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【 열역학 (Thermodynamics】

 

 ▣ 물질의 상태변화에 따라 발생하는 열과 일의 양은 열역할 법칙으로 정의되는 에너지와

     엔트로피 등의 열역학적 변수들을 이용하여 분석하는 학문

     ※ 일 ↔ 열 : 물리적 현상

1. 열역학 제0법칙

   ▣ 온도가 서로 다른 물체를 접촉시켜 놓으면 얼마 후 온도가 같아진다. (열평형상태)

 

2. 열역학 제1법칙 : 에너지 보존법칙

  ▣ 어떤 고립된 계의 총에너지는 일정하다는 법칙

   ⊙ 내부에너지 변화가 계에 가해진 열과 계가 한일 사이의 차가 같다는 것을 의미한다.

 

    이를 그림으로 표현하면 다음과 같다.

 

  열과 운동의 관계로 정리를 하면..

 

 

3. 열역학 제2법칙

  ▣ 고립계에서 총 엔트로피의 변화는 항상 증가하거나 일정하며 절대로 감소하지 않는다.

 

 

   ① 열은 자연적으로 저열원에서 고열원으로 이동할 수 없다.

   ② 효율 100%의 열기관은 존재할 수 없다.

 

4. 열역학 제3법칙

  ▣ 절대온도에 가까워질수록 엔트로피의 변화량은 0에 수렴한다.

       그리고 계는 절대온도 0도에 이를 수 없다.

 

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1. 연기 (Smoke)

가. 정의

  ① 가연물 중 완전 연소되지 않은 고체 또는 액체의 미립자가 떠돌아다니는 상태

  ② 연소생성물이 눈에 보이는 것을 연기라고 한다.

 ▣ 수직으로 연기가 이동하는 속도는 수평으로 이동하는 속도 보다 빠르다.

 ▣ 연기 중 액체 미립자계만 유독성이다.

 ▣ 연기는 대류에 의하여 전파된다.

2. 연기의 이동속도 ★

 

  ① 수평방향 : 0.5 ~ 1 [m/sec]

  ② 수직방향 : 2~3 [m/sec]

  ③ 계단실 내의 수직이동속도 : 3 ~ 5 [m/sec]

3. 연기의 농도표시법

가. 절대 농도

 ① 중량 농도법

    ▣ 단위체적 중에 포함되어 있는 입자의 중량 [kg/㎥], [g/㎤]

 ② 입자 농도법

    ▣ 단위체적 중에 포함되어 있는 입자의 개수 [개/㎥]

 

나. 상대 농도

 ① 감광계수법

    ▣ 빛을 투과하였을 경우 빛의 감쇄에 따른 가시거리의 감소를 측정하는 것

 ② 감광계수와 가시거리 ★

감광계수[m-1]
가시거리 [m]
상 황
0.1
20~30
연기감지기가 작동할 때의 농도
0.3
5
건물내부에 익숙한 사람이 피난에 지장을 느낄 정도의 농도
0.5
3
어두운 것을 느낄 정도의 농도
1
1~2
거의 앞이 보이지 않을 정도의 농도
10
0.2 ~ 0.5
화재 최성기 때의 농도, 유도등이 보이지 않음
30
-
출화실에서 연기가 분출할 때의 농도

4. 연기를 이동시키는 요인

 

① 팽창력 : 화재실 내 온도상승에 따른 체적의 팽창(샤를의 법칙)으로 압력이 높아져 연기

                   유동의 원인이 된다.

② 부력 : 화재실 내 온도가 상승하므로 상하부의 밀도차 (비중차)가 발생하여 연기가 상부

               로 이동하는 현상이다.

③ 연돌(굴뚝)효과 (Stack effect) : 건물 내의 온도차 (기후조건 등)에 의한 밀도차 (비중

          차)의 발생은 기류 이동의 원인이 되며, 고층일 수록 연돌효과가 크게 나타난다.

④ 바람의 효과 : 건축물 외부의 바람이 건축물 내로 유입되어 연기 이동에 영향을 미치는 경우

⑤ 공조설비 : 건축물 내부에 있는 냉·난방용 공기조화설비에 의한 연기의 유동

⑥ 피스톤 효과 : 건축물 내부의 승강기가 피스톤과 같이 이동하며 연기의 유동이 발생

5. 연돌(굴뚝) 효과 (Stack effect) ★

  ① 건물 내·외부의 온도차에 따른 공기의 흐름현상이다.

  ② 굴뚝효과는 고층 건물에서 주로 나타난다.

  ③ 평상시 건물 내의 기류분포를 지배하는 중요 요소이며 화재시 연기의 이동에 큰 영향을 미친다.

  ④ 건물외부의 온도가 내부의 온도 보다 높은 경우 저층부에서는 내부에서 외부로 공기의 흐름이 생긴다.

 

[참고] 연기거동 중 굴뚝효과와 관계 있는 것

① 건물 내외의 온도차
② 화재실의 온도
③ 건물의 높이 (고층건물에서 발생)

6. 제연방법

제연방법
설 명
희석 (Dilution)
외부로 부터 신선한 공기를 대량 불어 넣어 연기의 양을 일정
농도 이하로 낮추는 것
배기 (Exhaust)
건물 내의 압력차에 의하여 연기를 외부로 배출시키는 것
차단 (Confinement)
연기가 일정한 장소내로 들어오지 못하도록 하는 것

【 출제 예상 문제 】

1. 건물화재 시 연기가 건물밖으로 이동하는 주된 요인이 아닌 것은 ? ④

  ① 굴뚝 효과                                    ② 건물 내부의 공조설비

  ③ 온도상승에 따른 기체의 팽창     ④ 적설량

  [연기를 이동시키는 요인]

  ① 팽창력 : 화재실 내 온도상승에 따른 체적의 팽창 (샤를의 법칙)으로 압력이 높아져 연기유동의 원인이 된다.

  ② 부력 : 화재실 내의 온도가 상승하므로 상하부의 밀도차(비중차)가 발생하여 연기가 상부로 이동하는 현상이다.

  ③ 연돌(굴뚝) 효과 (Stack effect) : 건물내의 온도차 (기후조건 등)에 의한 밀도차 (비중

        차)의 발생은 기류이동의 원인이 되며, 고층일 수록 연돌효과가 크게 나타난다.

    ※ 연동효과의 영향 요인 : 실내외의 온도차, 외벽의 기밀성, 층간 공기누설

  ④ 바람의 효과 : 건축물 외부의 바람이 건축물 내로 유입되어 연기 이동에 영향을 미치는 경우

  ⑤ 공조설비 : 건축물 내부에 있는 냉·난방용 공기조화설비에 의한 연기의 유동

  ⑥ 피스톤 효과 : 건축물 내부의 승강기가 피스톤과 같이 이동하며 연기의 유동이 발생

2. 감광계수 [m-1]에 대한 설명으로 옳은 것은 ?

   ① 0.5는 거의 앞이 보이지 않을 정도이다.

   ② 10은 화재 최성기 때의 농도이다.

   ③ 0.5는 가시거리가 20~30 [m] 정도이다.

   ④ 10은 연기감지기가 작동하기 직전의 농도이다.

