고층건물에서 연기의 이동 및 제어

2012. 09. 10

안전공학과 박사 1 차

김 종 서

- Chapter 1. Introduction- Chapter 2. Fire and Smoke

2

해운대 오피스텔 화재 사건2010 년 10 월 1 일에 부산 해운대구 마린시티 내 오피스텔 ( 우신주식회사가 만든

' 우신 골든 스위트 ') 4 층 미화원 탈의실에서 전기가 누전돼 화재가 발생했고 , 5

명이 부상당한 사건이다 ( 출처 : 위키백과 )

- 경과 : 4 층 미화원 탈의실에서 전기가 누전되어 화재가

발생되었으며 , 화재가 발생한지 30 여분 만에 38 층까지

불이 번짐 , 7 시간 후 화재 진압

- 문제점 : 화재가 발생한 4 층에는 스프링클러가 설치되지

않았음 , 2005 년 이전에 지어진 건물로 대피공간이 없음

- 후속조치 : 초고층으로 포함되지 않던 30~49 층을

초고층으로 포함시키고 , 이러한 건물 신축시 중간층에 피난

안전층을 설치하고 , 피난 전용 승강기 설치도 의무화 하도록

했다 . 또한 피트층에도 스프링클러 설치가 의무화

1. 개요

3

0 건물화재에서 사람에게 위해를 주는 요소는 열보다는 연기이며 , 이로 인한

사망자가 많음

0 연기는 인접 장소로 쉽게 침투하여 화재발생장소에서 먼 곳까지 확산

0 연기는 계단과 승강기와 같은 피난로를 오염시켜 피난을 불가능하게 함

0 피난에 많은 시간이 소요되는 건물에서 연기의 위험은 특히 심각함 ( 연기

오염시간이 피난시간보다 짧음 )

0 “ 고층건물” 은 피난시간이 과도한 건물로 정의 함

0 건물에서의 화재는 화재장소에 도달하여 진압하는데 시간이 지연될 수

있으므로 건물 전체로 연기가 확산되지 않도록 내부에서 해결되어야 함

1. 개요

4

0 1970 년 이전에는 고층건물이 출현하지 않아 연기 위험 문제가 관심을 끌지

못함 ( 건물 안에 방화구획을 강화하고 가연성 벽과 천정 마감재 등으로 문제

해결 )

0 1970 년 이후 건축설계 , 구조 및 용도의 변화로 화재하중이 증가하고 건물의

방화구획 수의 감소가 불가피해짐

0 현대건축에서 가연성 내장재료 , 단열 및 전기 절연재료 , 천정타일 , 내부

마감재가 증가하고 있으며 , 연소 시 짙은 연기가 발생하는 재료가 많이

사용됨에 따라 연기제어가 필요함

0 고층건물에서 발생한 대형화재 시 엄청난 연기가 발생하여 일시에 전 건물로

확대된 것을 체험하였으며 , 이러한 사례를 통해 연기의 위험성과 연기의

이동특성을 파악하고자 함

1.1 뉴욕 프라자 화재 -1970 년 8 월

5

경과

- 50 층 중 33 층에서 화재 발생

- 33 층 남동 측 끝 사무실에서 짙은 연기가 분출

- 화재사실을 알리기 위해 3 인이 승강기를 탔으나 33 층에서 멈추고 문이 열리자

연기와 불길이 쏟아져 들어옴

- 짙은 연기가 건물 여러 층으로 확산됨

- 3 분만에 현장에 도착했으나 33 층과 34 층이 연기와 고온에 휩사였으며 ,

5 시간 만에 진화됨

- 화재 시 환기팬이 작동하여 공기를 불어넣어 화재가 확산됨

- 화재는 전기와 전화 단자함 , 공기정화장치 플렉시블 덕트를 통해 34 층으로

확산 , 또한 공기정화장치 주위 공간폼 플라스틱 외벽 단열재로 불리 붙어

천장속을 타고 35 층으로 확산됨

1.1 뉴욕 프라자 화재 -1970 년 8 월

6

피해

- 2 명 사먕 , 50 명 부상 , 천만달러 재산피해

연기 침투

- 개방공간이 있는 현대 건물의 전형적인 화재의 하나로 , 연기는 급기 덕트를

통해 여러 층으로 확산됨 .

