제1장 우리나라의 화재경향과 방재시설의 실태
1.우리나라의 화재경향
1)화재통계의 중요성
실제화재에서 자료를 얻어내야 하나 화재사건이 발생하면 경찰의 수사나 화재보험사의 조사만 허용될 뿐이고 연구를 위한 기술조사의 기회는 허용되지 않는다.
2)화재위험의 경향
가.화재발생건수
2000년: 34,844
장소별: 주거용건물(주택, 아파트)27.9% 차량: 18.9% 공장 및 작업장: 12.1% 근생시설
계절별: 겨울:32% 봄:29% 가을:21% 여름:18%
시간별: 02:00-04:00(10.6%) 14:00-16:00(10.2%) 00:00-02:00(9.7%)
-각 국의 화재현황
인구 100만명당 발화 건수: 미국7,691 영국425,804 일본440 한국404
미국은 보험에 따른 보상으로 화재신고율이 높다
-고층건물화재의 50% 이상이 호텔화재이며 저층부에서 화재 발생
나.화재발생의 원인
전기(34.9%) 담배(12.1%) 방화(8.9%) 불장난(6.2%)
전기화재에 대하여
왜 전기화재의 비율이 높은가?(Report)
우리나라 총 화재중 전기화재율은 외국의 2배 이상
대부분 주택, 유흥업소 등 소규모 전기시설에서 발생
우리나라의 총 화재 중 전기사고 점유율이 해외 선진국과 비교해 2배이상 높은 것으로 나타난다.
산업자원부가 발표한 2001년도 전기재해 현황통계를 보면, 지난해 발생한 총 화재건수중 전기화재로 인한 사고가 1만2300건으로 조사돼 미국, 일본 등 선진국에 비해 2배이상 높은 것으로 나타났다.
산자부가 발표한 전기재해 현황에 따르면 전기재해는 지난해 총화재 3만6169건중 34.0%인 1만2300건이 전기화재로 매년 전기설비가 증가됨에 따라 전기화재 발생이 증가추세에 있다.
전기설비별로는 일반용(80.7%), 자가용(5.5%), 사업용(1.3%)으로 대부분이 주택, 유흥업소 등 소규모 전기설비에서 발생했다.
원인별로는 전기합선(74.3%), 과부하(7.5%), 누전(6.9%)의 순으로 나타나 선진국 등 외국과 비교해 우리나라의 총화재 중 전기화재의 점유율은 미국의 1.5배, 일본의 2.4배 수준으로 나타났다.
감전사고는97년 이후 감소세에 있고 2000년에는 감전으로 인해 사망 107명, 부상 714명 등 총 821명의 인명피해가 발생했다.
다.화재피해 현황(2000년)
-피해액: 151,972,000,000(2000년)중 동산83,209,000,000
부동산68,763,000,000
-인명피해: 2,384명 중 사망531명 부상1853명
용도별사망자: 주택 및 아파트(56.5%) 근생시설(8.3%) 자동차관련시설(7.1%)
사망원인: 화재발견이 늦어서 피난을 못하고 사망(35.4%)
신체적 결함으로 피난을 못하고 사망(22.5%) 방화로 사망(21.5%)
*화재장소로 재진입(2.2%)
직접적 사망원인: 질식(46.5%) 소사(42.2%) 압사(3.9%)
2. 우리나라 방재시설의 실태
1995년 화재안전점검 대상건물 총 23,172중
-방재시설 설치율: 99.3% 적법율:80.8%
-연소방지시설 설치율: 98.7% 적법율: 73.0% 방화구획의 적법율: 53.6%
방화문-방화댐퍼-방화구획 관통부 순으로 불량
-피난시설의 설치율: 99.1% 적법율:77.1% 피난계단 적법율:48.4%
특별피난계단적법율:26%
-경보설비 설치율: 99.6% 적법율: 33.3% 자탐설비 적법율: 22.9%
-소화설비 설치율: 99.8% 적법율: 56.5% 옥소적법율: 20.9%
S/P적법율:10%
-소화활동설비 설치율: 99.5% 적법율: 84.4%
제연설비적법율: 38.5%-질식사 원인
-화재시 피난 및 진화에 유효하게 사용된 설비: 경보설비11%
연소방지설비28.8% 소화설비60.2%
**화재안전상 가장 기본설비인 자탐설비, 방화구획, 피난계단, S/P, 옥내소화전, 제연설비등 핵심설비의 적법율이 저조하여 문제가 되고 있다.
<2000년도(2001년 3월 31일 현재) 안전점검 결과 분석>
-대상:전국 소재 특수건물 15,767건 중 15,357건 조사
-특수건물이란: 화재 발생 시 인명과 재산의 피해가 크거나 사회적 물의가 예상되는 아래의 건물
1.연면적 1000m2 이상의 국유건물
2.연면적 3000m2 이상의 공장, 학원, 유흥주점, 병원, 학교, 호텔, 공연 장, 방송시설, 판매장
3.11층 이상의 건물
4.16층 이상의 아파트
-지역별 특수건물 소재 현황(광역시, 도)
-업종별 특수건물 현황
-특수건물 변동 추이
*1997년 법개정으로 특수건물 적용지역 및 대상규모 축소
-건축 연도별 구분
-소방서와 대상건물과의 거리
-특수건물의 잠재위험
가. 종류
외적위험:건물내 존재하는 위험이 아니라 주변요인 때문에 발생하는 요인
화재: 화재위험 상태
폭발: 구내 폭발위험의 존재유무 및 그 위험상태
붕괴: 건물주요구조부의 균열, 연약지반으로 인한 붕괴위험 여부
연기피해: 화재시 가연물 내장재 등에 의한 연기피해 가능성
수손: 수계소화설비의 오작동이나 부속품파손 등 누수에 의한 수손위험
도난: 휴대가 가능한 고가품이나 기밀정보매체의 도난위험성 여부
자연재해: 태풍, 해일, 폭설, 폭염 또는 안파 등 자연재해시 발생가능한 위험 상태
나. 평가기준
위험이 경미:1
위험이 보통:2
위험이 심각:3
다.분석결과: 특수건물의 잠재위험은 화재(1.5), 연기피해(1.5) 및 수손위험(1.5)이 높고 붕괴(1.1), 도난(1.1) 및 자연재해(1.1) 위험은 낮은 것으로 나타났으며 업종별로는 유흥음식점과 판매시설이 높고 국유건물, 학원 및 학교가 낮은 것으로 나타났다.
-방화시설의 양호율
-시설별 양호율
-업종별 양호율
-지역별 양호율
-연소확대방지시설 및 피난시설 양호율
-경보설비 양호율
-소화설비 양호율
-물분무 등 설비 양호율
-소화활동설비 양호율
-분석 결과
1.특수건물 전체 방화시설의 양호율은 70.7%로서 99년 대비 1.4%개선
2.시설별 양호율은 소화활동설비(91.3%), 전기시설(88%), 화공시설(84.3%) 등의 순으로 높게 나타났으며, 연소확대 방지시설과 경보설비는 각각31.1% 53.3%로 낮았다.
3.업종별 양호율은 아파트(95.9%), 방송시설(79.5%), 11층이상(76.5%), 및 국유건물(74.7%)의 순으로 집계되었으며, 유흥음식점(42.1%), 판매시설용도의 건물(60.9%)은 낮은 양호율을 보였음.
4.특수건물 지역별로는 대구가 80.1%로 가장 높은 양호율을 보였으며 광주(78.3%), 충남(74.4%) 순으로 높게 나타난 반면 전북(45.2%), 울산(50.4%)지역이 상대적으로 효율이 낮았다.
-시설별 현황
1.발화위험 시설
가. 화공시설 중 위험물시설의 양호율이 87.1%로 가장 높게 나타났으며 화기사용시설의 양호율이 82.7%로 나타났다. 특히 가연성가스시설의 양호율은 79.9%로 저조하게 나타났다
나. 전기시설의 양호율은 88%로 전체 발화위험시설 중 가장 높게 나타났으며 99년도(85.9%)에 비해 다소 양호율이 개선되었다.
다. 공정위험작업 가운데서는 석유화학공업(양호율50%), 제재.목공업(양호율61.8%)과 인쇄.지공업(양호율64.9%)이 취약한 반면, 그 밖의 공업(82.8%) 및 섬유공업(80.6%)은 상대적으로 안전한 것으로 분석 되었음.
2.연소확대 방지시설
화재시 연소확대방지를 위한 시설인 주요구조부의 내화구조, 면적별.층별.용도별 방화구획, 외부로부터의 연소위험, 화재하중 등의 양호율(31.1%)은 방재시설 중 양호율이 가장 낮은 것으로 나타났으며 이중 면적별 방화구획과 층별 방화구획의 양호율이 각각 21.5%와 42.1%로 연소확대방지의 기본시설인 방화구획 설치상태가 극히 저조한 것으로 집계되어 대형공장과 고층건물의 화재시 대형화재로 확대될 가능성이 큰 것으로 판단 됨
3.피난시설
화재시 인명피난을 위한 용도로 사용하거나 소방대의 소화 및 구조활동을 위해 사용되는 피난시설의 경우는 양호율이 75.5% 수준으로 방재시설의 평균양호율 70.7%를 상회하여 상대적으로 우수한 편이나 시설의 목적을 가만할 때 불량한건물 상급(22.7%)도 피난시설의 추가개선을 통하여 양호율의 개선이 필요할 것으로 판단됨
4.경보설비
방재시설 중 양호율이 53.3%로 연소확대방지시설(양호율31.1%)다음으로 낮게 나타나 화재의 조기경보에 따른 조기소화 및 피난에 지장을 초래할 것으로 판단됨. 특히 자동화재탐지설비(양호율39.9%)와 비상경보설비(양호율48.1%)는 그 기능을 발휘하기 어려워 실제 화재시의 이용도는 다소 낮을 것으로 예상됨
5.소화설비
가. 소화설비 전체 양호율은 64.6%이나 소화기를 제외한 소화설비의 평균 양호율이 43.4%로 극히 저조하므로 자체 소방시설의 관리에 적극적인 관심이 필요한 것으로 판단됨
나. 소화설비중 소화기의 양호율은 97.7%로 높게 나타나 방재시설중 가장 높은 양호율을 나타내며 99년도 양호율96.9%보다 0.8%개선
다. 옥내소화전, 옥외소화전 및 스프링클러설비 등 수계소화설비는 경미한 불량사항인 불량등급 상의 비율이 옥내소화전44.2%, 옥외소화전43.5%
스프링클러45.9%로 이는 설비의 기능상에는 장애를 주지 않을 것으로 판단되어 실제 화재시의 이용도는 높을 것으로 예상됨
라. 소화설비중에서도 가스계소화설비는 양호율이 평균39.1%로 다른 설비에 비해 현저히 낮아 가스계 약제를 적용한 소방대상물의 화재시 자동적으로 소화작업이 이루어지기는 어려울 것으로 판단됨
6.소화활동설비
화재시 소화작업 및 인명구조활동을 위하여 활용되는 설비로서 설비가 비교적 단순한 무선통신보조설비(양호율98.1%), 연결송수관설비(양호율97.2%), 소화용수설비(양호율97.2%), 등의 양호율은 높게 나타난 반면 특별피난계단, 비상용승강기승강장, 대규모판매시설 등에서의 제연설비 양호율은 66.3%로 낮게 집게되었음.
7.방화관리
특수건물의 소방시설 관리 등 화재예방업무 상태를 파악하기 위한 방화관리 전체 양호율은 71%로 집계. 방화관리 항목 중 화기작업관리(양호율85.8%)와 같이 화재와 직접 관련이 되는 사항은 양호율이 높은 반면 교육훈련(양호율47%)은 상대적으로 저조하였다.
8.위험도 평가
화재위험도는 건물의 화재위험요인과 방호대책을 측정하여 화재위험도를 계량화한 위험평가방식으로 화재위험도지수(FRI fire risk index)는 70-130범위내 존재하며 수치가 작을수록 위험이 낮은 것을 나타내며 울산과 전북이 화재위험도가 높고 제주와 대구가 낮은 것으로 나타남
-개선 건의 사항
2000년도 특수건물 안전점검 결과 분석을 종합하면 전년도와 마찬가지로 건축방재대책에 대한 관심부재, 화재의 발견과 진압에 필요한 설비의 유지관리 불량과 위험시설에 대한 관리부실로 대형화재위험이 상존한 것으로 나타났음 이에 대한 대책으로
*건축주 및 건물주의 화재에 대한 관심 촉구
*방화관리자의 화재예방교육 강화
*소방시설에 대한 신뢰도 제고 등을 제시할 수 있으며
분야별 문제점과 건의사항은 다음과 같다
1.발화위험 시설
가. 가스시설의 안전장치 등 관리철저
화기시설, 가스시설, 위험물시설 및 전기시설 등 발화위험관리 시설에 대한 양호율중 가스시설의 양호율이 가장 미흡하며 이는 경보장치나 안전장치에 전원을 투입하지 않은 채로 유지하는 등 관리상태 불량율이 19%로 가장 큰 것으로 나타남. 가스시설의 경우 사고발생시 치면적인 피해를 초래하게 되므로 불량사항에 대한 개선과 철저한 점검이 필요함
나. 전기시설의 구획, 특수장소에 대한 시설 보완
발화위험 시설중 특수건물 화재원인의 약 41.9%를 차지하고 있는 전기시설은 전기실의 구획, 특수장소에 대한 방폭.방진.방습구조 등이 불량한 것으로 나타나 이들 시설에 대한 보완이 요구됨
2.공장의 공정위험
가. 인쇄.지공업과 제재.목공업에 대한 점검 및 관리 철저
공장업종의 공정위험에 대한 양호율은 그밖의 공업, 섬유공업, 일반화학공업, 인쇄.지공업, 석유화학공업 순으로 나타났으며 공정위험이 가장 높게 나타난 인쇄.지공업과 제재.목공업에 대한 철저한 점검과 관리가 요구됨
나. 공업별 주요 불량사항의 개선
각 공업별 공정위험의 주요 불량사항은 아래와 같이 나타났으며 이들 불량사항에 대한 적절한 개선 대책이 필요함.
3.건축 방화 시설
방화구획 설치 철저
특수건물의 방화시설별 양호율 중 연소확대 방지시설의 양호율(31.1%)이 가장 낮으며 이는 방화구획 설치상태가 불량하기 때문인데 이 가운데서도 면적별 방화구획과 층별방화구획이 불량하기 때문인 것으로 나타남
따라서 대형공장 및 고층건물의 화재시 연소확대에 의한 대형화재로의 발전가능성이 있으므로 준공전 안전진단 등 사전대책이 필요함
4.소방시설
가.경보설비의 정상적 상태 유지관리
경보설비는 소방시설 중 양호율(53.3%)로 가장 낮으며 특히 자동화재 탐지설비나 비상경보설비의 양호율은 각각 39.9%와 48.1%로 이는 주로 수신기의 전원관리, 제 시험불량 등에 의한 것으로 이들 설비의 유지관리가 부적절한 것으로 나타났다. 따라서 화재시 조기경보와 화재초기진압지연이 우려되며 이에 따른 인명 및 재산상의 손실확대 위험이 증가하므로 경보설비의 정상적인 유지관리를 위한 대책이 필요함
나.소화설비의 자동기능 가능상태 유지관리
화재시 조기에 화재를 진압하기 위한 소화전설비와 스프링클러의 양호율도 각각 44.5%와 45.4%로 저조하며 주요 불량사항으로 소화전은 관리상태, 표시등, 가압송수장치 자동기동 등이며, 스프링클러는 관리상태, 헤드설치, 기동장치 및 배관.밸브 등 주로 설비의 기동상태 유지관리 불량으로 화재조기진압 실패의 원인이 잠재된 것으로 나타나 소화설비의 유효성확보에 대한 적절한 대책이 필요함
다.제연설비의 작동 가능상태 유지관리
화재시 연기를 제어하여 인명피난 및 소화활동을 돕기 위한 제연설비는 양호율이 66.3%로 비교적 다른 설비보다는 양호하나 전원투입을 하지 않은 채 관리하는 곳이 많은 것으로 드러나 유사시 설비의 작동을 기대하기 어려우므로 정상적인 작동상태 유지를 위한 전원관리 대책이 필요함.
제2장 우리나라 고층건물의 화재사례 분석
1.화재발생현황 및 피해규모
1)화재발생 현황(4층 이상 건물)
-건물용도별 화재발생 현황: 복합건물31.9% 아파트22.5% 호텔,여관19.6% 사무실18.8%
-건물층수별 화재발생 현황: 5층건물34.1% 4층건물26.1% 10층이상건물18.8%
-건물면적별 화재발생 현황: 1000-5000m239.1% 1000m2미만31.2%
-화재로 인한 피해 규모: 화재층34.8% 발생장소29% 3개층이하25.4%
-화재로 인한 소실 면적: 500m2미만71% 1000m2이상11.6%
500-1000m210.9%
2.화재발생요인, 시간 및 장소
-화재발생원인: 화기사용시설33.3% 전기15.9% 담배9.4% 가스5.8%
-화재발생시각: 새벽(0-6)38.4% 일과시간(9-19)34.8% 아침(6-9)10.9%
-화재발생층: 1층28.3% 2층25.8% 3층14.2% 지하층11.6% 4층10%
-건물용도별 화재발생 장소
아파트: 침실, 거실 64.52% 호텔, 여관: 침실, 거실33.33%
사무실: 식당, 다방, 주점의 홀33.33%
3.인명피해 요인
-사망자 발생 원인: 질식, 중독사44.2% 燒死37% 추락사12.7%
-사망자 발생 장소: 화재상부층48.7% 화재층31.9% 하부층0%
-건물 용도별 피난실패 요인
아파트:화재경보 불량으로 피난개시 지연-피난능력미비-피난장애
호텔,여관: 피난시설불량-피난개시지연
사무실: 화재경보불량-피난장애요인
-피난실패요인: 피난시설불량(계단실구획불완전, 배치불량)39.7%
화재경보불량(피난개시지연)26.7%
피난장애요인(화염으로탈출구차단, 비상구사용불능, 설치수부족, 비상구표시불량)22.6%
-대부분의 건물에서 화재의 조기발견, 계단실의 구획, 피난시설의 배치 등에 의한 문제로 피난실패
4.화재의 연소확대 요인
-화재의 수직확산 요인
화재: 계단실43.33% 기타개구부26.67% 외부창21.11%
연기: 계단실46.06% 기타개구부23.74% 외부창16.55%
-연기의 수평확산 요인
화재: 가연물47.59% 방화문22.99%
연기: 방화문46.6% 각종배관관통부23.74%
5.화재발견, 연소저지 및 진화방법
-화재탐지 방법: 재실자65.2% 타인26.8% 자탐6.5%
-화재의 확대, 연소방지에 가장 효과적인 방법
아파트, 호텔, 여관: 방화구획
복합용도건물: 소방대 출동
-화재 진화 방법: 소방대진화 93.5% 자체진화5.8%
6.우리나라 고층건물 화재의 문제점
-복합용도의 건물과 5층 건물에서 화재가 가장 많이 발생
-화재발생의 주요인: 주방 등 화기사용 시설
-화재발생시간: 사람이 활동하지 않는 시간에 많이 발생
-화재발생장소: 건물의 저층부(점포, 식당, 다방 등 화기사용 대상들이 건물 저층부에 위치)
-화재발견: 재실자와 타인에 의해 발견-자탐의 문제점, 피난개시 지연
-사망원인: 질식, 중독사, 소사
-사망발생원인: 피난개시지연, 계단실구획 불완전
-화재수직확산 주요인: 계단실구획 불완전, 외부창
-화재수평확산 주요인: 가연물
-화재의 연소 및 확대방지에 가장 효과적인 방법: 방화구획
7.우리나라 고층건물 방재대책의 기본 방향
-화재예방대책
화기사용시설의 규제, 이동식화기 규제
근무시간이후에 대한 방화관리시스템의 개발
-피난개시지연 대책: 완벽한 화재경보시스템 개발 및 유지관리방법 간구
-방화구획 설치 대책: 법적기준정비, 피난계단실의 방화구획 강화,
설치벽의 성격과 위치에 따른 다양한 내화도의 방화문 설계
-고층아파트의 발코니에 가연물 설치 제한, 발코니없는 창에 차양설치, 양방향 피난이 가능한 구조로 설계
-피난개시지연문제, 계단실의 구획 및 방화구획(방화문)문제,
피난로 문제, 건물내 임시대피장소 설치 문제,
용도에 따른 다양한 방화문 개발, 유지관리 문제
제3장 고층건축물의 방재특성
*고층빌딩: 직압력을 고려 column shortening고려
*초고층빌딩: 횡력, 직압력 고려
-높이 300m 이상건물 총20개 아시아에10개(북한 유경빌딩) 미국에10개
높이 400m 이상건물 총6개 아시아3개: KLCC(452m), 상해
미국3개: 월드트레이드(412m, 414m), 씨어스타워(443m)
재래식의 R.C(Reinforced Concrete)조와 조적조에서 벗어나 새로운 방법의 시도는 새로운 화재안전상의 문제를 야기하고 있다
1.화재의 연소확대요인
1)재래식 고층건물: 내력벽 및 칸막이 벽이 조적조, 외부창의 개폐 가능, 적절한 스팬드럴(spandrel)과 캔틸레버(cantilever 외팔보)에 의한 상층부로의 연소방지
2)현대적 고층건물:
-개방 가능한 한 층의 창문과 그 윗층의 창문의 사이가 연속된 유리벽 건물(glass-walled building)-폭발 등 외력에 의해 창이 파손 시 상층부로 연소할 위험성이 상당히 높다.
