[논문]건축물 구획공간에 따른 화재성상 및 열방출율 측정에 관한 실험적 연구 - 실물규모 침대 매트리스 화재시험 중심으로 -

서보열; 장우빈; 박계원; 홍원화

doi:10.7731/kifse.2018.32.6.028

건축물 구획공간에 따른 화재성상 및 열방출율 측정에 관한 실험적 연구 - 실물규모 침대 매트리스 화재시험 중심으로 -
Experimental Study on the Measurement of Fire Behavior and Heat Release Rate in Building Compartment Space - Focus on Full Scale Fire Test of the Bed Mattress - 원문보기

한국화재소방학회 논문지= Fire science and engineering, v.32 no.6, 2018년, pp.28 - 33

서보열 (방재시험연구원.경북대학교 건축학부 대학원) , 장우빈 (방재시험연구원) , 박계원 (방재시험연구원) , 홍원화 (경북대학교 건축학부)

초록
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건축물 구획공간에 따른 화재성상 및 열방출율을 측정하기 위하여 실물규모 침대 매트리스의 표준화재시험방법(KS F ISO 12949 : 2011)으로 화재시험을 수행하였다. 개방형공간과 구획공간 모두 버너착화 후 초기 약 3분까지는 유사한 화재성장의 경향을 보이는 것으로 확인되었다. 3분후 구획공간에서의 열방출율이 개방형 공간보다 증가되어 높은 것으로 확인되었다. 침대 매트리스(SS)의 경우, 개방형 공간에서의 최대열방출율은 735 kW이며, 구획공간에서의 최대열방출율은 992 kW 로 측정되었다. 침대 매트리스(Q)의 경우 3분후 구획공간에서의 열방출율이 개방형 공간보다 급격하게 증가되는 것으로 확인되었다. 개방형 공간에서의 최대열방출율은 1,087 kW, 이 때의 측정시간은 346s 이며, 구획공간에서의 최대열방출율은 2,127 kW, 이때의 측정시간은 287 s 측정되어 구획공간에 따른 최대열방출율 및 측정시간의 차이가 확인되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

To measure the full scale fire test and heat release rate of bed mattresses according to the building compartment space, a fire test was performed using the Standard test method to determine the heat release rate of mattresses and mattress sets (KS F ISO 12949: 2011). Both test locations showed similar fire growth until approximately 3 minutes after burner ignition. After 3 minutes, the heat release rate in the test room was higher than the open calorimeter. For bed mattresses (SS), the maximum heat release rate in the open calorimeter was 735 kW and the maximum heat release rate in the test room was 992 kW. For bed mattresses (Q), the heat release rate in the test room increased more rapidly than the open calorimeter. The maximum heat release rate in the open calorimeter was 1,087 kW (346 s) and the maximum heat release rate in the test room was 2,127 kW (287 s). The difference between the maximum heat release rate and the measurement time according to the test location was confirmed.

주제어

표/그림 (14)

그림 Figure 1. Test assembly under an open calorimeter.
그림 Figure 2. Apparatus and specimen arrangement in test room.
그림 Figure 3. Open calorimeter installation.
그림 Figure 4. Test room installation.
표 Table 1. Heat Release Rate Calculation Factor
표 Table 2. Test Specification
표 Table 3. Fire Behavior Observations (SS)
표 Table 5. Photo of Fire Behavior in Bed Mattress (SS)
표 Table 4. Fire Behavior Observations (Q)
그림 Figure 5. Heat release rate according to test location of bed mattress (SS).
그림 Figure 6. Heat release rate according to test location of bed mattress (Q).
그림 Figure 7. Oxygen consumption rate according to test location of bed mattress (Q).
표 Table 6. Photo of Fire Behavior in Bed Mattress (Q)
표 Table 7. HRR_(peak) and Time_(peak)

AI 본문요약
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문제 정의

건축물 구획공간에 따른 침대 매트리스의 실물규모 화재시험 및 열방출율 측정에 관한 실험을 수행하였다.
본 연구에서는 구획공간에 따른 침대 매트리스의 화재 위험성을 분석하기 위해, 침대 매트리스 및 매트리스 세트의 열방출률 측정에 관한 표준 시험방법(KS F ISO 12949 :2011)을 준용하여 개방형 공간(Open calorimeter) 또는 지정된 크기의 구획공간을 구성하여 두 가지 시험장소에 대하여 침대 매트리스의 실물규모 화재시험을 실시하여 구획공간 여부에 따른 화재성상 및 열방출율 측정에 관한 실험적 연구를 수행하고자 한다.