- 층간화재 전파 , 건물 전체의 연기 확산 , 승강기 운행 정지 및 화재가스의

배출 어려움 등의 위험을 단적으로 나타냄

- 또한 소방서 신고 , 건물수용인의 화재알림 및 건물피난 계획을 수립할 필요가

있음을 시사

1.2 하얏트 리젠시 오해어 호텔 -1973 년 4 월

7

경과

- 화재는 스프링클러가 없는 1 층 나이트 클럽에서 발생

- 아트리움을 둘러싼 객실이 외벽을 따라 배치되고 객실 복도는 아트리움을

향해 개방된 10 층 건물임

- 연기감지 설비로 작동하는 배연설비가 설치되어 있었음

피해

- 1000 명의 투숙객중 1 명만이 병원에서 치료를 받음

연기 침투

- 아트리움과 연결된 층에 얼마나 연기가 빨리 확산되는가를 보여주는 사례임

- 현장에 도착한 소방대원의 시계가 3m 정도로 연기가 꽉차있었음

1.3 MGM 그랜드 호텔 -1980 년 11 월

8

경과

- 26 층 건물로 1 층 식당 배선대에서 화재가 발생

- 현관문을 열었을때 문을 통해 카지노 전체로 확산

- 건물 객실에는 화재 경보가 발령되지 않았음

피해

- 85 명이 사망하고 , 600 명이 병원으로 후송됨

- 카지노층에서 불에 타거나 연기 흡입으로 18 명이 사망

- 호텔타워 16 층과 26 층 사이에서 연기 흡입으로 61 명 사망

연기 침투

- 다량의 연기가 천장 속 플리넘을 통해 전파됨

- 수직 샤프트 관통부의 충전이 불량한 곳을 통해 고층 타워로 연기가 확산됨

1.3 MGM 그랜드 호텔 -1980 년 11 월

9

연기 침투

- 연기 확산의 주범인 승강기는 카지노층에서 승강기 문의 개방과 두

승강기 호이스트 케이블 고장으로 인해 연기가 승강기 샤프트에서 객실로 번짐

- 공기정화장치가 운전상태로 오염된 공기를 호텔객실 복도의 샤프트를 통해

객실별로 설치된 팬코일 유닛으로 들어온 오염공기를 잡아 복도로 분사함

- 깨진 유리창을 통해 객실에서 외부로 배기되어 복도에서 객실로 굴뚝효과에

의해 연기가 올라간 것으로 추정

1. 4 파크호텔 -1981 년 1 월

10

경과

- 23 층 건물로 2 층 타워 세미나실에 있는 전기 단자함에서 화재 발생

- 세미나실은 옥외에 3 면이 유리로 되어 있었으며 , 유리 부분은 호텔 타워와

연결된 복도로 타워 세미나실을 분리하는 주조임

피해

- 8 명이 사망하고 , 67 명이 병원으로 후송됨

- 4 명이 서쪽 계단에서 연기를 마시고 사망 , 다른 2 인은 22 층에서 사망 ,

객실안과 다른 복도에서 각각 1 명이 사망

연기 침투

- 화제 당시 외부 온도는 -15℃롤 건물의 굴뚝효과를 일으킬 만한 추위였음

- 승객용 승강기 샤프트가 건물에 연기를 침투시킨게 주원인 임

1. 4 파크호텔 -1981 년 1 월

11

연기 침투

- 두대의 승강기 문이 화재층에서 열려져 있어 승강기 샤프트를 통해

6 층에서 22 층 객실로 연기가 이동

- 오염은 고층부가 심했으며 , 승강기 샤프트로 부터 복도로 , 복도에서 객실로 이동함

1.5 페스트 가디언 플레스 토론트 , 온타리오 -1983 년 6 월

12

경과

- 72 층 건물로 34 층에서 최초 화재 발견

- 화재는 스프링클러로 진화됨

피해

- 5 명의 경상자 발생

연기 침투

- 짙은 연기가 화재기간 발생

- 승객용 승강기 샤프트를 통해 연기가 확산

- 재연설비가 있는 건물에서의 첫화배로 , 재연설비가 설꼐 의도대로 작동됨

1.6 페스트 인터스테이트 뱅크 오브 캘리포니아 1988 년 5 월

13

경과

- 62 층 건물로 12 층 사무실에서 최초 화재 발견

- 건물외부와 바닥 슬러브 모서리를 통해 12 층 윗 부분으로 확대

- 이 화재는 스프링클러가 없고 방화구획이 안된 현대식 건물에서 화재의 수평 ,

