[논문]실온에서 건조된 리기다 소나무와 밤나무의 연소특성

정영진; 진의

실온에서 건조된 리기다 소나무와 밤나무의 연소특성
Combustion Chracteristics of the Pinus rigida and Castanea savita Dried at Room Temperature 원문보기

한국화재소방학회 논문지= Fire science and engineering, v.24 no.3, 2010년, pp.86 - 92

정영진 (강원대학교 소방방재공학과) , 진의 (강원대학교 소방방재연구센터)

초록
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건자재로서 나무 결함중의 하나는 화재에 대한 취약성이다. 본 연구의 목적은 한국에서 자란 리기다 소나무와 밤나무의 연소성질을 시험하는 것과 건자재로서의 사용에 대한 바람직한 특성을 알아내는 것이다. 콘칼로리미터(ISO 5660-1)는 열방출율과 CO, $CO_2$ 발생과 연기차폐와 같은 연기지수를 측정하는 데 이용되었다. $50kW/m^2$의 외부 열유속하에서 밤나무의 평균열방출율($HRR_{mean}$)은 소나무의 평균열방출율 $68.5kW/m^2$과 비교하여 $70.4kW/m^2$을 나타내었다. 게다가 총열방출율(THR)은 밤나무($120.8MJ/m^2$)가 소나무($81.9MJ/m^2$)보다 높게 나타났다. 이들 결과는 시험된 나무종의 체적밀도에 의존된다. 밤나무는 소나무에 비하여 높은 $CO_{mean}$ 수율과 높은 CO/$CO_2$ 수율을 나타내었다.

Abstract ▼ AI-Helper

One of the limitation of wood as building materials is its flammability. The purpose of this paper is to examine the combustion properties of the Pinus rigida and Castanea savita which are grown in Korea and meet the desirable characteristics for use of construction materials. The cone calorimeter (ISO 5660-1) was used to determine the heat release rate (HRR) and fire smoke index, as well as CO and $CO_2$ production and smoke obscuration. The $HRR_{mean}$ of the Castanea savita and Pinus rigida at $50\;kW/m^2$ of radiant heat flux was $70.4\;kW/m^2$ and $68.5\;kW/m^2$. Furthermore, the THR of Castanea sativata was 120.8 MJ/kg and it was higher than the THR of Pinus rigida ($81.9\;MJ/m^$). These results are depend on the bulk density of tested wood species. The Castanea savita has high $CO_{mean}$ yield and high CO/$CO_2$ yield compared with that of Pinus rigida.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

즉, 40kW/m2 미만의 열유속(heat flux)하 에서 백열을 관찰하였고, 40kW/m2 초과의 열유속하에서 불꽃연소를 관찰하였다. 그리고 lOkW/m2 열유속하 의 노출로 부터 2시간 이내의 시간에서 백열착화의 발생을 보고하였. Mikkola는 상록교목(spruce)에 대하여 50kW7m2의 열유속하에서 탄화속도를 측정하였다.
본 연구의 목적은 선행된 리기다 소나무와 밤나무의 연소특성에 대하여 시험조건의 변화즉, 자연 건조된 목 재에 함유된 수분함량 및 체적밀도의 변화로 인한 확 장된 연장선상의 열방출율 및 연기발생 관련 지수를 측정하여 이들의 연소특성을 고찰하였다.

