● 건축물 화재의 진행단계(실내화재)
: 초기→ 성장기 → flash over → 최성기→ 감쇠기
※ 화재 성장의 3요소 : 점화, 화염확산, 연소속도
1) 초기
- 초기를 거치며 크게 상승하지 않는 발화단계, 백색연기가 나온다.
- 가연물이 발화하기 위해서는 반드시 가연물에 대한 가열이 선행되어야 하는바 이 과정이 화재의 초기단계에 해당한다. 즉 발화 이전의 가열단계이다.
- 직접적인 화염이나 연기의 발생이 없고 연료가 열분해되는 과정이다.
- 화재로 전이가 되기 전의 단계로 화재로의 전이를 방지하기 위한 조치로 가연물의 사용을 줄이고 가연물에 난연처리, 방염처리를 하여야 한다.
- 초기화재는 이때는 인간의 오감으로는 화재의 발생을 알 수 없고 화재가 본격적으로 발생하기 전에 열분해과정으로 일반적인 감지기로는 감지를 못하고 특수감지기인 공기흡입형감지기 등으로 감지할 수 있다
2) 롤오버 (Roll-over) - 성장기
- 화재초기에 가연성물질에서 발생된 가연성 가스가 천장 부근에 축적되고 이 축적된 가연성 증기가 인화점에 도달해 연소하는 현상
- 불덩어리가 천장을 굴러다니는 것처럼 뿜어져 나오는 현상
- 화염이 선단부에서 주변공간으로 확대된다.
- 플래시오버 직전에 관찰된다.
3) 플래시오버 (flash-over) - 성장기
- 가연물의 착화와 열분해 시 생성된 가연성 가스가 천장아래에 축적되고 천장아래에 축적된 연기층의 온도가 상승하고 이로 인해 바닥면의 복사수열량이 증가될때 순간적으로 방전체가 급격하게 타오르는 화재확대현상
- 실내화재 시 천장류에서 방추되는 복사열에 의해 실내에 있는 모든 가연물이 분해되어 가연성 증기를 발생하게 됨으로써 실내 전체가 순간적으로 연소가 확대된다
- 화염이 확대되는 순발적인 연소확대현상이라고도 한다
- 공간 내 전체 가연물에서 동시에 발화하는 현상
- 일정공간 안에 가연성 가스가 축적된 상태에서 폭발적으로 실 전체가 화염에 휩싸이는 현상
- 성장기와 최성기의 분기점에 발생한다
- 플래시오버발생시간(F.O.T)↑ = 피난허용시간↑
- 연소확대 주요인은 연소물 내 복사열 축적이다.
※ 급격한 산소 공급은 백드래프트이다.
※ 실내 선단으로 복사열이 전달되는 것이 아닌 실내 전체에 복사열이 전달되는 것이다.
(1) 플래시오버 발생 징후
- 고온의 연기가 발생한다
- 롤오버 현상이 관찰된다
- 두텁고 뜨거운 진한 연기가 천장 아래에 축적된다
- 일정공간 내 전면적인 자유연소가 일어난다
- 실내에 과도한 열이 축적된다
※ 뜨거운 열기가 느껴지고 두텁고 진한 연기가 소용돌이치는 경우는 백드래프트의 징후이다.
(2) 영향요인
- 개구율이 클수록, 개구율이 1/8일 때 발생속도가 가장 느리고 1/2~1/3일 때 가장 빠름
- 내장재의 종류 : 불연재료 < 난연재료 < 가연재료
- 내장재의 두께가 얇을수록 빨리 발생한다.
- 초기 가연물의 발열량이 클수록 플래시오버는 빨리 발생한다.
- 열전도율이 작을수록
- 연소실이 작을수록, 층고가 낮을수록
- 연소속도가 빠를수록 발생 가능성이 커짐
- 벽보다 천장 재료가 플래시오버에 영향을 더 많이 준다.
- 화원의 크기가 작으면 플래시오버에 이르기까지의 시간이 길어진다.
- 실내 산소분압이 높을수록 연소가 용이하여 플래시오버가 쉽게 발생된다.
- 실내온도, 실내압력이 높을수록 발생 용이
- 화재하중이 클수록 실내에 가연물이 많다는 것을 나타내어 플래시오버의 가능성은 커지게 된다.