수직확산이 아주 빠르다는 것을 보여줌

피해

- 1 명 사망 , 2억달러 재산피해

연기 침투

- 설비용 승강기는 모든 층으로 연기를 확산하는 통로가 됨

1. 7 건물의 연기이동과 구조체의 연향

14

0 승강기가 개발은 건물 고층화에 일조

0 화재참사는 내화구조를 통한 방화의 발전을 가져오고 이에 다라 고층화가

촉진됨

0 옥내환경 제어를 개선하기 위해 공기조화 기계설비의 사용량 증가로 층 면적이

증가

0 센터 - 코아 사무실 건물설계는 층 구획이 줄어들어 대형 화재를 발생하게

했고 , 더 높아져 입주자의 연기 위험이 늘고 피해시간이 늘어남

0 공기분배 덕트는 건물 전체로 연결되어 화재가 발생하면 연기가 이동하는 통로

역할 을 함

1. 7 건물의 연기이동과 구조체의 연향

15

0 1970 년대 에너지 파동으로 인해 옥내 공기질이 낮아졌으나 오늘날 경향은

옥내공기 오염을 희석하기 위해 외기를 늘리는 추세임

0 중앙공급식 HVAC 설비 대신 , 층별 난방 , 배기 및 공기조화 (HVAC) 설비로

변하고 있음

0 HVAC 설비 방식의 변경으로 이들 설비의 제연설비의 유익한 점과 역작용

대문에 제연설비 설계에도 영향을 주게됨

1. 8 아트리움이 있는 건물

16

0 아트리움은 1963 년 John Portman 이 아틀란타 23cmd 하야트 리젠시

호텔에서 처음 소개함

0 옥내에서 조각 , 장식 및 조형을 즐길 수는 있으나 층과 층을 연결하는

아트리움으로 화재와 연기의 확산을 막기 위한 층간 방화 구획을 하기 어려워짐

0 미국과 캐나다에는 스프링클러를 설치토록 법제화

0 20m 를 초과하는 아트리움에서 작동이 지연되어 소화에 효과적이지 못하고

물방울이 연기의 부력을 떨어뜨려 아트리움 바닥으로 연기를 깔리게 할 수 있음

1. 8 아트리움이 있는 건물

17

0 따라서 아트리움 전체와 인접 층의 사람들은 단숨에 인명을 위협하는 연기로

오염되어 상층부 사람들은 피난시간이 짧아져 위험이 가중됨

0 현재까지 아트리움에 대한 위험과 제연설비 평가의 충분한 자료가 없는 실정임

1. 9 고층건물 연기 위험에 대한 연구

18

0 고층건물에서의 연기 침투와 장시간 피난시간은 산업국가의 인명안전 위험으로

인정되고 있으며 , 캐나다에서 1960 년대 초 NRCC 가 처음으로 이 문제를

제기함

- 연기 이동 영향을 수반하는 굴뚝현상과 건물공기설비로 발생하는 다층

건물의 공기 이동을 9 층에서 45 층까지 측정함

- 1970 년대 : NRCC 연구자들은 몇몇 고층건물 현장에서 비화재 상태로

제연기술을 개발하고 설치된 제연설비의 성능을 조사하기 위한 작업을 수행

- 1980 년대 1990 년대 : 화재조건에서 NRCC 10 층 실험용 화재

타워실험으로 확대

1. 9 고층건물 연기 위험에 대한 연구

19

0 최초의 화재위험 심포지움이 1968 년 뉴욕 Lake Placid 에서 ASHRAE

주최로 개최되어 고층건물에서 HVAC 설비 관련 화재위험과 연기 침투에

대해 다룸

0 또 다른 심포지움은 1969 년 영구 Watford 공과대학 주최로 연기의 발생과

연기의 이동 및 피난로의 연기오염방지대책에 대하여 다룸

0 1970 년대 서울 , 콜롬비아 보고타 , 브라질의 상파울로 등지에서 발생한

화재참사는 고층건물 화재 문제 해결에 대한 세계적 주목을 받음

1. 9 고층건물 연기 위험에 대한 연구

20

0 1971 년 4 월 미국 버지니아 Warrenton 에서 U.S General Services

Administration(GSA) 가 주최한 고층건물 화재안전 회의 개최

- 고층건물에서 외부로 완전한 피난은 비현실적이며 이러한 건물은 자구설비로

