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자연발화와 인화에 의한 발화 1.개요 (열운반 반복) ① 발열 > 방열 ② 열축적 - 온도 상승 - 반응가속 -온도상승 반복 -발화온도 이상시 발화 2. 차이점 ① 계내의 온도분포의 차이 ② 가열온도가 낮은 경우 온도분포 최대치 중심부 가열온도가 높은 경우 온도분포 최대치 외측
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고분자 물질의 연소 1. 개요 건물내에서 발생하는 화재는 내장재료나 가구를 구성하고 있는 고분자 물질을 중심으로한 유기재료가 복잡하게 조합되어 연소하는 현상 2. 고분자 물질의 연소 메카니즘 액체미립자
흡열과정 분해증발과정 혼합과정 발화연소과정 배출과정
고분자 물질 연소기구
3. 연소과정 (흡분혼연배) ① 흡열과정 열을 흡수하여 물을 함유하는 경우에는 수분증발하고 용융하는 것은 용해 ② 분해증발과정 열을 흡수하여 휘발분은 휘발하고 가소성물질인 경우는 증발하고, 분해성물질은 열분해 하게된다. ③ 혼합과정 분해증발과정에서 생성된 가연성 기체가 공기중에 확산하여 그 혼합농도가 연소범위내에 들어가게 되면 가연성 혼합기를 형성 ④ 발화연소과정 이때 발화원이 있으면 착화원에 의해, 또는 주위온도가 발화점이상 올라가면 발화하여 발염연소 시작 ⑤ 배출과정 연소가 일어나면 연소열의 일부와 연소생성물은 계외로 배출되고 연소열의 다른 일부는 전도, 대류, 복사를 통해서 미연소 고분자 물질을 통하여 고분자물질을 가열하고 다시 흡열과정이 대풀이 되어 연소사이클이 형성된다 |
⑥ 훈소과정 열분해에 의해 가연성생성물이 생겼을 때 바람에 의하여 - 농도가 현저히 희석되었다든지, - 공간이 밀폐되어 있어서 산소공급이 부족하던가 하면 가연성혼합기는 형성되지 않고 발염도 되지 않는다. 이 경우 분해생성물은 분해과정에서 직접 계외로 빠져나가게 되는데 이를 훈소라 한다. 4. 고분자물질 화재의 위험성 ① 가연성 물질 - 열가소성 : 열에 약하여 용융증발 - 열경화성: 열분해되어 가연성 혼합기 형성 쉽게 착화 ② 화재하중 및 화재가혹도↑ - 합성고분자 물질 : 발열량이 크기 때문에 화재하중이 커서 화재가혹도 커지고 화재급격히 확대 피난을 어렵게 만든다. ③ 발연량↑ K= CS(V/W) 고분자물질은 발연계수가 커서 다량의 연기발생 피난 어렵다. ④ 연기의 색 (농연) - 합성고분자 물질구조상 탄소포함하고 있기 때문에 다량 흑연발생 - 가시거리 CSD = 2-4(비발광체). 5-10(발광체) - 감광계수가 커서 가시거리 짧다 ⑤ 유독성 가스 다량 발생 -합성고분자 연소시 많은 유독가스 발생 5. 고분자 물질의 연소생성물 ① 분해생성물(휘탄무, 아케방, 타탄미) ㉮ 기체: 휘발성물질. 탄화수소계열, 무기산등 ㉯ 액체: 포름알데히드등 알데히드류. 케톤류, 방향족 탄화수소 ㉰ 고체: 타르. 탄화물. 미반응 물질 ② 연소생성물 ㉮ 완전연소생성물: CO2. H2O ㉯ 불완전연소생성물: CO. 에어로졸 ㉰ 고분자물질은 종류가 많으므로 수없이 많은 분해생성물 및 연소생성물을 만들 수 있다 |
확산연소와 예혼합 연소 1. 확산연소
① 화염반응대에 연료가스와 산소가 농도차에 따른 확산현상으로 서로 반대방향에서 확산되어 연소 ② 연료와 산소의 이동과정은 높은 농도에서 낮은 농도로 이동한다는 Fick의 법칙에 따른다. 즉, 산소는 반응에 의해 농도가 0이 되어버리는 반응영역의 화염 쪽으로 이동. 연료는 반대방향에서 화염을 향해 이동 ③ 산소가 들어오는 부분만큼 밖에 반응이 일어나지 않기 때문에 불완전 연소 ④ 자연화재 연소는 대부분 확산화염이며 일반적인 예로서는 성냥화염이나 양초화염, 액면화재의 화염,등 ⑤ 층류확산화염과 난류확산화염이 있으며 층류확산화염은 분자확산에 의해 지배되며, 난류확산화염은 와류에 의한 산림화재를 들 수있다. ⑥ 중력과 부력, 난류성이 화재를 지배하는 주요소
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2. 예혼합연소
① 가연성기체와 지연성기체가 미리 혼합된 상태에서 연소 ② 확산화염에서는 화염면의 전파가 일어나지 않으나 예혼합화염에서는 화염면의 전파가 수반되며 밀폐공간에서는 급속한 압력증가를 초래하고 충분한 압력이 전파되는 화염 뒤에 축적되면 화염면에 충격파를 형성 ③ 화염대가 온도곡선의 변곡점을 경계로 하여 예열대와 반응대로 분리 ④ 예열대는 미연혼합기가 반응대에 유입직전의 영역 화학반응은 일어나지 않고 온도만 상승 ⑤ 반응대에서 연소반응 발생 발열은 이 영역에서 발생 ⑥ 예혼합화염에는 층류예혼합화염과 난류예혼합화염이 있으며 어느 것이나 화염면이 자력으로 전파하는 성질을 가지고 있다. ⑦ 화염 전체에 비해 대단히 엷다 ⑧ 예 ㉠분젠버너 연소 . ㉡ 가정용 가스기기 점화, ㉢ 기상폭발시의 연소 |