제안 방법

본 연구에서 선정된 시료는 콘칼로리미터에 수평으로 설 치하고 외부 점화장치를 부착한 상태로 50kW/m" 복사열에 수십분 동안 노출시켜 착화되는 시간과 착화 된 시료로부터 열방출율 및 연기관련 지수를 구하였다.
Boonme와 Quintiere는 콘칼로리미터를 이용하여 목재가 복사열유속에 노출될 때 목재의 백열과 붓꽃착화를 연구했다. 즉, 40kW/m2 미만의 열유속(heat flux)하 에서 백열을 관찰하였고, 40kW/m2 초과의 열유속하에서 불꽃연소를 관찰하였다.
연소특성은 콘칼로리미터(ISO 5660-1)를 이용하여 다음 주 성질을 결정하는데 사용하였다" 열방출율(HRR), CO와 CO2 생산과 연기차폐와 같은 화재연기지수(EN13823).Dual cone calorimeter(Fire Testing Technology)에 의한 열방줄율 즉정은 대부분의 유기재료가 연소 중에 산소 1kg이 소비되면 약 13.1MJ의 열이 방출되는 산 소소비 원리를 바탕으로 하고 있다9)설정한 복사열 에 노출된 시편이 착화되어 연소될 때의 열방출율은 연소 생성물 흐름속의 산소 농도와 유속으로부터 유도 된 산소 소비량을 측정하여 평가하였다. 재료의 연소 로 인한 열방출율과 단위면적당 열방출량은 식 (1)과 (2)에 의하여 계산된다.
시험은 ISO 5660-1 표준으로 지 속적인 불꽃 연소가 시작된 때부터 30분간 경과 후에 종료하였으며, 추가로 2분간의 데이터 수집시간을 부 여하였다. 모든 연소시험은 그 들의 재현성을 보증하기 위하여 3번씩 수행하였다.
시험목재는 침엽수인 리기다 소나무와 활엽수인 밤 나무로서 경기도 용인소재 지역 농가에서 직접 얻었다. 이 수종들은 3.5년 동안 자연건조 시켰으며, 시편의 체 적밀도는 시험하기 전에 부피와 무게를 측정하여 계산 하였다.
Boonme와 Quintiere는 콘칼로리미터를 이용하여 목재가 복사열유속에 노출될 때 목재의 백열과 붓꽃착화를 연구했다. 즉, 40kW/m2 미만의 열유속(heat flux)하 에서 백열을 관찰하였고, 40kW/m2 초과의 열유속하에서 불꽃연소를 관찰하였다. 그리고 lOkW/m2 열유속하 의 노출로 부터 2시간 이내의 시간에서 백열착화의 발생을 보고하였.
한국에서 자란 리기다 소나무와 밤나무 종의 열방출 율, 연기발생 및 CO/CO2 관련지수를 측정하였다

대상 데이터

연소특성은 콘칼로리미터(ISO 5660-1)를 이용하여 다음 주 성질을 결정하는데 사용하였다" 열방출율(HRR), CO와 CO2 생산과 연기차폐와 같은 화재연기지수(EN13823).Dual cone calorimeter(Fire Testing Technology)에 의한 열방줄율 즉정은 대부분의 유기재료가 연소 중에 산소 1kg이 소비되면 약 13.
시험목재는 침엽수인 리기다 소나무와 활엽수인 밤 나무로서 경기도 용인소재 지역 농가에서 직접 얻었다. 이 수종들은 3.

이론/모형

콘칼로리미터 시험은 현재 실제 화재 조건을 가장 잘 모사한 시험방법으로서 일정량의 공기를 공급하면 서 재료의 연소성을 정확하게 평가할 수 있는 동적방법(dynamic method)이다. 실험방법은 ISO 5660-1에 따라 실시하였고, 10mm 시편을 100mm x 100mm(- o2mm) 정사각형으로 절단하고 온도 23 ±2℃, 상대습도 50 ±5%에서 항량이 될 때까지 유지한 다음 알루미늄 호일로 비노출면을 감싼다. 시험에 앞서 콘히터의 열량이 설정값 ±2% 이내, 산소분석기의 산소농도가 20.

