유효성이나 신뢰성을 고려하는 것이 포인트가 된다. 이 설비의 신뢰성에는 설비 자체의 작동 신뢰성과 인간이 관계하는 조직 신뢰성과 관리 신뢰성이 있으며, 특히 후자의
인간과의 관계에서 신뢰성을 고려하는 것이 중요하다. 유지관리나 기기 조작을 어느 정도 기대할 수 있는가를 고려하여, 설비의 선택이나 설치 가 기대 된다 라는 것이다.
11.3.7 연소확대 방지대책
11.3.7.1 방화구획
- 내화건축물의 연소(延燒) 방지란 건축물의 어느 부분에서 발생한 화재에 의해 건물 전체가 화재로 되는 것을 방지하는 것이라고 정의할 때, 공간 을 구성하는 바닥, 천장, 벽, 문 등의 부재는 연소 방지상 내화적인 것이 요구된다.
그 요구의 성능과 판정기준은 법령에 의해 정해져 있으며, 건축물의 용도 ․ 규모 및 내장 재료의 종류등에 의해 연소 방지해야 할 방화구역내의
면적 등이 규제되어 있는 것은 주지하는 바이다. 그러나 내화설계와
방연설계를 화재 성상에 따라 공학적으로 처리할 때, 이 방화구획된
건축물의 화재성상을 제어하는 최소 기본공간으로 생각할 필요가 있다.
건물의 화재 성상은 발생한 공간내의 가연물의 종류와 양과 함께 그
공간의 형상 ․ 치수 및 개구조건에 의해 정해지기 때문에 건축계획 당초 에 있어서 방화구획의 위치, 구획내의 면적 등을 사전에 설정하는 것이 방화설계상 전제조건이 된다.
바꾸어 말하면, 발생한 화재를 상정된 기본 공간내로 진화하기까지
완전히 가두는 데 따라 피난활동을 용이하게 하고, 아울러 재산보호를 도모해야 한다고 하는 것이다. 이 기본 공간은 바닥 ․ 천장 및 내 ․ 외벽 과 개구부에 의해 구성된다.
방화구획에는 바닥 등 수평방향의 부위가 방화구획이 되는 경우와 벽 등 의 수직방향의 부위가 방화구획이 되는 경우가 있다. 전자에는 면적구획 및 캔틸레버(Cantilever)가 있으며, 후자에는 수직통로구획 및 스팬드럴 (spandrels; 건물 외벽의 창대에서 그 아래층의 창인 방까지의 사이에 있는 벽으로 요벽 이라고 한다.)이 있다.
11.3.7.2 방화문
- 방화구획의 약점의 하나인 개구부에 설치한 방화문에 대해서는 법규에 따라 일정한 방화력을 지닌 구조로 하는 것 외에 수시로 폐쇄가 가능
하고, 게다가 화재 시의 열 등을 감지하여 자동적으로 폐쇄하는 기능을 지닌 것으로, 탈출할 기회를 잃은 사람을 위해 쪽문(수동으로 수시 개폐 가능하고 동시에 자동 폐쇄기능을 부착한 것)을 준비하도록 요구되고
있다. 이들 방화문에는 강판제인 여닫이문과 감아올리는 식인 스틸셔터 (Steel shutter)가 많이 이용되고 있지만, 양자 모두 고온을 받으면 적열 하고 반대 측 가까이에 가연물이 있으면 복사에 의해 이들 가연물을
발화시킬 위험이 있으며, 또한 개구부의 면적이 커지면 열팽창 등에
의한 변형 때문에 활처럼 굽어 주변부에 틈이 발생해 연소방지의 역할 을 제대로 못하게 된다. 특히 스틸셔터의 경우에는 그 구조상 기밀성을 크게 하는 것이 불가능하고, 불꽃은 어찌되었든 연기는 상당히 투과를 허용하기 때문에 차연효과는 그다지 인정되지 않는 결정이 있다.
방화문과 스틸셔터를 이용하여 개구부의 방화력을 강화하는 방법으로서는 일정한 간격을 두고 그것을 이중으로 설치하든지, 또는 수막살수장치
(드렌처 설비)와 병용하는 방법을 생각할 수 있다. 외국의 경우 백화점 에서 셔터를 이중으로 한 것도 있지만 국내의 백화점 등에서는 셔터의 위치에 상품을 방치하는 등, 유지관리면에서도 화재 시의 유효성에 의문 을 갖게 하는 경우가 많이 보인다.
11.3.7.3 방화댐퍼
- 건축물 내에서 화재가 확대연소하는 경로의 하나로 덕트류가 있다.
따라서 덕트가 방화구획을 관통하고 있는 경우에는 그 위치에 방화댐퍼 (fire damper)를 설치하여 차단하지 않으면 방화구획의 효과가 없어지 게 된다.
따라서 방화댐퍼도 방화구획의 일부를 구성하는 것으로서, 앞에 기술한 방화문과 같은 모양으로 그 관통하는 바닥과 벽 등의 방화구획과 동등 한 방화력을 갖는 것 외에 수시로 수동과 자동 폐쇄의 기능을 갖추지 않으면 안된다. 그러나 종래는 방화력이 약한 온도 퓨즈식의 것이 많았 으며, 앞으로 이에 대한 개량이 기대되고 있다. 더욱이 차연 ․ 방연의
효과를 위해서는 구조상의 기밀성과 기능상의 연기감지기와 연동한
민첩한 차단 작용이 요구된다. 방화댐퍼는 그 보수 관리를 행하기 위해 서라도 점검이 용이한 위치에 설치하는 것이 중요하다.
11.3.8 내화건축물 계획
11.3.8.1 내화설계방법
- 본래 내화건축물은 인접건축물 등의 화재에 의해 쉽게 연소하지 않으며, 또한 건축물에서 출화하더라도 방화구획된 부분 안으로 화재가 한정되 고, 그 밖으로의 화재확대를 저지할 수 있는 성능을 요구하고 있다.
또한 만일 화재가 연소확대 되더라도 건축물로서는 화재 후의 내력 저하 가 적어 복원에 의해 재사용할 수 있는 것이 원칙이다.
따라서 법령에서는 벽, 바닥, 기둥, 보 등의 건축물의 각 부위마다 상기 목적을 달성하기 위하여 내화성능을 정하고 있으며, 부위 및 부분에
따라 연직하중, 수평하중 등의 힘에 견디는 성능으로 차이를 두고 있다.
그러나 내화구조의 규정은 방화구획내의 화재에 영향을 주는 인자의
전부에 대해 상세히 망라하고 있다고는 말하기 어려운 면이 있으며,
방화구획내의 제 조건에 따라 제약을 받는 화재 성상을 보다 정량적
으로 파악 ․ 해석하여 내화 설계를 행하기 위한 연구가 추진되고 있다.
이 새로운 내화설계법에 있어서는 그 방화구획 내에서 발생할 것이라고 추정되는 화재 중에서 최대 규모의 것을 선택하고, 또한 안전성을 고려 하여 설계의 대상으로 하는 화재 규모를 정한다. 이 설계 화재시간 이상 의 표준 화재 가열에 대하여 방화구획내의 주요 구조부가 충분히 견디 는 내화구조여야 한다.
내화설계의 중요한 문제는 설계 화재시간을 어떻게 정하는가이다. 설계 화재시간을 기준 화재시간과 화재 하중계수의 곱으로 표현한다면, 이
계수를 어떻게 정하는가가 문제된다. 화재 하중계수는 건축 용도에 의한 출화 위험으로 건축물의 내용연한과 소화설비 등을 고려하고, 또한
건축물의 중요도에 따라 정해야 할 것이다. 건축물의 중요도란 설계
당초에 생각하여 정한 규모의 화재가 발생한 경우, 그 건축물의 재사용 유무, 또는 화재중의 붕괴의 허용 유무를 포함해 화재 시의 건축구조물 의 안전성에 결부되는 것이다.
11.3.8.2 실내 화재온도와 기준 화재시간
- 실내 가연물이 연소하기 위해서는 신선한 공기가 공급되지 않으면 안
된다. 화재가 발생하고 있는 실내에서의 유입 공기량이 적으면 화재가 약하고 유입 공기량이 많으면 격심한 화재가 된다.
이 유입 공기량은 개구면적 및 높이에 따라 정해진다. 따라서 화재
최성기가 가연물의 연소는 개구부의 크기 및 형상에 지배된다.
최성기에서 연소속도는 R = 5.5 ~ 6.0A
로 표현되는데,
이 연소속도로부터 실내의 발생열량이 구해진다. 그 열량의 일부는 벽과
천장 등의 주벽에 흡수되고 일부는 창에서 외부의 복사열로 방출된다. 그리고 남은 열량이 실내 온도를 높여 화재로서 창에서 분출한다.
주변의 열상수가 정해지면 A
를 실내 전표면적
로 나눈
의 수치에 의해 실내 화재온도 상승곡선이 구해진다.
이
를 화재온도인자라고 부르며, 이 수치가 같으면 개구면적의 크고 작음에 관계없이 같은 온도 상승곡선을 나타낸다.
가연물의 총량을 연소속도로 나누면 화재계속시간이 구해진다. 따라서
바닥면적 (
)을 A
로 나눈
는 단위바닥면적당 가연물량이 같은 경우의 화재시간의 길고 짧음을 나타내는 인자이며,
계속시간인자(Fire duration factor)라고 부른다.
실제의 화재 상승곡선은 앞에서 기술한 것처럼 개구인자에 지배되는
것으로, 화재실의 조건에 따라 상당한 차이를 볼 수 있다. 그러나
세계적으로 거의 공통의 내화시험방법으로 규정되고 있는 표준가열온도 곡선은 표준적인 화재 시의 실내온도를 나타내는 것으로 생각되고 있다. ISO 제안 규준에서는 다음 식과 같이 표시되어 있다.
log(8t+1)
여기서, T : 화재 시의 실내온도[℃]
: 화재전의 실내온도[℃]
t : 화재 경과시간[min]
구조부재의 내화성능을 내화시험에 의해 평가할 경우에는 실제의 여러 가지 화재온도곡선을 적용하기보다는 표준 가열온도곡선을 채용하는데 이것을 적용하는 쪽이 훨씬 실용적이다.
이 때문에 실제 상정한 화재온도곡선의 온도-시간 곡선의 하부면적과
같게 취한 표준 가열온도곡선상의 시간을 구하고, 이것을 등가 화재계속 시간으로 한다. 그리고 여러 가지의 화재성상이 다른 화재 전부 표준
으로 가열온도곡선의 성상을 나타내어 각각 등가화재계속시간 만큼
계속하는 화재로 치환하는 것이다.
미국의 인버그(Inberg) 박사의 화재하중과 내화시간의 관계를 그림 11-2 에 나타냈는데 이는 실제의 화재계속시간은 연소속도에 의해 좌우되지 만 가연물량과의 관계는 잘 나타내주고 있다. 이것으로부터 화재계속
시간과 화재하중과의 관계를 근사적으로 다음과 같이 나타낼 수 있다
t = w
여기서, t : 화재계속시간[min] w : 화재하중[kg/㎡]
11.3.8.3 내화성능
- 건축물의 주요 구조부는 화재 시에 작용하는 응력에 대해 적어도 설계 화재시간 이상 안전하도록 설계하는 것이 필요하다. 구조부재의 내화
성능은 구조부재의 고온 시의 강도저하 성상과 존재 응력도의 값에
따라 결정된다. 구조부재의 화재 시 존재 응력도는 장기 하중에 의한
응력도와 화재 시에 발생하는 열응력의 합니다. 따라서 구조 내력상
주요한 부분의 구조재료 온도를 허용온도 이하로 하도록 부재의 구조 단면과 내화 피복재 및 공법을 선정하는 것이 필요하다.
화재 시의 내화구조 계산에 있어서는 구조 내력상 주요한 부분의 응력도 와 온도의 두 요인이 영향을 미치므로 부재 단면을 크게 하여 응력도를 작게 하는 것과 내화피복의 두께를 크게 하여 부재 온도를 작게 하는 것은 동일한 결과를 주는 것이 된다.
일반적으로 구조부재의 내화성능은 상정한 규모의 화재에 대해 부재가 안전한 것을 보증하지만, 비교적 빈도가 많다고 생각되는 소규모의 화재 후에 재사용하기위해 보수가 필요한가에 대한 문제는 포함되지 않는다. 예를 들면, 철근콘크리트 구조는 내화구조로서 가장 안전한 구조라고
생각되며 내화성능이 크고 화재 중에 거의 파괴가 생기지 않지만, 그래 도 30분 이상 화재가 진행될 경우 재사용하기 위해서 상당히 광범위한 콘트리트 보수공사가 필요하게 된다.
이는 폭렬현상[화재초기에 콘크리트 부재가 화영을 받아 표면층콘크리트 의 박락(剝落)을 생기게 하고 철근을 노출시키는 현상]이 발생되기 때문 이다. 특히 프리스트레스 콘크리트와 프리캐스트 콘크리트 구조 부재에 발생하기 쉽다. 또한 구조부재의 요구되는 내화 성능은 도괴등의 영향을 고려하여 고층 건축물의 저층부눈 엄하게 하고 고층부는 조금 완화하는 것이 좋겠다
11.3.8.4 내화피복
- 내화피복은 건축의 구조부분을 화열로부터 일정시간 보호하고, 내력저하 를 허용치 이하로 억제하는 목적으로 시공하는 것이다
일반적으로 강구조 골조에 대하여 적용되지만 SRC, RC조에서 볼 수
있는 콘크리트의 피복두께도 그 예라고 생각된다
내화피복은 건축구조 부분의 안전성과 직접관련을 갖는 것으로, 내화
(구조)설계계산에도 내화피복을 고려하여 추진되는 구조설계의 하나라고 말할 수 있다
구분 | 공법 | 적용공법 |
습식공법 | 타설공법 | - 철골주위에 거푸집을 조립, 콘크리트를 현장 타설하는 공법 - 콘크리트, 경량콘크리트, 기포 콘크리트 |
| 미장공법 | - 철골주위에 쳐진 철망위에 모르타르, Plaster류를 바르는 공법 - 보통 모르타르, 경량 모르타르 |
| 뿜칠공법 spray | - 철골주위에 직접 암면 또는 철망 등을 깔고 그 위에 뿜칠 하는 공법 - 뿜칠 암면 |
건식공법 | 경량판 붙임공법 | - 철골주위에 경량 내화피복을 못이나 내화접착제를 이용해 붙이는 공법 - 규산 칼슘판, ALC판, 석고보드 |
| 도장공법 | - 철골에 내화도료 등의 재료를 칠하는 공법 - 석유화학공자의 외부에 노출된 철골이나 체육관 등 대공간 구조철재에 많이 사용 |
특수공법 |
| - 특수공법으로 수냉관을 이용하는 공법 - 내화강을 사용하는 방법 |
복합공법 |
| - 서로 다른 종류의 재료를 조합시켜 내화피복을 하는 것 |
11.3.9 피난계획
11.3.9.1 Fail Safe 원칙에 따른 피난계획
- 2방향 피난의 원칙으로 다중경로 확보
- 안전구획의 설정
(제1차 안전구획 - 제2차 안전구획 - 제3차 안전구획)
- 방화구획 설정에 의한 화재 손실의 최소화 및 피난 안전성 도모
- 구획관통부의 방화구획의 철저한 시공을 통해 피난경로가 연기나 화염
으로부터 보호되도록 설계
11.3.9.2 Fool Proof 원칙에 따른 피난계획
- 피난시의 인간행동 특성에 부합하는 설계
- 위급시의 인간능력에 적합한 피난설계
- 노약자 및 장애자를 배려한 피난계획
11.3.9.3 피난시설계획
- 거실출구는 각 부분에서 2방향 피난경로가 되도록 설계
- 거실 출입문은 상시 폐쇄식 또는 연기감지기 연동식 문으로 설계
- 안전구획의 설정
- 피난계단 및 계단실의 설계
- 피난층의 피난로의 설계
11.3.10 방연․ 배연계획
- 방․ 배연은 화재 시에 화재실에서 발생한 연기가 거주자의 피난경로가
되는 통로, 복도, 로비, 계단 등으로 칩입하는 것을 방지하고, 피난하기 쉽도록 하는 것이 목적이다
- 내자의 불연화, 가연물의 제한 등을 행하고 구획에 의한 연기 유동을
억제하도록 계획하는 것이 중요하다
11.3.10.1 밀폐방연방법
- 연기를 일정구획에서 한정시키는 방법
- 공동주택, 호텔 등 비교적 구획을 작게 할 수 있는 곳에 적당하다
- 한 구획은 통상 사용하는 단위마다 하여 100㎡이하로 하는 것이 바람직 하다
11.3.10.2 축연 및 배연구 병용방법
- 화재실 상부에 충분한 연기의 축적 공간을 확보 또는 방연수벽 등을
이용하여 연기를 모은 후에 배연구에서 풍도에 의해 강제 배연을
행하는 방법
- 사무소, 로비등 비교적 큰 거실 등에 이 방법이 주로 이용된다
11.3.10.3 자연배연방식
- 연기의 부력을 이용하여 천장 및 벽 상부에 설치된 개구부를 통해 연기 를 외부로 배출하는 방식
- 자연배연방식은 창 등을 배연구로 쉽게 이용할 수 있는 장점
- 외기의 영향을 받는 단점
- 연돌효과의 영향을 받아 고층 건축물의 아래층에느 자연배연을 기대할 수 없는 경우가 있음을 유의해야 한다
11.3.10.4 스모크타워방식
- 자연배출용 세로방향 샤프트르 설치하여 샤프트에 발생한 부력과 외부
풍력에 의한 흡인력을 이용하여 배연하는 것
- 배연효과를 유효히 하기 위해 급기덕트를 별도로 설치하는 것이 일반적 이다
- 배연 샤프트의 단면적이 과대하게 커지는 문제점이 있다
11.3.10.5 기계배연방식
- 급기 또는 배기를 기계적으로 행하는 것
11.3.10.5.1 제1종 기계배연
- 화재실에 대하여 기계배연을 행하는 동시에 복도나 계단실을 통해서
기계력에 의한 급기를 행하는 방식
- 화재실로 부터의 누연을 방지하고 계단전실 등의 중요한 피난로의 확보 를 위해서는 유효하지만, 급기 와 배기 모두 기계력에 의존하기 때문에 장치가 복잡하고 풍량의밸런스에 주의 하여야 한다
11.3.10.5.2 제2종 기계배연
- 급기를 기계력으로 함으로써 연기의 제어를 도모하는 것을 기계급기방식
또는 가압방연방식이라 한다
- 계단실 등의 피난경로에 급기하여 그 부분의 압력을 높임으로서 연기의 침입을 방지하는 방식
- 저온의 외기를 흡입하기 때문에 장시간 운전이 가능하며 작은 풍량으로 방연의 목적을 달성할 수 있는 이점을 가지며 급기덕트가 피난계단
과 세트되어 비교적 Compact한 계획이 가능하다
- 급기가 과다하면 화재실의 화세를 강하게 하고, 적절한 압력조정이 행해 지지 않으면 피난문의 개방에 의한 장애가 발생하는 문제도 있기 때문 에 이방식의 채용에 있어서는 압력조정 등의 배려가 요구된다
11.3.10.5.3 제3종 기계배연
- 발생한 연기를 배연에 의해 풍도를 통해 배출함으로써 연기가 유해한
높이까지 하강하는 것을 방지함과 동시에 실내의 압력을 낮추어 다른 구역으로 연기가 유출하는 것을 방지
- 급기는 창 및 문의 틈새 등에서 이루어지지만, 급기가 얻어지지 않고도 부압을 유지할 수 있다면 배연효과는 어찌되든 차연효과는 기대 가능 하다
- 일정량의 배연을 안정하게 확보할 수 있다는 이점이 있다
- 설비가 고온의 연기 및 대량의 연기에 대응할 수 없는 결점이 있다
- 방연의 목적을 유효하게 하기 위해서 연기의 유동성을 고려한 방․ 배연
방식이 채택되어야 한다
11.3.11 유지관리계획
- 건축공간 자체가 안전한 상태로 유지
- 소방설비나 피난설비 등이 양호한 상태로 유지
- 안전환경관리 및 방재기능관리는 설비구조의 관리, 공간 이용의 관리,
조직체계의 관리에 의해 달성될 수 있다
11.3.11.1 설비구조관리
- 설비구조관리 : 건축물의 설비나 구조가 화재의 발생확대로 연결되는
상태로 방치되지 않도록, 필요한 방재기능을 발휘할 수 있도록, 상태, 기능이 유지되도록 설비의 보수점검,
검사, 보수 등이 이에 해당한다
11.3.11.2 공간이용관리
- 공간이용관리 : 건축공간이 안전하게 이용되도록 감시 혹은 관리하는 것 이다.
위험행위나 불안전한행위를 방지하다
피난하중이나 화재하중의 초과를 방지한다
방재기능의 기능을 저하시키는 상태를 제거한다
11.3.11.3 조직체계관리
-조직체계관리 : 안전한 환경을 유지․ 관리되게 하기 위하여, 응급적인 대응
을 적절히 하기 위하여
조직체계의 정비 와 확립을 도모하는 것
방화관리자의배치 및 교육훈련 등이 이에 해당된다
11.4 연소확대 방지대책
11.4.1 방화구획
11.4.1.1 개요
- 화재 시 연소의 확대를 차단시키기 위하여 일정한 공간을 구획하는
것으로 건축물의 방화 안전상 매우 중요한 기능을 가진다
화재 시에 발생하는 화염과 연기를 가급적 좁은 범위에 한정하여 이용자 에게 미치는 위험과 물적 손실을 최소화 하기 위해 방화구획을 적절히 배치되어야 한다
건축물의 용도, 규모, 형태에 따른 적절한 구획의 배치가 바람직하며
구획을 구성하는 벽, 바닥, 방화문(방화셔터)등의 부재는 소정시간의
내화성능을 유지해야 한다
11.4.1.2 방화구획의 필요성
- 방화구획의 목적 : 연소방지와 방․ 배연이나 열적 영향의 방지를 포함한 피난경로의 안전성 확보
- 방화구획이 피난동선에 장해가 되지 않도록 하고, 피난활동이나 연기제어 를 적극적으로 지원하도록 방화구획 설정이 필요하다
- 평면계획 단계에서 피난계획이나 방․ 배연계획과 연계가 극히 중요하다
11.4.1.3 방화구획의 종류
11.4.1.3.1 용도별 구획
- 관리, 이용 형태가 크게 다른 용도사이를 구획하여 화재가 발생한 용도
부분에 머물게 하고 그 외 용도부분에서 방화피난상 혼란이나 지장이 발생하지 않게 하는 목적이 구획이다
- 판매장, 호텔, 음식점 등 다른 용도가 복잡한 대규모 건축물에서는 각
용도에서 이용시간, 이용자의 성질, 이용형태 등 관리대상이 다르고,
화재정보전달, 피난지령방법, 소화체계가 복잡하여 피난, 소화상 혼란을 초래할 위험이 크다
- 건축물의 조건에 따라 적절한 방법으로 방재적으로 분리 구획하여 화재 가 화원 이외의용도 부분으로 영향이 미치지 않도록 해야 한다
11.4.1.3.2 면적별 구획
- 일정 바닥면적 이내마다 대규모 건축물공간을 구획하여 연소영역을 일정 규모 이하로 억제하는 것을 목적으로 하는 구획
- 고층부분에서는 외부에서의 소방활동이 곤란하므로 보다 작은 면적의
구획이 요구된다
- 건축법에서는 10층 이하의 층에서는 바닥면적 1,000㎡이내 방화구획,
11층 이상 층에서는 바닥면적 200㎡ 이내마다 구획하는 법 규정이다
11.4.1.3.3 층별 구획
- 화재층에서 상층으로 수직방향의 연소확대를 방지하는 것이 목적
- 소정의 내화성능을 갖는 바닥을 설치하고, 외벽 개구부 주위에는 내화
구조의 스펀드럴이나 캔틸레버를 효과적으로 설치하여 분출화염에 의한 상층으로의 연소확대를 방지 할 수 있다
- 건축법에서는 3층 이상, 지하층은 반드시 방화구획 하는 법규정 이다
11.4.1.3.4 수직관통부 구획
- 계단실, 엘리베이터샤프트, 에스컬레이터, 아트리움의 중앙천장, 수직배관 통로 등의 수직관통부와 기타부분의 구획
- 수직관통부 구획이 불완전하여 화염과 연기가 이부분 으로 침입하면
온도상승에 의한 연돌효과에 의해 빠른 속도로 수직방향으로 연소 확대 되어 연기오염이 진행된다 (수직전파 속도는 수평전파 속도의 3~4배)
- 파이프 샤프트, 전기 샤프트 등에서 특히 가연성 파이프나 케이블이 사용 하는 경우는 가능한 각 층의 바닥 슬라브면에서 방화충진재(씰란트)로 구획하는 것이 바람직하다
- 국가화재안전기준에서는 파이프 샤프트, 전기 샤프트 등 수직관통부의
상부에 자도화재탐지설비의 감지기를 설치하도록 규정하고 있으나 2개
층 마다 구획 또는 샤프트 바닥면적이 5㎡ 이하인 경우 감지기 설치를 제외하는 규정이 있다
11.4.1.3.5 피난상 안전구획
- 건축물 규모나 이용자의 특수성에 따라 피난계단이나 특별피난계단 외에 적절한 방화구획이나 불연재의 구획 설치로 피난 안전성 확보를 위한 구획
- 예로서 병원에서 자력피난이 곤란한 사람을 위해 동일 층을 몇 개로
구획하고 화재구획에서 다른 구획으로 수평 피난시켜 피난자의 안전을 도모한다
- 중환자나 수술실 등 이동조차 곤란한 환자 수용지역은 별도 방화구획이 필요하다
11.4.1.3.6 안전구획
- 피난경로상 안전을 확보하기 위한 구획
- 거실이 화재실인 경우 복도를 제1차 안전구획(일시적으로 안전하게 인원 수용), 피난계단 또는 특별피난계단실의 부속실 등을 제2차 안전구획 (장시간 인원을 안전하게 보호)으로 하여 특별피난계단의 계단실에 (제 3차 안전구획 : 최종 피난경로)에 이르기까지 각각의 연기제어 수단을 강구한다
- 차수가 높은 안전구획 일수록 안전성이 더욱 확보되어야 하므로 신뢰성 향상이 요구된다
11.4.1.3.7 방재센터의 구획
- 방재센터는 화재 시의 방재거점이고 연기의 침입 등으로 기능상 장해가 생겨서는 안 되므로 가연물이 있는 공간과는 완전히 구획되어야 한다
11.4.1.4 방화구획의 위치(선정요건)
- 구조, 용도 및 입주자의 생활 특징을 파악한다
- 구획의 규모는 내부가연물의 양, 내장재와의 관계를 고려한다
- 유지관리에 중점을 두고 비상시에는 대피할 수 있도록 한다
- 피난계획상 유효하게 한다
- 설비배관이나 수직통로 등에 의한 방화구획의 관통부를 고려한다
- 대단히 넓은 바닥면적의 층에 방화구획의 개구부를 방호하는 방법은
방화문을 설치하는 방법과 상시 개방되어 있다가 화재발생 시 폐쇄
하는 방화셔터에 의한 방법이 있다
11.4.1.2 방연구획의 종류
11.4.1.2.1 개요 :
- 방연구획은 연기제어의 기본이 되는 방법이며 방연구획의 설계는 충분히 검토하여 행해져야 한다
- 방연구획은 바닥면적 1,000㎡ 이내마다 방연벽으로 구획하여야 하며
극장, 영화관, 연회장, 관람장, 교회 또는 집회장, 체육관, 공장 기타
이와 유사한 용도의 건축물 부분으로 방연벽으로 구획한다
- 방연구획은 화재초기의 연기확산 방지, 배연의 유효성에 따라 검토 계획 되어야 하며 구획 시 주의사항은 다음과 같다
1) 방연구획의 역할로 보면 고정된 불연재의 벽으로 구획하는 것이
기본이다
2) 방연구획은 화재초기에 연기의 확산을 방지하고, 감지기의 작동을
신속하게 함과 아울러 배연을 유효하게 하려는 것이다
3) 기계배연방기과 자연 배연방식의 공간을 막는 방연구획은 경계벽만 이 아니고 천장에서 바닥까지 구획하는 것까지 고려해야 한다
11.4.1.2.2 방연구획의 종류
11.4.1.2.2.1 제연(배연)경계벽 구획
- 제연경계벽 구획은 그 구획에서 발생한 연기 또는 타 구획에서 유입된
연기를 일정 층 두께만 축연하고 배연설비에 의해 옥외로 배출하는
것을 목적으로 한 것이다
- 제연경계벽의 제연경계는 폭이 0.6m 이상이고, 수직거리는 2m 이내
이어야 한다. 다만 구조상 불가피한 경우는 2m를 초과할 수 있다
- 제연경계벽의 배연 시 기류에 따라 그 하단이 쉽게 흔들리지 아니하여야 한다
11.4.1.2.2.2 간막이벽 구획
- 제연경계벽 구획의 목적 이외에 연기를 해당 구획안에 가두어 연기의
확산을 방지하는 경우이며, 간막이 구획에 개구부를 설치하는 경우에는 방화문을 자동폐쇄식으로 하는 것이 바람직하다
11.4.1.2.2.3 기동식의 경우에는 급속히 하강하여 인명에 위해를 주지 아니 하는 구조로 하여야 한다
11.4.1.3 창문을 통한 수직 연소확대 방지대책
11.4.1.3.1 정적대응
- 스팬드럴 높이 증대 :
건물의 어느 층의 창 상단으로부터 그 상층의 창하단 까지의 수직거리
이며 거리가 클수록 화재가 창문을 통한 상층으로 연소 확대되는 것을 방지할 수 있다
- 캔틸레버 설치 :
건물의 외벽면 보다 돌출하여 설치하여 상층으로의 연소확대를 방지
하는 구조이다
하층 창을 나온 화염이 캔틸레버에 의해 차단당하여 상층으로 연소확대 되는 것을 방지한다
- 유리창에 망입유리 사용하여 파손방지
유리창이 열에 의해 파손을 어렵게 하기 위해 철재망이 들어있는 망입
유리를 사용하여 쉽게 파손되지 않게 하여 화재실을 밀폐상태로 유지 하여 연소확대 되는 것을 방지한다
- 창틀공법 개선
창틀(sash)와 유리의 열팽창계수 차이에 의한 틈이 생겨 화염이 돌출
되어 상층으로 연소될 수도 있으므로 sash공법의 개선으로 유리창과의 일체성을 유지하는 것도 연소확대 방지에 중요하다
- 창문크기의 최소화
가능한 개구부가 되는 창의 크기를 최소화하여 상층연소를 방지한다
개구부의 크기가 작아지면 환기지배형 화재의 양상이 되어 연소속도가 느리고 창을 통해 나오는 화염과 열기류의 양이 적고 온도가 낮아져 연소확대 방지효과를 얻을 수 있다
- 실내가연물량의 감소
화재실내에 가연물의 양이 적어 화재하중이 작아지면 그 만큼 화재강도 가 작아지고 창을 통해 분출되는 화염과 열기류도 작아져 결과적으로 연소확대 방지의 효과를 얻을 수 있다
11.4.1.3.2 동적대응
- 드렌처설비
연소확대의 우려가 있는 창문 과 같은 개구부에 화재 시 살수에 의한 연소확대를 방지하는 방법으로 가장 효과적인 방법이 있다
- 옥외소화전설비
2, 3층 정도 저층의 경우 옥외소화전설비로 주수하여 개구부로 분출
되는 화염을 제어 연소확대를 방지한다
- 옥내소화전의 연결송수관 방수설비 이용
화재실이 건물내부에서 잘 구획되어 있는 경우 화재실 인근의 연결
송수관 방수설비를 이용하여 개구부에 주수하므로 연소확대를 방지한다
11.4.1.4 인동에의 연소확대 방지대책
11.4.1.4.1 개요
11.4.1.4.1.1 유소의 개념
- 하나의 건물화재에서 타 건물로 연소하는 것을 "유소" 또는 "계화"라
부르고 한 건물에서의 연소확대 와 구별된다
11.4.1.4.1.2 유소의 요인
- 화염의 접촉 : 화염에 직접 접촉하였을 때 다른 화재를 유발시키게 된다
- 복사열 : 화염에 발생한 복사열은 온도가 높을수록, 화염의 크기가 클수 록, 복사열의 전파되는 거리가 길어진다
복사열에 의해 인화점까지 가열될 수 있으므로 지속시간이
길면 거리가 100m까지 전달된다
- 비화 : 화재로 인해 불꽃 등이 먼 거리까지 날아가 발화하는 현상
바람이 강하고 온도가 낮은 조건에서 비화에 의한 연소가 잘
일어난다
화점으로부터 풍화방향이 10°~25° 범위에서 가장 위험하며, 800 m 전후의 비화범위에서 잘 발생한다
11.4.1.4.1.3 유소부위
- 건물의 최초 유소부위는 목조외벽( 처마 포함), 가연성 지붕 또는 창 등 의 개구부가 가장 많다
11.4.1.4.2 인동의 연소확대 방지대책
- 건물의 외부에 면한 주요부재를 불연성재료 사용
- 개구부에도 방호조치(유리 블록벽 설치) 또는 개구부 제거
- 수막설비(드렌처설비)
- 철재 망입유리 또는 방화문 사용
- 불연구조의 공간 쌓기벽 설치
- 건물사이에 자립할 수 있는 방화벽 설치
- 파라폐트 나 날개벽 설치
- 자동 스프링클러 설치
11.5 피난계획
11.5.1 인간의 피난행동 특성
11.5.1.1 인간의 인내력 : 인간의 방재능력
- 위험상태에서의 강도와 그것에 노출되는 시간과의 곱으로 나타내는 것이 일반적이다
단시간의 노출에서 인간이 피해를 입는 허용치로서 풍압에서는 0.125
㎏/㎠, 복사열에서는 2,000㎉/㎡, 감마선에서는 100rad가 제시되고 있다
- 내열한계 : 복사열에 대한 피부면의 생리적 수용 한계시간
통상복 : 0.1 ㎈/㎠․ s (3,600㎉/ ㎡․ h)
방열복 : 0.2 ㎈/㎠․ s (7,200㎉/ ㎡․ h)
엄격하게는 통상복, 방열복의 재질, 착용매수, 공기층의 존재, 열전도율 등을 나타내어야 하지만 이에 대한 자료는 없다
실제로는 노출되는 얼굴․ 팔다리 등에 문제가 있으며, 그
노출면을 보호하는 안구, 노출면적을 줄이는 연구에 의한
한계치가 변화될 것으로 생각한다
- 내연한계 : 연기의 농도표시 : 중량농도법, 입자농도법, 투과율법
농도측정법 : 감광계수에 의한것, 투과율에 의한 것,
시정에 의한 것.