 

[감광계수]

감광계수[m-1]
가시거리[m]
상 황
0.5
3
어두운 것을 느낄 정도의 농도
10
0.2 ~ 0.5
화재 최성기 때의 농도, 유도등이 보이지 않음

3. 고층건축물에서 연기의 제어 및 차단은 중요한 문제이다. 연기제어의 기본방법이 아닌 것은 ? ④

   ① 희석     ② 차단     ③ 배기     ④ 복사

[제연방법]

제연방법
설 명
희석 (Dilution)
외부로 부터 신선한 공기를 대량 불어 넣어 연기의 양을 일정
농도 이하로 낮추는 것
배기 (Exhaust)
건물 내의 압력차에 의하여 연기를 외부로 배출시키는 것
차단 (Confinement)
연기가 일정한 장소내로 들어오지 못하도록 하는 것

4. 고층건물 내의 연기 거동 중 굴뚝효과 (Stack effect)와 관계가 없는 것은 ? ④

  ① 건물 내외의 온도차               ② 화재실의 온도

  ③ 건물의 높이                           ④ 층의 면적

  [해설] 연돌(굴뚝)효과의 영향요인

    ▣ 건물 내외의 온도차, 화재실의 온도, 건물의 높이 (고층건물에서 발생)

5. 화재시 계단실 내 수직방향의 연기 상승 속도범위는 일반적으로 몇 [m/sec]의 범위에 있는가 ? ③

   ① 0.05 ~ 0.1         ② 0.8 ~ 1.0          ③ 3 ~ 5             ④ 10 ~ 20

  [해설] 연기의 이동속도

   ① 수평방향 : 0.5 ~ 1.0 [m/sec]

   ② 수직방향 : 2 ~ 3 [m/sec]

   ③ 계단실 내의 수직이동속도 : 3 ~ 5 [m/sec]

6. 연기의 농도 표시방법 중 단위체적당 연기입자의 개수를 나타내는 것은 ? ②

  ① 중량농도법       ② 입자농도법        ③ 투과율법          ④ 상대녿도법

  [연기의 농도표시법]

   ① 중량농도법 : 단위체적 중에 포함되어 있는 입자의 중량

   ② 입자농도법 : 단위체적 중에 포함되어 있는 입자의 개수

7. 굴뚝효과에 관한 설명으로 틀린 것은 ? ②

   ① 건물 내·외의 온도차에 따른 공기의 흐름 현상이다.

   ② 굴뚝효과는 고층건물에서는 잘 나타나지 않고 저층건물에서 주로 나타난다.

   ③ 평상시 건물 내의 기류 분포를 지배하는 중요요소이며 화재시 연기의 이동에 큰 영향을 미친다.

   ④ 건물 외부의 온도가 내부의 온도보다 높은 경우 저층부에서는 내부에서 외부로 공기의 흐름이 생긴다.

 [연돌(굴뚝)효과]

   ① 건물 내 · 외부의 온도차에 따른 공기의 흐름현상이다.

   ② 굴뚝 효과는 고층건물에서 주로 나타난다.

   ③ 평상시 건물 내의 기류분포를 지배하는 중요 요소이며 화재시 연기의 이동에 큰 영향을 미친다.

   ④ 건물외부의 온도가 내부의 온도보다 높은 경우 저층부에서는 내부에서 외부로 공기의 흐름이 생긴다.

【 연돌(굴뚝)효과 (Stack effect)의 개요 및 방지대책】

1. 연돌효과의 정의

  ▣ 연돌효과란 굴뚝으로 연기를 내보내는 원리로, 고층 건물의 최하부층에서 최상층으로

      향하는 강한 기류의 형성을 말한다.

2. 연돌효과의 발생원리 (Mechanism]

  ▣ 연돌효과는 건물 내외부 공기의 상태 (온습도, 공기밀도) 차이로 인하여 실내외 공기간

      의 압력차가 발생하고 이로 인해 건물의 내부와 외부, 건물 내에서 상층부와 하층부 간

      의 공기흐름이 발생한다.

  ▣ 연돌현상은 실내외 공기밀도 차이가 있는 모든 건물에서 발생할 수 있으나 건물의 층고

      가 높은 건물에서 연돌효과의 발현 정도가 커서 일반적으로 고층 건물에서만 발생하는

      것으로 인식되고 있다.

 

▣ 연돌현상은 실내의 온도차이가 현저한 겨울철에 주로 나타나며, 여름철의 경우 겨울철

    과 반대로 공기흐름이 발생하여 역연돌 현상이 발생하나 여름철의 경우 겨울철에 비해

    상대적으로 실내외 온도차가 크지 않아 문제 되고 있지 않다.

3. 연돌효과의 주요 영향 요인 및 고려사항

   ① 실내외 온도차         ② 건물의 높이         ③ 외부 풍환경         ④ 건물의 기밀성

   ⑤ 실내구획의 유무     ⑥ 코어의 배치

   ⑦ 평면형태 및 공조시스템 등 건축적, 설비적 요인

  ▣ 연돌효과는 실내외 온도차 이외에도 건물의 높이, 외부 풍환경, 건물의 기밀성, 실내 구

       획의 유무, 코어의 배치, 평면의 형태 및 공조시스템 등 건축적, 설비적인 요인들에 의해

       다양한 양상으로 나타난다.

1) 기후적 요인

  ▣ 연돌효과에 가장 지배적인 영향을 미치는 것은 실내외 온도차이기 때문에 같은 건물이

      라고 해도 그 건물이 위치한 지역의 기후에 따라 연돌현상으로 인한 공기 유동이 달라진다.

  ▣ 외부 풍향 및 풍속 조건에 따라 건물의 벽체에 작용하는 압력이 달라지고, 건물의 공기

      유동량에도 영향을 미치기 때문에 연돌효과를 분석하는데 있어서 외기온도 및 습도,

      외부 풍환경과 같은 기후적인 조건의 검토가 필요하다.

2) 건축적 요인

  ▣ 건물의 높이, 실내구획의 유무, 공기 유동 경로의 기밀성, 엘리베이터 샤프트의 수직

       구획과 같은 건물의 건축적 요인에 의하여 건물의 공기유도의 양상이 달라진다.

       건물의 높이와 연돌효과로 인한 공기 유동 및 압력차는 비례하며 또한 비슷한 높이의

       건물이라도 실내 구획의 차이에 따라 건물의 연돌특성은 다르게 나타난다.

3) 설비적 요인

 ▣ 공조시스템에 의해서 실내의 가압 및 감압 여부에 따라 연돌효과로 인한 공기 유동 역

      전 현상이 관찰되는 만큼 건물의 설비적 요소가 연돌효과에 미치는 영향이 크다.

4. 연돌효과 (Stack effect)에 따른 문제점

   ① 공기 유출입에 따른 건물내 에너지 손실

   ② 엘리베이터 도어 및 출입문 개폐 불량

   ③ 환기 및 배기의 어려움

   ④ 화재발생시 연기 및 화염의 급속한 확산

1) 침기와 누기로 인한 문제점

  ▣ 연돌효과로 인해 겨울철 건물의 저층부의 온도는 낮아지고, 고층부는 온도가 높아서 에

      너지 손실이 발생됨에 따라 저층 로비 공간의 난방에너지가 증가되고, 상층부에서는

      온도 상승 및 오염된 공기가 확산되어 공기질 저하 현상 발생

  ▣ 또한 온도가 높은 공기가 상층부를 통해 외부로 유출되면서 벽에 결로 현상이 발생하여

       결로수가 결빙되거나 외부면에 백화현상 발생

2) 엘리베이터 (E/V)와 출입문에서의 문제점

  ▣ 연돌효과로 인한 강한 공기유도(기류)의 영향으로 사무소 건물에서는 로비 출입문, 자

       동문 및 엘리베이터 도어의 개폐 불량 현상이 나타나며 풍절음으로 인해 사용자의

       불쾌감을 초래한다.

