[논문]현장 소방활동에 따른 공기호흡기 소모량의 변화

전재인; 공하성

doi:10.17703/jcct.2019.5.4.93

현장 소방활동에 따른 공기호흡기 소모량의 변화
Changes in The Amount of Air Respirator Consumed by Field Fire-fighting Activities 원문보기

Journal of the convergence on culture technology : JCCT = 문화기술의 융합, v.5 no.4, 2019년, pp.93 - 98

전재인 (우석대학교 일반대학원 소방방재학과) , 공하성 (우석대학교 소방방재학과)

초록
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이 연구는 현장 소방활동에 따른 공기호흡기 소모량의 변화율을 파악 분석한 것으로 실험 결과는 다음과 같다. 대상자 5명의 평균 공기소모량은 가만히 서 있을 때 $15.56{\ell}/min$, 보통걸음으로 걸을 때 $32.43{\ell}/min$, 소방호스를 전개 하고 정리할 때 $43.07{\ell}/min$, 계단을 걸어 올라갈 때 $55.28{\ell}/min$, 계단을 뛰어 올라가 해머를 연속하여 내려치는 상황은 $127.14{\ell}/min$로 급격히 상승하여 에너지 소모량에 따라 공기소모량도 증가된다는 것을 알 수 있다. 실험대상자 A는 가장 고령임에도 가만히 서 있을 때 $13.23{\ell}/min$, 보통걸음으로 걸을 때 $29.33{\ell}/min$, 소방호스를 전개하고 정리할 때는 $41.08{\ell}/min$로 공기소모량이 가장 낮게 나타났다. 이는 깊고 느리게 하는 호흡법에 익숙한 결과로 판단된다. 실험대상자 D는 공기호흡기 평균 사용량이 $63.58{\ell}/min$로 유의하게 높았다. 그 이유는 비만이 공기소모량을 높인 것으로 보이고, 해머로 내려치는 동작에 체력이 소진되어 공기소모량 상승에 더 큰 영향을 미친것으로 판단된다. 실험대상자 E는 공기호흡기 사용량이 $49.90{\ell}/min$로 유의하게 낮게 나타났다. 그 이유는 E의 연령이 실험대상자 중 가장 젊고, 강인한 체력을 소유한 결과로 추측된다.

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of this study was to identify and analyze the rate of change of air respirator consumption based on field fire fighting activities, The results of the experiment are as follows. The mean air consumption of the Five subjects was $15.56{\ell}/min$ when standing still, $32.43{\ell}/min$ when walking with normal pace, $43.07{\ell}/min$ when the fire hoses was expanded and arranged, $55.28{\ell}/min$ when climbing stairs, The situation of running up the stairs and hitting the hammer continuously increases to $127.14{\ell}/min$, which means that the consumption of air increases according to the energy consumption. Despite being the oldest, Experimental subject A was $13.23{\ell}/min$ when standing still, $29.33{\ell}/min$ when walking normally, and $41.08{\ell}/min$ when the fire hose was deployed and arranged. This is a result of familiarity with deep and slow breathing methods. The average respiratory use rate of subjects D was $63.58{\ell}/min$. The reason for this is that obesity seems to increase the air consumption, and it is considered that the physical strength is exhausted by the action of the hammer, which has a greater influence on the increase of air consumption. The subject E had significantly lower air respiratory use rate of $49.90{\ell}/min$. The reason for this is that the age of E is the youngest among the subjects, and it is presumed that it possesses strong physical strength.

주제어

표/그림 (4)

표 표 1. 공기호흡기(SCA 680)의 제원 Table 1. Specification of air respirator (SCA 680)
표 표 2. 실험대상자의 특성 Table 2. Characteristics of Subjects
표 표 3. 실험 시의 환경 Table 3. Environment of Experiment
표 표 4. 소방활동 작업유형, 호흡법 등에 따른 공기소모량의 변화 Table 4. Changes in air consumption due to fire fighting activity type and breathing method

AI 본문요약
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문제 정의

또한, 예외적인 경우를 제외하고 20분정도를 측정하면 공기호흡기 소모량의 변화를 보다 정확하게 확인 가능함으로 상황별로 20분을 측정하였다. 다만 계단을 뛰어 올라가 해머를 내려치는 연속 동작은 극심한 피로도를 감안하여 압력게이지의 변화량이 30bar를 확인한 후 분당 호흡량을 산정하는 방법으로 정확도를 높이고자 하였다. 실험대상자가 해머를 강하게 반복적으로 내려치는 작업은 신체에 극심한 무리를 가져와 일정시간이 지나면 동작이 느려지면서 체력의 한계를 가져왔다.