화재에 대응하자는데에 대하여 확인하는 계기가 됨

- 고층건물의 성공적인 화재안전설비 기준을 요구하는 수준으로 높이기 위해

추가의 연구와 개발 필요성을 인식하게 됨

2. 화재 및 연기

21

0 화재 및 연기는 건물 내에 있는 인명과 재산에 심각한 위험이 되며 , 이러한

위험은 건물에서 발생하는 화재의 가능성 및 화재와 그 결과로 발생하는 연기가

확산 될 수 있는 정도에 의해 정해짐

0 설계자는 화재가 건물의 아무 곳에서나 발생할 수 있다는 것을 가정하고 , 그

확산을 억제하며 또한 인명에 대한 위험과 재산 피해를 최소화하여야 함

0 . 화재 위험 평가는 새로운 분야이며 , 설계자가 화재와 연기의 영향을 평가할

수 있도록 함

2. 화재 및 연기

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0 벡과 영 (Beck and Yung)1 에 의해 개발 된 것과 같은 화재 위험 평가

방법론은 건물 내의 모든 장소에서 발생하는 모든 종류의 화재 , 예를 들어 ,

연기를 발생하는 화재 , 확 타오르거나 또는 서서히 진행하는 불길 등과 같은

것을 고려하며 , 따라서 , 건물 거주자들에 대하여 전반적인 화재 및 연기

위험의 평가를 제공함

0 건물 거주자들의 인명에 대한 모든 형태의 잠재적 위험을 올바르게 평가하기

위하여 , 화재의 모든 형태를 이해하는 것이 중요하다 . 이 장에서는 몇 가지

기본적인 화재 및 연기 발생의 형태와 영향을 기술하고 , 또한 다음 장에서의

완화 방법에 대한 논의를 위해 기본적인 내용들을 언급한다

2.1 연소

23

0 연소는 일반적으로 열을 발생시키는 산화와 관련된 화학 반응으로 이러한 화학

반응은 연소물의 분자가 필연적으로 결합하게 되는 산소 분자와 직접적으로

혼합되는 경우에만 빠르게 진행될 수 있음

0 연소는 가연성 물질의 기체화로 간주할 수 있다 ; 즉 , 발생 기체가 공기 중에

혼입되고 , 또한 혼합물이 발화될 때까지 보통은 국지적으로 가열되는 과정

0 이어지는 화학 반응은 여러 가지의 결과를 초래한다 ; 불길을 지속시키고

확산시킬 수 있는 열기가 생성된다 ; 반응 기체들이 다른 기체들 , 주로

이산화탄소와 수증기를 생성하며 , 유독성 물질이 생성될 수도 있다 ; 연소

과정이 끝나지 않은 경우 , 탄소가 방출되어 검댕이 만들어지며 , 이것은 연소

결과에서 우리가 육안으로 볼 수 있는 부분이다 .

2.2 화재의 진행과 확산

24

0 화재는 다음과 같은 두 가지 상황이 발생할 때 건물 내에서 다른 장소로

확산된다 :

(1) 열기가 한 곳에서 다른 곳으로 빠져 나가는 경우 ,

(2) 열기가 그 장소에 있는 연소물에 발화되는 경우 . 이것은 다음과 같은 방법에

의해 이루어 진다 :

0 건물 내에 불길이 진행되는 속도는 다양하며 , 이는 통풍 , 가연성 물체의 양 및

분포 , 안감 재료 , 불길을 흡수하거나 또는 억제하는 매체의 존재 등의 요소에

따라 달라진다

2.2 화재의 진행과 확산

25

0 과거의 화재에 대한 조사를 통해 , 화재의 진행에 대한 일반적인 특성을 언급할

수 있다 . 일단 불길을 동반한 연소가 시작되면 , 아래에 대강 언급하는 3

가지의 인식 단계가 진행된다 .

< 그림 > 통상적인 구획 화재 진행 추이

2.3 화재 진행의 억제

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0 화재 진행은 상황에 따라 다양한 많은 요소들에 의해 영향을 받는다 . 화재는

주로 건물 실내의 안감 재료의 특성에 의해 상당히 영향을 받는 것을 알 수 있

다 . 안감 재료의 가연성은 종종 구획 내에서의 발화 용이성 및 화재 진행

속도를 결정한다 .