3) 환기 및 배기설비에서의 문제점

  ▣ 연돌 효과로 인하여 저층부의 냄새와 지하주차장의 배기가스 등이 확산될 수 있으며

      실내의 화장실 및 주방의 배기에 어려움

4) 화재발생시 문제점

  ▣ 연돌효과에 의한 공기 유동으로 인해 화재 발생시 유독성 연기 및 화염이 계단, 엘리베

       이터, 샤프트, 공조 덕트 등을 통하여 급속히 확산될 수 있음

5. 연돌효과 (Stack effect) 대책방안

 ① 로비 현관에 회전문 설치

   ⊙ 로비 현관에 회전문을 설치하여 출입 개폐에 따른 공기유입 최소화

② 지하출입구에 방풍실 설치

   ⊙ 지하출입구에 방풍실을 설치하여 출입문에 작용하는 압력을 분담

   ⊙ 출입문 이중 설치로 출입문 개폐에 따른 공기 유입 최소화

③ 공기 유동 경로의 기밀성 강화시키는 방안

   ⊙ 외피의 기밀성 강화

   ⊙ 엘리베이터 샤프트 기밀성능 강화

   ⊙ 출입문 기밀 성능 강화

   ⊙ 실내 추가구획 설치

   ⊙ 주차장 램프 입구 방풍 셔터 설치 등

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1. 플래시 오버 (Flash over) : 순발 연소

가. 정의

   ① 폭발적인 착화 현상

   ② 폭발적인 화재 확대 현상

   ③ 건물 화재에서 발생한 가연성 가스가 일시에 인화하여 화염이 충만하는 단계

   ④ 실내의 가연물이 연소됨에 따라 생성되는 가연성 가스가 실내에 누적되어 폭발적으로

        연소하여 실 전체가 순간적으로 불길에 휩싸이는 현상

   ⑤ 옥내 화재가 서서히 진행하여 열이 축적되었다가 일시에 화염이 크게 발생하는 상태

   ⑥ 다량의 가연성 가스가 동시에 연소되면서 급격한 온도상승을 유발하는 현상

 

 나. 발생시간 : 화재발생 후 5 ~ 6 분 경

 다. 발생시점 : 성장기 ~ 최성기 (성장기에서 최성기로 넘어가는 분기점)

 라. 실내 온도 : 약 800 ~ 900 [℃]

    ※ 플래시 오버 포인트 (Flash Over Point) : 내화 건축물에서 최성기로 보는 시점

나. 플래시 오버에 영향을 미치는 것

   ① 개구율

   ② 내장재료 (내장 재료의 제성상, 실내의 내장재료)

   ③ 화원의 크기

   ④ 실의 내 표면적 (실의 넓이 · 모양)

   ⑤ 가연물의 양 · 종류

   ⑥ 산소의 농도

다. 플래시 오버의 발생시간고가 내장재의 관계

   ① 벽 보다 천장재가 크게 영향을 받는다.

   ② 가연재료가 난연재료 보다 빨리 발생한다.

   ③ 열전도율이 적은 내장재가 빨리 발생한다.

   ④ 내장재의 두께가 얇은 쪽이 빨리 발생한다.

라. 플래시 오버 시간 (FOT)

   ① 열의 발생속도가 빠르면 FOT는 짧아진다.

   ② 개구율이 크면 FOT는 짧아진다.

   ③ 개구율이 너무 크게 되면 FOT는 길어진다.

   ④ 실내부의 FOT가 짧은 순서는 천장, 벽, 바닥의 순이다.

   ⑤ 열전도율이 작은 내장재가 발생시각을 빠르게 한다.

2. 백드래프트 (Back draft)

 

① 산소의 공급이 원활하지 못한 화재실에 급격히 산소가 공급될 경우 순간적으로 연소하

    여 화재가 폭풍을 동반하여 실외로 분출하는 현상

② 소방대가 소방 활동을 위하여 화재실의 문을 개방할 때 신선한 공기가 유입되어 설내에

    축적되었던 가연성 가스가 단시간에 폭발적으로 연소함으로써 화재가 폭풍을 동반하여

    실외로 분출되는 현상으로 감쇠기에 나타 난다.

③ 화재로 인하여 산소가 부족한 건물 내에 산소가 새로 유입된 때 고열가스의 폭발 또는

    급속한 연소가 발생하는 현상

④ 통기력이 좋지 않은 상태에서 연소가 계속되어 산소가 심히 부족한 상태가 되었을 때

    개구부를 통하여 산소가 공급되면 실내의 가연성 혼합기가 공급되는 산소의 방향과

    반대로 흐르며 급격히 연소하는 현상으로서 "역화현상"이라고 하며 이 때에는 화염이

    산소의 공급통로로 분출되는 현상을 눈으로 확인할 수 있다.

 

  ※ draft : 미국식 [dræft] 영국식 [drɑːft] 1. [명사] (아직 완성본이 아닌) 원고, 초안 2. [명사][금융] (은행이 발행한) 어음

                3. [형용사][美] (== draught) 기사의 초고

                1. [명사] (방 안 같은 한정된 공간 안에 흐르는 한 줄기의) 찬바람[외풍]

                2. [명사][격식] 죽 들이마시기, 한 모금, 3. [형용사] (병이 아니라) 통에서 따라 파는

                4. [형용사][격식] 무거운 짐을 끄는 데 쓰는

                    bank draft (banker's draft) 미국식 영국식 [명사] 은행 환어음

                    draft dodger 미국식 영국식 [명사][美 못마땅함] 병역 기피자 (→conscientious objector

                    Draft MLB 2012 : [스포츠] 2012년 메이저 리그 신인 선수 선택 회의

【 출제 예상 문제】

1. 플래시 오버 (Flash over)에 대한 설명으로 옳은 것은 ? ②

   ① 건물화재에서 가연물이 착화하여 연소하기 시작하는 단계이다.

   ② 축적된 가연성 가스가 일시에 인화하여 화염이 확대되는 단계이다.

   ③ 건물화재에서 화재가 쇠퇴기에 이른 단계이다.

   ④ 건물화재에서 가연물의 연소가 끝난 단계이다.

  [플래시 오버] 화재실 내 열분해에 의해 축적된 가연성 가스에 의해 실 전체에 화염이 확산

        되는 현상을 말하는데 국부적인 화재에서 실 전체로의 화재확대를 의미하며, 성장기에

        서 최성기로 넘어가는 분기점이 된다.

2. 플래시 오버 (Flash over) 현상에 대한 설명으로 틀린 것은 ? ①

   ① 산소의 농도와 무관하다.

   ② 화재공간의 개구율과 관계가 있다.

   ③ 화재공간 내의 가연물의 양과 관계가 있다.

   ④ 화재실 내의 가연물의 종류와 관계가 있다.

  [플래시 오버에 영향을 미치는 것]

    ① 개구율                      ② 내장재료 (내장 재료의 제성상, 실내의 내장재료)

    ③ 화원의 크기              ④ 실의 내표면적 (실의 넓이 · 모양)

    ⑤ 가연물의 양·종류     ⑥ 산소의 농도

3. 일반적으로 화재의 진행 상황 중 플래시 오버는 어느 시기에 발생하는가 ? ②

   ① 화재발생 초기                                          ② 성장기에서 최성기로 넘어가는 분기점

   ③ 최성기에서 감쇠기로 넘어가는 분기점    ④ 감쇠기 이후

  [플래시 오버] 화재실 내 열분해에 의해 축적된 가연성 가스에 의해 실 전체로 화염이 확산

       되는 현상을 말하는 데 국부적인 화재에서 실 전체로의 화재확대를 의미하며, 성장기에

       서 최성기로 넘어가는 분기점이 된다.