투과율에 의한 것 : 무연으로 투시, 자유상태에서 투시불가능
상태 까지 10단계 : 무연시00%, 각 단계 를 [%]로 구분
시정에 의한 것 : 관측자의 위치에서 명시 가능한 위치까지의 거리
시정4[m]의 연기는 눈을 자극하고 호홉도 곤란하기 때문에 종래에는 이것을 내연 한계라고도 했다 : 투과율40%, Cs 0.7
내연한계 : Cs 0.1, 시정거리 27[m]
- 내가스한계 : 연소에 의한 방출된 가스에 견딜 수 있는 한계
가스의 종류와 인간행동 상황으로 달라진다
일반적으로 가스의 독성 : "농도 × 노출시간"의 법칙
가스의 흡수에 의해 생기는 생리 장해는 가스의 종류가
같다면 가스의 농도[%]와 흡수시간[min]의 곱에 따라
결정된다는 것
그 수치는 가스의 종류에 따라 달라지지만 CO가스에
대하여서는 이 수치가 2~ 4[%․min]라고 되어있다
11.5.2 방재와 군집밀도
- 인간과 공간과의 관계 : 공간점유의 밀도 : 높아지면 불쾌감, 패닉상태유발
- 군집밀도의 허용치 : 0.5 인/㎡ : 피난장소에서 장기적 생활하는 최저기준
1~1.5 인/㎡ : 광역 피난장소에서 단기 피난생활 한계
5 인/㎡ : 옥외 발코니 등에 긴급대피
8 인/㎡ : 불쾌감 등에 의한 심리적 혼란의 위험 초래
피난시 계단실 등에서 군집밀도를 고려한다
11.5.3 피난능력
피난 : 위험을 회피하는 행위
보행속도 : 보행자의 능력, 보행자의 밀도, 보행경로의 길이 및 환경등이 지배
인간 : 느린사람 : 1m/s, 빠른사람 : 2m/s, 표준 : 1.33m/s,
피난설계시 1m/s 사용하여 입안
- 보행에 관한 수치
보행에 대한 계산된 것 : 보속, 보폭, 보수
피난에서는 보속을 중시한다 : 성별, 연령 불문 : 평균 1.3 m/s
- 군중보행
군중보행은 폭의 제약이 있는 장소에서 생기며 안정된 수치를 취한다
그 수치는 1m/s이다
다만, 밀도 1.5 인/㎡까지로 그것 이상의 혼잡한 상태일 경우 그 속도는 더욱 늦어진다
- 군중유동계수
많은 사람들이 서둘러 출구에서 나가려고 할 때, 혼자일 경우와 달라서 한번에 나갈 수 없다
러시아워(rush hour)인 역 구내의 실측에서 얻는 것이다
출입구 : 1.5 인 / m․ s, 계단 : 1.3 인 / m․ s
군중유동계수는 극장, 영화관, 경기장의 군중이 퇴장할 때 출입구 및 계단 의 군중 유출에도 적용할 수 있다
- 계단
보수 : 보행중 계단을 오르내리는 보속에 가장 관계되는 것
남자 : 120/ min, 여자 : 130/ min : 계단의 1단에 0.5sec 근사
다중이용건축물의 계단 디딤바닥 과 단의 높이의 비 2:1 이다
4Hsec : 목표로하는 임이의 위치까지 높이 [m]
3Hsec : 군중의 경우 안전율 감안한 값
계단참과 다음 층 계단으로의 수평부분 우회는 180°회전하는
경우 1.5Bsec : B 계단 폭 [m], 단 직각에서는 0.75Bsec
11.5.4 화재시 인간의 피난특성
- 건축물의 내부에 화재와 같은 재해가 발생한 경우 어떠한 상황에서 알게 되는가가 사람들의 행동이나 안전을 크게 지배한다
- 정보가 순서적으로 적절하게 전달된 경우 건물의 계획, 구조, 설비가
작동하여 질서정연한 피난이 행하여질 가능성이 크다
- 정보전달의 지연으로 갑자기 맹렬한 연기침입, 정전사태등이 발생하면
설비의 작동실패 및 사람들이 동물적 본능에 지배되면 평상시 와 달리
패닉상태에 빠져 큰 혼란을 야기하여 인명피해가 가중된다
- 화재시 최악의 상황에 대비하여 피난계획을 수립하여야 할 것이다
11.5.4.1 귀소본능
- 비상 재해시 본능적으로 신체를 보호하기 위해서 원래 온 길로 되돌아 가고, 일상 사용하는 경로에 의해 탈출을 도모하려고 하는 본능
- 불특정 다수의 사람들이 모이는 장소에서는 피난 유도를 직접할 수 있는 지도자의 육성과 훈련이 중요한 문제가 된다
11.5.4.2 퇴피본능
- 비상 재해시 사람들은 우선 실태를 확인하려고 하며 그 근방에 접근하려 고 하지만, 사태의 급함을 알 경우 반사적으로 그 지점에서 떨어지려고 하는 본등
- 건물의 중심부에 연기와 불꽃이 상승하면 외주방향으로, 외주부에서 연기 와 불꽃이 상승하면 중앙방향으로 퇴피하려고 한다
11.5.4.3 지광본능
- 비상 재해시 검은 연기가 유동하고, 정전되는 경우가 많아 사람들은 밝은 곳을 찾아 외부로 피난하려는 본능
- 혼동하기 쉬운 일반장식물등은 설치를 제한하거나 필요에 따라 소등하는 것이 바람직하다
11.5.4.4 좌회본능
- 일반적으로 오른손잡이인 사람이 많기 때문에 오른손, 오른발이 발달해 어둠속에서 보행하면 자연히 왼쪽으로 돌게 되는 것
- 피난로는 좌측의 벽을 따라서 피난하는 쪽이 유리하며, 좌측으로 내려
가는 것으로 생각하여 두는 편이 혼란이 적다는 것이다
11.5.4.5 추종본능
- 비상시에는 한 사람의 리더(leader)에 많은 군집이 추종하는 경향이
있으며, 최초의 사람의 행동이 올바른 선택 여부에 따라 많은 사람의
생명을 지배하는 경우가 있을 수 있다
-불특정 다수의 사람들이 모이는 장소에는 피난 유도를 적절하게 할 수
있는 지도자의 육성 및 훈련이 중요한 문제가 된다
11.5.5 화재 시 피난행동
- 화재시 피난자가 피난행동 중 연기에 노출되지 않은 경우 연기제어 목적 이 달성되었다
- 피난 시의 유동상황과 연기의 유동확산상황의 검토
- 타임리스 : 피난개시시간 과 피난속도
11.5.5.1 피난개시시간
- 피난개시시간은 피난자의 화재인지시간 과 피난자의 피난행동 준비시간 에 의하여 규정할 수 있다
11.5.5.1.1 화재인지시간
- 평균 인지시간 : 3 ~ 4분
11.5.1.5.1.2 피난행동 준비시간
- 화재를 인지한 직후부터 피난을 개시하기 전까지의 시간
- 피난행동 준비시간이 Zero인 경우도 있으나 Zero가 아닌 경우가 더 많다
11.5.1.5.1.3 피난개시시간
- 과거의 통계 : 평균 6~ 8분 정도
- 화재층에서는 플래시오버 직적, 비화재층에서는 플래시오버 후에 피난이 개시되는 경향이 있다
- 피난개시시간이 늦어진다면 연기제어가 중요한 역할을 한다
11.5.5.2 피난속도
- 피난 시 인간의 보행속도는 피난자의 행동능력, 피난자의 밀도, 피난경로 의 인지정도, 심리적영향 등에 의하여 좌우된다
11.5.5.2.1 노약자의 피난속도
- 노약자의 피난속도는 정상인의 1/2 정도의 값을 채용하여 피난계산을 한다
11.5.5.2.2 피난자의 밀도
- 수평복도에서는 밀도가 7~ 8 인/㎡, 내리막에서는 3~ 4 인/㎡인 경우 가장 유출효율이 좋음을 명확하게 알 수 있다
11.5.5.2.3 경로의 육안인지정도
- 피난속도는 복도의 밝은 정도, 건축물 내부의 숙지도 또는 연기가 주는 눈이나 목의 자극 정도에 따라서 좌우된다.
- 연기가 존재할 때의 피난속도는 연기농도에 반비례하여 저하된다.
시계가 제약되는 조건에서는 피난속도가 0.5m/s이하로 저하될 가능성이 있다
11.5.6 피난계획
- 공간구성계획(평면, 단면계획)은 건축의 기본설계
- 최종적인 건축의 화재안전성 : 안전한 피난로의 확보가 최우선
- 화재안전을 고려한 조닝(Zoning)에 의한 공간구성
- 피난동선을 명쾌함에서 시작되는 평면․ 단면 계획은 그 건물의 화재안전 에 대한 기본 틀을 형성
11.5.6.1 피난계획의 접근방법
피난계획의 기본방향 : 화재발생 시 화재공간에서 신속하게 혼란 없이
대피할 수 있도록 계획하고 화재공간 이외의 인명안전을 도모할 수
있도록 피난로의 설정및 방화․ 방연구획 면에서 인명의 안정을 하나의
축으로 건축계획을 질서있게 설정하는 것이다
화재실에서 피난로로의 피난, 층 전체에서 계단으로 피난, 피난층으로의 피난, 그리고 해당건축물에서의 퇴거라는 순서로 화염 및 연기로부터
안전한 지역으로 대피시키는 것이 기본방안이다
피난시설의 계획과 비상시 관리를 계획하여 피난경로의 안전성을 확보할 수 있도록 방화․ 방연대책을 계획할 필요가 있다
- 발화실에서의 피난 : 각 거실에서 발화한 경우
연기가 실내에 충만하기 전에 실내의 전원이 일상의 출입구에서 실외로 탈출할 수 있도록 계획하는 것이 기본적 방안
피난에 많은 시간이 필요한 장소인 경우에는 비상구나 발코니등의 탈출 경로를 고려한다.
- 발화층에서의 피난
연기가 그 층의 피난로를 오염시키기 전에 그 층에 있는 재실자 모두가 계단실 또는 특별피난계단의 부속실 등 보다 안전한 부분까지 피난할 수 있도록 계획
1) 2방향 피난
2) 비상수단에 의한 아래층으로 탈출
3) 병원이나 사회복지시설과 같이 피난능력이 부족한 이용자가 많은
건축물에서는 방화구획된 별도의 공간에 일시적으로 피난하여 피난층 으로의 피난에 대비하는 방식
- 상부층에서의 피난
화재층 위층에 있는 재실자의안전을 확보하는 데는 상층으로의 연기전파 를 방지하는 수직관통부의 방화․ 방연대책이 중요하다
다층 건축물에서는 수직 피난동선인 계단에서 쓸데 없는 혼란을 막기
위해 원칙적으로 모든 층에서 동시에 피난하지 않도록 발화층, 그 바로 위층, 연기의 전파우려가 있는 최상층 순으로 위험이 미치기 쉬운 층
부터 순차적으로 피난시킬 수 있도록 계획하여야 한다
- 중간 피난거점 (Refuse Area) : 절연층
초고층 건축물과같이 지상까지의 거리가 상당히 긴 경우에는 지상까지 의 사이에 외로 개방된 안전한 장소를 설치하고 그 곳을 일시적인
피난장소로 하는 것이 피난유동상 유효하다
- 피난층에서 옥외로의 피난
화재상황에 따라 건물내의 재실자가 옥외까지 피난해야만 하는 경우가 있으므로 피난층에서도 최종 피난장소에 이르기까지 일관된 질서를
가진 피난동선을 계획한다.
이때 건물 전체의 피난에는 시간이 걸리므로 피난층의 피난계단에서
옥외까지의 피난로는 일반층 이상으로 안전성이 높은 피난로로 계획
하는 것이 기본이다
11.5.6.2 재실자의 특성에 대한 고려
피난계획은 그 건축물을 이용하는 사람의 피난능력 등 피난자의 특성에
적합하게 계획하여야 한다
- 건물 각 부분의 피난대상자의 수를 예상한다.
해당 용도에서 생각할 수 있는 최대 재실자의 수를 대상으로 하는 것이 원칙이다
- 피난자의 특성 중 피난 안전성을 크게 좌우하는 것으로 재실자의 특징, 불특정 이용자의 피난능력특성을 들 수 있다불특정 이용자 경우는 피난 로나 건축물 전체 상황에 대한 자전 지식이 없는 것으로 보아서 피난
시설이나 피난유도를 계획하고, 제약자의 비율을 고려하여 피난시설과 함께 피난유도 체제도 계획하여야 한다
11.5.6.3 건축물 용도에 대한 고려
- 건축물의 용동에 맞게 계획해야 한다.
- 임차인이 입주함에 따라 간막이벽이 변경되는 경우나 실의 용도 및 일상 의 유지관리 등을 고려한다.
- 피난안전서에 크게 영향을 미치는 요소 : 취침시설의 여부
- 호텔 등 : 화재의 조기감지 지연, 피난개시 시간의 지연 : 피난장해
- 복합용도 건축물의 특징인 이용시간대가 다른 부분, 밤과 낮의 이용 상황 차이 그리고 다른 관리부분과 관통하는 피난로가 생기는 경우 자물쇠 의 위치와 시간대 등 방범대책을 고려하여 이것이 피난에 지장을
초래하지 않도록 해야 한다
11.5.6.4 방화대책의 신뢰성 확보에 대한 고려
- 피난시설 : 방화대책 및 유지관리에 있어 시스템으로서의 신뢰성
- 비화재층으로 통하는 수직관통부의 구획이나 대규모 평면의 면적별 구획 등 가동 부위가 많은 피난로에는 피난시설의 중요도 및 비화재 공간
으로의 영향을 고려하여 비상시 확실히 작동하도록 계획한다
11.5.6.5 피난계획의 일반적 원칙
- 2방향 피난로를 항시 확보하고 원칙에 따를 것
즉 건물 내의 임의의 지점으로부터 피난하는 경우 그 피난통로 하나가 화재 등으로 사용할 수 없는 경우 다른 방향으로 피난할 수 있도록 2개 방향의 피난로를 상시 확보해 두는 것이 필요하다.
- 피난수단은 원시적 방법에 따르는 것을 원칙으로 할 것
즉 재해 발생이라는 비상사태에 있어서 복잡한 조작을 필요로 하는
장치는 부적당하며 가장 본능적인 인간의 행동에 따르는 것을 제일로 해야 한다. 엘리베이터는 이 견지로 봐서 정전, 기타의 위험을 고려
하여 피난수단으로 생각하지 않는 것이 원칙이다.
- 피난경로는 간단명료 할 것
복잡하게 굴곡하고 길이가 긴 것은 부적당하다.
복도와 통로 말단부에서 출구나 계단 등이 있는 것이 이상적이다.
- 피난대책은 Fool proof 와 Fail safe의 원칙을 중시한다
Fool proof 라는 말은 본래 뜻은 바보라도 틀리지 않고 할 수 있도록
한다는 의미이다.
비상상태 하에서 피난자는 정신이 혼란하여 주로 본능에 의지하게
되므로 바보같이 행동할 수도 있다는 것이다.
피난구유도등 및 유도표지 등은 문자보다는 그림과 색을 사용하여
직감적으로 알아볼 수 있도록 해야 한다.
Fail safe라고 하는 것은 하나의 수단이 고장 등으로 실패하여도 다른
수단에 의하여 그 기능이 발휘될 수 있도록 고려하는 것을 말하며 앞에 말한 2방향 피난원칙도 이에 속하는 것이다.
- 피난문은 항시 사용할 수 있도록 한다
관리상의 이유로 자물쇠를 채워두는 것은 큰 위험을 초래하므로 피해야
한다.
피난문은 피난방향으로 열리는 구조이어야 한다.
- 피난유도 와 배연설비 등 전력을 이용하는 설비에는 반드시 예비전원을 갖추어야 한다
피난로에는 정전 시에도 피난방향을 명백히 할 수 있는 표시를 한다
-피난경로에 따라서 일정한 구회을 한정하여 피난 Zone을 설정하고
최종적으로 안전성을 높이는 것이 합리적이다
- 피난설비는 고정시설이 좋으며, 이동식 기구와 장치 등은 최후의 소수
인원을 위한 보조수단으로 생각해야 한다. 이동식 설비로는 피난용
로프, 금속제 사다리, 완강기, 구조대 등이 있으며, 이는 단순한 보조
수단으로 생각하여 재실자가 출구, 복도, 계단, 발코니 및 고정 사다리 등의 피난시설 설비에 따라 안전하게 피난할 수 있도록 계획해야 한다.
11.5.7 피난시간 검토
11.5.7.1 피난계산의 목적
- 설계의 초기에 거실, 복도, 계단 등의 설치 및 폭 등을 정하기 위해
표준층 및 많은 사람이 모이는 특수층에 대하여 기본계획을 검토하기 위함이다
- 완성된 계획에 대하여 거실, 복도, 계단 등에 대해 피난의 안전성을 체크 하기 위함이다
11.5.7.2 피난계산의 순서
11.5.7.2.1 층마다 피난 대상인원수를 구해 피난계산 대상 층을 선정한다
11.5.7.2.2 피난계산의 대상이 된 층에 다음의 평가를 한다
- 거실 피난의 계획 : 각 거실에 대해 그 곳이 발화실이 된 경우의 피난
시간을 구해 허용시간과 비교 평가한다
- 층 피난의 평가 :
그 층의 한 거실을 발화실로 하여 층 전체의 피난자 흐름을 정하고, 피난 시간 과 피난경로상 체류인원수를 구한다.
산출된 피난시간에는 층 피난시간 과 복도 피난시간이 있으며 각각의
허용시간과 비교한다
체류인원에 대해서도 정해진 밀도에 따라 체류를 위한 면적이 확보되어 있는 가를 확인한다.
11.5.7.2.3 피난대상층의 선정
- 사람 수가 가장 많은 층
- 동일 평면, 동일 사람 수인 층이 다수인 경우에는 그 대표적인 층
- 연회장이나 대회의실 등 불특정 다수가 모이는 층
- 피난계단이 적은 대신에 대상인 수가 많은 층
- 피난로가 편중되어 있는 등 안전성에 문제가 있다고 생각되는 층
11.5.7.3 인구밀도와 피난대상인원
피난대상인원(P)=Σρ A₁ρ : 용도별 인구밀도[인㎡], A₁: 거실유효면적[㎡]
밀도분류 |
| 산정용밀도 [인/㎡] | 용도예 |
고밀도 | 1 | 2.0 | 극장, 영화관, 공회당의 객석부분 등 |
| 2 | 1.5 | 일반 집회실, 연회장 등 |
| 3 | 1.0 | 유희장, 카바레, 대중식당, 백화점의 특매장 등 |
중밀도 | 4 | 0.75 | 레스토랑, 교실, 회의실, 백화점의 야간 혼잡한 매장 등 |
| 5 | 0.5 | 도서관, 일반점포, 지하도 부분, 백화점의 일반매장 등 |
| 6 | 0.25 | 사무실, 큰 병원, 기숙사, 여관, 여관로비 등 |
저밀도 | 7 | 0.1 | 작은 병실, 맨션 아파트, 공동주택, 호텔의 객실부분 등 |
| 8 | 0.05 | 일반주택 등 |
11.5.7.4 피난행동의 전제조건
- 피난대상자는 실내에 균등하게 분포되어 있다
- 피난은 일제히 개시된다. 다만 발화과 비발화실과는 개시시간이 다르다
- 피난자는 미리 정해진 경로를 통해 피난한다.
- 보행속도는 일정하고, 추월이나 후퇴는 하지 않는다.
- 피난자의 흐름은 출입구 등의 병목에 의해 규제된다.
- 피난경로가 복수인 경우에는 가까운 경로를 이용한다.
11.5.7.5 거실피난시간
화재실에서 다음 구획으로 피난은 불리한 조건이나 위치에서 화재가 발생 한 때라도 그 연기와 열기류가 피난상 지장이 있는 상태로 성장, 확대
하기 이전에 실내의 전인원이 퇴출을 완료할 수 있는 계획으로 한다
거실 피난시간은 화재 시 거주자 전원이 실외로 피난을 완료하는 시간으로 출구통과시간, 실내보행시간에 의해 각각 구할 수 있으며, 피난안전을
위하여 2중 큰 값을 선정한다
- 거실 피난시간 산출
1) 출구통과시간
=
P : 수용인원수, W : 피난문의 폭의합계
2) 실내보행시간
=
: 실내보행거리, V : 보행속도
- 거실 허용피난 시간 산출 T₀ = a√ A
a : 천장의 높이가 6m 미만의 거실 : 2, 천장의 높이가 6m 이상의 거실 : 3
A : 그 거실의 바닥면적 [㎡]
거실면적A[㎡] | 200 | 500 | 1,000 | 1,500 | 2,000 | 3,000 |
거실허용피난시간T₀ | 30sec | 45sec | 60sec | 75sec | 90sec | 105sec |
* 본 표에 나타난 숮자는 2√A에서 구해진 수치를 알기 쉽게 사사오입한 것 이다 더욱이 200㎡이하의 경우도 30초로 하는 것이 가능하다
위험한 인화성물품을 취급하는 실 과 발연속도가 큰 재료를 많이 사용한 실에서는 이것보다 강화된 수치로 하고, 불연화된 내장으로 불연용도의 실에서는 이 수치를 다소 완화해도 좋다고 할 수도 있다
11.5.7.6 복도피난 시간
- 복도 등 제1차 안전구획에서 그 부분을 피난자가 이용하고 있는 시간대 길이. 즉 그 층의 복도에 최초의 피난자가 들어온 뒤, 최후의 피난자가 계단실 또는 부속실로 피난하기 까지의 시간으로 각 계단으로의 피난 경로마다 평가한다
- 복도 허용피난시간 rT₂= 4√
: 그 층의 모든 거실 및 복도의 면적의 합계 [㎡]
11.5.7.7 층 피난시간
- 화재가 발생한 때부터 최후의 피난자가 계단실 또는 부속실로 피난하기 까지의 시간으로 각 계단으로의 피난경로마다 평가한다
s
= 8 √
: 그 층의 모든 거실 및 복도의 면적의 합계 [㎡]
11.5.7.8 화재시 사용 가능한 출입구 필요합계
ΣW =
출입구의 유동계수 : 1.5인 /m․ s
ΣW =
계단에서 유동계수 : 1.3인 /m․ s
W : 출입구의 폭[m], P : 피난대상인원, T₀ : 허용피난시간[sec]
유동계수는 단위 폭을 매초 통과할 수 있는 인원수
11.5.7.9 피난안전성 평가
- 요구안전피난시간(Required Ssfe Egress Time)이 허용안전피난시간 (Avaiable Ssfe Egress Time)을 초과하지 않는가를 분석하는 것.
