화재 - 연소론 - 소방학 개론

1. 화재의 분류

A급 일반화재	B급 유류화재	C급 전기화재	D급 금속화재	K급 주방화재
일상에서 가장 많이 존재하는 가연물에서 비롯된 화재 (종이, 나무, 솜 고무, 폴리류 등) 화재발생건수 월등히 높음, 보통화재 ​ ​	유류에서 비롯된 화재(인화성 액체 가연성 액체, 알코올, 인화성 가스 등) ​ ​ ​ ​ ​	전기가 통하고 있는 (통전중인) 전기기기 등에서 비롯된 화재 (전기에너지로 발생한 화재를 일컫는 것이 아님) ​ ​ ​	가연성 금속류가 가연물이 되어 비롯된 화재 특히, 가연성이 강한 금속류는 칼륨, 나트륨, 마그네슘, 알루미늄 등 덩어리(괴상) 보다는 분말상 일 때 가연성 증대	주방에서 사용하는 식용류, 동식물성유 등을 취급하는 조리기구에서 비롯된 화재 ​ ​ ​ ​ ​
연소후 재가 남는다. ​ ​ ​	연소후 재가 남지 않는다. ​ ​ ​	물을 이용한 소화는 감전의 위험이 있음 ​ ​	대부분 물과 반응해 폭발성이 강한 수소발생 ⇒ 수계(물,포,강화액) 사용금지	Tip : 비누는 기름이 달라붙는 것을 막는다 (치킨 먹고 기름진 손 비누로 싹싹)
냉각이 가장 효율적 ⇒ 다량의 물 또는 수용액으로 소화 ​	포(하얀거품)를 덮어 질식 소화 ​ ​ ​	가스소화액제 (이산화탄소) 이용한 질식 소화 ​ ​	금속화재용분말 소화약제, 건조사 (마른모래) 이용한 질식소화 ​	연소물 표면을 차단하는 비누화 작용 + 식용류 온도 발화점 이하로 냉각 작용

  ※ 화재의 분류

 

2. 화재의 현상

가. '화염'의 전달 (확산)

 1) 접염(接炎)연소 : 화염이 물체에 접촉함으로써 연소가 확산되는 현상

     ① 화염의 온도가 높을 수록 접염연소가 잘 일어난다.

     ② 화염은 규모가 크고, 접촉되는 범위도 넓어 접염연소가 광범위하게 이루어지며

          공포감도 유발한다.

     ③ 주간(밝을 때)에는 완전연소 부분으로 부터 발생하는 고열의 화염이 잘 보이지 않을 경우가 있음

           ※ 완전연소시 화염은 백색, 청색이라 밝은 주간에는 잘 보이지 않음

      ④ 야간 (어두울 때)에는 화염에 면한 부분의 연기가 반사된 빛에 의해 화염으로 보일 수 있다.

  2) 비화 (飛火) : 불티가 바람에 날리거나 튀어 멀리 떨어진 곳에 있는 가연물에 착화되어

                           연소가 확대되는 현상

   ① 비화에 의해 연소가 확산되면 불이 발생한 화원으로 부터 멀리 떨어진 장소에서 다수

        의 발화가 발생할 수 있다.

    ② 불티의 크기가 클수록 위험도가 높지만 작은 불티일지라도 바람, 습도 등에 따라 화재

         로 번질 수 있다.

    ③ 불티가 날아가는 비화거리와 범위는 연소물질의 종류, 발화부위의 화세 (화재의 크기

         나 강한 정도), 풍력 등에 따라 달라진다.

    ④ 야간에는 작은 것도 빨갛게 보이지만 주간에는 단순한 검은 물체로 보일 수 있어 주의해야 한다.

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나. 열전달

  1) 화염이 확산되기 위해서는 '열'의 전달이 이루어져야 함

  2) 온도가 다른 두 물체가 접촉하고 있거나 내부에 온도 구배(열이 흐르는 방향에 따라

      온도차가 있는 것)가 발생한 경우 상대적으로 온도가 높은 곳과 낮은 곳이 존재하게

      되는데 이 때 온도가 높은 곳에서 낮은 곳으로, 즉, 에너지가 높은 곳에서 낮은 곳으로

     열이 전달된다. 이렇게 뜨거운 곳에서 차가운 곳으로 열이 흐르는 과정을 '열전달'이라고 한다.

   ① 전도 (Conduction) : 두 물체가 접해 있을 때 뜨거운 곳에서 차가운 곳으로 열이 전달되는 것.

