A Study on Fire Behavior of Combustibles in a Residential Building

주택 가연물의 연소 특성에 관한 연구

A Study on Fire Behavior of Combustibles in a Residential Building

이성룡^†·육근환

Sung-Ryong Lee

· Keun-Hwan Youk

(2009. 2. 11.

/2009. 8. 7.

))

요 약

경제의성장과산업이발달함에따라건축물의구조나형태가다양화되고있다. ^{최근에건설되는건축}

물은과거에비하여고층화, ^{대형화되고있다}. ^그결과, ^{보다많은사람들이건물을이용하고건물내의}

상존가연물의양도증가하였다. 가연물에대한연소특성파악및적절한방재계획을수립하지않는다면 많은인명과재산의손실이예상된다. 본연구에서는, 주택내가연물의연소특성을파악하기위하여실험 이실시되었다. 가연물로는소파, 침대, 목재가사용되었다. 열방출률, 연소가스의농도, 실내온도분포등 을측정하였으며각가연물의연소특성 등을 파악하였다. ^{각가연물에대한최대열방출률값이소파} 1.9MW, 침대 650kW를나타내었다.

ABSTRACT

With rapid growths of economy and technology, structures and forms of buildings have been diver- sified and complicated. Buildings also have become higher and larger than ever before. As a result, more people use a building and more combustibles exist in the building. Without understanding of combustion characteristics and the establishment of a fire safety plan in case of a residential fire, it is expected great loss of lives and properties. In this study, experiments were carried out to promote an understanding of the combustion characteristics of combustibles in the building. Sofa and bed were used as combustibles in the experiment. Heat release rate of the sofa was about 1.9MW. Heat release rate of the bed was approximately 650kW.

Keywords :Fire behavior, Heat release rate, Combustible, Residential building, Room corner test

1. 서 론

현대산업과기술이발달함에따라건축물의형태도 다양화되고 복잡해지고 있다

.

,

,

.

이에따라건축물을이용하는 인원

,

.

.

Figure 1

10

었다

.

2008

49,632

3.6%(1,748

)

,

2,716

10.4%(257

)

,

383,152

54.2%(134,720

)

. 2007

건수가전년대비

50.7%

스폭발및임야화재

,

않았으나

, 2007

여화재건수로산정하였기때문에화재발생건수가증 가하였다

.

Figure 2

2008

었다

.

총 화재발생 건수의

24.7%

.

화재예방 및 화재진압의 측면에서 화재가 가장 많이 발생하는 시설에 대한연구및대응계획의수립이 무 엇보다우선되어야 한다

.

National Bureau of Standards(NBS)

†E-mail: [email protected]

점화원에노출되었을때연소특성에관한연구를수행 하여 화재위험성을평가하였다

.

-

,

. Särdqvist

,

기발생량및

CO

.

Filipczak

.

하여주택내가연물에대한발열량을 측정하였다

.

.

따라서 본 연구에서는 화재발생 빈도가 가장 높은 주택내대표적인가연물인소파와침대에대하여연소

실험을 실시하였다

.

,

.

2. 실험장치 및 방법

2.1실험공간

일반적으로구획실화재는실의구조

,

,

함된물리적 현상이기때문에매우 복잡한구조를 가 지고있다

.

향을최소화하기위하여표준화재실험공간인

ISO 9705

룸에서실험을실시하였으며

,

Figure 3

[8].

3.6m,

2.4m,

높이

2.4m

.

에는폭

0.8m,

2m

.

연물의연소에따른실내온도변화를측정하기위하여 개구부 한쪽 모서리로부터 각각

30cm

.

치및열전대 위치를

Figure 4

.

2.2측정장치및측정방법

화재실 내부의온도측정을 위하여소선지름

0.6mm

의

Sheathed Chromel-alumel K-

.

9

Agilent 34970A Data Acquisition Unit

Agilent 34901A

.

된데이터는

RS232

.

가연물이연소과정에서방출하는열방출률은산소소 Figure 1. Number of fires (1999~2008).

Figure 3. ISO 9705 room corner test.⁸⁾

Figure 2. Fires by location (2008).

모법

(Oxygen Consumption Principle)

.

연물이 연소할 때 소모되는 산소의 단위질량당 발생 열량은넓은범위에서근사적으로같다는가정에서근 거를두고있다

.

,

Room Corner Test

Single Burning Item

Furniture Calorimeter

.

,

, CO, CO

발생량을측정하였다

.

측정된 질량유속과산소농도로서 가장중요한 정보 인 열방출량을 구할 수있는데

,

(1)

.

(1)

여기서

, HRR

=

여기서

, =

, c

(T) =

여기서

, T

=

, T

=

대기중의 물의 양은 방정식

(2)

,

공기습도의측정으로부터 결정된다

.

(2)

여기서

, X

=

H

O

, RH =

(%)

여기서

, P

=

H

O

, T

=

여기서

, P

=

함수율

,

.

