[논문]전원주택의 벽난로와 관련된 화재사례의 분석

이의평

doi:10.7731/kifse.2015.29.6.119

[국내논문] 전원주택의 벽난로와 관련된 화재사례의 분석
A Case Study on Fire Investigation for a Wood-Burning Stove in an Idyllic House 원문보기

한국화재소방학회 논문지= Fire science and engineering, v.29 no.6, 2015년, pp.119 - 128

초록
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이 논문에서는 신축 후 약 2년이 경과한 전원주택에서 벽난로 가동 중에 벽난로로 인한 화재가 발생하여 전소된 사례에 대해 법원을 통해 소방서, 경찰서, 화재보험관련 조사기관, 주택을 시공한 건설회사와 벽난로를 시공한 벽난로제조업체로부터 제공받은 자료들을 분석하여 벽난로 옆 벽체의 목재기둥에 남아 있는 저온장기발화의 화재패턴을 근거로 벽난로 옆 벽체의 목재기둥에 벽난로 화실(火室)의 열이 전도되어 화재가 발생하였음을 입증하였다. 그리고 벽난로 옆의 목재기둥이 저온장기발화를 한 이유는 굴뚝에 환기를 위한 공기창을 설치하지 않았기 때문임을 화재시뮬레이션을 통해 입증하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

A fire broke out in a working wood-burning stove and destroyed an idyllic house about two years after it was built. This study analyzed data provided through the court by the fire station, police station, fire insurance investigation agency, house construction company, and wood-burning stove maker Based on the fire pattern of low-temperature long-term ignition that remained in the studs, the fire was found to be caused by the conduction of heat in the fire box to the studs of the wall next to the wood-burning stove. A fire simulation showed that the low-temperature long-term ignition of the studs next to the wood-burning stove occurred because a hole was not made for ventilation in the chimney.

Keyword

AI 본문요약
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문제 정의

이 논문에서는 수도권 교외에 위치한 전원주택에서 매립형 벽난로와 관련된 화재로 전소된 사례에 대해 분석을 한다.

가설 설정

하면 벽체의 직경 60 mm의 공기구멍 2개는 60 mm 정사각형으로, 연통의 20 cm의 직경은 20 cm의 정사각형으로 처리하였고, 벽돌과 벽체 사이에 공기층을 두고 굴뚝구조물에 환기창을 두어 외부공기가 유입되어 연통이 냉각되는 경우에 연통을 냉각시키기 위한 굴뚝 구조물 내의 공기 유동은 연통의 외부 온도를 0 ^oC로 가정하였고, 목재의발열량은 18 kJ/g으로 가정하였으며, 사전 시뮬레이션 결과를 토대로 하면 벽체의 공기구멍을 통한 공기공급 속도는 7 m/s, 화실 내의 연료(목재)의 양은 45 kg/h로 하였고, 메쉬 간격은 10 mm로 하여 시뮬레이션을 하였다. 그리고 해석에 적용된 재료의 물성치는 Table 2와 같이 요약된다.