가설 설정

소방호스는 65mm 소방호스와 40mm 소방호스를 화재현장에서 사용하지만 40mm 소방호스는 체력소모가 상대적으로 적으므로, 실험 목적상 체력소모가 많은 65mm 소방호스를 전개하고 정리하는 경우로 설정하였다. 넷째, 화재현장인 건물의 계단을 걸어 올라가는 경우도 빈번히 발생하는 상황이므로 설정하였다. 마지막으로 계단을 뛰어 올라가 해머를 반복해서 내려치는 경우는 소방대원의 체력이 소진되는 극도로 힘든 상황을 가정하여 설정하였다.
넷째, 화재현장인 건물의 계단을 걸어 올라가는 경우도 빈번히 발생하는 상황이므로 설정하였다. 마지막으로 계단을 뛰어 올라가 해머를 반복해서 내려치는 경우는 소방대원의 체력이 소진되는 극도로 힘든 상황을 가정하여 설정하였다.
둘째, 소방대원이 화재현장에서 뛰는 경우는 부득이한 경우가 아니면 자제하므로 보통걸음으로 걸을 때를 설정하였다. 셋째, 화재현장에서는 소방호스를 전개하고 정리하는 상황이 빈번히 발생하므로 설정하였다. 소방호스는 65mm 소방호스와 40mm 소방호스를 화재현장에서 사용하지만 40mm 소방호스는 체력소모가 상대적으로 적으므로, 실험 목적상 체력소모가 많은 65mm 소방호스를 전개하고 정리하는 경우로 설정하였다.

제안 방법

첫째, 가만히 서 있는 경우로 소방대원이 화재현장등에서 계속해서 활동하기는 무리이므로 서 있는 경우를 설정하였다. 둘째, 소방대원이 화재현장에서 뛰는 경우는 부득이한 경우가 아니면 자제하므로 보통걸음으로 걸을 때를 설정하였다. 셋째, 화재현장에서는 소방호스를 전개하고 정리하는 상황이 빈번히 발생하므로 설정하였다.
그런 다음 측정시간으로 나누어서 분당 사용량을 확인하였다. 또한, 예외적인 경우를 제외하고 20분정도를 측정하면 공기호흡기 소모량의 변화를 보다 정확하게 확인 가능함으로 상황별로 20분을 측정하였다. 다만 계단을 뛰어 올라가 해머를 내려치는 연속 동작은 극심한 피로도를 감안하여 압력게이지의 변화량이 30bar를 확인한 후 분당 호흡량을 산정하는 방법으로 정확도를 높이고자 하였다.
그러므로 이 실험에선 일관성 있는 동작이 약 30bar까지 가능했으므로 이 실험의 측정 기준으로 삼았다. 또한, 현장 소방활동 경력 및 호흡법이 공기호흡기의 소모량에 미치는 영향을 분석하기 위해 실험 참여소방대원 경력선정 기준은 5가지로 정하였다. 첫째, 소방대원의 경험이 가장 짧은 경우를 1년으로, 둘째, 현장 소방활동 경험을 어느 정도 경험한 경우를 5년으로, 셋째 다양한 경험을 가진 중간 단계인 10년으로, 넷째 현장 활동 경험이 많은 선임 대원인 15년으로, 마지막으로 현장 경험이 풍부한 20년으로 기준을 선정하였다.
셋째, 화재현장에서는 소방호스를 전개하고 정리하는 상황이 빈번히 발생하므로 설정하였다. 소방호스는 65mm 소방호스와 40mm 소방호스를 화재현장에서 사용하지만 40mm 소방호스는 체력소모가 상대적으로 적으므로, 실험 목적상 체력소모가 많은 65mm 소방호스를 전개하고 정리하는 경우로 설정하였다. 넷째, 화재현장인 건물의 계단을 걸어 올라가는 경우도 빈번히 발생하는 상황이므로 설정하였다.
소방활동 작업유형에 따른 공기호흡기 소모량 변화을 알아보기 위해 실험에 참여한 소방대원에게 사전 설문을 통하여 다음과 같이 5종류가 화재현장에서 주로 발생하는 것을 확인하였다.
실험시간은 2019년 6월 7일 오전 9시~11시에 실시하였는데 이는 실험대상자의 피로도를 고려하여 무더운 오후 시간을 피하고, 하루 중 쾌적한 오전을 선택하여 실시하였다. 표 3.
이 연구는 화재현장 등에서 다양한 소방활동을 하는 소방대원의 작업유형, 호흡법, 신체조건, 연령에 따른 공기호흡기 소모량의 변화율을 분석하였다. 실험 결과는 다음과 같다.
과 같이 장소는 ○○건물의 후정 및 계단에서 실험하였는데, 실험장비는 한국 소방관이 일반적으로 사용하고 있는 SCA 680 모델로 압축 산소농도가 21vol%인 공기(Air)를 고압으로 압축하여 공기통에 저장하여 사용하는 양압식 공기호흡기이며, 안면부 보호를 위한 면체를 쓰고, 방화복, 안전모, 안전장갑등을 착용하여 신체 안전을 도모하였다. 이어 방수화를 신고 손도끼 등을 휴대하였다. 총 중량은 22㎏으로 측정되었다.
첫째, 가만히 서 있는 경우로 소방대원이 화재현장등에서 계속해서 활동하기는 무리이므로 서 있는 경우를 설정하였다. 둘째, 소방대원이 화재현장에서 뛰는 경우는 부득이한 경우가 아니면 자제하므로 보통걸음으로 걸을 때를 설정하였다.
화재진압은 의학적으로 심혈관계, 순환계 등이 건강해야 할 수 있는 소방활동이다. 특히 폐, 심장, 뇌, 내분비계 질환, 당뇨병, 천식, 발작 등이 있으면 불가능하므로 표 2와 같이 건강상태를 확인하였다. 실험대상자의 평균 연령은 43.
실험시간은 2019년 6월 7일 오전 9시~11시에 실시하였는데 이는 실험대상자의 피로도를 고려하여 무더운 오후 시간을 피하고, 하루 중 쾌적한 오전을 선택하여 실시하였다. 표 3.과 같이 장소는 ○○건물의 후정 및 계단에서 실험하였는데, 실험장비는 한국 소방관이 일반적으로 사용하고 있는 SCA 680 모델로 압축 산소농도가 21vol%인 공기(Air)를 고압으로 압축하여 공기통에 저장하여 사용하는 양압식 공기호흡기이며, 안면부 보호를 위한 면체를 쓰고, 방화복, 안전모, 안전장갑등을 착용하여 신체 안전을 도모하였다. 이어 방수화를 신고 손도끼 등을 휴대하였다.