-외부창이 고정창: 열보존 및 공조설비 효율 증대. 화재시 연기 및 유독가스에 의해 인명 위협.
고급 주상복합아파트 베란다(난방코일만 안 깔뿐 완전히 실내와 동일)
-수직관통부에 의한 화재확대 및 위험의 확대
-초고층에 적합한 경량구조로 철골에 암면이나 시멘트 뿜칠 공법: 부적합한 두께, 부스러짐, 불량한 접착상태, 굳기전에 후속공사로 탈락, 보수공사로 탈락, 고의적인 시공누락 등으로 내화성 기준 미달
2.피난, 소화 구조작업상의 특성
1)피난
-30층 건물로 한층당 240명 거주 1개의 피난계단으로 대피 시 1시간 18분 소요
-계단 이용의 한계
-엘리베이터의 이용의 한계
-거주자 전원 피난의 한계
-화재를 발생장소에 국한하는 완벽한 방화구획 실현
-건물 내에 대피 가능한 안전구획 설치: 기존 원리에 배치, 안전성의 정도와 경제성(얼마나 안전하게 튼튼하게 설치하는가의 문제)
-센타코아형 평면의 경우 피난계단이 중앙코아에 집중되어 양방향피난이 불가능한 지역 발생
2)소화 및 구조
-소방대의 고공장비가 미치지 못한다.
-건물내부에 진입하는 것이 문제
-계단: 재실자의 피난을 방해, 피난 완료 시까지 시간 지연
-비상용 엘리베이터: 화재초기에 사용가능하나 성장기 이후에는 전원차단으로 사용 불가
-고가사다리: 도심으로 고공장비 조작을 위한 공간 부족
-고정창: 신선한 공기의 공급, 구조작업 진행상황 파악, 의사소통, 공포감, 비상 시 탈출, 소방대 접근 등의 불가, 고층부에서 창문파괴 시 2차적 피해 발생 가능, 용광로
3.공간형태의 유형에 따른 방재 특성
1)코아형태에 따른 방재 특성
가.홀형 코아와 복도형 코아
-복도형 코아: 거실이 공용복도에 연결된 형태로 복도형 아파트, 병원, 학교 등, 도피 지연형, 도피가 늦어진 재실자 보호 대책, 1차 안전구획인 공용복도의 일정 내화도 유지로 화재안전성 확보
-홀형코아: 대공간, 개방공간에서 로비 또는 엘리베이터 홀 등으로 직접 연결된 것으로 극장, 백화점 등, 군집 피난형, 임의칸막이로 인한 피난장 애
-고층건물의 피난은 외부로의 피난과 내부 안전지역으로의 피난을 고려
-중앙코아형 평면의 2방향 피난
-안전구획
나.개방형 코아와 폐쇄형 코아
-폐쇄형코아(=중앙코아): 코아공간이 사무공간으로 둘러싸여 외기에 접하지 않는 폐쇄된 형태, 2개의 계단이 근접 배치로 화연에 동시 오염 가능, 양방향 피난에 문제, 계단의 옥내폐쇄로 기계환기 비상조명 필요
-개방형코아: 코아공간이 외벽의 양단까지 연장되어 외기에 개방된 형태, 양방향 피난 가능, 자연환기에 의한 연기 희석, 피난계획상 매우 유리
2)지하공간의 방재특성
가.지하화재의 특성
-지하는 조명과 공조설비로 인공적 생활공간 유지
-창이 없다; 연소특성이 공기지배형 화재 양상, 불완전 연소로 짙은 연기와 일산화탄소 발생, 화열배출이 어려워 열의 축적으로 back-draft 발생 가능
-연기 이동이 자연대류 에 의한다. 이동속도가 느리다, 수평닥트가 많아 닥트를 통한 연기확산 위험
나.지하공간의 방재상의 문제점
-창이 없어 일조, 채광, 자연환기, 조망 및 사람의 출입 등의 일반적 기능과 화재성상, 피난.구조.소방 활동에 제약을 받는다.
-지하공간은 건물의 지하층, 지하가, 지하주차장 및 지하철 등을 연결하는 대규모화 복잡화되어 가고 있다.
*무창의 폐쇄공간
-외부에서 지하의 규모, 형태를 알 수 없다.
-창의 결핍으로 방향감각 상실
-산소공급의 불충분으로 불완전연소 짙은 연기와 다량의 일산화탄소의 발생
-화재발생 시 전원공급의 차단으로 제연설비 미작동 연기축적
-정전시 주간에도 암흑상태로 방향감각 상실 및 불안감 조성
-폐쇄감정 상쇄를 위한 대공간화로 방화구획 등의 문제 발생
-소방대 진입 시 상승화염과 열기로 위험
-창의 부재로 창으로의 비상탈출이 불가하여 피난잠재력이 크게 상실되 고 창으로부터 분출되는 화연을 볼 수 없어 화재상황을 파악하기 어렵 다.
*지상보다 낮은 지하에 위치
-자연적 배수가 불가능: 자연재해, 소화수
-피난을 위해 계단을 올라가야 한다.
-피난계단이 연기로 오염될 경우 피난능력 악화
-소방대의 진입이 화연으로 인해 곤란
*대규모로 연결된 지하공간
-지하상가, 지하철, 인접건물의 지하층이 서로 연결된 무질서한 대규모 공간의 형성
-화재 시 대규모 화재확산의 위험과 방향감각을 잃어 피난에 큰 지장
-화재 시 서로간에 영향을 미칠 수 있는 방화대상물의 관리주체들간에 협의가 필요하나 현실적으로 공조가 안됨
-지하상가는 화기를 취급하는 음식점, 대량의 가연물을 보유하는 의류점 등이 대부분이어서 화재발생의 위험성과 화재확대의 위험성이 매우 높 다
-지하상가, 지하철 사용자들은 불특정 다수로 훈련 불가
*방재상 지하공간의 문제점
-정전 시의 암흑과 통전시라도 연기로 인한 빛의 차단으로 방향감 상실 과 심리적 동요
-창의 부재로 외부로부터의 구조, 소화 외부로의 탈출 불가
-피난계단 등이 초기에 연기로 오염될 위험이 크다
-지하공간은 화기사용업체와 대량의 가연물을 보유하는 업체가 주류
-발생 열, 연기가 체류하기 쉽고 불완전연소에 의한 대량의 연기 및 독성 가스 발생으로 피난활동의 곤란과 질식 위험
-내부구조를 잘 모르는 불특정 다수가 이용
3)아트리움(atrium)건축의 방재특성
-건축물 내부에 층마다 구획된 공간과는 다르게 어느 층에도 미치는 높은 천장을 갖는 개방된 공간
-태양광을 실내 깊숙히 끌어들이고 수목 분수등을 설치하여 옥외의 자연과 유사한 인공적인 자연환경 창조
-방마다 고립되어 있던 내부공간을 개방성이 높은 아트리움으로 연결하여 아트리움 내부에서의 사람들의 활동과 거실 내부에서의 사람들의 활동 사이의 일체성을 도모
-방재상으로 화재의 국한화(confinement of fire)에 문제
-대규모의 아트리움 바닥에서 발생한 화재는 외부에 가까운 화재환경조건으로 연료지배형연소에 가깝게되어 화재가 급속히 성장하고 확대될 위험성이 크다.
-제연설비가 적절치 못하면 화재시 굴뚝효과(stack or chimney effect)로 건물 전체가 오염된다.
-한 층의 화재발생 경보가 여러층에 알려져 재실자 전원이 동시 피난하여 혼잡에 의한 2차재해 잠재성
-친숙한 아트리움 내의 안전하지 않은 경로를 통해 피난할 위험 존재
-천정이 높아 자탐설비나 s/p설비의 작동 불량
-소방활동상의 문제
다수의 재실자가 동시피난 시 소방대 진입경로와 중복
연기충만으로 발화지점 파악 곤란
화재확대 규모가 급격하여 연소저지 장소가 광범위
충만된 연기로 피난지연자의 수색과 구출이 곤란
지붕과 벽면의 유리 파괴 시 2차재해 예상 및 소방활동상 장애
4장 건물화재의 성상
1.연소의 기초
1.1불의 기본요소
불: 열과 빛을 발생시키는 가연성물질과 가스의 급속한 산화반응
화재의 4요소
가연물(=연료), 산소 열(=점화원), 연쇄반응
-연쇄반응(chain reaction): 불꽃이 나는 연소에서의 반응으로 불꽃연소는 가연성분자와 산소분자가 직접 결합하여 완결되는 것이 아니라 가연성분자나 산소분자의 분해 또는 이들 분해이온들이 결합해서 생성된 활성라디칼(chain carrier) H*, O*, OH* 등에 의해 연쇄적으로 반응이 연결 지속된다.
-수소H2의 반응
개시; H2 + e --- H* + H*
전파; H* + O2 --- OH* + O*
억제; O* + H2 --- OH* + H*
종결; OH* + H2 --- H2O + H*
e : activation energy 활성화 에너지, 점화에너지
-이러한 연쇄반응을 일으키는 불꽃화재에는 화학적 소화방법을 사용한다
화학소화는 chain carrier의 역할을 방해하여 불꽃의 지속을 막는 것이다. 화학적소화약제로는 할로겐화합물과 분말약제(dry chemical)가 대표적이다
물리적 소화 방법
-산소: 질식소화, 산소를 불활성가스로 대체 연소하한계 이하로 희석
-연료: 제거소화, 연료를 제거.
-열: 냉각소화, 인화점 이하로 냉각
<발화현상>.
① 발화란 연료와 산소의 분자들이 활성에너지 상태에 도달하여 일어나는 반응의 결과 생성, 귀환되는 반응열이 미활성분자들의 활성화를 위한 자체공급원으로 작용하여 산화가 지속될 수 있는데 이러한 반응속도를 갖기 시작하는 과정을 의미한다. 즉 화재성장의 시작점이다.
② 분자들의 일부가 활성되었다 하더라도 반응에 참여할 분자들의 조성이 어느 소요범위에 들지 못하면 비록 느린 산화는 진행할 수 있을 지라도 반응열의 만족할 귀환이 이루어질 수 없기 때문에 발화의 모습은 보이지 않는다.
* 열귀환: 화염열류가 복사되어 연료표면을 가열시켜 가연성증기 발생
<연소의 종류>
가.확산화염(diffusion flame)
*개요
-연소 시 가연성가스와 산소가 높은 농도에서 낮은농도로 이동한다는 Fick의 법칙에 따라 가연성가스와 산소가 반응에 의해 농도가 0 이되는 화염 쪽으로 이동되는 "확산"이라는 과정을 통해 연소
-자연화재의 대부분이 확산화염이다.
*확산화염의 불꽃
-화염의 높이가 30cm 이상이 되면 난류확산화염이 된다
화재로 인한 고온가스가 중력에 의해 생기는 부력의 결과로 상승하게 되며 불안정한 흐름에 의해 난류가 발생한다.
-부력과 난류성이 화재흐름을 제어하는 중요한 2가지 요소이다.
나.훈소(smoldering)
*개요
-느린 연소과정으로 고체표면에서 반응이 일어나며 산소는 표면을 향해 확산되어 간다.
-표면은 불꽃이 없이 작열하며 숯이 생성되고 온도는 1000℃ 이상이 된다(화장지 불씨)
-연료에 대한 공기흐름속도를 변화시켜 화염연소로 변화될 수 있다
-연소과정의 불완전으로 CO2 대신 높은CO생성율을 보인다
보통 10% 이상의 연료중량이 CO로 전환되어 인체에 치명적인 잠재력을 갖는다
*진행과정
-다공성고체연료, 연료의조합, 불침투성고체, 매립된고체쓰레기연료에서 발생
-진행과정이 느려 공기가 많이 필요하지 않으며 훈소반응속도는 1-5mm/min정도이다.
다.자연연소(spontaneous combustion)
-공기중의 가연물의 화학반응으로 인한 열축적으로 자연발화점(auto ignition point)이상이 되면 산화가 시작되는 것
연소의 3요소중 가연물과 산소는 갖추어진 상태에서 그 물질내부의 반응열을 발화원으로 연소를 일으키는 현상 cf) flashover, back draft
-석탄, 톱밥, 나무조각, 곡물, 과산화수소, 연소성금속, 기름뭍은 헝겁 등에서 자연발화가 발생한다.
-자연발화에 영향을 미치는 요소로는 온도, 압력, 공기공급량, 습도, 열전도성, 저장형태, 규모, 적재시간 등이 있다.
라.예혼합연소(premixed combustion)
*개요: 기체에서만 발생하며 연료가스와 공기가 발화되기전에 미리 혼합되어 있다 연소
*폭발범위(=연소범위): 공기내에 일정한 농도의 가연성가스가 존재해야 연소가 가능하다. 연소가 발생할 수 있는 최저농도를 연소하한(LFL) 최고농도(UFL)를 연소상한이라 한다.
*화염전파속도: 음속에 못미치는 화염전파속도의 연소를 폭연(deflagration) 음속을 초과하고 높은 압력상승 및 충격파가 발생하는 것을 폭굉(detonation)이라한다.
*예혼합연소의 종류: 산소.아세틸렌 용접기, 가연성가스의 누설 폭발, 가솔린엔진의 점화 폭발
1.2밀폐된 공간에서 불의 이동
<화재플럼(fire plume)>
가.개요
-화재플럼은 부력에 의한 화염기둥의 열기류이며 뜨거운 연소생성물이 연료원의 위로 상승하는 것이다
-부력은 밀도차 때문에 생기는 유체내의 상승력이며 밀도는 가스온도에 반비례하기 때문에 가스온도가 화재플럼의 공기온도보다 높은 경우 상향력이 생겨 상승기류를 형성한다.
뜨거운 연소생성물은 밀도가 작아져 상승하려한다.
-더운 플럼가스가 냉각되면 부력은 0 이되고 플럼의 상승은 정지한다.
나.화재플럼의 생성
-더운상승기류가 상승함에 따라 주위의 차가운 공기가 화재플럼내로 유입된다. 이를 entrainment 라 한다
-인입되는 공기에 의해 연소생성물이 상승, 희석되어 온도가 저하하고 유량은 증대된다. 이 상승기류의 연소가스와 주변공기 등의 혼합기체가 초기화재단계에서 연기가 된다.
-부력플럼이 유체를 상승시키고 이의 차가운 끝부분이 천천히 아래로 내려와 와류를 형성하고 이 와류에 의한 난류효과는 연소되는 플럼내의 화염높이에 심대한 영향을 미친다
다.화재플럼의 구조
-연속화염영역: 연료표면 바로 위의 영역으로 지속적으로 화염이 존재하고 연료가스의 흐름을 가속시키는 곳
-간헐화염영역: 간헐적으로 화염의 존재와 소멸이 반복되는 영역으로 거의 일정한 유속이 유지되는 곳
-부력플럼영역: 높이에 따라 유속과 온도가 감소되는 영역
라.플럼의 현상
*부력플럼
-온도차에 의한 밀도의 변화로 생성된 부력에 의해 작은 밀도의 유체가 상승하게되며 단위부피당부력은 유체내부의 점성력에 의해 저항을 받으 며 이 힘은 무차원의 Grashof수로 표시된다
-부력플럼은 열원의 위에서 상승되는 대류열류의 기둥이며 이 기둥의 구 조는 주위유체와 상호작용에 의해 결정된다.
플럼내의 온도는 열원의 강도와 그 위의 높이에 의존한다
*화재플럼
-화염은 연료층에서 가까운 곳인 연속화재영역과 간헐화염영역에 존재하며 서로 연결된 형태이다.
평균화염의 높이
Q: 에너지방출속도[kw] D: 화염직경(연료층직경)[m]
-진동하는 간헐화염의 운동은 화재플럼의 상당부분을 차지하며 상당히 규칙적이고 연소표면적이 증가됨에 따라 그 주기는 감소한다
진동은 화재플럼과 주변공기사이 경계층에서의 불안정성에 의해 발생되며 이는 난류를 증가시킨다.
마.화재플럼의 구획경계와의 상호작용
*구획벽의 방해플럼(confined plume)
-화원이 벽쪽이나 구석에 있다면 차가운 주변공기와의 혼합속도가 제한되지 않은 플럼의 경우보다 훨씬 적어지기 때문에 부력플럼에서의 온도가 높이에 따라 훨씬 천천히 저하된다
-연료휘발분을 연소시키기 위해 충분한 공기를 위한 큰 면적을 만듬으로 화염의 크기가 커져 화염의 연장이 발생한다.
*천장 제트 흐름(ceiling jet flow)
-수직 범위의 화재플럼이 천장에 의해 제한을 받게되면 더운 가스들이 수평의 천장제트흐름으로 굴절되며 이로 인해 연소생성물이 천장의 화재감지기로 이동된다
-ceiling jet는 고온의 연소생성물이 부력에 의해 힘을 받아 천정면 아래에 얕은층을 형성하는 비교적 빠른 속도의 가스흐름이다.
*수평화염(horizontal flame)
-천장이 매우 낮거나 화재가 충분히 커서 화염이 직접 천장에 충돌될 경우 화염이 천장제트와 같이 수평으로 굴절되고 공기인입속도가 현저하게
감소되어 그 길이가 상당히 연장된다
-이는 부양성의 고온가스가 찬공기 위로 흐르는 비교적 안정된구조를 이루며 이 고온가스가 완전연소 되는데는 시간이 더 걸린다.
**corner fire에서 화염의 길이가 길어지는 이유는?
-화원이 벽쪽이나 구석에 있으면 차가운 주변공기와의 혼합속도가 제한되지않은 경우의 플럼에서보다 상당히 늦어지기 때문에 부력플럼 높이에 따른 온도가 훨씬 천천히 저하된다
-연료휘발분을 연소시키기에 충분한 공기흡입을 위하여 화염의 크기가 커져 화염의 연장이 발생한다.
1.3통기량과 연소량에 따른 화재
공기 지배형 화재
연료 지배형 화재
1.4열전달 mechanism
가 개요
-열전달의 기본적인 메카니즘은 전도, 대류, 복사의 세가지이다.
-전도(conduction)현상은 고체를 통한 내부로의 열 흐름으로 가연성고체에서의 발화, 화염확산, 화재저항에 관련된다.
-대류(convection)는 유동체에 있어서의 전도현상으로 열복사 수준이 낮은 초기 상태에서 중요한 현상이며 가스의 경우 부력의 영향을 받는다.
-복사(radiation)전열은 열원과 수열체 사이에 중간매체를 필요로하지 않으며 목표물에 흡수, 반사, 투과되는 전자기파에 의한 에너지 이동현상이다. 복사는 연료층의 직경이 0.3m 이상이 되는 화재에서는 지배적인 전열현상이며 구획화재에 있어 화재의 성장과 확산을 결정한다.