제안 방법

화재 진화 후 A기관, B기관, C기관에서 화재원인조사를 하였다. A기관은 벽난로 연통 과열에 의해 연통 상부 쪽 굴뚝의 목재 등에 착화되어 화재가 발생한 것으로 조사하였다.
B기관은 굴뚝 연통은 외벽을 따라 나무판자 굴뚝에 둘러싸여 있는 구조로 굴뚝이 있는 벽과 지붕 쪽이 집중적으로 소훼되었고 특히 굴뚝 아래쪽이 위쪽보다 소훼 상태가 심한 점으로 보아 나무굴뚝 아래쪽에서 화재가 발생하여 위쪽으로 확대된 것으로 추정하였다. C기관은 벽난로의 굴뚝(연통) 하부에서 발화되어 굴뚝의 상부와 주택의내부 등으로 확대되었고, 벽난로의 굴뚝 하부에는 벽난로의 열기 이외에 발화원인으로 작용할 만한 것이 없는 상태로서 벽난로의 열기가 주위의 가연물을 착화시켜 화재가 발생한 것으로 조사하였다.
A기관은 벽난로 연통 상부를 중심으로 연소확대흔이 보이는 점(Figure 2 참조), 벽난로 내에 타다 남은 화목이 있는 점(Figure 4 참조), 연통을 둘러싸고 있는 굴뚝부분이 무너져 내려 있고 연통 주변의 목재탄화흔이 깊게 나타나는 점(Figure 5 참조)과 거실 천장 위쪽 매입전등 부위에서 화재를 최초 목격했다는 상황 등을 근거로 벽난로 연통과열에 의해 연통 상부 주변의 목재 등에 착화되어 연소확대가 된 화재로 추정하였다. 즉, A기관은 발굴을 하지 않고 외관조사만으로 발화개소는 연통 상부이고 화재원인은 연통 과열이라고 추정하고 있다.
화재는 아래와 같은 이유로 벽난로 화실의 열이 발화개소의 스터드로 열전도되어 스터드를 착화시켰기 때문에 화재가 발생한 것으로 분석하였다.
벽난로의 좌측 · 우측 · 후면 벽체는 내화벽돌 + 철판 + 세라크울 + 벽돌 + 목재(스터드) 등으로 되어 있고, 전면(前面)은 내화유리와 철판으로 구성되며, 상면(상판) 벽체는 철판 + 세라크울 + 벽돌로 구성되며, 하면(下面) 벽체는 내화벽돌 + 철판 + 세라크울로 구성되어 있음이 확인되었으므로 Fire Dynamic Simulator (FDS)를 이용한 화재시뮬레이션을 Table 1과 같은 3가지 조건에 대해 고려하였다.
소방서, 경찰서, 보험관련 조사기관, b벽난로업체 측에서 제공받은 자료를 통해 분석한 발화개소와 발화원인이 맞는지 확인(검증)하기 위해 법원의 요청으로 화재시뮬레이션을 하였다.
단열재의 종류와 두께가 다르기 때문에 이를 모두 반영하여 시뮬레이션을 하기가 쉽지 않아서 가상단열재의 개념을 도입하였다. 이 벽난로의 내화벽돌에서 스터드까지는 각 단열재가 직렬로 배치되어 있으므로 전체 열전도도를 더하면 전체 열전도도가 구해지며, 이는 전기회로에서 직렬연결의 경우 각 저항을 더하면 전체 저항이 되는 것과 같은 원리이다.
준공한 후 약 2년이 경과한 전원주택에서 벽난로 가동중에 발생한 화재사례에 대해 소방서, 경찰서, 보험관련 조사기관, 전원주택 시공회사와 벽난로 제작시공업체로부터 자료를 제공받아서 발화개소와 화재원인을 분석하였고, 화재시뮬레이션을 통해 검증하였다.
전원주택 주인의 “화재발생 당일 불을 지피기 전에 벽난로에 이상이 없어서 저녁부터 불을 지폈고 23:00경 거실에 친척들과 함께 있는데 거실 천장에서 원형간접등이 하나가 떨어져서 천장을 보니 떨어진 간접등이 설치된 곳에서 불꽃이 보이기 시작하였고 손을 쓸 겨를도 없이 불이 번지기 시작하여 친척들과 밖으로 나와 119신고를 하였다.
위와 같이 A기관, B기관, C기관의 조사결과가 다르므로 소방, 경찰, 보험관련 조사기관, 전원주택 주인, a건설회사, b벽난로업체 등으로부터 자료를 법원을 통해서 제공받아 발화개소와 화재원인을 검토하였다. 제공받은 자료의 검토를 통해 발화지점은 벽난로 우측의 벽난로 상판과 연통 하부의 옆 외벽 스터드이고, 화재는 벽난로 화실의 열이 발화개소의 스터드로 열전도가 되어 스터드를 착화시켰기 때문에 발생하였다고 특정하였다.

