화재발생시 생성되는 연기와 불꽃

 

화재 - 연기, 불꽃

 

연기
연기란 가연물이 연소할 때 생성되는 물질로서 고체상의 탄소 미립자이며, 무상의 증기 및 기체상의 분자가 공기 중에서 응축되어 부유 확산하는 복합혼합물을 포함하는 것으로 연기의 입자는 보통 0.01.~10 마이크로미터 정도로 아주 작다. 또한 연기생성물 중 인체에 대한 직접적인 패해 뿐만 아니라 사람의 시계를 가리어 피난 및 화재진압에 장해를 가져오는 간접적인 피해도 매우 크다.

 

(1) 연기의 특성

화재 시 연기는 처음에는 백색 나중에는 흑색 연기로 변한다. 수소가 많으면 백색 연기, 탄소 수가 많으면 검은 색깔로 변한다. 화재 초기 발연량은 화재 성숙기의 발연량보다 많다고 할 수 있다. 화점에서 멀어지면 연기의 온도가 낮아지므로 부력이 감소해 수직 방향의 속도가 늦어진다. 일반화재는 백색 유류 화재는 흑색을 나타내지만, 예외적으로 메탄올은 휘발성의 무색투명한 액체로 연한 청색 화염을 내거나 화염이 눈에 보이지 않을 경우도 있다. 연기는 다량의 유독가스를 함유하며, 화재로 인한 연기는 고열이며 유동 확산이 빠르다. 연기의 조성은 연료의 성질과 연소조건에 의해 각기 다르며 액체의 입자는 수증기 외에 알데하이드, 알코올 등의 탄화수소 응고로 인한 차르분의 것, 기체의 성분은 일산화탄소, 이산화탄소 등이다.

(2) 굴뚝효과

고층건축물에서 건물 내부와 외부의 밀도와 온도 차에 의한 압력의 차이로 인해 건물 내부의 더운 공기는 상승하고 외부의 차가운 공기는 아래로 내려오는 현상이다.

(3) 중성 대

건물에 화재가 발생했을 때, 연소가스와 연기 등은 밀도의 감소로 부력이 증가하므로 위쪽으로 상승하게 된다. 아래쪽에서는 신선한 공기가 건물의 안쪽으로 들어오게 되고 상승한 연소가스, 연기 등은 위쪽에서 나가게 되며 이때 압력 차가 0이 되는 곳이 형성되는데 이를 중성 대라고 한다. 중성 대의 개구부에서는 공기의 유동이 발생하지 않고 천장 가까이 형성되는 것이 환기 효과가 크다. 중성 대 아래쪽으로 계속해서 공기가 유입되면 중성 대의 위치는 낮아지게 된다.

화재 현장에서 소방관은 중성 대의 형성 위치를 파악하여 배연 등의 소방 활동에 적용하는 요령이 있어야 하는데, 배연할 경우에는 중성 대 위쪽에서 배연해야 효과적이다.

(4) 연기를 이동시키는 요인

연기는 연소 부분과 비교해 상당히 빠르고 광범위하게 이동되기 때문에 많은 위험성이 있다. 화재보다 앞서 건축물의 많은 누설 경로를 통하여 이동할 수 있고, 건물화재로부터 발생한 연기이동에 영향을 미치는 중요한 두 가지 요소가 있다. 첫째는 연기는 주변공기의 밀도보다 낮고, 뜨거운 가스들로 구성되기 때문에 이동속도가 빠른 기동성이고, 둘째는 건물의 영향을 받은 부분에서 영향을 받지 않은 부분까지 연기를 이동시킬 수 있는 정상적인 공기의 이동이다.

불꽃

(1) 연소속도

연소 시 화염이 미연소 혼합가스에 대하여 수직으로 이동하는 속도를 말하며, 단위시간에 대한 권위 면적당 환한 가스양으로 표현된다. 가스의 성분, 공기와의 혼합비율, 혼합가스의 온도 및 압력 등에 따라 달라진다.

(2) 화염속도

화염은 이동하고 있는 미연소 가스 속을 전파해서 가게 된다. 화염이 혼합가스를 이동하는 현상을 화염전파라 하고, 이 경우 화염이 전파해 가는 속도를 화염속도라 한다. 화염속도 중에는 이 미연소 가스의 이동속도가 가산되어 있다. 화염이 전파되는 속도는 실제로 화염이 확산하는 속도로서, 화염속도가 가속되면 폭굉이 일어날 수 있다. 화염속도는 미연소 가스의 유속에 따라 달라지며 물질의 고유한 값이 아니다.

(3) 화재 풀럼

부력에 의해서 연소가스와 유입되는 공기가 상승하면서 화염이 섞인 기둥 형태를 나타내는 현상이다. 부력은 유체 내의 상승하는 힘으로, 높은 온도의 연소가스는 큰 상승 기류를 형성한다.

(4) 천장 제트 흐름

고온의 연소생성물이 부력에 의해 힘을 받아 천장면 아래에 엷은 층을 형성하는 빠른 가스 흐름을 말한다. 일반적으로 천장 제트 흐름은 화재 초기에 존재한다. 천장 열류보다 온도가 낮은 천장재와 유입 공기 쪽에서 일어나는 열 손실에 의해 천장 열류의 온도는 감소한다. 흐름의 두께는 천장에서 화염까지 높이의 5~12% 내외 정도 범위이다. 스프링클러 헤드와 화재감지기는 유효범위 내에 설치한다.