제안 방법

침대 매트리스를 대상으로 개방형 공간(Open calorimeter) 및 구획공간에 따른 실물규모 화재시험을 관련 표준 시험방법을 준용하여 화재시험을 수행하였다.

대상 데이터

실물규모 화재시험에 사용된 침대 매트리스는 Table 2과 같으며, 많이 사용되는 Super single (SS) 및 Queen (Q) 사이즈로 선정하였다. 구획공간은 Figure 2 기준으로 폭 3,660 mm, 깊이 3,050 mm 및 높이 2,400 mm 규모의 크기로 폭 중 한 벽면에 출입구 폭 970 mm, 높이 2,030 mm로 제작하였다. 침대 매트리스 설치 위치는 Figure 1, 2에 따라 설치하였고, 설치 모습은 Figure 3, 4와 같다.
실물규모 화재시험에 사용된 침대 매트리스는 Table 2과 같으며, 많이 사용되는 Super single (SS) 및 Queen (Q) 사이즈로 선정하였다. 구획공간은 Figure 2 기준으로 폭 3,660 mm, 깊이 3,050 mm 및 높이 2,400 mm 규모의 크기로 폭 중 한 벽면에 출입구 폭 970 mm, 높이 2,030 mm로 제작하였다.

이론/모형

침대 매트리스 및 매트리스 세트의 열방출률 측정에 관한 표준 시험방법(KS F ISO 12949:2011) 은 매트리스에 규격화된 착화원인 상단버너(18 kW)를 70 s, 측면버너(9 kW) 를 50 s 간 사용하여 개방형 공간(Open calorimeter) 또는 지정된 크기의 구획공간에서 자유 연소시킨다. 이때 화재 진행시간에 따른 열방출률은 배기 덕트의 측정장치를 이용하여, 산소 소모 열량기법에 의해 측정된다. 시험은 30분간 진행 또는 시험관계자, 시험 장비 및 설비 안전에 위협이 발생할 때까지 지속한다.
침대 매트리스 및 매트리스 세트의 열방출률 측정에 관한 표준 시험방법(KS F ISO 12949:2011) 은 매트리스에 규격화된 착화원인 상단버너(18 kW)를 70 s, 측면버너(9 kW) 를 50 s 간 사용하여 개방형 공간(Open calorimeter) 또는 지정된 크기의 구획공간에서 자유 연소시킨다. 이때 화재 진행시간에 따른 열방출률은 배기 덕트의 측정장치를 이용하여, 산소 소모 열량기법에 의해 측정된다. 시험은 30분간 진행 또는 시험관계자, 시험 장비 및 설비 안전에 위협이 발생할 때까지 지속한다.

