화재의 성상 1

1. 화재는 무염화재(Flameless fire)와 유염화재 (Flaming fire)의 두 가지 형태가 있습니다.

 

○ 무염화재

무염화재는 일반적으로 다공성 물질에서 발견되며 화염은 크게 발생하지 않으나 연기가 나고, 빛이 나는 화재로 심부화재(Deeply seated burning)에 해당합니다. 가죽과 같은 겉에 천을 씌운 가구, 석탄, 톱밥, 폴리우레탄 재질의 매트리스와 같은 물질은 대표적인 무염화재의 연소물질에 해당합니다. 이와 같은 다공성 연소물질은 대기 중의 산소가 천천히 스며들어 가면서 연소범위가 서서히 확산되기도 하는 무염화재와 같은 유형이 재발화의 원인이 됩니다.

 

○유염화재

유염화재는 열과 화염이 크게 발생하는 일반적인 화재유형에 해당합니다. 목재화재와 같이 나무 조각이 외부 열에 의해 가열되어 건조하게 되면서 먼저 수증기가 배출되고 나무 표면이 변색되면서 열분해가 일어납니다. 분자 간의 결합이 끊어져 물질의 상변화를 일으키는 열분해 반응으로 인하여 배출한 연소 가스는 주위의 화염에 의해 점화되어 연쇄적으로 불꽃을 발생시킵니다.

점화된 화염은 가열된 나무 주변을 뒤덮게 되고 주위의 풍부한 산소를 통해 화염은 더욱 크게 확산되는 연속적인 과정이 일어납니다. 발생한 화염의 열은 대기 중으로 방출되거나 일부는 연소 중인 나무로 다시 복사열이 되어 되돌아오면서 화재는 꺼지지 않고 계속해서 진행됩니다.

 

 

2. 소방에 관해서 공부하면서 자주 등장하는 용어와 그 개념에 대해 알아보도록 하겠습니다. 다음에 설명할 용어에 대한 내용들은 우리가 들어본 단어이지만 소방에서는 어떤 의미를 담고 있는지 자세히 알아보도록 하겠습니다. 내용이 어려울 수 있으므로 두괄식으로 중요한 부분을 앞에 작성하여 다음 내용이 예상할 수 있고 이해하기 쉽게 설명해보겠습니다.

 

○ 물질(Matter)

물질은 물리적 물체로써 공간을 점유하고 질량을 소유합니다. 그리고 질량, 크기, 부피와 같이 물리적 특성으로 표현될 수 있습니다.

측정할 수 있는 특성을 가지는 물질은 고체, 액체, 기체로 상변화를 가지는 물리적 특성, 색깔, 냄새 등이 측정, 관찰 가능한 특성들을 가집니다. 물질이 고체, 액체, 기체로 물리적 상태 변화에 대한 가장 대표적인 예시가 물입니다. 정상 기압이고 섭씨 0도(화씨 32도) 이상의 온도에 물은 액체의 형태로 관측되고, 해수면에서의 기압은 기압계 상으로 수은주가 760mm임을 보여줍니다. 기압이 고정된 상태에서 물의 온도가 섭씨 0도 이하로 떨어지면 물의 상태는 얼음인 고체로 변하게 됩니다. 반면 끓는점 이상의 온도에서 물은 수증기의 기체 형태로 상변화가 일어납니다.

상변화가 일어나게 영향을 미치는 요인은 온도뿐만이 아니라, 압력도 있습니다. 물체의 표면에 작용하는 압력이 감소하게 되면 온도의 끓는점 역시 감소하고, 반대의 현상 또한 물체의 표면에 작용하는 압력이 증가하게 되면 온도의 끓는점 역시 증가하게 됩니다. 압력에 따라 끓는점의 변화를 이용한 것이 압력밥솥과 같은 요리용 전자기기에 이용되는 원리입니다. 액체의 끓는점은 용기 안의 압력이 증가할 때 높아집니다. 그러므로 음식물은 끓는 물의 온도가 100℃보다 더 크므로 압력밥솥에서 밥을 짓게 되면 더 찰지고 빠르게 밥이 완성됩니다.

물질은 질량과 부피의 물리적 특성에서 유래된 용어 표현입니다.

밀도는 고체분자가 얼마나 서로 밀접하게 뭉쳐 있는가에 대한 측정이고, 밀도는 물체의 질량을 부피로 나누어 산출합니다. 밀도는 국제표준체계에서 kg/m³, 영미체계에서는 lb/ft3로 표현합니다.

액체에 대한 일반적인 표현은 비중으로 나타냅니다. 비중은 일정부피의 어떤 액체에 대한 질량의 비를 같은 부피에서 1의 비중을 갖는 물에 대한 질량의 비와 비교한 비율을 말합니다. 그러므로 1보다 작은 비중을 갖는 액체는 물보다 가볍고, 반대로 1보다 큰 비중을 갖는 액체는 물보다 더 무겁다고 표현합니다.

기체는 증기밀도로 표현합니다. 증기밀도는 공기와 관련한 가스나 증기의 밀도로 정의되고, 대기 중의 공기가 비교기준으로 사용되므로 공기는 1의 증기 밀도를 가집니다. 1보다 작은 증기 밀도를 가지는 기체는 상승하게 되며, 1보다 큰 증기 밀도를 가지는 기체는 하강하게 됩니다.

LPG와 LNG를 예로 들어 설명해 보겠습니다. LNG는 주성분이 메탄(CH₄)이므로 공기보다 증기밀도가 가벼워 위로 뜨기 때문에 LNG 감지기를 천장에서 30cm 이내에 설치하며, LPG는 주성분이 프로판(C₃H₈)과 부탄(C₄H₁₀)이므로 공기보다 무거워 LPG 감지기를 바닥으로부터 30cm 이내에 설치합니다.

 

3. 열과 온도

열은 지구상에서 찾아볼 수 있는 가장 흔한 형태의 에너지이며, 물체의 온도가 서로 다를 때 한 물체로부터 다른 물체로 전달되는 에너지입니다. 온도는 열을 표시하는 지표로써 어떤 기준에 근거하여 대상물의 따뜻함이나 차가움을 상대적으로 측정한 값입니다. 오늘날 그 표준은 물의 빙점(섭씨 0도 또는 화씨 32도)과 끓는점(섭씨 100도 또는 화씨 212도)에 근거합니다. 우리나라의 경우 온도는 표준방식에서 섭씨(℃)를 사용하고, 미국관행방식에서는 화씨(℉) 단위를 사용하여 측정합니다.

그리고 열을 포함한 모든 형태의 에너지에 대한 공인된 표준방식 단위는 'Joule(줄)'을 사용합니다. 줄의 단위는 현행의 전문서적에서 열을 표현하는 단위로 사용하고 있지만 열의 단위는 오랫동안 '열량(Cal)'나 'BTU'라는 용어로 사용해 왔습니다. 1cal는 물 1g의 온도를 섭씨단위로 1도 올리는데 요구되는 열량이고, BTU는 물 1파운드의 온도를 화씨단위로 1도 올리는데 요구되는 열량입니다. Cal와 BTU는 표준방식에서 인정되는 단위는 아니지만 현재에도 일반적으로 쓰이고 있습니다. Cal와 Joule의 상관관계는 1칼로리가 4.187줄과 동등하고 1BTU가 1,055줄과 같다는 점에서 열의 기계적 등량 (mechanical equivalent)으로 불립니다.