화재현장에서 발생되는 물리적 현상

[그림자]

화재현장에서 발생되는 물리적 현상 고찰

1. 서론
  오늘날 고도의 경제성장과 국민생활 양식의 변화로 소방여건은 날로 어려워지고 있는 실정이며, 사회가 발전할수록 재해로 인한 인명, 재산피해는 점점 다양화, 대형화 추세로 변화하고 있다. 이러한 재해현장에서 국민의 생명과 재산을 보호하기 위해서 맡은 바 책임을 완수하고 있는 화재진압 현장에서 발생되는 물리적 현상을 고찰해 보기로 한다.

2. 본론

 (1) 화재, 열환경과 생리변화
  1) 열장애
   고온, 높은 습도, 농연 등 인체에 유해한 환경이라고 하는 화재현장에서 인명구조, 소화활동에 임하는 소방공무원은 고열의 기체, 강한 복사열, 고온다습의 분위기, 고온물체의 접촉 등으로 정신적 스트레스 등 여러 가지 열 환경에 변화를 가져오고 있다. 소방공무원은 일반인의 내열 허용범위를 넘어 열 환경에 진입하고 신속, 과감한 활동을 행할 필요가 있으므로 일반적인 고온 작업과는 다른 열장애를 받는 것이다.

 ① 열 장애의 실태
내열 내연훈련과 소화활동의 경험을 축적하고 있어 고온스트레스에 대하여 일반인 보다는 생리적으로나 정신적으로도 참을성이 있고, 열장애를 받는 예가 적지만, 화재건물에서 탈출자와 구출자는 기도와 피부에 고온의 열기, 습기, 불꽃, 복사열 등 유독가스의 흡입에 의한 중독사 등과 산소결핍 때문에 의식, 판단력 등이 저하되며 여러 가지의 얼을 복합적으로 받아 장애를 일으키는 경우가 많다.
일반적으로 사망자는 화재시에 발생한 일산화탄소에 의하거나 탈출의 시기를 잃어버려 사망하는 경우가 명확하지 않은 예도 있지만, 많은 사례는 이러한 것이 복합해서 나타날 때는 경정적인 연기(불꽃, 열기류 등)를 받은 것에 의해 소사(燒死)에 이르는 것이라고 생각할 수 있다.

 ② 화재의 상태와 열 환경
소방공무원이 열 장애를 받는 열 환경과 화재의 상태, 규모의 관계를 대별하면 다음과 같다.

 ㉮ 고열기체
위험물화재, 내화건물화재, 창고화재 등의 소화활동중에 폭발, 폭연, 개구부에서 분출하는 불곷에 의하여 소방공무원이 불꽃, 열기에 포함되는 것이다. 장애물을 피하여 유효한 주수를 행하기 위해서는 화점에 접근하여 주수작업을 하는 경우나, 신체의 위험을 피할 때에 시간, 행동이 제한되고 고온의 기체에 노출되는 것이다.
사람이 장시간 고열에 노출되면 눈에 띄는 외상은 없더라도 폐속으로 들어간 열로 인해 혈압강하와 혈액순환 장애로 사망할 수 있으며, 그 외에는 장시간의 노출로 인해 체온이 상승함으로써 뇌신경 중추에 손상을 입게되어 일사병과 동일한 결과가 초래되어 사망하는 경우도 있다.
열 또는 불에 의한 호상은 그 정도에 따라 통상적으로 1도, 2도, 3도로 분류된다. 1도화상은 최외각의 피부가 손상되어 그 부위가 빨간 색깔을 띄고 심한 통증을 느끼는 상태로서 2도 및 3도화상보다 중증은 아니다.
2도화상은 보다 깊숙히 피하(皮下)까지 손상을 입어 그 부위가 분홍색을 띄고 분비물이 피하에 모여 물집이 생기는 증세이다. 3도화상은 피하의 지방질에까지 열이 깊숙히 침투된 것으로서 가장 중화상에 속하며, 말초신경까지 손상을 입어 그 기능이 죽은 상태여서, 1도나 2도화상에 비해 통증은 거의 느끼지 못하는 증세이다.
2도 및 3도화상을 입으면 인체의 재생능력만으로는 피부가 원상으로 회복되기는 어렵다.

 ㉯ 복사열
대규모 건물화재, 석유탱크화재 등 강한 복사열을 받는 환경하에서 소화활동을 할 경우는 복사열에 대하여 반사성, 단열성이 있는 방수복을 착용하지만 장시간 소화작업을 하면 열을 많이 받고 피로가 가중됨과 동시에 신체의 열이 외부로 퍼져 나가고 탈수와 체온상승에 의한 현기중, 구역질, 두통, 허탈감, 경련, 실신 등에 의한 열중증이 되고 심한 경우에는 사망에 이른다.
일반화재용의 방수복은 통풍이 좋지 않기 때문에 직접 태양광선을 받으면서 소방훈련을 하거나, 소화활동중에 일사병, 열사병으로 열 장애를 받은 사례도 있다. 인간이 피부에 느끼는 고통과 복사열 강도의 관계는 아래 〈표1〉에서 볼 수 있지만 의복의 다양성, 신체의 노출부위 범위에 따라서 고통과 복사열 강도는 다르게 되는 것이다.

〈표 1〉 인간이 피부에 느끼는 고통과 복사열 강도

〈표 2〉 공기온도와 생존한계 기간

 ㉰ 고온다습
내화건물화재, 지하실화재, 긴터널화재 등은 열기류가 막힌 공간에 유동, 확산하기 때문에 불꽃으로부터 떨어진 장소에서도 생리적으로 견디지 못하는 것이다. 〈표 2〉는 공기습도와 인간이 견디는 생존한계 시간을 지표로서 나타낸 것이다.
열 환경하에서 체온조절의 주요한 것은 땀을 내는 것과 피가 흐르는 것에 의하여 조절되지만, 방수성, 단열성이 있는 피복을 착용하고 있는 경우는 땀을 내는 작용이 억제되어 땀을 내는 것에 의한 체온조절이 저하된다.
불껓과 주변의 고온물체에 주수하기 위해 발생된 고온증기에 의해서 주위의 상태습도가 높게되는 경우도 '증기가 더워서 견디지 못한다'라는 상태로 된다.

