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소방설비기사 소방원론 · 연소생성물과 열·연기

Combustion Products

화재로 숨지는 사람 대부분은 불꽃이 아니라 연기와 유독 가스를 마셔서 목숨을 잃는다. CO 는 색도 냄새도 없이 헤모글로빈과 산소보다 훨씬 강하게 붙고, 열은 전도 · 대류 · 복사 세 길로 퍼진다. 중성대 아래 맑은 공기를 따라 몸을 낮춰 대피하는 것이 기본이에요. 그림에는 불꽃 위로 연기층, 아래로 공기층이 있고, 중성대 높이 슬라이더를 움직이면 두 층의 경계선이 오르내리고, 연기가 오르는 화살표와 문 아래로 공기가 들어오는 화살표도 함께 바뀌어요.

타면 무엇이 나오는가

☠️ 화재 사망의 큰 원인은 불꽃이 아니라 연기
화재 사망자의 대부분(흔히 70 ~ 80% 로 꼽음)은 화상이 아니라 연기(유독 가스)를 마셔 숨진다. 어떤 연소 생성물이 나오고 얼마나 위험한지 알아야 사람을 구할 수 있어요.

주요 연소 가스와 위험성

주요 연소 가스와 위험성
구분생기는 조건특성위험성허용 농도
CO(일산화탄소)불완전 연소 때무색 · 무취, 공기보다 조금 가벼움헤모글로빈과 결합력이 O₂ 의 200 ~ 300배, 혈액의 산소 운반을 막음50 ppm (8시간 TWA)
CO₂(이산화탄소)완전 연소 때무색 · 무취, 공기보다 무거움호흡이 빨라져 유독 가스를 더 많이 마시게 함5,000 ppm (0.5%)
HCN(시안화수소)질소가 든 물질(나일론, 우레탄 등)쓴 아몬드 냄새, 맹독성세포 호흡을 막아 아주 적은 양으로도 치명적10 ppm
HCl(염화수소)PVC(염화 비닐)가 탈 때자극성 냄새, 점막 손상눈 · 기관지 자극, 폐부종 유발5 ppm

열은 어떻게 전달되는가

열전달 세 가지 방식

열전달 세 가지 방식
구분정의예시특징
전도(conduction)물질 안에서 분자 진동으로 열이 옮겨 감벽체를 지나는 열, 금속 도체열전도율(k)이 클수록 빠름
대류(convection)공기 · 액체 같은 유체가 움직이며 열을 나름뜨거운 연기가 올라가 천장을 따라 퍼짐화재가 번지는 주된 길
복사(radiation)전자기파(적외선)로 에너지가 옮겨 감햇볕, 불꽃에서 오는 복사열매질 없이 전달, 점 열원이면 거리의 제곱에 반비례
복사 열전달(스테판-볼츠만 법칙)
q = ε·σ·A·T⁴
ε: 방사율(0 ~ 1), σ: 스테판-볼츠만 상수(5.67×10⁻⁸ W/m²K⁴), A: 면적(m²), T: 절대 온도(K). 온도의 네제곱에 비례하므로 화재로 온도가 오르면 복사열이 급격히 커진다.

연기의 흐름과 중성대

🌫️ 중성대란
화재 때 실내와 바깥의 압력이 같아지는 높이를 중성대(neutral plane)라 한다. 중성대 위에서는 연기가 밖으로 나가고, 아래에서는 바깥 공기가 들어와요.
60%
연기 이동 속도
v = 0.5 ~ 1.0 m/s(수평) / 2 ~ 5 m/s(수직)
연기는 수평보다 수직 방향으로 몇 배 빠르게 움직인다. 계단실 같은 수직 통로가 연기가 번지는 주된 길이다.
💡 중성대와 피난
• 중성대 아래: 비교적 맑은 공기라 몸을 낮춰 대피한다
• 화재가 커지면 중성대가 내려와 대피할 시간이 줄어든다
• 제연 설비는 중성대를 높게 유지해 피난 시간을 버는 것이 목적이에요

연기의 농도와 감광 계수

감광 계수(Cs)
Cs = 1L · lnI0I [1/m]
L: 빛이 지나는 거리(m), I₀: 들어간 빛, I: 지나온 빛. Cs 가 클수록 연기가 짙어 앞이 보이지 않는다.
감광 계수와 피난
Cs = 0.3(1/m): 건물에 익숙한 사람의 피난 한계 · 가시거리 약 5 m
Cs 0.1 이면 감지기가 작동할 정도(가시거리 20 ~ 30 m), 0.5 면 어두침침해 약 3 m, 1 이면 1 ~ 2 m 로 거의 앞이 보이지 않는다.

시험 포인트 정리

🎯 시험에서 볼 자리
① CO: 무색 · 무취, 헤모글로빈 결합력이 O₂ 의 200 ~ 300배, 화재 사망의 큰 원인
② HCN: 질소가 든 물질이 탈 때 생기고 세포 호흡을 막는다
③ 열전달 세 방식: 전도 · 대류 · 복사, 화재 때는 대류가 주로 번지게 한다
④ 복사열은 절대 온도의 네제곱(T⁴)에 비례한다
⑤ 중성대는 실내외 압력이 같은 높이로, 화재가 커지면 내려온다
⑥ 연기 수직 속도(2 ~ 5 m/s)가 수평(0.5 ~ 1 m/s)보다 훨씬 빠르고, Cs 0.3 · 0.5 · 1 의 가시거리를 짝지어 기억해요
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