4. 화재가 일정 이상 진행되어 문틈으로 연기가 새어들어 오는 화재를 발견할 때의 일반적

    인 안전대책으로 잘못된 것은 ? ①

   ① 빨리 문을 열고 복도로 대피한다.

   ② 바닥에 엎드려 숨을 짧게 쉬면서 대피대책을 세운다.

   ③ 문을 열지 않고 수건 등으로 문틈을 완전히 밀폐한 후 창문을 열고 화재를 알린다.

   ④ 창문으로 가서 외부에 자신의 구원을 요청한다.

  [피난] 문틈으로 연기가 들어 올 경우 급하게 문을 열면 화염 내지 연기에 의해 위해를

        받을 수 있으며 심할 경우 백드래프트(Back draft)가 일어날 수 있기 때문에 연기가

        들어오는 것을 막고 대책을 강구하여 창문 등으로 구원요청을 하여야 한다.

5. 내화건물의 화재에서 백드래프트 (back draft) 현상은 주로 언제 나타나는가 ? ①

   ① 감쇠기       ② 초기         ③ 성장기           ④ 최성기

  [백드래프트(Back draft)] : 소방대가 소방활동을 위하여 화재실의 문을 개방할 때 신선한

      공기가 유입되어 실내에 축적되었던 가연성 가스가 단기간에 폭발적으로 연소함으로

      써 화재가 폭풍을 동반하며 실외로 분출되는 현상으로 감쇠기에 나타난다.

6. 플래시 오버 (Flash over) 발생시간과 내장재의 관계에 대한 설명 중 틀린 것은 ? ②

   ① 벽 보다 천장재가 크게 영향을 미친다.

   ② 난연재료는 가연재료 보다 빨리 발생한다.

   ③ 열전도율이 작은 내장재가 빨리 발생한다.

   ④ 내장재의 두께가 얇은 쪽이 빨리 발생한다.

  [플래시 오버(Flash over)의 발생시간과 내장재의 관계]

    ① 벽 보다 천장재가 크게 영향을 받는다.

    ② 가연재료가 난연재료 보다 빨리 발생한다.

    ③ 열전도율이 적은 내장재가 빨리 발생한다.

    ④ 내장재의 두께가 앏은 쪽이 빨리 발생한다.

7. 산소의 공급이 원활하지 못한 화재실에 급격히 산소가 공급될 경우 순간적으로 연소하여

     화재가 폭풍을 동반하여 실외로 분출하는 현상은 ? ③

   ① 플래시 오버       ② 보일오버          ③ 백드래프트            ④ 슬롭오버

  [백드래프트 (back draft) ]

   ① 산소의 공급이 원활하지 못한 화재실에 급격히 산소가 공급될 경우 순간적으로 연소하

        여 화재가 폭풍을 동반하여 실외로 분출하는 현상

   ② 소방대가 소방활동을 위하여 화재실의 문을 개방할 때 신선한 공기가 유입되어 실내에

        축적되었던 가연성 가스가 단기간에 폭발적으로 연소함으로써 화재가 폭풍을 동반하

        며 실외로 분출되는 현상으로 감소기에 나타난다.

   ③ 화재로 인하여 산소가 부족한 건물 내에 산소가 새로 유입된 때 고열가스의 폭발 또는

        급속한 연소가 발생하는 현상

   ④ 통기력이 좋지 않은 상태에서 연소가 계속되어 산소가 심히 부족한 상태가 되었을 때

        개구부를 통하여 산소가 공급되면 실내의 가연성 혼합기가 공급되는 산소의 방향과

        반대로 흐르며 급격히 연소하는 현상으로서 "역화현상"이라고 하며 이 때에는 화염이

        산소의 공급 통로로 분출되는 현상을 눈으로 확인할 수 있다.

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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.

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, 차가

        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.

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

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.

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

4. 연기

가. 연기

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

       알갱이)로 그 크기가 안개입자 보다 작다.

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.

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.

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)

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.

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1. 분자식

 

 

  ① 원자 : 물질을 구성하는 기본 입자

  ② 분자 : 물질의 성질을 가지는 가장 작은 입자

  ③ 분자식 : 분자를 이루는 원자의 종류와 개수를 원소기호와 숫자로 나타내는 식

 

2. 화학반응식

 

 

  ▣ 물질의 성질이 변하는 화학반응의 반응물을 왼쪽에 생성물을 오른 쪽에 나타내는 식을 말한다.

 

【소방학 개론에 나오는 완전연소 화학반응식】

 

ex) 메탄 분자 하나를 완전 연소시키기 위한 산소의 원자수는 몇개가 필요한가 ?

                      CH4    +     2 O2        →         CO2     +       2 H2O

               C       1                               =           1

               H       4                               =                                2 × 2 = 4

               O                    2×2 = 4      =               2        +            2 = 4

       ※ 질량 보존의 법칙에 따라 화학반응에 의해 원자의 개수는 변하지 않는다.

           따라서 당초 화학반응전 원자 수와 반응 후의 원자개수를 비교하여 산정할 수 있다.

정답 : 4개

 

 

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1. 폭발

 ▣ 고체는 열분해, 액체는 증발을 거쳐 화재로 진행하지만 기체의 경우 열분해와 증발이라는 과정이

      필요없이 급격히 연소하여 온도 상승으로 인한 체적 팽창으로 인하여 폭발음 과 물리적 파괴력을

      가지게 된다. 즉, 급격한 연소로 볼 수 있다.

 ▣ 물리나 화학적 변화에 의한 계의 일을 통해 폭음을 수반하는 현상

가. 폭연 (Deflagration : [ dèfləɡréiʃən ] 화학 폭연(爆燃)(작용)

 ▣ 인화성 가스의 폭발

   ① 급격한 압력의 증가로 인해 격렬한 음향을 발하며 팽창하는 현상

   ② 발열반응으로 연소의 전파속도가 음속보다 느린 현상

     ⊙ 화염전파속도 (300m/s 이하) > 음속 (331m/s)

나. 폭굉 (Detonation : [ ˌdetəˈneɪʃn ] 폭발, 폭파)

  ① 폭발 중에서도 격렬한 폭발로서 화염의 전파속도가 음속보다 빠른 경우로 파면선단에

       충격파 (압력파)가 진행되는 현상

  ② 연소속도 : 1,000 ~8,000 [m/s]

     ⊙ 화염전파속도 > 음속

【 폭연과 폭굉 비교】

구 분
폭연 (Deflaration)
폭굉 (Detonation)
충격파
×
O
화염전파속도
음속 이하
(0.1 ~ 10 [m/s])
음속 초과
(1,000~2,500 [m/s])
전파에너지
연소열 (열전달속도)
충격파

다. 폭발의 발생원인

 1) 물리적 · 기계적 원인 : 압력방출에 의한 폭발

 2) 화학적 원인

   ① 증기운 (Vapor cloud) 폭발

   ② 분해 폭발

   ③ 석탄 분진의 폭발

2. 물리적 폭발과 화학적 폭발 (원인별 분류)

 

  가. 물리적 폭발 : 화염 및 연소를 동반하지 않음

  나. 화학적 폭발 : 화염 및 연소를 동반함

3. 기상폭발과 응상 폭발 (상태에 따른 분류)

                                                기상폭발
                                       (급격한 화학적 변화)
응상 폭발
(급격한 상태 변화)
종류
⊙ 가스 폭발
⊙ 분무 폭발
⊙ 분진 폭발
⊙ 분해 폭발
⊙ 수증기 폭발
⊙ 과열 액체 증기 폭발 (BLEVE)
⊙ 액화가스 증기 폭발
⊙ 알루미늄 전선 폭발
기타
⊙ 화학적 폭발
⊙ 연소 · 화염 동반
⊙ 대부분 기체
⊙ 물리적 폭발
⊙ 연소·화염 동반
⊙ 고체, 액체

