화재의 종류와 열전달 방법

화재의 종류에는 무염 화재와 유념 화재 2가지의 형태가 있습니다.

 

1. 무염 화재(Flameless fire)

- 일반적으로 다공성 물질에서 발견되며 화염은 크게 발생하지 않으나 연기가 나고 빛이 나는 화재로 심부 화재(Deeply seated burning)에 해당합니다.

(다공성 물질:고체 내부 또는 표면에 작은 구멍이 많이 있는 물질로 세포막, 셀로판 따위가 있다.[출처: 네이버 어학사전])

- 가죽 등의 겉 천을 씌운 가구, 이불솜, 석탄, 톱밥, 폴리우레탄 재질의 매트리스와 같은 물질은 무염 화재 대표적인 무염 화재의 연소 물질에 해당합니다.

- 다공성 연소 물질은 대기 중의 산소가 천천히 스며들면서 연소 범위가 서서히 확산합니다.

- 연기가 나거나 무염 화재와 같은 유형은 재발화의 원인이 되기도 합니다.

 

2. 유염 화재(Flaming fire)

-　열과 화염이 크게 발생하는 일반적인 화재 유형

-　목재 화재는 나무 조각이 외부 열에 의해 가열되면 건조되면서 먼저 수증기가 배출되고 나무 표면이 변색하면서 열분해가 일어난다.

(열분해(pyrolysis, thermal decomposition): 열에너지에 의해 일어나는 분해 반응이며, 분자의 내부 에너지가 특정 결합의 분해에 필요한 활성화 에너지보다 크면 그 결합이 분해될 수 있다.[출처: 네이버 화학 사전])

-　열분해에 의해 다시 연소가스를 배출하고　주위에 있는 화염에 의해 점화되어 연쇄적으로 불꽃을 발생시킵니다.

- 점화된 화염은 가열된 나무 주위를 뒤덮고 되면서 주위의 산소와 혼합되어 화염이 더욱 크게 확산하는 연속적인 과정을 거칩니다.

- 발생한 화염 열은 대기 중으로 방출되거나 일부는 연소 중인 나무로 다시 복사열이 되어 되돌아오면서 화재는 계속해서 진행됩니다.

(유염 화재는 표면화재, 불꽃, 발염. 화염, 자유 연소 등과 같은 개념입니다)

 

 

화재가 발생해서 건물 등이 타기 위해서는 열의 전달 현상이 필요합니다.

이번에는 열전달이란 무엇이며, 열전달 방법에는 어떤 것이 있는지 알아보도록 하겠습니다.

 

열전달

- 최초 가연물부터 화재 발생지 주변 또는 다른 가연물로 열전달은 화재 성장을 결정짓습니다.

- 열에 대한 정의는 열이 한 물체에서 다른 한 물체로 전달되기 위해서는 그 두 물체는 서로 다른 온도로 존재하여야 합니다. 열은 따뜻한 물체에서 차가운 물체로 움직이고, 열이 전달되는 비율은 물체 간의 온도의 차이와 관련됩니다. 물체 간에 온도의 격차가 크면 클수록 전달율은 더욱 커집니다.

- 출동한 소방대원들은 화재가 발생했을 때 화재의 크기 측정, 열전달이 이루어지는 방법, 화점들을 확인합니다. 현장 상황이 파악되면 화재 시작점을 중심으로 방수하여 진압 활동을 시작합니다.

 

열전달의 3가지 방법

1. 전도

어떤 금속 막대기의 끝이 화염에 의해 가열되면, 열은 막대기 전체로 전달됩니다.

이러한 에너지 전달의 원인은 물체 내의 증가한 원자의 활동 때문이고, 열이 막대의 한 끝에 전달되면 그 끝부분에 있는 원자들은 주변에 있는 원자들보다 더 빠르게 움직이기 위해 시작한다. 이러한 현상은 원자들 간에 충돌 횟수 증가로 이어집니다.

에너지는 충돌 시 부딪치는 원자로 전달되고 열의 형태로 막대기 전체로 전달됩니다.

일반적으로, 모든 화재의 초기 단계에 있어서 열의 전달은 전적으로 전도에 기인하고 이후 화재가 성장하면서 뜨거운 가스는 발화원으로부터 떨어져 있는 대상 물체로 이동하게 되고, 전도는 다시 열을 전달하는 요인이 됩니다.

여러 가연물과 직접적으로 접촉하는 가스의 열은 전도에 의해 대상 물체로 전달됩니다.

 

2. 대류

화재가 성장하기 위해 시작할 때 모든 열은 따뜻한 곳에서 차가운 곳으로 열이 흐르는 성질에 의해 그 주변의 공기는 전도에 의해 가열됩니다. 즉, 공기와 연소 물질은 뜨거워집니다.

손 등의 촉감을 느낄 수 있는 신체 부위를 화염 위에 올려 농게 되면 피부가 불에 직접적으로 닿지 않더라도 열을 느낄 수 있게 되고 공기를 통한 열은 대류에 의해 피부로 전달됩니다.

대류는 가열된 액체나 가스 또는 기체의 운동에 의한 열에너지의 전달입니다.

열이 대류현상에 의해 전달될 때, 유동성을 갖는 액체나 가스 등의 물질은 한 장소에서 다른 장소로 움직이거나 순환합니다. 즉, 대류 또한 열의 기본성질인 따뜻한 곳에서 차가운 곳으로 열이 흐르는 성질에 의해 대류가 일어납니다.

 

3. 복사

복사는 중간 매개체(‘매질’과 같은 의미로 쓰임)의 도움 없이 발생하는 전자파(전파, 광파, 엑스레이 등)에 의한 에너지의 전달입니다.

(매질로 열이 전달되면 대류이고, 매질 없이 열전달이 이루어지면 복사라고 생각하시면 이해하기 쉽습니다)

태양열과 같은 복사에너지는 전자파의 움직임이며, 그 에너지는 빛의 속도로 직선으로 이동합니다.

모든 따뜻한 물체는 열을 발산하고 복사에 의한 열전달의 대표적인 예시인 태양열 에너지

는 빛의 속도로 태양에서 진공상태 또는 공간을 통과하여 지표면을 따뜻하게 합니다.

복사는 화재가 시작점이 된 건물, 가연물들 주변에 있는 건물, 가연물들에 의해 점화되는 화재 등에 의해 대부분 노출 화재의 원인입니다.

화재가 더 커지게 되면 열의 형태로 점점 더 많은 에너지를 발산하게 되고, 대형화

재의 경우 어느 정도 떨어져 있는 주변의 건물이나 가연물들이 복사열에 의해 발화되는

것이 가능하게 됩니다.

따라서 사람 또한 그 주변에 있으면 뜨거운 열기를 느끼게 되고 주변 차들도 열기에 의해 화재가 발생하거나 손상을 입게 됩니다. 화재 현장 제일 가까운 곳에 있는 소방차의 경우, 차량 측면에 스프링클러 헤드와 같은 물 분무장치가 있어서 화재 현장에서 차량의 열기를 식히고 차체를 보호할 수 있습니다.

복사에 의해 전달되는 열에너지는 일반적으로 전도나 대류를 방해하는 대기나 진공

상태를 통과하여 이동합니다.

복사에너지를 반사하는 물질들은 열의 전달을 방해하므로 공기의 매질이 없는 공간 또는 진공상태에서 복사는 더 잘 이루어집니다.