 ③ 연기와 유독가스
화재시에는 연소반응에 의해 발생한 물질, 주로 탄소입자, 일산화탄소, 이산화탄소, 연소에 의해 생성된 기타 가스, 연소에 의해 감소된 산소 등을 포함한 열기류가 있는 연기를 대량으로 흡입하고 일산화탄소가 주가 되는 유독가스를 매개채로서의 상승작용에 의하여 행동불능이 되어 사망에 이르는 사례도 많다.

  ㉮ 일산화탄소
일산화탄소는 산소의 210∼250배의 친화력에서 혈중에 헤모글로빈과 결합하고 산소헤모글로빈의 결합에 방해하기 때문에 생체조직에 대해서는 산소결핍이 되고 결과적으로는 질식과 같은 상태가 된다. 또한 연기의 매개체와 자극물을 다량으로 흡입하고 기관, 기관지, 폐가 경련을 일으켜서 정상적으로 호흡을 방해하여 산소의 섭취를 원활하게 할 수 없게 한다.
아래 <표 3>에서는 인체에 대한 일산화탄소의 위험농도를 보여주고 있다.  인체에 대해 일산화탄소가 보여주는 또하나의 위험은 정신적인 능력면에서
<표 3> 일산화탄소의 위험도

환경에 대한 적응성과 판단력의 감퇴를 초래하는 이른바 행동독리학(行動毒理學, Behavior Toxicology)적 영향이 크다는 점도 주목할 만한 일다.

  ㉯ 이산화탄소(CO2)
이산화탄소 그 자체는 일산화탄소처럼 인체에 대해 생화학적 영향을 줄 정도의 유독성을 가진 것은 아니지만 화재시 대량으로 발생함으로써 공기 중의 산소부족에 따른 질식효과를 보여주기 때문에 인명을 죽음에 이르게 할 수가 있다.
이산화탄소를 대량 흡입하면 산소부족을 보충하고자 하는 생체화학적 작용으로 인해 호흡속도가 매우 빨라진다.  또한 산소부족 및 자극성 물질의 존재로 말미암아 허파의 팽창을 일으킨다.  이산화탄소의 농도가 2%(체적농도)가 되면 호흡심도(呼吸深度)는 1.5배정도 증가하고, 3%의 농도에 이르면 약 2배 정도의 호흡심도를 보여주는 것을 알려져 있다.  5% 농도에서는 호흡이 과중해지고 사람에 따라서는 심한 고통을 느끼게 된다.  남자의 경우 5% 농도에서 약 1시간 정도 견딜 수 있는 것으로 알려져 있다.
실제 화재시에는 이산화탄소의 농도증가에 따라 호흡속도가 빨라짐으로써 , 함께 존재하는 유독성 가스의 흡입율이 증가하기 때문에 위험은 더욱 가속화 된다.
농도의 대체로 9% 정도 되는 이산화탄소의 분위기 속에서는 거의 모든 사람이 10분 이내에 의식을 잃게 되고, 그 이상의 농도가 되면 의식을 상실하는 시간도 급진적으로 단축된다.  약 20%의 농도에서 인사불성이 된 사람은 심선한 공기를 충분히 호흡할 수 있도록 매우 신속히 조치하지 않는 한 대개 약 20∼30분 이내에 사망하게 된다.  20% 농도는 특별한 전문의학적 조치에 의하지 아니하더라도 일상적인 방법으로 신선한 공기를 충분히 호흡시켜(때로는 인공호흡) 인명의 소생을 가능케 할 수 있는 한계농도라고 볼 수 있다.
산소결핍에 의해 인체가 받는 영향을 공기중의 산소농도와 관련해 볼 때, 보통의 공기중에 약 21% 정도로 함유되어 있는 산소가 17% 정도의 농도로 감소되면, 이 분위기 속에서는 신체의 근육이 말을 듣지 않게 되고, 산소의 농도

가 14∼10%로 떨어지면 의식을 잃지는 않을지라도 자신도 모르게 판단력을 상실하고 피로가 빨리오며, 10∼6%의 농도에 이르면 의식을 잃게 되지만 신선한 공기중에서 소생할 수는 있다.  기진맥진한 상태에서는 산소의 필요량이 많아지므로, 산소가 앞에서 언급한 농도보다 높아도 위험증세가 나타날 수 있다.

  ㉰ 황화수소(H2S)
고무, 동물의 털과 가죽 및 고기 l등과 같은 물질에는 유황성분이 포함되어 있어, 화재시에는 이들의 불완전연소로 인해 황화수소가 발생한다.  약 0.04% 농도의 황화수소 분위기 속에서 30분 이상 호흡하면 위험함 뿐 아니라, 0.08% 정도의 농도에서는 치명적인 위험상태에 빠질 수가 있다.
황화수소는 썩은 달걀에서 나는 것과 같은 특유한 냄새가 있어 쉽게 감지할 수가 있으나 0.02% 이상의 농도에서는 후각이 바로 마비되기 때문에 불과 몇회만 호흡하면 전혀 냄새를 맡을 수 없게 되므로, 황화수소에 대해서는 냄새가 감지되는 즉시 적절한 방호조치를 취할 필요가 있다.