(3) 대응전술
- 배연지연법: 창문 등 개구부를 개방해 배연함으로 공간 내부에 쌓인 열을 방출시켜 플래시오버를 지연시킬 수 있고 가시성도 향상할 수 있다
- 공기차단 지연법: 개구부를 닫아 산소를 감소시켜 연소속도를 줄여 지연시키는 방법
- 냉각지연법: 이동식 소화기를 분사하여 일시적으로 온도를 낮추고 플래시오버를 지연시키고 관창호스를 연결할 시간을 벌 수 있다
4) 성장기(중기)
- 건축물 실내에서 발화의 시점부터 Flash Over가 일어나기까지 진행되는 화재상황이 화재의 성장단계
- 화재의 성장단계에서는 가연물의 발화부위에 일차적으로 불꽃연소가 일어나면서 그 불 꽃의 고열에 의해 인접 가연물에도 불꽃연소가 일어나는 상황이 주위 가연물에 연속적으로 전개되어 감으로서 화재의 성장이 시작된다. 이때는 화재가 본격적으로 시작하는 시기로 열분해단계 및 훈소화재 등의 과정을 지나서 불꽃이 보이는 단계이다.
- 연소가 시작한 시점으로 연소를 지배하는 인자는 연소에 필요한 산소와 연료 중에서 연료이다. 화재 초기이어서 화재실에 산소는 풍부한 상태이고 연료는 적은 상태이기 때문에 연소를 지배하는 인자는 연료이다. 즉 연료지배형 화재이다.
- 화재의 상황변화가 격렬하고 다양하게 변화되는 시기
- 화재초기인 만큼 관계자 등은 화재를 수동소화설비인 옥내소화전, 소화기 등을 이용하여 진화를 시도한다.
- 화염발생단계에서는 불꽃이 보이는 단계로 화염의 크기가 크지 않아 천장에 있는 열감지기가 동작하지는 않고, 대규모 공간의 경우 불꽃감지기가 감지할 수 있다.
- 피난할 때의 행동
㉠ 풍상방향으로 대피한다
㉡ 자세를 낮게 하고 신속하게 행동한다
㉢ 물수건으로 입을 마고 주위를 살피며 행동한다
㉣ 오염, 방사능 물질을 피해 피난한다
5) 최성기- 최대 열 방출 단계
- 실의 연기의 양은 적어지고 화염이 확대되고 개구부 밖으로 분출한다.
- 연소가 가장 격렬한 시기이며 불완전 연소가스가 발생한다.
- 복사열로 인해 인근 건물로 화재가 번질 수 있다.
- 이 시기의 화재는 화재실 전체로 화재가 확산되어 화재실에서 방출할 수 있는 최대 열방출을 내고 있다.
- 화재실에 연료가 가득 차 있고 건축물화재의 특성상 개구부의 면적이 작아 공급되는 산소의 양이 연료에 비해 매우 적어 이때는 환기지배형 화재이다.
- 성장기에서는 수동식 소화설비, 자동식 소화설비, 소방대가 화재를 진화하였으나 화재가 최성기로 접어들면 수동식․자동식 소화설비는 화재가 격렬하여 진화에 사용되지 않는다.
- 이때는 건축물이 화재 후에 약간의 보수로 재사용이 가능하도록 재산보호에 중점을 둔다. 그래서 건축구조재의 내화성 부여, 방화구획, 건축물의 도괴방지 등을 한다.
- 최성기때의 화재감지는 화재실에서 나오는 연기나 화염을 보고 소방서에 신고한다.
6) 감쇠기
- 이 시기의 화재는 화재실의 연료를 거의 연소시키고 약간의 남은 연료가 타는 시기로 최성기 때의 20% 정도의 열량을 발생한다.
- 이때는 개구부로 들어오는 산소의 양이 연료의 양보다 훨씬 많은 시기이다. 최성기 때는 환기지배형 화재였지만 감쇠기로 되면서 다시 연료지배형 화재로 변한다.
- 건축구조재의 내화성 부여, 방화구획, 건축물의 도괴방지 등을 한다.
- 연기는 검은색에서 백색이 된다.
- 다량의 공기 유입시 백드래프트 발생우려가 있다.
