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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 어린이집 화재 재현실험을 통하여 화재 위험성 평가 및 열·연기의 거동특성을 파악하여 어린이집 화재 안전계획 수립의 기초자료로 활용하고자 한다.
- 본 연구에서는 화재 시 대형 인명사고를 유발할 위험성이 높은 어린이집을 대상으로 화재 위험성을 평가하였다. 본 연구를 통하여 얻은 결론을 다음과 같이 정리할 수 있다.
제안 방법
- 1. 화재 발생 약 1분 후 주출입구 부근 복도에서 연기가 1.4 m 높이까지 하강하였다.
- 실험공간의 연기 거동을 촬영하기 위하여 CCTV를 2대 설치하였다. 1층 복도에서의 연기 거동을 촬영하기 위하여 1층 복도 끝에 설치하였으며, 계단실에서의 연기 거동을 측정하기 위하여 2층 계단 상부에 1대의 CCTV를 설치하였다.
- 1층 복도의 화재실 입구 위치(T2)와 주출입구 부근(T5)에서 수직으로 열전대를 설치하여 시간 경과에 따른 온도를 측정하였다. 2.
- 6 m 높이에 설치하였다. 계단실에 3개의 열전대를 설치하여 온도변화를 측정하였으며 옥상 출입문 10 cm 아래 위치에 열전대를 설치하였다. 각 열전대의 설치위치를 Figure 2에 표시하였다.
- 계단실에서의 온도 변화를 측정하기 위하여 천장 아래 20 cm 떨어진 위치 및 옥상 출입문 아래 10 cm 떨어진 위치에 열전대를 설치하여 온도 변화를 측정하였다. 이를 Figure 12에 나타내었다.
- 본 연구에서는 재건축 예정지에 위치한 어린이집에서 화재 재현실험이 실시되었다. 실험대상 어린이집은 2층으로 이루어져 있으며, 각 층의 연면적은 약 252 m2이다.
- 실험대상 어린이집의 벽체는 콘크리트로 구성되어 있으며, 천장은 목재 및 석고보드로 구성되어 있다. 실험으로 인한 건물 전체로 화재의 확산을 방지하기 위하여 실험 시 실내의 모든 가연물을 제거하고 실험을 실시하였다.
- 가연물로는 헵탄 36리터를 사용하였다. 한 변의 길이가 0.8 m인 정사각형 화원을 제작하여 사용하였으며, 개방된 공간에서 질량감소율을 측정하였다. 측정된 질량감소율을 이용하여 아래 식을 이용하여 열방출율을 계산하였다.
- 복도 끝에 설치된 CCTV에서 촬영한 영상을 Figure 3에 나타내었다. 화재 발생 약 30초 후 주 출입구 부근 복도에서 연층이 약 2.2 m 이하로 하강하였으며, 화재 발생 60초 후 약 1.4 m까지 하강하였다. 화재 발생 약 90초 후 1m까지 하강하였으며, 약 110초 후 바닥까지 연기가 하강하였다.
- 화재실험을 위하여 1층 주출입문과 옥상 출입문을 제외하고 비상출입문 및 창문은 합판을 이용하여 밀폐시켰다. 각 방의 모든 출입문을 개방시킨 상태에서 실험이 실시되 었다.
대상 데이터
- 1999년 6월 30일 경기도 화성군 씨랜드 청소년 수련원에서 화재가 발생하여 투숙 중이던 유치원생 23명이 숨지고 5명이 부상하는 참사가 발생하였다.
- 총 59개의 열전대를 설치하여 실험동안 실내의 온도 변화를 측정하였다. 1층 복도 및 출입구의 2.4 m 높이에 13개의 열전대를 설치하였다. 또한 복도공간 2개소(T2, T5) 에 높이에 따른 온도변화를 측정하기 위하여 각각 4개의 열전대(2.
- 가연물로는 헵탄 36리터를 사용하였다. 한 변의 길이가 0.
- 9 m)에 12개의 열전대(1층 8개, 2층 4개)를 설치하였다. 각 방에서의 온도 변화를 측정하기 위하여 총 23개의 열전대를 각 방 중앙의 2.4 m 및 1.6 m 높이에 설치하였다. 계단실에 3개의 열전대를 설치하여 온도변화를 측정하였으며 옥상 출입문 10 cm 아래 위치에 열전대를 설치하였다.
- 0 m) 총 8개의 열전대를 설치하였다. 각 방의 출입문 10 cm 아래 위치(높이 1.9 m)에 12개의 열전대(1층 8개, 2층 4개)를 설치하였다. 각 방에서의 온도 변화를 측정하기 위하여 총 23개의 열전대를 각 방 중앙의 2.
- 각 열전대의 설치위치를 Figure 2에 표시하였다. 각 위치의 열전대에서 5초 간격으로 데이터를 수집하였다.
- 4 m 높이에 13개의 열전대를 설치하였다. 또한 복도공간 2개소(T2, T5) 에 높이에 따른 온도변화를 측정하기 위하여 각각 4개의 열전대(2.2 m, 2.0 m, 1.6 m, 1.0 m) 총 8개의 열전대를 설치하였다. 각 방의 출입문 10 cm 아래 위치(높이 1.
- 실험공간의 온도 측정을 위하여 소선 지름 0.6 mm의 K타입 열전대를 사용하였다. 열전대의 측정범위는 −200℃~1200℃이며 −20℃~120℃ 구간에서 ±2℃의 오차를 가진다.