나.전도
-물질을 통한 열의 전달은 온도차이에 비례한다
-물질을 통해 전달되는 열량
q: 물질을 통해 전달되는 열량[kw, kJ/sec] k: 물질의 열전도도[w/m.K]
T1, T2: 물질 양면의 온도[K] ℓ: 물질의 두께[m] A:표면적[m2]
단위면적당 전달되는 열량 [kw/m2]
다.대류
=
h는 대류전열계수라 하며 공기의 특성과 유속에 의존한다.
라.전도와 대류의 복합적용
hh, hc: 고온부와 저온부의 대류전열 계수[w/m2.K]
k1 k2 k3: 각 층의 전열계수(열전도도)[w/m.K]
L1 L2 L3: 각 층의 두께[m]
Th Tc: 고온부와 저온부의 온도[K]
대류도 전도의 일종으로 전도의 법칙을 사용
예제) 크기가 8m 4m이며 두께가 200mm인 벽돌벽이 있다. 그 가운데는 3m 1.5m의 유리창문이 있다. 내.외부의 온도가 각각 25℃와 0℃일 때 정상상태 열손실을 계산하라
벽 양측의 대류전열계수는 8w/m2K이고 창문형틀효과는 무시한다.
각 재료의 열특성치는
벽돌의 열전도계수: 0.69 w/m K
유리의 열전도계수: 0.76 w/m K
sol) 벽돌벽의 열손실과 유리창 열손실의 합
① 벽돌벽 넓이: 32m2 - 4.5 m2 = 27.5 m2
창넓이: 3 × 1.5 m = 4.5 m2
② 벽돌벽의 열손실과 유리창열손실의 합
q=
마.복사
-복사파는 진공속에서 빛의 속도로 이동하며 전장과 자가장으로 구성된 전자기에너지이며 주파수와 속도를 모두 갖는다.
-복사파는 주파수범위에 따라 cosmic선, 감마선, x선, UV, 가시광선, IR,전자파 순이다.
-온도에 의한 열복사의 최고 열류[kw/m2]
σ: 스테판볼츠만 계수 5.67×10-8[w] T: 온도[K]
k:흡수계수 ℓ: 화염두께
화염두께가 2m 이상이면 ε은 1에 가깝다
-목표물에 대한 복사열류 계산
잠재적손상과 원격발화의 가능성을 평가하기 위해 중요한 계산식으로 이 식은 화염직경의 두배 이상 떨어진 목표물에 대해 사용한다.
Q: 화재의 연소에너지 방출[kw]
Xr: 총방출에너지중 복사된 에너지 분율(0.15-0.6)
r:화재중심과 목표물과의 거리[m]
예제) 가솔린 액면화재에서 화재의 직경이 3m이며 화재크기가 8MW일떄 화염중심에서 10m 떨어진 점의 복사열류(Rodiant heat flax)를 계산하라. 가솔린의 경우 복사에너지 분율은 50%인 것으로 한다.
sol)
1. 관련식
2. 계산
1.5발화온도와 열량
-발화온도; 어떤 물질이 공기 중에서 자연연소되기 위하여 필요한 최저온도
-열량; 연소물의 방사열을 측정하는 단위
-1Btu는 1lb의 물질을 1。F 올리는데 필요한 열량
1.6 연소열
<연소열량>
프로판(C3H8)의 연소열량(ΔHC/mol) 및 최종화염온도
조건: 초기온도25℃, 각 분자의 비열 CO2 54.3, H2O 41.2, N2 32.7
ΔHC AIR 3kJ/g AIR 이다
-.연소열
가. 프로판의 완전연소 반응식
C3H8+5O2--(5/0.21)×0.79N2+3CO2+4H2O--3CO2+4H2O+18.8N2
나. 필요공기량 5/0.21=23.81[mol]
다. 공기분자량 32(O2)×0.21+28(N2)×0.79=28.84 [g]
라. 연소열 3 kJ/g×23.81 mol×28.84 g/mol=2060[kJ]
<최종화염온도>
가. 연소생성물 열용량[J/K]
분자종 생성몰수n CP[J/mol.K] n× CP[J/K]
CO2 3 54.3 162.9
H2O 4 41.2 164.8
N2 18.8 32.7 614.76
계 942.46[J/K]
1K 올리는데 필요한 열량은 942.46 [J]
나. 최종화염온도
=2,484K =2,210℃
2.건물화재의 일반적 성상
2.1건물화재의 성상
<구획화재(compartment fire)>
1.개요
-화재가 어떤 방 항 개나 건물내 비슷한 크기의 구획내로 제한되는 것
-주로 100m3의 공간정도를 대상
-발화 이후 초기에 화세가 적을 때는 개방상태의 화재와 같은 양상 즉, 연료지배형 화재
-화염이 확산되어 어느 정도 자라게 되면 구획제한이 화재성장에 영향 즉, 환기지배형 화재
-온도상승에 의한 부력으로 연기와 공기의 움직임 발생
2.화재의 발전단계
가.발화전
-초기 열분해 단계로 화염은 보이지 않는다.
air sampling detector
나. 발화(ignition)
-최초의 화재가 시작되는 단계로 하나의 순간사상으로 취급
-열이 축적되어 활성화에너지 즉, 점화에너지를 초과하는 순간
다. 성장기(developing fire)
-flashover 전 단계로 개방계의 연소 양상
-평균온도는 낮고 화재는 화염부근에 국한적이다
라.Flashover
-완전성장화재의 시작으로 연소속도의 증가와 이에 따른 방 전체로의 갑작스런 화염의 확산
-국부화재로부터 전체화재로의 전이
-연료지배화재로부터 환기지배화재로의 전이
-천장아래 집결된 미연소 가스나 증기를 통한 갑작스런 화염의 전파
-CO, 연기, 에너지발생은 최고조에 달하고 산소농도는 거의 0 이된다
-flashover이전에 피난을 완료해야 하며 flashover이후에는 인명안전에 심각한 위협을 받는다.
마. 완전성장기(fully developed fire)
-화염이 완전히 방 전체를 에워싸고 일부화염이 창문이나 문을 통해 새어나갈 정도의 상태
-모든 연료가 최고의 잠재력을 다 발휘하는 상태로 열방출율은 최대 150kw/m2까지 도달한다
-환기지배 조건의 화재가 되며 화열로 창문이 모두 파괴된 경우는 환기 제한을 받지 않는다.
-flashover 시의 온도는 500-600℃에서 완전성장시에는 800-1000℃에 이르게 된다
-고온으로 인한 건물구조에 손상을 줄 수 있다. 구조적파괴 위험
바. 감쇄기( decay period)
-평균온도가 최고값으로부터 80%까지 떨어진 후의 단계
-높은 국부온도를 유지하는 잔화를 남긴다.
3.연기의 흐름
가. 연기의 축적
-화재로 발생한 연기는 천장부터 채워져 아래로 움직인다. 개구부에서 누설이 있을 지라도 화재의 크기가 충분하면 실내를 채우게된다
-충진되고 누설되는 동안 압력은 양압으로 유지되어 실외로 흐름이 생긴다
-화재가 산소부족으로 꺼지게되면 냉각이 일어나고 압력은 부압이되어 공기가 인입되어 화재는 다시 살아나고 공기가 계속 흡입된다
나. 빌딩내에서 연기의 이동
-계단실, 샤프트 등을 통해 상부로 이동하며 중성대 하부에는 외부공기가 인입되고 상부에서는 연기가 배출된다.
-연기의 이동력으로는 stack effect(굴뚝효과), buoyancy(부력), expansion(팽창력), wind(외부바람) HVAC system등이 있다
-건물내의 중성대 높이는
중성대높이=건물높이×{주위온도/(연기온도+주위온도)}
흡입구와 배기구의 면적이 동일한 경우에 적용
HN=HB×{TA/(TS+TA)} ambient smoke
TS≒TA가 되면 중성대는 건물의 중간부가 된다
-나가는 연기와 들어오는 공기의 량은 서로 같다
높이가 H0 이고 단면적이 A0인 환기구에서 공기의 질량유량은
m=0.5 A0√H0 [kg/s] 여기서 A0√H0를 환기요소(ventilation factor)라하며 흐름을 조절하는 주요변수이다
4.Flashover
가.flashover에 필요한 조건
-바닥에서 열류가 20kw/m2 이상
q"=σT4
실내온도를 500℃로 하면 q″=5.67×10-11×(273+500)4=20.24 [kw/m2]
-연소속도(burning rate)가 40 [g/s] 이상
-다양한 열복사원
뜨거운 천장표면으로부터의 열복사(hot ceiling)
뜨거운 연소생성물로부터의 열복사(hot gas)
화염으로부터의 열복사 (flame)
나. 가스층의 상승온도
Qc:화재의 열방출 hk:열전달계수 AT:구획내부표면적
A0:환기구면적 H:환기구 높이
다.flashover가 되기 위한 화재의 크기
[kw]
예제)실의 크기가 10×10×5m 높이의 구획실에서 2Mw 의 화재가 진행중이다. 벽은 콘크리트로 열전도도는 7.6×10-3kw/m℃이고 벽의두께는 15cm 개구부의 높이는 3m 크기는 3×3.6m이다. 이 화재가 flashover로 발전할 것인지를 평가하라 McCaffrey의 식 사용
sol)
hk열전달계수=k/δ=7.6*10-3/0.15=0.051[kw/m2℃]
AT구획내부표면적=10*10*2+10*5*4-3*3.6=389.2[m2]
A0:환기구면적=3*3.6=10.8[m2]
H:환기구 높이=3m
=11,754kw 약 12Mw
이 실에서 flashover가 발생하려면 최소 약12Mw의 열방출율이 필요하다
그러나 현재의 화재인 2Mw로는 flashover가 발생하지 않는다
5.Post-flashover
가. 지배이론
-환기지배형화재: 구획내의 연소속도가 구획내로 인입되는 공기량에 의존 즉, 환기용소 A0√H0에 크게 의존한다
-연료지배형화재: 환기구가 크거나 화열로 창문이 모두 파괴되 연소속도가 환기구의 크기와 무관하고 연료의 표면적과 연소특성에 의존
나..Post-flashover의 구획실 온도
Tg:상층부 가스온도 T∞:초기온도 T*:실험적상수 1725K
θ1:화학양론적 연소속도 θ2:벽에서의 정상상태손실
θ3:벽에서의 전이손실 θ4:개구부높이의효과 θ5:연소효율
다.환기지배형화재의 에너지방출율
-공기유량 ma[kg/s]=0.5A0√H0
-에너지방출율Q[kw]=ma[kg/s]×3000[kJ/kga]
3[kJ/g]:거의 모든 일반연료는 공기 단위g당 약 3kJ의 열량을 방출
<Backdraft>
가.개요: 소방대가 소화활동을 위하여 화재실의 문을 개방할 때 신선한 공기가 유입되어 실내에 축적되어 있던 고온의 가연성가스가 단시간에 폭발적으로 연소함으로써 화재가 폭풍을 동반하여 실외로 분출되는 현상
나.조건: 사전에 실내가 충분히 가열되어 발화점 이상이 되고 가연성가스가 축적되어 있어서 공기만 공급되면 폭발적 연소가 발생할 수 있는 상태
<flashover 와 backdraft의 차이점>
가.폭풍 또는 충격파
FO: 급격한 가연성가스의 착화로써 폭풍이나 충격파는 없다
BD: 진행이 빠른 화학반응으로 대기의 급격한 온도상승, 팽창, 압력상승을 일으키고 폭풍 또는 충격파를 수반한다
나.화재발생단계
FO: 화재의 초기성장기에서 발생
BD; 화재의 감쇄기에서 발생
다.공급요인
FO: 가연물과 산소는 갖추어져 있고 열의 공급이 요인
BD: 가연물과 열은 갖추어져 있고 산소의 공급이 원인
*화재지속시간
화재최성기의 연소속도가 거의 일정하다할 때
화재지속시간[min]=실내전가연물의량[kg]/연소속도[kg/min]
2.2화재하중(fire load)
가.개요
-화재실내의 가연물은 조유가 다양하고 연소시 발열량도 다르기 때문에 이들 다양한 가연물들을 목재의 발열량으로 환산한 등가목재중량
목재의 연소열량 8000Btu/lb=8000×0.252/0.4536=4444[kcal/kg]
(1 Btu는 1 lb의 물을 1°F 높이는데 필요한 열량
cal 로 환산 0.4536*5/9=0.252 kcal)
≒4500[kcal/kg]
-화재실 또는 화재구획의 단위면적당 등가목재중량을 화재하중이라한다.
화재하중
g: 화재하중[kg/m2] Gi:가연물의량[kg]
Hi:가연물단위중량당 발열량[kcal/kg]
H0:목재의 단위중량당 발열량[4500kcal/kg]
A: 화재실의 바닥면적[m2]
ΣQi: 화재실 가연물의 전발열량[kcal]
나.화재하중감소 대책
-화재의 크기는 가연물의량과 연소속도에 의해 결정된다
-화재하중감소를 위해 구조재나 수용물의 불연화율을 높인다
-불연화가 불가능한 서류등의 가연물은 불연성밀폐용기에 보관한다.
-가연물을 필요최소 단위로 보관하여 가연물의 량을 줄인다.
다.화재하중의 계산예
바닥면적이 10m2인 실에 메탄20kg 프로판20kg 부탄20kg이 보관되어 있다 화재하중을 구하라(소수세째자리에서 반올림)
공기1mol무게=28.84g/mol 1cal=4.2J
sol)
1.완전연소반응식
CH4+2O2→CO2+2H2O
C3H8+5O2→3CO2+4H2O
C4H10=6.5O2→4CO2+5H2O
2.CH4 1mok연소시 필요공기mol수
2/0.21=9.52mol
3.CH4 1mol 연소시 발열량
4.CH4 20kg(1250mol)연소시 발열량
5.C3H8 20kg (454.55mol)연소시 발열량 222,944 Kcal
6.C4H10 20kg(344.83mol)연소시 발열량 219,869 Kcal
7.화재하중
or 이미 알려진 발열량으로 계산
전발열량=11,900kcal/kg*20kg+11,000kcal/kg*20kg+10,900kcal/kg*20kg
=676,000kcal
g=676,000/(4,500*10)=15.02[kg/m2]
2.2.2용도별 화재하중(최대값)
도서관 서고:400 사무실:120 아파트:60 호텔침실, 교실:40[kg/m2]
<화재하중의 완화(derated fire load)>
1.개요
-철재함 등으로 완전하게 폐쇄된 가연물은 구획화재에서 연소하지 않고 일정량의 가연성가스만 방출한다.
-완전폐쇄된 가연물과 6면중 5면이 폐쇄된 가연물의 화재하중의 일부를 감소시킨다
2.적용
-구획내의 총가연물 중량
FT=WE+WPE+WF
FT; 총화재하중
WE: 철재함으로 완전히 폐쇄된 가연물의 하중
WPE: 6면 중 5면이 철재함으로 폐쇄된 가영물의 하중
WF: 자유롭게 탈 수 있는 가연물의 하중
-철재함 등으로 완전 폐쇄된 가연물은 화재에 의해 가열되어 가연성증기를 발생하여 이를 연소시킨다.
폐쇄된 가연물이 방출하는 가연성증기의 량은 열분해정도에 의존하고 이는 다시 구획내 가연물 총량에 의존한다.
이를 감소계수(derating factor) k 값으로 나타낸다.
WE/FT의 비율 감소계수k 값
0.5 미만 0.4
0.5-0.8 0.2
0.8 초과 0.1
-6면중 5면이 폐쇄된 가연물의 무게는 75%를 적용한다
-감소량을 고려한 화재의 총하중량
FDR=k×WE + 0.75×WPE + WF DERATED ENVELOPED PARTIALLY FREE
3.예제
철재함으로 완전폐쇄된 가연물하중이 100kg 6면중 5면이 폐쇄된 가연물하중이 50kg 자유연소 가연물이 500kg 일 때 화재하중 감소를 고려한 총화재하중을 계산하라
sol)
-총가연물의 량: 100+50+500=650kg
-완전폐쇄된 가연물의 감소계수k : 100/650=0.15 따라서 k값은 0.4 적용
-화재하중감소를 고려한 총화재하중
FDR=k×WE + 0.75×WPE + WF =0.4×100+0.75×50+50=577.5kg
-총발열량 Q=577.5 kg × 18608 J/kg=10,746 kJ
(보통가연물의 발열량 18,608 J/kg)
2.3실에서의 발연
연기의 특징
-연기는 광선을 흡수한다. 바닥에서 1m정도까지 연기가 차면 거의 암흑
유도등, 유도표지는 낙은 위치에설치
-연기는 유독가스를 다량 함유한다.
-고온의 화염을 수반하고 화재확대의 주요인이 된다.
-산소농도가 낮아져 인명에 위험을 준다.
-화연은 발생시 고온이며 유동, 확산이 빠르다.
화연은 발생시 고온으로 천장면을 따라 확산하다 열을 방출하면 바닥면까지 내려온다
2.3.1화재단계별 발연
-화재초기의 발연: 수분 방출에 의해 백색 또는 회색, 프라스틱 유지류는 흑색
-최성기의 발연: 환기지배형화재인 경우 농연이나 연료지배형의 경우 연기는 농도가 희박하다.
화재실 내의 1 kg목재가 완전연소 시 연기체적은 5.8 m3/?
-flashover 시의 발연
급격한 화재팽창으로 산소가 부족하여 그을음을 포함한 대량의 연기가 발생하며 일거에 실외로 분출한다
화재실로부터 분출하는 연기유량Q=[m3/min]
M: 화재실의 용적[m3] t: flashover 기간[min]
θ1: 초기온도 θ2: t초후 온도
2.3.2연기의 유동
-고온의 연기는 천장을 타고 이동하다 주위공기온도까지 온도가 떨어지면 공기와 혼합 희석되면서 바닥까지 하강
-수평방향이동 0.3-1m/s 수직방향이동 2-3m/s
-화재층-계단실-최상층부터 아래층으로 축적 또는 계단실로부터 개방창이 있는 곳으로 이동 분출
3.건물내 화재의 확대연소
-화재실의 외부창에서 분출된 화염이 상층의 창을 파괴하여 그 상층의 내부로 연소
-화재실의 출입구 등 벽의 약점부를 통하여 인접된 방 또는 복도로 연소되어 계단실 등의 수직샤프트로 상승하여 상층으로 연소
-공조닥트를 통해 각 층으로 연소
-화재실의 창에서 분출하는 화염의 형상은 화염의 규모, 개구부의 형태, 상부벽의 형태에 따라 결정된다
열원의 상승기류는 상부로 휩쓸려 올라간 공기를 보충하기 위해 상승기류의 폭을 향해서 수평방향의 흐름이 발생한다(entrainment)
벽쪽에서는이 흐름이 약하여 상승 열기류가 벽쪽으로 달라붙는다
개구부가 좁으면 옆에서도 공기를 공급하기 때문에 달라붙는 현상이 미약하지만 개구부폭이 넓으면 이를 기대할 수 없기 때문에 달라붙는 현상이 현저하다
4.건물내 연기의 이동성상
<연기란>
1.연기의 개요
-연기는 유기물질이 연소될 때의 기상생성물로서 고상 또는 액상의 작은 입자가 분산되어 있는 것
-가연성가스에서 유리된 탄소입자와 검댕(soot)상태의 매연, 미연소물질의 응축액, 물방울 입자 등이 공기중에 부유 확산되어 있는 상태
-연소되는 물질로부터의 가시성 휘발생성물
-연소물질로부터 발생하는 고온의 수증기와 가스 H2O, CO2
-불완전한 연소생성물과 응축된 매우 작은 입자의 물질 Tar
-불에 의해 가열되고 상승하는 plume에 흡입된 공기
2.화염연소로부터의 연기
-거의 대부분이 고체입자로 구성
-연기중 일부는 기상에서의 불완전연소, 저산소하의 고온열분해 결과로 생성
-입자상의 물질은 연료가 기상 또는 액상인 경우에도 발생
-발생 연기는 가연성이며 인화성분위기 형성으로 유도 가능
3.훈소경우의 연기
-어떤 탄소 함유 물질이 화학적분해나 휘발분의 분출이 일어나는 온도까지 가열될 때 발생되는 것과 유사한 종류
-높은 분자량의 물질은 차가운 공기와 혼합되어 작은 타르액적과 높은 비점액체로 구성되는 안개가 된다
-발생 연기는 고요한 공기하에서 직경 1μm가 되는 여러 크기의 입자로 분포되고 표면이 집적되어 기름성분의 찌꺼기가 된다
*삼겹살을 구울 때 발생하는 연기 같은 것이다.
