[논문]가연물의 발열량 특성을 고려한 화재감식 적용방안에 관한 연구

강정기; 오진희; 유우준; 유홍선; 최돈묵

doi:10.7731/kifse.2014.28.6.052

가연물의 발열량 특성을 고려한 화재감식 적용방안에 관한 연구
A Study on the Application Scheme of Fire Identification Considering the Heat Release Rate Characteristics of Inflammable Material 원문보기

한국화재소방학회 논문지= Fire science and engineering, v.28 no.6, 2014년, pp.52 - 57

강정기 (대검찰청) , 오진희 (대검찰청) , 유우준 (한국소방산업기술원) , 유홍선 (중앙대학교) , 최돈묵 (가천대학교)

초록
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본 연구는 건축 구조물의 방화 등으로 인해서 발생한 가연물의 연소현상을 분석하여 화재발생 시점을 예측하기 위한 기초 방안을 제시하였다. 이를 위해서 계단실 화재사고 사례로부터 가연물을 인터폰 개별현관기(이하 '인터폰'으로 표시)로 선정하고 룸코너시험기(room corner test equipment)에서 화재실험을 실시하여 시간 변화에 따른 발열량을 산출하였으며, 화재시뮬레이션 프로그램인 fire dynamics simulator (FDS)를 사용하여 화재성상 변화에 따라서 발화지점 하층부로 연기가 유입되는 시간을 비교하였다. 그 결과 가연물이 ABS 재질로 구성된 인터폰은 계단실 총 체적 공간 $291.3m^3$, 바닥면적 $23.3m^2$, 층간 높이 2.5 m인 경우 발화원의 열 유속 및 환경 조건에 따라서 최대 4.93배 정도 연기 유입 시간이 차이가 나는 것을 확인하였다. 본 연구는 가연물의 열화학적 특성 변화를 고려한 실험 자료를 해석모델에 적용하여 화재감식을 분석적으로 판단하는데 유용한 자료가 될 것으로 사료된다.

Abstract ▼ AI-Helper

The present study suggests the fundamental method for the prediction time of the fire origin by analyzing the combustion phenomenon of inflammable material in the building structure. The heat release rate (HRR) with time variant is evaluated for the interphone as a inflammable material, which is opted from the fire incidents in the stairwell. the fire dynamics simulator (FDS ver. 6.1) is applied in order to analyze the difference of the smoke inflow time to the downstair from the fire event area with various fire pattern. The results show that the maximum inflow time difference for the case of the interphone made from ABS materials is about 4.93 times with the input conditions of heat flux values and the environment in the FDS for the fixed stairwell which composed of total volume $291.3m^3$, floorage $23.3m^2$ and the height of each floor 2.5 m. This research can be practical information for the application method of simulation scheme with experimental data to the fire Identification.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 건축 구조물의 계단실 3층에서 방화로 인해서 화재가 발생한 사례를 분석하였다. 그 이유는 3층에서 화재가 발생한 후 2층에서 최초 목격자가 약 12분 후에 인지한 실제 사례를 통하여 상층부인 4, 5층에 연기가 가득찬 이후 하층부인 2층 천장까지 연기가 도달하는데 소요 되는 시간을 예측할 필요가 있기 때문이다.

