선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 난방기기에 의한 화재는 다양한 난방기기의 종류처럼 그 원인도 다양하다. 따라서 본 연구는 다중이용시설인 전통(재래시장)에서 아직도 많이 사용되고 있고, 실제 화재발생사례가 많은 석유난로와 전기스토브에 의한 발화 위험성 즉 최소발화온도, 탄화 정도와 그에 따른 열유속을 다양한 발화조건 별(정상상태의 발화위험성과, 비정상상태 하에서의 가연물의 접촉 및 전도로 인한 발화위험성)로 화재 발생 가능성을 재연하여 검토해 봄으로서 보다 과학적인 화재조사 및 감식 접근방법을 강구하고자 하였다.
- 2는 본 연구의 개요도 이다. 본 연구는 석유난로와 가스스토브 2종을 선택하여 각각에 대하여 정상상태에서의 발화위험성과 가연물 접촉, 전도, 안전장치고장 등 비정상상태에서의 발화위험성을 검토하고자 하였다. 특히 정상상태 및 비정상상태의 경우에 대하여 최소발화온도와 거리에 따른 열유속을 아래와 같은 수학적 방법으로 정량화 하였다.
- 전기스토브는 국내에서 생산 판매되고 있는 2개 제조업체의 전기스토브(선풍기형 포함)를 가지고 제조사 사양에 따라 정상상태로 전원을 인가하여 전기스토브 자체 발열온도 분포를 살펴봄으로써 발화의 가능성을 확인해 보았다. 전기스토브 전면부로 부터 10㎝ 이격된 거리에 석유난로 밑판(Base Plate, 44㎝×5 ㎝)을 위치시켜 수열 된 밑판의 온도를 접촉식 온도기록계 및 적외선 열 화상카메라 등을 활용하여 측정하였다.
제안 방법
- 특히 정상상태 및 비정상상태의 경우에 대하여 최소발화온도와 거리에 따른 열유속을 아래와 같은 수학적 방법으로 정량화 하였다.(4,5,6) 가상조건 (Imagination Scenario)중 화원(Fire Source)은 목재연료화염의 경우로 가정하고, 화재실의 면적은 100m2, 화염의 높이가 1m, 넓이가 0.5m, 두께 0.5m이고, 목표물과의 거리는 0.1m, 0.5m, 1m, 3m, 5m, 10m로 하여 각각의 온도에 따른 열유속을 산출해 보았다.
- Fig. 6의 실험결과를 살펴보면 젖은 수건과 신문지를 이용한 가연물 접촉실험으로서 먼저 각각의 4지점으로부터 10cm 이격 된 거리에서 온도를 측정해 보았다. 특히 석유난로의 상부 안전망의 상부를 신문지로 완전히 덮어 양호한 축열 조건을 만들고 난로를 20분간 지속적으로 운전 하였으나 발화에 이르지는 못하였고 그때의 열유속은 0.
- 가연물이 발열체에 접촉하면 발화할 수 있는 개연성이 충분히 존재하므로 전기스토브의 발열체(석영관)에 신문지를 접촉시켜 화재발생 경과시간 및 위험성을 확인하는 실험을 수행하였다. 실험결과 발열체의 온도는 전기스토브 작동 후 약 10초가 경과되면서 626℃(열유속: 3.
- 먼저 정상 상태에서의 석유난로 자체의 발열온도를 측정해 보았다. 석유난로 윗판(Top Plate).
- 석유난로 윗판(Top Plate). 밑판(Base Plate), 안전망, 뒷면에서 각각 10cm이격된 거리에서 열 화상카메라를 활용 온도를 측정하고 그에 대한 열유속을 계산해 보았다. 실험결과를 살펴보면 Fig.
- 석유난로에 가연물(젖은 수건, 신문지)이 접촉되었을 때 화재발생 가능성을 평가하기 위하여 수건을 접촉 시킨 경우와 상판에 신문지를 완전히 덮어서 보다 양호한 축열 조건으로 구분하여 석유난로 각 부위의 온도 측정 및 화재발생 여부를 분석하였다.
- 석유심지난로에 휘발유를 2.5ℓ를 주입한 후 화재위험성 실험을 수행하였다. 실험결과에서 석유심지난로 연료 주입구에 휘발유를 주입하고 운전, 점화되었을 때 비 정상연료인 휘발유의 연소로 인해 발열부 상, 하로 불꽃이 분출하였으며, 점화 후 20분경과 후 상판 온도는 269℃(인화점 : -43～-20℃, 착화점 : 300℃)까지 급상승 하였고(열유속: 0.