  ㉱ 아황산가스(SO2)
황화수소의 경우처럼 유황이 함유된 물질이 연소하는 화재시에 발생된다.  황화수소의 경우와는 달리 유황이 완전히 산화될 때 생성된다.
아황산가스는 자극성이 있어 눈 및 호흡기등의 점막을 상하게 하기 때문에 약 0.05%의 농도에 단시간 노출되어도 위험하다.
동물의 털, 고무 및 나무 등이 탈 때 생성되는 아황산가스는 비교적 양이 적어 크게 위험하지는 않으나 유황을 저장 또는 취급하는 산업시설의 화재시에는 대량 발생할 수 있으므로 주의를 요한다.

  ㉲ 암모니아(NH3)
암모니아는 눈, 코, 인후 및 폐에 매우 자극성이 큰 유독성 가스로서 사람들이 그 분위기로부터 본능적으로 피하고자 할 정도로 역한 냄새가 난다.
암모니아는 상공업용의 냉동시설에서 냉매로 널리 사용되기 때문에 이런 시설의 화재발생시 잘못 누출되면 큰 위험을 초래할 수 있다.
대체로 0.25∼0.65%의 농도를 가진 암모니아의 분위기속에서 30분 정도 노출되면 대개 사망하기 쉬우며 또한 그렇지 않게 된 경우라도 생체의 내부조직에 심한 손상을 입게 되어 매우 위험하게 된다.

  ㉳ 시안화수소(HCN)
시안화수소는 맹독성의 유독가스로서 대체로 0.3% 이상의 농도에서는 거의 즉사한다.  그러나 다행히도 대부분의 화재에서는 발생량이 매우 적다.
목재나 종이류가 탈 때는 공기중의 질소가 탄소와 결합하면서 생성되기도 하지만, 주로 질소 함유물로 제조되는 수지류, 모직물 및 견직물이 불완전연소되어 발생하는 경우가 많다.

  ㉴ 염화수소(HCI)
염화수소는 PVC와 같이 염소가 함유된 수지류가 탈 때 주로 생성되는데, PVC는 전선의 절연재 및 배관재료 등으로 널리 사용되기 때문에 거의 모든 건물에서 볼 수 있는 물질이다.  그래서 염화수소는 대부분의 건물화재시 소방관을 비롯한 진압요원을 애먹이는 연소가스의 하나이다.
암모니아처럼 염화수소 역시 자극성의 물질로서 사람들이 싫어하는 냄새가 있으며 약 1,500ppm의 농도에서 호흡하면 불과 몇 분 내에 치명적인 위험을 받을 수가 있다.
염화수소는 금속에 대해 강한 부식성이 있어 콘크리트건물의 철골이 때로는 손상되기도 한다.

  ㉵ 이산화질소(NO2)
이산화질소 독성은 매우 커서 대체로 200∼700ppm 정도의 농도에 잠시 노출되기만 해도 인체에 치명적이다.
이산화질소는 질산셀룰로이즈가 연소 또는 분해될 때 생성되며, 질산암모늄(NH4NO3)과 같은 질산염 계통의 무기물질이 포함된 화재에서도 발견된다.
그 외에도 질산이 금속이나 가연물과 접촉하면 발생되기도 한다.  이산화질소를 흡입하면 즉각 인후의 감각신경이 마비되어 그 존재여부를 깨닫지 못하는 경우가 많기 때문에 저도 모르게 방심해 버릴 수 있으므로 크게 주의를 요한다.
이 가스의 분위기에 그다지 심하게 노출되지 않는 경우에는 독성의 효과가 대개 8시간쯤 전후에 나타나는데, 그래도 대개는 회복이 어렵고 페렴 등의 병발증의 유발되는 경우가 잦다.

  ㉶ 아크로린(CH2CHCHO)
아크로린은 석유제품 및 유지류(油脂類) 등이 탈 때 생성되는데, 너무도 자극성이 크고 맹독이어서 1ppm 정도의 농도만 되어도 견딜 수 없게 될 뿐 아니라, 10ppm 이상의 농도에서는 거의 즉사한다.  다만, 일상적인 화재에서 발생되는 경우가 극히 드물기 때문에 그다지 큰 문제는 되지 않는다.

2) 열 환경하의 생리변화
   열 환경하의 생리변화
열 환경에서는 평상시 온도 때와 같이 똑같은 소방활동을 하여도 심장맥박수는 증가한다.
심장맥박수의 증가는 부하(負下) 정도와 시간경과에 따라 다르지만 열 환경하의 소방공무원이 어느 정도의 심장맥박수 증가에 견디는가는 개인차도 있어 특별히 정하는 것은 어렵다.  일반적으로 건강을 저해하지 않고 견딜 수 있는 한계는, 안정된 환경의 경우, 심장 맥박수가 매분당 135를 넘으면 불쾌감을 느끼고, 또한 열 환경하에서 노동하고 있는 경우 160에 이르면 견딜 수 있는 고콩을 느끼고, 180이 되면 열 허탈을 일으키는 임계점에 도달하는 것이다.
또한 높은 온도에서는 노동한계를 생각하여  ㉮ 작업시 심장 맥박수가 피크 때에도 허용범위는 매분당 150 이내일 것  ㉯ 구속(拘束)시간중의 평균 심장맥박수는 안정시의 심장맥박수 30이내의 증가도 있기도 하므로 2가지의 한계를 넘을 경우에는 긴급히 작업부담의 경감을 꾀할 수 있도록 하여야 한다.  따라서 소방공무원의 경우는 높은 온도의 스트레스에 대한 참을성이 생리적, 정신적으로 일반인보다 우수하다고 생각하기 때문에 이것의 수치보다 높게 평가하는 것이 좋다.

   열환경과 혈압
수축기 혈압(최대혈압)은 운동하든가 또는 환경온도가 높게 되면 상승하지만 확장기 혈압(최저혈압)은 거의 변화하지 않기 때문에 열 환경에서는 맥압(수축기와 확장기의 혈압차)이 크게 된다.
온도 50℃, 습도 40%의 열 환경에서의 실험은 공기호흡기를 착장한 화재출동시의 복장준비 (중량 약 13kg)로서, 빠른걸음(분속도) 정도의 부하(負下)로써 움직일 때 수축기 혈압은 20mmH를 넘는 것이 있다.  따라서 뇌혈관에 탄력성이 적은 고혈압 증상의 소방공무원이 화재 등의 열 환경하에서 소방활동과 소방훈련에 참가할 때는 혈압상승에 주의할 필요가 있다.