제안 방법

둘째, 3층에 설치되어 있는 인터폰이 연소함에 따라서 발생한 연기가 2층으로 하강하는데 소요되는 시간을 구하기 위해서 발열량 산출 결과(Case 1, 2)를 FDS에 적용하여 화재해석을 수행하였다. 그 결과 상층부의 연기를 2층의 목격자가 판단할 수 있는 시점은 오차범위 ±1분 45초에서 약 11분 55초 정도 소요가 되는 것으로 판단된다.
본 연구에서는 건축 구조물의 계단실 3층에서 방화로 인해서 화재가 발생한 후 2층의 최초 목격자가 약 12분 후에 화재를 인지한 사례를 감식하기 위한 해석적 연구를 수행하였다. 이를 위해서 가연물인 인터폰의 주요 성분인 ABS 재질의 열화학적 특성을 조사하여, 점화위치에 따른 발열량을 측정하였으며, FDS 해석모델을 사용하여 연기의 하강 시간을 분석하였다.
. 본 연구의 경우 화재감식을 위한 판단기법으로 Figure 2와 같이 현장조사(field investigation) 후 증거물 수집 및 진술내용 등을 근거로 하여 화재의 원인을 가연물인 인터폰에 의한 발화로 구분하고, 쟁점사항(issue)인 2층에서의 연기하강 시점을 판단하는 것으로 접근방법을 인터폰의 화재특성(fire characteristics)과 연기거동(smoke movement)으로 선정하였다. 인터폰은 ABS 재질로 문헌에 있는 열화학적 물성 값을 사용하였으며, 재현실험을 진행하면서 영상녹화로 연기의 생성량과 화재패턴을 기록하고 발열량을 측정하였다.
인터폰은 ABS 재질로 문헌에 있는 열화학적 물성 값을 사용하였으며, 재현실험을 진행하면서 영상녹화로 연기의 생성량과 화재패턴을 기록하고 발열량을 측정하였다. 이러한 문헌조사 및 재현실험을 통해서 분석한 자료를 화재시뮬레이션 프로그램에 적용하여 3층 계단실 발화지점 에서 연기가 발생하였을 때 하층부에 연기가 유입되는 시점을 계산하여 화재감식을 위한 판단기법으로 적용하였다.
그 이유는 3층에서 화재가 발생한 후 2층에서 최초 목격자가 약 12분 후에 인지한 실제 사례를 통하여 상층부인 4, 5층에 연기가 가득찬 이후 하층부인 2층 천장까지 연기가 도달하는데 소요 되는 시간을 예측할 필요가 있기 때문이다. 이를 위해서 가연물이 ABS 재질로 구성된 인터폰의 화재성상과 발열량의 상관관계를 실험적으로 분석하고 화재해석 프로그램인 FDS를 사용하여 인터폰의 열화학적 특성 중 발열량 및 환기조건 변화에 따라서 연기하강 시간의 차이를 계산하였으며, 화재감식에 적용하기 위한 방안을 분석하였다.
본 연구에서는 건축 구조물의 계단실 3층에서 방화로 인해서 화재가 발생한 후 2층의 최초 목격자가 약 12분 후에 화재를 인지한 사례를 감식하기 위한 해석적 연구를 수행하였다. 이를 위해서 가연물인 인터폰의 주요 성분인 ABS 재질의 열화학적 특성을 조사하여, 점화위치에 따른 발열량을 측정하였으며, FDS 해석모델을 사용하여 연기의 하강 시간을 분석하였다. 그 결과 화재감식을 위한 다음과 같은 연구 자료를 구축하였다.

대상 데이터

Figure 3은 인터폰의 화재성상을 분석하기 위해서 사용한 RCT 구조로 ISO 9705 규격에 의해서 제작한 구조물(3.6 m × 2.4 m × 2.4 m), 연소가스 포집 후드, 덕트, 집진설비, 가스포집장치 등으로 구성되어 있으며, 점화 위치를 왼쪽과 가운데(Test 1, 2)로 하여 화재실험을 수행하였다. 인터폰이 연소하면서 발생되는 열량은 식 (1)과 같은 산소 소모법을 적용하였으며, Table 2에 본 연구에서 사용한 계측장비 사양을 나타내었다.
건축구조물에서 화재의 종류는 전기, 유류, 가연성 인화물 등이 있으며, 본 연구에서는 계단실에 비치되어 있는 인터폰에서 화재가 발생한 사례를 분석하였다. 점화 방식은 라이터로 인터폰에 열을 가하는 방식으로, 구조물의 형상은 Figure 1과 같은 바닥면적을 갖고 있으며 5층으로 구성된 계단실 3층에서 화재가 발생한 경우이다.

성능/효과

셋째, Case 3과 같이 13 kW의 최대 발열량이 연속하여 발생하는 해석 조건을 가정한 경우 2층의 연기하강 시점은 2분 30초 정도로 Case 1, 2에 비해서 최대 4.93배 정도의 시간차이가 발생하였으며, 구조물의 5층 창문이 개방된 Case 4, 5는 연기하강시간이 최대 1.61배 정도 차이가 발생하였다.
첫째, 인터폰의 점화 조건에 따른 화재실험 결과 인터폰이 발화하는 시간은 약 15분 이상이며, 평균 최대 발열량 약 (12 ± 1.0) kW로 나타났다. 특히, 인터폰이 발화한 이후 약 5분 40초 이상의 시간이 지속되어야 열에 의해서 부속품의 일부가 분리되었으며, 연소 표면적이 증가하여 연기 발생량과 발열량이 급격히 증가하는 것을 확인하였다.
0) kW로 나타났다. 특히, 인터폰이 발화한 이후 약 5분 40초 이상의 시간이 지속되어야 열에 의해서 부속품의 일부가 분리되었으며, 연소 표면적이 증가하여 연기 발생량과 발열량이 급격히 증가하는 것을 확인하였다.

후속연구

해석모델을 사용하여 방화로 인한 화재를 정확하게 재현하는 것은 사건 발생당시 주변의 환경, 경계조건 및 가연물의 열화학적 특성 등이 정확하게 반영되어야 하기 때문에 어려운 문제로 인식될 수 있다. 하지만, 본 사례와 같이 가연물의 발열특성을 측정하여 해석모델에 적용하고 화재현상을 분석한 결과는 화재감식을 과학적으로 접근하기 위한 중요한 기초 연구 자료가 될 것으로 사료된다.

참고문헌 (11)

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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