- 요구안전피난시간 (RSET : Required Ssfe Egress Time)
화재발생 즉 착화로부터 거주자가 안전한 장소까지 피난하는데 걸리는 시간을 말한다.
RSET 는 재실자들의 성별, 연령별 구성과 같은 특성과 보행속도, 피난
경로의 효율성, 안전구획까지의 거리와 같은 인자들에 의하여 계산되기 도 하고 피난모델(단일 매개변수 모델, 이동모델, 시뮬레이션 모델등)을 사용하여 추정, 계산한다. 구성요소는 다음과 같다
RSET =
+
+
+
+
: 발화에서 감지시간(ignition-detection time)
: 감지에서 경보시간(detection-alarm time)
: 경보에서 거주자 행동결정시간(Alarm-occupants decision time)
: 거주자 행동시간[화재확인, 물건수집, 소화활동 등]
: 대피시간(Travel time); 피난통로에서 완전구역까지 이동
시간으로 Way-finding, 대기시간(Quenching time)을 포함.
법 적용 시 문제점은 대피시간(
)만을 고려하여 요구안전피난
시간을 정하는 것이다.
즉 피난시간 계산 시
(감지시간),
(경보시간),
(행동결정
시간),
(거주자 행동시간)은 무시한다.
- 허용안전피난시간 (ASET : Avaiable Ssfe Egress Time)
허용안전피난시간은 화재의 개시 후부터 거주자에게 위험을 줄 수 있는 연기의 거주역 오염시간을 지칭한다.
ASET을 선정하는 기준인자는 적절한 화재 시나리오에 의해 산출된
플래시오버(Flashover)시간이나, 기준높이까지의 연기층 하강시간 등을 기준하거나, 인접 비화재실이나 대피통로(계단, 출구 등)의 연기오염시간 으로 선정 가능하다.
따라서 연기유동(Smoke movement)에 의한 허용안전피난시간(ASET)
설정인자는 일반적으로 다음과 같다. (외국자료의 평균치)
○ 연기층의 온도(Temperature) : 65℃(Purser)
○ 가시거리(Visibility) : 2m, 연기광학농도 : 0.5m⁻¹
○ 연기 하강심도(Depth) : 머리 위 1m
○ 복사열(Radiation) : 2.5kW/㎡ 이하(Upper layer 200℃ 정도)
○ 유해성(Toxicity) : Incapacitation 30 min을 기준으로 한다.
(Purse)
- CO < 1400 ppm
- HCN < 80 ppm
- O₂ > 12%
- CO₂ < 5%
- 컴퓨터를 이용한 피난 시뮬레이션은 지속적으로 연구, 개발되고 있다
영국에서 개발된 모델(예; Exodus, Simulex)은 Graphical Interface의 발전으로 사용자는 실제 피난 상황을 보다 편리하고 간단하게 이해할 수 있게 되었고, 컴퓨터 성능의 급속한 발전으로 다양한 피난조건을
가정한 시뮬레이션이 가능하게 되었다.
11.5.7.10 체류면적의 평가
- 피난계산에서는 복도나 부속실에서의 최대체류인수를 산출하여 이것이 각 부분에 수용 가능한 가를 평가하고 있다.
일반적으로는 체류라 하면, 출입구 등의 병목에서 생기는 대기상태를
말하지만, 대기 인원수만이 아니라 병목으로 항해 보행 중인 피난자
수도 포함한 사람의 수이다.
체류인수는 체류하는 장소로의 유입과 유출의 차에 따라 변하므로 그
중 최대치를 구할 필요가 있다. 최대 체류인수를 수용하기 위해 필요한 면적은 그 사람 수에 소정에 계수를 곱하여 구하는데 계수는 복도나
부속실 등의 따라 차이가 있으며 다음 식에 의해 평가한다.
mA₂= 0.3mN₂
mA₃= 0.2mN₃
여기서, mA₂: 복도 등 제1차 안전구획의 필요 면적[㎡]
mN₂: 상동의 최대 체류인수[인]
mA₃: 부속실이나 발코니 등 제2차 안전구회의 필요 면적[㎡]
mN₃: 상동의 최대 체류인수[인]
체류에 필요한 면적은 복도 등 제1차 안전구획에 대해서는 보행자도
포함한 밀도를 고려하여 1인당 0.3㎡로 하지만, 부속실이나 발코니 등 제2차 안전구획에 대해서는 일반적인 복도 등에 비해 방화 ․ 방연대책이 강화되어 있으므로 1인당 0.2㎡로 보다 높은 밀도로 수용할 수 있도록 설정되어 있다.
11.5.7.11 피난계획 수립 시 유의할 사항
- 건물의 용도, 규모에 따라 수용 인원수 및 특성이 서로 틀리고 피난 능력 도 차이가 있다는 것을 고려하여 계획하여야 한다.
- 비상시 인간행동에 대한 심리적 분석을 행하여 입안해야 한다.
- 피난계획은 순차 피난이 될 수 있도록 계획한다.
- 피난이 완료될 때까지 피난로가 연기와 가스, 열기류로 부터 보호되도록 하여야 한다.
- 조건에 따라서 안전율이 고려되어야 한다.
- 무엇보다도 설계 초기부터 전체 계획에 맞추어 계획하여야 한다.
11.6 특수장소별 화재특징 및 방화대책
11.6.1 복합상영관의 방재대책
11.6.1.1 개요
- 멀티플렉스란 하나의 건물 내에 하나의 층 또는 다수의 층에 무대부가 없이 스크린만 설치되어 있는 다수의 소규모 영화관을 설치하여 영화 관람과 동시에 쇼핑, 문화생활을 즐길 수 있는 부대시설물을 갖춘 복합 건축물을 말한다.
11.6.1.2 화재 위험성
11.6.1.2.1 건축공간
- 사업성의 극대화로 인한 수용인원의 증가
- 지하 심층화 또는 고층화에 위치하는데 따른 화재 및 피난 위험성 증가
11.6.1.2.2 방재상 특성
- 공간이 대규모화 되고 수용인원의 밀집으로 화재 대응이나 방재관리가 단순 하지 않다.
- 화재확대의 잠재적 위험성이 크다.
- 화재대응시간이 길다.
- 피난동선이 복잡하며, 객석의 특성상 피난의 어려움이 있다.
- 타 용도로부터 높은 발화 및 연소의 위험성이 있다.
- 소방대의 진압활동에 많은 문제점이 있다.
11.6.1.3 방재대책
11.6.1.3.1 수동적 방화대책
- 타 용도부분으로부터 위험의 확산 방지 조치 강구
- 입 ․ 퇴장 동선의 분리 및 피난동선은 짧은 직선화 강구
- 피난계단 등은 연기로부터 안전성 확보
- 수용인원이 충분히 피난할 수 있는 용량의 피난경로 확보
- 출입문에 Panic Bar 설치
- 전용의 제연설비 설치
- 현실성이 있는 화재 ․ 피난 시뮬레이션(Simulation) 수행 및 결과에 따른 피난 및 화재손실 경감대책 수립
11.6.1.3.2 능동적 방화대책
- 유사시 초기에 화재를 감지할 수 있는 고성능의 자동화재탐지설비 설치
- 직정 보행거리마다 이동식 소화장비 설치
- 신뢰성이 높은 스프링클러 설비 설치
- 해당 건물의 실정에 맞는 유지관리 프로그램 수립 및 철저한 이행
11.6.1.3.3 영사실의 안전
- 영화테이프는 보관자루나 철재선반에 정리, 정돈
- 투과창에는 자동방화셔터 설치
- 출입문에는 자동폐쇄장치가 부착된 갑종방화문 설치
11.6.1.4 멀티플렉스의 방재 규정
- 국내의 경우 Multiplex에 대한 규정이 없어 NFPA의 Safety code를
기준으로 설명하는 것이다
11.6.1.4.1 피난시설
- 피난로 시설
- 피난로의 수
․ 수용인원의 수가 500명 이상 1,000명 이하 : 3개
․ 수용인원의 수가 1,000명 초과 : 4개
- 통로의 폭
․ 양쪽에 좌석이 있는 경우 : 122cm 이상
․ 한쪽만 좌석이 있는 경우 : 91cm 이상
- 수직 피난로는 피난계단, 특별피난계단 구조에 적합해야 한다.
- 막다른 골목(Dead End) : 6.1m 이하
- 공용이용통로(Common path) : 6.1m 이하
- 보행거리(Travel distance) : 45m 이하(스프링클러설치 시)
- 예비전원에 의한 비상조명설비 설치
- 출입문에는 Panic bar 설치
11.6.1.4.2 연소확대방지
- 방연구획 및 배연설비 설치
- 1개 층을 1시간 이상의 내화성능을 갖는 방연구획으로 구획
- 배연설비는 전용으로 하고 용량은 거실체적용량 × 6회 / h 이상으로 한다.
- 내장재료는 Class A(불연재료) 이상으로 처리
- 실내 장식품 및 커튼 등에는 방염처리
11.6.1.4.3 소화설비
- 소화기는 보행거리 규정에 따라 설치
- 화재경보설비는 300명 초과 시, 하나의 층에 영화관이 2이상 설치 시 설치
- 신뢰성이 있는 스프링클러 설비는 300명 초과 시 설치
11.6.1.4.4 방화관리
- 흡연관리 : 「금연」표지부착
- 화기관리 : 화기사용제한 및 불가피한 경우 간접 가열식 사용
- 교육 및 훈련
- 화재 시 피난관련 요령 및 교육실시
- 화재진압설비 사용 교육
- 군중관리자 배치 : 수용인원 250명당 1명
11.6.1.5 국내 피난관련 법규의 문제점 및 개선방안
11.6.1.5.1 문제점
- 수용인원을 고려한 피난통로 확보 기준이 없다.
- 건물의 용도와 수용인원의 밀집도를 고려하지 않는 획일적인 피난계단 및 복도기준을 적용한다.
- 불특정 다수인이 상시 출입하는 대형건축물 내에는 다양한 편의시설이 복합적으로 존재하고 화기취급이 많은데도 화기 위험이 상존함을 고려 하지 않는다.
11.6.1.5.2 개선방안
- 적정 수용인원산정 및 피난대책의 제시
국내 건축법에는 면적당 수용인원의 제한이 규정되어 있지 않다. 따라서 국내실정에 맞는 제도적 검토가 필요하고 그에 맞는 수용인원산정 방법 이 규정되어야 하며, 피난능력을 결정하는 중요한 인자로서 피난대책이 제시되어야 한다.
- 피난로의 수와 배치
건축물의 규모 또는 수용인원에 상관없이 최소 2개의 직통계단을 규정
하고 있으나 보다 합리적으로 건축물의 규모 또는 수용인원을 고려한
피난로 또는 직통계단의 수와 이격거리등에 관한 법 규정의 제정이
필요하다.
- 관람석 내의 통로
영화관의 화재 시 피난에 가장 어려운 곳의 하나가 관람석이다. 따라서 수용인원에 따른 객석 내의 유효한 피난통로가 확보되어야 하며, 객석의 열과 열 당 좌석수가 제한되어야 한다.
- 공공이용통로 및 막다른 골목
공공이용통로 및 막다른 골목의 한계를 두는 것은 명확한 피난로의 확보 와 피난경로의 단순화에 목적을 두고 있으며, 이는 화재 시 거주자의
원활한 피난 활동에 많은 영향을 준다.
- 피난통로까지 보행거리
국내 피난관련 법규는 구조물의 재료에 따라 완화를 두고 있어 건축물 용도의 특성 및 거주자의 구성을 고려하지 않는 일방적인 법규정용
이라 할 수 있겠다. 이러한 법 규정으로 건축물의 규모가 제한되어
대규모 복합건물의 계획 시 적잖은 문제점이 되고 있다.
NFC의 스프링클러설비에 의한 완화는 국내법의 화재에 대한 방어보다는
좀 더 공격적이고 초기에 화재를 제어할 방법을 채택함으로써 성능위주 의 방재설계에 가깝다고 볼 수 있다.
- 인명안전성 평가의 필요성
용도와 수용인원에 따라 인명안전성 평가가 필요하다 하겠다.
인명안전성 평가를 통하여 대형복합건축물의 화재안전성을 확보할 수 있다.
11.6.1.6 결론
- 복합 상영관은 불특정 다수의 사람들이 사용하는 공간으로 화재 시 많은 인명피해가 예상되므로 아래와 같은 화재, 피난안전상 대책이 필요하다.
- 최소한의 안전한 피난을 위하여 1인당 점유면적의 적정한 산정 및 피난 통로의 폭과 수를 확보하고 층별 순차적 피난을 위한 사전계획과 피난
동선상의 비상조명등을 확보한다.
- 복합상영관에서의 화재에 대한 발화방지와 초기소화를 위해서는 전기 및 화기사용의 제한 및 내장재의 방염처리 및 속동형 헤드를 이용한
스프링클러설비의 설치와 화재발생 우려지역인 영사실에 대한 청정소화
약제 설비 및 전용의 제연 설비를 설치한다.
- 화재 시 연소확대 방지를 위해서는 용도 및 실별 철저한 방화구획과
각종 개구부에 방화셔터 및 방화문을 설치하며, 상영관에 기계식 제연
설비 설치하여 연기를 제어하여야 한다.
11.6.2 지하공간 화재의 방재대책
11.6.2.1 개요
- 지하공간이란 지하가를 포함한 일반의 지하철, 지하 주차장 등을 말하여 당해 지역에 불특정 다수의 사람들을 수용하는 시설을 의미한다.
- 자연적인 통기와 일조가 없는 지하공간은 본래 인간이 살 수 없는 장소 라 할 수 있는데 과학기술의 발달에 따라 조명과 공조설비를 이용하여 인공적으로 생활 가능한 환경을 유지할 수 있는 것이다.
그러나 화재 등의 재해가 발생하면 인공 환경은 순식간에 파괴되고 만다.
11.6.2.2 지하공간의 화재특성
- 화재 초기에는 지상의 연소 성상과 같은 양상을 나타내나, 차츰 시간이 경과함에 따라 공기의 공급이 부족해져서 연소가 불완전하게 되어 다량 의 연기를 발생하고 산소결핍 현상도 발생될 수 있다.
- 폐쇄공간이기 때문에 대기 중으로의 연기와 열의 방산이 적고, 장기간
농연과 열기가 축적된다.
- 점포의 용적에 비해 지하공간의 용적이 작기 때문에 화재가 발생한 점포 에서 유출된 연기로 빠른 시간 내에 지하공간이 오염될 가능성이 크다.
- 공조 및 배기덕트는 지상에 비해 외기의 취입구와 배기장소의 제약을
받아 필연적으로 가로부분이 길어지고 분기부분도 많아져서 복잡하게 되므로 화재시에 덕트를 통해서 다른 구획으로 연소할 위험이 크다.
- 소화에 따른 물의 피해가 지상의 화재에 비해 현저하게 증가되므로 초기
화재에 신속하게 대처하지 않으면 피해가 증가할 가능성이 크다.
- 지하철의 경우에는 열차풍으로 인해서 연소가 확대될 가능성이 크다.
11.6.2.3 지하공간의 화재발생원인
- 연료(유류 및 가스) 및 전기화재가 가장 큰 비중을 차지하고 있는데
- 이는 지하가에서의 난방 및 취사용으로 연료를 많이 사용하고
- 무자격자에 의한 전기배선 등에 그 원인이 있다고 할 것이다.
11.6.2.4 지하공간의 화재시 피난 및 소화 활동상의 문제점 분석
- 지하공간의 구조특성상 화재로 인한 연기 및 유독가스의 유동방향과
피난자의 피난방향이 동일하여 피난장해 및 연기로 인한 인명피해가 크다.
- 잠재된 불안의식을 가지고 방향감각을 잃은 불특정 다수인을 수용하고 있기 때문에 화재로 인한 피해보다 피난로에서의 패닉(Panic)현상 발생 위험이 커서 피난유도는 물론 대피하지 못한 사람에 대한 검색과 구조 를 요하는 구역이 넓어진다.
- 창이 없기 때문에 화재발생정보의 지연과 화재진행상황을 파악하기
어려워 구조 및 적절한 소화활동이 어렵다.
- 지하공간의 화재 시 축적된 농연과 열기의 배출이 어려워져서 진입한
소방대원의 소화활동이 위축되고 활동에 제한을 받게 된다.
- 지하공간은 소방대의 진입로가 계단만으로 국한되어 피난자와 역행하는 경우가 많으므로 소화활동에 지장이 크다.
11.6.2.5 방재대책의 방향성 고찰
11.6.2.5.1 발화방지 및 최기소화
- 실내장식물의 난연화 및 불연화
- 화기 및 전기 사용 제한, 사용설비의 관리 철저 및 환경정비
- 조기화재 발견, 초기소화를 위한 소화설비시스템 설치
- 가스경보기 설치 및 긴급 차단밸브의 설치
- 약품 등에 대한 출화방지
11.6.2.5.2 연소확대 방지
- 용도, 규모, 형태별 방화구획 설치
- 출입구는 방화문 및 방화셔터 설치
- 방 ․ 배연계획으로 열 및 연기의 확대 방지
- 연소와 연기 확대전파의 위험을 소규모로 국한시키기 위해서는 공간구획 이 효과적이다.
- 배관, 케이블, 덕트 등 관통부의 방화조치 및 연소방지조치의 철저
11.6.2.5.3 피난대책 및 계획
- 피난유도등 및 비상조명 설비의 철저
- 지상의 외부로 개방된 공간을 설치하여 외광이 들어오게 하여 거주자
에게 안심감과 자신의 위치를 확인할 수 있도록 하는 것이 중요하다.
- 건물의 지하층에 Sunken Garden을 설치하여 외부공간을 통해 직접
지상으로 피난할 수 있도록 계획한다.
- 지하건물의 공간구성을 가능한 단순하게 하고, 건물내부의 어느 곳에서도 양방향 피난이 가능하게 계획한다.
- 장거리 피난이 되지 않도록 하며, 될 수 있는 대로 지상과의 연락로를
많이 설치하는 것이 좋다.
- 복도나 계단, 출입구의 폭과 수를 피난인원에 맞도록 적정하게 산정.
- 안전한 피난을 확보하기 위하여 1인당 점유면적의 적정한 산정.
11.6.2.5.4 연기제어
- 유효한 제연설비의 설치 및 유지 철저
- 방 ․ 배연 계획
- 지하시설의 제연설비에 대해서는 피난경로, 일시피난 거점의 방호 및
소방대 진입로, 소방활동의 거점 확보에 중점을 두고 기계제연방식이
바람직하다.
11.6.2.5.5 소화활동 및 예방대책
- 자위소방대의 활용
- 지하공간에 대한 실용단계의 화재모델에 의한 방화설계 구축
- 소방활동 공간의 확보
- 소방시설의 유지관리 및 법적제도 강화
- 방화관리시스템의 개선 및 종합방재센터의 설치운영
- 신 방재교육의 보급
11.6.3 고층건물의 방재대책
11.6.3.1 개요
- 고층건물은 높이 31m 이상의 건물 또는 11층 이상의 건물을 말하며,
초고층 건물은 높이가 60m를 넘는 건물을 말한다.
- 고층건물은 소방법상 필요한 소방설비 이외에 건축법상 특별피난계단
(11층 이상, 공동주택은 16층 이상), 비상용승강기(높이 31m 이상),
배연설비(6층 이상) 등의 설비 및 시설을 해야 한다.
- 고층건물의 환경이미지 평가로 인텔리전트빌딩, 사무의 집적종합시스템, 태양광의 입사 ․ 풍경 등의 긍정적인 평가와 고소공포증, 화재, 지진의
공포 등의 부정적인 평가가 공존해 있다.
11.6.3.2 고층건물의 화재특성
- 용도가 주로 사무실로 OA기기와 그 부속품, 서류, 가구, 가연성 내장재 등이 다량으로 존재하는 작업장이기 때문에 다량의 가연물이 집중되어 있어서 연소확대의 속도가 빠르다.
- Elevator Chute, 전기 및 공조설비의 Shaft등 건물의 수직관통부가 많기 때문에 이들이 연돌효과를 일으켜서 상층으로의 연기확산은 가속화시킬 위험성이 크다.
- 강제적인 급배기시스템에 의해 공기의 흐름이 조절되기 때문에 연기와 유독 가스의 확산이 급속도로 진행될 가능성이 크다.
- 고층부 특유의 강풍에 의해 연기가 복도 쪽으로 밀려 피난로를 연기로 오염시킴과 동시에 연소확대의 위험이 크다.
- 계단실 등의 Draft효과가 커서 강한 상승기류에 의해 방화문의 개폐장애 와 연기의 제어장애가 일어난다.
- 플래시오버에 도달하게 되면 가연물의 급격한 연소로 인하여 대량의
가스가 방출되어 온도 및 압력이 상승하고 화염이 분출하여 상층의
창이 파괴되어 상층 내부로 연소확대 된다.
11.6.3.3 피난 및 소화 활동상의 문제점 분석
- 고층건물은 화재 시 외부 및 지상으로의 피난을 위한 한정된 피난로와 동선으로 피난에 따른 2차 피해가 발생한다.
- 고가 사다리차가 미치지 못하므로 외부에서의 진입과 인명구조 또는
창쪽에서의 소화활동에 제약을 받는다.
- 사무용 빌딩은 수용인원의 80% 정도가 피난경로를 알고 있으나 호텔
또는 백화점의 출입자는 대부분 피난경로를 모르기 때문에 화재 시에 Panic 현상으로 인명 피해가 크다.
- 초고층 건물은 1개 층의 바닥면적이 커지게 되며, 건물구조상의 제약
으로 폐쇄성이 높은 복도가 채용되는 경향이 있어서, 피난로의 경로가
복잡하게 되며, 연기가 복도에 유출된 경우 그 배출이 어렵고 동시에
피난을 어렵게 한다.
11.6.3.4 방재대책의 방향성 고찰
11.6.3.4.1 발화방지 및 최기소화
- 내장재의 불연화 및 난연화
- 화기 및 전기사용 제한, 화기설비의 관리 철저 및 환경정비
- 조기화재 발견 및 초기소화를 위한 스프링클러 및 감지기 설치
11.6.3.4.2 연소확대 방지
- 용도, 규모, 형태별 방화구획 설치, 방화문 및 방화셔터 설치
- 방 ․ 배연계획으로 열 및 연기의 확대 방지연소와 연기 확대전파의 위험 을 소규모로 국한시키기 위해서는 공간구획이 효과적이다.
- 연소와 연기 확대전파의 위험을 소규모로 국한시키기 위해서는 공간구획 이 효과적이다.
- Spandrels 과 캔틸레버 설치로 상층연소 확대 방지
- 엘리베이터의 방화문 및 통로의 연소방지 조치, 방화문 등에 의한 방화
구획의 신뢰성 향상
- 초고층 공동주택의 경우 발코니를 설치하여 상층으로의 연소방지 및
소방대의 접근용이성 향상
- 배관, 케이블, 덕트 등 관통부의 방화조치 및 연소방지조치의 철저
11.6.3.4.3 연기제어
- 유효한 제연설비의 설치 및 유지 철저
- 방 ․ 배연계획
- 제연설비에 대해서는 피난경로, 일시 피난거점의 방호 및 소방대진입로, 소방활동의 거점 확보에 중점을 두고 기계제연방식이 바람직하다.
11.6.3.4.4 피난대책 및 계획
- 피난기구 및 피난유도 방송시스템의 확보
- 피난유도등 및 비상조명 설비의 철저
- 거주자가 화재위험지역을 떠나서 건물 내부에 마련된 안전한 지역으로 대피 할 수 있는 방법을 강구하는 것이 가장 효과적인 피난대책이다.
- 복도 등의 피난경로와 각 거실과는 방화 ․ 방연벽으로 구획한다. 부속실, 계단실 대피장소는 복도보다 더 견고한 구획이 필요하다.
- 초고층 공동주택의 경우 발코니를 설치하여 피난경로로 사용 및 소방대 의 접근 용이성을 향상시킨다.
- 복도나 계단, 출입구의 폭과 수를 피난인원에 맞도록 적정하게 산정
- 안전한 피난을 확보하기 위하여 1인당 점유면적의 적정한 산정
11.6.3.4.5 소화활동 및 예방대책
- 소방헬기의 활동을 위한 헬리포트의 확보
- 소화설비의 유지관리 및 법적제도 강화
- 소방활동구역의 확보
- 신 방재교육의 보급
- 방화관리시스템의 개선 및 종합방재센터의 설치운영
- 실용화 단계의 화재모델에 의한 방화설계의 구축
11.6.4 Clean Room의 방재대책
11.6.4.1 개요
- 보통 청정실 또는 무진실이라고도 부르며, 공기 중의 불순물을 완전히
제한하는 곳에 적용되는 정밀전자 공업, 의약품 공업, 연구소 등에서
사용하는 설비로 불순물 이외에 온도, 습도, 압력 등도 정밀하게 통제
된다. 반도체 공업에서는 Mask와 Chip의 제조공정이 Clean Room
안에서 이루어진다.
11.6.4.2 Clean Room의 방재특성
- Clean Room은 규모에 비해 사용기자재 및 원료, 제품 등이 고가로 가액 밀도가 높다.
- 연기나 먼지와 같은 사소한 요인에 의해서도 큰 피해를 입을 수 있다.
- 공정 중에 가연성 및 부식성 가스와 액체를 다량 사용한다.
- Clean Room의 천장이나 바닥에 설치된 급배기 덕트는 플라스틱 등
가연성인 경우가 많아 화재 시 연소되면 유독가스를 발생시켜 손실이
커진다.
- 내부의 기류 이동속도가 빠르고 환기율이 높아 감지기나 스프링클러의 동작이 지연될 수 있다.
- 창문이 적고 칸막이로 실내가 구분되어 있어 피난 및 소화활동에 지장이
많다.
- 실내에 전기설비, 가스배관, 화학약품, 기기장치 등이 밀집해 있어 재해 위험이 높다.
