화재실험을 통한 주택용 연기감지기 응답특성에 관한 연구
A Study on the Response Characteristics of the Residential Smoke Detector Depending on Controlled Fire Tests
사공성호·김시국*·이춘하*·정종진
†Seong-Ho Sakong · Shi-Kuk Kim
*· Chun-Ha Lee
*· Jong-Jin Jung
†한국소방산업기술원소방산업기술연구소
, *
호서대학교소방방재학과(2009. 6. 17.
접수/2009. 8. 7.
채택)
요 약
본논문은연기감지기의응답특성을분석하여주택용화재감지기로적합한지를분석하고자광전식연기 감지기
,
아날로그연기감지기,
단독경보형연기감지기를시험체로선정하여UL 268
에서정하는화재시험방법을응용하여화재성상
(
종이화재와인화성액체화재)
에따른연기감지기의응답특성을분석하고자화재실험을실시하였다
.
실험결과화재성상에따라연기감지기의응답특성차이가나타나는것을확인할수있 었다.
ABSTRACT
In this paper, in order to analyze the response characteristics of the smoke detectors which is suit- able with the residential fire detector, the paper fire and flammable liquid fire experiment came to be accomplished according to UL Standard for safety for smoke detector for fire alarm signaling systems, UL 268. Also Photoelectric smoke detector, the Analog smoke detector and the single station alarm device came to be used with the specimen and the response characteristics of the smoke detectors which follows in these two types(paper, flammable liquid) test fire came to be analyzed. As a result, according to test fire there was some difference to response characteristics of the smoke detectors.
Key words :
Residential fire detectors, Paper fire, Flammable liquid fire, Response characteristics
1. 서 론
자동화재탐지설비의구성요소중화재감지기는화재 초기에 발생하는열또는연기
,
불꽃을자동으로감지하여그신호를수신기에보내어화재경보음발생
,
소 화설비의 작동 등 거주자·출입자의 초기피난 및화 재진압을위한중요한설비이다.
화재발생시감지기의 정상작동여부는인명과재산을화재로부터보호할수 있느냐 없느냐를판가름하는 중요한역할을한다.
1)2008
년도 소방방재청에서발표한‘2008
년화재발생현황 분석
’
2)에따르면2008
년한해동안49,631
건의화재가 발생하였고
,
이 중주택에서의 화재가12,285
건으로 전체화재건수의
24.8%
를차지하고 있는것으 로나타났다.
주택화재의가장큰특징은화재가발생하면 다른 장소보다 인명피해 및 재산피해가 발생할 확률이높다는것이다
.
3)이와같은원인은일반적인주택의경우건물들이밀집해있고
,
자동화재탐지설비의 설치대상이아니기때문에화재의조기발견을위한설 비가설치되지않은곳이많기때문이다.
선행연구로주택 실물화재실험을실시한결과 화재 발생시화재감지기본연의기능인조기감지기능만제 대로된다면 화재시인명및재산피해를최소한으로 줄일 수있는것을 실험으로확인할 수있었으며
,
또 한주택에서효과적인 화재감지시스템을 구축하기위 해서는연기감지기가열감지기보다주택용화재감지기 로적합한것으로나타났다.
따라서본논문은주택용화재감지기로적합한연기 감지기의응답특성을분석하고자광전식연기감지기
,
아날로그연기감지기
,
단독경보형연기감지기를시료로선정하여
UL 268(Smoke Detectors for Fire Alarm
†
E-mail: [email protected]
Signaling System)
에서 정하는 화재시험방법을 응용하 여화재성상(
종이화재와인화성액체화재)
에따른연기감지기의응답특성을분석하고자화재실험을실시하였다
.
2. 실 험
본실험은 주택용연기감지기가 화재발생시 화재성 상에 따른 응답특성을 평가하기 위하여
UL 268
에서정하는 화재시험방법을응용하여실험을 실시하였다
.
2.1모형화재실험실
본연구에 사용된 모형화재실험실은
Figure 1
과같이
5.0m × 4.2m × 3.0m
크기의실험실로천장의높이는2.4m
이다. Figure 2
는모형화재실험실의 사진이다.
2.2실험조건4)
화재성상에따른연기감지기의응답특성을실험하기 위해서 우선적으로 고려되어야할요소는 화재성상의
Figure 1.
