화재성장속도(T자승 Fire)는 왜 1MW를 기준으로 할까?

이전 포스팅에서 화재성장속도라는 것은 시간의 흐름에 따라 화재가 얼마나 빨리 성장하는가를 나타내는 것이라고 했다. 그리고 열방출률(HRR)이 1MW에 도달하는 시간을 측정하여 Ultrafast, Fast, Medium, Slow 이렇게 4단계로 구분한다고 하였다. 이번 포스팅에서는 화재성장속도를 T자승 Fire라고 부르는 이유, 공식이 갖고 있는 내용, 그리고 1MW를 기준으로 화재성장속도를 평가하는 이유를 알아보기로 한다.

화재성장속도 공식

가. 화재의 열방출률을 알기 위한 공식

 

열방출률 계산 공식

Q = aT＾2이라는 공식에서 알고자 하는 것은 HRR이라고 부르는 열방출률 Q(w)이다. a는 화재성장속도 상수이다. T는 진행된 시간, 즉 화재가 성장한 시간이며, 단위는 sec를 사용한다. 화재에서 발생한 열량의 크기 Q는 화재성장속도 상수 a에 비례하며, 화재 발생 후 흐른 시간 T의 자승에 비례한다는 뜻이다. Q = aT＾2 공식을 통해 시간이 흐를 수록 발생열량은 급격하게 성장한다는 것을 알 수 있다. 그래서 화재성장곡선과 관련된 용어를 이야기할 때 시간의 자승에 따라 열방출률이 커진다고 해서 T＾2 Fire(T자승 Fire)라고 부른다.

 

나. Q가 1,055kw에 도달하는 시간인 T(sec)를 알려는 것이다.

이 공식을 다시 해석해보면 열방출률인 Q가 1MW(1,055kw)에 도달하는 시간인 T(sec)를 알아볼 수 있다. 왜냐하면 화재성장속도를 판별하는 기준점은 화재로 인한 열방출률(HRR)이 1MW(1,055kw)에 도달하는데 걸리는 소요시간이기 때문이다. 그럴거면 처음부터 T를 중심으로 계산식을 만들어 놓으면 더 이해하기 좋았다는 생각이 드는 건 나 혼자만의 바람일까? 여하튼 T＾2 Fire(T자승 Fire)라고 부르는 화재성장속도는 시간의 제곱에 비례하여 성장한다.

 

 

화재성장속도별 4단계 구분

가. 화재성장속도별 4단계 구분과 대표적인 품목들

 

(화재성장속도 단계별 대표 물품 (출처 : 길군 블로그)

화재성장속도는 화재가 HRR 1MW에 도달하는 시간에 따라 4단계로 구분된다고 하였다. 각 단계에 해당하는 대표적인 품목들을 살펴보자. 물품이 가연성일수록, 열분해가 쉬울수록, 두께가 얇을수록, 산소와 접촉 면적이 클수록 Ultrafast로 단다. 그리고 그 반대의 경우일수록 Slow로 간다는 것을 알 수 있다.

 

나. 화재성장속도 계수 a값

 

화재성장속도 계수 a 값 (출처 : 한국화재연구소)

Q = aT＾2이라는 공식에서 화재의 크기를 계산하는 식에서 화재성장속도 그래프의 기울기를 결정하는 화재성장속도 계수인 a값을 알아보자. 각 성장속도에 따른 단계별로 1MW(1,055kw)에 도달하는 시간을 기준으로 계수가 정해진다. Q = aT＾2(T＾Fire)에서 화재성장속도 계수인 a값이 클수록 성장속도는 빠르고 화재성장속도 곡선의 기울기가 가파르게 형성된다는 것을 알 수 있다.

왜 열방출률 1MW를 기준으로 하는 것일까?

이 논리는 한국화재연구소의 서술 내용과 잡학다식 블로그(tzm1004)의 글을 기초로 판단한 필자의 생각을 말하고자 한다.

 

가. 사람이 화재 진화를 위해 불길에 접근이 가능한가?

건물에서 화재가 발생하면 화재를 발견한 사람 또는 작업자 그리고 해당 건물의 관계자가 초기대응을 시도한다. 대부분 소화기 또는 옥내소화전을 사용하려고 할 것이다. 이를 다른 말로 해석하면 사람이 직접 화재진압을 위해 불길에 접근이 가능한가의 여부로 판별해 보는 것이다.

화재의 열방출률이 1MW가 넘으면 발생하는 화염과 복사열 때문에 화재에 사람이 접근하기 쉽지 않다. 방화복과 방화두건 또는 공기호흡기를 착용하지 않은 일반 사람들이 열방출률이 1MW가 넘는 화재에 접근하는 것은 도리어 2차적인 인명피해를 야기할 수 있다. 그러므로 불안감을 느끼게 되고 제대로 된 초동조치를 할 수도 없고, 초동조치를 한다 하더라도 소화기로는 진압되지 않는 크기가 화세가 되어있는 상태라 하겠다. 그래서 열방출률이 1MW에 이르는 시간을 기점으로 화재성장속도를 측정하고 있는 것이다.

 

나. 1MW는 스프링클러 헤드가 동작하는 시점의 열방출률이다.

화재의 Fire Plume이 상승하여 천장에 Ceiling Jet Flow를 형성하면 감지기와 스프링클러 헤드가 이를 감지하여 작동을 한다. 이때 화재에서의 열방출률(HRR)이 1MW일 때 최초 스프링클러 헤드가 개방되기 시작하여야 한다는 것이다. 이는 스프링클러 헤드의 RTI와도 관련이 깊다.

이를 다시 검토해보면, HRR이 1MW에서 스프링클러 헤드가 개방되기 시작하도록 설계하고, 5MW에서는 화재가 확대된 큰 화재로 인식하여 방호구역에 설치된 기준개수의 헤드가 점차적으로 모두 개방되도록 하여야 한다는 개념이다.

 

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