<화재시 열적손상과 비열적손상>
1.열적손상
-높은 온도의 대류와 복사 전열을 통해 인체에 손상을 초래
-고온에 의한 열적손상에는 비교적 긴시간동안의 노출에 의한 열응력과 즉각적으로 발생하는 화상이 있다
-열응력은 신체의 내부온도가 41℃에 달할 때 발생하며 비교적 짧은 시간내에 발생하는 화상은 4kw/m2의 열류가 필요하고 태양열과 같은 1kw/m2의 열에 장기 노출하면 약한 화상을 입는다
-피부는 45℃에 도달하면 통증을 느끼게 되며 사람이 통증을 느끼게되는 한계온도는 약200℃정도이다.
-피부에 대한 복사가열의 영향평가는 피부에 수포화상이 발생하는 응답시간으로 평가한다.
2.비열적손상
가.마취성가스
-수면상태로 유도하며 피난능력을 감퇴시키고 결국에는 사망에 이르게 한다.
-CO, HCN, 고농도의 CO2, 저농도의 O2에 의해 마취상태 초래
-Hemoglobin이 인체에 필요한 산소를 O2Hb(oxyhemoglobin)상태로 전달하나 폐에 CO가 들어가면 O2보다 CO가 210배나 Hb와 결합하기 쉽기 때문에 COHb(carbohemoglobin)을 형성하여 산소와의 결합 및 공급을 방해하여 혈중의 산소농도를 저하 시키고 인체에 산소결핍을 초래한다
-Carbohemoglobin의 농도%
COHb%=0.33RMV × XCO% × t
RMV(respiration minute volume)분당흡입량 또는 흡입속도[ℓ/min]
XCO%: CO의 농도%(vol) t: 노출시간[min]
나. 자극성 가스
-HF, HCℓ, HBr, 아크로레인, 포름알데히드 등이 있다.
-감각기관인 눈과 기도, 폐에 자극을 주어 통증 및 무의식화를 초래
-자극성가스의 무의식화 작용은 노출기간과 노출기간후로 구분되어 작용한다.
다. 연기에 의한 가시도 악화
-빛은 연기중에 있는 검댕과 같은 입자, 타르성의 응축성분에 의해 감소되어 가시도가 떨어진다.
-연기에 의한 가시도 악화는 화재의 첫 번째 영향으로 열적손상이 문제되기 이전에 발생한다.
-가시도(LV)는 어떤 물체를 연기를 통해 보고 인식할 수 있는 최대거리로 물체의 조명도계수와 감광계수에 의해 결정된다.
가시도=물체조명도계수/감광계수[m-1]
<연기생성량>
-나가는 연기와 들어오는 공기의 량은 서로 같다
높이가 H0 이고 단면적이 A0인 환기구에서 공기의 질량유량은
m=0.5 A0√H0 [kg/s] 여기서 A0√H0를 환기요소(ventilation factor)라하며 흐름을 조절하는 주요변수이다
-
Vs:유출연기체적 h:개구부높이 B:개구부폭 Qs:화재실온도 Qa:외기온도
-화재시 열방출 에너지
g=Δhc × m
g:에너지방출량[kw, kJ/s] Δhc:연소열[kJ/kg] m:질량감소비[kg/s]
M: 연기발연량[kg/s] y: 연기층까지 높이(청정층높이)
t: 청정층의 높이가 h가되는 시간
pf: 불꽃의 둘레 (대형화염:12m 중간화염:6m 소형화염:4m)
예제)구획실의 크기가 6×4×3m(높이)일 때 내부에서 중간화염크기의 화재가 발생하였다. 이 때 화재초기의 이론적 연기생성율을 계산하고 바닥에서 1.2m 높이까지 연기층이 하강하는데 걸리는 시간을 계산하라
sol)
a.화재초기 연기 생성율
==1.48[kg/s]
b.연기층 하강 시간
==8.57[sec]
*청정지역높이를 1.2m로 유지하기 위한 연기배출 속도
Vs:연기배출속도[m3/s]
m:연기생성율=공기인입속도[kg/s] ρs:연기밀도≒공기밀도=1.2[kg/m3]
==1.24[m3/s]
여기에 안전율을 고려하여 배기팬을 선정한다.
<구획실 연기층 하강시간 계산식인 Hinkley식 유도>
바닥에서 연기층까지의 높이:y 바닥면적:A 화재실높이:H일 때 연기생성 시작후 t시간후의 연기생성율은 다음과 같이 표현된다
ρ:연기밀도
화재에서 대부분의 경우 연기생성율은 인입공기의 전체량과 같다고 보고
확재플럼 속으로의 공기인입속도 M와 m은 같다고 한다
pf:화재경계의 길이[m] ρ0:대기밀도 TO:대기온도 Tf:화재플럼온도[K]
=-ρA
을 k로 놓고 정리하면
=constant (부정적분)
여기서 t=0일 때 y=H의 경계조건을 이용하면 constant=
or
=
여기서 연기의 온도를 573K(300℃), 화염온도를 1,100K(827℃), 대기온도를 290K(17℃)로 가정하면
*연기밀도=공기밀도(대기온도/연기온도)
=
=
4.2건물내 연기의 이동현상
<연기의 이동 에너지>
1.개요
연기 이동의 동력원으로는 굴뚝효과, 부력, 공기팽창, 외부바람, 공조설비 등이 있다.
2.연기 이동 에너지의 종류
가.굴뚝효과 (stack effect)
-내부의 공기가 외부의 공기보다 따뜻하여 밀도가 작아지면 상승하려는 부력이 생기는데 계단실, 엘리베이터샤프트, 배관샤프트 등을 통해 상승기류가 발생하는데 이를 stack effect라 한다.
-내부공기가 외부공기보다 차서 건물내에 하강기류가 발생하는 것을 reverse stack effect라 한다.
-stack effect에 의한 내.외부의 압력차
ΔP: 내.외부압력차[pa] H: 중성면 위의 건물 높이[m]
TO: 외부온도[K] Ti: 내부온도[K]
나. 부력(buoyancy)
-화재로부터 발생하는 고온의 열기는 밀도의 감소로 인해 부력을 갖는다.
-부력에 의한 압력차
To: 화재실 주위온도[K] Tf: 화재실의 온도[K]
다. 팽창(expansion)
-화재로부터 방출되는 에너지에 의해 공기가 팽창하여 연기 이동
-팽창에 의한 상승 압력
[pa]
B: 온도상승율[K/s] V: 실체적[m3] Cd: 방출계수 0.6 AT: 누설면적
T: 실내온도[K]
라. 외부바람(wind)
-화재로 인해 파열되는 창이 바람부는 정면인가 배면인가에 따라 화재에 대한 영향이 크다.
-바람의 힘 PW:풍압[pa] ρ0:외부공기밀도 1.2
CW:압력계수 (바람정방향:+0.8∼배면-0.8) v:공기속도[m/s]
-압력계수가 0.8이고 공기속도가 20m/s일 때 PW=192[pa]로 화재층은 물론 다른층의 거주자들에게도 심각한 위험을 줄뿐만 아니라 소방관의 화재진압도 방해할 수 있다.
마. 공조냉동설비(HVAC system)
-화재시 HVAC system이 폐쇄되지 않으면 사람이 없는 지역에서 발생된 화재를 HVAC system에 의해 연기가 전달되어 화재발생을 알려준다
-화재가 진행되면 대량의 연기를 건물 전지역에 공급하여 인명피해를 가져온다
-HVAC system은 화재에 신선한 공기를 공급하여 화세를 조장한다. 화세조장 및 연기전달의 이유 때문에 화재초기에 system을 폐쇄시킨다.
<제연설비 설계에 필요한 인자>
1.공기흐름(air flow)
-공기의 흐름에 의해 어떤 공간의 연기 이동을 정지시킬 수 있다
-공기의흐름이 연기를 제어하기 위한 가장 보편적인 장소는 개방문의 통로와 복도이다
-연기가 상부흐름으로부터 복도로 흐르는 것을 방지하기 위한 임계속도
Vk:연기의 흐름방지를 위한 공기의 유속[m/s]
E:복도로의 에너지 방출속도[w]
W:복도의 폭[m]
ρ:상부공기의 밀도 1.3[kg/m3]
C:하부 가스의 비열 1.005[kJ/kg℃]
T:공기와 연기가 혼합된 하부흐름의 절대온도 27℃(300K)
k:약 1 정도의 상수 1
g:중력가속도 9.8[m/s2]
예)복도로 에너지 방출속도 16kw 복도의 폭 3m일 때 연기의 흐름방지를 위한 공기의 유속(방연풍속)
=0.51[m/s]
2. 가압(pressurization)
-시공균열, 문의 틈새, 또는 다른 흐름 경로를 통한 공기 흐름속도는 그 경로를 통한 압력차의 n승에 비례한다.
-균열을 제외한 흐름 경로에서 n은 0.5를 적용하는 것이 합리적이다.
-공기의 누설부피 흐름속도
Q:공기의 부피흐름 속도[m3/s] C:공기의 흐름계수(0.6-0.7)
A:흐름면적(누설면적)[m2] ΔP:내.외부 압력차[pa]
ρ:흐름경로의 공기밀도[kg/m3]1.2
C=0.641 ρ=1.2를 적용하면
Q=0.827A√ΔP
3.퍼징(purging)
-거주자가 대피하려 문을 개방시 피난지역으로 들어오는 연기를 외부 공기를 공급하여 희석시키는 것
-퍼지율 α:공기치환시간[min] t:문이 닫힌후의 시간[min]
C0:초기 오염물의 농도[%] C: t시간 후 오염물의 농도[%]
예)체적 100m3로 초기연기농도가 20%이고 문이 닫힌후 2분후의 연기농도가 1%로 만들려면 분당 공기공급 속도[m3/min]는 ?
=1.5[min] 실내공기를 1번 치환하는 데 1.5분이 걸린다
Q=100/1.5=66.7[m3/min]로 공기 공급
4.문을 열 수 있는 힘
-문을 통한 압력차를 극복할 수 있는 힘
-문의 닫힘장치를 극복할 수 있는 힘
-개방력=문의닫힘장치힘+1/2×계수×면적×차압×[W/(W-d)]
F:문개방에 필요한 힘[N]
Fdc:문의닫힘장치(door closer)를 극복할 수 있는 힘[N]
W:문의폭[m] A:문의 면적[m2] ΔP:문을 통한 압력차[pa]
d:문손잡이로부터 가장자리까지의 거리[m] kd:상수 1
5.기상자료
-20℃ 10℃ 18℃ 30℃
stack effect범위 냉.난방설비범위 reverse s.e.범위
-연기제어시스템을 위한 설계온도는 ASHRAE handbook에서 참고한다.
6.개방문의 수
-모든문이 동시에 개방되는 것을 전제로 설계하면 안전하지만 system비용이 많이든다
-건물의 거주자밀도에 따라 개방문의 수를 결정하여 설계한다.
-동시개방은 직렬개방, 병렬개방으로 구분하여 계산한다.
예제)어떤문의 상단부와 하단부의 누설틈새가 같다고할 때 높이 2m인 문의 상단부 압력을 계산하라. 화재실의 온도는 600℃(873K)이며 대기온도는 25℃(298K)인 것으로 가정한다
sol)
1.관련식
-중성면의 높이
(if A1=A2)
h1:중성대 높이[m] H:건물높이[m] A1:흡입구면적[m2]
A2:배출구면적[m2] TO:외부온도[K] Ti:내부온도[K]
-
2.실계산
-중성면의 높이 h1=0.51[m]
중성면에서 문 상간까지의 높이 2-0.51=1.49[m]
-문상단부와 외부와의 압력차
=11.4[pa]
외부압력보다 11.4[pa] 높다
-문하단부와 외부와의 압력차
=3.9[pa]
외부압력보다 3.9[pa]낮다.
예제)구획실의 바닥면적이 1000m3이고 높이가 10m이다
이 구획실의 개구부와 누설틈새를 포함한 전체 누설면적이 5m2이다. 이 구획실에서 화재가 발생하여 평균온도가 대기보다 200K 높게 형성되었고 온도상승율은 4 K/s 였다. 이 때 팽창에 의한 압력상승을 계산하라
sol)
1.관련식
[pa]
B: 온도상승율[K/s] V: 실체적[m3] Cd: 방출계수 0.6 AT: 누설면적
T: 실내온도[K]
2.계산
=259[pa]
팽창에 의해 259[pa] 압력 상승
5장 건물화재시 인간의 피난행동 특성
-건축물은 평상시 이용효과를 최대화하여 사람을 끌어 들이고 재해시는 대피를 위해 도피형공간이 필요하여 두 개념이 서로 충돌한다.
-인간행동에 관한 연구는 화재시 인간의 능력을 이해하는 것과 비상시 인간의 반응경향을 예측하려는데 있다.
1.공간과 인간
공간내에서의 인간행동 중에서 공통으로 내재하는 규칙성, 질서 등을 인식하여 건축계획 시 설계에 반영하는 것
1-1인간과 공간의 대응
-동선의 처리가 잘못된 경우: 매표장 앞의 긴 행렬 때문에 사람의 동선이 원활하지 못한 통로
*건축계획의 5가지 결정 요인(예:역전광장)
ㄱ.존재(기능)계획: 개찰구 부근의 혼잡을 없애기 위해 개찰구를 이용하
는 사람들을 위한 대기공간을 신설
ㄴ.규모계획: 광장 자체의 면적을 넓히거나 매표구의 창구수를 늘리는 것
ㄷ.배치계획: 개찰구와 매표구의 위치 또는 출입구의 위치를 변경하는 것
ㄹ.동선계획: 사람의 동선을 정리해서 방향을 알려 주는 것
ㅁ.운영계획: 시차를 둔 출근
1-2인간의 상태와 행동
-정상상태: 환경의 상태변화가 인간의 행동에 장애를 주지 않는 정도 일 때
-이상상태: 환경의 상태변화가 무엇인가에 영향을 미칠 때
-비상상태: 극도의 이상상태 예)직접 지진, 화재 등을 접할 때, 패닉
건강한 가정에 병자가 생기면 그 가족은 정상상태에서 이상상태로 변화
이상상태가 심해져 생명이 위태롭게 되면 비상상태가 된다.
그림 5.1(99쪽)
2.방재와 인간공학
2.1방재와 인적요소
방재에 관련된 4가지 인적요소(그림5.2)
-인간 그 자체에 관계되는 인내력
-치수, 밀도 등 인간과 공간에 관계되는 요소
-속도, 반응시간 등 인간과 시간에 관계되는 요소
2.1.1인간의 방재능력
예지력, 대응능력, 피난능력
-감각기능: 청력, 시력, 기립능력
-운동기능: 체력, 지구력
-정신기능: 판단력, 집중력
-생리기능: 신진대사능력, 소생능력
(표5.1신체적 능력의 저하와 피해와의 관련)
2.1.2인간의 인내력
위험상황에서 물리적으로 생리적으로 심리적으로 얼마나 잘 견디는가
CO중독: 0.03%로 1시간:두통 0.3%로 30분: 사망
복사열노출:
2.1.3방재와 인체치수
모든 조작 스위치의 높이: 0.8-1.5m
2.1.4방재와 군집밀도
피난처 등에서 장기적 생활을 위한 최저기준: 0.5명/m2 =1명/2m2
피난처 등에서 단기 생활을 위한 최저기준(=열차의 만원상태):1-1.5명/m2
옥외발코니에 긴급대피한 경우의허용치(=엘리베이터의 만원상태):5명/m2
통근 전철안(강제로 밀어 넣는 경우): 15-20명/m2
2.1.5인간의 보행속도
-지배인자: 보행자의 능력, 보행자의 밀도, 보행경로의 길이, 보행경로의 환경
-피난계획시 보행속도:1m/s 느린사람:1m/s 빠른사람:2m/s 표준:1.33m/s
연기속, 정전, 사람이 많은 곳, 노령자의 경우는 더 느린 보행속도 적용
2.1.6방재와 의식상태
(표 5.3 인간의 의식수준)
실수발생:1단계 긴급시 행동:4단계 정확한 방재대응을 위한 단계;3단계
2.2과긴장과 정보처리
위급시의 부적합한 행동 정상적이지 못한 행동은 과긴장, 흥분상태에서 정보처리가 이루어지기 때문이다.
2.2.1과긴장(4단계)의 요인
-비극의 예측, 대뇌의 혼란(panic), 피로의 축적, 군집의 경합
2.2.2위급시의 정보처리
스트레스의 증가에 따른 인간행동의 신뢰성 관계(그림5.3)
-입력단계;제한된 정보로 판단, 중요정보 간과
-처리단계;삭ㅎ과정이 결여된 경솔한 판단으로 충동적으로 행동
-출력단계;판단이 결여된 조건반사적 습관적인 행동
2.3재해시 인간행동의 전개과정
-사전행동(=예방행동): 재해의 예방을 목적으로 하는 행동 예지, 감시, 점검, 보수, 관리 또는 재해의 유발 조장하는 행동
-사후행동(=응급행동): 재해의 경감을 목적으로 하는 행동 방호, 진압, 구조, 피난
2.3.1인간의 실수
실수로 이어지는 불안전한 환경 4M
Man사람: 사람 1명이
Machine기구장비: 좁고 급경사인 계단에서
Media행동환경: 어두움으로 발밑이 보이지 않아 굴렀다
Management유지관리: 장애물이 방치되어 있었다.
인간의 실수 방지를 위해 환경요인Media를 제거하려는 노력 요구
2.3.2인간의 반응
-회피성: 본능적으로 위험을 회피하려는 특성
-습관성: 일상화된 습관적 행동이 나타나는 것
-추종성: 주위사람들의 행동에 따르려고 하는 특성
-정동성(情動性): 그 장소의 상황에 지배되어 하는 행동 특성
-경직성: 필요 이상으로 몸에 힘이 들어가는 경향
3.평상시의 인간행동습성
-좌측통행
-좌회전: 피난계단의 구조는 내려가는 방향으로 좌회전 되도록 설계
-지름길: 피난로를 지름길이 되게 설치
-되돌아오는길: 동물은 위험을 느낄 때 오던길을 되돌아가는 습성이 있다
재해시의 귀소본능
모르는 길보다 아는길, 사용하던길로 탈출 시도
피난계단의 배치를 사람들이 잘 사용하는 시설, 화장실 등에 근접하여 설치, 엘리베이터만 타지 말고 자주 사용해 볼 것
4.화재시 인간의 피난행동 특성
4.1피난행동의 규정요인
-개인특성: 성별, 연령별, 직능별
-사상특성(The properties of fiire event): 화재예견, 화재확인 및 거리 파악
-환경특성: 발생시각, 화재공간특성, 화재지역조건
-정보특성: 정보의 수용 방법 등
4.2피난경로의 선택 특성
-귀소성: 온 길을 더듬어 달아나려고 하는 경향
-일상 동선 지향형: 평소에 사용하던 계단등 습관적으로 친숙해 있는 경로를 사용해 도피
"비상구" 표시가 있어도 가보지 않은 겨우에는 안전에 대한 확신이 없다.