     ▣ 화재시 화염과는 떨어져 있지만, 거리가 인접한 가연물에 불이 옮겨 붙는 것은

         전도열에 의한 것이다. 다만, 열전도 방식에 의해 화염이 확산되는 경우는 흔치 않다.

   ex) 쇠 젓가락의 한쪽 끝을 가열하면 불꽃이 닿지 않은 반대쪽도 이내 열이 전달되어 뜨

         거워지는 것, 뜨거운 국그릇에 숟가락을 담가 놓았더니 손잡이 부분이 뜨거워진 것,

         손난로를 쥐고 있을 때 손이 따뜻해지는 것 등이 전도현상에 해당한다.

   ② 대류 (Convection) : 기체 혹은 액체와 같은 유체의 흐름 (뜨거운 공기는 위로, 차가운

        공기는 아래로)에 의해 열이 전달되는 것

  ③ 복사 (Radiation, 輻射) : '바퀴살'은 바퀴의 중심에서 테두리로 이어지는 부챗살 모

        양의 막대같은 것을 말하는데 이러한 부채살 모양으로 쏜다고 해서 복사라 한다.

    ㉠ 보통 화재 현장에서 인접 건물을 연소시키는 주원인이 복사열이다. 가림막이 없는

         땅에서 햇볕을 계속 쬐면 뜨거워지는 것은 태양으로 부터 열에너지가 파장형태로

          계속 방사되어 열이 전달되는 복사열의 사례로 볼 수 있다.

    ㉡ 화재에서 화염의 접속없이 연소가 확산되는 것은 복사열에 의한 것

      ⊙ 복사는 파장형태로 열에너지가 전달되는 것이므로 쉽게 말해 그 파장을 방해하는

           차단물 (방해물)이 중간에 껴 있으면 복사가 이루어 지지 않는다. 그래서 화재 현장

           에서는 보통 바람이 불어 오는 쪽 (풍상)이 바람으로 부터 보호 받는 쪽(풍하) 보다

           공기가 많아 복사에 의한 열전달이 잘 이루어진다 (산에 바람이 불어 맞부딪치고

           넘어가는 뒤쪽, 바람이 가려지는 쪽) 따라서 화재현장에서는 인접건물이 화염의 접

           촉 없이도 영향을 받아 연소되는 것은 이러한 복사열이 주원인으로 작용한다.

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3. 화재의 양상

가. 실내화재의 양상

▣ 건물화재는 건물내 일부분에서 부터 발화하여 출화(화염이 바닥재 또는 수직으로 된 벽,

     칸막이 등의 입장재를 타고 천장으로 확산되는 단계)를 거쳐 최성기에 이르고 인접 건물

     과 같은 외부로 연소가 점차 확대된다.

  ① 초기 : 외관상 개구부(창)에서 하얀 연기가 나오고, 실내 가구 등 일부가 독립적으로 연소하는 상황

  ② 성장기 : 외관상 세력이 강한 검은 연기가 분출되고 가구에서 천장면까지 확대되는 상황

                    으로 최성기의 전초단계, 근접한 동으로의 연소 확산 가능성이 있음

  ③ 감쇠기(감퇴기) : 외관상 지붕이나 벽체가 타서 떨어지고 곧이어 대들보, 기둥 등이 무너

                   져 내림, 연기는 검은색(흑)에서 흰색(백)으로 변함, 화세가 쇠퇴하며 연소확산의

                    위험은 없는 상태이나 바닥이 무너지거나 벽체가 떨어지는 등의 위험성이 있음

 

 ※ 실내 화재의 양상

 

나. 건축물 종류에 따른 화재 양상

 1) 내화조 건축물

   ▣ 내화조 건축물에는 대표적으로 철근콘크리트 구조가 있다. 천장, 바닥, 벽이 내화구조

        로 되어 있어 연소로 붕괴되지 않아 공기의 분포가 거의 일정한 상태를 유지한다.

     ① 내화구조 건축물의 화재 지속시간은 2~3시간에서 수시간 이상 지속되기도 해 800~

          1,050 [℃] 정도의 온도가 오래 유지되는 편 (기본적으로 화재이기 때문에 고온상태

          이기는 하나 목조 건축물에 비해서는 낮은 온도이므로 '저온장기형'이라고도 함

         ※ 오래 버티는 만큼 그을음이 많이 생겨 연기도 많이 발생한다.

     ② 목조에 비해 발연량이 작다. (발연량 : 연기발생량, 연기의 농도)

 

2) 목조건축물

  ▣ 보통 목조건축물은 가구 및 내장재가 타기 쉬운 가연물로 되어 있어 순식간에 플래시

       오버(Flash over)에 도달하며 온도가 급상승한다.

     ① 골조(뼈대)도 목재이고 개구부가 많아 공기가 드나들기가 좋기 때문에 격렬히 연소

          하는 것이 특징이다.