11.6.4.3 Clean Room의 주요재해원인
- 취급 부주의
- 장치의 불량
- 수리, 교환 작업 중 실수
11.6.4.4 Clean Room의 방재대책
11.6.4.4.1 화재예방 및 방지대책
- 재해발생 위험의 점화원 제거
- 구획화 및 불연화 등으로 손해의 확대 방지 또는 경감
- 교육 등 관리체제의 확립
- 각종 약품, 용제류 취급 등 파손, 누설, 인화, 정전기발생 방지
- Clean Room 화재특성에 적합한 화재모델에 의한 방화설계 구축
11.6.4.4.2 소화설비
- 가스검출기 설치
반도체 센서, 광이온화법, 원자흡광법, 적외선흡수법
- 화재감지기
열감지기 작동원리상 부적합
연기감지기 작동원리상 문제점 : 빠른 공기흐름으로 연기의 상승 과
감지시간이 지연
공기흡입형 연감지기 :
초미립자 검출기 또는 제논램프를 이용한 고감도연기감지기 사용
- 소화기
분말소화기 잔유물 발생으로 부적합 : 일반사무실 설치
할로겐화합물 소화기 및 이산화탄소소화기 사용
- 스프링클러설비
가연성 액체가 사용되는 부분과 대전력이 사용되는 노(Fumace)등의
기계설비를 제외한 곳에는 스프링클러설비가 가장 효과적이다
가스배기덕트, 환기용 후드 및 은폐된 공간 등에는 반드시 덕트감지용 감지기와 스프링클러설비를 설치해야 한다
- 할론 및 이산화탄소 소화설비
Clean Room내부에는 공간이 구획되지 않고 공기가 아래로 실 전체에 흐르기 때문에 전역방출방식 보다는 국소방출방식이 효과적이며, 가스 의 성질상 할론의 적용이 곤란한 곳에는 CO₂소화설비로 대체한다
- 비상방송설비를 설치하여 비상시 신속 정확하게 정보를 전달해야 한다
11.6.5 아트리움의 방재대책
11.6.5.1 개요
- 근대 대형건축물 : 건물 중앙부 아트리움설치 증가
고층화, 대형화에 따라 태양광선을 건물 중앙에 끌어 들이기 위함과 건물내에서 극적인 공간감의 연출등 을 목적으로 아트리움 채용이 증가
예로서 롯데월드 Theme Park : 300m×150m×40m
종전의 수직 개구부의 폐쇄 개념 탈피
11.6.5.2 아트리움의 방재특성
- 높이 40m인 실의 방화구획 및 천장에 스프링클러설비의 설치는 무의미
- 화재 시 건물 전체에 경보를 동시에 발하는 경우 일시에 아트리움내의 수용인원과 인접거실의 수용인원이 동시에 피난하는데 혼잡성의 문제 가 야기될 수 있다
- 아트리움 상부에는 화재 시 자연배연을 위하여 자동 또는 수동으로 개방 되는 배연구를 두는 것이 보통이다.
그러나 자연배연은 실내외의 온도차가 이루어지는 것이므로 여름철에는 효과적인 배연효과를 기대하기 어려우므로 강제배연이 권장되고 있다
- 아트리움의 제연대책을 수립함에 있어 발화지점이 매우 중요하다
아트리움 내에서 발화하는 경우에는 조기에 발견하여 제연설비가 정상 적으로 동작할 수 있어 발화하는 경우에는 신속히 제연 가능
아트리움에 인접한 거실에서 발화하는 경우에는 연기가 통로 등의
개구부를 통해서 아트리움으로 유입되기 때문에 제연설비가 적시에
작동하지 않아 피난로를 차단할 우려가 있다
- 화재가 아트리움 혹은 인접공간에서 발생한 경우 가장 우려되고 있는 것 은 아트리움을 통한 상층부로의 급속한 전파로 인한 재실자의 피난이다
11.6.5.3 아트리움의 예방 및 피난대책
- 화재 시 제연설비의 신뢰도를 높이기 위해서는 화재감지기에 의해
배연구가 자동적으로 개방되도록 해야 하고, 아트리움 내에서 가연물의 사용을 극히 제한한다.
- 아트리움에는 화재의 전파속도가 큰 재료의 사용을 금지한다.
- 아트리움 내에 있는 사람들은 화재 시 위험에 처하기 전에 안전한 장소 로 대피가 가능한 조치를 해야 할 것 이다.
11.6.5.4 방재상의 문제점
11.6.5.4.1 화재감지통보
- 주간에는 상주인원이 많아 초기발견, 초기소화가 가능하나 야간의 경우는 부정적이다
- 야간의 경우는 자동화재탐지설비에 의존하여야 하는데 천장이 높고, 공간 규모가 크기 때문에 종래의 화재감지기로는 효과를 기대하기 어렵다
- 아트리움 상부의 온도가 높을 경우 연기단층이 발생할 가능성이 높다
11.6.5.4.2 연기전파
- 아트리움 내 또는 인접공간에서 화재가 발생할 경우 아트리움을 통해서 단시간에 다른 영역으로 연기가 퍼져 나갈 수 있다
- 이 때문에 건물내 의 잔류 인원에게 피해를 줄 수 있다
11.6.5.4.3 연소확대
- 현행 건축법상 아트리움 내벽에 대해서는 상층으로의 연소확대 방지에 관계 되는 기준, 지침이 없다
- 아트리움으로의 신선한 공기의 유입에 의해서 분출화염이 지속될 가능성 도 있다
11.6.5.4.4 내부화재의 소화
- 아트리움은 천장이 높기 때문에 스프링클러설비를 천장에 설치해도 자동 소화설비로서의 기능을 다하지 못한다.
일반적으로 스프링클러설비를 바닥으로부터 8m 이상의 천장에 설치하는 경우에는 효과가 없는 것으로 알려져 있다
- 또한 분출한다고 하여도 저부에 도달하기 이전에 물방울이 적게 되거나 증발하여 소화효과가 저하된다
11.6.5.5 최신 방재동향
11.6.5.5.1 화재감지기술
- 광전식 분리형감지기
연기단층(Suratification)을 고려하여 광전식 분리형 감지기를 적절한
위치에 설치
공칭 감시거리 5~100m로 대규모 공간을 감시하는데 적합한 감지기이다
- 불꽃 감지기
화재에 의해서 열기류가 천장까지 상승하여 감지온도가 도달하는데 시간 이 걸리므로 화재로부터 방사되는 적외선을 원격으로 감지하는 적외선 불꽃감지기로 감지한다
햇빛, 조명등에 의해서 비화재보를 방지할 수 있도록 고려해야 한다
- CCTV System
신규 자동화재탐지용 CCTV System을 설치하거나 기존의 방범용 CCTV System 설비에 프로그램 및 보조설비를 추가 설치하여 불꽃의 특성 (삼원색의 구성, 불꽃의 흔들림등)을 분석하여 화재를 감지하는 감지기
11.6.5.5.2 소화기술
- 방수총 장치 System
아트리움 부분에 설치하는 방수총 장치 시스템은 주사식 화재감지기
(Scanning type)와 연동하며, 공기 보조 가압식 노즐을 사용하여 전역 을 방호할 수 있도록 설계된다
유효사거리는 65m, 95m가 있으며 최근에는 230m까지 주사가 가능한 방수층 시스템이 개발되어 보급되고 있다
- 이동식 스프링클러설비
화재 진압의 효율성을 높이기 위하여 스프링클러헤드를 가능한 어느
일정거리까지 화원에 접근시키는 방법
자동화재탐지설비의 감지센서와 연동해서 자동으로 유도하는 방식
종류는 승강형 과 상하좌우이동형 2가지 타입이 있다
- CCTV System
CCTV System은 단순한 감시와 화재감지시스템으로의 화재신호 발송 또는 방수총 장치의 조작신호와 연동하여 방수총이 작동(발화점의 좌표형성)
11.6.5.6 방화대책
미국 BOA-code ( Building Office Conference of America)의 요약
- 아트리움으로 통하는 모든 층에는 자동화재탐지설비와 연동되는 소화
설비를 할 것
- 3층 이상에는 아트리움을 경유하는 피난로를 둘 수 없다
- 전 건물에는 배연설비를 할 것
- 모든 연결된 공간은 아트리움 공간에 삽입할 것
- 6,000,000[
]이상의 아트리움은 아트리움 바닥에서 배연량의 20% 에 해당하는 신선한 공기를 유입시킬 것
- 천장에 연기감지기를 설치할 것
- 아트리움에 연결되는 층에는 경보설비를 할 것
- 배연설비에 지장을 주는 바닥 개구부는 폐쇄할 것
- 아트리움을 향한 개구부는 수막형 스프링클러설비를 설치하고 차연경계 수벽을 설치할 것
- 배연설비는 철저한 시험을 거쳐 설치할 것. 그러나 다음의 경우는 허용
되고 있다
중앙집중방식의 비상조치가 된 A.H.U 설치
아트리움을 향한 개구부는 스프링클러를 설치한 경우 Glass wall로 된 배연경계를 설치할 것
아트리움에 면한 3층 이상 부분을 구획을 하지 않을 수 있다
11.6.5.7 아트리움의 소화설비 대책
- 천장고가 수십[m]에 이르는 아트리움의 화재를 일반적이 열감지기 또는 연기감지기로 감지한다는 것은 매우곤란한 일이다
현재로서 아트리움화재에 효과적인것은 불꽃감지기와 광전식 분리형
연감지기이다
- 현재로서는 워터캐논시스템(Water Cannon System)이 아트리움의소화
설비로는 가장 효과적인 소화시설이다
워터캐논시스템은 불꽃감지기, 방수총 및 컴퓨터로 구성되는 시스템으로
두 개이상의 주사형 불꽃감지기가 방호구역을 상하좌우로 주사 (Scanning)
하고 있다가 불꽃이 감지되면 그 발화지점의 좌표(위치)를 컴퓨터에
송신하고 , 컴퓨터는 자동으로 방수총을 발화지점에 조준하여 물을 발사 하는 장치로서 문자 그대로 물대포이다
- 스프링클러설비를 설치할 경우
스프링클러설비 헤드를 가능한 어느 일정거리까지 화원에 접근할 수
있도록 하거나 헤드를 천장에 고정하지 않고 이동관을 설치하여 이동
하는 이동식 스프링클러설비가 적합하다
아트리움의 바닥 또는 폭이 좁은 경우에는 측벽형 스프링클러 소화설비 를 적용한다
11.7 피난․ 방화법규 요약
11.7.1 방화구획
11.7.1.1 방화구획의 설치대상
- 주요구조부가 내화구조 또는 불연재료로 된 건축물로서 연면적 1,000 [㎡]를 넘는 것은 건설교통부령이 정하는 기준에 따라 내화구조로 된 바닥․ 벽 및 갑종방화문( 자동방화셔터)으로 구성하여야 한다
11.7.1.2 방화구획의 설치기준
층별구분 | 설치기준 |
10층 이하의 층 | - 바닥면적 1,000㎡ 이내마다 구획 - 스프링클러설비 기타 유사한 자동식 소화설비를 설치한 경우에는 바닥면적 3,000㎡ 이내마다 구획 |
3층 이상의 층과 지하층 | - 층마다 구획 |
11층 이상의 층 | - 바닥면적 200㎡ 이내마다 구획 - 스프링클러설비 기타 유사한 자동식 소화설비를 설치한 경우에는 바닥면적 600㎡ 이내마다 구획 |
벽 및 반자의 실내에 접하는 부분의 마감을 불연재료로 한 경우 | - 바닥면적 500㎡ 이내마다 구획 - 스프링클러설비 기타 유사한 자동식 소화설비를 설치한 경우에는 바닥면적 1,500㎡ 이내마다 구획 |
11.7.1.3 방화구획의 완화조건
- 문화 및 집회시설, 의료시설 중 장례식장 또는 운동시설의 용도로 쓰이는 거실로서 시선 및 활동공간의 확보를 위하여 불가피한 부분
- 물품을 제조․ 가공․ 보관 및 운반 등에 필요한 대형기기설비의 설치․ 운영 을 위하여 불가피한 부분
- 계단실부분․ 복도 또는 승강기의 승강로 부분으로서 당해 건축물의 다른 부분과 방화구획으로 구획된 부분
- 건축물의 최상층 또는 피난층으로서 대규모회의장, 강당, 스카이라운지, 로비 등의 용도에 사용하는 부분으로서 당해 용도로의 사용을 위하여 불가피한 부분
- 복층형인 공동주택의 세대안의 층간 바닥부분
- 주요구조부가 내화구조 또는 불연재료로 된 주차장의 부분
- 단독주택
- 동물 및 식물관련시설
- 공공용시설 중 군사시설에 쓰이는 건축물
11.7.1.4 방화구획의 구조
- 방화구획으로 사용하는 갑종방화문은 언제나 닫힌 상태를 유지하거나
화재로 인한 연기의 발생 또는 온도의 상스에 의하여 자동적으로
닫히는 구조로 할것
- 급수관․ 배전관 기타의 관이 방화구획으로 되어 있는 부분을 관통하는
경우에는 그 관과 방화구획과의 틈을 시멘트모르타르 또는 기타 불연
재료로 메울 것
- 환기․ 난방 또는 냉방시설의 풍도가 방화구획을 관통하는 경우에는 그
관통부분 또는 이에 접근한 부분에 다음과 같이 적합한 댐퍼를 설치할 것
철재로서 철판의 두께가 1.5[mm]이상일 것
화재가 발생한 경우에는 연기의 발생 또는 온도의 상승에 의하여 자동적 으로 닫힐 것
닫힌 경우에는 방화에 지장이 있는 틈이 생기지 아니할 것.
산업표준화법에 의한 한국산업규격상의 방화댐퍼의 방연시험방법에 적합 할 것
11.7.2 내화구조
11.7.2.1 정의
- 화재에 견딜 수 있는 성능을 가진 구조로서 건설교통부령이 정하는 기준 에 적합한 구조이다
- 장시간의 화재에도 재료의 형태나 강도 등이 크게 변하지 않고 견디며
- 화재가 진화된 후 간단한 수선으로 재사용이 가능한 구조를 말한다
- 내화성능은 일정시간 동안 강도를 유지할 수 있는 성능을 말하며, 법규상 의 내용은 철근 콘크리트조, 연와조 기타 유사한 구조이다
11.7.2.2 내화구조의 부위
- 벽, 외벽 중 비내력벽, 기둥, 바닥, 보( 지붕틀을 포함한다), 지붕, 주계단
11.7.2.3 내화구조의요구되는 기능
- 차열과 화염의 차단
- 장기 설계하중의 지지
- 충격과 소방 주수에 대한 강도 유지
- 부재 상호 접합부 등의 성능 유지
- 화재 후 건물 재사용 가능
- 불연성 등이 있다
11.7.2.4 내화구조의 성능기준
11.7.2.4.1 주거시설 : 공동주택, 다가구주택, 숙박시걸, 의료시설
구분 |
|
|
| 4층 (20m)이하 | 12층 (50m)이하 | 12층 (50m)초과 |
벽 | 외벽 | 내력벽 |
| 1 | 2 | 2 |
|
| 비내력벽 | 연소 우려가 있는 부분 | 1 | 1 | 1 |
|
|
| 연소 우려가 없는 부분 | 1/2 | 1/2 | 1/2 |
| 내벽 | 내력벽 |
| 1 | 2 | 2 |
|
| 비내력벽 | 간막이벽 | 1 | 1 | 2 |
|
|
| 샤프트실 구획 벽 | 1 | 1 | 2 |
보, 기둥 |
|
|
| 1 | 2 | 3 |
바닥 |
|
|
| 1 | 2 | 2 |
지붕 |
|
|
| 1/2 | 1/2 | 1 |
11.7.2.4.2 일반시설
구분 |
|
|
| 4층 (20m)이하 | 12층 (50m)이하 | 12층 (50m)초과 |
벽 | 외벽 | 내력벽 |
| 1 | 2 | 3 |
|
| 비내력벽 | 연소 우려가 있는 부분 | 1 | 1 | 1 |
|
|
| 연소 우려가 없는 부분 | 1/2 | 1/2 | 1/2 |
| 내벽 | 내력벽 |
| 1 | 2 | 3 |
|
| 비내력벽 | 간막이벽 | 1 | 2 | |
|
|
| 샤프트실 구획 벽 | 1 | 2 | |
보, 기둥 |
|
|
| 1 | 2 | 3 |
바닥 |
|
|
| 1 | 2 | 2 |
지붕 |
|
|
| 1/2 | 1/2 | 1 |
11.7.2.4.3 산업시설
구분 |
|
|
| 4층 (20m)이하 | 12층 (50m)이하 | 12층 (50m)초과 |
벽 | 외벽 | 내력벽 |
| 1 | 2 | 2 |
|
| 비내력벽 | 연소 우려가 있는 부분 | 1 | 1 | 1 |
|
|
| 연소 우려가 없는 부분 | 1/2 | 1/2 | 1/2 |
| 내벽 | 내력벽 |
| 1 | 2 | 2 |
|
| 비내력벽 | 간막이벽 | 1 | 1 | 2 |
|
|
| 샤프트실 구획 벽 | 1 | 1 | 2 |
보, 기둥 |
|
|
| 1 | 2 | 3 |
바닥 |
|
|
| 1 | 2 | 2 |
지붕 |
|
|
| 1/2 | 1/2 | 1 |
11.7.3 방화구조
11.7.3.1 개요
- 화염의 확산을 막을 수 있는 성능을 가진 구조로서 건설교통부령이
정하는 기준에 적합한 구조이다
- 화재 시 불에 견디는 내화성능은 없더라도 초기의 발화에서 건축물에
대한 인접부분으로의 연소를 차단할 수 있는 정도의 구조로서 내화
구조보다는 방화성능이 작다
- 방화구조는 화염의 확산을 막을 수 있는 성능을 갖는 구조이므로 내화
구조와는 달리 화재 후 재사용까지는 고려치 않고 있다
11.7.3.2 방화구조의 기준
- 철망모르타르로서 그 바름 두께가 2㎝ 이상인 것
- 석면시멘트판 또는 석고판 위에 시멘트모르타르 또는 회반죽을 바른
것으로서 그 두께의 합계가 2.5㎝이상인 것
- 시멘트모르타르 위에 타일을 붙인 것으로서 그 두께의 합계가 2.5㎝이상 인 것
- 두께 1.2㎝ 이상의 석고판위에 석면시멘트판을 붙인 것
- 두께 2.5㎝ 이상의 암면보온판위에 석면시멘트판을 붙인 것
- 심벽에 흙으로 맞벽치기한 것
- 산업표준화법에의한 한국산업규격이 정하는 바에 의하여 시험한 결과
방화 2급이상에 해당하는 것
11.7.3.3 방화구조 대상 건축물
- 연면적 1,000㎡ 이상인 목조의 건축물은 그 외벽 및 처마 밑의 연소할 우려가 있는 부분을 방화구조로 하되, 그 지붕은 불연재료오 하여야 한다
- 연소할 우려가 있는 부분
인접대지경계선․ 도로중심선 또는 동일한 대지 안에 있는 2동 이상의
건축물 상호의 외벽간의 중심선으로부터 1층에 있어서는 3m 이내, 2층 에 있어서는 5m 이내의 거리에 있는 건축물의 각 부분을 말한다
다만, 공원․ 광장․ 하천의 공지나 수면 또는 내화구조의 벽 기타 이와
유사한 것에 접하는 부분을 제외한다.
11.7.3.4 방화성능 시험방법
- 방화구조는 화염의 확산을 막을 수 있는 성능을 갖는 구조이므로 내화
구조와는 달리 화재 후 재사용까지는 고려치 않고 있다
- 시험방법
건축물 불연구조부분(KSF 2256) 및 목조부분(KSF 2258)의 방화시험방법
- 시험항목 : 가열시험, 충격시험, 주수시험, 재하가열시험
1)건축물 불연구조부분의 방화시험방법 (KSF 2256)
가열시험, 충격시험, 주수시험, 재하 가열시험
2)건축물 목조부분의 방화시험방법 (KSF 2258)
가열시험, 충격시험, 주수시험
11.7.4 방화재료의 성능기준 및 시험방법
11.7.4.1 방화재료 설치 대상 건축물
건축물의 용도 | 당해용도의 거실 바닥면적(자동식 소화설비를 설치한 부분의 바닥면적을 뺀 면적) | 마감재료 |
|
|
| 거실부분의 벽 및 반자 | 복도․ 계단․ 통로의 벽 및 반자 |
문화 및 집회시설 종교시설 판매시설 운수 또는 위락시설 | 200㎡이상 (내화구조 또는 불연재료 : 400㎡) | 불연재료 준불연재료 난연재료 | 불연재료 준불연재료 |
단독주택 중 다가구주택 공동주택 숙박시설, 의료시설 교육연구 및 복지시설 업무시설 중 오피스텔 | 3층 이상의 층 : 200㎡이상 (내화구조 또는 불연재료 : 400㎡) |
|
|
위험물 저장 및 처리시설 공장 자동차 관련시설 공공용시설 중 발전소 방송국 및 촬영소 | 바닥면적과 무관 |
|
|
5층이상 건축물 | 500㎡ 이상 |
|
|
지하층 또는 지하공작물 | 바닥면적과 무관 | 불연재료 준불연재료 |
|
다중이용업 학교, 여관․ 여인숙 |
|
|
|
11.7.4.2 방화재료별 시험항목
재료구분 | 시험방법 |
불연재료 | 불연성 시험, 연소가스 유해성 시험 |
준불연재료 | 열방출률시험, 연소가스 유해성 시험 |
난연재료 | 열방출률시험, 연소가스 유해성 시험, 가열시험 |
11.7.4.2.1 용어정의
11.7.4.2.1.1 불연재료
- 통상의 화재 시 가열에 의해 적열과 약간의 변형은 있어도 연소현상을 일으키지 않으며, 연기가 발생하지 않는 재료
11.7.4.2.1.2 준불연재료
- 통상의 화재 시 화염에 대하여 연소현상을 일으키지 않으며, 발연량도
극히 적은 재료
11.7.4.2.1.3 난연재료
- 초기화재 시 현저한 연소현상을 일으키지 않으며, 피난상 지장이 있는
다량의 연기가 발생하지 않는 재료
11.7.4.2.2 시험방법
11.7.4.2.2.1 불연성시험(KSF 1182)
- 불연성 재료에 실시하는 방법으로 대상 시험체를 일정한 가열온도
(750℃)에서 어느 정도 발열하는가를 온도로 측정하는 시험
- 가열시험 개시 후 20분간 가열로내의 최고온도가 최종평균온도를 20K 초과 상승하지 않아야 하며, 가열종료 후 시험체의 질량감소율이 30% 이어야 한다
11.7.4.2.2.2 열방출률시험(KSF5560-1)
- KSF5560-1(콘칼로리미터법)에 따른 가열시험으로 준불연재와 난연재료 의 열방출률을 제한하기 위한 시험이다
- 준불연재료의 경우
가열시험 개시 후 10분간 총 방출열량이 8MJ/㎡ 이하이며, 10분간
최대 열방출률이 10초 이상 연속으로 200KW/㎡를 초과하지 않으며, 10분간 가열 후 시험체를 관통하는 방화상 유해한 균열, 구멍 및 용융 (복합재의 경우 심재가 전부 용융, 소멸되는 것을 포함한다) 등이
없어야 한다.
- 난연재료의 경우
가열시험 개시 후 5분간 총 방출열량이 8MJ/㎡ 이하이며, 5분간 최대
열방출률이 10초 이상 연속으로 200KW/㎡를 초과하지 않으며, 5분간
가열 후 시험체를 관통하는 방화상 유해한 균열, 구멍 및 용융(복합재의 경우 심재가 전부 용융, 소멸되는 것을 포함한다) 등이 없어야 한다.
11.7.4.2.2.3 연소가스 유해성시험(KSF 2271)
- KSF 2271(건축물의 내장재료 및 구조의 난연성 시험방법) 중 가스
유해성 시험으로 방화재료(불연, 준불연, 난연)는 시험용 쥐의 평균행동
정지시간이 9분 이상의 성능을 만족해야 한다
11.7.4.2.2.4 가열시험 (KSF 2257-1)
- 난연재료에만 실시하는 시험으로 KSF 2257-1(건축부재의 내화시험)에 의한 시험결과 15분의 차염성 및 이면온도가 120K 이상 상승하지
않아야 한다
11.7.4.2.3 방화재료 시험방법
적용시험방법 | 시험기준 | 평가방법 |
불연성시험 (불연재료) | -일정한 가열온도(750 ±5℃)에서 20분 가열 - 3회 실시 | - 온도상승 : 가열로내의 최고온도가 최종평균 온도를 20K 이하 상승 - 질량감소율 : 30% 이하 |
열방출률시험 (준불연, 난연) | - 가열강도 50KW/㎡ 에서 10분 가열 (난연내료 : 5분 가열) - 3회 실시 | - 총 방출열량 : 8 MJ/㎡ 이하 - 최대열방출률 : 10초 이상 연속으로 200KW/㎡ 이하 - 방화상 유해한 균열, 구멍 및 용융(복합재의 경우 심재가 전부 용융, 소멸되는 것을 포함)등이 없을 것 |
가스유해성시험 (불연, 준불연, 난연) | - 가열시간 : 6분 | -쥐의 행동정지시간이 9분 이상 경우 합격(기본횟수 2회) |
가열시험 (난연) | - 가열시간 : 15분 | - 차염성 - 차열성 : 이면온도가 120K 이상 상승하지 않는 재료 |
11.7.5 방화벽과 간막이벽, 경계벽
11.7.5.1 개요
- 방화벽과 경계벽, 간막이벽은 방화상 유효한 구획으로써 화재시 일정범위 이외로의 연소를 방지하여 피해를 국부적으로 한정시키기 위한 것이다
11.7.5.2 방화벽
11.7.5.2.1 설치대상 : 연면적이 1,000㎡이상인 건축물은 방화벽으로 구획
하되, 각 구획의 바닥면적 합계는 1,000㎡ 미만이어야 한다
11.7.5.2.2 방화벽의 구조
11.7.5.2.2.1 건축법
- 내화구조로서 홀로 설 수 있는 구조일 것
- 방화벽의 양쪽 끝과 위쪽 끝을 건축물의외벽면 및 지붕면으로부터 0.5m 이상 튀어 나오게 할 것
- 방화벽에 설치하는 출입문의 너비 및 높이는 각각 2.5m 이하로 하고,
당해 출입문은 갑종방화문을 설치할 것.
11.7.5.2.2.2 소방법
- 내화구조로서 홀로 설 수 있는 구조일 것
- 방화벽에 출입문을 설치하는 경우 방화문을 설치할 것.
- 방화벽을 관통하는 케이블․ 전선 등에는 내화성이 있는 화재차단재로
마감 할 것
- 방화벽의 위치는 분기구 및 환기구 등의 구조를 고려하여 설치할 것
11.7.5.3 경계벽과 간막이벽
11.7.5.3.1 개요
- 건축물에 설치하는 경계벽 및 간막이벽은 내화구조로 하고 지붕 밑 또는
바로 위층의 바닥판까지 닿게 하여야 한다.
11.7.5.3.2 설치대상
- 경계벽 : 구획단위 : 각 세대간
공동주택(기숙사를 제외)의 각 세대간 경계벽(발코니부분을 제외)
- 간막이벽 : 구획단위 : 각 실간
기숙사의 침실, 의료시설의 병실, 학교의 교실, 숙박시설의 객실
11.7.6 방화문의 종류 및 성능기준, 설치장소, 성능시험
11.7.6.1 방화문의 종류
- 국내 건축법규에서는 방화문을 갑종 방화문과 을종 방화문으로 구분하고
있으며 성능 기준은 아래와 같다.
11.7.6.1.1 갑종방화문
- 산업표준화법에 의한 한국산업규격이 정하는 바에 따라 시험한 결과
비차열 1시간 이상의 성능을 확보한 것
11.7.6.1.2 을종방화문
- 산업표준화법에 의한 한국산업규격이 정하는 바에 따라 시험한 결과
비차열 30분 이상의 성능을 확보한 것
11.7.6.2 방화문의 설치장소
11.7.6.2.1 갑종방화문
- 피난계단의 계단실 출입구
- 특별피난계단의 계단실 출입구
- 연소우려가 있는 외벽 개구부 등
- 특별피난계단의 부속실 출입구 등
- 비상용승강기 승가장 출입구
- 방화구획용 벽체 등
11.7.6.2.2 을종방화문
- 피난계단의 계단실 출입구
- 특별피난계단의 계단실 출입구
- 연소우려가 있는 외벽 개구부 등
11.7.6.3 방화문의 성능시험
11.7.6.3.1 시험항목
- 차연시험 : 방화문의 기밀성을 측정하기 위한 시험
- 가열시험 : 방화문이 화재에 노출되었을 때 차염성능을 측정하기 위한 시험
- 충격시험 : 화재 시 방화문의 내충격성을 측정하기 위한 시험
- 복사열 측정시험 : 화재 시 방화문 뒷면에서 발생하는 복사열을 측정하기
위한 시험
11.7.6.3.2 시험기준
- 건축물 방화문의 방화시험방법(KS F 2268) : 차연시험, 가열시험, 충격 시험
- 방화문의 내화시험방법(KS F 2268-1) : 차연시험, 가열시험, 충격시험,
복사열측정시험
11.7.6.3.3 방화문의 성능
_ KS F 3109(문세트)에 따른 비틀림강도, 연직하중강도, 개폐력, 개폐
반복성 및 내충격성 외에 다음의 성능을 추가로 확보하여야 한다.