불꽃연소(Flaming Combustion)와 작열연소(Glowing Combustion) 1 불꽃연소 (Flaming Combustion) (1) 연소특성 가. 연료의 표면에서 불꽃(화염)을 발생하며 연소하므로 표면화재 나. 고체의 열분해, 액체의 증발에 따른 기체의 확산이 관여되어 연소양상이 매우 복잡. 고체 ․액체․기체연료 모두에서 발생될 수 있는 현상 다. 연소속도가 매우 빠르며 시간당 방출연량이 많다. 라. 불꽃의 온도는 열방출속도와 연소가스 발생량 및 열용량에 의해결정 마. 발생열량의 2/3 정도가 방출연소가스의 가열에 소모되고, 1/3은 주위로 복사방출된다. (2) 연소의 예 가. 가솔린 등 석유류의 액면화재에 의한연소 나. 열가소성 합성수지류 : 액화․분해․증발에 의해 불꽃연소만 일어난다. (3) 소화대책 연쇄반응이 포함되는 연소이므로, 연소4면체 이론이 적용되어, 냉각, 질식, 연료제거, 연쇄 반응의 억제에 의한 소화대책이 필요하다. 2 작열연소(Glowing Combustion) (1) 연소특성 가. 연료의 표면에서 불꽃(화염)이 발생되지 않고 작열하면서 연소하는 현상으로 표면 연소라고도 하며 화재의 양상은 심부화재이다. 나. 연쇄반응이 일어나지 않는다. (2) 연소의 예 가. 연탄, 설탕, 전분, 목재, 종이, 짚, 열경화성 합성수지는 처음에는 불꽃연소로 시작되어 차츰 표면연소 양상으로 변해가는데 나중에는 휘발분이 모두 방출되어 표면연소(작열연소)만 일어난다. 나. 휘발분이 없는 순수한 탄소인 코크스나, 숯은 표면연소한다. 다. 금속물질인 Al, Mg, Na등도 표면연소한다. 이들 금속의 연소시 온도는 300℃~3500℃정도이다. (3) 소화대책 연쇄반응이 없으므로 연소 3각형 이론에 의해 질식, 냉각, 연료제어의 소화대책이 필요하다. |
※ 심부화재 : Deep Seated Fire ① 개요 ㉠ 짚더미, 곡물창고, 가구 등의 가연물 속으로 깊숙이 파고 들어간 화재 ㉡ 잘 진화되지 않는 화재 ㉢ 구조재를 심각하게 훼손시키는 화재 ㉣ 작열(Glowing)연소에 의한 화재 ② NFPA Hand book의 정의 ㉠ Flaming mode가 아닌 Smoldering mode의 화재로서 진화가 매우어렵다. ㉡ 표면에 주수나 폼주입으로는 심부까지의 침투가 어려워 소화가 어렵다. ㉢ Smoldering 물질 주위를 불활성 가스나 할론가스로 둘러싸는 것이 효과 적이며,이러한 상태로 상당시간 (약 10분) 유지시켜 내부를 냉각시켜야 한다. ㉣ Smoldering 물질이 산소의 진입이 되지 않도록 오랫동안 소화약제 가스 에 둘러싸이면 연소는 저절로 중단된다. 그러나 열분해나 연소에 의한 가스가 내부에서 생성되며 다공극의 물질이기 때문에 압력이 상승하게 되고 막힌 부분의 어딘가를 통해 터져 나가려 할 것이다. ㉤ 소화를위한 실질적인 방법으로서는 Smoldering물질을 건물로부터 제거해 버리거나 공기권에서 타게 하거나 또는 물 속에 오랫동안 잠겨두는것이다. ※ 표면화재 : Flash Fire, Surface Fire, 불꽃연소 ㉠ 인화성액체나 가연성액체 또는 가스의 표면을 타고 순간적으로 확산되는 분출성 화재 (cf ; 심부화재(Deep Seated Fire)와 구분) ㉡ 가연성물질의 표면에서 화염을 발생하며 연소하는 화재 ㉢ 숲 바닥에 쌓인 작은 가지나 나뭇잎, 키 작은 식물 등을 태우며 진행되는 화재로서 산불의 전형이다. ※내무부정의(‘97. 10. 예방 13807-657) 일반적으로 표면화재의 연소특성은 가연물 자체로부터 발생된 증기나 가스가 공기중의 산소와 혼합기를 형성하여 연소하며, 연소속도가 매우 빠르고 불꽃 과 열을 내며 연소하므로 일명 불꽃연소라고 하며 이에 연소시 가연물․ 열․공기․순조로운 연쇄반응이 필요합니다. 반면, 심부화재는 표면화재와 달리 순조로운 연쇄반응이 아닌 가연물․열․공기 등의 화재의 요소만 가지고 가연물 이 연소하는 것으로서 연소속도가 느리고 불꽃이 없이 연소하며 가연물과 공 기의 중간지대에서 연소가 국부적으로 되는표면연소의 형태를 보이기 때문에 일명 표면연소 또는 작열연소라고 합니다. |
열전달 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 확산을결정한다. 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 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
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] 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 |
착화원의 종류 (나고충전 정복자단) 1.나화 1 난방, 담뱃불, 난로, 소각 등의 나화 2 보일러, torch lamp 등의 나화 3 가스냉장고 등의 작은 화염
2 고온표면 1 전열기, 가열로, 배기관, 연도 등의 고온부 2 용융금속, slag 3 가스절단의 불꽃
3 충격마찰 1 주물제 공구에 의한 충격불꽃 2 회전 부분의 마찰면 3 배관 내면과의 마찰에 의해서 생성하는 고온 scale 입자
4 전기불꽃 1 전구의 파괴 2 전기활선의 단략 또는 전략 3 절환스위치의 개패 4 자동제어장치, 냉장고 등의 전기접점
5 정전기 불꽃 1 석유류의 유동 또는 여과 2 가연성가스 또는 미스트분출 3 습기있는 스팀의 누설 4 노즐에서 나오는 수류의 충격 등
6 복사열 1 태양광선의 열 2 화염의 복사열 등
7 자연발화 1 흡습, 산화, 분해, 흡착, 중합 등에 의한 화학반응열의 축적 2 혼합위험에 의한 반응열의 축적
8 단열압축
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전기화재 원인과 대책(출화경과에 따른 분류) - 과단지누접 스절열정낙 1. 개요 - 전기화재란 전기에 의한 발열체가 발화원으로 작용하는 화재를 말하는 것으로 전기회로 중에 발열 이나 방전이 일어날 수 있는 장소에 가연물 등이 존재할 때 발생하는 화재
2.문제점 - 국내의 경우 전체 화재발생 원인의 약 40% 이상을 차지하고 있으며, 이것은 화재원인 조사시 문제점으로 지적되고 있다. 즉, 화재의 원인파악이 상당히 어렵고 난해하다는 것으로 화재의 원인을 대부분 전기화재(누전)로 미루려는 경향이 있다.