대상 데이터

총 중량은 22㎏으로 측정되었다. 소방호스는 화재현장에서 사용하는 길이 15m, 구경 65mm 큰 소방호스을 이용하였다. 날씨는 흐렸으며, 기온은 22℃, 습도는 70%, 풍속은 3∼5m로 쾌적하였다.
반면에 페이스 마스크의 안면에 대한 밀착이 불안정하면 공기가 계속해서 누출되는 단점이 있다[9]. 실린더 내용적은 6.8ℓ, 중량은 4.2㎏, 최고충전압력은 300bar이며 충전공기량은 2,040ℓ이다. 면체, 등지게 등을 포함한 총 중량은 약 8㎏이다.
실험 참여 대상자는 남자 소방대원 5명을 대상으로, 화재진압 경험이 1년에서 20년까지인 소방대원으로 구성하였다. 연령별로는 20대에서 50대까지 전 연령대별로 다양하게 구성하였다.
또한, 현장 소방활동 경력 및 호흡법이 공기호흡기의 소모량에 미치는 영향을 분석하기 위해 실험 참여소방대원 경력선정 기준은 5가지로 정하였다. 첫째, 소방대원의 경험이 가장 짧은 경우를 1년으로, 둘째, 현장 소방활동 경험을 어느 정도 경험한 경우를 5년으로, 셋째 다양한 경험을 가진 중간 단계인 10년으로, 넷째 현장 활동 경험이 많은 선임 대원인 15년으로, 마지막으로 현장 경험이 풍부한 20년으로 기준을 선정하였다.