  열 환경과 호흡수
열 환경하에서의 호흡는 평상시 온도의 부하(負下) 때에 비하여 1.1∼1.3배 정도 밖에 증가하지 않지만 호흡의 깊이는 1.5∼2.1배가 된다.
  열 환경과 공기소비량, 산소소비량
50℃의 열 환경에서 공기소비량은 평상시 온도에 비하여 1.4∼2.0배로 많이 소비하기 때문에 소방훈련시와 같은 부하에 있어서나, 화재등의 열 환경하에서는 공기 호흡기의 사용시간이 1/2 혹은 2/3로 감소할 가능성이 있다.  왜냐하면 산소소비량도 공기소비량과 건의 같은 경향으로 온도상승과 함께 증가하기 때문이다.

   열 환경과 내열조건
내열한계는 작업강도의 강약, 옷을 입는양, 연령, 성별, 비만의 정도, 체력, 습관 등의 요인을 생각하여야 한다.
내열성은 연령과 같이 저하되고 여자는 남자보다 약하고 체중이 늘어나는 것에 의하여 특히 피부비만층의 두께가 늘어나면 내열성은 저하하고 체력이 우수한 사람은 참을성이 높다.  소방대원이 내열성을 높이기 위해서는 열 환경에 익숙해지고 튼튼하게 함고 동시에 실제 화재에 가까운 조건에서의 훈
련 등이 유효하다.

   소방활동과 소비칼로리
소비활동의 소비칼로리는 움직이는 강도가 강하면 증가하므로 같은 부하 내용에도 개인의 체력차, 연령차, 성별 혹은 숙련의 정도에 따라 소비칼로리는 다르다.  또한 몸표면적이 큰 대원은 작은 대원보다 많은 칼로리를 소비한다.  이를 위해 움직이는 강도를 나타내는 지수가 있어, 이것을 RMR(에너지 대사율)이라 하고, 노동과학, 스포츠의학, 영양학 등에 넓게 이용되고 있으며 다음의 식으로 나타내는 것이다.

소방활동의 RMR과 스포츠 RMR을 비교하면 아래 도표와 같다.  소방활동은 대원 제각기의 역할이 여러 가지 있고 활동을 특별히 하는 것은 어렵지만 대표적인 활동과 시간을 모델화하여 소비칼로리를 계산할 수 있다.  소화활동이 수 시간에서 수십 시간으로 대규모 화재때 대원의 피로와 소비칼로리는 관련이 있고, 열환경하에서의 생리적 부담이 크므로 휴식과 영양보급을 빨리 하는 것이 필요하다.

(2) 화재와 인위적 환경
 1) 전기와 감전
전기는 일상생활에 꼭 필요한 것이며 건물의 옥내·외 혹은 지하 기타 장소에 가설 시공되고 있다.  일반주택은 저압선, 공장 등은 고압선과 특별 고압선 등이 많으며 전기화재 발생의 위험은 물론 방어행동에도 그 장해는 대단히 크다.  건축물의 복잡성과 지하화는 화재발생시 발생되는 연소생성물인 연기와 유독성 가스로 인하여 화재진압에 많은 어려움을 초래한다.

스포츠와 소방활동의 RMR비교

                                                                   (    )안은 RMR

 누전과 감전
전동기, 변압기, 전기로, 분전함 등을 통전하여 사용할 때 정상인 경우는 이것들에 접촉되어도 감전되지 않는다.  그런데 이들의 기기가 오래되거나 어떤 원인으로 충전부 절연이 나쁘게 되면 누전되며 기기의 외함에 충전되어 기기외함에 손이나 신체의 일부가 접촉되면 감전된다.  이와 같이 누전은 화재 뿐만 아니라 감전과도 깊은 관계가 있다.

  인체의 전기저항
인체를 통하는 전류는 인체에 걸린 전압(인가전압)을 인체의 주변저항, 인체저항(절연용 보호구 등)으로 나눈값으로 전기와 인체의 접촉위치, 접촉상태, 남, 여, 어른, 어린이 등에 따라서 다르다.
일반적으로 인체의 전기저항은 <그림 2>에 표시한 바와 같이 근사적으로 피부의 좁촉저항 및 피부의 저항과 체내(내부조직)의 저항으로 표시된다.  피부는 병렬저항이 있기 때문에 인가전압을 교류와 직류로 구분하면 교류저항이 직류저항보다 작게되어 교류쪽이 더 위험하다.  <표 4>는 저전압에서 측정한 인체 각부의 저항율이다.  이 표로부터 인체저항중에 피부저항이 가장 크다는 것을 알 수 있다.

〈표 4〉 인체 각부의 저항(저전압)

<표 5>는 직류 저전압을 가하여 측정한 인체저항의 예이다.  통전경로가 양손 양발인 경우 저항은 610∼55,000Ω의 범위로 변화하고 있다.  어린이는 접촉면적과 압력이 적기 때문에 어른보다 저항이 크다.  전극과의 접촉면이 습기로 젖어있으면 저항은 1/5 이하로 된다.  즉 인체 저항은 인가전압이 높게 되면 <그림 3>과 같이 작아지는 것으로 추정된다.  낮은 전압에서는 피부의 건·습기에 의한 차가 크나 높은 저압에는 피부의 절연이 파괴되기 때문에 인체저항의 차이가 작아진다.  또한 체격의 대수에 의한 피부면적 차이로 성인이 될 수록 인체저항은 낮아진다.
<표 5> 쇼크를 느낄때의 저항(Ω)
   감전에 따른 인체의 영향
감전은 전격이라고 말할 수 있고 인체에 전류가 흐름으로써 발생하는 것으므로 단순히 전류를 감지하는 정도의 가벼운 것으로부터 고통을 수반한 쇼크 또는 근육의 경직, 심실세동에 의한 사망 등 여러 가지 증상을 나타낸다.
㉮ 통전전류의 크기
㉯ 통전경로(전류가 인체 어느 부분을 흘렀는가)
㉰ 전원의 종류(교류, 직류)
㉱ 통전시간과 전력인가 위상(심장맥동 주기의 어느 위상에서 통전하였는가)
㉲ 주파수 및 파형
따라서 통전전류가 크고 인체의 중요한 부분을 장시간 흐를수록 위험하다.
<표 6F>에 통전류에 의한 인체에 영향을 표시한다.