3. 발생원인 1)과전류에 의한 발화 - 전선에 전류가 흐르면 Joule의 법칙에 의하여 열이 발생하는데 과전류에 의하여 발열과 방열의 평형이 깨지면 발화의 원인으로 작용 2) 단락(합선)에 의한 발화 - 전선 또는 전기기계에 전기적. 기계적 원인으로 합선이 일어나면, 저압옥내배선인 경우 1,000A 이상의 단락전류 발생 - 단락에서 발생한 스파크로 주위의 인화성 물질착화 - 단락시 적열된 전선이 주위의 인화성 물질에 접촉, 착화 - 불완전 단락시 발생하는 열에 의해 전선 피복의 연소 3) 지락에 의한 발화 -단락전류가 대지로 통하는 것을 지락 -금속체등에 지락될 때 스파크 -목재등에 전류가 흐를 때 발화현상 4) 누전에 의한 발화 - 전선이나 전기기기의 절연이 파괴되어 전류가 대지로 흐르는 것 누전 누설전류의 발열 누적 5) 접속부 과열에 의한 발화 - 전기적 접촉상태가 불안전 할 때 접촉저항에 의한 발열 6) 스파크에 의한 발화 - 스위치의 ON. OFF시 스파크에 의한 발화. OFF시 더 심하다 7) 절연열화 또는 탄화에 의한 발화 - 배선기구의 절연체 등이 시간경과에 따라 절연성이 저하 되거나 탄화되어 발열 또는 누전현상을 일으킨다. 8) 열적경과에 의한 발화 - 열발생 전기기기를 방열이 잘되지 않는 장소에서 사용할 경우 열의 축적에 의한 발화 9) 정전기에 의한 발화 - 정전기 스파크에 의해 가연성 가스에인화하는 위험이 가장 크다. 10) 낙뢰에 의한 발화 - 순간적으로 수만 A 이상이 흐르게 되므로 절연의 파괴 또는 화재의 원인이 된다.
4.방지책 1) 과전류 차단기 사용 및 전선은 허용전류 이상의 것 사용 2) 누전차단기 설치 3) 접지 및 본딩하여 정전기 방지 4) 설계,시공시 철저한 시공 및 감리 5)전기제품의 품질향상 도모(KS제도 활용 등) |
전기불꽃에 의한 인화 개요 ① 전기불꽃은 에너지 밀도가 높은 착화원 ② 가연성 기체나 증기가 그 대상 ③ 화재나 폭발사고시 정전기 불꽃, 전기불꽃의 원인이 다수 전기불꽃에 의한 인화의 구조 ① 전극 사이의 혼합기체에 방전의 형태로 에너지 부여 ② 발열과 방열의 차이에서 자연발화가 발생하며 전기적 작용은 발화에 큰 영향이 없다. 최소발화에너지 (1) 개요 ① 가연성 혼합기체에 착화원으로 점화시 발화하기 위해 착화원이 갖는 최소에너지 ② 가연물의 종류, 외부조건 등에 따라 한계방전에너지가 존재 ③ 전기불꽃에 의한 인화의 발생 용이도의 기준이 됨 (2) 최소발화에너지 ① E = 1/2 CV² E = 최소발화에너지(J) C = 콘덴서 용량(F) V = 전압 ② 통상 최소착화에너지는 매우적으므로 J의 1/1000인 mJ을 사용 ③ 1기압, 상온에 있어서 최소 발화 에너지 - 탄화수소 : 10 ̄¹mJ,가솔린 엔진 등의 불꽃 에너지의 약 1/1000. (3) 영향요소 ① 가연성 물질의 온도, 압력, 농도, 전극의 형태등 ② 온도가 상승 - 분자간 운동이 활발 - -> MIE는 작아진다 ③ 압력이 상승 - 분자간 거리가 가까위짐 --> MIE는 작아진다 ④ 농도가 상승 - 저급 탄화수소의 경우 화학양론 혼합비에서 최소 - 탄소수 증가에 따라 연료과잉측에서 최소 |
- 당량비 Ø란 공기중 가연성 가스 농도를 이론 농도로 나눈 값 Ø >1 과잉 Ø <1 희박. ⑤ 최소착화압력 - 압력이 낮아서 점화할 수 없는 한계 ⑥ 유속과 함께 증대 : 같은 유속에서도 난류의 강도 가 커지면 MIE는 증가 ⑦ 소염거리 소염거리(Quenching Distance) (1) 개 요 ① 최소발화에너지는 전극간 거리가 짧아지면 작아지다가 ② 어떤 값에 도달하면 갑자기 무한대가 되고 ③ 그 거리 이하에서는 아무리 큰 방전 에너지를 부여하여도 인화하지 않게 된다. ④ 이와 같이 인화가 일어나지 않는 최대거리가 소염거리 (quenching distance) ⑤ 이는 화염전파 방지 장치의 설계시 중요한 요소 (2) 발생이유 ① 전극 간격이 좁아지면, 전극을 통한 방열이 증대하고 발열과 방열의 균형이 이루어 질 수 없기 때문이다. ② 소염거리가 생기는 것은 전기불꽃과 같은 단시간 가열에 있어서도 방열이 발화에 중요한 역할을 하고 있음을 나타내는 하나의 증거 (3) 최소 발화에너지와 소염거리 관계 ① Hc = dc²λ(Tf - Tu)/Su 여기서, Hc : 화염면 전체에서 얻어지는 에너지 dc : 소염거리 λ : 화염평균전달율 Tf : 화염온도 Tu : 미연가스 온도 Su : 연소속도 ② 최소발화 에너지는 소염거리와 미연가스 온도와의 차(화염온도)에 비례하고 연소속도에 반비례 |
정전기
1. 개요 정전기란 전하의 공간적 이동이 적어 이 전류에 의해 자계효과가 전계효과에 비해 무시할 정도로 아주작은 정기를 말한다
2. 발생 메카니즘 1) 일함수 ① 물질내부의 자유전자는 물체에 빛을 쪼이거나 가열하는등 외부에서 물리적 힘을 가하면 이 자유전자는 입자외부로 방출되는데 이때 필요한 최소에너지를 일함수라 한다. ② 두종류의 물체를 접촉시키면 접촉면에 낮은 일함수를 갖는 물체에서 전자가 튀어나와 높은 일함수를 갖는 물체에 이동 ③ 그 결과 전자의 이동으로 일함수가 높은 표면은 (+)로낮은 금속표면은(-)로 대전하여 전기 2중층을 형성 2) 전하분리 ① 물체 접촉면의 전기이중층 형성, 전기이중층 분리에 의한 전위상승, 분리된 전하소멸의 3단계 과정이 연속적으로 일어날 때 발생 ② 평상시 정부 전하 존재하지만 그양이 같아 총전하량은 0 ③ V = Q/C [V] Q : 전하량. C : 정전용량 물체 분리시 정전용량이 감소하면 접촉전위는 수mV에서 수KV로 상승 ④ 분리된 물체중의 발생전하는 누설과 재결합의 과정을 거쳐 소멸