대상 데이터

벽난로 본체의 내부는 가로 54 cm, 세로 47 cm, 높이 50 cm이며, 하면(下面) 벽체에 직경 60 mm의 공기구멍이 2개 있으며, 연통은 직경 20 cm의 철판으로 되어 있고 세라크울(25 mm)로 감싸져 있으며, 3가지 조건 모두 상면벽체(철판 2 mm + 세라크울 25 mm + 시멘트벽돌 495 mm), 하면벽체(내화벽돌 30 mm + 철판 2 mm + 세라크울 25 mm), 전면벽체(내화유리 80% + 철판 20%(중량비))는 동일하고, Table 1과 같이 좌 · 우 · 후면 벽체를 달리하고 있다.

성능/효과

보험금을 지급한 보험회사는 아래와 같은 3가지 이유를 들어 화재가 a건설회사와 b벽난로업체의 과실에서 비롯되었다고 민사소송을 제기하였다. ① 벽난로 굴뚝 하부, 벽난로 본체의 상부 및 측면 상부에는 두께가 일정하지 않은 세라크울이 시공된 상태인데 이와 같은 상태에서는 벽난로의 열기가 주위의 가연물에 전달될 수 있고, ② 벽난로굴뚝(연도) 하부, 벽난로의 시멘트 벽돌 조적에 밀착되어 글라스울이 시공된 상태인데 이와 같은 상태에서는 벽난로의 열기가 외부로 방출되는 것이 방해되고 열기가 축적될 수 있고, ③ 벽난로 굴뚝 상부와 하부에 공기구멍(환풍장치)을 뚫지 않아 벽난로의 열기가 외부로 방열되는 것이 방해되었다.
상기를 종합하면 벽난로 본체를 세라크울로 감싼 다음 벽돌 조적을 하고 벽돌 조적에 밀착하여 글라스울과 외벽스터드를 설치한 경우(공기층과 환기창을 설치하지 않은 경우)를 시뮬레이션한 결과, 외벽 스터드에 전달된 열유속이 외벽 스터드를 착화시킬 수 있는 임계열유속 값 이상이므로 벽난로 화실의 열이 외벽 스터드에 전도되어 외부온도(−20 oC)와 관계없이 외벽 스터드가 착화(발화)될 수 있는 것으로 분석할 수 있다.
2) 글라스울이 설치되지 않거나 부실하게 설치되었을 때를 고려할 수 있지만, 화재시뮬레이션만으로 1), 2)를 특정할 수 없고, 제출된 자료를 통해서도 1), 2)를 특정할 수없다.
상기를 종합하면 벽난로 본체를 세라크울로 감싼 다음 벽돌 조적을 하고 벽돌 조적과 외벽 스터드 사이에 공기층을 두고 굴뚝구조물에 환기창을 설치하는 경우를 시뮬레이션한 결과, 외벽 스터드에 전달된 열유속이 외벽 스터드를 착화시킬 수 있는 임계열유속 값 미만이므로 외벽스터드는 착화(발화)될 수 없는 것으로 분석할 수 있다.
컴퓨터시뮬레이션 결과도 굴뚝구조물의 상하부에 창을 설치한 경우에는 외벽 스터드에 착화될 수 없으나, 창을 설치하지 않은 경우에는 충분히 외벽 스터드에 착화될 수있는 것으로 나타났다.
분석결과, 벽난로 옆의 나무판자굴뚝 안쪽에 설치된 스터드가 발화개소이었고, 벽난로와 스터드 사이에 세라크울,벽돌, 글라스울을 밀착하여 시공하여서 벽난로 화실의 열이 스터드로 열전도가 되고 축열되어서 장기저온발화로 인해 화재가 발생한 것이고, 굴뚝에 환기를 위한 공기창을 설치하였으면 대류에 의해 냉각이 되고 축열이 되지 않아 화재가 발생하지 않을 수 있었음을 화재시뮬레이션을 통해 입증하였다.

후속연구

그리고 전원주택이나 펜션 등에 벽난로 설치가 증가하고 있는 추세임을 감안하여 후속 논문에서는 벽난로화재의 특징, 벽난로와 관련된 법규나 기준 실태, 저온장기발화메커니즘, 벽난로 화재예방 실태와 예방대책 등을 연구하여 발표할 계획임을 밝혀둔다.

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