7) 백드래프트 (Back draft)
- 산소가 부족한 실내에 불완전연소로 미연소가스가 축적되어 있다가 개구부의 급개방으로 일시에 다량의 공기가 유입시 폭발적으로 착화하여 충격파를 동반한 화염풍이 실외로 분출되는 현상
- 화재로 인해 실내 상부 쪽으로 고온의 기체가 축적되고 온도가 높아짐에 따라 기체가 팽창하고 연소에 필요한 산소가 불충분한 상태이어야 한다.
- 실내의 산소가 부족한 불완전한 훈소 상태에서 갑작스러운 개구부 개방으로 급격한 산소 공급이 이루어져 폭발현상을 일으키는 것
- 갑자기 산소가 새로 유입될 때 화염이 폭풍을 동반하며 충격파의 생성으로 구조물을 파괴할 수 있다.
- 백드래프트 발생하기 전에 짙은 농연이 관찰되고 발생한 후에는 심한 벽면파괴 현상 등이 발생한다.
(1) 백드래프트 발생 징후
① 연기가 건물 내에서 빠르게 소용돌이치거나 건물 내로 되돌아가거나 맴돈다.
② 과도한 열의 축적으로 인한 방화문이 뜨겁다.
③ 화염이 거의 보이지 않는다.
④ 짙은 회황색의 연기가 개구부 틈새로 뻐끔대며 분출한다.
⑤ 연기로 창문이 얼룩져있다.
(2) 대응 전술
- 배연법(지붕환기법) : 지붕의 채광창을 개방하여 환기시킨다.
- 급냉법 : 출입구를 개방하는 즉시 바로 방수한다.
- 측면 공격법: 벽 뒤에 숨어있다가 출입구가 개방되면 개구부 입구를 측면공격하고 화재 공간에 집중방수한다.
< 플래시오버와 백드래프트 비교>
| 구분 | 플래시오버 | 백드래프트 |
| 발생시기 | 성장기 이후 최성기 직전 (중기) | 감쇠기(종기) |
| 조건 | ∙ 연기층의 온도 : 500~600[℃] ∙ 바닥면 복사수열량 : 20~40[kW/m2] ∙ 산소농도 : 10[%], CO2/CO : 150 |
∙ 연기층의 온도 : 600[℃] ∙ CO : 12.5~74 ∙ 화재시 가스배관의 파손 |
| 연소형태 | 자유연소, 확산연소 | 훈소상태, 예혼합연소 |
| 공급요인 | 복사열 | 외부에서 공기의 공급 |
| 폭풍, 충격파 | X | O |
| 방지대책 | ∙ 천장의 불연화, 난연화 ∙ 화원의 억제 ∙ 가연물 양의 제한 ∙ 개구부의 제한, 고천장화 |
∙ 폭발력의 억제 ∙ 환기 ∙ 격리 ∙ 소화 |
● 구획된 건물 화재현상
- 일반적으로 플래시오버 전에 산소가 충분하여 연료지배형 화재가 일어나고 플래시오버 이후 산소의 소진으로 인해 환기지배형 화재가 지배적이다.
1) 연료지배형 화재
- 재료의 특성에 지배받는 화재
- 화재 초기엔 산소량이 충분하므로 연료의 종류나 특성에 따라 화재진행속도가 결정된다.
- 주로 큰 창문이나 개방된 공간에서 발생하기 쉽다.
- 환기지배형 화재에 비해 폭발성 및 역화현상이 작다.
2) 환기지배형 화재
- 환기요소에 지배받는 화재
- 내화구조 및 콘크리트 지하층에서 발생하기 쉽다.
- 산소량이 부족하고 연료량이 충분한 경우 산소량에 따라 화재진행속도가 결정된다.
- 환기량에 비해 연료량이 충분하다.
- 공기부족으로 불완전연소가 될 수 있고 백드래프트나 폭발의 위험성이 증가한다.
- 밀폐된 공간으로 가연물의 양이 영향을 미친다.
- 연료지배형 화재보다 연소가스가 더 많이 생성된다.
- 환기요소 : A√H
(A: 개구부 단면적, H: 개구부 높이)
- 개구부 면적이 작으면 화재가 느리고 개구부 면적이 크면 화재가 빠르다.
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