- 이를 실험하기 위해서 유사 실험도구를 제작하여 전기스토브를 내부에 넣고 한 쪽 면을 개방시키고 스토브로부터 가연물(방석)을 10㎝ 이격시킨 상태에서 실험을 수행 하였다. 실험결과로는 가연물을 10cm이격시킨 거리에서의 최고 온도는 전기스토브 동작 후 20분경과 후에 145.
- 전기스토브 전면부로 부터 10㎝ 이격된 거리에 석유난로 밑판(Base Plate, 44㎝×5 ㎝)을 위치시켜 수열 된 밑판의 온도를 접촉식 온도기록계 및 적외선 열 화상카메라 등을 활용하여 측정하였다.
- 전기스토브에 가연물(수건, 신문지)이 접촉되었을 때 화재발생 가능성을 평가하기 위하여 전기스토브에 물을 적신 수건을 접촉시킨 경우와 축열 조건이 양호한 전기스토브 전면 보호망을 신문지로 완전히 덮은 경우로 구분하여 각 부위의 온도 측정 및 화재위험성을 분석하였다.
- 본 연구는 석유난로와 가스스토브 2종을 선택하여 각각에 대하여 정상상태에서의 발화위험성과 가연물 접촉, 전도, 안전장치고장 등 비정상상태에서의 발화위험성을 검토하고자 하였다. 특히 정상상태 및 비정상상태의 경우에 대하여 최소발화온도와 거리에 따른 열유속을 아래와 같은 수학적 방법으로 정량화 하였다.(4,5,6) 가상조건 (Imagination Scenario)중 화원(Fire Source)은 목재연료화염의 경우로 가정하고, 화재실의 면적은 100m2, 화염의 높이가 1m, 넓이가 0.
이론/모형
- 이 온도차와 열전달 사이의 비례계수를 대류 열전달계수( h )라하고 t시간동안에 이동하는 열 전달량은 온도차×표면적에 비례한다는 Newton의 냉각법칙(Newton’s cooling law)에 따라 정의 할 수 있다.
성능/효과
- 또한 석유심지난로 심지를 완전히 내린 후 소화 하였으나 불꽃은 약 5분간 지속적으로 유지하고 있었다. 등유와 가솔린의 액체연료에 대한 인화점을 보면 휘발유는 -10～-15℃, 등유는 40℃ 이상의 특성을 가지므로 등유에 비해 가솔린의 인화점이 50℃이상 차이가 있음을 알 수 있으며 그때의 열유속의 차이는 0.05kW/m2정도임을 산정할 수 있었다.
- 소방적 문제점을 살펴본 결과 피난구 유도등 미점 등, 자동화재탐지설비ㆍ옥내소화전 설치 불량, 배관 누수, 스프링클러 및 소화설비 불량 등이 지적 되었다. 따라서 이에 대한 시설개선 및 보수가 절대적으로 필요하지만 대부분의 전통시장 시장상인들은 시설개선 비용부담을 감당하기 어려운 영세생계형 사업자이며 또한 안전의식도 낮아 재난방지시설 개선을 기피하고 있어, 전통시장 화재 발생요인이 상당히 높은 것으로 전통시장 안전점검결과 조사되었다.
- 9에 나타난바와 같이 석유난로의 P-Top plate와 전기스토브의 E-T2-Center에서의 시간과 열유속을 비교한 결과 석유난로에서의 P-Top plate의 열유속이 좀 더 높음을 알 수 있었다. 또한 Fig. 10에 나타난바와 같이 석유난로와 전기스토브의 가연물 접촉실험에서 시간과 열유속을 종합적으로 살펴보면 P-cover with newspaper 접촉시 가장 높은 열축적을 하는 것으로 분석되었다. 아울러 Fig.
- 83%로 가장 많이 화재를 유발하는 발화기기로 분석되었고 계절용기기, 배선 등의 전기 계통 순으로 나타나고 있다. 또한 발화기기 중 계절용기기에 의한 발화기기는 약 전체 대비 7.54%를 차지하는 것으로 나타났다. Table 4(5,6)는 최근 5년간(2008∼2012) 난방용 기기의 화재발생현황을 나타낸 것이다.
- 143kW/m2)를 나타내었고, 그 후 온도는 조금 내려가다가 다시 상승하는 등 주위 환경(풍속 등)에 영향을 받는 것으로 분석되었다. 또한 전기스토브 작동 후 약 10분 정도 경과 후에 방석 시료의 탄화 부위에서 소량의 연기가 발생하였고, 시간이 경과됨에 따라 발열체 앞에 면하는 방석 부위의 탄화 정도가 가장 심한 것으로 관찰되었다. 스토브로부터 가연물(방석)을 접촉시킨 상태에서 실험을 수행 한 결과, 가연물의 최고 온도는 전기스토브 동작 후 20분경과 후에 290.