- 내화시험
KS F 2268-1(방화문의 내화 시험방법)에 따른 내화시험 결과 건축물의
피난 ․ 방화구조 등의 기준에 관한 규칙의 규정에 의한 비차열성능
- 차연성시험
KS F 2846(방화문의 차연성 시험방법)에 따른 차연성시험 결과 KS F
3109(문세트)에서 규정한 차연성능
- 유리구획부분의 내화시험
방화문의 상부 또는 측면으로부터 50㎝ 이내에 설치되는 방화문 인접
창은 KS F 2845(유리 구회부분의 내화시험 방법)에 따라 시험한 결과
비차열은 1시간 성능
11.7.7 자동방화셔터 및 방화문의 기준
11.7.7.1 용어정의
11.7.7.1.1 방화문
- 건축물의 피난 ․ 방화구조 등의 기준에 관한 규칙의 규정 및 이 기준에서
정하는 성능을 확보한 문을 말한다.
11.7.7.1.2 셔터
- 방화구획의 용도로 화재 시 연기 및 열을 감지하여 자동 폐쇄되는
것으로서 공항, 체육관 등 넓은 공간에 부득이하게 내화구조로 된 벽을 설치하지 못하는 경우에 사용하는 방화셔터를 말한다.
11.7.7.1.3 일체형 자동방화셔터
- 방화셔터의 일부에 피난을 위한 출입구가 설치된 셔터를 말한다.
11.7.7.2 설치위치
11.7.7.2.1 셔터
- 건축법에 규정하는 피난상 유효한 갑종방화문으로부터 3m 이내에 별도
로 설치 되어야 한다.
- 다만, 일체형 셔터의 경우에는 갑종방화문을 설치하지 아니할 수 있다.
11.7.7.2.2 일체형 자동방화셔터
기준에 따라 별도의 방화문을 설치할 수 없는 부득이한 경우에 한하여
설치할 수 있으며, 일체형 셔터의 출입구는 다음의 기준에 따라야 한다.
- 행정자치부장관이 정하는 기준에 적합한 비상구유도등 또는 비상구유도 표지를 하여야한다.
- 출입구 부분은 셔터의 다른 부분과 색상을 달리하여 쉽게 구분되도록
하여야 한다.
- 출입구의 유효너비는 0.9m 이상, 유효높이는 2m 이상이어야 한다.
11.7.7.3 셔터의 구성
- 셔터는 전동 또는 수동에 의해서 개폐할 수 있는 장치와 연기감지기 ․ 열 감지기 등을 잦추고, 화재발생 시 연기 및 열에 의하여 자동폐쇄되는
장치 일체로서 주요구성부재 ․ 장치 ․ 규모 등은 KS F 4510(중량서터) 에 적합하여야 한다.
다만, 강재셔터가 아닌 경우에는 KSF 4510(중량셔터)에 준하는 구성
조건이어야 한다.
- 셔터는 화재발생 시 연기감지기에 의한 일부 폐쇄와 열감지기에 의한
완전 폐쇄가 이루어질 수 있는 구조를 가진 것이어야 한다.
- 셔터의 하부는 상층 바닥에 직접 닿도록 하여야 하며, 부득이하게 발생한
바닥과의 틈새는 화재 시 연기와 열의 이동 통로가 되지 않도록 방화
구획에 준하는 처리를 하여야 한다.
11.7.7.4 성능기준
11.7.7.4.1 셔터 일체형 셔터
- 내화시험
KSF 2268-1 (방화분의 내화시험방법)에 따른 내화시험 결과 비차열
1시간 성능
- 차연성시험
KSF 2846(방화문의 차연성시험방법)에 따른 차연성시험 결과 KSF 3109(문세트)에서 규정한 차연성능
11.7.7.4.2 방화문
KSF 3109(문세트)에 따른 비틀림 강도, 연직하중강도, 개폐력 ․ 개폐
반복성 및 내충격성 외에 다음의 성능을 추가로 확보하여야 한다.
- 내화시험 : KSF 2268-1(방화문의 내화시험방법)에 따른 내화시험 결과
건축물의 피난 ․ 방화구조등의 기준에 관한규칙에 의한 비차열 성능
- 차연성시험 : KS F 2846(방화문의 내화시험방법)에 따른 내화시험 결과
KSF 3109(문세트)에서 규정한 차연성능
- 유리구획부분의 내화시험 : 방화문의 상부 또는 측면으로부터 50㎝ 이내
에 설치되는 창은 KS F 2845(유리 구획부분의 내화시험 방법)에 따른 시험한 결과 비차열 1시간 성능
11.7.7.4.3 승강기문
- 승강기문을 방화문으로 사용하는 경우에는 KSF 2268-1(방화문의 내화
시험 방법)에 따라 시험한 결과 비차열 1시간 이상의 성능이 확보
되어야 한다.
11.7.7.5 시험방법 및 시험성적서등
- 시험체 : 가이드레일, 케이스, 각종 부속품 등을 포함하여 실제의 것과
동일한 구성, 재료 및 크기의 것으로 하되 실제의 크기가 3m×3m의
가열로 크기보다 큰 경우에는 시험체 크기를 가열로에 설치할 수 있는
최대 크기로 한다.
- 내화시험 및 차연성시험은 시험체 양면에 대하여 각 1회씩 실시한다.
- 차연성능 시험체와 내화성능 시험체는 동일한 구성 ․ 재료 및 크기로
제작 되어야 한다.
- 시험기관은 의뢰인이 제시한 시험시료의 치수, 재질, 주요부품 및 구성
도면 등에 대해 확인하여 시험성적에 명기하여야 하며, 시험의뢰인은 필요한 자료를 제공하여야 한다.
- 시험성적서는 1년간 유효하며, 시험성정서와 동일한 구성 및 재질이지만
크기가 작은 것일 경우에는 이미 발급된 성적서로 그 성능을 갈음 할 수 있다.
11.7.8 방염처리대상 건축물 및 방염성능 기준
11.7.8.1 개요
- 화재빈도가 높고 화재 시 인적 ․ 물적 피해가 클 것으로 예상되는 소방
대상물에 사용하는 커튼, 실내장식물 등의 물품은 방염성능이 있어야
한다.
방염이란 가연성 물품을 화학적인 처리를 하여 잘 타지 않게 하는 것을 말한다.
11.7.8.2 방염처리 특정 소방대상물
- 근린생활시설 중 안마시술소 및 헬스클럽장
- 건축물의 옥내에 있는 문화집회 및 운동시설로서 수영장을 제회한 것
- 숙박시설
- 종합병원
- 통신촬영시설 중 방송국 및 촬영소
- 노유자시설
- 의료시설 중 정신보건시설 및 숙박시설이 있는 청소년시설
- 다중이용업의 영업장
- 1)~8)에 해당되지 않는 것으로 층수가 11층 이상인 것(아파트는 제외
한다)
11.7.8.3 방염성능기준
- 잔염시간 : 버너의 불꽃을 제거한 때부터 불꽃을 올리며 연소하는 상태 가 그칠 때까지 시간은 20초 이내
- 잔진시간 : 버너의 불꽃을 제거한 때부터 불꽃을 올리지 아니하고 연소 하는 상태가 그칠 때까지 시간은 30초 이내
- 탄화면적은 50㎠ 이내, 탄화한 길이는 20㎝ 이내
- 접촉횟수 : 불꽃이 완전히 녹을 때까지 불꽃의 접속횟수는 3회 이상
- 최대연기밀도 : 행정자치부장관이 정하여 고시한 방법으로 발연량을
측정하는 경우 최대연기 밀도는 400 이하
11.7.9 피난계단의 구조
11.7.9.1 옥내 피난계단의 구조
구 분 | 구 조 |
벽 | - 계단실은 창문 ․ 출입구 기타 개구부를 제외한 당해 건축물의 다른 부분과 내화구조의 벽으로 구획할 것 |
불연재료 | - 계단실의 실내에 접하는 부분의 마감은 불연재료로 할 것 |
조명설비 | - 계단실에는 예비전원에 의한 조명설비를 할 것 |
창문 이격거리 | - 계단실의 바깥쪽과 접하는 창문등(망이 들어 있는 유리의 붙박이창으로서 그 면적이 각각 1㎡ 이하인 것을 제외 한다)은 당해건축물의 다른 부분에 설치하는 창문 등으로 부터 2m 이상의 거리를 두고 설치할 것 |
망입유리 | - 건축물의 내부와 접하는 계단실의 창문 등은 망이 들어 있는 유리의 붙박이 창으로서 그 면적을 각각 1㎡ 이하로 할 것 |
출입문 | - 건축물의 내부에서 계단실로 통하는 출입구는 언제나 닫힌 상태를 유지하거나 화재 시 연기의 발생 또는 온도의 상승에 의하여 자동적으로 닫히는 구조로 된 갑종방화문 또는 을종방화문을 설치할 것 |
내화구조 | - 계단은 내화구조로 하고 피난층 또는 지상까지 직접 연결 되도로 할 것 |
출입구 | - 건축물의 내부에서 계단실로 통하는 출입구의 유효너비는 0.9m 이상으로 하고, 그 출입구에는 피난의 방향으로 열 수 있는 것으로 설치할 것 |
11.7.9.2 옥외 피난계단의 구조
구 분 | 구 조 |
창문 이격거리 | - 계단은 그 계단으로 통하는 출입구외의 창문등(망이 들어 있는 유리의 붙박이창으로서 그 면적이 각각 1㎡이하인 것을 제외한다)으로부터 2m 이상의 거리를 두고 설치할 것 |
출입문 | - 건축물의 내부에서 계단으로 통하는 출입구에는 갑종방화문 또는 을종방화문을 설치할 것 |
내화구조 | - 계단은 내화구조로 하고 지상까지 직접 연결되도록 할 것 |
계 단 | - 계단의 유효너비는 0.9m 이상으로 할 것 |
11.7.10 특별피난계단의 구조
구 분 | 구 조 |
건축물 | - 건축물의 내부와 계단실은 (1) 노대를 통하여 연결하거나 (2) 외부를 향하여 열수 있는 면적 1㎡ 이상인 창문이 있는 부속실을 통하여 연결할 것 (3) 또는 건축물의 설비기준 등에 관한규칙에 적합한 구조의 배연설비가 있는 부속실을 통하여 연결할 것 |
벽 | - 계단실 ․ 노대 및 부속실은 창문 등을 제외하고는 내화구조 의 벽으로 각각 구획할 것 |
불연재료 | - 계단실 및 부속실의 실내에 접하는 부분의 마감은 불연 재료로 할 것 |
조명설비 | - 계단실에는 예비전원에 의한 조명설비를 할 것 |
창문 이격거리 | - 계단실 ․ 노대 또는 부속실에 설치하는 건축물의 바깥쪽에 접하는 창문 등은 계단실 ․ 노대 또는 부속실외의 당해 건축물의 다른 부분에 설치하는 창문등으부터 2m 이상의 거리를 두고 설치할 것 |
창 문 | - 계단실에는 노대 또는 부속실에 접하는 부분 외에는 건축물 의 내부와 접하는 창문 등을 설치하지 아니할 것 - 노대 및 부속실에는 계단실외의 건축물의 내부와 접하는 창문 등(출입구를 제외한다)을 설치하지 아니할 것 |
망입유리 | - 계단실의 노대 또는 부속실에 접하는 창문 등(출입구를 제외 한다)은 망이 들어 있는 유리의 붙박이창으로서 그 면적 은 각각 1㎡ 이하로 할 것 |
출입문 | - 건축물의 내부에서 노대 또는 부속실로 통하는 출입구에는 갑종방화문을 설치 하고, 노대 또는 부속실로부터 계단실로 통하는 출입구에는 갑종방화문 또는 을종방화문을 설치할 것 |
내화구조 | - 계단을 내화구조로 하되, 피난층 또는 지상까지 직접 연결 하도록 할 것 |
출입구 | - 출입구의 유효너비는 0.9m 이상으로 하고 피난의 방향으로 열 수 있을 것 |
11.7.11 옥상광장의 구조
11.7.11.1 난간설치
- 옥상광장 또는 2층 이상인 층에 있는 노대 등에는 높이 1.1m 이상의
난간을 설치해야 한다. 단, 노대 등에 출입할 수 없는 구조는 제외
11.7.11.2 옥상광장 설치
설치대상 | 옥상광장의 용도 |
- 5층 이상의 층이 1) 문화 및 집회시설 (전시장, 동․식물원 제외) 2) 판매 및 영업시설 중 ◦ 도매시장 ◦ 소매시장 ◦ 상점 3) 의료시설 중 장례식장 4) 위락시설 중 주점영업의 용도 | - 피난의 용도에 쓸 수 있는 광장을 옥상에 설치 |
11.7.11.3 헬리포터 설치
11.7.11.3.1 설치대상 건축물
- 층수가 11층 이상인 건축물로서 11층 이상의 층의 바닥면적 합계가 10,000㎡ 이상인 건축물의 옥상(단, 공동주택에 있어서는 지붕을
평지붕으로 하는 경우에 한한다.)
11.7.11..3.2 설치기준
- 헬리포트의 길이와 너비는 각각 22m 이상으로 할 것. 단, 건축물 옥상
바닥의 걸이와 너비가 각각 22m 이하인 경우에는 헬리포트의 길이와 너비를 각각 10m까지 감축할 수 있다.
- 헬리포트의 중심으로부터 반경 12m 이내에는 헬리콥터의 이착륙에 장애 가 되는 건축물 ․ 공작물 또는 난간 등을 설치하지 아니 할 것.
- 헬리포트의 주위 한계선은 백색으로 하되 그 선의 너비는 38㎝로 할 것.
- 헬리포트의 중앙부분에는 지름 8m의 ⓗ표지를 백색으로 하되 H 표시
의 선의 너비는 38㎝로 ○ 표지의 선의 너비는 60㎝로 할 것.
11.7.12 비상용승강기의 설치기준
11.7.12.1 개요
- 높이 31m 를 초과하는 건축물에는 대통령령이 정하는 바에 의하여
승강기외의 비상용 승강기를 추가로 설치하여야 한다.
11.7.12.2 비상용승강기의 설치대수
- 높이 31m를 넘는 각 층의 바닥면적 중 최대 바닥면적이 1,500㎡ 이하인 건축물에는 1대 이상
- 높이 31m를 넘는 각 층의 바닥면적 중 최대 바닥면적이 1,500㎡를 넘는
건축물에는 1대에 1,500㎡를 넘는 매 3,000㎡ 이내마다 1대씩 가산한 대수 이상
11.7.12.3비상용승강기를 설치하지 아니할 수 있는 건축물
- 높이 31m를 넘는 각 층을 거실 외의 용도로 쓰는 건축물
- 높이 31m를 넘는 각 층의 바닥면적의 합계가 500㎡ 이하인 건축물
- 높이 31m를 넘는 층수가 4개 층 이하로서 당해 각 층의 바닥면적의
합계 200㎡(벽 및 반자가 실내에 접하는 부분의 마감을 불연재료로
한 경우에는 500㎡) 이내마다 방화구획으로 구획한 건축물
11.7.12.4 비상용승강기의 승강장 구조
구 분 | 구 조 |
구 획 | - 승강장의 창문․출입구 기타 개구부를 제외한 부분은 당해 건축물의 다른 부분과 내화구조의 바닥 및 벽으로 구획할 것 |
출입문 | - 승강장은 각 층의 내부와 연결될 수 있도록 하되, 그 출입구 (승강로의 출입 구를 제외한다)에는 갑종방화문을 설치할 것. 다만, 피난층에는 갑종방화문을 설치하지 아니할 수 있다. |
배연설비 | - 노대 또는 외부를 향하여 열 수 있는 창문이나 건축물설비 기준 등에 관한 규칙의 규정에 의한 배연설비를 설치할 것 |
불연재료 | - 벽 및 반자가 실내에 접하는 부분의 마감재료는 불연재료로 할 것 |
조명설비 | -채광이 되는 창문이 있거나 예비전원에 의한 조명설비를 할 것 |
바닥면적 | - 승강장의 바닥면적은 비상용승강기 1대에 대하여 6㎡ 이상 으로 할 것 |
보행거리 | - 피난층이 있는 승강장의 출입구(승강장이 없는 경우에는 승강로의 출입구)로부터 도로 또는 공지에 이르는 거리가 30m 이하일 것 |
표 지 | - 승강장의 출입구 부근의 잘 보이는 곳에 당해 승강기가 비상용승강기임을 알 수 있는 표지를 할 것 |
11.7.12.5 비상용승강기의 승강장 구조
구 분 | 구 조 |
구 획 | - 승강로는 당해 건축물의 다른 부분과 내화구조로 구획할 것 |
단일구조 | -각 층으로부터 피난층까지 이르는 승강로를 단일구조로 연결 하여 설치할 것 |
11.7.13 관람석의 출구 설치기준
11.7.13.1 관람석 등으로부터의 출구
- 문화 및 집회시설( 전시장 및 동․ 식물원 제외), 의료시설 중 장례식장, 위락시설의 용도에 쓰이는 건축물의 관람석 또는 집회실로부터 출구로 쓰이는 문은 안여닫이로 하여서는 안 된다
11.7.13.2 공연장의 관람석 출구
- 공연장의 개별관람석( 바닥면적 300㎡ 이상인 것)의 출구는 다음에 의할 것
구분 | 설치기준 |
관람석별로 | - 2개소 이상 설치 |
각 출구의 유효폭 | - 1.5m 이상 |
개별관람석 출구의 유효폭의 합계 | - 개별관람석의 바닥면적 100㎡마다 0.6m 비율로 산정한 너비 이상 |
11.7.13.3 관람석 주위의 복도시설
구분 | 개별관람석의 바닥면적 | 복도의 위치 |
개별관람석 | 300㎡ 이상 | 양쪽 및 뒤쪽 |
2개소 이상 연속관람석 | 500㎡ 미만 | 앞쪽 및 뒤쪽 |
11.7.14 옥외로의 출구 설치기준
11.7.14.1 설치대상
다음의 건축물은 건축물로부터 건축물 바깥쪽으로 나가는 출구를 설치
하여야 한다
- 문화 및 집회시설(전시장 및 동․ 식물원을 제외)
- 판매 및 영업시설 중 도매시장, 소매시장 및 상점
- 의료시설 중 장례식장
- 업무시설 중 국가 또는 지방자치단체의 청사
- 위락시설
- 연면적이 5,000㎡ 이상인 창고시설
- 교육연구 및 복지시설 중 학교
- 승강기를 설치하여야 하는 건축물
11.7.14.2 피난층에서의 옥외 출구까지의 보행거리
구분 | 보행거리 | 보행거리의 완화 |
계단에서 옥외 출구까지 | 30m 이하 | 주요구조부가 내화구조 또는 불연재료로 건축물 높이 50m이하 |
거실의 각 부분에서 옥외로의 출구까지 | 60m 이하 | 위 값의 2배 |
11.7.14.3 옥외로의 출구
- 옥외로의 출구의 문 및 출구는 다음에 정하는 바에 의하여 설치하여야 한다
구분 | 설치기준 |
-문화 및 집회시설(전시장 및 동․ 식물원을 제외), 장례식장, 위락 시설 용도에 쓰이는 건축물의 옥외로의 출구의 문 | - 안여닫이로 해서는 안 된다 |
- 관람석의 바닥면적 합계가 300㎡ 이상인 집회장 또는 공연장 | - 옥외로의 주된 출구외에 보조출구 또는 비상구를 2개소 이상 설치 |
- 판매 및 영업시설 중 도매 시장, 소매시장 및 상점의 피난층에 설치하는 옥외로의 출구의 유효너비의 합계 | -당해 용도로 쓰이는 바닥면적이 최대 인 층에 있어서의 바닥면적 100㎡ 마다 0.6m이상의 비율로 산정한 너비 이상 |
11.7.15 지하층의 구조 및 설비
11.7.15.1 지하층의 구조 및 설비
구분 | 대상규모 | 구조기준 |
비상탈출구 환기통 | - 바닥면적 50㎡ 이상인 층 | - 직통계단이외 피난층 또는 지상 으로 통하는 비상탈출구 및 환기통 설치 (단, 직통계단 2개소 이상 설치 시 제외) |
피난계단 특별피난계단 | - 바닥면적 1,000㎡ 이상인 층 | - 방화구획으로 구획되는 각 부분 마다 1개소 이상 피난층 또는 지상으로 통하는 피난계단 또는 특별피난계단 설치 |
구분 | 대상규모 | 구조기준 |
환기설비 | - 거실의 바닥면적 1,000㎡ 이상인 층 | - 환기설비 설치 |
급수전 | - 바닥면적 300㎡ 이상인 층 | - 식수공급을 위한 급수전 1개소 이상 설치 |
11.7.15.2 지하층으로 직통계단 2개소이상 설치대상
구분 | 대상용도 |
- 그 층 거실바닥 면적합계가 50 ㎡이상인 층 | - 제2종 근린생활시설 중 공연장, 단란주점, 당구장, 노래연습장 - 문화 및 집회시설 중 예식장, 공연장 - 교육연구 및 복지시설 중 생활권수련시설, 자연권 수련시설 - 숙박시설 중 여관, 여인숙 - 위락시설 중 단란주점, 주점영업 - 다중이용업의 용도 |
11.7.15.3 지하층의 구조 및 설비
구분 | 구조기준 |
크기 | - 너비 0.75m 이상, 높이 1.5m 이상 |
문 | - 피난방향으로 열리도록 하고, 실내에서 항상 열수 있는 구조로 하며, 내부 및 외부에는 비상탈출구의 표지 설치 |
위치 | - 출입구로부터 3m 이상 떨어진 곳 ( 소방법에서는 주출입구의 반대방향, 불가피한 경우 영업장 장변길이의 1/2이상 떨어진 위치) |
사다리 | - 바닥으로부터 비상탈출구의 아랫부분까지의 높이가 1.2m 이상인 경우 발판의 너비가 20㎝ 이상의 사다리 설치 |
피난통로 | - 유효너비 0.75m 이상으로 하고, 내장재는 불연재료로 설치 |
장애물 | - 비상탈출구의 진입부분 및 피난통로에는 통행에 지장이 있는 물건을 방치하거나 시설물을 설치하지 말 것 |
유도등 | - 비상탈출구의 유도등 과 피난통로의 비상조명등을 소방 관계법령에 따라 설치 |
CHAPTER12. 가스계 소화설비의 안전성
12.1 가스소화약제의 위험성
- 심한 독성(Acute Toxicity)
- 심장 민감성(Cardiac Sensitiz)
- 분해 생성물(Decomposition Products)
- 산소 감소(Oxygen Depletion)
12.2 소화약제의 안전성 평가항목
12.2.1 독성(Acute Toxicity)
- 근사치사농도 ALC(Approximate Lethal Concentration)
치명적인 결과가 발생하기 시작할 수 있는 수준의 측정값
- LC₅₀(Lethal Concentration)
시험용 동물의 (시험에서 규정된 시간동안) 50%가 치사하는 농도
- 가스계 소화약제가 ALC보다 높은 농도로 사용된다면 시스템의 작동으로 인해 사람이 부상당하거나 사망할 위험성은 상당히 증가된다
- 사람이 사망할 수 있는 농도의 간접적인 평가기준이 되므로 독성은
(Toxicity) 우리가 고려할 첫 번째 위험 요소가 된다
12.2.2 심장 민감성(Cardiac Sensitiz)
- 할로겐화 소화약제가 관련되는 위험성 문제이다
일부 화학물질이 혈액 안으로 유입되면, 심장은 아드레날린에 민감한
반응을 보이게 되고, 아드레날린은 심장박동을 증가시킨다
- 공포나 심한 작업으로 인하여 아드레날린이 더욱더 증가되면, 심장은 더 심한 자극을 받게 되어 이 같은 과도한 자극은 심장마비를 유발시킬 수 있다
- 대다수 사람들은 평상시에는 심장 민감인자에 의한 영향을 받지 않을 수 있지만, 긴급한 상화에서는 영향을 받을 수도 있다
- 할로겐화 가스의 심장 민감도 영향은 NOAEL( No Observed Adverse
Effect Level), LOAEL(Lowest Observed Adverse Effect Level)로
표시된다
- LC₅₀과는 NOAEL이나 LOAEL과 사람의 위험성과는 직접적인 관계가
없으며, LOAEL 값을 초과하는 가스농도에 의한 노출이 바로 사망이나 부상자가 발생된다는 것을 의미하지만 않지만, 최악의 환경조건하에서는 틀림없이 좋지 않은 결과가 발생할 가능성이 있다
가스종류 | LC₅₀[%] | 시험동물 | 시간[분} |
이산화탄소 | 8~9 | 쥐 | 5 |
Halon-1301 | 80 | 쥐 | 4시간 |
Halon-1211 | 24 | 쥐 | 15 |
Halon-2402 | 5.5 | 쥐 | 15 |
FM-200 | 80 | 쥐 | 4시간 |
FE-13 | 65 | 쥐 | 4시간 |
Triodide | 27.4 | 쥐 | 15 |
NAFS-Ⅲ | 64 | 쥐 | 4시간 |
12.2.3 분해 생성물(Decomposition Products)
- 분해 생성물도 할로겐화 가스 의 위험요소이다
분해 생성물의 종류 와 발생량은 소화가스를 형성하는 화학물질에 따라 좌우된다
- 화재를 화학적인 반응에서 소화하는 할로겐화 물질은 물리적인 방법
(냉각)에 의해 소화하는 다른 물질보다는 낮은 수치의 분해 생성물을
발생시킨다
- Halon-1301, 1301과 Triodide는 모두 기본적으로 연소과정의 화학반응 을 억제하고 화재를 소화하며 그 결과 효과적으로 화재를 소화하고
낮은 분해 생성물이 발생하게 된다. 분해 생성물으 농도는 단지, 다른 화학물질에 의해 발생된 수치의 상대적인 지표라는 것을 유의할 필요가 있으며, 실제적인 농도는 실의 체적에 따른 화재크기에 따라 달라질 수 있다
즉 작은 실내에서 커다란 화재가 발생했을 때 분해생성물의 발생량은
더욱 더 증가될 것 이다
- 분해 생성물은 매우 높은 독성을 가질 수 있으므로 분해 생성물의
위험성에 대한 세심한 주의가 필요하다
가스종류 | LC₅₀[%] | 시험동물 | 시간 |
Phosgene | 0.034 | 쥐 | 30분 |
Hydrogen Chloride | 0.3 | 쥐 | 1시간 |
Carbon Dioxide | 9~12 | 사람 | 5분 |
12.2.4 산소 감소(Oxygen Depletion)
- 산소농도의 감소가 불활성가스의 대표적인 위험요소이다
- 공기 중의 보통 산소농도는 20% 이며, 산소농도가 9% 이하로 감소되면
일정시간 동안 사람이 생존할 수 있는 산소량이 부족한 상태이다
- 불활성가스 시스템은 일반적으로 약 10.5%의 산소농도를 유지하도록
설계되나, 경우에 따라서는 더 낮은 산소농도로 설계되는 경우도 있다
- 산소 감소의 효과는 천천히 발생되며, 8% 이하의 산소농도에서도 사람이 의식을 잃게 되는 시간은 수분이 걸릴 수 있다
12.3 위험성 평가
12.3.1 이산화탄소 소화설비
- 이산화탄소 소화설비는 모든 시스템에서 LC₅₀나 치사농도 (Lethal Concentration)을 초과하여 사용하므로, 장시간 계속되는 경우에는
우발적인 노출이 치명적이 될 수 있고, 최저 표준설계농도인 30%에서 5분 이상 노출은 대부분 치명적인 결과를 초래할 수 있다
아주 짧은 노출시간은 치명적인 사고가 되지 않으나 뇌에 산소공급을 감소시키는 결과로 뇌 손상을 유발할 수 있다
- 현재 소방관련 법규에서는 사람이 상주하는 장소에서는 이산화탄소 소화
설비 설치를 규제하고 있으며, 이산화탄소 소화설비 기동용 감지회로가 동작 시 30초 이내에 방호구획에서 피난하여야 한다
12.3.2 할로겐화합물 소화설비
- Halon-104 연소생성물 :
- Halon-1211의 심장 민감특성(The Cardiac Sensitizing nature)
12.4 결론
- 소화가스의 설계농도가 LC₅₀를 초과하거나 화재 진화 후 LC₅₀을 초과
하게 되면 독성 생성물 때문에 소화용 가스의사용은 사람에게 큰 위험 을 가져올 수 있다
- 이산화탄소가 모든 소화약제 중 가장 나쁜 안전기록을 가지고 있으므로, 특히 선박에 적용하는 경우 이산화탄소의 사용을 제한할 수 있는 규제 가 필요하다