3) 정전기 발생에 영향을 주는 요인(특표이면분) ① 물체의 특성 - 정전기 발생은 대전서열 중에서 가까은 위치에 있으면 작고, 떨어져 있으면 크다 ② 물체의 표면상태 - 표면이 거칠면 정전기 발생이 쉽고 수분 기름등에 오염되어 있거나 부식되어 있으면 정전기 발생에 영향을 준다. ③ 물체의 이력 - 정전기 발생은 처음 접촉분리가 일어날 때 최고로 크고 접촉, 분리가 반복되어짐에 따라 작아진다 ④ 접촉면적 및 접촉압력 - 접촉압력이 증가하면 접촉면적도 증가하기 때문에 일반적으로 접촉압력이 크면 정전기 발생도 크게되는 경향이 있다 ⑤ 분리속도 - 분리속도가 크면 전하분리에 주어지는 에너지가 커져서 정전기 발생이 크게되는 경향이 있다 2. 정전기 대전현상( 마박유비적 유분충) 물체에 발생된 전하중 일부는 소멸되지 않고 축적되는데 식으로 표시하면 Q = Qg -Ql 이며 고체, 액체, 기체에 따라 다르다 ① 마찰대전 : 물체가 마찰할 때 접촉위치가 이동하고 전하분리가 일어나 정전기발생 ② 박리대전 : 접촉되어 있는 물체가 벗겨질 때 전하분리가 일어나 정전기 발생 ③ 유도대전 : 대전물체 부근에 절연도체가 있을 때 정전유도를 받아 대전물체와 반대극성 전하가 나타나는 현상 ④ 비말대전 : 비말(물보라)은 공간에 분출한 액체류가 비산해서 분리되고 많은 물방울이 될 때 새로운 표면을 형성하기 때문에 정전기 발생 |
⑤ 적하대전 :고체표면에 부착된 액체류가 성장 액적 물방울이 되어 떨어질 때 전하분리가 일어나 정전기 발생 ⑥ 유동대전 : 액체가 파이프 호스내를 흐를 때 ⑦ 분출대전 : 분체류, 액체류, 기체류가 단면적이 작은 개구부에서 분출 될 때 마찰이 발생 정전기 발생 ⑧ 충돌대전 : 액체 분체가 충돌할 때 빠르게 접촉 분리가 일어나기 때문에 정전기 발생
3. 정전기 방전현상 ① 코로나 방전 코로나 방전은 기체방전의 한 형태로서 불꽃 방전이 일어나기 전에 국부적인 절연이 파괴되어 방전하는 미약한 발광 방전이며 빛은 약하다. ②스트리머 방전 기체방전에서 방전로가 긴 줄을 형성하면서 방전하는 현상을 Streamer 방전이라고 한며 비교적 강한 파괴음과 발광을 동반하는 방전 ③ 불꽃 방전 기체방전에서 전극간의 절연이 완전히 파괴되어 강한 불꽃을 내면서 방전하는 것을 불꽃 방전이라고 하며 강한 파괴음과 발광을 동반하는 방전 전극사이의 한 점에서 전계강도가 공기의 절연내력인 3kv/mm의 값에 도달할 때 발생 ④ 연면 방전 코로나 방전이 절연체의 면 위를 따라서 발생하는 현상을 연면 방전이라고 한다
4.정전기 위험성 ① 화재및 폭발 - 가연성 물질이 공기등과 혼합하여 폭발한계내에 있을 것 - 최소착화에너지 이상의 방전에 충분한 전위 ② 전격 - 정전기가 대전되어 있는 인체로부터 혹은 대전물체로부터 인체로 방전이 일어나면 인체에 전류가 흘러 전격재해가 발생 ③ 생산장해 - 정전기 역학현상과 방전현상에 의해 발생
5. 정전기 방지대책 (1) 도체의 대전방지대책 ①접지 및 본딩 - 접지란 물체에서 발생한 정전기를 대지로 누설시켜 물체에 정전기가 축적되는 것을 방지하는 것으로 정전기 방지대책의 기본 - 접지는 1×106Ω 이하이면 족하나, 확실한 안정을 위해서는 1×103Ω 미만으로 하되, 실제 설비적용은 100Ω 이하로 관리가 기본 - 금속물체 사이가 절연상태로 되어 있는 경우이 사이를 도선으로 결합 전위차를 제거 |
방전을 방지 ② 배관내 액체의 유속제한 - 탄화수소의 절연성 액체 이송시 정전기 대전량은 Shon - Bustion의 실험에 의하면 1.75승에 비례한다. 따라서 배관내 유속은 가능한 억제하여야 하며 이동용 저장탱크 주입구 주입속도는 1m/s이하 ③ 정치시간 - 정치시간은 대전방지 효과와 밀접한 관계가 있으며 정전기 발생이 끝난후 접지에 의해 대전된 정전기가 누설될 때가지 시간을 말함
(2) 부도체의 대전방지대책 ① 가습 - 상대습도가 60- 70% 이상이면 정전기 방지 - 물을 분무하는 방법, 증기를 분부하는 방법, 증발법 ② 대전방지제 사용 - 부도체의 도전성을 향상 시킴으로써 대전을 방지하는 물질 - 섬유나 수지의 표면에 흡습성과 이온성을 부여하여 도전성을 증가하여 대전방지 도모 제전제로 쓰이는 물질은 주로 계면활성제 ③ 제전기 사용 - 제전은 물체에 대전된 정전기를 이온(ion)을 이용하여 중화(中和)시키는 것으로서, 대전체 가까이 설치된 제전기에서 발생되는 이온중에서 대전물체의 전화와 반대극성의 이온이 대전물체로 이동하여 대전전하와 결합하여 중화시키는 것이다. - 제전기의 종류 제전기는 제전에 필요한 이온의 생성방법에 따라, 전압인가식 제전기, 자기방전식 제전기, 방사선식 제전기 등 3종류로 구분
㉮ 전압인가식 제전기 제전전극에는 7000V 정도의 고전압을 인가 침상전극에서 코로나 방전이 발생 하고 방전에 의해 이온이 발생, 이 제전기에 사용하는 고압전원은 교류방식과 직류방식이 있는데, 주로 교류 방식이 많이 사용되고 있다.