- 본 연구에서는 재건축 예정지에 위치한 어린이집에서 화재 재현실험이 실시되었다. 실험대상 어린이집은 2층으로 이루어져 있으며, 각 층의 연면적은 약 252 m2이다. 1층에 7개의 방이 있으며, 2층에 4개의 방으로 구성되어 있다.
- 실험대상 어린이집 전경을 Figure 1에 나타내었으며, 어린이집의 평면도를 Figure 2에 나타내었다. 실험대상 어린이집의 벽체는 콘크리트로 구성되어 있으며, 천장은 목재 및 석고보드로 구성되어 있다. 실험으로 인한 건물 전체로 화재의 확산을 방지하기 위하여 실험 시 실내의 모든 가연물을 제거하고 실험을 실시하였다.
- 열전대의 측정범위는 −200℃~1200℃이며 −20℃~120℃ 구간에서 ±2℃의 오차를 가진다. 열전대에 발생된 신호는 Agilent 34970A Data Acquisition Unit과 Agilent 34901A 채널을 통해 수집되었다. 데이터 수집 장치의 각 채널에서 수집된 데이터는 RS232를 통해 PC로 전송된다.
- 총 59개의 열전대를 설치하여 실험동안 실내의 온도 변화를 측정하였다. 1층 복도 및 출입구의 2.
성능/효과
- 2. 화재 발생 약 4분 후 복도 전체가 연기로 가득차 시야 확보가 불가능하였다.
- 화재 발생 초기 화염의 직접적인 분출로 인하여 2 m 높이 부근에서는 가장 높은 온도를 나타내었다. 2.0 m 이상 높이에서는 뜨거운 열기류의 이동으로 인하여 전체적으로 유사한 온도를 나타내었으며, 최고 약 600℃ 이상 도달하였다. 주위 공기와의 혼합작용 보다는 직접적인 열기류의 이동속도의 영향이 더 커 전체적으로 유사한 온도를 나타내는 것으로 사료된다.
- 6 m 높이에서는 약 60초 후에 온도가 감지되기 시작하였다. 2.4 m 높이에서는 화재 발생 약 100초 후 온도가 약 62℃까지 증가하여 일정하게 유지되다가, 약 230초 경과 후 약 86℃까지 온도가 증가하여 일정하게 유지된 후 감소하였다. 1.
- 6 m 높이에서는 약 60초 후에 온도가 감지되기 시작하였다. 2.4 m 높이에서는 화재 발생 약 105초 후 온도가 약 52℃까지 증가한 후 감소하다가 190초 후 다시 증가하기 시작하였으며, 약 210초 경과 후 약 64℃까지 온도가 증가하여 일정하게 유지된 후 감소하였다. 1.
- 6 m 높이에서는 약 55초 후에 온도가 감지되기 시작하였다. 2.4 m 높이에서는 화재 발생 약 105초 후 온도가 약 56℃까지 증가한 후 감소하다가 190초 후 다시 증가하기 시작하였으며, 약 210초 경과 후 약 75℃까지 온도가 증가하여 일정하게 유지된 후 감소하였다. 1.
- 6 m 높이에서는 약 55초 후에 온도가 감지되기 시작하였다. 2.4 m 높이에서는 화재 발생 약 110초 후 온도가 약 50℃까지 증가한 후 일정하게 유지되다가 165초 후 다시 증가하기 시작하였으며, 약 210초 경과 후 약 92℃까지 온도가 증가하여 일정하게 유지된 후 감소하였다. 1.
- 6 m 높이에서는 약 65초 후에 온도가 감지되기 시작하였다. 2.4 m 높이에서는 화재 발생 약 140초 후 온도가 약 37℃까지 증가한 후 다시 감소되다가 190초 후 다시 증가하기 시작하였으며, 약 240초 경과 후 약 47℃까지 온도가 증가하여 일정하게 유지된 후 감소하였다. 1.
- 6 m 높이에서 약 65초 후에 온도가 감지되기 시작하였다. 2.4 m 높이에서는 화재 발생약 125초 후 온도가 약 43℃까지 증가한 후 다시 감소되다가 185초 후 다시 증가하기 시작하였으며, 약 245초 경과 후 약 62℃까지 온도가 증가하여 일정하게 유지된 후 감소하였다. 1.
- 3. 화재 발생 약 1분 후 계단실 2층에 연기가 도달하였으며, 화재 발생 약 80초 후 계단실 전체가 연기로 가득차 시야 확보가 불가능하였다.
- 4. 화재 발생 후 정상상태 도달 후 1층 복도에서 온도가 230℃ 이상 도달하였으며, 각 방의 출입문들에서 온도가 100℃ 이상 도달하였다.
- 1층 복도 천장 20 cm 아래에서의 시간 경과에 따른 온도 변화를 Figure 5에 나타내었다. 화재 발생 후 온도가 급격하게 증가하여 화재실 입구 천장(T2)에서 화재 발생 약 35초 후 온도가 약 350℃까지 증가하였으며, 천장 마감재가 연소되면서 화재 발생 약 160초 후 온도가 600℃ 이상 증가하였다. 이후 약 480℃ 이상 온도가 유지되었다.
- 화재현상의 해석 및 예측을 위한 가장 좋은 방법은 실물 공간에서 실험을 실시하는 것이 가장 타당한 결과를 얻을 수 있다. 그러나 실험 공간의 확보 및 화재 발생 위험성 등으로 인하여 실물 화재실험은 그다지 많이 실시되지 못하고 있는 실정이다.
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