화재공학을 응용한 방화사건의 해결 예

국가화재평가원

여용주 원장(소방기술사 / 공학박사)

 

국내에서 화재공학원론으로 번역되어 출간된 'Principles of fire behavior'에 나오는 내용 중 일부를 소개드립니다.

 

「미국의 한 주택에서 세탁물 바구니에 불이 붙었는데, 바구니로부터 2m 높이의 수도동관이 파열되면서 불이 꺼진 일이 발생하였다. 이를 조사하던중 방화라는 의심을 하게 된 이유는, 수도동관의 연결부 납땜이 용융되기 위해서는 대략적으로 250~300℃ 정도인데 이는 화염의 직접적인 접촉 없이는 이 온도에 도달될 수 없다. 더구나 물이 채워진 수도동관의 납이 용융되기 위해서는 납 접합부에 화염이 완전히 휩싸여야만 가능하기 때문이다.」

 

이러한 논리를 뒷받침한 근거는 다음과 같습니다.

 

세탁물 바구니 화재는 큰 쓰레기통 화재로 간주할 수 있다. 참고로 큰 쓰레기통(직경 0.7m) 화재의 최대연소속도는 10g/s이고, 내용물을 플라스틱 및 면 의류로 가정한다면 발생연소열은 20kJ/g이 된다.

 

우선 화재크기를 계산하면,

Q = 10 g/s x 20 kJ/g = 200 kJ/s = 200 kW

 

즉 세탁물 바구니 화재크기가 200 kW 정도임을 알았으니, 화염높이를 계산하여 상부의 수도 동관까지 화염 접촉이 가능한가를 판단해야 합니다. 화염높이를 계산하는 식은 3가지 정도 있으며, 모두 실험을 통하여 이론식을 도출한 것으로 간단하게 사용이 가능합니다. 그 중에서 Heskestad(1995)가 제안한 식을 사용하여 계산하면 다음과 같습니다.

 

계산결과는 세탁물 바구니 화재로는 2m 높이에 있는 수도동관까지 화염이 접촉할 가능성이 없다는 것을 말해주고 있습니다. 즉 집주인의 이야기는 거짓일 가능성을 의심할 수 있습니다. 만일 세탁물 바구니에 어떤 첨가제를 넣은 후 불을 질렀다면 ?

가솔린을 첨가하였다고 가정하여 화염높이를 다시 계산하면 다음과 같습니다.

가솔린의 경우에는 단위면적당 최대연소속도가 55 g/m2s이고 발생연소열은 43.7 kJ/s 이므로, 화재크기를 계산하면,  

다시 화염높이를 계산하면, 

 

화염높이 2.4 m 는 수도동관의 납땜을 용융시킬수 있을만큼 직접적인 화염접촉이 가능한 높이입니다. 따라서 가솔린과 같은 첨가제를 사용한 방화일 가능성에 보다 신빙성이 커졌다고 볼 수 있습니다.

 

지금까지 화재공학의 단순한 응용식을 통해 화염높이를 계산하여 방화여부를 판단하는 예를 살펴보았습니다. 화재위험관리를 위해 이러한 공학적 지식을 이용하여 응용할 수 있는 예는 매우 많다고 봅니다. 예를 들어 화재가 예상되는 공간의 화재크기를 예측하여 화염높이와 복사열유속을 계산하여 인접한 가연물로의 화재전파 가능성 여부를 판단하거나, 소화설비의 작동여부 또는 작동시점도 알 수 있습니다.

또한 화재의 성장속도를 예상하여 화재 경보후 현장 도착 즈음의 화재크기를 예측하여 초기대응 성공가능성을 판단할 수 있으며, 플래쉬오버의 발생가능성과 발생시점을 미리 예측하여 화재 시 대응계획을 보다 구체적으로 세울 수 있습니다.

화재공학을 응용한 화재위험관리 기법의 도입이 필요한 시점이 아닌가 생각해봅니다.

 

그림1. 세탁물 바구니의 첨가제 유무에 따른 화염높이의 차이

 

- 본 칼럼은 국가화재안전저널 제 17호에 기고된 글입니다.