Fire test room.
Figure 2.
Photograph of fire test room.
Table 1.
Types and Combustibles of Test Fire
Types Paper Fire Flammable Liquid Fire
Size W: 102mm
L: 6~10mm Newsprint Total
Weight = 42.6g Heptane : Toluene
= 75 : 25
Figure 3.
Receptacle of shredded newsprint.
Figure 4.
Receptacle of flammable liquid fire.
결정으로본실험에서는
UL 268
에서규정하는연기감 지기화재시험가연물종류인종이화재와인화성액체화 재에대해실시하였다.
Table 1
은실험에사용한가연물의종류와규격을나타낸 것으로
UL 268
의 시험방법을 응용하여 실험을실시하였다
.
이는UL 268
의시험장의경우10.9m × 6.7m
× 3.1m
크기의 시험실에서 시험을 실시하나,
본 실험을실시한 실험장의크기와 차이가 있어가연물의종 류와시험방법을 응용하여실험을 실시하였다
. Figure
3
은종이화재인신문지화재를 나타낸 것으로UL 268
에서 정하는 방법과 동일한 규격의 화원으로 실험을 실시하였다
. Figure 4
는인화성액체화재를나타낸것으로
UL 268
에서정하는 방법과동일한 비율로 헵탄과톨루엔을혼합하여 실험을실시하였다
.
또한
,
일정한 공간내의 화재는 환기조건및 내부공 간의환경조건에따라화재성상및화재감지기응답시 간에 차이가많이 발생하므로화재실험실의 내부조건은
Table 2
와같이설정하였다.
2.3실험방법
본 실험에서는 연기감지기의 응답특성을 분석하기 위하여연기감지기중광전식연기감지기
(
우수제품),
광 전식연기감지기(
일반제품),
아날로그연기감지기,
단독 경보형감지기를시료로선정하여종이화재와인화성액 체화재실험을실시하여두종류의화원에따른연기감 지기의응답특성을분석하고자화재실험을실시하였다.
Figure 5
는 화재실험실의 구성도를 나타낸 것이다.
그림에서보는 바와같이 연기감지기를국가화재안전
기준
(NFSC 203)
에서정하는벽으로부터0.6m
떨어진위치에 부착하고 종이화재와 인화성액체화재에 대해
각각
10
회씩실험을실시하였다.
종이화재실험은 화원을 감지기와
2m
정도떨어진화재시험실의중앙에설치하고
,
흑백신문지42.6g
이들어있는가연물연소통
(Receptacle)
의하단에서점화시켜실험을 실시하였다
.
인화성액체화재실험은화원을 화재감지기와수평으로가장먼위치에설치하고헵탄 과톨루엔의양을75% : 25%
의비율로200 m
l와400 m
l 를만들어유류표면을점화시켜가연물량에따른응답 특성실험을실시하였다.
종이화재실험과 인화성액체화재실험에서 화원위치 를 서로다른 곳에서 측정한 이유는 화재시 열발생 이 적어 부력효과가 적다고 사료되는 종이화재의 경 우에 연기유동 특성상 연기가 먼거리까지 이동하기 어렵기 때문에 연기농도측정이 불가능했고
,
인화성액 체화재의 경우 근접한 거리에서 실험을 실시할 경우 화열에 의해 장비에 문제가 발생하기 때문에 화원의 거리차를두고실험을 실시하였다.
또한,
감지기의작 동시간을확인하기위하여중계기를통하여R
형수신 기와 연결하였다.
감지기가 작동하게 되면R
형수신 기에서 각감지기의 작동시간이표시되고작동시간을 저장하게된다.
Table 2.
The Test Conditions in the Fire Test Room
Types Conditions
Entrance Door (810mm × 1720mm) Close
Exhaust Fan Close
Figure 5.
Schematic diagram of fire test room.
Figure 6.Photograph of smoke concentration measuring
apparatus.
감지기 작동시 연기농도를 측정하기위하여
Figure 6
과 같이 연기농도 측정장치를 설치하여 연기농도를실시간으로 모니터링 하였다
.