성능/효과

1. 리기다 소나무와 밤나무의 HRRjgne 각각 68.5kW/ m2, 70.4kW7m2로 측정되었다. 그리고 THRe 밤나무 (120.
2. 리기다 소나무와 밤나무의 TT1는 각각 15초, 34 로 측정되었다. 이것은 밤나무의 TTI가 소나무의 그것보다 높은 것으로서 각각의 TTI와 체적밀도가 비례관계가 성립됨을 알 수 있었다.
유효연소열 (EHC)은 한 가지의 분해형태를 갖는 균일한 시편의 연소시간 동안의 상수로서 이론적인 순연소열의 값보다 적다.26) 한 가지 이상의 분해형태를 갖는 재료나 복합재료 또는 비균일한 재료의 유효연소열은 반드시 일정하지는 않다. Table 2에 나타낸 리기다 소나무의 EHC는 17.
3. 밤나무는 리기다 소나무에 비하여 높은 COgm 수 율(0.0882kg/kg)과 높은 C0/CO2 수율(0.0538)을 방출 하였다. 그러나 밤나무는 낮은 SEAmean(31.
3. 유효연소열(EHC)은 리기다 소나무(17.00MJ/kg)가 밤나무(15.82MJ/kg)보다 높게 나타났다. 이것은 리기다 소나무의 휘발성 성분인 다량의 테르핀류 방출 때문으 로 판단된다
4. 밤나무는 비교적 높은 COmml 수율(0.0882kg/kg) 때문에 연소시 리기다 소나무와 비교해서 인체에 더욱 위험한 나무 종으로 판단된다
5. 위에서 살펴본 바와 같이 리기다 소나무는 화재 에 취약한 면이 있고, 밤나무는 화재 시에 일부 강한 면이 있으나, 유독성 물질이 비교적 많이 발생하였다.
Table 2는 실험에 사용된 목재들의 연소특성을 나타낸 것이다. 50kW/n2의 외부 열원에서 시험한 수종의 평균열 방출율, HRRmeane 리기다 소나무(68.516加2)와 밤나 무(70.4kW/n2)가 근소한 차이를 나타내었다. 그러나 최 대열방출율, HRRpeak는 밤나무(411.
숯은 산소가 연소대에 쉽게 접근하는 것을 허용하지 않기 때문에 목재의 연소 속도를 감소시킨다.7)또한 목 재의 탄화속도는 목재의 열분해와 열발생의 상호작용 에 영향을 받으며, 이들은 목재의 종류, 밀도, 수분함 량, 열 침투성, 열적특성과 같은 많은 변수들의 함수이다.&9)
228)그러나 이외에도 숯생성은 기타 많은 변수들과의 함수관계가 있는 것이 설득력이 있다고 판단된다.7, 82)리기다 소나무는 일반 침엽수의 리그닌 함량에 의한 연소보다는 일반적으로 잘 알려진 휘발성 물질인 다량의 테르핀류에 의하여 지배적인 연소반응 이 이루어지는 것으로 판단된다.
시간이 지 남에 따라 리 기 다 소나무는 약 360초에서 CO₂ 발생을 멈췄고, 밤나무는 이보다 긴 약 400초에서 CO2 발생을 멈추었다. 또 리기다 소나무는 320초에서 CO2 발생속도가 최대 로 나타났고, 밤나무는 355초에서 최대의 CO2 발생속 도를 나타내었다. 이것은 리기다 소나무가 테르펜류의 많은 휘발성 물질을 함유하고 있고, 그의 체적밀도가 낮으므로 인하여 연소속도가 빨라졌음을 의미한다.
47kW/m2)보다 높게 나타났다. 또한 리기다 소나무와 밤나무는 HRRpeak에 도달된 시간이 각각 320 초, 342초로 나타났다. 이것은 Table 1에 나타낸 바와 같이 밤나무의 체적밀도(725kg/n2)가 소나무의 체적밀 도(489kg/m3)보다 크기 때문인 것으로 보인다.
리기다 소나무와 밤나무의 TT1는 각각 15초, 34 로 측정되었다. 이것은 밤나무의 TTI가 소나무의 그것보다 높은 것으로서 각각의 TTI와 체적밀도가 비례관계가 성립됨을 알 수 있었다.

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