성능/효과

(2) 실험대상자 D는 공기호흡기 사용량이 63.58ℓ/min로 유의하게 높게 나타났다. 그 이유는 키 172㎝ 체중 88㎏으로 다소 비만의 몸무게가 공기 소모량을 높인 것으로 보이고, 해머를 연속하여 내려치는 극한 작업을 할 때 체력이 고갈되어 공기소모량 상승에 영향을 미친 것으로 판단된다.
(3) 실험대상자 E는 공기호흡기 사용량이 49.90ℓ/min로 유의하게 낮게 나타났다. 그 이유는 E의 연령이 실험대상자 중 가장 젊고, 꾸준한 운동으로 강인한 체력을 소유한 결과로 보인다.
작업유형에 따른 실험결과는 평균 공기소모량은 가만히 서 있을 때 15.56ℓ/min, 보통걸음으로 걸을 때 32.43ℓ/min, 소방호스을 전개하고 정리할 때 43.07ℓ/min, 계단을 걸어 올라갈 때 55.28ℓ/min로 나타났고, 계단을 뛰어 올라가 해머로 연속 내려치는 작업을 할 때는 127.14ℓ/min로 급격히 상승하여 유의미한 차이를 보였다. 현장 소방활동 시 신체 작업의 강도가 높을수록 호흡이 거칠어지고 에너지소모량이 올라가, 공기소모량이 당연히 증가하는 것을 알 수 있다.
14ℓ/min로 공기소모량이 급격히 상승하여 유의미한 차이를 보였다. 특히 가만히 서 있는 경우와 계단을 뛰어 올라가 해머를 연속하여 내려치는 작업은 약 10배의 공기소모량의 차이를 보였다.
는 다양한 실험 조건에서 공기소모량의 변화를 나타낸다. 평균 공기소모량은 가만히 서 있을 때 15.56ℓ/min, 보통걸음으로 걸을 때 32.43ℓ/min, 65mm 소방호스를 전개하고 정리할 때 43.07ℓ/min, 계단을 걸어 올라갈 때 55.28ℓ/min로 나타났으며, 계단을 뛰어 올라가 해머로 연속하여 내려치는 작업을 할 때는 127.14ℓ/min로 공기소모량이 급격히 상승하여 유의미한 차이를 보였다. 특히 가만히 서 있는 경우와 계단을 뛰어 올라가 해머를 연속하여 내려치는 작업은 약 10배의 공기소모량의 차이를 보였다.
따라서 산소 소모량은 운동 부하가 증가함에 따라 비례하여 증가한다는 것을 알 수 있다[12]. 이처럼 현장 소방활동 시 신체 작업의 강도가 높을수록 호흡이 거칠어지고 에너지소모량이 올라가, 공기소모량이 당연히 증가하는 것을 알 수 있다. 다시 말해 에너지소모량이 많을수록 공기 소비량도 증가하므로 가만히 서 있을 때, 보통걸음으로 걸을 때, 65mm 소방호스 전개 후 정리할 때, 계단을 올라갈 때, 계단을 뛰어 올라가 해머로 내려칠 때 순으로 에너지 소모량이 증가되어 공기 소비량도 많은 것을 알 수 있다.

후속연구

향후 연구과제로 소방대원의 비만도가 공기호흡기 소모량에 미치는 영향, 공기호흡기의 최적화 된 호흡법등에 대한 연구가 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	사람이 격렬한 운동을 할 때 산소를 더 많이 흡입하는 이유는 무엇인가?	사람은 격렬한 운동을 하게 되면 평소보다 산소를 더 많이 흡입하게 되는데 이는 혈중 산소량을 증가시켜 이용 가능한 산소공급을 원활하게 하여 피로를 지연시키고 운동 수행 능력을 향상하기 위함이다[5]. 일반적으로 운동을 하면 혈압과 심박 수가 상승하며 호흡수가 증가하게 되는데 이때, 신체의 활동량에 따라 많은 양의 산소흡입이 요구된다.
	호흡용 보호구의 정의는 무엇인가?	공기호흡기와 같은 호흡용 보호구는 인체에 해로운 염려가 있는 환경에서 호흡보호의 목적으로 착용하는 개인용 보호구의 총칭이라 정의하고 있다. 한국의 소방대원이 대부분 사용하는 공기호흡기는 ㈜산청에서 제작한 SCA 680 모델이다.
	소방대원이 자신의 공기소모량을 인지해야 하는 이유는 무엇인가?	소방대원은 호흡곤란에 관한 지식과 자신의 공기소모량을 인지하고 있어야 한다. 왜냐하면 긴급상황 시소방대원의 탈출시간 등을 고려해야하기 때문이다. 그리하여 평상시 자신의 사용가능시간을 알아둘 필요가 있다.

참고문헌 (12)

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Suk-Hwan Oh, A Study on the Prevention of Air Respirator Container Corrosion, Major in Fire Prevention Engineering Graduate School of Edudation Gachon University,(2012), p. 5.
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Moon, Geun-Chul, Firefighters to prevent accidents from choking, Improving the use of personal safety equipment scba to prevent safety accidents Department of fire and Disaster Prevention & Science, Kangwon National University, (2018), p. 23.
CHAE, Seung-Hee, The Effects of Hyperoxygen Uptake during and Recovery Exercise on Respiratory Variables, Major in Physical Education Graduate School of Education Dankook University (2006), p. 13.
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Ha,Yeon-Ju, A Study on the Design of Fire Resistant Air Respirator Face Mask, Department of Industrial Design Hongik University, (2004), pp. 18-19.
Ha,Yeon-Ju, A Study on the Design of Fire Resistant Air Respirator Face Mask, Department of Industrial Design Hongik University, (2004), pp. 25-29.
Seoul Fire Department, Fire Fighters Certification Manual, (2009), p. 340.
Ryu, Kyounghwa, The Effect Forward, Backward and Lateral Walking and Jogging On the Change in Energy Expenditure and Cardiovascular Function, Department of Physical Education Graduate School of Konkuk University, (2002), pp. 1-2.
Ryu, Kyounghwa, The Effect Forward, Backward and Lateral Walking and Jogging On the Change in Energy Expenditure and Cardiovascular Function, Department of Physical Education Graduate School of Konkuk University, (2002), p. 8.

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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