이산화탄소 소화설비 시스템 설계시 피난방법과 피난시간에 대한 검토가 필요하고, 희생자를 줄이기 위해서 유지보수 중에 우발적인 시스템 방출 이 발생하지 않도록 세심한 주의가 필요하다
- 새로운 소화가스(HCFC계, HFC계 등)가 HF계와 그 외의 재합성물은 Halon-1211에서 발생한 분해가스량 보다 6~10배를 발생시킬수도 있다
제한된 공간 내에서 소화기를 사용하거나 큰 화재가 발생할 수 있는
공간 내 전역방출방식의 적용은 HCFC계와 HFC계 약제로 인하여 높은 위험지역이 될수 있다
12.5 가스계 소화약제의 안전성 평가 용어정의
12.5.1 NOAEL
- 농도를 증가시킬 때 아무런 악영향도 감지할 수 없는 최대농도(심장에 독성을 미치지 않는 최대농도)
- 인간의 심장에 영향을 주지 않는 최대농도로서 관찰이 불가는한 부작용 수준을 의미하며 총과 소방시스템의 경우 소화약제의 소화농도가 NOAEL 보다 낮은 것이 바람직하다
- 할로겐가스의 심장 민감도 영향은 NOAEL 과 LOAEL로 평가한다
(NFPA 2001기준은 작업자들이 항상 빠른 시간내에 탈출할 수 없다는 것을 깨닫고 NOAEL을 상주 공간내에 최대 사용농도로 인정한다)
12.5.2 LOAEL
- 농도를 감소시킬 때 악영향을 감지할 수 없는 최소농도
(심장에 독성이 미치는 최저농도)
- 미국환경청(US EPA)은 상주자가 빠른 시간 내에 밖으로 탈출할 수
있다면 상주공간에서는 LOAEL 농도 내에서 사용할 수 있도록 추천한다
12.5.3 LC₅₀ : 시험 동물의 반이 사망하는 농도
12.5.4 LC₁₀₀ : 시험 동물 모두가 사망하는 농도
12.5.5 ALC : 사망에 이르게 할 수 있는 최소농도
12.5.6 ODP : 오존파괴지수 : Ozone Depletion Potential
- 어떤 물질의 오존 파괴능력을 상대적으로 나타내는 자료
- CFC-11의 ODP를 1로 정하고
상대적으로 어떤 물질의 대기권에서의 수명, 물질의 단위 질량당 염소 나 브롬질량의 비, 활성염소 와 브롬의 오존 파괴능력을 고려하여 ODP 결정
ODP =
12.5.7 GWP : 지구온난화지수 : Global Warming Potential
- 할론소화약제는 분자내 C-Cl, C-F, C-Br의 결합이 파장 8~ 13㎛ 부근 의 자외선을 강력히 흡수하며, 대기 중에서 온실효과를 생성한다
CO₂,H₂O, O₂,CH₄,NO₂,CCl₄등 50여종 이상이 온실효과 물질이다
일정 무게의 이산화탄소(CO₂)가 대기 중에 방출되어 지구온난화에 기여 하는 정도를 1로 정하였을 때 같은 무게의 어떤 물질이 기여하는 정도 를 GWP라 한다
GWP =
12.5.8 ALT : 대기권 잔존지수 : Atmospheric Life Time
12.5.9 TLV : Threshold Limit Value
- 근로자가 하루 7~ 8시간 일주일 40시간을 작업장에서 노출되어도
작업장에 존재하는 유해한 가스, 증기, 분진으로부터 피해가 없다고
믿어져 허용할 수 있는 한계수지
- TLV-TWA : 시간가중평균농도
- TLV-STEL : 단시간노출허용농도
- TLV - C : 최고허용한계농도
12.5.10 LD₅₀ : 경구투입치사농도 : Lethal Dose
CHAPTER13. 성능기준화재안전설계
13.1 성능기준설계
13.1.1 정의
- 성능기준설계는 성능표준, 성능의 정도 혹은 성능목적 등으로 설명되는 성능의 명확한 성능수준을 충족하기 위한 공학적 해결의 방법이다
13.1.2 개념
- 근래의 화재분야에 있어서 가장 빈번히 논의되고 있는 것이 성능기준
화재안전설계와 이에 성능기준 소방안전규정(Performance Based Fire Safety Code)이다
- 종래 사양기준규정(Prescriptive Code) :
화재조사결과 및 결함을 통계로 경험과 조사에 기초가 된 규정
발생되었던 재난의 재발방지
- 최신 건축기술의 발전에 의해 설계되는 건축물 :
현행 소방관련법규 적용이 불가
- 성능기준설계( (Performance Based Desine)
화재과학분야의 발전 : 고효율성․ 저비용화 : 화재의 안전을 최대로 확보
- 이러한 배경에서 성능기준화재안전규정은 다음과 같은 목적을 가지고 있다
13.1.2.1 화재예방 또는 화재의 성장과 확산억제
- 가연물의 화재 특성 제어
- 적합한 방화구획 준비
- 화재의 진압준비
13.1.2.2 화재로부터 재실자 보호
- 비상사태에 대한 전달수단 확보
- 탈출 경로 확보 및 보호
- 필요한 피난 장소 제공
13.1.2.3 화재에 의한 영향 최소화
- 각 용도면적 구분 및 구획
- 건물구조 유지
- 공용시설의 연속적인 기능 유지
13.1.2.4 소방대의 진압작전 지원
- 화재위치에 대한 정보 제공
- 피난지역과 신뢰할 수 있는 통신수단 확보
- 소방대의 진입, 통제, 통신 및 수원확보 제공
13.1.2.5 성능기준의 이상적인 체계는 NKB(북유럽건설평의회)가 제안한
5레벨 시스템이며 각 레벨은 다음의 표와 같다
-레벨 1~ 3 : 법적으로 규제
- 레벨 4 : 성능요구에 대한 적합성 검정
- 레벨 5 : 공학적 계산법 과 시험방법으로 확인
LEVEL | 모형의 예 |
1. 목적 | - 인명안전, 재산보호 |
2. 기능요건 | - 피난수단 확보, 연기로부터의 안전 |
3. 성능요구 | - 연기층의 높이 제한 |
4. 검증수단 | - 승인된 검증 수단 과 설계법 |
5. 검증방법 | - 최신 연구성과, 기술개발 등이 포함된 공학적 기법 |
13.1.2.6 성능위주 화재안전설계
- 1단계 : 대상 혹은 설계조건의 규정
장소, 건축물, 시설, 공정, 건물의 특성에 대한 정확한 정보를 수집 특히 거주자 특성이 매우 중요함
- 2단계 : 성능의 기준이 포함된 화재안전의 목적, 목표를 규정
모두가 동의할 수 있는 것이며 일반적으로 원하지 않는 화재로
부터 인명보호, 재산의 보호, 환경의 보호를 생각할 수 있음
- 3단계 : 성능기준의 목포 선택
계산하거나 측정할 수 있는 방식으로 제시된 성능기준에서 화재
안전의 목적에 부합된 것을 선택
- 4단계 : 화재의 설계와 화재 시나리오의 구성 및 결정
상위단계에서 정보를 바탕으로 화재 시나리오를 구성
화재이전의 조건, 점화원, 재실자의 조건, 화재에 중요한 요소,
화재확산 시 위험대상물 선정 및 손실 예방 대상 결정
- 5단계 : 가능한 방화 설계안의 선택
규정에서 서술된 요구조건을 포함한 대처할 수 있는 설계의 대안 의 비교 분석 및 선택
- 6단계 : 선택된 설계안의 평가와 최종 설계방안 선택
설계의 목적과 성능 조건에 따라 설계대안을 평가하고 최종 선택 설계를 결정, 평가방법은 다양한 화재 공학적 기법을 동원
화재/ 피난 시뮬레이션, 예측공식 등을 동원하여 분석하고 평가
하여 설계의 대안을 검증
- 7단계 : 최종설계안 선정 및 문서작성
위에서 검증된 방안에 대하여 분석과 평가가 포함된 시설 및 설비 의 명세서를 작성 ( 관련 공공기관이나 의뢰자가 요구하는 양식에 맞추어 작성)
- 성능기준 안전설계를 완성하기 위하여
1에서 5단계까지는 법규나 규정(Regulation, Code, Standard), 그리고 공학적인 지침이나 실습 매뉴얼 등에 의해서 명확하게 서술되어 있다
6에서 7단계는 명확한 문제의 해결방법을 제시해야 한다
평가를 위해서는 화재에 대한 전문가가 필요하며, 이에 대한 연구는
계속적으로 진행되고 있다
7단계는 최종 선택안을 선정하고 이를 문서로 작성하는 부분이다
13.1.2.6
-시간추정형 :
발화에서 확대를 거쳐 최종적인 진화까지의 현상을 시시각각으로 추적 하는 것을 목표로 하므로 설계방법 보다는 오히려 물리현상과 인간
행동 예측해석법이라 보아야 한다.
드래프트의 내용을 보면, 설계조건의 부여방법이나 허용기준 등이 애매 하여 그것만으로 설계방법이 자립하는 것은 아니다 또한 현재의 지식 으로는 합리적인 근거로 예측할 수 없는 것도 예측할 수 있다
예를 들면 화재감지시간, 피난행동시간, 유리나 칸막이벽 등 비내화등급 부재의 파손시간은 합리적 근거의 계산법이 없어 설계방법으로 어떻게 성립하는 가는 앞으로의 전개 여하에 따른다.
- 기능요건 분해형
화재안전상 고려해야 할 각각의 기능요건에 대해 포준적인 화원(설계
화원)을 설정하여 각종 공학적 계산으로 그 결과가 허용치를 넘지 않는
다는 것을 확인하는 방법이다
기능요건마다 검증하는 시스템으로 영국규격(BS)과 같은 시간 추적형
계산 없이도 안전측면의 근사치를 도입하여 간편한 도구로 검증할 수
있다.
기능요건을 만족시킬 것이 확실한 항목은 검토 생략도 가능하여 시간
추적형 방법과 비교하면 확실히 건축설계의 실무에 가깝다
13.1.3 성능기준 화재안전설계의 필요성
- 성능기준 화재안전규정 체제의 도입이 세계적인 경향이라는 것은 현재
각국의 도입실태와 이에 관한 준비상황 등을 보며 쉽게 이해할 수 있다. 현재 영국, 스웨덴, 미국, 뉴질랜드, 호주, 캐나다, 일본, 등이 이미 도입 하여 실행중이거나 도입을 준비 중이며 중남미, 아시아, 유럽의 많은
국가들이 큰 관심을 나타내고 있다.
이들 국가들은 이 분야에 대하여 1980년대부터 많은 연구를 활발히 진행 하여 오늘에 이르고 있다. 이러한 배경에는 성능기준 화재안전설계가
적용될 수 있는 법규체제를 통하여 화재안전의 극대화, 경제성 확보,
건축물 설계의 자유도 등의 효과적으로 구현할 수 있기 때문이다.
이는 앞서 설명한 것과 같이 화재의 현상과 인명의 피난에 대한 예측
기술이 근래에 들어 급격히 발전하였으며, 화재 진압설비의 설계기술과
작동 및 진압능력 예측기술의 발전을 바탕으로 하고 있다. 즉 화재안전
공학의 발전을 바탕으로 하고 있다는 의미가 된다.
해마다 증가하고 있는 화재에 의한 국가적 손실의 감소 유도, 국내 소방 분야의 기술적 발전, 그리고 점진적인 국내 시장의 개방과 세계화가
되어 가고 있는 산업환경에서 국내 소방산업의 국제적 경쟁력의 향상을 위하여 국내에서도 성능기준 화재안전규정의 도입에 많은 관심을 가져 야 할 필요가 있다.
13.1.4 성능기준 화재안전설계의 장점
13.1.4.1 건축비용 절감
- 화재성상에 대해 정확하게 예측하고 이에 대한 대책을 세우는 것은 소방 시설의 효율화뿐 아니라 과도한 시설을 막아 비용을 절감할 수 있다.
소방시설에 투자되는 비용을 줄이면서도 최적의 소방시설을 구현할 수 있다는 것이다.
13.1.4.2 설계의 유연성
- 기존 법규로는 해결할 수 없는 공간에 대한 객관적인 소방안전성을 평가 할 수 있다.
또한 성능기준설계(PBD)는 방호대상물에서 일어날 수 있는 화재를 분석 하고 이에 대한 구체적 방화설계를 구현한다.
13.1.4.3 화재위험에 대해 구체적으로 대처할 수 있다.
- 화재 안전목표를 분명하게 기술하고 원하는 수준의 안전과 위험에 대해 분명히 정의한다.
13.1.4.4 법 규정에 유연성 부여할 수 있다.
- 일본과 국내에서 시도되었던 아트리움 공간의 방화구획에 대한 문제처럼 종전의 사양중심 법 규정에서 인정하기 힘든 다양한 문제를 공학적인
방법을 통하여 해결할 수 있다는 것이다.
현재 국내에서도 「중앙소방안전기술연구위원회」가 활동하고 있어
이러한 부분을 어느 정도 보완해주고 있긴 하지만, 법 규정에서 좀 더
유연한 태도를 가질 필요가 있다.
13.1.4.5 화재안전의 극대화를 가져온다.
- 성능위주 방화설계의 가장 중요한 점은 화재의 성상을 정확히 예측하고 이에 대한 대비책을 수립할 수 있다는 것이다. 이는 화재에 대한 소방 시설의 조기발견 및 진화를 가능하게 하여 인명과 재산의 보호를 좀 더 효과적으로 할 수 있다는 것이다.
13.1.4.6 고급 소방 전문가의 양성 및 소방분의 발전을 가져온다.
- 성능위주의 방화설계가 시행되기 위해서는 고급 소방전문가들이 필요
하다.
이들은 화재역학(Fire Dynamics)에 대한 기본적인 이해와 지식을
물론 화재 시뮬레이션과 피난 시뮬레이션도 직접 시행할 수 있는 능력 을 갖추어야 하며,
이에 대한 전문가적 판단을 오류 없이 내릴 수 있어야 한다.
이러한 전문가를 양성하기 위해서는 우선 소방이라는 학문에 대한 체제 가 정립되어야 하며 고급전문가를 양성할 수 있는 교육기관과 학문적인 연구를 담당할 수 있는 연구소들의 설립이 필요하다. 이러한 인프라 (infia)가 구축되면 소방분야는 매우 빠르게 성장할 수 있을 것이다.
13.1.4.7 설계뿐 아니라 소방설비 시스템에도 사용이 가능하다
13.1.5 선결과제
- 성능기준 화재안전설계를 성공적으로 수행하기 위해서는 먼저 다음의
선결 조건이 만족되어야 한다.
13.1.5.1 통일된 PBD 설계지침서의 확립
- 정부의 해당 부처는 PBD가 올바로 수행되고 평가되기 위한 표준 PBD 절차서를 작성하여 배포한 후 일정기간동안 각 계의 의견을 수렴하여 이를 작성하여야 한다.
13.1.5.2 교육훈련
- 새로운 설계 개념인 PBD를 정확하게 이해시키고 수행해 내기 위해서는 PBD 설계에 관여되는 인원에 대한 교육 및 훈련이 필요하다.
◦ 설계자
◦ 인․ 허가자
◦ 시공자, 안전관리자
◦ 기타연관자
13.1.5.3 화재 Simulation에 관한 연구
- 화재 Simulation에 대한 부분은 성능기준설계(PBD)의 핵심기술이
되므로 기존 프로그램에 대한 평가 연구와 함께 새로운 프로그램의
연구개발에 많은 관심을 기울여야 할 것이다.
13.1.5.4 Data Base의 구축 : 구축되어야 할 Data Base의 종류
- 연소실험 자료
- 화재안전설비 고장률 자료
- 화재발생확률 자료
- 건축자재 열특성 자료
13.2 화재 모델링
13.2.1 화재모델의 분류
13.2.1.1 Zone모델
- 구획 공간 내부에서의 화재 확산의 영향성을 예측하는 컴퓨터 프로그램 이다.
- Zone Model은 단일 공간이나 사무실을 포함하는 건물에 적용할 수
있도록 개발된다.
- 하나의 실을 물리, 화학적으로 동일한 성격을 가진 Zone으로 크게 구분 하고, 이들 Zone간에 보존방정식(질량, 에너지 및 운동)을 적용하여 화재현상을 해석하다. 통상 두 개의 Zone 즉 고온의 상부 연기층(Hot upper smoke layer)과 저온의 하부 공기층(Lower layer of cooler air)으로 구분한다
- 대체로 폐쇄공간(enclosed volume)내에서의 화재성장에 따른 영향을
예측하는데 활용한다.
13.2.1.2 Field 모델
- Field Model은 Zone Model처럼 단일공간 또는 다수실에서의 화재확산 을 예측하며 대상공간을 2개의 Zone이 아닌 다수의 제어체적(Control
Volume, cube)으로 구분하고 각 제어체적 내에서 보존방정식을 적용
하여 CFD(Computational Field Dynamics)기술을 이용, 화재현상을
해석한다.
- Field Model은 Zone Model이 화재현상을 정확하게 묘사하지 못하는
더욱 복잡한 현상에도 적용할 수 있다.
- 상세한 입력정보 필요
- 화재를 Modelling 하는데 더 많은 계산 자원을 필요로 함.
- 원하는 결과를 얻는데 많은 시간이 소요됨.
- Field Model은 옥외 대형 연료탱크 화재와 같은 외부시설물에 대해서도 사용할 수 있다.
13.2.1.3 감지모델 (Detecter Response Model)
- 주로 열감지기, 스프링클러 및 연기감지기의 반응시간을 계산하는 모델
이다.
- 일반적으로 연기와 열의 유동을 계산하기 위하여 Zone Model 방법을
적용하지만 감열부의 반응 결정하는 서브모델(Sub Model)을 포함한다.
- 입력변수로 RTI, 작동온도, 설치위치, 열방출 비율이 요구되나 보다 정교 한 감지 모델에서는 공간특성과 마감재료 등을 입력변수로 요구한다.
13.2.1.4 피난모델 (Egress Model)
- 피난모델은 건물내부의 거주자가 피난에 소요되는 시간을 예측한다.
- 많은 피난모델이 죤모델과 연계되어 화재 시 공간의 체류 불가능한 시간 을 예측하도록 하고 있으나 피난만을 고려하는 것도 있다.
- 피난 모델은 성능기준설계를 통한 법규상의 대안을 제시하거나 피난 시 정체되는 공간을 검토하는데 사용된다.
13.2.1.5 내화모델 (Fire Endurance Model)
- 내화모델은 화재에 노출된 건축부재의 성상을 예측한다.
- Zone Model 또는 Field Model에 연계되는 경우도 있으며 개념적으로 필드모델과 동일한 해석을 수행한다.
- 건축부재는 작은 체적으로 분활되어 고체에서의 열전달과 기계적 거동을 해석하고 최종적인 붕괴시점을 계산한다.
13.2.2 모델 사용시 고려할 사항
13.2.2.1 건축공간특성
13.2.2.2 입면설정
13.2.2.3 마감재
13.2.2.4 개구부
13.2.2.5 화재특성
- 가연물의 종류 : 독성부분이나 연기량에 대한 예측신뢰도가 저하될 수 있다.
- 화원의 위치 : 평면상 위치 / 수직상 위치
- 가연물의 양 : 화재시속시간(Fire duration tome)
- 화원의 면적 : 화염의 크기와 유입공기량을 결정한다.
13.2.2.6 소화/감지
- 스프링클러와 열감지기의 경우는 작동온도와 RTI값에 대하여, 연기
감지기는 작동 기준값에 대하여 적절히 선택해야 한다.
13.2.2.7 HVAC - System
- HVAC-System에 의한 공기 유동은 연기를 건물 전체로 확산시킬 수
있다. 발화시에 모든 system이 정지되는지 또는 스프링클러나 감지기 작동시점에서 정지되는지 또는 계속 작동하는지 등을 Scenario 상에서 결정해야 한다.
13.2.3 Field Modeling방법
13.2.3.1 시나리오 결정
- 화재 Modeling에서 입력자료의 첫 단계는 공간의 용도와 가연물을 결정 하는 것 이다. 어떤 가연물이 연소할 것인가? 가연물의 위치는 어디
인가? 발화 가능성 등을 결정하고 이러한 분석과정이 반영된 화재
시나리오를 설정해야 한다.
- Fire Modeling 목적에 부합하게 다음 사항을 고려하여 시나리오를 구성 하되, 핵심 리스크가 포함되도록 시나리오 범위를 고려하여야 한다.
- 화재 개시장소
- 포함된 물질
- 문 및 창문 등의 개방 또는 폐쇄상태
- 재실자 위치
- 방재실 존재여부
- 건물의 구조 및 재료 등
13.2.3.2 데이터 입력
-일단 화재 시나리오가 결정되면 다음 자료를 입력한다.
- 실의 크기
- 문 및 창문의 위치 및 크기
- 천장, 박닥 및 벽의 재질
- 발화지점
- 열방출량
- 연소 생성물량
- 입력 자료가 부정확하면 결과 또한 부정확하므로 입력 시 세심한 주의를 기울이는 것이 필요하다.
13.2.3.3 프로그램 실행
- 자료 입력이 되었으면, Fire Model를 실행시켜 계산을 수행한다.
13.2.3.4 결과분석
- 모델링 과정에는 많은 불확실성이 포함되어 있으므로 화재모델에서 예측 한 것이 어떤 특별한 정확성을 가지고 있다고 가정해서는 안 되며 기존 유사 모델링 결과, 경험치 또는 실험결과(Hot Smoke Test)등과 비교를 통해 결과의 신뢰성을 확인할 필요가 있다.
- 또한 입력 조건의 변경을 통한 변이를 확인하는 Sensitivity분석을 통해 모델링 결과에 영향을 주는 Key factor를 파악하고 이를 방호 시스템에 반영하여야 한다.
13.2.4 모델링결과의 해석 및 평가기준
- 성능위주 소방설계의 핵심은 시뮬레이션(Simulation)에 의한 화재 위험성 평가 및 예측에 있다 하겠다. 따라서 정확한 화재위험성평가 및 예측을 위해서는 프로젝트에 목적에 맞는 성능기준(Performance Criteria)
설정이 매우 중요하다.
13.2.4.1 거주자 인명안전 성능기준
- 거주자 인명안전 성능기준은 세 가지 종류로 나눌 수 있다. 열적 영향
(Thermal Effect), 독성(Toxicity) 그리고 시계(Visibility)이다.
13.2.4.1.1 열적영향
- 화재발생 시 공기온도의 상승은 크게 대류와 복사를 통하여 이루어지게 된다. 이 중 대류에 의한 공기온도의 상승은 거주자가 정상적인 호흡을 하는데 어려움을 주며 더운 가스층과 화원으로부터의 복사열은 직접적 인 피부의 화상이나 화상을 통한 정신적인 쇼크 등을 일으킨다.
표 13-2에서 살펴보면 복사에 의한 기준은 2.0~2.5 KW/㎡의 범위를
가지고 있고 바닥으로부터 반사되는 복사의 기분으로는 10 KW/㎡의
성능기준을 갖추고 있다.
또한 호흡하는 공기온도의 기준으로 65~220℃, 상층부 연기층 온도로 80~220℃의 범위를 가지고 있음을 알 수 있다.
표 13-2 열에 의한 거주자 인명 안전 성능기준 |
|
|
국 가 | 성능기준 | 비 고 |
미 국 | 복사열 : 25KW/㎡ 미만 거주자가 호흡불능 조건 가정 - 100℃의 습한 공기 - 220℃의 건조한 공기 | Perkin실험 Babrauskas 제안 |
| 상층부온도 : 80℃ 미만 바닥에 반사되는 복사열 : 10 KW/㎡ 미만 | - |
캐나다 | 공기온도 : 65~190℃ 복사열 : 2.5 KW/㎡ 미만 상층부 온도 : 183~200℃ | NRC(National Research Council of Canada) 제안 |
스웨덴 | 복사열 1) 최대 10KW/㎡에서 나오는 단기 복사열 2) 1KW/㎡의 복사에서 나오는 에너지에 더해지는 최대 60KJ/㎡ 복사에너지 공기온도 : 80℃ 미만 | Swedish Building Regulation |
호 주 | 연기층온도 1) 연기층 높이 > 2.1m 일때 - 200℃ 미만 - 복사열 : 2.5KW/㎡ 미만 2) 연기층 높이 < 2.1m 일때 - 100℃ 미만 | Australian Fire Engineering Guideline(FCRC, 1996) |
일 본 | 복사열 : 2.0KW/㎡ 미만 연기층 온도 = 140 +주위온도 미만 (Mall과 같은 대공간일 경우) | - |
뉴질 랜드 | 상층부온도 : 200℃ 미만 (Mall과 같은 대공간일 경우) | Fire Engineering Design Guide |
13.2.4.1.2 시계
-시계에 대한 영향은 화재발생 시 발생되는 연기와 더불어 시계가 확보
되지 않아 발생하는 심리적인 문제까지 고려해야 한다. 시계에 대한
거주자 인명안전 성능기준은 가시거리와 연기층 높이로 인한 시야확보 의 문제로 나누어 질 수 있다.
가시거리의 경우 일반적인 공간일 경우 2~4m의 범위를 보여주고
있으며, Mall과 같은 대공간일 경우에는 최소 10m 이상의 기준을 보여 주고 있다.
한편 연기층 높이 측면에서는 일반적인 방의 높이를 3m로 가정해 볼 때 최고 1.9m 이상의 높이를 기준으로 삼고 있음을 알 수 있다.
표13-3 시계에 의한 거주자 인명안전 성능기준 |
|
|
국 가 | 성능기준 | 비 고 |
미 국 | 1) 거주공간의 경우 OD/m = 0.5 (2m 이상) 2) Mall 같은 대공간의 경우 OD/m = 0.08 (12.5m 이상) 여기서, OD : Optical Density | 1) Babrauskas 제안
2) Rashbash 제안 |
| 가시거리 : 4m 이상 | - |
캐나다 | 일반적인 실 : 2~3m 그 외의 실 : 10m 이상 | NRC(National Research Council of Canada) 제안 |
스웨덴 | 연기층 높이 : 1.6 +(0.1H)m 이상 여기서, H= 방 높이 | Swedish Building Regulation |
호 주 | 연기층 높이 > 2.1m 일때 OD/m < 0.1 (10m 이상) (Mall과 같은 대공간일 경우) | Australian Fire Engineering Guideline(FCRC, 1996) |
일 본 | 연기층 높이 : 1.6 +(0.1H)m 이상 여기서, H= 방 높이 | - |
뉴질 랜드 | 연기층 높이 : 2m 이상 | Fire Engineering Design Guide |
13.2.4.1.3 독성
- 독성에 의한 성능기준은 미소당량복용량(Fractional Equivalent Dose)을 기준으로 하며 그 양은 사명 혹은 질식을 일으키는 수치를 표현한다.
표 13-4에서 알 수 있듯이 CO의 경우, COHb(Carboxyhemoglobin)의 수치가 30~40%, 즉 CO와 결합한 헤모글로빈의 양이 전체 헤모글로빈 의 30~40% 가량 차지하는 경우를 기준으로 삼고 있다. 이산화탄소
(CO₂)의 경우에는 5~6% 이하, 시안화수소(HCN)의 경우에는 80ppm 이하를 거주자 인명안전 성능기준으로 삼는다. 또한 산소(O₂)의 함유량 은 최소 10~15% 이상을 기준으로 하고 있다.