NFPA 101 life safety code 규정 "비상 피난훈련이 정기적으로 실행되지 않는 다면 피난경로로 고려될 수 없다"
-향광성: 밝은 방향 쪽으로 도피하려는 경향
피난방법의 선택: 연기에 의해 결정
-향개방성: 열린공간 쪽으로 도피
-易視經路(이시경로)선택성 易 쉬울 이, 바꿀 역 貿易 周易
:최초로 눈에 들어오는 경로, 눈에 띄기 쉬운 계단으로 향하는 경향
-근거리 선택성: 근처의 계단선택, 지름길 선택
화재건물에 머물고 있었던 삼들의 행동 분석(그림5.6)
-직진성: 곧바로 직진하려는 경향
-본능적 위험의 회피성: 위험상황으로부터 멀어지려고 하는 경향
-이성적 안전지향성: 안전하다고 믿고 있는 경로로 향하는 경향
옥외계단을 지향
-부화뇌동성: 많은 사람이 달아나는 방향으로 쫒아가는 경향
여러 출구가 있어도 하나의 출구에 다수의 사람이 쇄도하는 현상
더불어 피난에 실패한 사람들이 대피장소에 함께 모이는 현상
-남여의 화재시 행동
남자는 대부분 불을 끄려 시도 하는 경향
여자는 다른 사람에게 경고하고 이웃에 도움을 요청하며 가족을 피난시키려 하는 경향
4.3패닉반응(panic reaction)
Pan이란
pan은 상반신은 사람이고 하반신은 염소인 반인반수로서 산림과 들의 신 또 양떼나 양치기의 신이다(牧神). 작은 동굴에 살면서 산이나 계곡을 방화하고 수렵을 하거나 님프 등의 무용을 지도하기도 한다. pan이 낮잠을 즐길 때 누군가의 방해를 받으면 성을 내어 인간세계로 헛소문 하나를 내보내는데 군중은 이로 인하여 공포에 떨게되고 심한 경우 난동으로 변하기도 한다.
panic 원인을 알 수 없는 극도의 돌발적 당황
가족을 두고 혼자 탈출, 고층에서 뛰어 내림, 움직이지 못하는 반응 등
5.화재시 인간의 피난행동능력
5.1화재 시의 피난행동
피난자의 피난 성공여부는 연기에 폭로되느냐 그렇지 않으냐의 문제이다
피난시간은 피난개시시간과 피난속도로 결정된다
5.1.1피난개시시간
피난개시시간은 피난자의 화재 인지시간과 피난자의 피난행동 준비시간으로 규정된다
-화재인지시간: 화재가 발생한 후 얼마만에 그것을 알게 되는가는 피난자의 위치와 상황의 문제이다.
화염, 연기, 냄새 등 연소관련 정보
발소리, 고함소리 등 인간관련 정보
비상방송, 전화연락 등 통신관련 정보
통계에 의한 평균인지시간: 3-4분
-피난행동 준비시간: 화재를 인지한 직후부터 피난을 개시하기 전까지의 시간. 피난자는 화재를 인지하고도 아직 위험상태에 도달하지 않았다고 판단하는 한도까지 여러 가지 행동을 전개한다
(표5.5화재인지 직후의 행동분류)
-피난개시시간
피난을 개시하는 경우는
화염과 연기가 신체주변에 다가오는 것을 확인
피난을 개시하라는 통보가 명확하게 전달된 경우
주위 사람이 이미 피난했음을 확인 한 때
-통계에 의한 평균 피난개시시간은 6-8분 정도이며 화재층에서는 flashover 직전, 비화재층에서는 flashover후에 피난이 개시되는 경향이 있다. 이런 결과로 제연설비의 중요성을 알 수 있다
5.1.2피난속도
피난 시 보행속도는 피난자의 행동능력, 피난자 밀도, 피난경로의 인지도, 심리적 영향 등에 의해 결정된다.
-노약자의 피난속도: 정상인의 1/2
-피난자의 밀도와 속도 y=-x+α의 그래프
다수가 피난하는 경우 병목부분(bottle neck)의 통과시간이 전체피난시간을 좌우(그림5.13 그림5.14)
-연기와 보행속도와의 관계 y=-x+α의 그래프
6장 고층건축 방재계획의 동향 및 기본방향
1.방재측면에서 본 고층건축의 개념
고층건물: 구조기술사의 구조계산에 의해 구조적 안전을 확보해야하는 21층 이상의 건축물
-3층 이상의 여관: 방재처리/ 4층 이상의 공연장: 옥외피난계단설치/
5층이상건물: 피난계단설치/ 11층 이상의 건물: 특별피난계단설치/
높이 41m 이상의 건축물: 비상용승강기 설치/
-각 국의 고층건축물에 대한 공통 개념
소방대의 고공장비가 도달하지 못하는 높이
현저한 굴뚝효과(stack or chimney effect)의 발생이 예상
전원피난에 불합리한 시간이 필요한 건물
-소방용어로서의 고층건물: 지상에서 조작하는 고공장비를 사용하여 외부에서 소화, 구조작업을 할 수 없는 높이의 건물
소방대의 능력에 따라 고층건물의 높이 개념이 달라질 수 있다.
(표6.1각국의 고층건물 높이에 대한 규정)
고공장비를 건물 가까이에 설치할 만한 부지 마련이 문제
2.건축계획 및 방재계획의 동향
2.1건축설계의 동향
대형화, 고층화, 다양화, 복합화
-규모의 경제(scale of economy)를 실현, 지가 상승
대규모화는 필연적으로 용도와 기능의 복합화를 수반
-오피스빌딩의 인텔리젼트화: 모든 기능을 기계화 전산화함에 따라 많은 전원 사용으로 발열에 대한 방재상 대책 필요
-새로운 건축외관의 형태: 건물을 통과한는 도시고속화도로. 빌딩풍대책으로 중간이 뚫린 건물, 한강을 보게하기 위해 앞건물의 중간을 뚫은 아파트, top cloud공법(국세청), 두 건물을 연결하는air bridge 등
-쾌적한 공간 추구
옥상의 자연정원, Atrium공간의 다양화
-극장, 체육관, 창고, 전시장 등 대공간 건축
2.2건축물의 방재계획 및 기술의 동향
-다양하게 변화하는 건축물에 대해 일일이 획일적인 법규로는 규제할 수 없다 예)스프링클러의 수리계산
-현행법규와 같은 사양위주의 법규가 아니라 성능위주의 법규로 전환
성능위주법규: 공학적 검증, 경제성 실현
-신방재공법 적용시 소방안전기술위원회 심의를 거쳐 실시
CPVC의 소화배관 사용, 격자배관설비 적용, 신형S/P헤드 등
-막구조: 천막구조
-목조건축물 장려
-급기가압방식의 제연설비: 특수장소에 부설된 특별피난계단 및 비상용승강기의 승강장의 제연설비 설치에 관한 기술기준
-내화설계: 건축물 내의 가연물량이나 구획, 개구부 등의 조건을 가정하여 화재 시 연소계속시간이나 실내의 온도상승을 평가하여 합리적인 내화피복의 요건을 결정
-내화강설계: 일반철골은 400℃정도가 되면 내력이 급격히 저하되므로 철골구조는 불연이고 단열성이 있는 내화피복이 필요하나 내화강은
600℃정도까지는 내력저하를 일으키지 않음으로 내화피복을 경감하거나 제거할 수 있다.
3.건축방재의 개념
방재는 우선 불이 나지 않도록 "화재발생방지"노력을 하고 그럼에도 불구하고 화재가 발생하면 이를 "조기발견"하여 "초기소화"할 수 있도록하며
재실자의 "피난"을 유도하고 초기소화가 실패하면 화재의 "확대방지"를 위한 수동적 능동적 설비를 갖추며 소방대가 소화작업을 할 수 있는 설비를 갖추어야하는 것이다.
-화재는 반드시 발생하며 다소의 손해는 부득이하나 건물의 전소와 다수의 인명피해는 방지해야한다 인적 물적손해를 경감시키는 가장 효과적인 방법이 화재를 발생지역에 가두어 봉쇄하는 것이다.
이를 구획화(compartmentalization)라 한다
-화재를 일부구역에 가두기 위해서는 벽, 바닥, 기둥 문 등이 화재에 견딜수 있는 내화성이 필요하다
-미국의 경우 대부분의 건물에 대해 구조본체에 의한 구획화만을 법적으로 규제하고 초기소화설비, 화재감지기 등은 건물주가 알아서 설치하도록 하고 있다 능동적 설비를 설치하면 수동적 설비를 완화하여 주는 방식을 취하고 있다. 보험료에 의한 통제
4.건축방재계획의 기본방향
-초고층건물과 같이 대규모적인 것에 대해서는 되도록 구체적인 기준을 제시하는 것을 피해야하며 그 건물 고유조건에 맞추어 설계자의 적절한 판단에 의하여 방재계획상 유효한 설계를 한다
-방재계획의 기본사고는 일상의 기능을 고려하여야하며 예측하지 못한 사태에 대비한 대책으로 방화구획, 방연구획, 피난시설 등과 같은 수동대책을 축으로하여 화재위험의 특성에 따라 대처하는 것이 합리적이다.
-병원: 재실자의 피난능력부족. 완전한 방화구획, 피난발코니 설치
-백화점: 대형공간, 대량가연물, 불특정다수 방화구획, 스프링클러, 안전하고 원활한 피난로 확보
-호텔: 화재의 조기발견, 조기통보, 세분화된 방화구획에 대한 대책.
-오피스건물: 피난대책으로 평면배치, 안전구획배치
4.1건축방재계획의 화재안정성 실현방법
passive fire protection system과 active fire protection system의 조화
4.2방재계획의 시스템구성-화재양상과 방재요소
-방재계획의 시스템은 건축물을 구성하는 재료, 공법, 공간구성, 설비 또는 인간 등의 방화대책 요소와 발화, 확대, 연기전파, 피난 등의 화재진전양상과 이에 대응하는 방화안전의 목표를 하나의 시스템으로 한다
-능동적 시스템(active system): 적극적으로 불에 대응하는 설비시스템
화재의 발생을 억제
성능수준의 확보를 전제로 설비 설치되며 신뢰성확보가 필요
스프링클러 설비
-수동적시스템(passive system): 방재의 기본으로 건축물 그 자체의 구성에 의해 화염과 연기를 제어하여 안전을 확보하는 것
방화구획, 방연구획, 마감재계획
4.3설계에서 사용까지의 종합시스템
사용법을 충분히 고려한 설계이고 역으로 설계의도를 충분히 살린 유지, 사용방법
Life Cycle Cost 개념: 설계비용부터 사용후 철거비용까지 건물이나 시설의 일생동안의 비용을 토대로 경제성 검토
4.4 Fool proof 와 Fail safe
Fool proof
-시스템의 이상 또는 비상사태에 대해 인간이 혼란없이 쉽게 대응할 수 있도록 단순하고도 명괘한 배려를 한 대책
화재시 인간이 당황한 상태에서도 쉽게 하고자하는 동작을 실현할 수 있도록 미리 계획해 두는 것
-소화설비, 경보기기의 위치나 유도표시가 쉽게 판별될 수 있는 색채 사용
-피난방향으로 도어를 열 수 있도록 한다
-문의 손잡이를 레바식(panic bar)으로 한다.
-정전시에도 피난구를 알 수 있도록 외광이 유입되는 위치에 도어 설치
Fail safe
-재해의 발생이 바로 중대사고나 위험에 연결되지 않도록 2중 이상의 안전장치로 설계
화재의 발생으로 시스템의 일부가 고장나거나 그 결과 건축물의 일부가 불이나 연기로 오염된 때에도 일정한 안전성 확보
-시스템에 여분을 준비해 두고 일부가 무너지더라도 다른 부분이 작동하여 본래의 목적이나 기능을 달성되도록한다
-피난출구나 피난계단을 설계할 때 2방향피난을 도입
-s/p와 옥내소화전을 모두 설치하여 s/p실패 시 옥내소화전 사용
4.5방재계획과 위험관리
-재해에 의한 손실을 최소화하기 위해 건축설계시 과거의 화재사례나 설계조건을 충분히 검토하여 예측되는 사태에 대처하기 위한 계획 수립 시 행해지는 검토가 위험분석이고 그 분석결과를 기초로 건축과 인간이라는 시스템을 종합적으로 계획하고 이것을 제어하여 양호한 관계를 유지하게 하는 것이 위험관리이다
-손실함수: 높은 신뢰성을 얻기 위해서는 여유있는 설계가 필요하나 건설비용이 증가하고 건설비용을 적게하면 재해가 발생했을 때 손실은 크고 효과는 적어진다.
최적점은 건설비용과 예상손실의 합이 최저인 점에서 결정한다.
-위험제어방법
위험예방: 재해발생을 사전에 대처 내진설계, 내화구조, 불연재사용 등과 안전을 확보하기 위한 피난훈련, 정비 등
위험경감: 재해가 발생한 경우 손해규모를 경감시키기 위한 방법 감지, 통보, 소화, 피난 등 화재초기의 상황에 대한 설비적, 운영적 대책
위험이전: 보험계약으로 재무적 위험의 이전, 경비용역회사와의 계약으 로 책임 이전
위험회피: 재해발생 예상 시 정원설정에 의한 제한, 극단의 경우는 이용 중지
제2편 건축 방재 계획
1.개요
1)건축법에는 화재확산의 제한, 화재시 내화강도 유지, 내장재의 불연화(방화 재료), 방염 물품 사용 및 피난 통로 등을 규정하여 hardware적인 소방 개념을 갖는다.
2)소방법에는 피난과 소화거점 확보 등을 위한 경보설비, 소화설비, 피난설비, 소화용수설비,
소화활동설비 등을 규정하여 software적인 소방의 개념을 갖는다.
3)건축물의 방호성능이 우수할수록 소방시설은 부담이 적어지는 등 상호 역관계가 있으나 건축에서의 방화상 한계점을 소방설비로 극복하는 등 상호 보완적으로 계획을 수립해야 한다.
2.방화구획
1)개요
①건축물 내부를 방화구획 함으로서 화염과 열을 계획된 당해 화재구역의 공간내로 제한한다.
②벽, 기둥, 바닥, 보, 지붕, 주계단 등 주요구조부와 개구부 폐쇄장치 등이 방화구획에 요구되는 시간동안 기능을 유지할 수 있는 내화도(성) 유지
③연면적 1000 m2 이상이고 주요구조부가 내화구조 또는 불연재료로 된 건축에 대해 방화 구획을 실시 한다.
④방화 구획은 구획내를 방화 구조재 이상의 내화도를 갖는 것으로 완전밀폐하는 구조이며 벽과 바닥은 내화구조 개구부는 갑종방화문, 방화샷타, Fire Damper등을 사용하고 건축물의 내부 마감재에는 불연재료 또는 난연재료 사용
2)방화구획 경계(설치) 기준
일정면적별, 층별, 용도별, 구조별 등으로 구획
가. 수직 구획(층별 방화 구획)
3층 이상의 층(2층 천장부터)과 지하층은 층마다 구획
나. 수평 구획
①가연물의 화재급별(A, B, C, D급)이 서로 다를 때
②화재가혹도가 현격히 차이날 때
③발화의 가능성이 현저히 차이날 때
④체류자(거주자)의 성격이 판이하게 다를 때
다. 수직 관통부 구획: 계단실, 에리베이터 샤프트, 파이프 피트 등
라. 면적별 구획(자동식 소화설비 설치 시 면적 3배)
10층 이하: 바닥면적 1000m2마다 구획(3000m2)
11층 이상: 실내마감재가 불연재가 아닌 경우: 200m2 마다 구획(600m2)
실내마감재가 불연재인 경우: 500m2 마다 구획(1500m20)
3)방화벽의 구조
①내화구조로서 홀로 설 수 있는 구조
②방화벽의 양쪽 끝과 위쪽 끝을 외벽 면, 지붕 면으로부터 0.5m 이상 돌출
③방화벽에 설치하는 출입문의 너비 및 높이는 각각 2.5m 이하의 갑종방화문 설치
④바닥면적 1000m2 미만마다 구획
3)방화구획의 종류
3.방화구조
1)개요
①방화구조란 일정시간 동안 일정구획에서 화재를 한정시킬 수 있는 구조
②철망모르터바르기, 회반죽바르기 기타 이와 유사한 구조로서
-화재에 대한 내력은 없더라도
-화재시 건축물의 인접부분으로 연소(延燒)되는 것을 방지할 수 있는 정도의 구조로
-내화구조보다는 방화성능이 적다.
2)방화구조의 기준
①석면시멘트판 또는 석고판 위에 시멘트모르터 또는 회반죽을 바른 것으로 두께2.5cm 이상
②시멘트 모르터 위에 타일을 붙인 것으로서 두께 2.5cm 이상
③두께 2.5cm 이상의 암면보온판 위에 석면시멘트판을 붙인 것.
④철망모르터로 바름두께 2cm 이상
⑤두께 1.2cm 이상 석고판 위에 석면 시멘트 판을 붙인 것
⑥심벽에 흙으로 맞벽치기한 것
3)인접건물에 대한 방화구조
①도로중심선, 동일대지내의 타 건축물의 외벽 상호간의 중심선으로부터
-1층에 있어서는 3m 이내
-2층 이상의 층에 있어서는 5m 이내의 건축물은
인접건물의 화재에 의한 연소를 방지하기 위하여 방화조치를 하여야 한다.
②개구부를 설치한 경우는 그 면적을 최소한으로 하고 망입유리를 사용한다.
③개구부를 통하여 위층으로의 연소를 막기 위해 아래층 창 상단으로부터 위층 창 하단까지의 거리인 스팬드럴을 크게하고 창의 상 하부에 돌출하도록 설치하는 캔틸레버와 베란다 등을 설치하면 유리하다.
4.내화구조
1)개요
①내화구조란 화재시 건축물의 강도 및 성능을 일정시간 유지 할 수 있는 구조
②철근콘크리트조, 연와조 기타 이와 유사한 구조로 주요구조부 즉, 벽, 기둥, 바닥, 보, 지붕, 주계단 등에 적용한다.
2)내화구조의 목적
①화재확대 방지 및 재산보호
②건축물의 도괴방지 및 부지주변으로의 위해 방지
③ 건축물에서 인명의 안전보장 및 소화활동의 보장
3)내화구조 요구조건
①불연성일 것
②장기설계하중을 지지할 것
③소방주수 및 충격시 강도 유지
④차열성, 차염성
⑤화재진압후 재사용 가능
4)층별, 부위별 내화성능 기준(내화시간, 내화도)
5)대상건축물
①불특정 다수인을 동시에 수용하는 건축물
②사람이 장시간 체류하는 건축물
③위험물을 취급하는 건축물
④관람집회시설: 바닥면적 200m2 이상
판매시설: 바닥면적 500m2 이상
공장: 바닥면적 2,000m2 이상
6)내화구조
①벽돌로서 두께 19cm 이상
②철근 콘크리트조, 철골 콘크리트조로 두께 10cm 이상
③철재로 보강된 콘크리트 블록조, 벽돌조, 석조로 철재에 덮은 블록 벽돌 석조의 두께가 5cm 이상
④철골조로 두께 4cm 이상의 철망모르터, 두께 5cm 이상의 블록, 벽돌을 붙인 것
-화재시 쉽게 연소가 되지 않으며
-상당한(요구되는) 시간동안 구조상내력을 감소시키지 않고
-화재가 발생한 방화구획 내에서 진화되며
-인접부분에 화염 및 열의 전달을 차단할 수 있으며
-가연물이 전소하여도 수리하여 재사용할 수 있는 구조
5.건축방화 설비
1)개요
방화설비라 함은
-건축물의 개구부를 통하여 화재가 延燒확대되는 것을 방지하고
-인명피난 및 구조활동을 위한 피난통로와 계단의 안전구획을 위해
-출입구에 설치하는 방화문 및 방화샷타를 포함하여
-환기 또는 냉난방 풍도가 방화구획을 관통하는 부분에 설치하는 방화댐퍼 등의 설비
2)방화문
가. 개요
방화벽의 개구부나 방화지구 내에서의 연소의 우려가 있는 부분에 사용되는 것으로 방화성능에 따라 1시간 내화도가 요구되는 갑종방화문과 30분 내화도가 요구되는 을종방화문으로 구분된다.
나.방화문의 설치
①문과 문 또는 문과 문틀이 접하는 부분은 방화문을 닫은 경우 틈이 생기지 않게 할 것.
②방화문을 달기 위한 철문은 그 방화문을 닫을 경우에 노출되지 않도록 할 것.