3-1. 폭발의 종류

폭발 종류
물 질
분해 폭발
⊙ 과산화물 · 아세틸렌         ⊙ 다이너마이트
분진 폭발
⊙ 밀가루 · 담뱃가루            ⊙ 석탄가루 · 먼지
⊙ 전분 · 금속분
증합 폭발
⊙ 염화비닐                          ⊙ 시안화수소
분해 · 증합 폭발
⊙ 산화 에틸렌
산화 폭발
⊙ 압축 가스                          ⊙ 액화 가스

4. 블레비(Bleve, 과열액체 증기폭발)

가. 블레비(Bleve) 형성 과정

 

   (a) 액체의 온도(액온) 상승

   (b) 연성파괴 : 탱크의 강도 저하로 인한 균열발생 (액체 입자가 탱크벽에 충돌)

   (c) 액격현상, 취성파괴 : 탱크가 파괴되고 파편이 사방으로 비산 (물리적 폭발)

   (d)화구( Fire ball) 발생 : 물리적 폭발에서 화학적 폭발로 이어져 일어나는 폭발

       ▣ 화재 ⇒ 액온상승 ⇒압력상승 ⇒연성파괴 ⇒ 액격현상 ⇒취성파괴 ⇒ 화구형성

나. 블레비(BLEVE) 발생조건

   ① 가연물이 비점 이상 가열될 것

   ② 가연성 가스가 밀폐계 내에 존재할 것

   ③ 기계적 강도 이상의 압력이 형성될 것

   ④ 내용물이 대기중으로 방출될 것

   ⑤ 온도상승으로 인한 탱크 파열

       ※ BLEVE : Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion

       ※ 취성 파괴 : 폭발을 한다.

5. 분진폭발

 

▣ 공기중에 부유하고 있는 분진이 어떤 점화원에 의해 에저지가 주어지면 폭발하는 현상을 말한다.

   ※ 분진 : 지름 100 [㎛] 이하의 물질

 【분진폭발을 일으키지 않는 물질 = 물과 반응하여 가연성 기체를 발생하지 않는 것】

   ① 시멘트

   ② 석회석 (소석회)

   ③ 탄산칼슘 (CaCO3)

   ④ 생석회 (CaO) = 산화칼슘

6. 증기운 폭발 (UVCE : Unconfined Vapor Cloud Explosion)

 

 ▣ 대기 중에 대량의 가연성 가스가 유출하거나 대량의 가연성 액체가 유출하여 그것으로

     부터 발생하는 증기가 공기와 혼합해서 가연성 혼합기체를 형성하고 발화원에 의하여

      발생하는 폭발현상

 ▣ 대기중에 확산되어 있는 다량의 가스 (증기운)가 어떤 점화원에 의해 급격한 폭발을 일으키는 현상

 ▣ 풍속이 낮아 증기운이 잘 확산되지 않는 경우에 더욱 피해가 심각하며, 폭발시간이

      비교적 짧아 복사열에 의한 피해 보다는 화염 전파방 압력파를 일으켜 시설물에

      피해를 입히는 정도가 더 심각하다.

【출제 예상 문제】

1. 폭발발생 원인 중 물리적 또는 기계적 원인인 것은 ? ②

    ① 증기운 (Vapor Cloud) 폭발             ② 압력방출에 의한 폭발

    ③ 분해 폭발                                        ④ 석탄분진 폭발

  [폭발원인] 물리적 또는 기계적 원인 : 압력방출에 의한 폭발

2. 디토네이션 (Detonation)에 대한 설명이다. 틀린 것은 ? ①

   ① 발열반응으로서 연소의 전파속도가 그 물질의 내에서의 음속보다 느린 것을 말한다.

   ② 물질 내 충격파가 발생하여 반응을 일으키고 또한 그 반응을 유지하는 현상이다.

   ③ 충격파에 의해 유지되는 화학반응현상이다.

   ④ 반응의 전파속도가 그 물질 내에서의 음속보다 빠른 것을 말한다.

    [폭굉(Detonation)] 화염전파속도가 음속보다 빠를 경우 (1,000~8,000 [m/s])를

            폭굉이라 하며, 충격파를 동반하게 된다.

3. 대기중에 대량의 가스가 유출하거나 대량의 가연성 액체가 유출하여 그것으로 부터

    발생하는 증기가 공기와 혼합해서 가연성 혼합기체를 형성하고 발화원에 의하여

    발생하는 폭발현상은 ? ③

   ① BLEVE          ② SLOP OVER           ③ UVCE                ④ FIRE BALL

[증기운 폭발 (UVCE)] 대기중에 다량의 가연성 가스가 유출하거나 대량의 가연성

     액체가 유출되어 그 것으로 부터 발생하는 증기가 공기와 혼합해서 가연성 혼합

     기체를 형성하고 발화원에 의하여 발생하는 폭발현상

4. BLEVE 현상을 가장 옳게 설명한 것은 ?

   ① 물이 뜨거운 기름 표면 아래서 끓을 때 화재를 수반하지 않고 Over flow 되는 현상

   ② 물이 연소유의 뜨거운 표면에 들어 갈 때 발생되는 Over flow 되는 현상

   ③ 탱크 바닥에 물과 기름이 애멀젼이 섞여 있을 때 물의 비등으로 인하여 급격하게 Over flow 되는 현상

   ④ 탱크 주위의 화재로 탱크 내 인화성 액체가 비등하고 가스 부분의 압력이 상승하여

        탱크가 파괴되고 폭발을 일으키는 현상

  [블래비(BLEVE)] 액화가스 저장시설 등에 국부적으로 가열되어 가열된 부분은 약해지고

        탱크 내부는 열전달에 의해 팽창되어 용기가 파열된다. 이 때 저장가스 등이 확산되어

        점화원에 의해 폭발적으로 연소하여 파이어볼 (Fire Ball)을 만들게 되는 것을 말하는데

        비등액체 증기폭발이라고도 한다.

5. 분진 폭발을 일으킬 가능성이 가장 낮은 것은 ? ④

   ① 마그네슘 분말        ② 알루미늄 분말          ③ 종이분말           ④ 석회석 분말

  [ 분진폭발을 일으키지 않는 물질]

    ① 시멘트     ② 석회석 (소석회)     ③ 탄산칼슘 (CaCO3)     ④ 생석회(CaO) = 산화칼슘

6. 분해폭발을 일으키며 연소하는 가연성 가스는 ? ③

  ① 염화비닐          ② 시안화수소           ③ 아세틸렌              ④ 포스겐

   [분해폭발] 에틸렌, 산화에틸렌, 아세틸렌 등은 분해폭발을 한다.

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1. 비중

 

  ▣ 유류는 물 보다 비중이 가벼워 주수 소화시 물 위에 떠서 유면이 확대되기 때문에 화재

      확대의 우려가 크므로 위험하다.

  ▣ 유류화재는 포 소화약제 등으로 유면을 덮어 질식소화를 한다.

 

2. Pool fire (저장고내 석유류화재)

 

▣ 정의

  ① 저장조, 방역제 내부와 같이 액면이 일정한 화재를 말한다.

  ② 액체의 온도가 인화점 이상이 되면 액체 표면에서 많은 양의 증기가 증발되어 액체

       표면에서 연소가 진행되는 것

3. 유류화재 재해현상

가. 보일 오버 (Boil over) ★

 

  ▣ 점성이 큰 유류탱크(중질유) 화재시 기름하부의 물이 비등하여 불붙은 기름이 분출되

       화재가 확대되는 현상

 

 

  ① 탱크에 저장되어 있는 다성분 액체에 화재가 발생한다.