- 67%로 분석 되었다. 또한 전기적으로 주위(C), 개선(D), 위험(E)으로 판정된 것은 488개소로 31.48%였고, 가스측면에서는 923개소로 59.54%로 분석되어 가스가 전기적 문제점보다 많은 것으로 분석되었다.
- 또한 접촉실험에서의 가연물인 젖은 수건과 상판을 덮은 신문지와의 상판부분 온도 차이를 살펴보면 신문지로 덮은 상판부분의 온도가 젖은 수건보다 50~90℃ 높은 것으로 측정되었고 그때의 열유속의 차이는 0.05∼0.08kW/m2계산되었다.
- 1%)이 화재에 취약한 것으로 드러났다. 또한 화재보험 가입률을 조사한 결과, 전체 17.9%밖에 되지 않아 화재발생시 상인들의 물적 피해가 심각할 것으로 예상된다. 이는 1266개 점포 중 947개 점포가 전소되고 피해액만 해도 500억 원이 추산되는 지난 2005 년 말 대구 서문시장 화재사건처럼 재래시장에서 화재가 발생할 경우 엄청난 피해가 발생할 수 있다는 우려를 낳고 있다.
- Table 4(5,6)는 최근 5년간(2008∼2012) 난방용 기기의 화재발생현황을 나타낸 것이다. 발생건수를 살펴보면 가정용보일러, 목탄난로, 석유난로, 가스난로/스토브, 전기스토브/히터 순으로 발생한 것으로 분석되었으며, 인명피해 별 건수는 가스난로/스토브, 석유난로 /곤로, 전기히터/스토브, 연탄/석탄난로 순으로 분석되어 가스 및 석유관련 난방용기기가 발생빈도(frequency)는 낮지만 화재강도(intensity)가 높은 것으로 분석 되었다.
- 또한 전기스토브 작동 후 약 10분 정도 경과 후에 방석 시료의 탄화 부위에서 소량의 연기가 발생하였고, 시간이 경과됨에 따라 발열체 앞에 면하는 방석 부위의 탄화 정도가 가장 심한 것으로 관찰되었다. 스토브로부터 가연물(방석)을 접촉시킨 상태에서 실험을 수행 한 결과, 가연물의 최고 온도는 전기스토브 동작 후 20분경과 후에 290.1℃(열유속: 0.47 kW/m2)를 나타내었고, 동일 환경에서 10㎝ 이격시킨 실험보다 140℃ 이상의 온도 차이(열유속: 0.33 kW/m2)를 보였다. 전기스토브 작동 후 약 4분이 경과하자 소량의 연기가 발생하기 시작하였고 그 후 연기의 양이 지속적으로 증가한 후 약 15분 경과 시 온도는 260℃(열유속: 0.
- 가연물이 발열체에 접촉하면 발화할 수 있는 개연성이 충분히 존재하므로 전기스토브의 발열체(석영관)에 신문지를 접촉시켜 화재발생 경과시간 및 위험성을 확인하는 실험을 수행하였다. 실험결과 발열체의 온도는 전기스토브 작동 후 약 10초가 경과되면서 626℃(열유속: 3.06 kW/m2)로 급격히 상승하였고 약 1분이 지나면서 800℃(열유속: 6.20 kW/m2)이상으로 상승하였다. 발열체(석영관)에 가연물이 닿으면 전기스토브 작동 후 수초 후에 발화 하는 것으로 확인 되었다.
- 이를 실험하기 위해서 유사 실험도구를 제작하여 전기스토브를 내부에 넣고 한 쪽 면을 개방시키고 스토브로부터 가연물(방석)을 10㎝ 이격시킨 상태에서 실험을 수행 하였다. 실험결과로는 가연물을 10cm이격시킨 거리에서의 최고 온도는 전기스토브 동작 후 20분경과 후에 145.9℃(열유속 0.143kW/m2)를 나타내었고, 그 후 온도는 조금 내려가다가 다시 상승하는 등 주위 환경(풍속 등)에 영향을 받는 것으로 분석되었다. 또한 전기스토브 작동 후 약 10분 정도 경과 후에 방석 시료의 탄화 부위에서 소량의 연기가 발생하였고, 시간이 경과됨에 따라 발열체 앞에 면하는 방석 부위의 탄화 정도가 가장 심한 것으로 관찰되었다.