다.방화문의 종류
①갑종방화문
-골구를 철재로하고 그 양면에 각각 두께 0.5mm 이상의 철판을 붙인 것
-철판의 두께가 1.5mm 이상인 것
②을종방화문
-철재 및 망입유리로 된 것
-철판의 두께가 0.8mm이상 1.5mm 미만인 것
-옥내면에 두께 1.2mm 이상의 석고판을 붙이고 옥외면에 철판을 붙인 방화목재로 된 문
라.방화문 사용 장소
①갑종방화문
-면적별, 층별 방화구획
-용도별 방화구획
-방화벽
-피난계단 출입구
-특별피난계단 전실 출입구
-비상용 승강기실 출입구
-연소의 우려가 있는 외벽 개구부
②을종 방화문
-피난계단 출입구
-특별피난계단 계단실 출입구
-연소의 우려가 있는 외벽의 개구부
3) 방화 샷타
가.개요
방화샷타란 건축물의 옥내방화구획으로 사용될 수 있는 것으로 설치위치는 갑종방화문으로부터 3m 이내에 설치한다.
나.개폐장치
전동 및 수동에 의해 수시 작동되고 임의의 위치에서 정지시킬 수 있으며 자중에 의한 폐쇄가 가능할 것
다.연동폐쇄장치
화재발생 시
-공칭작동온도가 60∼70℃인 열감지기 및 연기감지기
-50℃에서 5분이내에 작동하지않고 90℃에서 1분이내에 작동하는 온도퓨우즈에 의하여 자동으로 작동하고 별도로 정한 구조기준에 적합할 것
-30분간 계속하여 샷타를 개폐시킬 수 있는 용량의 예비전원으로 축전지 설치
4) 방화 담파
가.개요
내부에 퓨우즈로 지지된 댐퍼를 설치하여 이 곳을 통하는 공기의 온도가 약 70℃에 이르면 퓨우즈가 용해하여 댐퍼가 자동적으로 폐쇄하도록 한 장치이다.
나.방화댐퍼 기능
①댐퍼 부분을 통과하는 공기온도가 규정온도에 이르면 완전히 끊어질 것
②퓨우즈가 끊어졌을 때 댐퍼가 정확하게 닥트를 폐쇄하는 위치까지 자동적으로 닫힐 것
③댐퍼가 폐쇄위치에 있을 때는 공기의 누설이 아주 적을 것
다.설치기준
①재질: 1.5mm 이상의 철판일 것
②누출량: 20℃에서 2kgf/cm2의 압력으로 5m3/min 이하가 되도록 할 것
③작동부: 열팽창, 녹, 먼지 등에 의해 작동에 저해받지 않는 구조일 것
④구조: 제연기의 압력에 의해 방재상 유해한 진동이나 간격이 생기지 않는 구조
6.방화재료
1)개요
①방화재료라 함은 건축재료중 불연성의 것 또는 잘 타지 않는 성질의 것으로 구성된 재료
②방화성능 등급에 따라 불연재료, 준불연재료, 난연재료로 구분된다.
2)방화재료의 종류
가.불연재료(=난연 1급)
①타지않는 재료를 의미하나 실제로는 타더라도 난연 1급 성능에 적합한 재료
②콘크리트, 석재, 벽돌, 유리, 석면판, 철강 등 성분이 대부분 무기질로 구성
나.준불연재료(난연 2급)
①타지않는 정도가 불연재료에 준하는 성능을 가진 재료
②건설교통부 고시의 준불연재료의 성능에 합당하여 그 성능을 인정받아 지정된 재료
다.난연재료(난연 3급)
①타기어려운 성능을 가진 재료
②건설교통부 고시의 난연재료의 성능에 합당하여 그 성능을 인정받아 지정된 재료
3)방화재료의 성능 기준
가.건교부 고시 제310호 기준
①불연재료: KSF 2271의 난연1급에 적합한것
②준불연재료: 10분가열 표면시험, 부가시험 및 연소가스 유해성 시험에 합격한 것
③난연재료: 6분가열 표면시험, 연소가스 유해성 시험에 합격한 것
나.KSF 2271의 기준
①난연 1급: 기재시험 및 10분가열 표면시험에 합격한 것
②난연 2급: 10분 가열 표면시험 및 부가시험에 합격한 것
③난연 3급: 6분가열 표면시험에 합격한 것
4)방화재료의 시험방법
가.표면시험
①시험체의 일정표면(18cm×18cm)을 주어진 시간동안 (10분, 6분)일정한 가열조건으로 태워서 난연성을 측정
②배기온도, 발열량, 잔염시간, 균열, 용융, 변형 등으로서 성능을 판정.
③모든 난연성재료에 적용되는 시험
나.부가시험
①표면시험의 일종으로서재료를 관통하는 구멍을 뚫어 시험체의 표면뿐만 아니라 이면의 난연성능도 파악해 보는 시험
②배기온도, 발열량, 잔염시간으로 성능을 판정
③준불연재료 및 난연2급의 성능시험에 한하여 적용
다.기재시험
①재료를 구성하는 기본재료(주원료)가 일정한 가열온도(750±10℃)속에 20분 동안 있을 때 어느 정도 발열 연소하는가를 온도로서 측정하여 판정.
②불연재료(=난연 1급)의 성능시험에 이용.
라.가스유해성 시험
시험체의 일정표면을 일정한 가열조건으로 6분간 태웠을 때 발생하는 연소가스를 15분동안 실험용 쥐에게 흡입시켜 행동정지 현상이 나타날 때 까지의 시간을 파악하고 이 시간이 9분이 초과할 때 합격으로 한다.
5)단위면적당 발연계수의 측정
①
CA=단위면적당 발연계수
I0:연기가 없을 때 빛의 세기[lx] Ix: 연기두께가 x일 때 빛의세기[lx]
②발연계수 CA는 불연재료=30, 준불연재료=60, 난연재료=120
③불연재료
=30
Ix는 I0의 75%로 빛의세기가 25% 감소
연기가 조금 발생했다
④준불연재료
=60
Ix는 I0의 56%로 빛의세기가 44% 감소
연기가 어느 정도 발생했다
⑤난연재료
=120
Ix는 I0의 32%로 빛의세기가 68% 감소
연기가 상당히 발생했다
6)NFPA220에 따른 불연재료와 준불연재료의 구별
가.불연재료(Noncombustible Material): 사용중 및 예상조건하에서 화재 또는 열에 노출되었을 때 착화, 연소, 연소의 지원 및 인화성증기의 방출 등이 없는 재료
ASTM E 136, Standard Test Method of Behavior of Materials in a Vertical Tube Furnace at 750℃에 합격한 물질은 불연재로 간주한다.
나.준불연재료
건축자재로 사용된 것으로서 불연재의 정의에 부합되지않는 재료로
잠열이 3500 Btu/lb(=8141KJ/kg) 이하이며 아래조항중 하나에 속하는 재료
①구조적측면에서 불연재의 기준을 만족하는 재료로서 화염확산속도가 50이하이고 어느 한 면의 두께가 3.2mm 미만인 재료
②형태 및 두께가 ①에서 정한 것 이외의 재료로서 화염확산속도가 25이하이고 점진적 연소현상이 계속되지 않으며 재료를 임의의 방향으로 절단하였을 때 노출되는 표면도 화염확산속도가 25이하이고 점진적 연소현상이 계속되지 않는 재료
7)화염확산속도, 계수(Flame Spread Index)
무기물 강화 시멘트판을 화염확산계수 0으로하고 Red Oak 판을 화염확산계수 100으로 설정하여 등급화
8)난연재료와 난연처리의 구분
유기질 및 목질재료의 경우 화학약품으로 처리하여 난연성능을 부여하고 있으나 이는 건축법에서 규정하는 난연재료와는 엄격히 구분되어야 한다.
일반적인 난연처리 제품의 경우 자기소화성(화염전파를 억제하고 소화시키는 능력)을 부여한 것으로 가연재료에 해당한다.
7.방염물품
1)개요
①화재의 발생빈도가 높고 화재시 인적 물적 피해가 클 것으로 예상되는 소방대상물에 사용하는 커튼, 실내장식물, 등의 물품은 방염성능이 있어야 한다
②방염물품은 화재발생시의 고열과 매연의 발생을 지연 또는 방지함으로써 인명구조의 효과와 초기화재진압을 용이하게 하기 위함이다.
2)방염처리대상 건축물
①고층건축물, 관람집회 및 운동시설, 호텔, 종합병원, 방송국 및 촬영소
②3층 이상의 여관
③연면적 100m2 이상의 대중음식점
④특수목욕장, 안마시술소, 및 헬스클럽장
3)방염대상물
①전시용합판 및 섬유판
②무대에서 사용하는 막, 무대도구용 합판
③간이 칸막이용 합판 또는 섬유판
④커튼, 암막, 카페트, 반자 또는 벽에 사용하는 표지
4)방염성능 기준
①잔염시간
착화 후 버너의 불꽃을 제거한 때부터 불꽃을 올리며 연소하는 상태가 그칠 때 까지 경과시간으로서 20초 이내
②잔진시간
착염 후에 버너불꽃을 제거한 때부터 불꽃을 올리지 아니하고 연소하는 상태가 그칠 때까지 경과시간으로 30초 이내. 이는 잔염시간 20초 순수 잔진시간 10초를 합한 시간이다.
③탄화면적
잔염시간, 잔진시간에 탄화한 면적 50cm2 이내
④탄화길이
잔염시간, 잔진시간에 탄화한 길이를 말하며 길이가 20cm 이내
⑤접염회수
불꽃에 의하여 완전히 착화될 때까지 불꽃의 접촉회수는 3회 이상
5)방염성능검사
제조 또는 생산과정에서 방염처리 하거나 난연재로 제조 또는 생산된 것중 소방법에서 규정하는 물품에 대해 주무장관이 정하여 고시한 방염성능 기준에 적합한지 여부를 검사하는 것
①방염 선처리 검사권자: 한국 소방검정공사
②방염 후처리 검사권자: 관할 소방서장
6)방염도료의 종류
①발포성: 불꽃이 닿았을 때 발포하는 것
②비발포성: 단열효과가 있는 것
③경화성: 불꽃이 닿았을 때 굳어지는 것
④도료혼합용: 일반도료에 혼합하여 방염성능을 가지는 것
⑤니스: 방염성능이 있는 것
7)방염제의 이화학적 성능 기준
①방염제는 독성이 없어야하고 방염화 과정이나 그 이후에 심한 냄새를 내거나 변질 변색되어서는 아니되며 방염처리하는 대상물 본래의 성질 또는 기능에 변화를 일으키지 아니하여야 한다
②방염액은 침투성 및 확대성이 강하여야하고 유연성이 있어 방염처리가 쉬워야하며 그 액성은 PH5∼PH9 이어야한다.
③방염도료는 신속히 건조되어야 한다
④방염도료는 용기 내에서 응고성이 강하지 아니하여야 한다
8.건축물 목조부분의 방화 시험 방법
1)적용범위
①건축물의 벽, 기둥, 바닥, 보 등의 목조부분 방화시험
②가열시험의 급별: 1, 2, 3급
충격시험: S
주수시험: W
ex) 옥외 2급 SW : 옥외 2급 가열시험, 충격시험, 주수시험에 합격
2)시험체의 크기: 1.8m × 1.8m
3)가열등급
①1급가열: 가열최대온도가 9분에서 1120℃
②2급가열: 가열최대온도가 9분에서 840℃
③3급가열: 가열최대온도가 9분에서 550℃
4)가열시험 합격 기준
①방화상 해롭다고 인정되는 변형, 이면탄화, 파괴, 탈락이 없을 것
②이면에서 발염이 없을 것
③이면온도가 260℃ 이하일 것
④목모시멘트판, 석고보드 등은 이면에 착화가 되지 않을 것
⑤시험종료 후 30초 이상의 잔염이 없고 5분 이상 화기가 남아 있지 않을 것
5)충격시험 (2회 시험)
가열하지 않은 시험체를 수평으로 놓고 1 kg의 가지형 추를 1.5m 높이에서 약한 부분에 떨어뜨려 이면에 달하는 구멍이 나지 않을 것
6)주수시험 (2회 시험)
가열시험방법으로 10분 가열한 시험체에 5m 거리에서 지름 12.7mm 압력 1.4 kgf/cm2 각도 45도로 1분간 주수하여 심한파손, 결락이 없을 것
9.건축 구조부분의 내화 시험 방법
1)적용범위
①건축물의 벽, 기둥, 바닥, 보, 지붕 등 구조부분의 내화시험
시험은 가열시험, 재하시험, 충격시험, 주수시험을 한다.
②가열시험 급별: 30분, 1시간, 2시간, 3시간, 4시간 가열
ex)2시간가열 WS :2시간 가열시험에 합격하고 주수시험, 충격시험에 합격
2)가열등급
표준시간온도곡선:
T: 가열온도 ℃ T0: 초기온도 ℃ t: 가열시간 min
1시간, 2시간, 3시간, 4시간 가열
3)가열시험
가.가열온도 측정
30분까지 2분 이내마다, 30분 이후 5분 이내마다 측정. 강재온도는 5분 이내마다 측정
나.가열시험 합격 조건
①가열중 내화상 구조강도상 유해한 변형, 파괴, 탈락이 없을 것
②가열중 벽, 지붕, 바닥은 불꽃을 통과하게 하는 갈라짐이 없을 것
뒷면까지 갈라진 것은 갈라진 부분에 목화솜을 붙이고도 불이 붙지 않으면 합격
③벽 및 바닥의 이면온도가 260℃ 이하
④강구조의 기둥 대들보는 최고온도 450℃ 평균온도 350℃가 넘지 않을 것
바닥, 지붕, 벽은 최고 500℃ 평균 400℃ 이하
⑤가열중 현저한 발염을 하지 않고 종료후 10분 이상 화기가 남지 않을 것
4)재하가열시험
가.구조내력상 주요 구조부에 장기허용응력의 1.2배를 在荷하여 가열 시험
나.시험체의 최대 휨
바닥: 시험체간거리×2×1/10,000 최대휨 단위: cm
지붕: 시험체간거리×2×1/6,000 최대휨
바닥: 2400cm ×2×1/10000=0.48cm ∴0.48cm 이하로 휘어야한다
지붕: 2400cm ×2×1/6000=0.8cm ∴0.8cm 이하로 휘어야한다.
5)주수시험
30분 가열후 (30분 내화용은 10분 가열) 5m에서 45도각도로 구경12.7mm 압력 1.4kgf/cm2 로2분간 주수하여 심한파손, 결락이 없을 것
6)충격시험
30분 이상 가열시험면에 1kg(30분 가열) 5kg(1시간 가열) 10kg(2, 3, 4시간 가열)의 가지모양 추를 1m(기둥, 벽) 2m(바닥, 지붕) 높이에서 약점부에 낙하하여 뒷면까지 뚫어지지 않을 것
10.건축용 방화문의 방화 시험
1)개요
건축물의 개구부에 설치하는 방화문의 방화 시험
가.가열시험의 급별
①방화용: 1급, 2급, 3급
②내화용: 30분가열, 1시간가열, 2시간가열
나.차열력의 유무
①A종: 이면온도가 260℃ 이하
②B종: 이면온도가 260℃ 초과
다.충격시험 S 차연시험 G-0.0: 통기량이 0.0m3/min.m2
ex)방화2급A종2S : 방화2급가열시험, 차열력이 있고 충격시험에 합격
내화1시간 B종 SG-1.2 : 내화1시간 가열시험에 합격하고 차열성이 있으며 충격시험에 합 격하고 차연시험의 통기량이 1.2m3/min.m2 이하
2)가열등급
가.방화용방화문 가열온도
①1급가열: 가열최대온도가 9분에서 1120℃
②2급가열: 가열최대온도가 9분에서 840℃
③3급가열: 가열최대온도가 9분에서 550℃
나.내화용방화문 가열온도
표준시간온도곡선:
T: 가열온도 ℃ T0: 초기온도 ℃ t: 가열시간 min
1시간, 2시간 가열
3)가열시험
①방화상 유해한 변형, 파괴, 탈락이 없을 것
②방화상 유해한 불꽃을 뒤쪽(이면)으로 통과시키지 않을 것
③방화문 각 부 길이의 처짐이 ℓ2/6000 이하일 것
④방화상 유해한 발염이 생기지 않고 가열 후 5분 이상 화기가 남지 않을 것
⑤방화문 내부 동판의 온도가 260℃를 초과하지 않을 것
A종 합격:①∼⑤ B종 합격:①∼④
4)충격시험
가열시험이 끝난후 30분 이내에 무게 10kg 지름 0.2m의 둥근 모래주머니를 0.5m 높이에서 약점부에 3회 낙하하여 문의 파괴 및 틈이 생기지 않고 열리지 않을 것
5)차연시험
30분 이상 가열 후(내화 30분 가열은 15분) 양면의 압력차가 1kgf/cm2, 2kgf/cm2, 3kgf/cm2 일 때 통기량 측정
각 압력차에서 측정값이 현저한 차이가 없을 것
통기량은 0.0m3/min.m2 로 표시
< 화재저항과 화재가혹도의 관계>
1. 화재저항
① 화재기간동안 방화벽이나 구조적요소들이 그 기능을 계속할 수 있도록 하기위한 건축물 구성요소의 능력
② 화재저항은 노에서 표준온도, 시간곡선에 의한 표준화재에 폭로시켜 결정
③ 표준온도, 시간곡선
④ 주로 가연성 고체를 갖는 구획화재에 적용
2. 화재가혹도
가. 개요
① 발생한 화재가 당해건물과 그 내부의 수용재산등을 파괴하거나 손상을 입히는 능력의 정도
② 화재가혹도가 크면 건물과 기타 재산의 손실은 커지고 작으면 그 손실도는 작아진다.
③ 화재가혹도를 좌우하는 기본적인 요소는 형성될 수 있는 최고온도(Max.Tem)와 그 온도의 지속시간(Duration)이다.
④ 화재실 온도가 높을수록, 최고온도의 지속시간이 길수록, 손상의 규모와 정도가 심화된다.
나. 화재가혹도의 주요소
① 최고온도(Maximmum Temperature)
단위시간당 축적되는 열의 량인 열축적율이 크면 화재강도(Fire Intensity)가 커진다.
② 지속시간(Duration)
화재실 내에 가연물(화재하중, Fire Load)이 많다.
다. 화재강도(Fire Intensity)의 주요소
① 가연물의 연소열ΔHC : 물질의 종류에 따른 특성치
② 가연물의 비 표면적: 물질의 단위질량당 표면적을 말하며, 통나무와 대팻밥같이 물질이 형상에 따라 달라진다.
③ 공기(산소)의 공급: 공기의 공급이 원활할수록 소진율이 커지고 열 발생율도 커진다. 공기의 유입은 창문등 개궁부의 크기, 개수, 위치에 좌우된다.
④ 화재실의 벽, 천장, 바닥의 단열성
화재실의 열은 개구부를 통해서 외부로 빠져 나가지만 실을 둘러싸는 벽, 바닥, 천장등을 통해 열전도에 의해서도 빠져나간다. 따라서 구조물이 갖는 단열효과가 클수록 열의 외부누출이 쉽지않고 화재실 내에 축적상태로 유지된다.
라. 화재하중의 요소
화재하중의 주요소는 화재실내에 존재하는 가연물의 량 한가지이다.
가연물의 양이 많을수록 연소지속시간이 길고 최고온도 지속시간도 길어진다.
3.화재가혹도와 소화수 주수의 상관성
① 가혹도는 소화수의 주수율과 주수시간에 밀접한 관계
② 가혹도의 기본요소인 화재강도가 크면 축적열량이 크므로 주수율이 커야한다.
③ 화재강도가 크더라도 화재하중이 작으면 연소 지속시간이 길지않아 주수시간도 짧아진다.
④ 즉, 화재강도는 주수율을 좌우하는 요소가 되며 화재하중은 주수시간을 좌우하는 요소가 된다.
< 방재계획 수립에 필요한 기본적 방화요건과 종합적 방재계획 수립을 위해 고려해야 할 방화요건의 대응대책>
1. 방재계획의 목표(=방화의 요건)
① 화재를 발생시키지 않는다.