  ② 저장 탱크에 화재가 장시간 진행되면 다성분 액체인 중질유는 끓는 점이 달라 유류중

      가벼운 성분은 유류 표면층에서 증발하여 연소되고, 무거운 성분은 화염의 온도에 의해

      가열·축적되어 고온의 열류층을 형성하고 이 열류층은 화재가 진행됨에 따라 점차 하강한다.

  ③ 열류층이 탱크 바닥으로 도달하게 되는데 이 때 탱크의 하부에 물 또는 에멀건이 존재하

       뜨거운 열류층의 온도에 의하여 물이 수증기로 변하면서 (비등) 급작스러운 부피팽창에 의해

      (물은 1700배 팽창) 다량의 불이 붙은 기름을 탱크 밖으로 분출시킨다.

 

【보일 오버 발생조건】

  ① 다성분(다비점)이어야 한다.

  ② 화재가 장시간 지속되어야 한다. (염류층 형성될 시간 필요)

  ③ 탱크 저부에 물 또는 에멀전이 있어야 한다.

【보일오버 진행순서】

  ① 다비점유류 화재 발생 ⇒ ② 가벼운 유류 화재발생 ⇒ ③ 열류층 형성 ⇒ ④ 하부도달 ⇒ ⑤ 수분 증발 ⇒ 유류 화재 분출

【보일오버 방지대책】

  ① 하부에 수분층 (에멀젼)을 형성되지 않도록 한다.

  ② 유체를 계속하여 섞어준다.

나. 슬롭 오버 (Slop over)

  ▣ 유류탱크 화재시 소화를 목적으로 공급한 물이 급격히 비등하면서 불붙은 기름과 함께 비산하는 현상

   ① 고온의 액면에 소화를 위해 물분무 또는 포 소화설비를 사용하는 경우 분사된 수분이

        급격하게 증발하면서 유면에 거품이 발생되는 현상을 말한다.

   ② 열류의 교란이 발생하여 고온층 아래의 차가운 기름이 급속히 열 팽창하여 유류가

        유류가 불이 붙은 상태로 탱크 밖으로 분출된다.

【슬롭오버 진행과정】

   ① 소화작업 ⇒ ② 급격히 소화약제 비등 ⇒ ③ 부피 팽창 및 유류+화염 분출

【 슬롭 오버 방지대책】

  ① 물을 뿌리지 않는다 (주수 금지)

  ② 탱크의 측벽에 주수한다.

다. 프로스 오버 (Froth over)

 

  ① 화재 외에도 물이 고점도 유류와 접촉하면 급속히 비등하여 거품과 같은 형태로 넘치는 현상이다.

  ② 전형적인 예로 뜨거운 아스팔트가 물이 약간 고여 있는 무개 탱크차에 주입될 때 발생한다.

  ③ 발생횟수는 많으나 화재를 직접 발생시키지는 않는다.

  ④ Boil over, Oil over 보다 위험성이 적다.

라. 오일오버 (Oil over)

 

  ① 제4류 위험물이 탱크 내에 1/2 이하로 충전되었을 대

  ② 화재로 인한 증기 압력 상승으로 저장 탱크 내의 유류를 외분하면서 탱크가 파열되는 현상

  ③ Boil over, Slop over, Froth over 보다 위험성이 크다.

【출제예상문제】

1. 휘발유 화재 시 물을 사용하여 소화할 수 없는 이유로 가장 옳은 것은 ? ②

  ① 인화점이 물보다 낮기 때문이다.

  ② 비중이 물보다 작아 연소면이 확대되기 때문이다.

  ③ 수용성이므로 물에 녹아 폭발이 일어나기 때문이다.

  ④ 물과 반응하여 수소가스를 발생하기 때문이다.

[비중] 유류는 물 보다 비중이 가벼워 주수 소화시 물 위에 떠서 유면이 확대되기 때문에 화

    재확대의 우려가 크므로 위험하다. 그러므로 포 소화약제 등으로 유면을 덮어 질식소화를 한다.

2. 보일오버 (Boil Over) 현상에 대한 설명으로 옳은 것은 ? ④

  ① 아래층에서 발생한 화재가 위층으로 급격히 옮겨 가는 현상

  ② 연소유의 표면이 급격히 증발하는 현상

  ③ 기름이 뜨거운 물표면 아래에서 끓는 현상

  ④ 탱크 저부의 물이 급격히 증발하여 기름이 탱크 밖으로 화재를 동반하여 방출되는 현상

[보일오버]

  ① 중질유의 탱크에서 장시간 조용히 연소하다 탱크내의 잔존기름이 갑자기 분출하는현상

  ② 유류 탱크에서 탱크 바닥에 물과 기름의 에멀전 (emulsion)이 섞여 있을 대 이로 인하

       화재가 발생하는 현상

  ③ 연소 유면으로 부터 100[℃] 이상의 열파가 탱크 저부에 고여 있는 물을 비등하게 하면

       연소유를 탱크 밖으로 비산시키며 연소하는 현상

  ④ 유류 탱크의 화재시 탱크 저부의 물이 뜨거운 열류층에 의하여 수증기로 변하면서 급작

      스런 부피 팽창을 일으켜 유류가 탱크 외부로 분출하는 현상

  ⑤ 탱크 내부의 물이 급격히 증발하여 탱크 밖으로 화재를 동반하며 방출하는 현상

3. 유류 저장 탱크에 화재 발생시 열류층에 의해 탱크 하부에 고인 물 또는 에멀전이 비점

    이상으로 가열되어 부피가 팽창하면서 유류를 탱크 외부로 분출시켜 화재를 확대시키는 현상은 ? ①

  ① 보일오버         ② 롤오버           ③ 백드래프트            ④ 플래시 오버

[보일 오버] 중질유 저장탱크 내에서 화재발생시 고온층의 표면 (유면)에서 열파가 탱크 저

     부의 수층에 전달되게 되었을 때 물이 끓어 팽창하면서 유류와 함께 분출되는 현상을 말한다.

4. 유류 탱크 화재시의 슬롭 오버 현상이 아닌 것은 ? ②

  ① 연소면의 온도가 100 [℃] 이상일 때 발생

  ② 폭발로 인한 유류 탱크 파괴 후 유출된 연소유에서 발생

  ③ 연소면의 폭발적 연소로 탱크 외부까지 화재가 확산

  ④ 소화시 외부에서 뿌려지는 물에 의하여 발생

[슬롭오버] 중질유 저장탱크 화재시 고온층의 표면에서 부터 소화작업 등에 의한 포수용액

    주입되면 급격히 수분이 증발하여 유면에 거품이 일거나, 열류의 교란에 의하여 고온

     아래의 차가운 기름이 급격히 열팽창하여 유면을 밀어 올려 불이 붙은 채 탱크벽을  타고

     넘게 되는 현상을 말한다.

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1. 화재의 정의

 

화재(火災)는 불에 의한 재난을 말한다. 인간의 의도에 반하여 혹은 방화에 의해

    발생 또는 확대된 연소현상으로 소화설비를 이용하여 소화할 필요가 있는 연소

    현상, 화학적 폭발을 의미한다.

