소방원론›연소이론

연소생성물과 열·연기

Combustion Products

연소하면 무엇이 나오는가
☠️ 화재 사망의 주원인은 화염이 아니라 연기
화재 시 사망자의 약 70~80%는 화상이 아닌 연기(유독가스) 흡입에 의한 질식사입니다. 연소생성물의 종류와 위험성을 아는 것이 인명구조의 핵심입니다.

주요 연소가스와 위험성

📊주요 연소가스와 위험성
구분발생조건특성위험성허용농도
CO (일산화탄소)불완전연소 시무색·무취, 공기보다 약간 가벼움Hb 결합력 O₂의 200~300배, 혈액 산소운반 차단50 ppm (8시간 TWA)
CO₂ (이산화탄소)완전연소 시무색·무취, 공기보다 무거움호흡촉진 → 유독가스 흡입량 증가5,000 ppm (0.5%)
HCN (시안화수소)질소 함유 물질 (나일론, 우레탄 등)아몬드 냄새, 맹독성세포호흡 차단, 극소량 치사10 ppm
HCl (염화수소)PVC(염화비닐) 연소 시자극성 냄새, 점막 손상눈·기관지 자극, 폐수종 유발5 ppm
열은 어떻게 전달되는가

열전달 3가지 방식

📊열전달 3가지 방식
구분정의예시특징
전도 (Conduction)물질 내부에서 분자 진동으로 열이 이동벽체를 통한 열전달, 금속 도체열전도율(k)이 클수록 빠름
대류 (Convection)유체(공기·액체)의 이동으로 열이 전달화재 시 뜨거운 연기 상승, 플래시오버화재 확산의 주요 메커니즘
복사 (Radiation)전자기파(적외선)로 에너지 전달태양열, 화염으로부터의 복사열매질 없이 전달, 거리² 에 반비례
복사 열전달 (스테판-볼츠만 법칙)
q = ε·σ·A·T⁴
ε: 방사율(0~1), σ: 스테판-볼츠만 상수(5.67×10⁻⁸), A: 면적(m²), T: 절대온도(K). 온도의 4제곱에 비례 → 화재 시 온도 상승이 복사열을 급격히 증가시킵니다.
연기의 유동과 중성대
🌫️ 중성대란?
화재 시 실내에서 연기층(고온)과 공기층(저온)의 경계면을 중성대(Neutral Plane)라 합니다. 중성대 위는 연기가 밖으로 나가고, 아래는 외부 공기가 유입됩니다.

화재 시 중성대와 연기·공기 유동 시각화

60%
연기 유동 속도
v = 0.5 ~ 1.0 m/s (수평) / 2 ~ 5 m/s (수직)
연기는 수직 방향으로 수평보다 2~8배 빠르게 이동합니다. 계단실 등 수직 통로가 연기 확산의 핵심 경로입니다.
💡 중성대와 피난
• 중성대 아래: 비교적 맑은 공기 → 낮은 자세로 대피
• 화재 진행 → 중성대 하강 → 대피 가능 시간 감소
• 제연설비의 목적: 중성대를 높이 유지 → 피난 시간 확보
연기의 농도와 감광계수
감광계수 (Cs)
Cs = 1L · lnI0I [1/m]
L: 빛의 통과 거리(m), I₀: 입사광, I: 투과광. Cs가 클수록 연기가 짙어 시야 확보가 어렵습니다.
피난 한계 감광계수
Cs = 0.5 (1/m) : 피난 한계 / 가시거리 ≈ 5~10 m
Cs = 0.5 이상이면 피난이 곤란한 수준. 보행 속도가 급격히 감소합니다.
시험 포인트 정리
🎯 시험 포인트
① CO: 무색·무취, Hb 결합력 O₂의 200~300배 — 화재 사망 원인 1위
② HCN: 질소 함유 물질 연소 시 발생, 세포호흡 차단
③ 열전달 3방식: 전도·대류·복사 — 화재 시 대류가 주 확산 메커니즘
④ 복사열은 온도의 4제곱에 비례 (T⁴)
⑤ 중성대: 연기층/공기층 경계, 화재 진행 시 하강
⑥ 연기 수직 유동속도(2~5 m/s) >> 수평(0.5~1 m/s)