② 화재로 생명을 잃거나 생리적, 육체적 손상을 받지 않는다.
③ 화재로 재산을 잃지 않는다.
④ 화재로 타인에게 괴로움이나 손해를 끼치지 않는다.
⑤ 원활한 소방활동 도모
2. 방재계획의 목표달성을 위한 대책
방화요건의 대응대책으로 출화방지, 실내 확대방지, 건물내 확대방지, 인접건물로의 연소방지를 고려한 대책을 수립한다.
가. 출화방지
출화방지대책은 관리와 보수점검 같은 software대책과 화원대책, 착화물대책, 경과대책으로 구분되는 hardware대책이 있다.
① 화원대책
출화위험이 높은 에너지나 기기를 이용하지 않는 방법, 지역 냉, 난방 또는 全 전기화 시스템을 채택하는 방법등이 있다.
② 착화물 대책
a. 내장과 가구의 불연화
b. 커텐과 침구등의 방염화
c. 수납공간 확보에 의한 가연물의 방치방지
③ 경과대책
감시하기 쉽고 전망이 좋고 정리가 된 여유있는 공간을 형성하여 인적실수나 실수로 연결되는 환경을 건축계획으로 배재.
나. 실내확대방지
대규모화원, 연소성이 높은 화원, 열분해하기 쉬운 내장을 이용하면 flashover가 빨리 일어난다.
① 착화원이 되는 가구나 건축물기구등의 불연화, 방염화
② 내장의 불연화 방염화
③ flashover에 크게 영향을 미치는 천장과 벽 상부의 불연화
④ 가연물의 분산화
다. 건물내 확대방지
건물내부의 연소확대방지를 위해서는
1) 소화설비등으로 조기에 화재를 진압하는 소화방법
2) 내장의 불연화와 가연물의 감량화로 급격한 연소를 억제하는 지연방법
3) 구획을 설정하여 화재확대를 저지하는 지연방법 이 있다
구획에 의한 대책
① 구획의 종류 목적: 방화구획, 방연구획
재질: 내화구획, 불연구획
형태: 칸막이구획, 늘어뜨린 벽 구획
a. 방화구획
ㄱ)화재확대의 방지를 목적으로 한 것으로 내화성과 차염성(遮炎性)이 요구되며 내화구조로 구성되는 것을 원칙으로 한다.
ㄴ)방화구획을 구성하는 벽이나 철재문등이 기밀성을 갖고 방화구획은 방연구획을 겸비하는 것이 일반적이다.
ㄷ) 엘리베이터 문에 의한 방화구획은 틈새가 있어 차염성이 없고 방연구획이 안된다.
b. 방연구획
ㄱ) 연기확산을 방지하는 것이 목적으로 차염성이 요구되며 기밀구조로 구성되는 것이 원칙이다.
ㄴ) 방연구획은 반드시 내화구조일 필요는 없으며 불연재로 구성되면 된다.
ㄷ) 유리스크린등을 방연구획에 이용하는 것은 내화성보다 기밀성이 중시되기 때문이다.
c. 연소확대 방지목적으로 설치되는 방화구획 및 방연구획에는
ㄱ. 면적구획. ㄴ.층간구획 ㄷ.수직관통부 구획 ㄹ. 이종요도구획 이 있다.
② 구획의 구성요소
a. 주위벽 부분을 구성하는 내화벽과 불연벽
b. 개구부를 구성하는 방화문이나 방연문
c. 관통부를 구성하는 내화충진재
③ 문 등 개구부에서의 燃燒방지
a. 출입구등 개구부의 구획에는 방화문을 설치한다.
b. 방화문은 갑종과 을종으로 구분되며 갑종방화문은 내화1시간. 을종방화문은 내화30분의 차염성을 가진 것이 요구되며 이 성능을 만족하는 한도에서 반드시 철재일 필요는 없으며 목재나 유리가 들어간 것도 가능하다.
c. 방화문은 폐쇄형식에서 방화문, 방화미닫이, 방화셔터로 구별된다.
d. 방화미닫이나 방화셔터는 방화문과 비교해 차연성이 떨어지므로 차연성이 요구되는 곳에 설치할 때는 차연조치를 강구한 방화셔터등 특별한 사양을 이용할 필요가 있다.
e. 방화셔터의 문제점
ㄱ. 뒷면측으로 복사열 전달위험이 있다.
ㄴ. 폐쇄장해의 위험이 높다.
ㄷ. 셔터에 달려있는 쪽문이 피난장애를 일으킨다.
따라서 함부로 사용하지 않는 것이 좋다.
f. 방화문은 normal close가 원칙이과 사람의 출입이 빈번한 장소는 연감지기와 연동으로 자동폐쇄기구를 부착하여 normal open이 가능하다.
④ 덕트등 관통부에서의 연소방지
a. 닥트류가 방화구획을 관통시 방화댐퍼 설치
방화댐퍼는 1.5mm이상의 철판으로 연기 또는 열을 감지해서 자동적으로 폐쇄해 화열과 연기를 차단한다.
ㄱ. FD(Fire Damper): 열로 폐쇄
ㄴ. FSD(Fire Smoke Damper): 연기로 폐쇄. 차연성이 요구됨
b. 파이프류가 방화구획 관통시 관로와 벽체의 틈새를 모르터나 암면등으로 충진 및 관통부 앞 뒤 1m 에 걸쳐 철판과 내화피복제로 피복
c. Cable배선의 경우 내열시트제나 방화도료를 사용하여 관통부 처리
⑤ 창에서 위층으로의 연소방지
a. 창과 윗층의 창사이를 90cm이상으로 이격시키는 스판드럴 확보
화재하중이 크거나 개구부가 큰 경우 또는 초고층인 경우 2m이상의 스판드럴 요구
b. 외부로 돌출된 50cm이상의 내화구조 차양(캔틸레버) 또는 발코니 설치
c. 살수설비, 망입유리, 방화문 설치등으로 창면 방호
라. 인접건물로의 연소방지
① 2동의 건물을 마주 세워 한쪽에서 출화한 경우에 다른 쪽이 연소하지 않는 이웃한 동 사이의 간격인 인동간격(=거리)확보
높이와 거리관계에서 등온도 곡선에 의해 인동간격 계산
② 연소의 우려가 있는 개구부는 a. 외벽을 방화구조로 b.개구부에 방화문 설치 c. 수막설비(드렌쳐 설비) 설치
< 방재계획 수립시 주요 구성부분인 연소확대 방지계획의 요소>
1. 방재계획 개요
가. 부지계획, 배치계획
① 피난자의 피난경로 확보. 소방대의 소화활동 및 구조활동을 위한 공간확보
② 인동간격 확보. 피난시 피난교 등으로 연결
나. 평면계획
① 평면계획, 단면계획
방화, 방연구획의 설정, 계단이나 발코니, 비상용 엘리베이터, 방재센터등 피난이나 소화활동을 위한 시설배치
② 방화, 방연구획설정
화재시에 발생하는 화염과 연기를 가급적 좁은 범위에 한정하여 이용자에게 미치는 위험성과 물적 손실을 최소화 하기위해 설정
a. 방화구획의 종류
용도별 구획, 면적별 구획, 층별구획, 수직관통부 구획, 피난상의 구획, 화기사용실의 구획,
방재센터의 구획
b. 방연구획의 종류
배연경계벽구획. 칸막이구획
③ 피난계획과 안전구획
피난상의 안전성을 확보하기 위해 거실-복도-전실-피난계단실의 피난자의 피난경로를 설정한 뒤 피난을 개시하는 부분에 가까운 것부터 순차적으로 1차안전구획:복도, 2차안전구획: 전실로 안전성이 높은 공간으로 피난할 수 있도록 안전구획 설치
④ 안전구획의 성능
방연구획의 칸막이 구획이상의 성능을 갖는 구획으로
a. 개구부에는 방화문 b. 제연설비설치 c. 피난시 체류인원 수용을 위한 면적확보
d. 내장재불연화 e. 화기나 가연물제한 f. 소방활동으로의 거점
다. 입면계획
건축물의 외장과 관련된 방재안전계획으로 외장의 재료, 구조, 형상을 방재를 고려하여 결정
라. 내장계획
건축물의 용도, 규모, 높이에 따라서 방재안전의 입장에서 내장재료 제한
마. 설비계획
법적으로 규제된 내용을 구체화하기위한 작업으로 제연설비, 조명설비등 필요한 설비를 신뢰성 있게 설치
바. 연소확대 방지계획
① 방화구획
a. 건물 한 부분에서 발생한 화재가 건물전체로 확대되는 것을 방지하려는 것으로 바닥, 천장, 벽, 문 등이 연소방지를 위한 내화도가 요구되며 건축물의 용도, 규모 및 내장재료의 종류등에 의해 연소를 방지해야 할 방화구획의 면적등이 규제되어있다.
b. 건물의 화재성상은 발생한 공간내의 가연물의 종류와 양, 그 공간의 형상, 치수 및 개구조건에 의해 정해지기 때문에 건축계획 당초부터 방화구획의 위치, 구역내의 면적등을 사전에 설정하는 것이 방재설계의 전제조건이다.
② 방화문
a. 방화문에는 강판제인 여닫이문, 감아올리는 식의 steel shutter가 있으며 이들 모두 고온을 받으면 적열하고 반대측 가까이에 가연물이 있으면 복사에 의해 이들 가연물을 발화시킬 위험이 있다.
b. 개구부의 면적이 크게되면 열팽창등에 의한 변형 때문에 활처럼 굽어 주변부에 틈이 발생해 연소방지의 효과에 문제가 생긴다.
c. steel shutter는 그 구조상 기밀성을 크게하는 것은 불가능하고 연기를 상당히 투과하기 때문에 차연효과는 인정되지 않는다.
d. 방화문과 steel shutter의 개구부 방화력 강화를 위해 수막살수장치(드렌처 설비)와 병용
③ 방화댐퍼
a. 건물내에서 화재가 연소확대하는 경로의 하나로 닥트류가 있으며 닥트가 방화구역을 관통하는 경우 그 위치에 방화댐퍼(Fire Damper)를 설치한다.
b. 방화댐퍼는 그 관통하는 바닥. 벽 등의 방화구획과 동등한 방화력을 갖는 외에 수동과 자동폐쇄기능을 갖춰야 한다.
c. 차연, 방연의 효과를 기대하기 위해서는 구조상의 기밀성과 기능상의 연감지기와 연동한 민첩한 차단작용이 요구된다.
사. 내화구조계획
아. 피난계획
자. 방연, 배연계획
<방재계획>
1. 부지계획, 배치계획
2. 평면계획- 방화, 방연구획, 피난계획, 안전구획
3. 입면계획
4. 내장계획
5. 설비계획
6. 연소확대방지계획
①출화방지계획- 화원대책, 착화물, 경화대책
②실내확대방지- 가구, 건축물, 내장불연화, 방염화, 천장.벽 불연화, 가연물분산 ③건물내 확대방지- 소화설비, 방화, 방연구획
④인접건물로 연소방지- 인동간격, 연소우려가 있는 개구부
7.내화구조계획
8.피난계획
9.방연, 배연계획
<방연, 배연계획에서 방.배연 계획방법과 배연계획의 효율성>
1. 개요
① 방.배연계획에 있어서는 화재시에 화재실에서 발생한 연기가 사람들의 피난경로가 되는 통로, 복도, 로비, 계단등으로 침입하는 것을 방지하고 피난하기 쉽도록 하는 것.
② 화재실에서 피난경로로 연기가 유출하는 것을 억제하기 위하여
a. 거실을 일상의 용도와 면적등에 따라 적절하게 구획
b. 거실과 복도를 방연구획.
c. 계단실을 완전히 방화, 방연구획
d. 각각의 구획마다 방연상 유효한 개소에서 배연하여 신선한 공기가 피난방향으로부터 도입되고, 피난방향으로의 연기유동을 억제하도록 계획한다.
③ 방연목적달성을 위해서는
a. 내장의 불연화 b. 가연수납물의 제한 c. 방연구획등에 의해 연기의 유동억제
d. 공조설비정지
e. 벽, 출입구, 제연경계벽등으로 제어된 연기를 옥외, 옥상등 피난에 지장이 없는 방향으로 유도배출한다.
2. 방, 배연계획방법
가. 방연벽에 의한 밀폐법
① 연기를 일정구획내로 한정하기 위해 피난종료후 개구부를 폐쇄하여 연기의 유출을 방지하고 화재실의 화재성장을 억제
② 공동주택, 호텔등 구획을 작게 할 수 있는 곳에 적당하고 한 구획은 100m2 이하가 적당하다.
나. 배연경계벽, 배연구 병용법
① 연기가 피난상 중요한 방향으로 유동하는 것을 방지하기 위해 제연경계벽, 집연구, 절상천장등을 이용하여 연기를 모으기 쉬운 위치에 설치한 배연구에서 풍도에 의해 강제배연을 행하는 방법
② 사무소, 로비등 비교적 큰 거실등에 이 방법이 주로 이용된다.
다. 외부 개구부에 의한 배연법(자연 배연법)
① 거실, 혹은 복도, 계단전실등에서 연기의 부력효과를 이용하여 옥외면의 위쪽으로 충분한 개구를 열어 배연하는 것
② 온도상승에 따라 발생하는 다량의 열분해 생성물을 직접 외부로 유출
③ 풍향, 풍속에 따라 배연효과가 크게 좌우되므로 주의를 요한다.
라 .스모크 타워 배연법
① 계단실등에서 외부에 면한 개구부를 취하기 어려울 때는 풍력에 의한 흡입효과와 부력을 이용한 배연탑에 의한 배연법 사용
② 고층건물에서 높이와 온도차에 의한 부력효과에 고층부의 풍력 흡인효과도 가산되어 상당한 배연효과가 있는 것
③ 계단 전실의 배연에 이용
마. 급기부설 강제배연법
① 복도, 로비, 계단부속실등의 피난경로가 외부로 충분히 개구할 수 없는 경우 배연송풍기를 구동하여 배연풍도에 의해 외부로 연기를 배출
② 배연효과를 확실하게 하기위해 자연적으로 유입되는 급기구 준비
③ 풍향, 풍속에 지배되지 않고 일정량에 가까운 배연을 할 수 있다.
3. 배연계획의 효율성
① 연기의 유동성을 고려한 배연방법 선택
배연이 완전하게 행해지면 방연구역은 완화되어도 좋은 경우가 있으며 또한 한쪽 방연구역이 완전하면 배연이 필요없는 경우가 발생
② 피난행동중에 화재실에서 계단까지 잇닿아 통한 개구부가 형성되어 이 동안은 배연설비와 출입구상부의 제연경계벽에 의해 연기가 계단방향으로 흐르는 것을 방지
③ 계단통로등 연직방향에 고저차가 있는 구획에 대해서는 온도차에 의한 연돌효과가 발생하면 상당한 유속에 의해 연기가 피난계단으로 집중할 가능성이 생기므로 이것을 억제하기 위해 배연설비와 그 효과를 돕기위한 급기가 필요하다.
<방화구획의 계획방법과 방화구획 설계>
1. 개요
가. 연소확대방지
① 발화후 flashover를 거쳐 최성기화재에 도달한 화재를 어떤 한정된 공간내에 가두는 것
② 연소확대방지는 화재로 인한 건축물의 물적손실을 최소한에 그치게 함과 동시에 피난이나 소화활동의 안전성을 확보하기 위해 방재계획상 중요
③ 연소확대 방지의 기본은 건축물을 몇 개의 방화구획으로 분할하고 그것을 구성하는 구획재료나 방화문에 발생한 화재를 가두기 위해 충분한 성능을 부여하는 것
나. 방화구획
① 용도나 규모, 구조에 따라 적절한 설정, 화기사용이나 다량의 가연물에 의해서 화재위험도가 높은 부분은 독립된 방화구획
② 방화구획의 목적은 a.연소방지 b. 방,배연 및 열적영향방지 c. 피난경로의 안전성확보
③ 구획부재는 발생한 화재가 진화되기까지 그 화재를 구획내에 가두는 성능요구 구획부재는 원칙적으로 내화구조 또는 준내화구조의 부재로 한다.
④ 내화구조 또는 준내화구조의 부재는 a. 고온의 열에 의해 변형이나 붕괴를 일으키지 않는 구조적 안정성요구 b. 부재에 발생하는 금이 간 곳으로 화염을 통과시키지 않는 차염성 c. 비내화실 측으로 과도한 열을 전달하지 않는 차열성요구 d. 피난활동에 지장이 없도록 연기누설을 방지하기위한 차연성요구
2. 방화구획의 계획
가. 층별구획
① 상층 또는 하층으로의 연소확대방지
② 층별 구획에 이용되는 구힉부재로서 spandrel, 차양(cantilever), 발코
니(balcony)
나. 수직관통부 구획
① 건축물 내의 바닥을 관통하여 수직방향으로 연속된 공간(수직관통부)과 타 부분과를 내화성능을 갖는 벽이나 방화문으로 구획하는 것.
② 사람이 수직방향으로 이동하기 위한 계단실, 승강기샤프트, 에스컬레이터가 있다.
③ 물품을 수직방향으로 이송하기 위한 더스트슈트, 린넨슈트, 덤웨이터가 있다.
④ 건물의 설비로 급.배수관, 배전, 통신용케이블, 설비용샤프트
⑤ 고층 건축물이나 대규모 건물등의 Artrium
⑥ 수직관통부 구획을 구성하는 부재로 내화구조의 벽, 갑종방화문 사용.
다. 면적별 구획
① 층별구획과 수직관통부구획이 수직방향 연소 확대방지인데 비해 평면적인 연소확대방지가 면적별 구획이다.
② 면적별 구획의 크기는 건축물의 구조, 층수, 내장재의 사양에 따라 결정
③ 주요 구조부를 내화구조로 한 건축물에서는 1000m2이내마다 방화구획
④ 11층이상의 부분은 소방활동이 저층에 비해 곤란하므로 내장재의 사양과 관련하여 더 작게 방화구획한다.
⑤ 스프링쿨러설비등 자동식 소화설비를 설치한 경우에는 그 부분 바닥면적의 3배를 적용한다.
라. 용도별 구획
동일 건축물 내에 사용방식이나 관리형태가 2개 이상의 용도가 존재하는 경우에는 그 사이에 방화구획을 설치한다.
3. 방화구획의 설계
가. 방화구획을 형성하는 벽 및 바닥
① 방화구획을 형성하는 벽 및 바닥등의 구획부재는 내화구조로 한다.
내화건축물의 벽 및 바닥의 내화성능은 층수에 따라 내화시간으로 정한다.
② 방화구획부재의 내화성능요구조건
a. 구조안전성: 가열중(내화상) 또는 (구조내력상) 유해한 변형, 파괴, 탈락등의 변화를 일으키지 않을 것.
구조안전성을 잃게되면 나머지 성능은 자동적으로 상실되므로 바닥이나 내력벽은 충분한 내력을 확보하는 것이 필요하다.
b. 차염성: 가열중 화염이 통과하는 갈라진 틈이 생기지 않을 것
c. 차열성: 이면온도가 260℃를 넘지 않을 것
나. 방화문
① 방화구획부재에 개구부를 설치할 경우는 내화성능을 갖는 방화문, 방화셔터로 설치하여 방화구획한다.
② 상시폐쇄식 방화문
a. 면적이 3m2이내의 방화문으로 상시폐쇄상태를 유지하고 직접 손으로 열 수 있으며 자동적으로 폐쇄되는 문
b. 사용장소에 제한없이 어느 구획에서 사용할 수 있다.
③ 상시개방식 방화문
a. 연기감지기에 의해 작동하는 것
수직관통부 구획(only 연감지기)과 용도별 구획에 사용된다.
b. 연기나 열에의해 작동하는 방화문
면적별 구획에 사용된다.
c. 상사개방식 방화문은 작동시 폐쇄장해가 생기지 않도록 일상관리가 중요하다.
④ 갑종방화문 구조기준
a. 철제골구위에 0.5mm이상의 철판을 양면으로 붙인 것
b. 두께 1.5mm 이상의 철판으로 제작된 문
⑤ 을종방화문 구조기준
a. 철제문
ㄱ) 철제 및 망입유리로 된 것.