- 밑판(Base Plate), 안전망, 뒷면에서 각각 10cm이격된 거리에서 열 화상카메라를 활용 온도를 측정하고 그에 대한 열유속을 계산해 보았다. 실험결과를 살펴보면 Fig. 5에서 나타난 바와 같이 석유난로 운전 후 1분 30초 후에 버너가 점화되면서 작동하였고, 10cm 이격된 거리에서 3분이 경과하기 전에 상판(T1), 안전망(T3), 석유난로 측면(T4)과 밑판(T2)의 온도는 모두 100℃를 넘는 것으로 확인되었다. 최고온도는 정상작동 시 10분경과 후 상판부분에서 148℃로 측정되었고 그때의 열유속은 0.
- 5ℓ를 주입한 후 화재위험성 실험을 수행하였다. 실험결과에서 석유심지난로 연료 주입구에 휘발유를 주입하고 운전, 점화되었을 때 비 정상연료인 휘발유의 연소로 인해 발열부 상, 하로 불꽃이 분출하였으며, 점화 후 20분경과 후 상판 온도는 269℃(인화점 : -43～-20℃, 착화점 : 300℃)까지 급상승 하였고(열유속: 0.40kW/m2),곧바로 신문지를 이용 상판 부분을 덮자 약 11분 후에 상판부분의 접속부분에서부터 신문지가 발화하기 시작하였다. 또한 석유심지난로 심지를 완전히 내린 후 소화 하였으나 불꽃은 약 5분간 지속적으로 유지하고 있었다.
- 본 연구의 실험조건 하에서 그 결과를 살펴보면 다음과 같은 결론을 얻었다. 실험체 2종(석유난로/전기스토브) 모두 양호한 축열 조건이 만들어지지 않는 한 발화위험성은 극히 적은 것으로 나타났지만 탄화의 상태는 각 부위별로 진행되는 것으로 분석되었다. 하지만 석유난로의 경우 정상연료 미사용시 상판에 신문지 접촉 시 10분경과시 발화되는 것으로 나타났다.
- 10에 나타난바와 같이 석유난로와 전기스토브의 가연물 접촉실험에서 시간과 열유속을 종합적으로 살펴보면 P-cover with newspaper 접촉시 가장 높은 열축적을 하는 것으로 분석되었다. 아울러 Fig. 11에 나타난바와 같이 열유속과 거리의 변화를 보면 5m까지는 P-cover with newspaper 접촉 시 가장 높은 열유속을 보이나 5m이후에는 실의 경우 모두 열유속이 급격히 감소하고 있음을 볼 수 있었고, 석유난로 및 전기스토브의 가연연물 접촉 시 거리의 변화에 따른 열유속을 종합적으로 살펴보면 5분까지는 P-cover with newspaper 접촉 시 열유속이 가장 높은 것으로 분석되었으나 5분경과 후에는 석유난로 및 전기스토브의 가연연물 접촉의 경우에는 모두 열유속이 급속하게 감소하고 있고 거의 일정한 패턴을 보이고 있음을 알 수 있었다. Table 13은 난방기기의 두 종류인 석유난로와 전기스토브 2종에 대해 가상 상태 조건에서 실험한 측정치와 계산식(6,7,8)을 이용하여 열유속을 계산한 종합적인 분석결과이며, Remark(2)에서의 Wall temperature[℃]는 화재실내의 화원에서의 이격거리 10m 벽까지의 온도 감소분을 나타낸 것이다.
- 전통시장 화재는 2008년과 2009년에 각각 47건, 34건이 발생했고, 2010년과 2011년에 각각 66건과 67건으로 급증했으며, 이후 2012년에도 64건을 기록했다. 전기, 가스, 소방시설에 대한 1550개 전통재래시장 전체에 대한 안전시설 실태조사에서도(1,2) 이 중 933개 시장(60.1%)이 화재에 취약한 것으로 드러났다. 또한 화재보험 가입률을 조사한 결과, 전체 17.
- 8은 전기스토브(선풍기형) 전면 보호망 상부에 젖은 수건을 덮고 60분간을 지속하여 작동하였으나 수건은 발화되지 않았다. 전기스토브 상단 바로 아래 부분에서 10분 경과 후 가장 높은 온도인 176℃로 측정(열유속: 0.19kW/m2)되었으며, 보호망 상단부에 접촉된 부위에서 젖은 수건이 가장 심하게 탄화된 형태로 관찰된 것으로 보아 위로 상승하는 열이 상단부분에서 젖은 수건으로 차단되어 축열된 것으로 분석되었다. 또한 전기스토브의 상부 보호망의 상부를 신문지로 완전히 덮어 양호한 축열 조건을 만들고 전기스토브를 “강”으로 지속하여 작동하였으나 20분이 경과(열유속: 0.