표 13-4 독성에 의한 거주자 인명안전 성능기준 |
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국 가 | 성능기준 | 비고 |
미 국 | 의식불명 : 35% COHb |
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| CO 30min < 1400ppm |
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| CO30min < 1400ppm HCN < 80ppm O₂ > 12% CO₂ < 5% |
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| COHb < 30~40% HCN < 80ppm O₂ > 12% CO₂ < 5% | Stwart 식 Kimmerle dose |
캐나다 | CO < 1400ppm HCN < 80ppm O₂ > 10~15% CO₂ < 5~6% | NRC(National Research Council of Canada) 제안 |
- 앞서 거주자 인명안전 성능기준을 상세히 나라별로 알아보았으나, 일반적 으로 많이 사용되고 있는 거주자 인명안전 성능기준의 평균값을 기술
하면 아래와 같다.
- 연기층의 온도(Temperature) : 60℃ (Purser)
- 가시거리(Visibility) : 2m, 연기광학농도 : 0.5m -1
- 연기 하강심도(Depth) : 머리 위 1m
- 복사열(Radiation) : 2.5KW/㎡ 이하 (Upper layer 200℃ 정도)
- 유해성(Toxicity) : Incapacitation 30min을 기준으로 한다. (Purse)
- CO < 1,400ppm - HCN < 80ppm
- O₂ > 12% -CO₂ < 5%
13.2.4.2 소방관 인명안전 성능기준
- 소방관의 인명안전 측면에서 추가적으로 고려되는 것이 건축물 붕괴
발생여부이다. 소방관들이 화재가 성장하여 여 열악한 환경, 즉 거주가 불가능한 상황에서 진화작업을 수행하여야 하므로 위에 언급한 내용
들은 적용되지 않는다. 여기서 고려되는 것이 건축물 구조 붕괴이다.
건축물 구조 붕괴(Structural Failure)에 대한 성능기준은 표에서와 같이 철골구조에서 구조물 온도가 538℃ 이상으로 상승하지 않아야 한다.
이는 내화재료나 단열재의 열용량(Heat Capacity)을 고려하지 않은 기준
이다.
표13-5 구조붕괴에 의한 소방관 인명안전 성능기준 |
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국 가 | 성능기준 | 비 고 |
미국 & 캐나다 | 철골구조 경우 : Ts < 538℃ | Ts : 철의 온도 Tf : 화재 온도 Ki : 열전도율 D : 깊이 C sh : 열용량 W : 넓이 ASTM E-119기준 |
13.2.4.3 재산보호 성능기준
- 재산보호 성능기준에서는 화재의 전파와 연기의 전파가 고려된다.
13.2.4.3.1 화재전파
- 화재전파는 거주공간 내에서의 화재전파와 거주공간 밖에서 일어난 화재 의 전파 이렇게 두 가지의 경우를 나눠서 고려한다. 표 13-6을 보면
거주공간 내에서의 화재전파는 상층부 온도기준으로 500~600℃의 범위 를, 거주공간 밖에서 일어난 화재로부터의 전파는 325℃를 성능기준
으로 잡고 있다. 또한 바닥으로부터 반사되는 복사열이 10~20KW/㎡
범위에 있다.
표 13-6 화재전파 영향에 의한 재산보호 성능기준 |
|
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국 가 | 성능기준 | 비 고 |
미 국 | 1) 거주공간에서의 화재전파 : 상층부온도 < 577℃ 2) 거주공간 밖에서 일어난 화재로 부터 전파 : 325℃ | 1)Thomas Flashover식 2)325℃의 온도는 대부분의 유기고체가 열분해 하는 평균 온도 |
| 거주공간에서의 화재 전파 : 상층부 온도 < 500~600℃ 바닥에 반사되는 복사열 : 10~20KW/㎡ 미만 | Thomas Flashover 식 |
| 거주공간에서의 화재 전파 : 상층부 온도 < 600℃ 바닥에 반사되는 복사열 : 20KW/㎡ alaks | Thomas Flashover 식 |
캐나다 | 거주공간에서의 화재전파 : 상층부 온도 < 600℃ 바닥에 반사되는 복사열 : 20KW/㎡ | NRC(National Research Council of Canada)제안 |
13.2.4.3.2 연기전파
- 재산보호 측면에서 연기의 영향은 인명기준과 달리 그 물질의 연기에
민감성과 연기의 종류와 양에 따라 다르게 나타난다. 따라서 연기에
의한 직접적인 영향을 평가하는 것보다 주변공간의 온도 변화에 의한 연기전파의 여부로 판단하게 된다. 연기전파 여부의 기준으로 주변온도 보다 20℃ 이상 올라갈 때를 성능기준으로 삼고 있다.
국 가 | 성능기준 |
미 국 | 한지역의 온도가 주변온도보다 20℃ 이상 올라갈 때 |
이와 같은 성능기준은 소방선진국들이 사용하고 있는 하나의 참고자료 로서 성능기준에 대한 가이드이며 모든 경우를 만족하는 절대적인
기준이 될 수 없다.
예를 들어 열에 의한 영향의 경우 거주자가 호흡할 수 있는 최대온도
성능기준은 220℃인데 반해 상층부 최대 온도를 200℃로 잡는 것은
문제점이 있어 보인다.
이는 각 프로젝트의 목적이나 설계에 따라 변경 되어 질 수 있음을
보여주는 것이다. 앞서 선진국들의 연구된 것을 바탕으로 우리나라 역시 성능위주의 소방 설계의 시행에 앞서 우리 자체의 성능기준이 제시
되어야 할 것이다.
13.2.5 Field Model 활용분야
- 건물의 화재 안전성을 검증하는데 활용
- 방재시스템 설계 조건을 변경하여 반복 시뮬레이션을 실시함으로써 보다 효율성이 높은 방재시스템을 설계 및 채택할 수 있다.
- 또한 화재 시뮬레이션 결과를 감안하여 유사시 효과적으로 대응할 수
있도록 방재계획을 수립할 수 있고,
- 건축물의 구조, 내장재 및 수용품에 대한 설계, 배치 등에 사용
- 화재사고조사 및 원인 규명에도 활용할 수 있는 등 화재 시뮬레이션의 활용분야는 광범위하다
13.2.6 건물 화재 시뮬레이션 권장 Model
- Zone Model : CFAST
- Field Model : JASMINE, FDS
- Egress Model : Building EXODUS
13.3 성능위주 화재모델의 불확실성 고찰
13.3.1 서론
- 화재로부터 위험성 평가는 화재위험으로 발생되는 인명과 재산손실 등의 결과확률을 계산하는 것으로 구성된다. 화재공학 기술자들은 항상 화재 물리, 화학 그리고 독성에 의해서 성능위주분석 ( PBA ; Performance
-based Analysis )을 정의해 왔다.
성능설계분석에서는 많은 변수들이 포함되고 있다. 즉 화재의 성장기,
감지, 억제공정에서 생성되는 각각의 변수뿐만 아니라, 각각의 변수들 간에서도 상관관계가 있다. 여러 매개변수에 따라 화재특성에 의한 결과 (인명피해나 재산 피해)를 예측할 수 있다.
화재 시나리오(scenario)에 관련되는 대표적 매개변수(parameter)로는 1)화재지연특성, 2)열방출률, 3)연소생성물의 특성, 4)Flashover 등이 있으며,
출화기에 관련된 매개변수로는 1)방화설비의 특성, 2)점화원, 3)연료의
특성 및 조건, 4)환기조건, 5)입주자의 특성 및 위치, 6)구조물 과 기타
장비의 조건 등이 있다.
화재위험요인을 크게 나누면 1)방화관리, 2) 내장재와 가연물, 3)방화구획, 4)스프링클러 등의 소화설비 등이 있다.
이러한 인자들을 통해 공학적인 성능설계분석과 결과에 영향을 미치는
인자는 1)수학적 모델의 입력 매개변수, 2) 수학모델의 정확도, 3)결정
하는 기술자의 능력이라 할 수 있다. 즉 변수들의 부정확한 사용으로
인하여 모델의 불확실성은 더욱 증가하게 되고 이러한 증가로 인해 잘못 된 성능설계는 신뢰도를 떨어뜨려 대형사고로 전이된다. 따라서 사용모델 의 정확한 이해와 사용변수의 정확한 적용이 반드시 필요하다.
13.3.2 위험성의 불확실성
- 위험을 평가하는데 있어 또 하나의 중요한 고려 대상은 위험의 불확실성 에 대한 것이다. 위험의 불확실성은 시나리오의 작성과정에서 사용될 수 있는 작성과정, 위험의 크기를 구할 때 쓰이는 컴퓨터 시뮬레이션
프로그램의 제한사항, 화재발생 시 대처하는 사람들의 행동 등 불확실성 으로부터 위험의 결과 값의 불확실성으로 이어진다. 불확실성에 대한
고려방안은 화재공학 기술자들의 설계과정을 도와줄 수 있고, 성능 위주 설계의 수용 신뢰도를 높일 수 있다.
13.3.2.1 불확실성의 인자
13.3.2.1.1 모델 불확실성
- 모델의 적정성
- 불확실성이 수학적, 계수적으로 표현되는지의 여부
- 모델이 어떤 범위에서 유용하다면 그 밖의 범위에서는 사용되는지 여부
13.3.2.1.2 자료 불확실성
- 자료의 불충분 혹은 한쪽 방면으로 치우친 경우 모든 관계 장비의 실패 가 고려되었는지의 여부
- 유용한 자료가 특별한 경우에 적용되었는지의 여부
- 자료분석의 방법의 적정성
13.3.2.1.3 일반적 질 분석
- 분석이 충분한 수준으로 이루어져 있는지의 여부
- 모든 인간의 실수와 모든 공통된 원인의 실패가 고려되었는지의 여부
- 모든 중요한 처리 과정이 다루어져 있는지의 여부
- 모든 사고결과가 고려되어져 있는지의 여부
13.3.2.2 불확실성평가방법
13.3.2.2.1 Monte Carlo Simulation
- 몬테카를로 방법을 이용한 불확실성 분석은 고려 사항 내에서 특정한
결과 변수들의 다양성과 분포 함수들을 평가하는 것이 바람직하다.
13.3.2.2.2 Response Surface Method
- 반응표면법(RSM)은 주로 실험을 통해서 얻은 데이터 값으로부터 명시적 함수(Explicit Function)를 얻기 위해 사용하는 방법이다. 수치적 실험 값으로부터 실험인자와 반응값 사이의 관계를 명시적인 함수로 표현
하는데 쓰인다.
- 변수와 함수값의 관계를 얻기 위한 방법으로써 근사적인 함수를 가정
하고 이 근사함수의 계수들을 연립방정식을 세워 수치적으로 풀어내는 방법.
- 단순한 행렬 연산에 의한 연립방정식풀이가 아닌 최적화방법을 이용
하여 근사함수를 구할 수 있는 방법
13.3.2.2.3 안전요소
- 주로 적절한 사례 데이터가 있을 경우 각각의 성공적인 시스템의 평가가 가능하다. 최소 과잉용량은 안전요소를 결정하는데 기초가 되며, 요구 되는 과잉용량을 얻기 위해 안전요소를 이용하는 것은 결정론적 분석 에 가장 적절하다.
13.3.2.2.4 전통적 불확실성 분석
- 데이터 처리의 확률적 방법에 기초한 불확실성
- 각 대상의 표준편차 계산
- 각 데이터들의 그래프 변수를 계산하기 위한 최소 자승법 사용
- 시험결과, 경험 등의 사용 가능한 자료를 이용한 과학적 판단
13.3.2.2.5 분석한계
- 한계분석(Bounding)
- 최고의 평가(Best Estimation)
- 적절한 한계(Sufficiently Bounding)
13.3.2.2.6 다른 종류의 평가방법 : 변수, 가정 등의 불확실성을 평가
- 민감성 분석(Sensitivity/Sensitivity Analysis)
- 변수 분석(Parameter Analysis)
- 중요도 분석(Importance Analysis)
- 비교분석 (Comparative Analysis)
- 전문가 의견 분석(Expert Elicitation)
- 전환분석(Switchover)
13.3.2.3 화재위험성평가에 영향을 주는 인자
- 방화공학에서 열화학적 파라미터인 연소열, 열방출량, 질량손실률, 연소 에 필요한 산소량은 다른 특정치에 비해 매우 중요하다. 가연성 물질 가운데 고분자 물질에 관련된 특정치는 다음과 같다.
1)연소열, 2)열방출량, 3)질량손실률, 4) 연소에 필요한 산소량, 5)
연소속도, 6)기화열, 7)분해온도, 8) 비열, 9)최소발화온도, 10)발화
시간, 11)LOI(limiting oxygen index), 12)최소폭발농도, 13) 최소발화 에너지, 14)화재민감도, 15)화재가혹도, 16)화염온도, 17)화염높이,
18)Flashover 시간 및 온도, 19) 고온층 온도, 20)하재하중
13.3.2.3.1 Flashover 와 Flashover시간에 영향을 주는 인자
- 전실화재(Flashover)란 실내화재 시 연소열에 의해 천장류(Ceiling jet)의 온도가 상승하여 600℃ 정도가 되면 천장류에서 방출되는 복사열에
의하여 실내에 있는 모든 가연물질이 분해되어 가연성 증기를 발생
하게 됨으로써 실내전체가 연소하게 되는 상태를 전실화재 또는
전공간화재(FSI : fall space involvement)라고도 한다.
13.3.2.3.1.1 Flashover
- 전실화재 전 단계(Pre-flashover)와 전실화재 후 단계(Post-flashover)
- McCaffery
- Babrauskas
- Thomas
- Hagglund
13.3.2.3.1.2 Flashover에 관련된 인자
- 바닥면적(Floor area)
- 배출구 폭(Vent width)
- 배출구 높이(Vent height)
- 바닥에서의 배출구 높이(Vent height above floor)
- 천장높이(Ceiling height)
- 화재특성(Fire specification)
- 화재위치(Fire location)
- 벽과 천장의 물질(Wall and ceiling materials)
- 화재복사율(Fire radiation fraction)
- 화재최대열방출률(Fire maximum heat release rate)
전실화재 전 단계의 화재 위험분석은 거주 인원의 화재 안전을 예측
하는데 매우 중요한 역할을 하게 된다.
13.3.2.3.1.3 전실화재까지의 시간 및 전실화재 발생 여부
- 방의 크기
- 건축자재
- 창문의 크기
- 연료의 양, 종류 및 배열상태
13.3.2.3.2 Flashover에 영향을 주는 인자
Flashover 시간은 구획에 관여된 화재 위험을 결정하는 중요한 인자
로서, 시간이 길수록 감지, 억제, 인명을 안전하게 피난 기회가 커진다.
- 실의 형태(Shape of compartment)
- 발화원의 위치(Position of ignition source)
- 연료 높이(Fuel height)
- 환기개방(Ventilation opening)
- 연료의 밀도(Bulk density of fuel)
- 연료의 지속성(Fuel continuity)
- 라이닝(Lining)
- 발화원 면적(Ignition source area)
- 열방출률(Heat release rate)
- 발화시간(Time to ignition)
13.3.2.3.3 온도-시간에서 Post-Flashover에 영향을 주는 인자
전실화재 후 단계(Post-Flashover)는 에너지 및 질량 보적의 방정식으로 부터 계산 할 수 있다. 계산 모델에 필요한 변수 등은 다음과 같다.
- 가연성 물질의 분포와 양
- 유효 에너지값
- 연소열
- 환기특성
- 공기의 사용 매개변수
- 가스생성 매개변수
- 열전도 특성치
- 모델의 불확실성
13.3.2.3.4 내장가구의 열방출에 관련된 인자
열방출 속도는 내장가구의 화재 위험성평가에 매우 중요하다. 이들 변수 들은 실험적으로 결정되어야 하나, 정확하지 않은 경우가 많다.
HPP(heat release rate)에 관련된 변수들은 다음과 같다.
- 밀도(Density of fuel)
- 전도도(Conductivity of fuel)
- 비열(Specific heat of fuel)
- 대기 중에서 산소의 질량비율
- 연료 양론비에서 산소
- 증발률
- 연소열
- 외부 열흐름
13.3.2.3.5 고온 가스층 온도
구획에서 천장 근처에 축적된 고온 가스층의 온도는 화재위험성 평가
에서 매우 중요하다. 이는 천장 부근으로 지나가고 있는 Cable 등에
영향으로 화재가 확대, 고온 가스층 온도는 화재의 크기와 방의 구조에 의해 지배를 받으므로 이에 관련된 매개변수(Parameter)가 필요하다.
- 열분해 상수
- 순연소열
- 화재반경(Fire radius)
- 천장높이
- 천장면적
- 출입구 높이(Doorway height)
- 출입구 폭(Doorway width)
- 천장열전도도
13.3.2.3.6 화재전개에 영향을 주는 인자
화재의 잠재적 위험성 평가를 통해 화재 시나리오는 중대 화재로 발전할 수 있는 화재 발생 조건 중의 하나를 대표한다. 따라서 화재 시나리오
에서는 화재발생시 건물의 상태, 건물의 내용물, 건물의 입주자 등에
대한 묘사가 있어야 한다.
- 점화원의 형태
- 초기 점화된 연료의 형태
- 화재 발생 위치
- 화재가 발생한 방의 형태
- 출입문 및 창문의 개패상태 및 이들 개폐가 화재 시나리오상에서 바뀌는 시간
- 환기조건(자연환기 혹은 강제환기)
- 건축 마감재(실내)
- 화재 대응형태(입주자, 화재진압시스템, 소방대)
13.3.2.3.7 피난시간을 결정하는 요인
- 화재발생 시 인간의 심리는 인명 안전에 큰 영향을 준다. 화재 경보가
울린 후의 가능한 반응에 대하여 고려해 볼 필요가 있다. 비상 상황
에서 입주자의 대응능력과 안전 피난능력을 결정하기 위해서는 입주자
의 특성을 파악하여야 한다.
13.3.2.3.7.1 화재시나리오 작성 시 고려 할 사항
- 입주자 수
- 분포
- 경계태세
- 참가도
- 집중력
- 물리적 및 정신적 능력
- 역활
- 친숙도
- 사회적 소속
- 물리적 및 생리적 조건
- 화재특성
13.3.2.3.7.2 물리적 인자
- 피난로의 길이, 개수 및 폭
- 계단의 폭 및 깊이
- 계단실 수
- 피난로의 변형
- 피난로의 교차
13.3.2.3.8 가연물의 발화시간에 영향을 주는 인자
13.3.2.3.8.1 잠재적 위험성이 많은 인자
- 발화성
- 표면 화염전파속도(Rate of surface flame spread)
- 열방출률(Peak, Average, Total)
- 질량손실률
- 연기평가
- 독성가스 평가 등
13.3.2.3.8.2 화재시나리오 위한 파라미터
- Time to ignition
- Peak HRR and time to peak
- Addition peak for HRR and time second peak
- Average HRR at 60s, 180s and 300s
- Total heat release
- Average effective heat of combustion
- Mass loss in percentage
- Average smoke specific extinction area(SEA)
- Average smoke monoxide(CO) and carbon dioxide(CO₂)yield
13.3.2.3.8.3 발화시간에 영향을 주는 인자
- 열전도도(Thermal conductivity)
- 밀도(Density)
- 발화에서 표면온도(Surface temperature at ignition
- 주위온도(Ambient temperature)
- 복사율(Emissivity)
- 방사율(Irradiance)
13.3.2.4 Fire 모델과 모델 불확실성
- 화재모델링의 목적은 구획 화재에서 가능한 정확하게 실제조건을 예측
하는 것이다. 그러나 실제 조건은 상황에 크게 의존한다.
가시거리, 독성의 농도, 열 폭로 등은 인명 안전과 관련된 중요한 조건 이다. 모델결과의 대부분은 이들 조건들을 사용할 수 있다. 화재안전
공학에서 관심 있는 입력 자료는 아래와 같다.
13.3.2.4.1 Fire Model
- 연기층의 온도(Temperature in the smoke layer)
- 연기유동(Smoke movement)
- 연기층의 높이(Smoke layer height)
- 복사(Radiation)
- 스프링클러의 작동시간(Activation time for sprinkler)
13.3.4.2 Zone Model
- Zone 모델은 One-Zone 모델과 Two-Zone 모델로 나눌 수 있다.
- One-Zone 모델은 화재가 발생한 방(Room)에서 Post-flashover 조건을 예측하는데 사용된다. One-Zone 모델은 하나의 밀폐구역에서 모든
지역의 온도 및 압력이 동일하다는 조건을 가정한다. 따라서 화재가
전개되는 단계에서는 실제값과 예측값의 일치성이 떨어진다.
- Two-Zone 모델은 Post-flashover 조건 예측에 더욱 합당한 가정이다. Two-Zone 모델은 하나의 밀폐구역을 상부의 뜨거운 층과 하부의
차가운 두 개의 층으로 나눈다. 각 층 내에서의 조건들은 그 층 전체를 통해 같다고 가정한다. Zone Model들이 있다.
- Zone 모델은 짧은 시간 내에 적절하게 정확한 예측을 제공하기 때문에 CFD보다 더 널리 이용되고 있다. 그 종류로는 ASET, ASET-B, CFAST, FORST, FPETOOL 등이 있다.
13.3.2.4.3 Field Model
- Field 모델이란 전산유체역학모델(Computational Fluid Dynamics Model)로서 화재의 위험성을 평가하기 위한 것으로 화재구역을 대단히 작은 많은 cell 로 나눈다.
- Field Model은 모든 지점에서 화재의 조건을 예측하며, 질량, 에너지,
운동지배 방정식을 적용한다.
- 주어진 공간을 수천 분의 일의 용적으로 분할하고 있기 때문에 결정론적 모델에 대한 가장 정밀한 예측을 제공하고 있으며
- CFD 모델은 높은 비용, 복잡성 및 집중적인 계산의 필요특성으로
인하여 Zone 모델보다 더 세밀한 검토가 이루어져야 한다.
13.3.2.4.4 Computer Model 예측에서의 Error Sources
13.3.2.4.4.1 Theoretical and numerical assumption
- 실제 세계를 단순하게 함으로서 발생될 수 있는 오차로 모델 자체에서 만들어진 것이다. 예로서 Two-Zone모델은 연기가 Homogeneous
upperlayer 형성된다고 가정한 것이다.
13.3.2.4.4.2 Numerical solution technique
컴퓨터 모델의 질(quality)
13.3.2.4.4.3 Software error
Software designer의 능력
13.3.2.4.4.4 Hardware fauit
Microprocessor의 설계 error 혹은 Microprocessor 생산 fauit
13.3.2.4.4.5 Application error
사용자의 실수로 발생
- Misunderstanding of the Model or its numerical solution
procedure
- Misunderstanding of the software design
- A Straightforward mistake in inserting the input or reading the output
13.3.2.4.5 측정에서의 Error Sources
- 주위의 습도 변화(Lake of controlled condition
- 열전대 위치 등(Experimental design)
- 열전대 측정 기록에 관련된 에러(Direct error in measurement)
- Raw date로부터 평균온도를 찾는데 관련된 에러(Raw data processing algorithm)
13.3.3 결론
- 화재공학을 연구하거나 화재공학적인 과제를 수행함에 있어 반듯이 명심 해야 할 것은 불확실성은 피할 수 없는 필연적인 것이다.
이러한 불확실성은 여러 가지 방법을 이용하여 최소한으로 줄일 수
있지만 완전히 제거한다는 것은 불가능하다.
따라서 어떤 과제를 수행하더라도 불확실성이 개입된다는 것을 염두에
두고 이를 고려하여 연구 및 과제를 수행하여 한다고 본다.
연소공학 핵심 정리
연소공학 핵심정리
1) 연 소 형 태
1. 표면연소
고체연료인 목탄, 코오크스, 석탄 등이 고온이 되면 고체표면이 빨갛게 빛을 내면서
반응하는 연소를 말한다.
2. 분해연소
장작, 석탄, 중유 등이 열분해 하여 발생한 증기와 함께 연소초기에 불꽃을 내면서
반사하는 연소를 말한다.
3. 증발연소
액체연료인 휘발유, 등유, 알콜, 벤젠 등이 기화하여 증기가 되어 연소하는 반응이다.
4. 확산연소
기체연료인 프로판 가스, LPG 등이 공기의 확산에 의하여 반응하는 연소를 증발연소와
분해연소가 여기에 속한다.
5. 자기연소(내부연소)
니트로 글리세린 등은 공기 중 산소를 필요로 하지 않고, 분자자신 속의 산소에 의해서
연소하는 반응이다.
6. 혼합가스 연소
기체연료와 공기를 알맞은 비율로 혼합(AFR) 하여, 혼합기에 넣어 연소하는 반응이다.
여기서 AFR(Air Fuel Ratio, 공기연료비)은 공기와 연료의 혼합비율을 말한다.
7. 공기비가 클 때 연소에 미치는 영향
① 연소실내의 연소온도가 저하한다.
② 통풍력이 강하여 배기가스에 의한 열손실이 많아진다.
③ 연소가스 중에 SO 의 함유량이 많아져서 저온부식이 촉진된다.
④ 불완전 연소가 일어난다.
8. 공기비가 작을 때 연소에 미치는 영향
① 불완전 연소가 되어 매연 발생이 심하다.
② 미연소에 의한 열손실이 증가한다.
③ 미연소 가스로 인한 폭발사고가 일어나기 쉽다.
9. 발화점에 영향을 미치는 인자
공기비, 산소농도, 열전달계수, 온도, 압력
10. 연소온도에 영향을 미치는 인자
연료의 저위발열량, 공기비, 산소농도, 열전달계수
11. 예혼합연소(혼합기연소)
가연성 기체를 미리 공기와 혼합시켜 연소하는 방식
12. 폭발
격렬한 연소의 한 형태로서 급격한 압력의 발생, 행방의 결과로서 격렬한 음향과
폭풍을 수반하는 팽창현상
13. 폭연
충격파가 음속보다 느린 경우, 가솔린과 공기혼합물이 1/300초 내에 완전연소하는
경우 압력은 수기압 정도이며 폭굉으로 발전할 수 있음
14. 폭굉
데토네이션이라고 하며, 가스중의 음속보다도 화염전파속도가 큰 경우.
(마하수 : 3~5배, 압력 : 15~40atm, 폭파속도 : 1,000~3,500m/s)
15. 폭굉유도거리(DID)
완만한 연소가 폭굉으로 발전하는 거리이다. 짧을수록 위험하다.
(정상연소 속도가 클수록, 관속에 장애물이 있거나 지름이 작을수록, 고압일수록,
점화원의 에너지가 강할수록 짧아진다)
2) 연료의 특징
1. 고체연료의 특징
(1) 장점
① 연소시 분무 등으로 인한 소음이 없다.
② 역화 또는 폭발 등 사고가 없다.
③ 수송이 편리하다.
④ 화염에 의한 국부가열을 일으키지 않는다.
(2) 단점
① 사용전 전처리가 필요하다.
② 발열량이 낮다.
③ 연소시 다량의 공기가 필요하다.
④ 연소 후 잔재물이 남는다.
⑤ 연소조절이 곤란하고 큰 열손실을 필요로 한다.
⑥ 연소시 매연 발생이 많다.
2. 액체연료의 특징
(1) 장점
① 연소 효율 및 열효율이 높다.
② 저장 및 운반이 용이하다.
③ 저장중의 변질이 적다.
④ 회분이 거의 없다.
⑤ 점화, 소화 및 연소의 조절과 계량, 기록이 비교적 용이하다.
⑥ 균일한 품질의 것을 구매할 수 있다.
(2) 단점
① 화재, 역화 등의 위험이 크며 연소 온도가 높기 때문에 국부 가열을 일으키기 쉽다.
② 사용버너의 종류에 따라서는 연소시에 소음을 발생한다.
③ 중질유는 많은 황분을 함유하고 있어 연소시 SO 를 발생시킨다.
3. 기체연료의 특징
(1) 장점
① 연소조절이 용이하다.
② 적은 과잉 공기로 완전연소가 된다.
③ 연소효율이 높다.
④ 회분 및 매연 등의 오염물 생성량이 거의 없다.
⑤ 황성분이 거의 없다.