2) 건축물과 열현상
소방활동을 필요로 하는 소방대상물은 큰 피해를 받아 정상적인 상태를 잃어 버리는 것이 보통이다.  타고 있는 건물은 지붕, 천장, 벽 등이 붕괴하는 등 화재현장에서는 대부분 위험성을 가지고 있다.

 ① 열 전도율(Thermal Conductivity)
화재시 물질에 대한 화열의 영향과 효과를 생각해 볼 때, 불꽃의 전파와 직접적인 관련을 갖는 물질의 열 특성으로서 중요한 것은 물질의 열 전도율이다.
열원에 의해 물질이 가열되면 열은 가열지점으로부터 그 물질 내부의 모든 방향으로 전달된다. 그러나 물질을 경우하여 같은 시간에 전달되는 열의 양은 물질마다 다르기 때문에 물질의 온도를 발화점에 도달하게 하는 데에 요하는 열량 역시 물질에 따라 같지 않다.
<표 6> 인체에 대한 전류의 영향
물질의 열 전도성을 논하는 것은 반대의 측면에서 볼 때 물질의 단열성을 논하는 문제와 상통된다.  엄밀히 말하면 실제로 렬 전도에 대한 완전단열이란 불가능하다.  다른 물질에 비해 어떤 물질이 단열성이 좋다는 것은 상대적으로 그 물질의 열 전도성이 보다 적다는 것을 뜻한다.  단열효과가 좋은 물질을 관습적으로 단열재라고 부르고 있지만, 관습을 무시하면 사실상 지열재라고 하는 것이 보다 정확한 의미를 주는 표현인지도 모른다.
단열재란 열을 차단시켜 주는 능력을 가진 것이 아닌 열의 전도를 지연시켜 주는 물질인 것이다.  물질의 열 전도 특성을 정량적으로 나타내기 위하여, 물질의 단위 두께에 대하여 그 양단의 단위온도 차에 의해 단위시간 동안 양 단계에 이동하는 열의 양을 그 물질의 열 전동율이라고 정의한다.  물질들 상호간의 열 전도 특성에 대한 비교는 이들의 열 전도율을 직접 비교함으로써 가능해진다.
아래<표 7>은 주요 건축재료의 열 전도율을 보여주고 있는데, 이 표에서 볼 때 건축재료중 금속성의 것과 그 외의 것 사이에는 열전도율에 엄청난 차이가 있음을 쉽게 알 수 있다.
건축물의 콘크리트구조물 내에 들어있는 철골이나 금속지지물이 화재시 심하게 열을 받을 경우, 금속의 큰 열전도율 때문에 구

조물의 다른 부분으로 열이 신속히 전달됨으로써 화재의 확대요인이 될 수도 있다.
〈표 7〉 주요 건축재료의 열 전도율

 ②열 팽창
건축물의 화재문제를 논할 때 물질의 열 전도성 외에도 화열의 영향 및 효과와 관련하여 제기되는 또 하나의 열 특성은 물질의 열 팽창에 있다.  건축자재의 열 팽창은 건물의 구조물에 결함을 초래케 함으로써 화재로 인한 건물붕괴의 주 인자가 된다.  화재현장에서 소방진압대원이 이 때문에 생명을 잃는 일도 적지 않다.
철재, 벽돌, 콘크리트, 목재와 같은 건축자재가 화염에 노출되어 가열되면, 이들은 서로 같지 않은 비율로 종적, 횡적으로 팽창함으로써, 구조물과 상호 견고하게 결합되어 있는 자재들의 표면이 파괴되고, 구조물들의 강도와 상호협력이 상실되어 붕괴가 일어날 수 있다.  물질의 열팽창에 대한 정량적인 비교평가는, 단위 길이의 물체의 온도를 단위온도만큼 상승하도록 가열하였을 때, 열 팽창에 의해 나타나는 길이의 증가분이 얼마나 되는지를 알아봄으로써 가능해지는데, 이 증가분을 그 물체의 열에 대한 선 팽창계수라 부른다.
<표 8>은 주요자재들의 선 팽창계수를 나타내고 있다.  그러나 이 값들만으로 실제 화재시에 직면하는 물질들의 열 팽창 특성이 전부 설명될 수 있는
것은 아니다.
<표 8> 주요 물질의 열팽창 계수

예컨대, 이 표에서 보면 벽돌, 철재, 콘크리트와 같은 자재들은 대체적으로 열 팽창율이 비슷하다.  다시 말하여 이런 자재들은 열에 노출될 때 서로 같은 정도의 팽창을 보여준다.  이런 사실만으로 볼 때는, 이와 같은 자재들로 구성된 벽은 화재도중 분리, 이탈되거나 붕괴되는 일이 없이 온전하게 보존될 수 있을 것으로 추측해 불 수 있을 것이다.
그런데 실제로는 그렇지 않은 현상이 흔치 않게 일어나는데, 철재가 벽돌 및 큰크리트로부터 분리되고 이에 따라 벽돌과 콘크리트의 연결부분이 파손되면서 건물의 골조와 벽 사이의 결합력이 상실되는 일이 많다.  따라서 화재시 열을 받는 과정에서, 콘크리트 및 벽돌에 비해 철재의 팽창속도가 대단히 크기 때문에 이들간의 접촉이 파괴되는 현상이 일어나게 되는 것이다.
콘크리트와 벽돌간에도 비교적 큰 차이의 열 전도율 때문에 이와 같은 팽창이 일어날 수가 있어서 화열을 받는 과정에서 벽돌간의 시멘트 접합부분이 파괴되어 벽의 견고성이 상실될 수 있다.