㉯ 자기방전식 제전기 자기방전식 제전기는 제전대상 물체의 정전에너지를 이용하여 제전에 필요한 이온을 발생시키는 장치로, 이는 대전물체의 전기적 작용에 의해 생기는 전계를 접지한 침상(針狀)도체에 집중시켜 그 전계에 의해 기체를 전리시켜서 제전에 필요한 이온을 얻는 것이다. 따라서, 전원이 필요하지 않고 간단한 구조의 제전전극만으로 구성되어 있어 설치와 사용이 아주 편리하고, 점화원이 될 염려도 없어 안전성이 높은 이점이 있다.
㉰ 방사선식 제전기(防射線式 際電器) 이 제전기는 방사선 동위원소 등으로부터 나오는 방사선의 전리작용(電離作俑)을 |
이용하여 제전에 필요한 이온을 만들어 내는 것으로, 점화원이 될 위험은 없으나 위험한 방사선 동위원소를 사용하기 때문에 사용상의 많은 주의가 필요하다. 또한, 피 대전물체가 방사선에 영향을 받을 우려가 있고, 제전능력이 작아서 제전에 많은 시간이 걸리는 단점이 있어 움직이는 대전물체에는 적합하지 않다
(3) 인체의 대전방지대책 ① 대전방지화 대전방지용 안전화는 구두 바닥이 저항을 108~105Ω로 유지하여 도전성 바닥과 전기적으로 연결시킴으로써, 정전기의 발생방지는 물론 대전방지의 목적도 가하는 것으로 효과가 매우 크다.
② 대전방지 작업복 제전복은 폭발위험분위기(가연성 가스, 증기, 분진)의 발생 우려가 있는 작업장에서 작업복 대전에 의한 착화를 방지하기 위한 것으로, 인체 대전방지 효과도 있으며 이는 일반 화학섬유 중간에 일정한 간격으로 도전성 섬유를 짜 넣은 것이다.
③ 손목 접지대(wrist strap) 이는 앉아서 작업할 때에 유효한 것으로 손목에 가요성이 있는 밴드를 차고 그 밴드는 도선을 이용하여 접지선에 연결함으로써 인체를 접지하는 기구로, 이 접지대에는 1㏁ 정도의 저항을 직렬로 삽입하여 동전기의 누설로 인한 감전사고가 일어나지 않도록하고 있다.
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트래킹 및 흑연화현상 1. 트래킹 (Tracking) (1) 전기제품 등에서 충전전극 사이의 절연물 표면에 경년변화나 수분을 함유한 먼지등의 어떤 원인으로 인해 부착물간에 소규모 방전이 발생 (2) 이것이 반복되면 도전성 통로가 형성되는 현상을 트래킹이라 함 (3) 무기절연물은 도전성물질 생성이 적기 때문에 문제가 적지만, 유기절연물은 탄화하여 도전성물질(흑연) 생겨 문제 (4) 지락, 단락으로 발전하여 발화
2. 흑연화 현상(Graphite가네하라) (1) 목재가 화염에 의해 탄화한 경우 무정형 탄소가 되어 전기를 통과시키지 않지만 스파크등 고열을 받을 경우 무정형탄소는 점차로 흑연화되어 도전성을 가짐 (2) 이와같은 현상은 유기절연물에도 발생하는데 유기절연물이 전기불꽃에 장시간 노출되면 탄화 도전로가 생성 (3) 도전로가 증식 확대되면 줄열에 의해 발열발화하는 현상 (4) 트래킹과 흑연화현상은 발생의 시작이 다르지만 유기절연물의 탄소가 흑연화하는 것
접촉불량 및 아산화동 발열현상 1. 개 요 ① 도체의 접속부의 접속상태가 불량이 되면 전류가 흐를 때 발열하여 접촉부 근처 절연 패복이 발화 ② 발열요인으로는 접촉저항 증가에 의한 발열, 아산화동 증식에 의한 발열 두 가지 2. 발화기구 (1) 접촉저항에 의한 발열 ① 금속 및 도체상호간 접촉저항은 보통 0.1Ω 이하이지만 접촉면적 감소등 접촉저항이 증가하면 비례하여 줄열도 커져서 접촉 가연물을 발화 |
② 옥내용 배선선로의 경우 수만암페아 정도의 전류가 흐르므로 접촉불량은 접속단자부의 느슨함이 발생 단자를 소손시켜 발화 (2) 아산화동 발화현상 가. 개요 접촉불량 개소에 스파크가 발생하면 아산화동이 생기는 경우가 있는데 이 현상을 아산화동 발열현상이라 하며 전선등 도체가 고온이 되어 가연물(절연물)을 발화
나 아산화동 저항 온도 곡선
① 상온에서 수십 ㏀의 전기저항 ② 온도 상승과 함께 전기저항이 급격히 저하 ③ 1050 C 부근에서 약 3㏀으로 가장 적다 ④ 더욱 온도를 올리면 전기 저항이 약간증가 다. 발화 ① 아산화동에 고온부가 생기면 저항이 낮아져 집중적으로 전류가 흘러 고온 유지 ② 동의 융점이 1080 C로 고온부 주위 동이 녹아 아산화동이 증식 ③ 고온부 열에 의한 가연물 발화 |
피뢰설비 (수제비, 완전갈보 용빈간수 노출높이 ) (1) 개요 ① 직접적인 영향 (직격뢰) 전류는 60~100 kA 정도이고 온도는20,000oC 까지 상승 ② 간접적인 영향 (유도뢰) 직격뢰에 의해서 대전류가 흐르면 이 전류의 전자 유도작용에 의해서 부근의 도체에 높은전압이 유기 유도뢰에 의한 고전압이 가정이나 건물의 전기기기까지 도달한다면 직격뢰의 경우와 같이 피해가 크게 된다. (2) 낙뢰에 대한 대책 ① 직격뢰에 의한 전류를 대지로 안전하게 방류 시킴으로써 전선로나 건물을 보호② 직격뢰나 유도뢰에 의한 이상전압이 전선로를 따라 건물이나 가정까지 전파되 는 경우를 대비해서 피뢰기 설치 ③ 피뢰기란 정상상태 - 전선과 대지간에 완전히 절연상태를 유지 낙뢰시 - 순간 통전하여 이상전압이 피뢰기 이후까지 전파되는 것을 방지 (3) 피뢰설비 설치방식 ① 수평도체 방식 피보호물의 상부에 수평도체를 가설 뇌격을 흡인. 인하도선을 통해서 뇌격전류를 대지에 방류하는 방식이다. 용마루 가설도체가 많이 사용 ② 케이지(Cage) 방식 피보호물 주위를 새장처럼 생긴 도체로 포위하는 방식 완벽한 피뢰 방법 ③ 피뢰침 방식 뇌격은 선단이 뾰족한 금속 도체부분에 잘 유인되기 때문에 건축물 근방에 접근한 뇌격을 흡인 대지로 방류하는 방식 (4) 피뢰설비의 보호등급 ① 완전보호 - 케이지 방식. 산 꼭대기의 관측소, 휴게소 ② 증강보호 - 피뢰설비의 보호범위를 증가시키는 방식 피뢰침 + 수평 도체식 피뢰설비를 추가하는 방식. ③ 간이보호 보통보호보다 간단. 건물을 가로 질러서 가공지선 형태의 도체를 가설방식 |