  ① 자연 또는 인위적인 원인에 의하여 불이 물체를 연소시키고, 인명과 재산의 손해를 주는 현상

  ② 불이 그 사용 목적을 넘어 다른 곳으로 연소하여 사람들에게 예기치 않은 경제적 손해를 발생시키는 현상

  ③ 사람의 의도에 반(反)하여 출화 또는 방화에 의하여 불이 발생하고 확대되는 현상

  ④ 불을 사용하는 사람의 부주의와 불안정한 상태에서 발생되는 것

  ⑤ 실화, 방화로 발생하는 연소현상을 말하며 사람에게 유익하지 못한 해로운 불

  ⑥ 사람의 의사에 반한, 즉 대부분의 사람이 원치 않는 상태의 불

  ⑦ 소화의 필요성이 있는 불

  ⑧ 소화에 효과가 있는 어떤 물건 (소화시설)을 사용할 필요가 있다고 판단되는 불

2. 화재의 원인

▣ 화재의 발생 원인으로는 크게 실화와 방화로 나뉜다.

  ⊙ 실화의 경우는 사람의 부주의나 실수 또는 관리 소홀로 말미암아 발생하는 화재를 말

       하고, 고의성이 전혀 없는 상태에서 발생하는 화재를 말한다.

  ⊙ 방화의 경우는 사람이 고의로 불을 질러 건조물이나 기타 물건을 소훼하는 행위 또는

       그 자체의 화재를 말한다.

3. 화재의 발생현황

 

  ① 부주의 요인 > 전기적 요인 > 기계적 요인 > 기타 요인

  ② 원인별 : 전기 > 담배 > 방화 > 불장난

  ③ 장소별 : 주택 > 차량 > 공장 > 식당

  ④ 계절별 : 겨울 > 봄 > 가을 > 여름

4. 화재의 특성

 

  ① 우발성 : 화재가 돌발적으로 발생

  ② 확대성

  ③ 불안정성

  ④ 비저형성

5. 화재의 분류 ★

화재 종류
표시색
적응물질
일반화재 (A급)
백색
목재, 고무, 섬유, 종이
유류 및 가스화재 (B급)
황색
등유, 가솔린, 에틸알코올, LPG
전기화재 (C급)
청색
과전류, 지락, 단락
금속화재 (D급)
무색
철분, 마그네슘, 금속분

 

6. 화재의 형태

가. 확산화염

  ▣ 자연화재의 대부분이 확산화염의 형태를 가진다.

 

<참고> 그레이엄의 확산속도의 법칙 [Graham's law]

  ▣ 영국의 화학자 그레이엄이 발표한 기체 확산에 관한 법칙으로, 같은 온도와 압력에서

      두 기체의 확산 속도의 비는 두 기체의 분자량의 제곱근에 비례한다는 법칙이다.

      같은 온도와 압력에서 두 기체의 확산 속도의 비는 두 기체의 분자량의 제곱근에 비례

      한다는 법칙이다.

 

▣ 같은 온도에서 기체 분자의 운동에너지는 일정하다. 그래서 가벼운 분자는 빨리 움직이

   고 무거운 분자는 느리게 운동하게 된다. 또 온도가 같으면 그들의 평균 분자 운동에너

   지도 같게 된다.

 

나. 자연발화

  ① 정의 : 물질이 공기중에서 발화온도 보다 온도에서 스스로 발열하는 것으로 산화, 분해,

                흡착, 증합, 발효 등에 의해 열이 장기간 축적되어 별도의 발화원 없이 발화점에

                도달하여 스스로 연소하는 현상을 말한다.

 ② 자연발화 조건 (열축적이 원인) ★

   ㉠ 발열량이 클수록 열축적이 용이하다.

   ㉡ 열전도율이 작아야 열축적이 용이하다.

   ㉢ 주위의 온도가 높을 수록 자연발화 가능성이 크다.

   ㉣ 표면이 넓을 수록 산소와의 접촉 면적이 넓어 자연발화 가능성이 크다.

 ③ 자연발화 방지법 (열축적 방지)

   ㉠ 습도가 높은 곳을 피할 것 (건조하게 유지할 것)

   ㉡ 저장실의 온도를 낮출 것 (주위 온도를 낮게 유지)

   ㉢ 통풍이 잘 되게 할 것

   ㉣ 퇴적 및 수납시 열이 쌓이지 않게 할 것 (열의 축적 방지)

   ㉤ 열전도율을 좋게 할 것

   ㉥ 용기파손에 주의할 것

   ㉦ 촉매역할을 하는 물질과 접촉을 피할 것

 ④ 자연발화의 형태

   ㉠ 산화열 : 물질이 산소와 화합하여 반응하는 과정에서 생기는 열

                     예) 건성유 및 반건성유, 원면, 석탄, 금속분, 고무분말, 기름걸레(기름종이) 등

   ㉡ 분해열 : 아세틸렌, 에틸렌, 산화에틸렌, 셀룰로이드, 니트로셀룰로오스

   ㉢ 흡착열 : 활성탄, 목탄, 유연탄

   ㉣ 증합열 : 아크릴로니트릴, 스티랜, 초산비닐

   ㉤ 발효열 : 곡물, 건초, 먼지, 퇴비

다. 훈소 (Ex : 담배)

  ① 착화에너지가 충분하지 않아 가연물이 발화하지 못하고 다량의 연기가 발생되는 연소형태

  ② 불꽃없이 연기만 내면서 타다가 어느 정도 시간이 경과 후 발열될 때의 연소상태

 

라. 예혼합 연소

  ▣ 가연성 기체 등이 공기 중의 산소와 연소범위를 형성한 상태에서의 연소(폭발)이다.

7. 건축물의 소실 정도에 따른 화재 형태

 

  가. 전소화재 : 건축물에 화재가 발생하여 건축물의 70[%] 이상이 소실된 상태

  나. 반소화재 : 건축물에 화재가 발생하여 건축물의 30~70 미만이 소실된 상태

  다. 부분소화재 : 전소화재, 반소화재에 해당하지 않는 것

8. 열과 화상

 

 가. 1도 화상 : 화상의 부위가 분홍색으로 되고, 가벼운 부음과 통증을 수반하는 현상

 나. 2도 화상 : 화상의 부위가 분홍색으로 되고, 분비액이 많이 분비되는 현상. 피부에 물집이 생기는 정도

 다. 3도 화상 : 화상의 부위가 벗겨지고, 검게 되는 현상

 라. 4도 화상 : 전기화재에서 입은 화상으로서 피부가 탄화되고, 뼈까지 도달되는 화상

9. 건축물의 화재하중

 

 ▣ 화재하중은 화재실 또는 건물 안에 포함된 모든 가연성 물질의 완전연소에 따른

     전체 발열량이다. 단위 면적당 가연성 물질의 발열량은 화재하중 밀도(Fire Load

     Energy Density)로 정의되나 일반적으로 화재하중 하면 화재하중 밀도를 말한다.

 ▣ 화재하중에서 발열량은 목재의 발열량으로 환산한다. 건축물에 다양한 가연물

     질이 있고 이들은 발열량이 각각 발열량이 다르기 때문에 동일한 발열량을 가진

     목재의 중량값을 화재하중을 계산할 때 표준값으로 사용한다.

 ▣ 화재의 규모를 판단하는 척도로서 방화지역에 있는 모든 가연성 물질의 완전연

    소에 의해 발생되는 방화지역의 단위면적당 열량이다.

 

가. 화재 가혹도

  ▣ 화재가 건축물 및 내부 수용재산 등을 파괴하거나 손상을 입히는 정도를 나타

      내며 그 수치가 클수록 화재손실은 커진다.

  ▣ 화재시 최고온도와 지속시간은 화재의 규모를 판단하는 중요한 요소이다.

     ⊙ 화재 가혹도 = 최고온도 × 지속시간

 

나. 화재하중 산정 및 의미

 

 

  ① 가연물 등의 연소시 건축물의 붕괴 등을 고려하여 설계하는 하중

  ② 화재실 또는 화재구획의 단위면적당 가연물의 양

  ③ 일반건축물에서 가연성의 건축구조재와 가연성 수용물의 양으로서 건물화재시 발

       열량 및 화재위험성을 나타내는 용어

  ④ 건물화재에서 가열온도의 정도를 의미한다.