3) 가스와 폭발현상

① 폭발사고란 무엇인가
연소를‘산화반응에 의하여 빛과 열을 내는 현상’이라고 한다면, 폭발은 ‘화염이 급속히 전파되어 강한 압력이나 폭음을 내는 현상’이라고 할 수 있다.  화학반응(酸化)에 의하여 생기는 압력이 급상승하는 현상이다.  그러므로 폭발사고의 결과는 용기가 파괴되거나 폭음을 내면서 내용물이 타거나 분출되는 현상으로 나타나게 된다.
보통 폭발은 화재에서 진행되게 되므로 그 속도는 수 십 m/sec이지만 화재가 가속화 되면 점차 그 전단에 압축파를 내보내게 되며 조건에 따라서는 충격파(Shock Wave)를 형성하게 된다.  이런 현상을 폭굉(Detonation)이라고 하는데, 가연성 가스의 경우에는 1,700∼3,000m/sec, 폭약류는 최고 8,600m/sec에 이르는 무서운 속도와 압력을 지닌 충격파(1,00kg/cm2)를 수반하게 된다.
②폭발의 형태
㉮가스의 폭연에 의한 폭발 또는 폭굉
폭발사고 가운데서 가장 많은 형태로서 LPG, 에틸렌, 소소 및 연료가스의 경우가 많고 에타놀, 부타놀, 아세틸렌, 암모니아, 부타디엘, 나프타, 스틸렌-모노마, 염화비닐 모노마 등의 여러 종류가 있다.  이 경우 폭발에는 폭연과 폭굉의 두 형태를 나타낸다.  개방된 공간에서 일어나는 폭발은 폭연의 양상을 나타내는 것이 대부분이지만 제한된 실내 등에서 착화되엇을 경우에는 폭굉상태로까지 번지게 되므로 파괴효과가 크기 증대되는 것을 흔히 볼 수 있다.
㉯연무(Mist)의 폭연에 의한 폭발
가솔린, 아세톤 등의 연무(煙霧)가 폭발하는 사고가 이 형태에 속하낟.
㉰ 분해폭발
아세틸렌류, 산화에틸렌, 에틸렌, 히드라진류와 같이 공기가 없더라도 자기폭발을 일으킬 수 있는 가스나 TNT 등이 폭발하는 형태를 말한다.  산화에틸렌 외에는 대량

으로 사용하는 경우가 드물기 때문에 사고보고도 많지 않다.
그러나 분해폭발성 분자가 다른 물질과 반응하여 폭발성 물질을 조성하거나 자연분해를 일으켜 이상승압을 일으키는 예는 많다.
㉱ 분진의 폭연에 의한 폭발
제분공장, 폴리에틸렌 공장 등에서 일어나는 가연성 분진의 폭발 등이 이에 속한다.  미국의 곡물창고 등에서 일어난 대형폭발 사고로 널리 알려진 분진폭발의 예라 하겠다.
㉲ 압력폭발
압력용기, 보일러 및 컨테이너(저장탱크 등)등의 폭발이 이에 속한다.  이런 경우 파열이라고 하는 이도 있으나 물리적 폭발의 전형적인 예라고 하겠다.
㉳ 증기폭발
액(液)이 급격히 비등하는 경우가 이 형태이다.  과열된 액체가 어떤 압력하에서 평형을 유지하고 있다가 돌연히 압력이 빠졌을 경우 온도차가 어떤 범위내에 있는 액(液)과 액(液) 또는 고체와 접촉하여 생기게 되는 것으로 보고 있다.
특히 BLEVE도 이와 유사한 형태인데 프로판을 운송하는 탱크로리 등의 화재의 경우 대량의 가스와 액적을 뿜어 올려 큰 화이어 볼(Fire Ball)을 형성하는 경우가 있다.  고압의 보일러 폭발의 경우에도 이런 형의 폭발이 나타난다.
㉴ 자연발열폭발
자연발열 물질인 예로서 어유(魚油), 아마인유(亞麻仁油) 등이 자연발열되어 폭발을 일으키는 경우가 이에 해당된다.
③ 폭발과 안전거리
㉮ 안전거리란 무엇이며 왜 필요한가
안전거리란 화재나 폭발의 위험이 높은 폭발성 물질, 예를 들어 폭약 등은 물론 가연성 가스의 제조 또는 저장시설에 화재나 폭발사고가 일어날 경우 그 주변에 피해가 미치지 않도록 주로 인원을 많이 수용하고 있는 학교, 교회, 아파트, 호텔 등