④ 보통보호 피뢰침. 보호각 이내로 보호하는 방법. 보호각은 작을수록 좋은데, 일반건축물은 60도, 위험물 관계 건축물은 45도 이하 (5) 피뢰설비 구성 ① 돌침부 - 공중에 돌출시킨 금속체 - 돌침부의 첨단은 피보호물로부터 25cm이상 - 돌침 지지물 - 동관 또는 황동관 ② 피뢰도선 - 돌침부와 접지도선 연결도선 - 30mm2이상 동연선 - 철골 또는 철근콘크리트 건물 - 철골, 철근을 보통 피뢰도선으로 이용 ③ 접지전극 - 피뢰도선과 대지를 전기적으로 접속 - 뇌격전류를 충분히 방출할 수 있는 용량 - 접지저항 10 Ω 이하 (7) 피뢰설비의 설치대상 ① 국내 : 높이 20m 이상의 건축물, 지정수량 10배 이상의 위험물 저장소 NFPA Code : 낙뢰에 의한 손실이 예상되는 모든 시설물 (8) 피뢰설비 설치시의 고려사항 (용빈간수 노출높이) ⓐ 건물의 용도 사람들이 많이 모이는 특수장소 등에는 보다 확실한 피뢰설비가 필요. ⓑ 낙뢰의 빈도 지역에 따라서 상당한 차이, 건물이 위치한 지역의 낙뢰빈도를 고려 ⓒ 간접손실 공장의 생산중단, 방재설비의 기능마비 등의 간접손실도 고려 ⓓ 수용물 역사적으로 귀중한 가치가 있는 건축물,에 귀중한 물건이 있는 경우 ⓔ 노출위험 밀집되어 있는 도시지역의 건물 < 시골지역의 건물 계곡에 있는 건물 <산의 정상에 있는 건물 ⓕ 높이 |
열면발화 자연발화 차이 1. 개요 ① 열면 :가연성 혼합기체를 발화시킬 수 있는 고체의 착화원 ② 발화온도 : 열면발화가 일어나는 열면의 최저온도 ③ 발화구조 : 접촉면을 통해 열이 혼합기체에 전달되고 온도상승 자연발화 발생 2. 차이점 ① 가열의 조건 즉 밀폐계와 개방계의 차이 ② 자연발화 - 열원이 혼합기체를 둘러 싸고, 화학반응은 내부에서 균일하게 반응 ③ 열면발화 - 국부적인 가열로 반대편은 방열면이 됨 - 따라서 표면에서 멀어짐에 따라 온도는 급격히 떨어지고 화학반응은 열면근처에서 활발히 반응 3. 열면 크기와의 관계 (1) 열면이 작을 경우 ① 방열이 크기 때문에 열원의 온도 상승( 발화온도 상승) ② Pentane - air의 경우 - 자연발화온도 : 250C 전후 - 열면발화온도 : 1,000C 이상 ③ 발화온도가 자연발화 온도보다 훨씬 높다 (2) 열면이 클 경우 ① 열면이 증가할 경우 발화온도는 점차 감소 ② 열면이 혼합기체를 둘러싼 경우 가장 낮은 발화온도 4. 유속과의 관계 ① 유속이 증가할 경우 발화온도 증가 ② 따라서 열면발화는 유속이 느린 정체영역에서 일어나기가 쉽다 5. 결론 ① 발화온도는 - 유속이 빠를경우 - 열면크기가 작을 경우 상승 ② 발열과 방열과의 관계에서 방열이 발화에 중요한 요소임을 확인 가능 ③ 자연발화는 축열과정이며 방열이 작을 경우 낮은 온도에서도 발화 |
화염속도 1. 개념 ① 화염이 전파해 가는 속도 ② 가연성 혼합기 중에 한 번 화염이 발생하면 이를 중심으로 해서 주위에 확대되는데 이때에 화염면이 이동해 가는 속도 ③ 정지 관찰자로부터 본 겉보기의 화염전파속도 2. 특징 ① 연소가스이 열팽창 때문에 화염은 이동하고 있는 미연소의 가연성 혼합기 속을 전파 ② 화염속도 중에는 - 미연소의 가연성 혼합기의 이동속도가 가산 - 이동속도는 연소의 상태에 의하여 변동 - 화염의 전파를 이론적으로 고려할 때에는 미연소의 가연성 혼합기의 이동하는 속도를 빼고 계산 ③ 폭굉으로 전이시 전파속도 : 1800 - 2000 m/sec
연소속도 1. 개념 ① 화염면이 미연소의 가연성 혼합기의 표면에 대하여 직각으로 이동하는 속도 ② 이동하고 있는 미연소의 가연성 혼합기에 대한 화염면의 상대적속도 ③ 단위면적의 화염면이 단위시간에 소비하는 미연혼합기의 체적 2. 특징 ① 연소속도는 화염 속에서 일어나는 화학반응의 속도로 정해지 수치 ② 온도 압력의 증가와 함께 증대 ③ 가연성 가스의 조성이 화학 양론적 조성 일때가 최고 ④ 양론조성비 보다 하한계 및 상한계로 향함에 따라서 작아진다. ⑤ 가연성가스 연소속도 - 상온상압 : 40 - 50 cm/sec - 수소, 아세틸렌의 경우 더 크다 ⑥ 확산연소의 경우 - 가연성가스와 공기의 확산속도에 의해 지배 - 가연성가스 확산계수가 클 경우 - 가스흐름이 난류일 경우 연소속도가 더 빠름 |
화재플럼(fire plume) 가.개요 -화재플럼은 부력에 의한 화염기둥의 열기류이며 뜨거운 연소생성물이 연료원의 위로 상승하는 것이다 -부력은 밀도차 때문에 생기는 유체내의 상승력이며 밀도는 가스온도에 반비례 하기 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 구조는 |
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 |
화재성장의 3대 요소 1. 개요 - 점화, 연소속도, 화염확산이가 화재성장의 3요소임. - 화재성장의 3요소에서 점화는 화재성장이 시작되는 때이고, 화염확산은 화재 경계의 확장으로 정의할 수 있으며, 연소속도를 통하여 화재 경계 내에서의 연료의 소모 정도를 알 수 있음.