0 안감 재료가 불길을 확산시키는 속도는 종종 화재의 규모 및 생성되는 연기의

속도와 양을 결정하는 주요한 요소가 되고 있다

0 화재의 초기 단계에서 사용 가능한 복도 , 계단 및 기타의 탈출 통로들은

통상적인 설비가 아닌 점에서 보통의 사용 공간과 다르긴 하지만 , 또한

구획으로 간주될 수 있다 . 이러한 곳에서 화재의 진행은 안감 재료의 가연성에

보다 직접적으로 의존한다

2.3 화재 진행의 억제

27

0 안감 재료의 가연성 이외의 요소들 , 예를 들어 , 통풍 , 내용물의 특성 및 분

포 , 구획의 기하학적 배치들은 화재의 진행에 상당한 영향을 미칠 수 있다 .

그러나 , 이러한 요소들이 동일한 경우 , 가연성 안감을 보다 많이 사용한

구획에서 화재는 보다 빠르게 진행한다 . 그러므로 , 건물의 실내 안감으로

사용되는 재료의 선택은 중요한 관건이다

2.4 화재 확산의 억제

28

0 일단 화재가 발생한 경우 , 건물 전체에 화재가 확산되는 속도와 정도는 가장

중요하다 .

0 화재의 정도를 억제하는 주요한 방법 중의 한 가지는 칸막이를 사용하여 여러

구획으로 나누어서 , 통로를 포함한 건물의 여러 부분들이 화재를 견디기에

충분한 장벽으로 분리되도록 하는 것이다 .

0 그와 같은 내화성 건축은 불길을 흡수하여 , 인접 구획으로 불길이 번지는 것을

차단하는 여러 개의 내화성 구획으로 건물을 구분하기 위하여 사용된다 .

0 내화성 건축은 화재 동안에 계속하여 그 기능을 충실히 발휘하고 , 또한

통상적으로 불길이 확산되는 것을 방지하는 건축으로 기술할 수 있다 .

2.4 화재 확산의 억제

29

0 화재 구획의 구조는 불길을 일정한 구역 내에 한정시킴으로써 화재가 확산되는

것을 방지하는 소극적인 방법이다 . 반대로 스프링클러 시스템은 불길을

진화하거나 또는 그 규모를 제어하는 적극적인 방법이다 .

0 스프링클러는 불길을 제어하는 데 있어서 매우 양호한 신뢰성 있는 기록을

가지고 있다 . 화재의 정도를 억제하는 주요한 방법 중의 한 가지는 칸막이를

사용하여 여러 구획으로 나누어서 , 통로를 포함한 건물의 여러 부분들이

화재를 견디기에 충분한 장벽으로 분리되도록 하는 것이다 .

2.5 연기와 유독가스의 유해성

30

0 화재에 의해 발생하는 연기는 고체 및 액체 형태의 미립자와 연소시의 가스

생성물로 구성되어 있다 .

0 화재에 의해 생성된 연기 미립자와 유독 가스들은 많은 사망자를 발생시키는

주요 원인이다 .

0 유독 가스들은 거동을 불능하게 만들고 , 건물 거주자들이 고농도에 장시간

노출될 때 , 사망하는 결과를 초래한다 . 특정한 가스들과 수증기들 또한

자극물로 작용함으로써 건물 거주자의 탈출을 방해할 수 있다

0 미국 정부의 산업 위생학자 협의체의 매뉴얼에는 각종 유독 가스 4 에 대한

기술과 더불어 그 한계치 (TLV) 가 표시되어 있다

2.5.1 일산화탄소

31

0 일산화 탄소 (CO) 는 가장 흔한 화염 가스이다 . 이것은 탄소를 함유한 물체가

불완전 연소한 결과로 발생하며 , 대부분의 화재 시에 다량 존재한다

0 일산화 탄소의 흡입은 헤모글로빈과 결합하여 카르복시 헤모글로빈을

형성함으로써 질식 상태를 초래한다 . 옥시 헤모글로빈 대신에 형성된 카르복시

헤모글로빈은 신체의 세포 조직에 필요한 산소의 이용을 감소시킨다 .

0 MGM 그랜드 호텔 화재 사고 시 , 카지노 높이 이상에 있던 사망자들은

30%-60% 의 일산화 탄소 7 를 포함한 연기를 흡입함으로써 발생하였다 .

2.5.2 이산화탄소

32

0 이산화 탄소 (CO2) 는 대부분의 건물 화재 시에 다량 발생한다 .