의 중요시설 또는 위험이 확대되기 쉬운 위험시설로부터 일정 공간(Clear-ance)을 두어야 한다는 개념에서 나온 최소한의 거리를 말한다.
그러한 최소한의 거리 마저 유지할 수 없을 경우에는 피뢰가 위 보호대상물에 파급되지 않도록 하기 위하여 방호벽을 쌓거나 지하에 매몰하는 등의 방법으로 안전거리를 보완하는 경우도 물론 있을 수 있지만 안전 거리를 유지한다는 것은 가장 오래된 안전조치의 하나라고 하겠다.
그러나 어느 정도 거리를 유지하고 덜어져야 보호 대상물을 안전하게 보호할 수 있는냐의 문제는 그리 간단히 말할 수 없는 여러 어려운 현실 문제들이 얽혀있는 것이다.  사업체가 처해 있는 입지조건이 서로 다르기 때문에 안전거리 책정상 대단히 어려운 문제에 봉착할 때가 많고, 특히 우리나라의 경우 국토가 좁아, 우리 인구나 시설에 비하여 토지의 여유가 없는 것도 큰 한 요인이 아닌 숭 없다.  즉 안전한 거리를 충분히 유지하려면 위험한 시설을 거의 설치할 수 없거나 있다 하더라도 많은 제한을 받게 된다는 말이다.
㉯ 안전거리는 어떤 기준에 근거하고 있는 것인가?
지금까지 알려진 관례에 의하면 크게 나누어 두 가지 기준이 세계적으로 채택되고 있다.
그 하나는 위험물이 폭발을 일으켰을 경우 그 폭발에 수반되어 급격히 조성되는 폭발압력인 인체에 미치는 상해효과, 특히 인체의 고막에 폭발압력이 미쳐 그 효력이 고막을 파열시키는 그런 압력(0.2kgf/cm2)이 도달하는 거리를 실은 안전하지도 못하지만 그런대로 일단 안전거리로 간주 한다는 관례이다.
또 하나는 트럭을 굴러 엎어지게 할 정도의 압력이 도달되는 거리를 안전거리로 간주하는 관례이다.
우리나라에서도 전자에 준해서 법정 안전거리를 제정하였다고 한다면 일단 여러분도 놀라지 않을 수 없을 것이다.  이쯤만 설명해도 안전거리가 이상적으로 계

산된 먼 거리가 아니라 현실과 지나치게 타협한 최소한의 거리란 것을 충분히 이해할 수 있을 것으로 믿는다.
사람에 따라 어느 정도 차이가 있겠지만 0.2kgf/cm2)의 폭발압력을 받으면 고막이 파열되기 시작한다는 것이다.  사람의 고막은 대단히 짧은 시간 동안만 그 압력에 노출되어도 그런 피해를 입는다고 한다.(Peak 압력치)
또한 트럭을 전도시킬 수 있는 크기의 폭발 압력은 0.15kgf/cm2)라고 알려지는데, 예를 들면 TNT 1톤을 100m 밖에서 폭발시켰을 경우 미칠 수 있는 압력이라고 한다.  즉 TNT 1톤의 안전거리는 100m(?)로 간주한다는 말이다.
트럭이 굴러 엎어질 정도의 거릴를 안전거리로 간주한다는 데 큰 불만이나 불안감을 반드시 느끼리라고 여긴다.  사실 안전한 거리라고 법정 안전거리를 유지하고 지내는 여러분들도 이제 그 거리가 어떤 내용의 것인지를 알고 느끼는 바가 많을 것으로 믿는다.  우리는 모름지기 법 규제 내용이 필요한 최소한의 것임을 재 인식하여 스스로 최선의 방책을 강구하여야 할 것으로 생각된다.  특히 폭발물의 양이 많아지면 즉, 대량의 위험물을 저장하고 있는 경우에는 그것이 폭발할 때 불과 0.15kgf/cm2의 폭발 압력하에서 트럭이 전도될 수 있다는 사실을 감안하여 대량 저장시에는 더 안전거리가 긴요함을 깨달아야 할 것이다.
예를 들어 2,000톤의 TNT가 폭발할 경우 0.15kgf/cm2(Peak 압력)가 되는 거리는 1,260m이지만, Impulse 압력을 고려할 경우2,600msk 떨어져야 한다는 것도 고려해야 할 것이다.(가스는 TNT 당량을 구하여 안전거리를 환산하게 된다.)
㉰ 가스폭발에 의한 폭풍의 위력은 어떻게 추정하여 안전거리를 산출하는가?
가연성 가스가 폭발할 때 일어나는 폭발압력에 대하여 평가하고 위력을 추정하려면 가스의 종류, 가스의 공기

중 농도, 즉 폭발범위, 폭발된 물량 등 여러 조건을 따져 보아야 하지만 그 정확도에 있어서 미치지 못하는 경우가 많다.
그러나 다행히 TNT에 대하여는 연구도 많아 TNT폭발시의 폭풍압과 폭발 중심부로부터 그 위력이 미치는 거리와 폭발량 간의 상호관계가 비교적 정확히 산출되어 있어 가스 폭발시의 위력을 추정하는데도 널리 활용되고 있다.
TNT 의 폭풍압은 거의 폭발물량의 세제곱근에 비례하고 거리에 반비례하므로 가스 폭발의 강도를 구하기 위해서는 TNT당량을 구하여 안전거리를 산정하게 된다.
TNT 당량을 산출하려면 아래 식을 쓰면 된다.

△HC : 가스의 연소량(Kcal/kg)
WG : 가스의 폭발물량(kg)
1000 : TNT의 폭발열(Kcal/kg)