2. 점화(Ignition) - 고체와 액체의 점화는 공기 중에서 가스화한 연료의 혼합으로 시작되고 연료 증기의 적정 농도에서 혼합물은 연소 하한계에서 작은 에너지원에 의한 착화(인화) 또는 충분한 온도에 의하여 자체 발화(발화, 자연발화)한 후 화염확산이 이어짐. - 고체의 점화시간을 예측함에 있어, 열유속을 받는 얇은 재료(종이, 섬유 등)는 물질의 pcℓ의 영향을 받고, 두꺼운 재료에서는 주로 kpc의 영향을 받음.(p : 밀도, c :밀도, k : 열전도도, ℓ: 두께) - 액체 연료에서는 인화점으로 알려진 최소표면온도에서 점화가 일어나고, 인화점은 표면에서 증발된 연료의 연소하한농도와 일치함.
2. 연소속도(Burning Rate) - 연소속도(또는 연료공급속도)는 재료 또는 물질의 질량유속(g/㎡s)으로 정의됨. - 일반적으로 표면에서의 질량유속은 5∼50g/㎡s 범위에 있으며, 그 값이 5이하인 것은 소화됨. 특히 높게 쌓아올린 물품에서는 이 값이 더 높게 나타날 것임. - 표면에서의 질량유속은 물질의 화염 열유속을 기화열로 나누어서 얻 |
을 수 있음. 이때 기화열은 연료를 가스화 하는데 얼마만큼의 에너지가 소요되는지를 측정하는것임. - 연소속도 값은 주위 물질에 대한 점화가능성, 실내에서의 플래쉬오버 가능성, 화재를 진화하는데 필요한 물의 공급율 등과 민접한 관계가 있음
3. 화염확산(Flame Spread) - 화재확산은 10cm/s의 속도로 시작하여 105cm/s의 밀폐공간에서의 폭굉 에 달하는속도까지 이를 수 있는 기체연료를 통해 일어남. - 반면에, 표면화염확산속도는 특히 바람이있는 경우, 액체나 고체에서 1∼100cm/s에 달할 수 있음. - 하향 및 측면확산은 아주 낮은 속도이며, 훈소는 대부분 0.001∼0.01cm 사이에 있음. - 이러한 모든 속도는 화재성장과 영역의 확대원인이 되고, 연소영역의 확대는 화재로인한 위험과 손실에 관련됨. - 화재확산은 연료, 연료의 방향, 바람, 확산의 방향 및 기타 요소에 의해 영향을 받음. - 화재확산 속도는 점화시간에 대한 가열거리의 비율로 설명할 수 있고 가열거리는 화재의 직접 열유속의 영향 범위에 의해 좌우됨.
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연기 1. 연기의 정의 ① 연기란 공기중에 부유하고 있는 고체 또는 액체의 미립자 ② 크기는 0.01-10 um ③ 안개의 입자(10-50 um)와 비교하여 상당히 작다. ④ 화재시의 연기는 연기입자를 특별히 분리하지 않고 가스성분을 포함한 것을 말한다. 2. 연기발생 메카니즘 (1) 1단계 ① 열에 의해서 열분해 가스 및 증기등이 발생 ② 열분해에 의해 생긴 초미립자는 브라운 운동에 의해 덩어리를 형성 ③ 큰덩어리가 되면 입자수는 상당히 감소하고 1.0 ㎛이상 입자는 침전작용에 의해 연기는 소멸 ④ 분해온도에 따라 - 160 - 360 C : 이산화탄소, 일산화탄소 - 360 - 432 C : 수소가스, 아세틸렌 (C2H2)등이 발생 - 온도에 따라 탄화수소류의 가스가 발생 ⑤ 열분해온도시 입자크기 : 0.005 - 0.02㎛ 미립자 생성
(2) 2단계 ① 고온의 가연성가스가 공기와 결합하여 연소생성물을 발생시키며 이를 연기라 함 ② 열분해가스 연소와 병행하여 연소하고 남은 탄화목탄이 연소하는데 주성분은 탄소임 ③ 발화점근처 온도 : 0.1 - 1.0 ㎛의 미립자를 구성
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3. 연기의 농도 표시법 1) 절대농도 (1) 개수농도 ① 단위체적 중에 포함되는 입자의 개수를 말하며 보통 개/㎤ 로 표현. ② 단순히 입자의 개수만으로 평가 되며 그 형상이나 크기 혹은 색과는 관계가 없다. (2) 중량농도 ① 단위체적중의 입자의 중량으로 나타내며, ② 입경이나 입자의 색에는 관계과 없다. 2) 상대농도 (1) 빛의 산란이나 감쇄 또는 전리전류의 감소 등에 의하여 나타내는 방법 ① 산란광농도는 빛이 입자에 부딫쳐서 산란하는 성질을 이용한 것 ② 산란광의 강도는 입자의 수나 지름에 의해 지배됨 (2) 감쇄에 의한 감광계수 Lambert-Beer의 법칙을 이용 Cs= 1/L ln(Io / I) 여기서, Cs : 감광계수 (1/m) L : 연기층의 두께 (m) I : 연기가 있을 때의 빛의 세기 (Iux) Io : 연기가 없을 때의 빛의 세기 (Iux) (3) 미국 표준국에 의한 광학적 농도(Optical Density) D = Ds AL/V 여기서, D : 광학적 농도 Ds : Specific Optical Density, (무차원) L : 농도계의 광로길이 A : 시료의 표면적 V : 상자의 용량 |
4. 연기의 특성 (1) 광선을 흡수 발연량이 많아지고 바닥에서 1m 정도까지 연기가 하강하면 암흑세계로 되어 방향감각이 없어짐 (2) 유독가스 다량 함유 화재시 연소는 각종가연물의 혼합연소이므로 생성가스도 복잡 (3) 고온의 화염을 수반하고 화재확대의 주역 닥트의 주요 관통부에는 내화성과 기밀성을 구비한 방화담파 설치 (4) 산소결핍 ① 연기중 산소농도는 낮으며 16% 이하시 인명위험 ② 유독가스, 자극가스는 산소량과 관계없이 위험 (5) 고열이며 유동확산이 빠르다 ① 화재연기는 발생시 연소온도에 가까운 고열 ② 다량의 에너지 보유로 유동성, 확산성이 빠르다 ③ 열방출후 실내공기와 혼합 희석 된다
