이번 포스팅에서는 본인의 주된 목적인 소방기술사 합격을 위한 공부를 위해서 이 블로그를 운영하는 것이었기에 초심으로 돌아가서 많은 소방기술사 공부하시는 분들과 함께 소방기술사에 잘 출제될 만한 내용들 위주로 정리해보고자 하는 마음에서 글을 적는다.
이번 시간에는 그 중 고체의 발화시간에 대해서 정리해보았다. 함께 공부하시는 분들에게 조금이라도 도움이 되었으면 하는 개인적인 바램이다.
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[고체의 발화시간]
1. 개요
1)발화란 어떤 물체에 불이 붙기 시작하는 것을 말하는데, 발화에는 인위적인 발화(Piloted Ignition)와 자연적인 발화(Spontaneous Ignition)가 있다.
2)고체에서 인위적인 발화온도는 250～450℃범위이고 자연적인 발화온도는 500℃ 이상이다.
3)고체의 발화 가능성은 발화시간에 의해 알 수 있기 때문에, 고체를 얇은 물체와 두꺼운 물체로 나누어 정량적으로 발화시간을 구하고 있다.
2. 얇은 물체의 발화시간
1)고체가 얇다는 것은 그 물리적 두께가 1～2㎜, 즉 2㎜보다는 적은 경우를 의미 하며 종이 한 장이나, 휘장, 외투 등이 대표적인 것이라 할 수 있다.
2)어떤 물체의 온도를 상승시키려면 화염으로부터 복사되어 오는 열류(qi)가 손실되는 열류(qo)보다 커야하며 이 차이를 순열류(q)라 하는데, 발화를 위해서는 이 차이가 발화온도에 도달하기 위해 충분히 커야 한다.
3)이러한 순열류는 고체물질의 온도를 올리는 내부에너지로 전환되는데 이런 전환이 얼마나 빨리 일어나는가는 고체의 에너지 저장능력에 좌우되며 에너지 저장 능력은 밀도, 비열, 두께의 곱인 에 의해 결정된다.
3. 두꺼운 물체의 발화시간
1)두꺼운 물체는 그 두께가 2㎜이상인 경우이며, 목재 파티클보드, 울(Wool)카페트, 종이가 붙여진 석고보드, 폴리우레탄 폼 등이 여기에 해당된다.
2)두꺼운 물체의 경우는 물질의 두께보다도 그 물질의 열전달 관련 고유특성치인 열전도도(k)가 관련되어야 하며 여기에 밀도(ρ)와 비열(c)을 곱한 (열관성)에 의해 발화시간이 결정된다.
3)여기서, C는 상수이며 물질의 특성치에는 무관하나 열류에는 어느정도 의존한다. 표면 열손실이 없는 이상적 경우 C=π/4, 열손실 있는 경우는 C=2/3 이다.
4. 고체의 발화에 영향을 주는 요소
1)밀도
(1)저밀도의 목재는 고밀도의 목재에 비해서 열의 흡수 능력이 높고 표면적이 넓으며 내부에 공기를 많이 포함하고 있다.
(2)그래서 저밀도의 목재는 고밀도의 목재보다 낮은 온도에서 착화한다.
2)수분함량
(1)물은 목재의 비열 0.33에 비해 3배나 크므로 목재 온도상승에 방해가 된다. (목재수분 → 열 흡수 → 증발 → 온도상승 방지)
(2)목재류의 수분함량이 15% 이상이면 비교적 고온에 장시간 접촉해도 착화하기 어렵다.
(3)추운 겨울 목재가 착화하기 쉬운 이유는 실내의 상대습도가 낮기 때문이다.
3)목재의 외형
(1)물질이 작게 나누어질수록 표면적이 커지기 때문에, 표면적이 커지면 공기와의 접촉부분이 많아지고 표면에서의 열의 흡수 및 전달이 원활하다.
(2)따라서 작고 얇은 가연물이 두텁고 큰 쪽보다 더 잘 타기 때문에, 통나무 보다는 톱밥이 더 쉽게 불이 붙는다.
(3)그리고 둥근 것 보다는 각진 것이, 표면이 매끈한 것보다 거친 것이 착화성이 좋다
4)열전도도
(1)목재는 열전도도가 낮고 단열효과가 높다.
(2)온도가 낮은 스팀파이프에 장시간 접촉할 경우 발화온도까지 가열되어 발화된다.
(3)SP설비 없는 목조건물이 경량 철골구조 건물보다 화재 시 더 오래가는 이유는 목탄의 단열효과 때문이다.
5)가열하는 속도와 시간 (열원에 대한 노출시간)
(1)목재를 가열하는 속도와 시간은 착화성에 영향을 미친다.
(2)가연성액체와 기체에 비교해서 고체물질은 쉽게 기화하지 않고, 상온․상압 하에서 가연성증기를 방출하지 않기 때문에 위험성이 적다.
(3)따라서 고체가 착화하려면 고체표면에 가연성가스가 발생할 때까지 충분한 시간을 열원과 접촉할 필요가 있다.
착화는 물질이 착화점까지 계속 가열할 때 일어난다. 즉 낮은 온도라도 착화온도가 될 때까지 장시간 가연물에 열이 공급되면 착화된다.
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도시, 주택개발, 건축, 인테리어 설계, 시공 문의 b-studio@hanmail.net 이나 010-9162-6135로 문자요망
(주)여울 종합건축사사무소와 컨소시엄 작업수행중
건축 & 문화 프로젝트팀 STORY ONE에서 활동중, 26년차 건축가 주원태
홍익대학원 도시계획과 석사과정
저서로는 [수인의 건축] [집과 연필, 비례이거나 반비례거나]등이 있다
스토리원 홈페이지 http://www.story-one.co.kr
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