0 이산화 탄소의 흡입은 호흡기를 자극하고 , 이로 인해 산소와 화재로 인해

발생한 유독 가스 및 수증기의 흡입 율을 증가 시킨다 .

0 이산화탄소의 한계치는 5000ppm 이다 . 호흡기에 자극을 주는 농도는 5%

(5000ppm) 이며 , 30 분 동안의 노출은 마취 증세를 나타내는 것으로 알려져

있다 . 약 70000ppm 의 농도는 수 분 이내에 무의식 상태를 초래한다 .

2.5.3 수소시안화물

33

0 수소 시안화물 (HCN) 은 구조체 내에 질소를 포함하고 있는 물체 , 예를 들

어 , 폴리아크릴로니트릴 ( 올론 합성섬유 ), 폴리아미드 ( 나이론 ), 모직물 ,

폴리우레탄 , 우레아 포르말디하이드 , 이크릴로니트릴 - 부타디엔 - 스티렌

(ABS) 등이 화재로 인해 연소될 때 발생한다

0 수소 시안화물은 세포 호흡과 헤모글로빈에 의한 산소 운반을 감소시켜서 신체

조직의 활성 세포에 의한 산소 흡입을 억제한다 .

0 수소 시안화물의 한계치는 10ppm 이며 , 20 내지 40ppm 농도에서는

특별한 자각 증상이 없이 수 시간 동안 흡입될 수 있다 . 심각한 반응을 보이지

않고 1 시간 동안 흡입할 수 있는 최대 분량은 50 내지 10ppm 이다 . 120

내지 150ppm 의 농도는 30 분 내지 1 시간 흡입으로 위험에 처하게 되며 ,

3000ppm 이상의 농도는 급속한 사망을 초래한다

2.5.4 염화수소

34

0 염화 수소 (HCL) 는 염화 폴리비닐 (PVC) 가 화재 시에 분해될 때 발생한다 .

0 염화 수소를 흡입하면 , 호흡기 상부를 자극하며 손상을 입히며 질식 또는

사망을 초래한다 .

0 염화 수소의 한계치는 5ppm 이다 . 30 분 내지 1 시간 동안에 잠시 노출 될

수 있는 최대 농도는 50ppm 이다 . 1000 내지 2000ppm 의 농도는 짧은

시간의 노출일지라도 위험하다 .

2.5.5 이산화질소

35

0 화재 시 발생하는 보통의 질소 산화물은 산화 질소 (NO), 두 가지 형태의

이산화 질소 (NO2 와 N2O4) 이다 . 독성이 매우 강한 이산화 질소는 질소

함유 물체가 연소할 때 생성된다 .

0 산화 질소는 산소가 존재할 때 이산화 질소로 변환되기 때문에 대기 중에서

수명이 짧다 . 이러한 화합물들은 매우 자극적인 물질로서 특히 점막을

자극하며 , 흡입 시에 수분과 반응하여 아질산 또는 질산을 생성한다 .

0 이산화 질소의 한계치는 5ppm 이다 . 인후에 자극을 즉각적인 자극을 주는

것은 62ppm 으로부터 시작된다 . 117 내지 154ppm 의 농도는 짧은

시간의 노출일지라도 위험하며 , 240 내지 775ppm 의 농도는 급속한

사망을 초래한다 .

2.6 연기미립자의 특성

36

0 연기 미립자들은 사망을 초래하는 원인으로 기록되어 있지는 않지만 , 눈을

자극할 수 있고 ( 시계에 영향을 미친다 ), 호흡기에 악영향을 줄 수 있다 .

0 연기의 특성은 주로 두 가지로 요약될 수 있다 : (1) 연기 입자의 비산 , (2)

연기의 발생 . 가장 널리 측정되는 연기의 특성은 광선 차단 계수이다 . 광선

차단 측정을 위한 물리적인 기초는 보그 - 람버트 - 비어 법칙이며 , 이는 주어진

파장의 순간 단색광의 조도 Io, 연기의 경로 길이 L 을 통해 전달되는 광선의

조도 Ix 의 관계식으로 설명된다 .

0 연기의 진행과정에 대한 실험은 실제 화재 현장의 여러 가지 물체들에서 기대할

수 있는 실제 연기의 양과 비교가 허용되는 경우는 드물다 . 그 대신 , 광학적

밀도의 관점에서 실험 재료의 고정된 표면 영역에서 생성되는 연기의 밀도는

다른 실험 재료의 동일한 분량에 의해 생성된 연기의 밀도와 비교하는 것이

가능하다 .