     ② 벽체의 상부와 지붕 일부가 불에 타면서 내려 앉으면 연소는 최성기에 이르고 온도가

          1,100 ~ 1,350 [℃] 에 달한다.

     ③ 최성기를 지나 굵은 기둥이나 보 (수직기둥에 연결돼 하중을 지탱하는 부분) 마저 넘어

          지고, 타고 남은 목재의 부스러기에서 연기가 나는 상태가 되며 최성기 이후로는 원활

          한 공기의 흐름으로 냉각, 온도가 급속저하한다.

      ④ 보통 목조 주택 화재시 출화 ~ 최성기 까지 약 10분, 최성기 ~ 감쇠기까지 약 20분

           소요 (고온 단기형)

 

다. 플래시 오버 (Flash over)

  ① 발화에서 출화를 거쳐 수직구조물을 타고 화염이 천장으로 확산, 가연성 가스가 축적되

      어 일순간에 실내 전체가 폭발적으로 화염에 휩싸이게 되는 현상

  ② 징후 : 열과 진한 연기가 쌓이고 바닥부터 천장까지 고온상태

  ③ 통상 내화건물의 경우 출화 후 5~10분 후에 발생

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라. 백 트래프트 (Back draft)

  ① 실내가 충분히 가열되어 다량의 가연성 가스가 축적되어 있을 때 소화활동을 위해 문을

       개방함으로써 공기가 유입되어 축적된 가스가 폭풍을 동반해 폭발적으로 연소하여 실

       외로 분출되는 현상

  ② 농연 분출, 파이어볼 형성, 건물 벽체 붕괴 현상 동반

  ③ 연기 폭발이라고도 함

  ④ 화재실 개방전 천장 부근을 개방해 환기(가스 방출) 시킴으로써 폭발력을 억제할 수 있다.

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마. 롤 오버 (Roll over)

  ① 완전히 성장하지 않은 화재 단계에서 발생한 가연성 증기가 화재구획을 빠져 나갈 때

       발생한다.

  ② 화재구획 천장에 가연성 증기층이 형성, 연소되지 않은 (미연소) 가연성 가스를 통해

      파도같이 빠른 속도 화염이 확산되는 현상

  ③ 폴레임 오버 (flame over)라고도 하며 가연물 표면에서 일어나는 플래시 오버와 구별됨

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4. 연기

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가. 연기

  ▣ 공기중에 부유하고 있는 고체 또는 액체의 미립자 (맨눈으로 볼 수 없는 아주 작은

       알갱이)로 그 크기가 안개입자 보다 작다.

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나. 화재에서 '연기'

  ▣ 연기 미립자만을 의미하는 것이 아니라 연소하면서 발생한 가스성분을 포함, 가연물의

      열분해로 방출된 증기, 탄소입자, 그을음(매연), 연소되지 않은 (미연소) 증기가 응축된

      아주 작은 액체 방울(액적) 등이 대기중에 확산 및 부유하고 있는 상태 즉, 열기류 전체를 총칭한다.

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다. 복도에서 연기 유동

  ▣ 복도에서는 연기가 천장면에 근접해 안정된 형태로 멀리 흐를 수 있다. 복도 위쪽은

       화재가 난 화점실에서 부터 연기가 흘러 나와 확산되고 복도의 아래 쪽은 주위의 공기가

       화점실로 유입되는 양상, 이렇듯 복도를 통해 이동하는 연기의 수평유속 (가로방향

       흐르는 속도)은 플래시 오버 이전에는 평균 0.5 [m/sec]이고 플래시 오버 이후에는

       평균 0.75 [m/sec] 이다.

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라. 내화건물에서 연기 유동

  ▣ 내화 건물에서 연기의 흐름은 중성대 (실내와 실외 압력이 같아지는 지점)의 위치에 따

       라 달라지는데 중성대는 상·하층의 개구부 크기 및 냉·난방에 의해 위치가 달라질 수 있

       다. 일반적으로 건축물에서 연기는 화재가 발생한 층 (화점층)을 수평 이동하며 오염시

       키고 상층 (윗층)으로 이동 후 계단실 등을 통해 강하한다. (타고 내려 온다)

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마. 지하터널 등에서 연기 유동

  ▣ 지하가 등에서 연기는 1[m/sec] 정도의 속도로 이동하나 제트팬 (도로터널이나 지하

      차도의 환기를 위해 설치하는 환풍기)이 설치된 긴 터널에서의 이동속도는3~5[m/sec]에 달한다.

      이 처럼 인공적으로 설치한 공기조화설비와 배기닥트가 연기의 이동속도를 빠르게 유동시키는 요인이 될 수 있다.