성능/효과

1) 개방형 공간 및 구획공간 모두 버너착화 후 초기 약 3분까지는 유사한 화재성장의 경향을 보이는 것으로 확인되었다.
2) 개방형 공간에서는 발생된 연기가 상부의 배기덕트로 바로 유입되는데 비해, 구획공간에서는 초기에 발생된 연기가 구획공간내에서 출입구를 나와 배기덕트로 유입될 때까지의 시간으로 인하여 초기 열방출율이 다소 낮게 측정되었다.
3) 침대 매트리스(SS)의 경우 3분 후 구획공간에서의 열방출율이 개방형 공간보다 증가되어 높은 것으로 확인되었다. 개방형 공간에서의 최대열방출율은 735 kW이며, 구획 공간에서의 최대열방출율은 992 kW 로 측정되었다.
4. 구획공간에서의 산소소모율이 개방형 공간보다 커지는 것으로 확인되며, 화재가 급격하게 진행 및 플래시오버로 이어질 경우 산소소모율 또한 급격하게 증가하여 결과적으로 열방출율이 높게 측정되었다.
5. 구획공간에서 발생된 고온의 열과 연기로 인한 공간 내의 복사의 영향으로 화재성장이 더욱 빠르게 진행되며, 침대 매트리스의 사이즈, 가연물 등의 증가에 따라서도 화재성장에 영향을 주는 것으로 판단된다.
침대 매트리스(Q)의 경우 3분 후 구획공간에서의 열방출율이 개방형 공간보다 급격하게 증가되는 것으로 확인되었다. 개방형 공간에서의 최대열방출율은 1,087 kW, 이 때의 측정 시간은 346 s이며, 구획공간에서의 최대열방출율은 2,127 kW, 이때의 측정시간은 287 s 측정되어 시험장소에 따른 최대열방출율 및 측정시간의 차이가 확인되었다.
이후 화재가 급격하게 성장하면서 연기량도 증가하여 출입구를 통해 나오는 것으로 확인되었다. 침대 매트리스 (SS)의 경우 바닥에서 높이 약 1/3 지점까지 연기가 내려오면서 출입구로 나왔으며, 침대 매트리스(Q)의 경우 바닥까지 연기가 내려오면서 더 많은 양의 연기를 출입구를 통하여 나오는 것으로 확인되었으며, 동시에 다량의 연기와 함께 화염도 같이 나오는 플래시오버 현상도 확인되었다. 이후 인명 및 장비의 안전상 우려로 소화 및 종료하였다.
구획공간에서의 최대열방출율은 2,127 kW, 이때의 측정시간은 287 s 측정되어 시험장소에 따른 차이가 확인되었다. 침대 매트리스의 사이즈, 가연물 등의 화재하중에 따라 화재성장 및 열방출율 성장속도에 영향을 주는 것으로 판단된다.
결과적으로 구획공간에서는 침대 매트리스가 연소되면서 발생된 고온의 열과 연기의 영향으로 구획공간 내의 복사의 영향으로 인하여 화재가 급격하게 성장하게 된다. 화재 성장속도 상승으로 가연물의 질량손실 및 산소소모율이 커지며 열방출율도 높게 측정되는 것으로 분석된다. 이는 구획공간에서의 침대 매트리스 화재가 개방형 공간에서보다 화재위험성이 더욱 높다는 것을 나타낸다.
이후로는 구획공간에서의 열방출율이 급격하게 증가되는 것으로 확인되었다. 화재성장은 유사한 경향을 보이는 것으로 확인되나, 개방형 공간에서의 최대열방출율은 735 kW이며, 구획공간에서의 최대열방출율은 992 kW로 측정되었다.

후속연구

본 연구결과는 향후 구획공간에서의 실물규모 화재시험시 복사로 인한 영향을 분석하기 위하여 구획공간 사이즈, 가연물의 화재하중 및 설치 위치에 따른 열방출율 측정에 관한 연구에 활용될 예정이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	개방된 공간이 아닌 구획공간에서의 실물규모 화재시험이 필요한 원인은 무엇인가?	이에 화재위험을 분석하기 위하여 침대 매트리스에 대한 실물규모 화재시험이 수행되어져 오고 있으나 대부분 개방된 공간에서 수행되었다(2). 그러나 침대 매트리스는 대부분 건축물내의 구획공간에서 사용하고 있으며, 구획공간의 경우 침대 매트리스의 화재성장은 더 빠르게 진행됨과 동시에 구획공간내의 다른 가연물로의 화염확산 및 연소확대가 이루어져 결과적으로 인명 및 재산 피해의 대형사고로 전개되는 심각성을 내포하고 있다. 따라서 구획공간에서의 실물규모 화재시험이 필요한 실정이다.
	구획공간의 규격은?	구획공간의 규격은 최소 3 m (폭) × 3 m (깊이) × 2.4 m (높이)이어야 한다. 구획공간은 Figure 2에 나타낸 것과 같이, 폭 (970 ± 5) mm에 높이 (2,030 ± 5) mm의 출입구를 제외한 공기 유입이 될 수 있는 큰 개구부가 없어야 한다.
	화재시 구획공간의 위험성을 설명하시오	이에 화재위험을 분석하기 위하여 침대 매트리스에 대한 실물규모 화재시험이 수행되어져 오고 있으나 대부분 개방된 공간에서 수행되었다(2). 그러나 침대 매트리스는 대부분 건축물내의 구획공간에서 사용하고 있으며, 구획공간의 경우 침대 매트리스의 화재성장은 더 빠르게 진행됨과 동시에 구획공간내의 다른 가연물로의 화염확산 및 연소확대가 이루어져 결과적으로 인명 및 재산 피해의 대형사고로 전개되는 심각성을 내포하고 있다. 따라서 구획공간에서의 실물규모 화재시험이 필요한 실정이다.

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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