연기농도측정기는 반복 실험으로인한광학필터의오염을방지하기위하여필터내부에
1000cc/min
정도로아주미세한공기를주입하여농도측정의정확성을 기하였다
. 3. 실험결과 및 고찰
3.1종이화재실험
흑백신문지
42.6g
이 들어 있는 연소통의 하단에서 점화시키면 흑백신문지에 착화가 된다.
점화후 화재 실험실내부는화원에서나오는연기가천정으로수직 이동후수평이동을계속하여연기감지기가설치된곳 까지연기가이동한다.
이때발생한연기는화염이없 는훈소특성을가지는회색연기이다.
따라서종이화재 실험은연기감지기가 회색연기에대하여,
또한열기를 동반하지않는연기에대해서어떠한응답특성이나타 나는가확인해보았다.
Table 3
은종이화재실험의연기감지기응답특성결과를나타낸 것으로
10
회실험을 통한평균값으로구 하였다.
점화 후 약1
분02
초경에 광전식연기감지기(
우수제품)
가먼저 작동되고,
약2
분09
초경에 광전식연기감지기
(
일반제품)
가,
약3
분30
초경에 단독경보형 감지기가,
약3
분40
초경에 아날로그연기감지기가순 차적으로작동하였다.
이와같은연기감지기의 응답특 성의차이는광전식연기감지기들의위치가단독경보형 감지기와아날로그감지기보다화원에가깝게설치되었 기때문에나타난것으로생각되나,
연기유동이불규칙 한 특성을 지녔기 때문에 작동시간에 차이가 발생한 것으로 사료된다.
또한 열기류가없기 때문에 연기자 체가서서히퍼지면서하강하는특징이나타나는것을 확인하였다. Figure 7
은종이화재의연기농도를실시간으로모니터링한그래프이다
.
3.2인화성액체화재실험
헵탄과톨루엔의 혼합물 표면이 점화되면가연성증 기의착화로화재실험실내부는화원에서발생된연기 가천정으로수직이동후천정면에서수평이동을하게 되고연기감지기가설치된곳까지연기가이동한다
.
이때발생하는 연기는 열을 수반하는 흑색연기이다
.
따 라서인화성액체화재실험은연기감지기가흑색연기에 대하여,
열기류를 동반한 확산속도가 빠른 연기에 대 하여,
또한 가연물량의 변화에 따라 어떠한 응답특성 이나타나는가확인해보았다.
Table 4
는인화성액체(200 m
l)
화재 실험의 연기감지기응답특성결과를나타낸 것으로
10
회실험을 통한 평균값으로 구하였다.
점화 후약30
초경에 아날로그연기감지기가먼저작동되고
,
약38
초경에광전식연기 감지기(
일반제품)
가,
약39
초경에광전식연기감지기(
우 수제품)
가,
약48
초경에단독경보형감지기가 순차적으 로작동하였다.
Table 5
는인화성액체(400 m
l)
화재 실험의 연기감지기응답특성결과를나타낸 것으로
10
회실험을 통한 Table 3.Results of Paper Fire
Types Smoke
C
oncentrationOperation Photoelectric Smoke Time
Detector (Excellent) 25%/m 1' 02"
Photoelectric Smoke
Detector (Normal) 30%/m 2' 09"
Analog Smoke Detector 27%/m 3' 30"
Single Station Alarm
Detector 22%/m 3' 40"
Figure 7.
Smoke profile of paper fire.
Table 4.
Results of Flammable Liquid Fire Test (200 m
l)
Types Smoke
C
oncentrationOperation Analog Smoke Detector 80%/m Time 42"
Photoelectric Smoke
Detector (Excellent) 82%/m 46"
Photoelectric Smoke
Detector (Normal) 86%/m 1' 01"
Single Station Alarm
Detector 87%/m 1' 11"
평균값으로 구하였다
.
점화후 약42
초경에 아날로그연기감지기가먼저작동되고
,
약46
초경에광전식연기 감지기(
우수제품)
가,
약1
분01
초경에 광전식연기감지기
(
일반제품)
가,
약1
분11
초경에 단독경보형감지기가 순차적으로 작동하였다.
이와 같은 결과 가연물의양에 따라 감지기의 응답특성에 차이가 나타나는 것을 확인할수있었다
.
Figure 8
은인화성액체화재200 m
l와400 m
l의 연기 농도를실시간으로 모니터링한그래프이다.