※ 폭굉의 경우 : 0.64
누설 또는 폭발의 경우 : 수%
ⓒ 안전거리의 산정식
 R = C3 √
 C : 계수
 W : 화약의 질량
 K : 온도
㉱ 가연성 가스에 대한 안전거리
ⓐ 영국과 미국의 안전거리 개념은 타시설이나 자체시설에서 발생한 화재 등으로 인한 복사열이 피해를 주지 않는 거리를 기준으로 하고, 일본의 경우, 일본 콤비나트 보안규칙에 의하면 가스시설에서 가스 폭발시 폭풍압이 125g/cm2 이하로 되는 거리를 기준으로 하고 있으며 우리나라에서도 이에 준하여 법정 안전 걸리를 제정하고 있다.
ⓑ 개방공간에서의 폭발시 피해거리 산출(실험)
 가스의 종류 : 프로판
 가스의 온도 : 1,000℃
④ BLEVE의 현상
㉮ 개념
비등상태의 액화가스가 팽창하면서 폭발하는 현상을 BLEVE(Boiling Liquid Expanding Vapour Explosion) 또는 증기운 폭발이라고 한다.
가연성 액화가스 주위에 화재가 발생할 경우 기상부 탱크강판의 국부가 가열되어 그 부분의 강도가 약해지면 탱크가 파열되고 이때 내부의 가열된 액화가스가 급속히 팽창하면서 폭발하는 현상을 말한다.  외국의 경우 BLEVE 사고 사례는 1972. 3. 20 리오데자네이로(브라질)의 정유공장 LPG 탱크 사고로 사망 37명, 부상 53명과, 1984. 11. 19 멕시코시티(멕시코) LPG 저장탱크 사고는 사망 500명 이상, 부상 2,000명 이상 등 엄청난 사고들이 세계 곳곳에서 보고되고 있고, 우리나라에서도 지난 1992. 2. 23 광주 해양도시가스에서 LPG 저장탱크의 BL

EVE에 이어서 발생하는 화이어 불(Fire Ball)의 가공할 위력도 이 사고에서 입증되었다.

※ 한  국

※ 영  국

※ 미  국

※ 주 : ○ 누설량은 Flash 증발량으로 함
       ○ 폭발량은 Flash 증발량의 10%로 함
       ○ TNT 수율은 6.4%로 함
       ○ 계산식은 Hogkinson의 3승근 법칙에 의함

<그림 4>는 당해 탱크 또는 다른 탱크로부터 누설되어 연소하는 액화가스 화염에 직접 노출되어 있는 구형(求刑)의 프로판 탱크로 나타내고 있다.  이와 같은 상태로 되면 화염은 탱크 본체의 강판을 가열하게 되며 10분만 가열이 계속 되어도 액면 상부의 강판온도는 425℃∼480℃까지 상승한다.  이렇게 되면 강판의 항복온도는 탱크내부의 프로판 증기압에 의하여 발생하는 인장능력을 하회하게 되므로 탱크의 측벽이 외측으로 불록한 모양으로 나타난다.  이 불록한 부분은 판의 두께가 얇게 되므로 구멍이 나게 된다.
탱크의 내부에는 액상의 프로판도 있으면 당연히 동시에 가열을 받기 때문에 이 온도는 상승한다.  그렇게 되면 보통의 상태에서 가압하에 있는 액체가 보다 높은 온도로 되면 고압의 증기와 평형을 이루게 도니다.  결국 내부의 액상부는 보통의 안정된 액체가 아니라 과열되어 열 역학적으로 대단히 불안정한 액체로 존재하게 된다.  탱크의 강판이 파열되면 이 과열 상태의 액체는 내부 압력 때문에 분무상으로 분출되고 급속히 기화하여 대량의 증기를 만들게 된다.  이 증기에 즉시 착화되어서 공기와 가연성 혼합기를 형성하고 있는 외측이 먼저 연소하고 그 외측의 화염은 폭발한계 이상으로 농도가 높은 내부의 가스를 팽창시키게 된다.  이때 이 증기운의 모양이 대개 구형으로 되기 때문에 화이어 볼(Fire Ball)로 불리워 지고 있다.  이 화이어 볼은 증기가 없어지게 될 때까지 커지게 된다.  이 경우 탱크의 파괴상황, 증기운(蒸氣雲) 형성의 방법, 착화의 시기에 따라 반드시 화이어 볼이 되는 것은 아니다.
화이어 볼은 탱크의 기계적 파괴 등에 의한 액화가스의 분출, 기화에 의한 증기운의 생성, 이어지는 착화에 의하여 화재, 증기운 폭발로 되는 경우도 있다.  그러나 위력의 크기는 이 제1화재에 의하여 다른 (또는 당해) 액화가스 탱크가 화염에 직접 노출되고 위에서 언금한 과정으로 탱크의 부분 파괴가

일어나는 경우로 과열상태의 액체가 돌연 대기압으로 되기 때문에 평형으로 돌아가려는 액괴(掖愧)로 되며, 격렬한 액격현상(掖擊峴象)을 일으켜 탱크를 전면적으로 파괴한 때가 최대로 된다.
이와 같이 비등상태의 액화가스가 팽창하면서 폭발하는 현상을 BLEVE 또는 증기운 폭발이라고 하고 있다.  따라서 화이어 볼은 증기운 폭발시 하나의 과정으로 발생하는 것이기 때문에 BLEVE라고 하는 편이 오히려 현상을 설명해 주는 것이다.
㉯화이어 볼의 모양 및 크기
화이어 볼의 전형적인 성장의 모양은 <그림 5>와 같다.  즉 먼저 지표면에서 반구형의 화이어 볼이 생기고 이것이 성장하여 구형으로 되며 더욱 발달하여 버섯모양으로 된다.  그림은 지연성 폭약인 코오다이트(Cordite-니트로글리세린 : 30∼58%, 니트로셀룰로오즈 37∼65%, 와세린 5∼6%)를 폭발시킨 후 고속카메라에 의해 잡은 성장의 모양르로서, 액화가스는 기화한 가스 자체가 처음부터 상당히 넓게 분포되기 때문에 이와 같은 형태로 되기는 어렵
계T지만 거의 같은 경로를 거친다고 해도 좋을 것이다.

4) 노즐과 압력
소방공무원이 재해현장에서 조작하는 기구는 많은 체력과 전문성을 요구한다.  화재 발생시 불을 방사하는 노즐(Nozzle)을 우지하는 능력은 대원의 체력유지시간, 주수위치 등에 차이가 있지만 자칫 잘못하여 노즐을 잘못 다룰 경우 커다란 피해가 예상된다.  다음 <표 9>는 일반적으로 노즐을 장시간 조작, 유지할 수 있는 능력을 나타낸 것이다.
<표 9> 노즐지탱 한계

3. 결론