5. 연기의 유동 (1) 가스의 팽창 ① 제한된 공간에서 화재가 성장함에 따라 압력과 온도는 증가하며 최성기의 온도는 약 1000 C에 도달 ② 이들의 상관관계는 Boyle- Charles의 법칙을 이용 P1V1 / T1 = P2V2 / T2 ③ 건물전체를 통하여 이동하는 공기량에 비하면 상대적으로 적다 (2) 굴뚝효과 ① 건물 내외부 공기의 온도와 밀도차이 즉 부력차로 인하여 건물을 통한 수직적인 공기유동 ② 정상상태에서 건물내 공기의 유동은 대부분이 굴뚝효과 고층건물 화재시 연기와 독성가스를 포넓게 확산시킴 |
③ 굴뚝효과 크기 - 건물 높이 - 외벽의 공기차단 - 층간공기누설 - 건물내외부 온도차
(3) 바람의 효과 (Wind effect) ① 바람의 작용은 고층건물 저층건물에서 다른 양상 ② 바람이 불어오는 쪽에 면한 벽면 내부로의 압력을 받게되고 바람이 불어가는 쪽과 나머지 두면의 벽은 외부로의 압력을 받게됨 지붕은 위쪽으로 압력을 받게되고 바람의 불어오느쪽 가장자리가 가장 큰 압력을 받게됨 ③ 저층이고 폭이 넓은 건물 - 지붕위로 다량의 공기유동 ④ 폭이좁은 고층건물 - 지붕보다 측면에서 다량의 공기 유동
(4) 부력 (5) 공조시스템 |
재료에서 발생하는 연기의 양 1. 개요 1) 훈소 또는 발염연소시 연기량과 시간의 관계 (미표준국 규격에 의한 시험치) ① 발염연소시는 초기에 급격히 증가, 완만히 감소하는 경향 ② 훈소시는 천천히 시간경과에 따라 증가 2) 발연량에 미치는 영향은 ① 고분자 재료의 화학적 조성 ② 가열온도 ③ 산소의 공급조건 3) 플라스틱계 재료쪽이 목질계보다도 일반적으로 발연량이 많이 발생 2. 발연계수 1) 발연계수와 시료량과의 관계 ① K= CsV/W 여기서, K :단위 중량당의 발연량 = 발연계수 (Cs m³/ kg 또는 m²/kg) V : 발생한 연기의 체적 (m³) W : 재료의 분해 또는 연소중량 (kg) ② 온도를 고정할 경우 - 시료량과 발연량과의 사이에 직선관계가 성립 즉 시료량과 비례하여 증가 3) 발연계수와 온도와의 관계 ① K=A- BT 여기서, A 및 B는 재료에 따라 변하는 상수 훈소영역과 착염 연소영역에서 다른 상수값 ② 발연계수는 온도에 대하여 직선성을 가지고 있고 온도 증가에 따라 발연량 감소 ③ 훈소영역이 발염영역보다 발연량이 일반적으로 많음 |
감광계수 1. 개요 연기의 농도에 따른 투과량으로부터 계산한 농도로 시야상태를 문제로하는 화재에 있어서 가장 적절한 농도 표현의 하나이다. 2. 특징 (1) 연기농도가 진해지면 연기입자에 의해 빛이 차단되기 때문에 가시거리는 짧아진다 (2) 감광계수에 의한 연기의 농도와 가시거리는 반비례 3. Lambert-Beer법칙 Cs= 1/L ln(Io / I)
여기서 Cs : 감광계수 (1/m ) L : 광원가 수광체 간의 거리(m), 즉 연기두께 I : 연기가 있을 때의 빛의 세기 (Iux) I o: 연기가 없을 때의 빛의 세기 (Iux)
4. 연기농도 (1) 감광계수 = 0.1/m ① 화재의 초기에 발생할 정도의 극히 적은 연기 ② 연기 감지기의 작동점 ③ 가시거리는 최대 20m 정도 (2) 감광계수 = 0.1-0.2/m 불특정 다수가 출입하는 장소에서의 피난한계의 연기농도 (3) 감광계수 = 1.0/m 겨우 2m 정도 밖에 앞을 볼 수 없다. (4) 감광계수 = 5-10/m 화재 최성기의 발화층에서의 연기농도 |
연돌효과(Stack Effect) 1 정의 ① 정상상태하에서 건물내 자연기류의 이동은 대부분 연돌효과로 발생 ② 화재시 특히 고층건물의 계단실, 엘리베이터실과 같은 수직공간의 온도와 밖의 온도가 서로 차이가 있을 경우 부력에 의한 압력차가 발생하여 연기가 수직공간을 상승하거나, 하강하는데 이와 같은 현상 2 연기이동 주요요소 화재시 고층빌딩에서 연기가 이동하는 주요요소는 : - 온도상승에 의한 공기의 팽창 - 연돌효과 - 외부에서의 풍력의 영향 - 건물 내 기류의 강제이동 등이다. 3. Stack Effect
(1) Stack Effect의 크기 - 건물높이, - 외벽의 기밀성, - 건물의 층간 공기누출, - 건물 내의 온도차의 함수
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(2) 이론적인 자연통기력(Natural Draft)
Dt = 3460 H (1 / To - 1 / Ti) 여기서, Dt :Stack Effect H : 높이 (M) To : 외부온도( C) Ti : 내부온도( C)
(3) 건물 내의 기류의 이동 - 자연통기력 또는 연돌효과에 의해 발생. - 건물 내부온도가 외부온도보다 높으면 공기는 수직 상승 - 건물 외부온도가 내부온도보다 높으면 공기는 수직 하강.
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