  ⑤ 건물의 내화설계시 고려되어야 할 사항이다.

  ⑥ 단위면적당 건물의 가연성 구조를 포함한 양으로 정한다.

【 출제 예상 문제 】

 

1. 화재에 대한 설명으로 옳지 않은 것은 ? ①

  ① 인간이 제어하여 인류의 문화, 문명의 발달을 가져오게 한 근본적인 존재를 말한다.

  ② 불을 사용하는 사람의 부주의와 불안정한 상태에서 발생되는 것을 말한다.

  ③ 불로 인하여 사람의 신체, 생명 및 재산상의 손실을 가져다 주는 재앙을 말한다.

  ④ 실화, 방화로 발생하는 연소현상을 말하며 사람에게 유익하지 못한 해로운 불을 말한다.

[화재의 정의]

  ① 화재란 일반적으로 사용자의 의도에 반해 피해를 입히는 것으로 소화의 필요성이 있는 불을 말한다.

  ② 화재란 인간의 의도에 반하여 발생하는 불을 말한다.

  ③ 화재란 그 사용목적을 넘어 다른 곳으로 연소하여 사람들에게 예기치 않은 경제상의 손해를 발생시키는

       현상을 말한다.

  ④ 화재란 사람 또는 자연에 의하여 불이 건물, 가옥 등을 연소시키는 현상을 말한다.

  ⑤ 실화, 방화 등 인간에 의해 발생한 유익하지 못한 해로운 불을 말한다.

2. 화재의 분류방법 중 유류 화재를 나타내는 것은 ? ②

   ① A급 화재             ② B급 화재                ③ C급 화재              ④ D급 화재

※ 화재의 분류

화재 종류
표시색
적응물질
일반화재 (A급)
백색
목재, 고무, 섬유, 종이
유류 및 가스화재 (B급)
황색
등유, 가솔린, 에틸알코올, LPG
전기화재 (C급)
청색
과전류, 지락, 단락
금속화재 (D급)
무색
철분, 마그네슘, 금속분

3. 화재의 종류에서 급수는 C급이며 화재의 종류는 전기화재이다. 표시색은 ? ④

   ① 백색          ② 황색         ③ 무색               ④ 청색

 

※ 화재의 종류

화재 종류
표시색
적응물질
일반화재 (A급)
백색
목재, 고무, 섬유, 종이
유류 및 가스화재 (B급)
황색
등유, 가솔린, 에틸알코올, LPG
전기화재 (C급)
청색
과전류, 지락, 단락
금속화재 (D급)
무색
철분, 마그네슘, 금속분

 

4. 공기와 할론 1301의 혼합기체에서 할론 1301에 비해 공기의 확산속도는 약 몇 배인가 ?

    (단, 공기의 평균분자량은 29, 할론 1301의 분자량은 149이다)

   ① 2.27배       ② 3.85배        ③ 5.17배          ④ 6.46배

 

※ 그레이엄의 확산 속도 법칙

 

5. 화재의 일반적인 특성이 아닌 것은 ? ②

   ①확산성             ② 정형성             ③ 우발성                ④ 불안정성

[화재의 특성] 화재는 우발적(돌발적)으로 일어나서 불안정성을 가지며 확대한다.

6. 자연발화의 방지방법이 아닌 것은 ? ③

  ① 통풍이 잘 되도록 한다.                ② 퇴적 및 수납시 열이 쌓이지 않게 한다.

  ③ 높은 습도를 유지한다.                 ④ 저장실의 온도를 낮게 한다.

[자연발화 방지법]

   ① 습도를 낮게 하여 정촉매로서의 역할을 하지 못하도록 하여야 한다.

   ② 통풍이 잘 되게 하여 열의 축적을 막는다.

   ③ 저장실의 온도를 낮추어 열의 축적을 막는다.

   ④ 퇴적 및 수납시 열의 축적이 없도록 하여야 한다.

7. 자연발화가 일어나기 쉬운 조건이 아닌 것은 ? ①

  ① 열전도율이 클 것                  ② 적당량의 수분이 존재할 것

  ③ 주위의 온도가 높을 것          ④ 표면적이 넓을 것

[자연발화 조건]

   ① 발열량이 클수록 열축적이 용이하다.

   ② 열전도율이 작아야 열축적이 용이하다.

   ③ 주위의 온도가 높을 수록 자연발화 가능성이 크다.

   ④ 표면적이 넓을 수록 산소와의 접촉 면적이 넓어 자연발화 가능성이 크다.

8. 햇볕에 장시간 노출된 기름걸레가 자연발화하였다. 그 원인으로서 가장 적당한 것은 ? ②

   ① 산소의 결핍          ② 산화열의 축적            ③ 단열 압축            ④ 정전기 발생

[산화열 발생 물질] 건성유 및 반건성유, 원면, 석탄, 금속분, 고무분말, 기름걸레 등

9. 화재하중을 나타내는 단위는 ? ③

   ① kcal / kg        ② ℃ / ㎡               ③ kg / ㎡                 ④ kg / kcal

※ 화재하중 [kg/㎡] : 건축물 내 단위면적당 가연물의 양을 말하는데, 화재하중이 클수록실내발열량이 높아지며

                                 연소시간이 길어짐을 의미하므로 성능위주설계 등에서 고려되어야 한다.

10. 화재에 대한 건축물의 소실 정도에 따른 화재형태를 설명한 것으로 옳지 않은 것은 ? ④ 

  ① 부분소화재란 전소화재, 반소화재에 해당하지 않는 것을 말한다.

  ② 반소화재란 건축물에 화재가 발생하여 건축물의 30[%] 이상 70[%] 미만 소실된 상태를 말한다.

  ③ 전소화재란 건축물에 화재가 발생하여 70[%] 이상 소실된 상태를 말한다.

  ④ 훈소화재란 건축물에 화재가 발생하여 건축물의 10[%] 이하가 소실된 상태를 말한다.

[건축물의 소실정도에 따른 화재형태]

   ① 전소화재 : 건축물에 화재가 발생하여 건축물의 70[%] 이상이 소실된 상태

   ② 반소화재 : 건축물에 화재가 발생하여 건축물의 30~70 [%] 미만이 소실된 상태

   ③ 부분소화재 : 전소화재, 반소화재에 해당하지 않는 것

11. 화상의 종류 중 전기화재에 입은 화상으로서 피부가 탄화되는 현상이 발생하였다면 몇 도 화상인가 ? ④

   ① 1도 화상               ② 2도 화상                     ③ 3도 화상                  ④ 4도 화상

[열과 화상]

  ① 1도 화상 : 화상의 부위가 분홍색으로 되고, 가벼운 부음과 통증을 수반하는 현상

  ② 2도 화상 : 화상의 부위가 분홍색으로 되고, 분비액이 많이 분비되는 현상, 피부에 물집이 생기는 정도

  ③ 3도 화상 : 화상의 부위가 벗겨지고, 검게 되는 현상

  ④ 4도 화상 : 전기화재에서 입은 화상으로서 피부가 탄화되고, 뼈까지 도달되는 현상

12. 가연성 기체와 공기를 미리 혼합시킨 후에 연소시키는 연소형태는 ?

   ① 확산연소             ② 표면연소              ③ 분해연소                 ④ 예혼합연소

  [예혼합연소] 기체연료에 공기 중의 산소를 미리 혼합한 상태에서 연소하는 현상

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