화재시 건물에 연기가 확산되는 원인

 

 

1. 부력에 의한 상승과 공기 팽창

가. 부력(Buoyancy)과 공기 팽창

화재로 인해 뜨거워진 공기는 밀도가 낮아져 위로 상승하게 된다. 화재로 인한 Fire Plume은 60℃ 이상의 온도를 형성하며 주변의 공기를 팽창시킨다. 이렇게 밀도는 낮아지면서 팽창된 공기가 상승하는 효과를 부력이라 한다. 이 부력으로 인해 연기가 위로 상승하며 확산되는 것이다.

 

나. 건물 내 연기가 확산되는 원인

부력과 연기팽창은 화재에서 직접 발생하며 화재실에서 연기가 확산되는 요인이 된다. 부력은 화재실의 상부로 연기가 확산되는 요인이 되며, 공기 팽창은 화재실에서 인접실로 연기가 확산되는 요인이 된다.

 

 

 

2. 연기의 하강

가. 온도가 식어버린 연기

화재 장소에서는 Fire Plume에 의해 뜨거워진 연기가 천장쪽으로 상승한다. 이렇게 뜨거워진 연기는 천장에 부딪히며 더 이상 상승하지 못하고, 천장을 따라 흐르는 Ceiling Zet 현상을 보여준다. 그러나 얼마 가지 못하고 연기의 온도가 식게 되는데, 그러면 부력이 약해지면서 연기가 다시 아래로 하강하게 된다.

 

나. 건물 내 연기가 확산되는 원인

연기의 상승과 하강은 화재실에서 동시에 발생한다. 화재실의 크기가 클수록 연기가 식는 속도가 빠르므로, 연기의 하강이 연기 확산에 주요 요인으로 작용한다. 그래서 연기가 하강하기 전에 천장의 배출구에서 연기 배출을 하는 것이 중요하다. 그렇지 않으면 사람이 대피하는 청결층이 빨리 무너져 버리기 때문이다.

3. 연돌효과

가. 연돌효과(Stack Effect)란?

따뜻한 건물 내부의 온도와 차가온 외부의 온도 차이에 의해 발생하는 것으로서, 따뜻한 내부의 공기가 부력현상을 보이면서 위로 상승하고, 그 빈자리에 외부의 차가운 공기가 들어오는 것을 말한다.

 

나. 건물 내 연기가 확산되는 원인

이는 겨울철에 더 크게 영향을 주는데, 화재가 발생한 경우에도 건물 내부의 온도가 더 뜨거워지므로 연돌효과가 발생한다. 연돌효과에 의한 현상은 수직 통로가 있는 계단실이나, 승강기의 승강로에서 연기가 확산되는 요인이 된다.

4. 피스톤효과

가. 피스톤 효과(Piston Effect)는 어디에서 발생하는가?

말 그대로 피스톤처럼 공기가 압축이 되면서 그 압력으로 인해 연기가 확산되는 것을 말한다. 비상용 승강기 또는 피난용 승강기의 승강로에 연기가 침투하였을 때, 승강기가 움직이면 움직이는 방향으로 공기가 압축되는 현상이 발생한다. 그 압축된 압력으로 인해 승강장에 연기가 확산되는 효과를 피스톤 효과라고 한다.

 

나. 건물 내 연기가 확산되는 원인

이는 화재가 발생해도 동작하는 비상용 승강기 또는 피난용 승강기가 있을 때 발생한다. 해당 승강로에 연기가 침입하면, 승강로에서 승강장으로 연기가 확산되는 요인이 된다.

5. 제연설비 또는 공조설비의 실패

가. 제연설비의 외기 취입구와 배출구 설치 실패

제연설비의 외기 취입구는 신선한 공기를 유입하도록 설치되어야 한다. 그런데 배출구 위치의 잘못된 설정으로 인해 배출구에서 뿜어져 나오는 연기가 다시 외기 취입구로 역류하는 경우 문제가 된다. 결국 공기 유입구를 통해 신선한 공기가 아닌 연기가 들어오면서, 건물 전체에 연기가 확산되는 원인이 된다.

 

나. 공조설비의 실패

공조시스템(HVAC)은 평상시에는 건물 내 환기와 냉난방을 담당하는데, 화재시에는 제연설비의 기능으로 전환되어야 한다. 이때 화재실에서의 화재 감지를 통해 급기댐퍼 및 배출댐퍼의 개방 및 폐쇄가 적절하게 이루어져야 한다. 그래야 연기는 배출하고 신선한 공기를 유입시켜주게 된다. 그런데 이러한 댐퍼 스케줄의 작동이 실패한 경우, 또는 댐퍼가 고장나 작동하지 않은 경우 연기가 역으로 유입되는 결과를 초래하는 것이다.

 

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