⑥ 발열량이 매우 높다.
(2) 단점
① 저장이 곤란하다.
② 설비 및 연료가 많이 든다.
③ 다른 연료에 비해 방사열이 적다.
※ 수분이 많은 연료 : 점화가 어렵고 열효율 저하한다.
회분이 많은 연료 : 발열량이 낮고 클링커 발생으로 통풍력 저하
휘발분이 많은 연료 : 점화는 쉬우나 발열량 저하
고정탄소가 많은 연료 : 발열량이 높고 매연 감소, 연소속도가 늦어진다.
연료의 시험방법
1. 고체
① 시료채취 - 계통시료채취, 층별시료채취, 이단시료채취
② 수분측정 - (석탄 107±2℃, 코오크스 150±5℃)감량된 무게로 측정
③ 석탄의 고정탄소% = 100-{수분%+회분%+휘발분%} → 항습베이스
④ 코오크스의 고정탄소% = 100-{회분%+휘발분%} → 무수베이스
⑤ 원소분석 - 탄소, 황, 질소, 인, 수소, 산소
2. 액체
① 황분측정법 : 램프식(용량법, 중량법), 봄브식, 연소관식(공기법, 산소법)
② 인화점 : 팬스키미아텐스식, 에맬펀스키식, 크리메란드식, 타크식 산화에 의한
온도상승을 측정
③ 착화점 - 산화에 의한 탄산가스 생성을 측정, 산화에 의한 중량변화를 측정
3. 기체
① 비중측정 : 유출법, 분젠시링법, 라이트법
[유출법] 그래함 법칙 : 유출속도는 밀도의 평반근에 반비례한다. 즉, 유출시간은
가스밀도의 평반근에 비례한다.
② 시료채취
ㆍ1차여과기 : 내열성이 좋고, 제진효과가 좋은 아람단이나 카보람단
ㆍ2차여과기 : 계기직전에 석면, 면, 유리솜
3) 연 소 계 산
고위발열량과 저위발열량
1. 고체 액체
(1) 고위발열량
8,100C+34,000
+2,500S(kcal/kg)
ㆍ고위발열량(Hh총발열량) : 연료가 연소될 때 연소가스 중에 수증기의 응축잠열을
포함한 열량
ㆍH = H -H = H +600(9H+W)
(2) 저위발열량
8,100C+28,600
+2,500S(kcal/kg)-600(9H+W)
ㆍ저위발열량(HL진발열량) : 연료가 연소될 때 연소가스 중에 수증기의 응축잠열을
뺀 열량
ㆍH =H -H (480) H -600(9H+W)
2. 기체
H = H +480(H +2CH +4C H +5C H
…)kcal/Nm
산 소 량
1. 액체 고체
V(부피) :
1.87C+5.6
+0.7S(m /kg)
W(질량) : 2.67C+8
+S(kg/kg)
2. 기체
H +
CO+2CH +2
C H +5C H +6
C H
-O (Nm /Nm )
공 기 량
1. 액체고체
V(부피) : 8.89C+26.67H+3.33S(m /kg)
W(질량) : 11.49C+34.5H+4.35(kg/kg)
2. 기체
(Nm /Nm )
연소생성 수증기량
1. 액체 고체
11.2H+1.25W(m /kg)
1.25×(9H+W)(m /kg)
2. 기체
H +2CH +4C H +5C H
(Nm /Nm )
공 기 비 (m)
m =
= 1+
=
=
=
A = mAo, 과잉공기율 % = (m-1)×100
연 소 가 스 량
1. 이론연소가스량
G = (1-0.21)A +생성가스량
여기서 G
: 이론건연소가스량
G
: 이론습연소가스량 → 생성수증기차
2. 실연소가스량
G+(m-0.21)A +생성가스량
여기서 G : 실연소가스량
G
: 실제습연소가스량 → 생성수증기차
※ G-G = 과잉공기
탄산가스최대량
CO max =
(완전연소시)
=
(불완전연소시)
※ 이론공기량으로 연소시 최대가 된다.
착화온도
ㆍ발열량이 클수록 감소한다.
ㆍ분자구조가 복잡할수록 감소한다.
ㆍ산소량 증가시 감소한다.
ㆍ압력이 높을 때 감소한다.
1. 탄소량 증가시
① 액체, 기체 연료의 발열량 감소, 매연증가
② 고체연료는 발열량 증가, 매연감소
2. 발화점에 영향을 미치는 인자
온도, 압력, 조성, 용기의 크기 및 형태(탄화수소에서 탄소수 증가시 감소한다)
3. 연소반응속도
① 활성화에너지가 작을수록 빨라진다.
② 분자의 충돌회수가 많을수록 반응온도가 높을수록(10℃ 상승에 따라서 2배씩 증가)
4) 단 위 해 설
1. 연소율(kg/m h)
화격자 단위면적에 1시간 동안에 연소시킬 때의 중량으로, 화격자 부화율이라고도
한다.
2. 열발생율(kcal/m h)
열손실 용적당 1시간에 발생하는 열량이며 연소시 열부하 또는 열발생율이라고도
한다.
3. 화격자 열발생율(kcal/m h)
화격자 단위면적당 발생하는 열량
4. 보일러 용량(kg/g)
단위시간당 발생시킬 수 있는 최대 증발량
5. 보일러효율
=
=
여기서 Gf : 시간당 연료 소비량(kg/h)
H : 저위발열량(kcal/h)
Ga : 시간당 증기발생량(kg/h)
Ge : 상당증발량(kg/h)
6. 전열면 열부하(kcal/m h)
전열면 1m 당 시간당 통과열량
7. 보일러 마력
급수온도 37.8℃, 압력 4.9kg/cm 에서 시간에 13.6kg의 증기를 발생시키는 능력,
상당증발량으로 환산시 15.65kg/h
※ 보일러 마력 :
보일러 효율 :
=
c×
h
(
c : 연소효율,
h : 전열효율)
A급 | 일반화재 | 백색 | 주수기 |
B급 | 유류화재 | 황색 | 포말소화기 |
C급 | 전기, 가스 | 청색 | 분말소화기 |
D급 | 금속화재 | X | 건조사 |
LPG화재시 = 중탄산소오다, 분말소화기 |
|
|
|
8. 화재, 소화
5) 전 열
열의 이동을 전열이라고 한다. 단위시간에 열이 이동하는 양, 즉 전열량은 온도차에
비례하고 열저항에 반비례한다. 열은 온도차에 의해 이동하고 열의 이동에는 저항이
있으며, 이 저항을 이겨내고 열이 이동하기 위해 온도차가 필요하다.
Q ∝
여기서 Q : 전열량
: 온도차
W : 열저항
1. 전도(Conduction)
고체내부에서의 열의 이동을 말한다.
(1) 열전도율(
: kcal/mh℃)
1변이 1m의 입방체의 4면을 단열하여 나머지 2변을 온도차 1℃로 할 때 1시간 동안
양면간을 흐르는 열량
(2) 시간당 전열량(kcal/h)
전열면적(m )과 온도차(℃)에 비례하고 길이(두께 : m)에 반비례한다.
Q =
ㆍFㆍ
여기서 Q : 시간당 전열량(kcal/h)
t : 고체의 고온측의 온도(℃)
l : 길이(m)
F : 전열면적(m )
t : 고체의 저온측의 온도(℃)
=
=
= kcal/mh℃
2. 전달
유체와 고체간의 열의 이동
(1) 열전달율(표면전열률, 격막계수, a : kcal/m h℃)
1변 1m의 표면에 1℃의 유체와의 사이에 1시간 동안 전달되는 열량
(2) 시간당 전열량(kcal/h)
Q = aㆍFㆍ(t -t )
a =
= kcal/m ℃
여기서 Q : 시간당 전열량(kcal/h)
t : 유체의 온도(℃)
F : 전열면적
a : 열전달율(a : kcal/m h℃)
t : 고체표면의 온도(℃)
3. 통과
고체를 사이에 둔 유체간의 열의 이동
(1) 열통과율(열관류율, 전열계수 : K, kcal/m h℃)
고체를 사이에 둔 양 유체간의 평균온도차가 1℃인 경우 1m 의 면적에 1시간동안
통과하는 열량
(2) 시간당 전열량(kcal/h)
전열면적(m )과 온도차(℃)에 비례한다.
Q = KㆍFㆍ
tm
K =
= kcal/m h℃
여기서 Q : 시간당 전열량(kcal/h)
K : 열통과율(kcal/m h℃)
: 평균온도차(℃)
[평균온도차 (
)]
ㆍ산술평균온도차
4. 이상기체의 내부에너지는 온도만의 함수
ㆍdH = C dT
ㆍdU = C dT(C = C +AR)
6) 냉동사이클
1. Pi 선도
P
c b
d a
i
① a→b 압축과정(저온 저압의 증기가 고온 고압의 과열증기가 된다)
② b→c 응축과정(고온 고압의 증기가 고온 고압의 액이 된다)
③ c→d 팽창과정(고온 고압의 액이 저온저압의 액이 된다)
④ d→a 증발과정(저온 저압의 액이 저온 저압의 증기가 된다)
※ 열-흡수 : 증발기
열-방출 : 응축기
등엔탈피과정 : 팽창시
등엔트로피과정 : 압축시
냉동기효율 COP =
2. P-V 선도 P Q
① 1→2 : 단열팽창 1 4
② 2→3 : 등압흡열 단열 단열
③ 3→4 : 단열압축 팽창 압축
④ 4→1 : 등압방출 2 Q 3
3. T-S선도
T 1
2
3 4
S
① 4→1 : 등온압축
② 2→3 : 등온팽창
4. 랭킨사이클
2
터빈
보일러 3
펌프 4
복수기
=
×100 1 2
4
[예제] 30kg/cm 의 건조포화증기를 배기압 0.5kg/cm 까지 작용시키는 랭킨사이클에서
이론적 효율?
ㆍ과열증기의 엔탈피 : 670kcal/kg
ㆍ0.5kg/cm 의 포화수의 엔탈피 : 81kcal/kg
ㆍ0.5kg/cm 의 단열팽창시킨 증기의 엔탈피 : 513kcal/kg
ㆍ효율 =
5. 오토사이클
= 1-
= 1-
[예제] 오토사이클에서 압축비가 5일 때 열효율은 몇 %인가?
(단, 비열비 : 1.4, 압축비 : 5)
1-5
= 0.475 = 47.5%
6. 냉동기 성적 계수
=
=
=
7. 열펌프 성적 계수
=
=
=
8. 열효율
=
=
여기서 Q : 증발기에서 흡수한 열량(kcal)
Q : 응축기에서 방출한 열량(kcal)
Aw : 압축기에서 소비한 열량
T : 증발온도( K)
T : 응축온도( K)
ㆍ단열압축시 : 엔트로피 일정
ㆍ단열팽창시 : 엔탈피 일정
= K C = C +AR
9. 비열비(K)
정압비열과 정적비열의 비
K =
> 1
10. 일
힘×힘이 작용한 방향으로 움직인 거리 [kgfㆍm] F.L
11. 동력
단위시간마다 한 일의 비율(공률)
= 일/시간 = 힘×거리/시간 = 힘×속도
동력의 단위 : HP, PS, kW, kgㆍm/s, ftㆍ1b/s
ㆍ1PS(meter계) = 75kgㆍm/sec = 0.7355kW = 632.5kcal/h
ㆍ1HP(영국계) = 76kgㆍm/sec = 0.7457kW = 641.6kcal/h
ㆍ1kW(SI계) = 102kgㆍm/sec = 1.36HP = 860kcal/h
ㆍ1W = 1J/s = 10 erg/s
7) 위험 및 운전성 평가(Hazard and Operability-HAZOP)
1. 설명
공정에 존재하는 위험요소들과 공정의 효율을 떨어뜨릴 수 있는 운전상의 문제점을
찾아내어 그 원인을 제거하는 정상적인 안전성 평가기법
2. 구간의 분리
장치의 경계, 격리된 밸브, 압력방출밸브의 출구, 부지의 경계, 공정장치, 목적을
변경하는 곳, 프로젝트가 끝나는 지점.
① 특수변수 - 유량, 온도, 압력, 조성
② 일반적 변수 - 시험, 계측, 압력배출, 부식, 유틸리티, 운영
3. 정압기의 추가보완책
운전 및 보수절차에 대한 훈련 및 교육강화, 가스누설 경보감지기의 2중설치,
RTU 유지관리 개선, 정압기 보수점검 프로그램
이상위험도 분석 (Failure Modes, Effects&Criticality Analysis=RMECA)
공정 및 설비의 고장의 형태 및 영향, 고장 형태별 위험도 순위등을 결정하는 기법
1. 고장영향분석(FMEA : Failure Modes & Effects Analysis)
① 서브 시스템 위험분석이나 시스템 위험분석을 위하여 일반적으로 사용되는
전형적인 정성적, 귀납적 분석기법으로 시스템에 영향을 미치는 모든 요소의
고장을 형태별로 분석하여 그 영향을 검토하는 것이다.
② 개로 또는 개방고장, 폐로 또는 폐쇄고장, 기동고장, 운전계속의 고장,
오동작고장 등
2. 고장형태와 영향 해석
항목은 기계계, 유체계, 전기계 등으로 나눈다. 여기에 항목간의 접속 부분 고장형태도
고려한다.
① 전기계 - 개방, 잡음, 단락, drift, 입출력 불량, 절연불량 등
② 유체계 - 누설, 부식, 폐쇄 등
3. 고장등급의 평가
각 항목의 고장형태가 어느정도 치명적인가를 종합적으로 평가, 중요도 혹은 치명도 C
C = C ㆍC ㆍC ㆍC ㆍC
여기서 C : 고장영향의 중대도
C : 고장의 발생빈도
C : 고장검출의 곤란도
C : 고장방지의 곤란도
C : 고장시정시간의 여유도
4. 고장영향의 중대도 평가(C 평가)
① 위험등급 I (치명적) : 시스템이나 기기의 완전한 손실, 인원의 사망을 야기하는
고장
② 위험등급 II (중대적) : 임무수행이 불가능하게 될 시스템, 기기의 손실,
인원의 중증을 야기하는 고장
③ 위험등급 III (한계) : 임무수행기능 저하를 초래하는 경미한 기기손실,
사람 경상을 야기하는 고장
④ 위험등급 IV (무시가능) : 기기의 손해, 인원부상의 야기 정도는 아니지만
보수, 수리를 요하는 경미한 고장
5. 고장 형태 발생빈도의 평가(C 평가)
① 레벨 A : 운용기간 내에 대단히 자주 일어난다. 발생확률 0.2 이상
② 레벨 B : 보통 일어날 수 있다. 발생확률은 0.1~0.2
③ 레벨 C : 작지만 때때로 일어날 수 있다. 발생확률은 0.1~0.01
④ 레벨 D : 드물에 일어난다. 발생확률은 0.01~0.001
⑤ 레벨 E : 일어나기 어렵다. 발생확률은 0.001 이하
안전관리체계
SMS(Safety Management System)는 안전관리 활동 전반에 존재하는
위해 요인을 찾아내 그 성격을 분석 평가하고 사전에 필요한 조치를 강구함으로써
사고를 근원적으로 예방하기 위한 제도
1. 안전성평가서
공정위험특성, 잠재위험의 종류, 사고빈도 최소화 및 사고시의 피해 최소화
대책, 안전성 평가 세부 내용, 안전성평가 수행자 명단
2. 안전운전계획
안전운전지침서, 설비점검 검사 및 보소 유지계획 및 지침서 안전작업허가,
협력업체 안전관리계획, 종사자의 교육계획, 자체검사 및 사고조사계획,
변경요소 관리계획
3. 안전성평가기법
(1) 체크리스트법
공정 및 설비의 오류, 결함상태, 위험상황 등을 작성하여 경험적으로 비교함으로써
위험성을 정성적으로 파악하는 기법
(2) 결함수분석(FAT)법
결함수분석(fault tree analysis) 기법은 사고를 일으키는 장치의 이상이나 운전자
실수의 조함을 연역적으로 분석하는 정량적 평가기법이다.
(3) 사건수분석(ETA)법
사건수분석(Event Tree Analysis) 기법은 초기사건으로 알려진 특정한 장치의
이상이나 운전자의 실수로부터 발생되는 잠재적인 사고결과를 평가하는 정량적
평가기법이다.
(4) 상대위험 순위결정 기법
상대위험 순위결정(Dow And Indices) 기법은 설비에 존재하는 위험에 대하여
구체적으로 상대위험 순위를 지표화하여 그 피해정도를 나타내는 상대적 위험 순위를
안전성평가기법을 말한다.
(5) 작업자 실수분석(HEA) 기법
작업자 실수분석(Human Error Analysis) 기법은 설비의 운전원, 정비보수원, 기술자
등의 작업에 영향을 미칠만한 요소를 평가하여 그 실수의 원인을 파악하고 추적하여
정량적으로 실수의 상대적 순위를 결정하는 안전성평가기법을 말한다.
(6) 사고 예상질문 분석 기법
사고 예상질문 분석(WHAT-IF) 기법은 공정에 잠재하고 있으면서 원하지 않는 나쁜
결과를 초래할 수 있는 사고에 대하여 예상질문을 통해 사전에 확임함으로써 그 위험과
결과 및 위험을 줄이는 방법을 제시하는 정상적 안전성평가기법을 말한다.
(7) 위험과 운전분석(HAZOP) 기법
위험과 운전분석(Hazard And Operablity Studies) 기법은 공정에 존재한 위험
요소들과 공정의 효율을 떨어뜨릴 수 있는 운전상의 문제점을 찾아내어 그 원인을
제거하는 정상적인 안전성평가기법을 말한다.
(8) 이상위험도 분석(FMECA) 기법
이상위험도 분석(Failure Modes, Effects, and Criticality Analysis) 기법은
공정 및 설비의 고장의 형태 및 영향, 고장형태별 위험도 순위 등을 결정하는
기법을 말한다.
(9) 원인결과 분석(CCA) 기법
원인결과분석(Cause-Consequence Analysis, CCA) 기법은 잠재된 사고의 결과와
이러한 사고의 근본적인 원인을 찾아내고 사고 결과와 원인의상호관계를 예측ㆍ평가
하는 정량적 안전성 평가기법을 말한다.
연소 방식의 분류
기체 연료의 연소 방식은 버너 연소와 용기내 연소로 크게 나누어 진다. 전자는 정상적인 정지화염을 만드는 것을 목적으로 하고, 후자는 이동 또는 전파화염에 의해 용기속에 봉입된 가연혼합기를 연소시키는 것을 목적으로 하고 있다.
또한 연소방식을 다른 관점에서 분류하면, 예혼합 연소, 부분 예혼합 연소, 확산연소 등으로 나뉜다. 예혼합연소는 연료와 공기를 균등한 질로 혼합한 다음 연소시키는 것으로, 화염이 예혼합기 속을 자력으로 전파하는 것이 큰 특색이다. 이에 대해 확산 연소는 연료류와 공기류, 도는 연료 가스 덩어리와 공기 덩어리와의 경계에서 연료와 산소사 접촉함으로써 연소하는 것으로, 따라서 이 화염에는 전파하는 성질이 없다. 부분 예혼합 연소는 양자의 중간에 위치하며, 연료를 가연소 밤위 밖의 과농혼합기로 대치한 것이다.
화염 부근의 가스 흐름이 흥류나 난류냐에 따라 층류 연소와 난류 연소로 나뉜다. 흐름이 층류에서 난류로 바뀌면, 화염의 성질이 크게 변화하여 화염대 두께가 증가함과 동시에 예혼합연소에서는 화염의 전파속도가 가속되고, 확산 연소에서는 화염 단위 면적당의 연소율이 높아 진다. 이상 세 종류의 분류를 정리하면 다음과 같다.
상특성 | 전파특성 | 혼합특성 | 유동특성 |
균일연소 | 버너 연소 | 예혼합 연소 부분예혼합연소 | 층류연소 |
불균일 연소 | 용기내 연소 | 확산연소 | 난류연소 |
층류 예혼합 화염의 구조
가장 전형적인 층류 예혼합화염은 분젠버너에 의해 만들어지는 일그러지지 않는 원추형 화염인데 대기압하에서는 그 두게가 0.01~0.1mm로 매우 얇다. 화염의 법선 방향으로 x축을 잡고 x축을 따라서의 온도와 가스 조성의 분포 상황을 도시하면 그림과 같다.
미연소 혼합기의 속도는 Su, 온도 Tu 로 화염대로 들어가고, 속도 Sb, 온도 Tb로 화염대를 빠져 나간다. Tb는 단열 평현 연소 가스의 온도와 비슷하나 연소가스가 화염대 출구에서 완전하게 평형 상태에는 이르지 못하고, 또한 복사 손실이 있어 그 만큼 온도가 낮아진다. 온도곡선에서는 변곡점이 존재하나 변곡점 좌측은 반응으로 인한 발생 열량이 현열의 증가분을 밑돌고 있어, 미연소 혼합기가 우측 반응대로부터 열공급을 받아 예열되는 예열대로 볼수 있다.
한편 반응 물질(산소 또는 연료)의 농도는 예열대에서는 주로 분자 확산에 의해, 반응대에서는 화학 반응과 분자 확산에 의해 농도가 저하되고, 출구에서는 대략 평형 연소가스 조성에 도달한다. 중간 생성물의 농도는 반응대 중간 정도에서 피크를 이루어 거의 반응 속도에 대응하고 있다.
온도 곡선의 뱐곡점의 온도 Tu는 착화 온도라고 하나, 착화 온도 측정에 의한 측정값과는 다르며, 그 보다 꾀 높은 값이다. 화염대 출구의 압력차 (Pu-Pb)는 Pu의 1% 이하로서 거의 정압 과정으로 볼 수 있다.
연소 속도와 화염전파 속도
위의 그림과 같은 구조의 화염은 열전도나 분자확산과 급속한 화학 반응을 원동력으로 하여자력으로 전파하는 성질을 가지고 있다.
여기서 정지공간(관찰자)에 상대적인 화염의 이동 속도를 화염전파 속도라고 하며, 화염 전방(상류)의 미연소 혼합기에 상대적인 화염전파 속도의 화염면 법선 방향의 분속도를 연소 속도라고 한다.
연소 속도는 반위 면적의 화염면이 단위 시간에 소비하는 밍녀소 혼합기의 체적(부피)이라고 정의를 고치는 편이 이해하기 쉽다. 화염 전파속도가 연소 가스의 유동이나 화염 형상의 영향을 받는데 대해서 층류예혼합화염의 연소 속도는 연료의 종류와 혼합기의 조성, 온도, 압력에 대한 고유값을 가지며, 이것을 층류 연소 속도라 한다.
층류연소속도의 측정법은 여러가지가 고안되어 있으나 비교적 널리 이용되는 방법으로는 1. 슬롯 버어너 법, 2. 비누 거품법, 3. 평면 화염 버어너 법, 4. 쌍화염핵법, 5. 분제 버너어법 등이 있다.
슬롯 버어너법은 가로 세로의 비가 3 이상인 장방형 노즐로부터 본합기를 분출시켜 텐트 모양의 화염을 만드는 것으로서, 긴 변쪽 중앙부에서의 흐름의 모양을 그리면 아래 그림과 같다. 연소 속도는 미연소 혼합기류의 법선 방향 속도가 Su 가
이므로 미연소 혼합기의 유속 Uu[m/s], 및 유선과 화염면을 이루는 각 a 를 측정하면 연소 속도가 결정된다.
분젠 버어너법에 있어서도 같은 방법으로 연소속도를 결정할 수 있으나, 단위 화염, 단위 면적당 소비되는 미연소 혼합기의 부피라는 제2의 연소 속도의 정의를 사용하여,
Su=V/Af [m/s]
에서 연소 속도를 결정하는 것이 보통이다. 여기서 V는 미연소 혼합기의 체적 유량[m3/s], Af는 화염의 사진에서 축회전면으로 계산된 화염 면적[m2]이다. 15~20%의 오차가 생기기는 하나 손쉽게 높은 연소 속도를 측정 할 수 있어 편리하다.
위 그림은 1.~5.의 여러가지 방법으로 측정된 층류 연소 속도의 값을 나타낸 것이다. 메탄, 에틸렌, 프로판 등의 탄화수소계 연료에는 당량비 1.1 부근에 연소 속도의 피크가 오나, 일산화탄소나 수소의 경우에는 당량비 2 이상인 곳에 피크가 온다. 이와 같은 여소 속도의 변동은 단열 평형 가스 온도의 변동과 매우 잘 대응하고 있다. 따라서 미연소 혼합기의 온도를 높이면(혼합기 예열) 간열 평형 연소가스 온도가 상승하여 연소속도도 증가한다. 또한 공기의 산소 분압을 높이는 경우도 연소 속도는 빨라진다.
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이론산소량 계산 (고체 액체 연료의 연소 계산에 적용)
이론산소량은 완전연소(이론적 100%)시 필요로 하는 산소량을 말한다.
계산시 연료중의 산소량은 반드시 제외한다.
모든 연료는 연료 내에 함유된 C, H, S만 연소, 산화된다.
연료성분과 산소 비율 | 산소의 부피 | 산소의 무게 |
C:O2=12:22.4Sm3(32kg) H2:1/2O2=2:11.2Sm3(16kg) S:O2=32:22.4Sm3(32kg) | (22.4/12)xC -> 1.867C (11.2/2)xH -> 5.6H (22.4/32)xS -> 0.7S | (32/12)xC -> 2.667C (16/2)xH -> 8H (32/32)xS->S |
이론산소량 부피(Sm3) = 산소량(Sm3) - 연료중 산소량(Sm3)
Oo(Sm3/kg)=1.867C+5.6H+0.7S-0.7O
이론산소량 무게(kg)=산소량(kg) - 연료중 산소량(kg)
Om(kg/kg)=2.667C+8H+S-O
이론공기량 계산
이론 산소량을 기준하여 계산한다.
공기중 산소의 부피비는 21%(0.21), 무게비는 23.3%(0.232) 이다.
이론 공기량 부피(Sm3)=이론산소량(Sm3)x1/0.21
A0(Sm3/kg)=1/0.21 x(1.867C + 5.6H + 0.7S -0.7O)
이론 공기량 무게(kg) = 산소량(kg) x 1/0.232
Ao(kg/kg) = 1/0.232 x (2.667C + 8H + S -O)
이론 가스량 계산
공기중의 질소는 모두 배기가스에 포함된다. 공기중 질소의 부피비는 79%(0.79), 무게비는 76.8%(0.768) 이다.
이론 가스량 = 이론공기중 질소량 +CO2 + H2O + SO2 + 기타
C,H,S 는 연소하여 CO2, H2O, SO2 로 된다. 질소와 수분(H2O)은 그대로 배기 가스로 나온다.
연료 성분의 연소 반응 | 생성물의 부피 | 생성물의 무게 |
C->CO2=12:22.4Sm3(44kg) H2->H2O=2:22.4Sm3(18kg) S->SO2=32:22.4Sm3(64kg) N2->N2=28:22.4Sm3(28kg) H2O->H2O=18:22.4Sm3(18kg) | (22.4/1)xC -> 1.867C (22.4/2)xH ->11.2H (22.4/32)xS ->0.7S (22.4/28)xN-> 0.8N (22.4/18)xW -> 1.24W | (44/12)xC -> 3.667C (18/2)xH -> 9H (64/32)xS -> 2S (28/28)xN -> N (18/18)xW -> W |
이론 가스량 부피(Sm3) = 이론 공기중 질소량(Sm3) + 기타 연소생성물
Gow(Sm3/kg)=(1.0.21)A0+1.867C+11.2H+0.7S+0.8N+1.24W
이론가스량 무게(kg)=이론공기 중 질소량(kg)+ 기타 연소생성물
Gow(kg/kg)=(1-0.232)Am+3.667C+9H+2S+N+W
이론건조 가스량=이론가스(습)량 - 연소 가스 중 수분
실재 가스 계산
실재 가스량=이론가스량+과잉공기량
과잉공기량=(m-0.21)A0 (여기서 m: 공기비)
기체 연료의 경우는 연소반응식을 작성하여 위의 계산 형태로 푼다.
공기비 계산 (공기비 = 등가비의 역수)
완전 연소시(CO
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