- 33 kW/m2)를 보였다. 전기스토브 작동 후 약 4분이 경과하자 소량의 연기가 발생하기 시작하였고 그 후 연기의 양이 지속적으로 증가한 후 약 15분 경과 시 온도는 260℃(열유속: 0.38 kW/m2)로서 방석시료 부위에서 불꽃이 관찰되었다.
- 25kW/m2)하여도 발화에는 이르지 못하였다. 젖은 수건 보다 축열 조건이 양호하여 약 15분 경과 시에 203.1℃(열유속: 0.24kW/m2),약 40분 경과 시에는 최고온도인 208.1(열유속: 0.25kW/m2)도를 나타내었으며 난로 상부를 덮은 신문지의 탄화 정도는 보호망을 따라 신문지가 탄화되는 것이 확인되었다. Table 11은 전기스토브에 젖은 수건 및 신문지의 접촉시 온도의 변화와 10Cm 거리에서의 시간에 따른 열유속을 계산한 결과를 나타낸 것이다.
- 지난 2011.12월부터 2012.2월까지 1,550개 전통시장을 대상으로 중소기업청, 소방방재청, 전기안전공사, 가스안전공사와 함께 안점검점을 실시한 결과, 상당수 시장의 안전시설이 노후화되어 있는 것으로 분석 되었다.
- 428kW/m2로 계산되었다. 탄화 정도를 검토해 보았을 때 신문지로 덮은 석유심지난로 안전망 전면부와 상판 접속부 안쪽 신문지가 가장 심하게 탄화되었고 그 다음으로 안전망 순으로 나타났고, 상판은 탄화 정도가 상대적으로 극히 미약하게 나타났다. 또한 접촉실험에서의 가연물인 젖은 수건과 상판을 덮은 신문지와의 상판부분 온도 차이를 살펴보면 신문지로 덮은 상판부분의 온도가 젖은 수건보다 50~90℃ 높은 것으로 측정되었고 그때의 열유속의 차이는 0.
- 탄화 정도를 비교해보면 석유난로의 상판 부분은 특별한 변화를 보이지 않았으나 전면부와 상판 접속부에 위치한 젖은 수건이 가장 심하게 탄화된 흔적을 보였고 상판에서 하부로 내려갈수록 탄화의 정도는 미약 하게 나타났다. Table 7은 석유난로에 젖은 수건 및 신문지의 접촉시 열축적의 변화와 10cm 거리에서의 시간에 따른 열유속을 계산한 결과를 나타낸 것이다.
후속연구
- 결국 화재로의 전이는 축열에 의한 발화이므로 최소한 화재장소의 축열 온도조건이 500℃ 이상일 때 발화되는 것으로 분석되었다. 또한 온도 조건이 외에 거리변화에 따른 열량의 감소분을 나타내는 형태계수(Geometric View Factor)와 화재하중(Fire Load)에 따른 온도의 변화도 고려되어야 할 중요한 변수임을 생각해서 이에 관한 세심한 화재조사 및 감식의 매뉴얼이 있어야 할 것으로 사료된다. 향후 본 연구에서 구축한 국내 난방기구 사고에 대한 실험자료 및 화재사례를 분석하여 매년 지속적으로 축적하고 보완 개정을 하면 국내 난방기구 화재사고에 대한 보다 신뢰성 있는 정보를 제공해 줄 수 있어 효과적이고 체계적인 화재 감식 및 감정에 이론적 토대구축에 기여할 것으로 기대된다.
- 또한 온도 조건이 외에 거리변화에 따른 열량의 감소분을 나타내는 형태계수(Geometric View Factor)와 화재하중(Fire Load)에 따른 온도의 변화도 고려되어야 할 중요한 변수임을 생각해서 이에 관한 세심한 화재조사 및 감식의 매뉴얼이 있어야 할 것으로 사료된다. 향후 본 연구에서 구축한 국내 난방기구 사고에 대한 실험자료 및 화재사례를 분석하여 매년 지속적으로 축적하고 보완 개정을 하면 국내 난방기구 화재사고에 대한 보다 신뢰성 있는 정보를 제공해 줄 수 있어 효과적이고 체계적인 화재 감식 및 감정에 이론적 토대구축에 기여할 것으로 기대된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.