ㄴ) 두께0.8mm이상 1.5mm미만의 철판으로 제작된 문
b. 목재문
문틀, 방화목재 옥내면: 1.2cm이상 석고판 옥외면: 철판
⑥사용장소별 방화문 설치기준
a. 갑종방화문- 모든 방화구획에 사용
b. 을종방화문 및 갑종방화문
ㄱ) 피난계단의 출입구
ㄴ) 특별피난계단의 계단실 출입구(부속실과 계단실사이)
ㄷ) 연소우려가 있는 외벽 개구부
⑦ 성능판정기준
a. 가열면의 이면에 발염이 생기지 않을 것
b. 가열면의 이면에 달하는 틈새균형이 생기지 않을 것
c. 가열면의 이면에 현저한 발연(發煙)을 일으키지 않을 것
d. 가열종료후 가열면의 이면에 중량10kg 지름20cm의 모래포대를 50cm높이에서 회전 낙하시 방화상 유해한 파괴, 박리, 탈락등이 생기지 않을 것
다. 구획관통부
① 건축물에 거주를 위해 공조설비, 위생설비, 전력케이블, 통신케이블이 방화구획을 관통시 연소확대를 방지하기 위해 덕트내에 설치된 방화댐퍼나 파이프와 구획부재 사이의 틈새등은 구획부재와 동등한 내화성능을 확보한다.
② 덕트에 설치하는 방화댐퍼는
a. 두께1.5mm이상의 철판제
b. 화재시 연기 또는 열을 감지하여 자동적으로 폐쇄
c. 폐쇄시는 틈새가 생기지 않으며 화염기 연기를 유효하게 차단
d. 방화댐퍼 본체는 화재시 탈락하지 않도록 벽이나 바닥 슬라브에 견고하게 부착하고 관통부의 틈새는 몰탈등으로 세밀하게 막는다.(관통벽과 동등한 내화도 요구)
라. Spandrel부분등
① 화재실의 외벽에 설치된 창에서 화재의 최성기에 화염이 분출하여 인접창을 깨고 인접구역으로 燃燒한다거나 상층의 창을 깨고 상층으로 연소한다.
② 윗층으로의 연소방지를 위해 창과 창 사이의 세로거리를 90cm이상 이격하고 창의 상단부에 50cm이상의 차양이나 발코니를 설치한다.
③ 옆동으로의 연소방지를 위해서는 인동간격을 확보한다.
④ 연소할 우려가 있는 부분: 외벽중간의 중간지점에서 1층3m 2층5m 이내
< 연기에 대한 피난 안전성 확보를 위한 피난경로 각 구간별 대응방법>
1. 안전구획
① 화재실 부분과 안전구획사이에 불연재로 만들어진 벽체를 사용하여 확실하게 구획
② 제 1차 안전구획이 기계배연을 채택시 급기경로가 확보되지 않으면 화재실보다 심하게 부압이 되어 피난문의 개폐장애나 화재실로부터 연기유입을 증가시킬 수 있다.
③ 연기전파경로가 되기쉬운 엘리베이터 샤프트등의 공간이 피난경로와 직접 면하지 않도록 하며 피난경로가 엘리베이터를 경유하지 않도록 한다.
2. 전실 또는 부속실
① 피난계단이 제1차 안전구획에 직접 접속되는 경우가 많으나 그 사이에 제2차 안전구획인 전실을 만들어 연기흐름을 방지함으로 피난자의 안전확보
② 피난자가 한꺼번에 몰릴 경우 문의 개방시간이나 체류인원이 크기 때문에 전실의 배연 및 급기가 필요하다.
③ 작은 전실에 급기 및 배연을 할 경우 문의 개폐장애, 복도의 연기가 흡입되지 않도록 검토한다.
3. 피난계단
① 피난계단은 내화구조의 벽으로 완전히 둘러싸인 구획으로 출입구에는 갑종 또는 을종 방화문으로 방어된다.
② 계단실은 배연이 요구되지 않으므로 복도나 전실등에서 연기를 충분히 차단해야 한다.
③ 계단실내로 출화의 우려가 있는 거실이나 창고등의 문을 직접 설치하는 것은 피해야한다.
< 방연시스템 적용의 기본적인 방법>
1. 구획에 의한 방연
가. 방연 칸막이 구획
① 불연재료사용
② 차연효과가 있는 유리스크린 등으로 방화성능이 있는 것
③ 내화구조의 벽 및 문
④ 안전구획의 차수가 높을수록 방연성능을 높게한다.
나. 수직벽 구획(=제연경계벽=제연curtain)
① 천장으로 올라간 연기를 일정범위내로만 확산하게 하며 인접구획으로 확산시키지 않을 목적으로 설치
② 배연효과를 높이기 위해 연기를 저장하고 연기층을 두껍게 하기 위한 것
③ 기밀한 방화구획이라면 화재실의 재실자가 피난을 완료한 후 화재실을 밀폐하여 연소에 필요한 산소를 차단, 화세를 억제하는 작용을 한다.
2. 안전구획의 기압방연(차연, 급기가압system)
① 청정공기를 기계력에 의하여 급기하여 피난경로등 방호해야 할 공간의 실내압력을 높임으로써 연기가 침입하지 않도록 제어하는 방법
② 특별피난 계단의 부속실의 가압방연시스템은 이를 적용한 것으로 부속실 내의 압력을 외압보다 40∼60pa높게하여 방연한다.
③ 작은 면적을 가진 부분의 방호를 목적으로 하는 경우에는 작은 풍량으로 방연효과를 얻을 수 있는 반면 연기의 유출구가 없으면 과압에 의해 문의 개폐장애를 일으킬 수 있다.
또한 급기가 과잉이 되면 화세를 강화할 수 있다.
3. 축연
① 연기를 가두어 놓는 것으로 대공간의 홀이나 집회실등은 천장이 높으며 바닥면적도 상대적으로 넓으므로 축연용량이 크기 때문에 화재시 연기층이 거주지역까지 강화하기까지 걸리는 시간은 피난에 필요한 시간과 비교하면 충분한 여유가 있다.
② 일반적인 화재실은 축연용량이 적기 때문에 제연경계벽과 배연을 병용하여 인접구역으로의 연기확산을 방지하거나 지연시켜 피난하는 재실자의 안전을 확보한다.
4. 배연
① 연기를 실와로 배출하여 연기의 강하나 확산을 방지하고 연기농도를 저하시키는 것
② 효과적인 배연을 위해서는 충분한 깊이의 연기층이 형성되도록 해야하며 연기층이 깊지 않으면 하부의 공기를 흡입하여 배연효과가 감소한다.
③ 배연구는 공간의 최상부에 설치하는 것이 효율적이다.
5. 연기의 강하방지(급.배기system)
① 배연구를 공간의 최상부에 설치하여 상부에 체류된 연기를 실외로 배출하고 동시에 급기구를 하부에 설치하여 피난에 필요한 청정지역을 확보하는 방법
② 천장이 높은 Artrium이나 극장등에서 유효하며 공기와 연기의 2층인 Zane모델에 의한 Simulation에 의해 연기강하 상황을 쉽게 해석할 수 있다.
6. 희석
피난이나 소화활동에 지장이 없는 연기농도 수준으로 연기를 제어하는 방식
<성능기준 내화설계법>
1. 개요
① 성능기준 내화법은 현행건축법의 내화관련 규정에 의하지 않고 건축물에서의 실제 화재성상을 예측하여 그에 따른 구조체의 열적, 역학적 성상을 예측하고 평가기준에 따라 내화성능평가를 실시하여 내화사양을 정하는 방법
② 성능기준 내화설계법의 순서로는
내화성능 목표수준설정 화재성상예측(-설계온도. 시간곡선) 부재온도예측(부재온도, 시간곡선) 역학성상예측(응력, 변형) 내화성능평가
2. 내화성능 목표수준 설정
① 피난 안전확보
a. 피난simulation을 통해 얻은 피난시간에 안전계수를 곱해 피난설계 화재시간을 구한다.
b. 안전계수는 건축물의 용도, 건축지역, 방화대책등을 근거로 안전계수 설정
② 연소확대방지, 도괴방지
각각의 안전계수에 화재하중을 곱해 설계화재시간을 구한다.
3. 화재성장예측
① 가장 격렬한 flashover이후 최성기 화재를 대상
② 구획내의 최성기 화재형태는 a. 화재구획의 형상, 치수, 사양 b.개구부의 형상, 치수
c. 설계 화재하중에 의해 결정된다.
③ 설계화재하중은 내장등으로 정해진 고정화재하중과 가구나 수납물등으로 정해진 적재화재하중의 합계이다.
④ 구조체에 영향을 미치는 화재plume과 분출화염의 온도예측
⑤ 화재성장 예측결과로 화재구획내의 화재시간, 온도곡선이 구해지며 그 곡선상의 어느 시점까지 내화성능을 확보해야 하는 설계화재시간이 각각의 기능에 대해 정해진다.
4. 부재의 온도예측
① 벽, 바닥등 구획부재의 온도예측
a.구획부재의 내부온도와 화재구획의 이면온도를 산정한다.
b. 부재의 내부온도는 구획부재의 역학성상 예측으로 이면온도는 구획부재의 연소확대방지 성능증 치열성 평가에 이용된다.
② 기둥, 보등 가구부재의 온도예측
가구부재의 온도예측은 화재시간, 온도곡선이나 화재plume온도등과 부재 단면 치수나 사양에 의한다.
③ 부재의 온도예측결과로 부재단면 내 각 부분의 온도 또는 부재평균온도의 시간변화를 알 수 있다.
5.역학성상 예측
①역학성상의 예측은 가구조건이나 부재의 단면치수, 작용하중에 의한다
②역학성상의 예측결과로 가구부재의 응력이나 변형이 구해져 구조안전성평가에 이용된다
6.내화성능평가
가. 평가기준
①기능별 평가기준
피난안전 확보, 연소확대방지, 도괴방지
②부재별 평가기준
구획부재, 가구부재별
나. 평가항목
차열성, 차연성, 차염성, 구조안전성
7.평가기준을 만족하지 않을 경우
부재사양을 변경하거나 화재구획위치를 변경하여 다시 화재성상예측, 부재온도의 예측, 분석하여 평가기준을 만족할 때까지 이 작업을 반복한다.
<피난계획의 기본방안과 피난계획수립 원칙>
1.피난계획의 기본방안
가. 피난행동과 피난경로
①발화실에서의 피난
거실발화의 경우 연기가 충만하기 전에 실내에 있는 전원이 출입구를 통해 실외로 탈출할 수 있도록 계획
②발화층에서의 피난
연기가 발화층의 피난경로를 오염시키기 전에 발화층에 있는 전원이 계단실 또는 특별피난계단 부속실 등 안전한 부분까지 피난할 수 있도록 계획
③상층에서의 피난
다층건물에서 수직피난동선인 계단에서의 혼란을 막기위해 발화층, 바로위층, 연기전파가 우려되는 최상층 순으로 위험이 미치기 쉬운 층부터 순차적으로 피난시킬 수 있도록 계획
④중간피난 거점
초고층건축물과 같이 지상층까지 거리가 긴 경우에는 중간에 외기로 개방된 안전한 장소를 설치하고 그 곳을 일시적인 피난장소로 한다.
⑤피난층에서 옥외로의 피난
재실자가 옥외까지 피난해야하는 경우 피난층에서 최종피난장소까지의 일관된 피난동선계획을 수립한다.
나. 재실자의 특성에 대한 배려
①건물내 각부분의 피난대상자 수 예상
a.최대재실자수를 대상으로 하는 것이 원칙이다
b.주택, 호텔객실층과 같이 이용자수가 한정된 곳은 설계인원을 대상자수로 한다.
②재실자의 특정, 불특정 구별과 피난능력
a.불특정 이용자의 경우 피난로나 건축물 전체상황에 대한 사전지식이 없으므로 피난시설이나 피난 유도시설을 계획한다.
b.피난능력에 대해서는 행동능력뿐만아니라 비상시 판단력이 부족한사람, 시각 및 청각장애자 같은 재해약자를 고려한 피난계획 수립
다. 건축물용도에따른 배려
①임차인이 입주함에 따라 칸막이 벽이 변하는 경우나 실의 용도, 일상의 유지관리에 따른 배려
②여관이나 호텔과 같이 취침시설의 경우 화재의 조기감지가 곤란한 경우가 많고 피난개시가 늦어지는 피난지연이 발생하기 쉬우므로 이에 대한 대책 간구
③복합용도 건축물로 이용시간대가 달라 피난로의 차단과 방범대책 간구
라. 방화대책의 신뢰성확보에 대한 배려
대규모의 open central area를 방화.방연 셔터로 구획할 경우 area전체에 대한 방화구획이 성립하기 위해서는 많은 셔터를 폐쇄해야하며 그 신뢰성은 가동부위의 수가 많을 수록 낮아진다.
이런 경우에는 적어도 상부의 몇 개층은 glass screen을 병용하면 연기의 전파를 방지할 수 있으므로 효과적이다. 또한 중요한 구획부에는 고정벽을 설치하는 등 화재의 영향이 전체에 미치지 않도록 배려한다.
2.피난계획의 원칙
가. 2방향 피난의 확보
①복도에서의 2방향 피난
a.복도의 양끝부분을 피난계단으로 이용하는 것이 이상적이다.
b. 어쩔 수 없이 막다른 공간이 생기는 경우 발코니와 피난트랩을 설치하는 등 배려가 필요
②거실내의 2방향피난
a.면적이 큰 거실은 서로 떨어진 위치에2이상의 출입구를 설치한다
b.아파트, 병원, 사회복지시설 등은 발코니를 통하여 피난할 수 있는 경로를 설치한다.
나. 피난경로의 구성
①피난행동은 물리적, 심리적으로 어려운 상태에서 이루어지므로 연기가 가득찬 상태에서 피난하는 것을 가정하여 단순 명쾌한 피난경로로 구성한다.(fool proof)
②불특정이용자는 피난경로를 인지하고 있지않아 왔던길로 되돌아가거나, 밝은 쪽으로 향하거나, 군중의 뒤를 따르려는 특성이 있다. 이런 심리적 특성을 배려하여 피난경로를 구성한다
③피난시설은 평면계획상 균형있게 배치한다. 배치가 지니치게 치우쳐 있으면 피난계산시 폭이나 크기가 부족한 것으로 평가된다.
다. 안전구획의 설정
①안전구획의 요건
a.안전구획이란 피난자를 화염. 연기로부터 보호하면서 동시에 계단으로의 연기 유입을 방지하는 역할을 하는 공간
b.거실에 가까운 순으로 복도를 제1차안전구획, 특별피난계단의 부속실을 제2차안전구획이라 한다.
계단실은 안전구획이라 하지 않는다.
c.안전구획의 개구부는 자동폐쇄장치가 있는 문이어야하며 안전구획에는 제연설비를 설치하여야한다. 소규모 안전구획은 과압에 의해 문 개폐에 지장이 생길 수 있으므로 제연설비를 설치하지 않는 것이 좋은 경우도 있다
d.대규모 건축물 또는 고층건축물 등 피난에 긴 시간을 요하는 경우 피난계단에 이르는 피난경로를 단계적으로 안전구획화한다.
②계단전실 및 수평피난방식
a.피난계단이 거실에 직접 면해 있는 경우 계단전실을 설치하여 수직관통부인계단실을 방호하면서 피난자가 체류할 수 있게하여 피난안전성을 높인다.
b.평면을 복수의 zone으로 구획하여 방화구획된 비발화 zone으로 우선 피난하고 피난층에 피난하기까지 일시적으로 체류하게하여 피난안전을 도모하는 방식을 수평피난방식이라 한다.
수평피난방식은 계단을 통해 피난하는 것이 곤란한 재해약자에 적합한 피난방식이다.
또 불특정다수가 이용하는 판매점에 적용된 수평피난방식은 계단에서의 혼란을 방지하기 위해 적합한 것이다.
라. 피난시설의 방화. 방연
①피난시설은 재실자가 피난하는 도중에 화염, 연기로부터 보호되어야 하며 안전구획은 비화재층으로의 연기전파를 방지하기 위해서 수직관통부와 방화, 방연성능이 요구된다.
②제1차안전구획인 복도는 그 층의 체재자 전원이 계단 또는 특별피난계단의 부속실로 도달하기 까지는 화염, 연기로부터 보호되어야 한다.
복도의 구획을 구성하는 벽이나 문은 불연재료로 구성되고 복도에 연기가 충만하지 않도록 차연성이 있는 구획과 배연설비를 검토한다.
③피난계획 또는 특별피난계단부속실은 최후까지 보호되어야할 피난로이며 소방활동의 거점이되는 장소이다. 벽이나 문은 고도의 내화성능, 차연성능이 요구되므로 방화구획, 배연설비등이 설치되어야 한다.
④고층건축물의 중간에 피난장소를 설치한 중간피난층이나 저층부의 옥상광장에 대기할 수 있도록 한 계획의 경우 이들 장소는 타부분에서의 화염이나 연기에 대해 안전하도록 계획한다.
마. 인간의 심리, 생리를 배려한 계획
①귀소본능(歸巢本能)
모르는 길보다는 알고있는 길로 늘 사용하던 길로 되돌아 가려는 본능. 피난동선돠 일상동선을 일치시켜 평소에 이용하는 복도나 계단을 사용하여 안전하게 피난할 수 있는 동선계획이 바람직하다
②지광본능(至光本能)
밝은 쪽으로 나아가려는 경향. 출입구, 계단 등은 가능한한 밝은 외부에 접하게 한다.
③추종본능(追從本能)
군중심리로서 타인의 움직임을 따라 이동하는 성질이 있다거나 강력한 리더를 추종하는 경향이 있다. 불특정 다수가 모이는 시설에는 피난을 유도할 수 있는 리더의 육성이 필요하다.
④퇴피본능(退避本能)
연기등 위험에서 멀리 떨어지려고 하는 경향
⑤좌회본능(左廻本能)
오른손잡이인 경우 오른손 오른발이 발달해 있기 때문에 왼쪽으로 도는 것이 자연스럽다. 이는 강한쪽을 밖으로 내고 약한쪽을 안으로 하려는 본능 때문이라 한다. 피난로의 관리에 이를 적용한다.
바. 대규모 복합건축물의 구획
1개의 건축물에 다양한 용도뿐만 아니라 소유구분, 관리구분이 서로다른 대규모 복합건축물이 증가하고 있어 부분적인 영업시간의상이, 방화관리체제 등 복잡한 문제가 발생할 수 있다.
화재의 영향이 타 관리 부분에 미치지 않도록 확실한 방화구획 및 피난시설을 상호이용시 한쪽의 화재가 다른쪽의 피난에 영향을 주지 않도록 계획한다.
사. 재해약자를 배려한 계획
①병원, 사회복지시설
a.복도의 안전구획이 성립되지 않을 경우 피난에 유효한 발코니를 설치한다.
b.재해약자는 자력으로 안전한 층까지 수직으로 피난하는 것이 쉽지 않으므로 평면을 복수로 방화구획하여 비화재zone에 일시적으로 피난하는 수평피난방식이 효과적이다.
c.재해약자는 계단내의 피난이 쉽지 않으므로 또 상층으로 연기를 전파하지 않도록 하기위해 특별피난계단이 요구되지 않는 규모라도 계단실에는 구획된 전실을 설치해 그 곳으로 대피하는 것도 바람직하다
d.수술실, 중환자실, 인공투석싱과 같이 수평으로 이동시키는 것조차 불가능한 사람이 있는 부분에서는 그 부분을 다른 화재로부터의 영향을 차단하는 신뢰성이 높은 방화, 방연구획으로 계획하고 이렇게 구획된 zone에도 최종피난경로로 피난계단 또는 또하나의 구획된 zone으로의 경로를 확보하는 것이 원칙이다.
②일반시설에서 재해약자의 안전
공공시설이나 불특정인이 사용하는 일반시설에서 비상시 재해약자에 대한 안전을 확보할 수 있도록 계획이 필요. 수평피난방식은 불가능할 지라도 계단전실과 같이 방화, 방연적으로 보호된 일시적 대기공간 등을 계획.