(3)

.

(3)

HRR

= m· c

T dT

0 T₁

∫

m·

X

= RH 100 --- P

T

--- P0

•

HRR = E m 1

X

+

α −

1 X

--- +

1

X

1

X

---

⎝ ⎠

⎜ ⎟

⎛ ⎞

X

X

1

X

1

X

---

⎝ ⎠

⎜ ⎟

⎛ ⎞

---

⎝ ⎠

⎜ ⎟

⎜ ⎟

⎜ ⎟

⎜ ⎟

⎜ ⎟

⎛ ⎞

Figure 4. Schematic of the experimental room.

Figure 5. Combustible materials.

여기서

, HRR =

여기서

, E = O

여기서

, =

여기서

,

=

, X

=

H

O

, X

=

O

, X

=

O

, XCO

=

CO

2.3실험품목

주택 내에는 다양한 상존 가연물이 존재하고 있다

.

이모든 가연물에 대하여 실험을 실시하기에는 시간과 비용이 과다하게 소요되는어려움으로 인하여 주택내 대표적인상존가연물을선정하여실험을수행하였다

.

본연구에서는소파와침대에대하여실험을실시하였 다

.

Figure 5

.

실험에사용된소파는

3

구성되어 있다

.

1.6m × 0.7m

중량은

31.3kg

.

와목재프레임으로구성되어있으며단면적은

1.5m × 2m m·

Figure 6. Temperature distribution with time.

Figure 7. Photographs of the sofa with time.

이며총중량은

55kg

.

점화원으로는 약간의가솔린에 적신 솜뭉치를사용 하였으며

,

점화하였다

.

3. 실험결과 및 고찰

3.1소파실험결과및고찰

연소실험동안의화재실내부의온도변화를열전대 를이용하여 측정하였으며 이를

Figure 6

.

약

140

.

화재발생

334

550

C

,

100

.

500

.

시간경과에 따른소파의연소상황을

Figure 7

.

.

화염이등받이로확대된후화염이급격히성장하였다

.

화재발생약

320

360

가득차 내부관측이 불가능 하였다

. 2009

1

의노래방에서 발생한 화재의 경우

,

.

시간 경과에 따른 열방출률 및 연소가스의 농도를

Figure 8

.

약

1.9MW, CO

4100ppm, CO

4.1%

를나타내었다

.

Figure 8. Experimental results of the sofa. Figure 9. Temperature distribution with time.

사한 경향을보였으며

, Figure 6

.

3.2침대실험결과및고찰

연소실험동안의화재실내부의온도변화를열전대 를 이용하여측정하였으며 이를

Figure 9

.

50

였다

.

120

340

C

,

90

.

.

300

.

시간경과에따른소파의연소상황을

Figure 10

.

.

100

향으로 급격히 성장하였다

.

200

,

300

초후에는 매트리스부분이 거의연소되고목재 프레 임에서연소가 지속되었다

.

시간 경과에 따른 열방출률 및 연소가스의 농도를

Figure 11

.

약

650kW, CO

210ppm, CO

1%

.

한경향을보였으며

, Figure 9

사한경향을보이고 있다

.

4. 결 론

본연구에서는주택내대표적인가연물인소파와침 대에대하여연소실험을실시하여연소특성파악과가 연물의물성치를 측정하였다

.

소파와침대가 화재발생초기에는서서히 증가하다 가일정시간 경과 후급격히 성장하였다

.

.

,

Figure 10. Photographs of the bed with time.

률

1.9MW, CO

4100ppm, CO

4.1%

.

,

650kW, CO

도

210ppm, CO

1%

.

추후보다많은가연물에대한물성데이터가확보된 다면 수치해석을 위한 기초 물성치로 제공되어 보다 정확한화재해석이 가능할것으로사료된다

.

참고문헌

1. “

”,

(2008).

2.

, http://www.firedata.go.kr.

3. V. Babrauskas, “Combustion of Mattresses Exposed to Flaming Ignition Sources, Part I. Full-Scale Tests and Hazard Analysis”, NBS, NBSIR 77-1290 (1977).

4. V. Babrauskas, “Combustion of Mattresses Exposed to Flaming Ignition Sources, Part II. Bench-Scale Tests and Recommended Standard”, NBS, NBSIR 80-2186(1980).

5. S. Särdqvist, “Initial Fires - RHR, Smoke Production and CO Generation from Single Items and Room Fire Tests”, Lund University(1993).

6. R. Filipczak, S. Crowley and R.E. Lyon, “Heat Release Rate Measurements of Thin Samples in the OSU Apparatus and the Cone Calorimeter”, Fire Safety Journal, Vol.40, pp.628-645(2005).

7.

,

,

, “

내가연물발열량측정

”,

,

22

,

2

, pp.104-107(2008).

8. ISO 9705, “Fire Tests-full Scale Room Test for Surface Products”(1993).

Figure 11. Experimental results of the bed.