화재성장속도란 무엇을 말하는가?
가. 화재성장속도란
T＾2 Fire(T자승 Fire)라고 부르는 화재성장속도는 화재의 열방출률이 1MW에 도달하는데 걸리는 소요시간을 말한다. 즉, 발화하여 화재로 성장한 후 어느 시점에 열방출률인 HRR이 1MW가 되는가를 기준으로 측정하는 것이다. NFPA에서는 이 시간을 초 단위로 구별하여 총 4단계로 설명하고 있다. 화재의 HRR이 1MW(1,055kw)에 가장 빨리 도달하는 순서를 기준으로 Ultrafast, Fast, Medium, Slow 이렇게 4단계로 구분하고 있다.
나. 화재성장속도와 화재진압의 상관관계
화재성장속도가 빠르다는 의미는 순식간에 열방출률(HRR)이 1MW에 도달한다는 의미이다. 즉, T＾2 Fire라고 부르는 이유는 화재성장속도에 따라 초기대응에 필요한 골든타임이 영향을 받는다는 것을 말한다. 화재성장속도가 가장 빠른 Ultrafast의 경우에는 곧바로 대응하지 못하면 초기대응이 실패한다는 것을 의미한다. 결국 화세가 커지고 소방대가 도착하더라도 화재를 제어하는데 장시간의 시간이 필요함을 의미한다.
화재성장속도가 가장 느린 Slow의 화재는 연기를 많이 생성하기는 하나 화세가 천천히 성장하기 때문에 골든타임이 충분한 것을 의미한다. 관계자에 의해 발견되기만 하면 바로 조치가 가능할 수 있는 시간이 충분하다는 것이기 때문이다.
화재성장속도를 구분하는 이유
가. 화재 위험성 평가지표이다.
화재 성장속도에 따라 이들을 4단계로 구분하는 이유는 먼저 화재의 위험성 평가지표로 삼기 위함이다. 성능위주 설계에서 화재성장속도는 중요하게 살펴보는 대목이다. 화재성장속도에 따라 소방시설의 작동과 피난시간을 설정하는 기준이 된다.
나. 피난설계에서 ASET과 관련된다.
화재성장속도는 화재실의 Flash Over에 도달하는 속도와도 관련이 된다. Flash Over는 피난 설계에 있어 거주한계조건으로 인정하고 있다. 즉, Flash Over가 발생하기 전에 피난을 완료해야 한다는 뜻이다. 그래서 총피난시간인 ASET을 늘리기 위해서 제연설비, 자동소화시설, 건물 내부 마감, 가연물의 최소화 등으로 Flash Over가 일어나는 시간을 최대한 늦추는 방법을 고안하는 것이다.
다. 초기 대응에 필요한 골든타임을 알기 위함이다.
화재성장곡선을 분류한 이유는 초기 대응에 필요한 골든타임을 알기 위함이다. 화재진압은 시간과의 싸움이다. T＾2 Fire(T자승 Fire)라고 부르는 이유도 열방출률에 가장 큰 영향을 주는 것이 바로 시간이기 때문이다. 그래서 소방시설의 작동 시간을 설정하는 기초로 사용한다. 화재성장속도가 얼마나 빠른가에 따라 감지기의 감지 시간이 달라져야 하고, 스프링클러 헤드의 감열 속도 RTI가 달라져야 하기 때문이다.
화재성장곡선의 기울기에 영향을 주는 요인
가. 화재성장곡선의 기울기가 의미하는 것
화염이 발생하는 발화 시점에서 열방출율(HRR)이 1MW에 이르는데 소요되는 시간은 무엇에 의해 결정될까? 이것이 곧 화재성장곡선의 기울기를 급격하게 또는 완만하게 구성하는 요인이 될 것이다. 기울기가 급격하다는 것은 시간이 짧다는 것이고 그만큼 연소열량이 빨리 상승했다는 것을 의미한다. 기울기가 화재성장곡선 상수 a값과 관련이 된다.
나. 가연물의 종류와 형상 등에 따라
① 가연물의 종류 : 가연성이 높은 물품일수록 기울기가 급격하게 구성된다. 유류나 가스류는 HRR이 크기 때문이다. 열분해가 쉽게 이루어지는 것일수록 기울기는 급격해진다. 발화점이 낮을수록 산소와 접촉하는 표면적이 넓을수록 기울기가 급격해진다.
② 가연물의 적재 방법 : 가연물이 옆으로 연속된 것일수록 기울기가 급격해진다. 반대로 가연물이 층층이 적재된 것은 표면연소 후 심부로 들어가기 위해서는 더 많은 산소들이 지속적으로 필요하기 때문에 기울기가 다소 완만해진다.
③ 가연물의 양에 따라 : 가연물의 양이 많을수록, 단위 면적당 가연물의 양이 많을수록, 화재하중이 높을수록 화재성장곡선의 기울기는 급격해진다. 연소할 가연물이 많다는 것은 지속적인 열공급이 가능하기 때문이다.
다. 건물의 규모, 개구부, 내부 마감재 종류에 따라
① 천장의 높이, 실 규모 : 화재 발생장소의 천장 높이는 연기가 하강하는데 시간을 필요로 한다. 건물의 규모가 클수록 실내의 산소가 충분하다. 그래서 화재실의 규모와 천장의 높이에 따라 산소의 공급에 영향을 받아 화재 성장곡선이 영향을 받는다.
② 건물의 밀폐도 및 산소의 공급 지속성 여부 : 산소 공급이 원할한 장소에서는 기울기가 급격하게 유지된다. 개구부가 충분하여 연소되는데 필요한 공기가 자연스럽게 공급되는 곳은 화재성장이 빠르다. 그러나 밀폐된 공간처럼 한번 산소를 소비하고 난 후 추가 산소가 유입되는데 애로를 겪는 곳에서는 완만한 기울기를 유지하게 된다.
③ 내부 마감의 종류에 따라 : 화재실 내부의 마감이 무엇인가는 전체적인 열방출률(HRR)에 영향을 미친다. 불연성 재료로 마감된 실의 경우에는 화재성장곡선에 큰 영향을 미치지 않지만, 가연성 재료로 마감된 실의 경우에는 화재성장곡선의 기울기에 영향을 준다.
라. 하지만 화재성장속도를 4단계로 구분한 공식은
위의 각 요인들을 최소화하고 동일한 조건의 일정한 장소에서 이루어진 경험식에 가까운 공식으로 볼 수 있다. 실제 화재 상황에서는 각 화재실마다 모든 조건이 달라지는 것이 당연할 것이다. 그러므로 동일한 조건을 부여한 상태에서의 실험을 통해 얻은 공식일 것이라고 본다.
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