2.7 연기에 의한 가시거리의 단축

37

0 연기 위험을 고려할 때 다음과 같은 3 가지 요소가 중요하다 : (1)최대 광학적

밀도 , (2) 연기 발생률 , (3) 발생된 총 연기양 . 인명에 대한 위험을 초래할

수 있는 화재의 규모는 비교적 작은 것으로 충분하다 :

0 예를 들어 , 한 개의 시트 쿠션이 연소하는 것은 넓은 방의 먼 쪽에 위치한

출입구 표시를 가릴 정도의 연기를 발생시킨다 . 화재 시에 탈출을 시도하는

사람이 출입구 , 문 , 창문을 눈으로 볼 수 있어야 하는 것이 중요하기 때문에 ,

광학적 밀도 측정과 가시성간의 상관 관계가 필요해 진다 .

2.8 연기 제어를 위한 설계기준

38

0 건물에 대한 연기 위험 설계 기준은 연기 밀도에 그 기초를 둔다 .

0 연기 밀도는 가시성을 떨어뜨림으로써 , 건물 거주자들을 건물 내에 갇히게

하여 탈출을 방해하며 , 유독성 , 자극성 가스에 더 오랜 시간 노출 시킴으로써

치명적인 결과를 초래한다 .

0 광학적 밀도의 한계치를 낮추기 위한 설계 기준은 건물 거주자들에게 대단한

공포감의 위험을 주지 않고 또한 참을 수 없는 눈의 자극을 주지 않는 상태로 ,

거의 무한한 노출을 허용하는 것이 되어야 한다 .

2.8 연기 제어를 위한 설계기준

39

0 여러 연구자들이 제시한 허용 가시 거리 및 이에 상응하는 미터당 광학적 밀도를

표시하고 있다 .

가시 범위와 광학적 밀도 한계치

연구자 가시 범위 광학적 밀도 /m

진 15-20m( 건물 구조를 잘 모르는 거주

자 )

3-5m( 건물 구조를 잘 아는 거주자 )

0.045

0.17-0.30

가와고에 20m 0.045

와까마츠 25m 0.043

LA 소방당국 14m 0.076

라스베시 11, 말호트라 4.5m ( 안전을 위한 짧은 거리 ) 0.21

2.8 연기 제어를 위한 설계기준

40

0 진은 건물 구조를 잘 알지 못하는 사람들의 경우 , 안전한 소개를 위해 15

내지 20m 의 가시 거리가 필요한 반면 , 주변 환경을 잘 아는 사람들의 경우 ,

가시 거리는 3 내지 5m 로 충분하다고 말하고 있다

0 화재 시에 최대 연기 수준에 대한 정보는 거의 발견되지 않는다 . 와까마츠는

미터당 광학 밀도 한계치를 4.3 으로 할 것을 제시하였다

0 그로스 , 로프터스와 로버스턴은 NBS 실내 공간 연기 시험을 실시하고

각각의 다른 물체에 대해 미터당 광학 밀도 한계치를 5.5 이상으로 할 것을

보고하였다

0 화재의 초기 단계에서 몇 가지의 연소 시험을 실시한 캐나다 국가 연구 협의회는

미터당 광학 밀도 한계치를 3.8 으로 할 것을 제시하였다

2.8 연기 제어를 위한 설계기준

41

0 와까마츠는 미터당 광학 밀도 한계치가 4.3 인 화재 지역에 있는 사람들에 대한

허용 가능한 광학적 밀도율을 1:100 으로 가정하여 건물 내에서 연기 이동에

관한 컴퓨터 실험을 실시하였다 . 이러한 수치를 도출함에 있어서 , 그는 가시

거리 25m 의 한계 범위와 관련하여 한계치의 하한을 미터당 광학적 밀도

0.043 으로 가정하였다

0 이러한 기준을 가정함에 있어서 , 그는 자신의 컴퓨터 모델을 이용하여 여러

가지 화재 상황에 대해 고층 건물에서의 연기의 이동을 연구하고 또한 연기

위험의 정도를 평가할 수 있었다

0 맥콰이어 등은 이와 유사한 기준에 도달하였다 . 이러한 기준은 고층 건물의

탈출 통로와 피난 지역에 대한 요건을 명시하기 위한 1970 년 발행 캐나다

국가 건축물 코드에 도입되었다