인화성액체화재실험의경우 종이화재실험보다감 지기의 응답특성이빠르게 나타났고연기농도가 높은 것을 확인할 수있었다
.
이는 인화성액체화재의 경우 열기류를 동반한 화재이기때문에 연기의전파속도가 종이화재보다빠른특징이있으며,
유류화재의경우종 이화재보다연기입자자체가크고밀집된형태로확산 되기때문에 연기농도가매우높게 나타나는것을확 인할수있었다.
또한,
인화성액체화재에서의연기감지 기들의응답특성의차이는화원으로부터의거리보다는 감지기 회로내광센서들의 연기감지패턴방식과 열기 류를동반한 매우빠르고 불규칙한연기유동특성때 문에발생한것으로 사료된다.
4. 결 론
본논문은주택용 화재감지기로 적합한연기감지기 의 응답특성을 분석하고자 광전식연기감지기
,
아날로 그연기감지기,
단독경보형감지기를 시료로 선정하여UL 268
에서 정하는 화재시험방법을응용하여화재성상
(
종이화재와 인화성액체화재)
에 따른 연기감지기의 응답특성을 분석하고자 화재실험을 실시하여 다음과 같은결론을얻었다.
1)
종이화재실험점화후약
1
분02
초경에 광전식연기감지기(
우수제 품)
가작동되고,
약2
분09
초경에광전식연기감지기(
일 반제품)
가,
약3
분30
초경에단독경보형감지기가,
약3
분
40
초경에아날로그연기감지기가순차적으로작동하 였다.
이와 같은 연기감지기의 응답특성의 차이는 광 전식연기감지기들의 위치가 단독경보형감지기와 아날 로그감지기보다화원에 가깝게 설치되었기때문에 나 타난것으로생각되나,
연기유동자체가불규칙한유동 특성을지녔기때문에작동시간에차이가발생한것으 로사료된다.
2)
인화성액체화재실험인화성액체
200
화재실험의 경우 점화 후약42
초경에아날로그연기감지기가먼저작동되고
,
약46
초경 에광전식연기감지기(
우수제품)
가,
약1
분01
초경에광전식연기감지기
(
일반제품)
가,
약1
분11
초경에 단독경 보형감지기가순차적으로 작동하였다.
인화성액체
400
화재실험의 경우 점화 후약30
초 경에아날로그연기감지기가먼저작동되고,
약38
초경Table 5.
Results of Flammable Liquid Fire Test (400 m
l)
Types Smoke
C
oncentrationOperation Analog Smoke Detector 72%/m Time 30"
Photoelectric Smoke
Detector (Normal) 85%/m 38"
Photoelectric Smoke
Detector (Excellent) 88%/m 39"
Single Station Alarm
Detector 90%/m 48"
Figure 8.
Smoke profile of flammable liquid fire.
에광전식연기감지기
(
일반제품)
가,
약39
초경에광전식 연기감지기(
우수제품)
가,
약48
초경에 단독경보형감지기가 순차적으로 작동하였다
.
이와 같은 결과 가연물 의 양에 따라 감지기의 응답특성에 차이가 나타나는 것을확인할 수있었다.
인화성액체화재의 경우 열기류를 동반한 화재이기 때문에 연기의 전파속도가종이화재보다 빠른 특징이 있으며
,
유류화재의경우종이화재보다연기입자자체 가크고밀집된 형태로 확산되기 때문에연기농도또 한매우높게나타나는것을확인할수있었다.
이와같은결과화재성상에따라연기감지기의응답 특성에 차이가나타나는것을확인할수있었었다
.
그러나본연구는
UL 268
에서규정하는화재시험중종이화재와인화성액체화재로만실험을실시하였기때문 에주택용 화재감지기로 적합한 연기감지기의 응답특 성을정확하게분석하기위해서는향후다양한종류의 가연물을대상으로 화재성상에대한실험을 실시하여
야할것으로 생각된다
.
참고문헌
1.
정영태, “
과학적인소방검사실행과시정조치”,
중앙소방학교테마消防學講解
, p.641(2001).
2.
소방방재청, “2008
년전국화재발생현황”(2009).
3.
김학근, “
주택화재에의한인명피해저감을위한연구
