화재실 내 위험예측을 위한 연기층 온도 계산

 

국가화재평가원

현암 대리

 

화재예방의 일환으로 연료의 연소 특성과 구획 내에 미치는 영향을 측정하는 것은 매우 중요합니다. 이와 관련하여 구획화재 계산식 중 ‘구획 내 연기층 온도’ 를 도출 하는 식을 소개해보고자 합니다.

 

구획실 내 평균 연기층 온도

 

맥카프리 등의 식을 적용해 화재 시 구획 내 연기층 온도를 계산합니다.

이식은 화재 발생 후 시간경과에 따른 연기층의 온도를 예측할 수 있어 플래쉬오버 발생가능시점을 예측하는데 도움을 주며 거주자의 인명안전기준 적정성을 비교하고 자동소화장치, 열 감지 장치 등의 작동 가능성을 고려하는데에도 활용할 수 있습니다.

 

다음 실험식은 단일 개구부와 균질한 경계재료를 가진 구획실임을 가정하여 도출된 식입니다.

자연환기조건에서의 구획실 내 연기층 온도는 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

 

만약 다양한 가연물이 배치되어 있는 구획 내 온도 상승률을 구하고자 할 경우에는 각 가연물의 실효열전달계수의 합계(△ hk ) 를 도출한 뒤 최종식에 적용 해야 합니다.

강제환기조건의 경우 자연환기조건과 달리 열 침투시간을 계산하여 구획 내 측정하고자 하는 시간과 비교하여 실효 열전달계수 값을 구해줘야 합니다.

단, 구획 내 실효열전달계수는 재료의 특성이 온도에 따라 변하지 않는다는 가정하에 다음과 같은 식으로 결정할 수 있습니다.

 

즉, 강제환기조건의 경우 열 침투시간에 따라 실효열전달계수를 구한 뒤 그 값을 (1) 식에 대입하여 구획 내 온도를 파악할 수 있습니다.

다만, 소개한 두 식은 실험식으로 구획 내 재료의 열적 특성은 열용량과 열전도율에 따라 다르지만 화재 규모, 플래시오버 온도 및 환기 조건과 같은 다른 매개변수와 관련된 불확실성을 감안할 때, 동일 재료 속성이 합리적인 결과를 제공한다는 가정하에 도출된 식임을 알고 활용해야 하겠습니다.

 

적용예

ex) 500KW 일정한 크기의 화재가 발생하고 있다고 가정할 때, 폭 4m, 길이 3m, 높이 3m 이고 단일 개구부가 너비 0.9m, 높이 2.1m 인 공간 내부의 5분 후 온도를 추정하려고 한다. (구획경계는 0.00018kw/(m·°C)의 열전도율, 1.1KJ/(Kg·°C)의 비열, 960kg/m3 의 밀도의 1.6cm 두께의 석고이다. 또한 주변온도는 20℃ 라고 가정한다.)

공간 내 평균 연기층의 온도를 계산하시오.

 

 

 

주변온도가 20℃이기 때문에 구획내 온도는 263℃ + 20℃= 283 ℃가 됩니다. 이 값을 근거로 해당공간의 상황을 추정하면 다음과 같습니다.

 

 

- 본 칼럼은 국가화재안전저널 제 12호에 기고된 글입니다.