본문내용
1. 서론
1.1. 연소 및 화재공학의 개념
연소 및 화재공학의 개념은 화재로 인한 피해를 최소화하고 안전한 건축물 설계를 위한 핵심적인 분야이다. 연소란 가연물질이 산소와 반응하여 열과 빛을 발생시키는 화학 반응을 의미하며, 화재공학은 이러한 연소 과정을 이해하고 화재 발생 및 확산 메커니즘을 분석하여 화재로 인한 피해를 예방하고 대응하는 기술이다.
건축물 내에서 화재가 발생할 경우 인명 및 재산상의 피해가 매우 크게 발생할 수 있기 때문에, 화재공학 기술은 건축물 설계 및 시공 단계부터 중요하게 고려되어야 한다. 고층 내화건축물의 경우 건물의 높이로 인해 화재 발생 시 대피와 소방 활동이 어렵고 화재 진압의 한계가 있으며, 내화구조체의 성능 저하로 인한 피해 확산 가능성이 높다. 따라서 고층 내화건축물에서 화재 안전을 확보하기 위해서는 수직 및 수평 확산 경로, 소방 활동의 어려움, 화재 진압의 한계, 내화구조의 취약성 등 고층 내화건축물의 화재 문제점에 대한 이해가 필요하다.
화재가혹도는 화재 발생 시 건축물과 그 내부에 있는 재산에 대한 피해 정도를 나타내는 지표로, 가연물질의 양과 종류, 연소열, 산소 공급, 비표면적, 화재실 단열성 등의 요인에 영향을 받는다. 가연물질의 연소열이 크고 완전 연소될수록, 산소 공급이 충분할수록, 가연물질의 비표면적이 넓을수록, 화재실의 단열성이 낮을수록 화재가혹도가 증가하게 된다. 따라서 화재가혹도를 낮추기 위해서는 건축물 내부의 가연물질 감소, 불연성 자재 사용, 화재실의 단열성 강화 등의 노력이 필요하다.
실내공기오염관리 측면에서도 화재공학 기술이 중요한데, 화재 발생 시 배출되는 유해 가스와 미세먼지 등이 실내 공기질을 악화시킬 수 있기 때문이다. 실내공기질 평가와 관리를 위해서는 가스상 물질 제어, 정도관리와 정도보증 등의 기술이 활용된다. 가스상 물질 제어에는 흡수법, 흡착법 등 다양한 방법이 있으며, 정도관리와 정도보증은 측정 결과의 신뢰성을 확보하기 위한 핵심 요소이다. 또한 공동주택과 다중이용시설의 실내공기질 시험방법이 규정되어 있어, 이를 준수하여 실내공기질을 관리할 수 있다. 이와 함께 실내공기질 위해성 평가를 통해 오염물질이 건강에 미치는 영향을 분석하고 대응책을 수립할 수 있다.
종합적으로 볼 때, 연소 및 화재공학은 건축물 화재로 인한 인적, 물적 피해를 최소화하기 위한 핵심 기술 분야이다. 고층 내화건축물의 화재 특성과 화재가혹도 저감을 위한 방안, 실내공기질 관리 및 위해성 평가 등 다양한 기술적 접근을 통해 보다 안전한 건축물 환경을 구현할 수 있다.
1.2. 고층 내화건축물 화재의 특징
고층 건물에서는 층간 연결이 높고 수직 및 수평 확산 경로가 다양하게 존재하므로, 화재가 빠르게 전파할 수 있다. 고층 건물에서의 화재는 대피가 어려워 인명 피해 가능성이 높다. 높은 층수와 혼잡한 계단 등의 요인으로 인해 대피시간이 단축되고, 계단 및 비상구 혼잡 등의 문제가 발생할 수 있다. 고층 건물은 소방 장비 및 인력의 접근이 어려워 화재 진압이 어려울 수 있다. 높은 층수에 따른 물 공급 문제 및 소방 시스템의 한계 등이 이에 기여할 수 있다. 내화재 및 화재 저항성 물질의 부재로 인해 화재에 대한 건물의 내구성이 감소할 수 있다.
1.3. 화재가혹도의 정의와 영향
화재가혹도(severity of fire)란 건축물에 화재가 발생했을 때 건축물 내에 수납되어 있는 재산이나 건축물 그 자체에 손상을 주는 능력을 의미한다. 쉽게 말해서 불이 났을 때 그 불이 얼마나 재산상의 피해를 주느냐를 수치로 표현한 것이 화재가혹도이다. 화재가혹도가 적을수록 건축물 자체와 건축물에 있는 재산에 끼치는 피해가 적게 되고, 반대로 화재 가혹도가 크면 이로 인한 손상이 많기 때문에 재산상의 피해가 커지게 된다.
화재의 가혹도에 영향을 미치는 주요 요소는 다음과 같다. 첫째, 가연물질의 연소열이다. 가연물질마다 불에 타는 열과 속도에 차이가 있으므로, 연소열의 값을 낮추는 것이 중요하다. 둘째, 산소 공급이다. 고체 가연물질은 완전 연소를 하기 위해 산소가 필요하므로, 산소 공급량과 방법에 따라 완전연소 여부가 달라진다. 셋째, 가연물질의 비표면적이다. 비표면적이 클수록 연소가 잘 되고 완전연소될 가능성이 높다. 넷째, 화재실의 바닥과 천장의 단열성이다. 단열성이 우수하면 가연물질의 연소열이 외부로 전달되는 것을 막을 수 있어 화재 확대를 방지할 수 있다.
따라서 화재 대응 및 건물 내화 설계 시에는 이러한 요소들을 종합적으로 고려하여 화재가혹도를 낮추고 재산상의 피해를 최소화할 수 있도록 해야 한다.
2. 고층 내화건축물 화재의 문제점
2.1. 수직 및 수평 확산 경로의 다양성
수직 및 수평 확산 경로의 다양성이다. 고층 건물에서는 층간 연결이 높고 수직 및 수평 확산 경로가 다양하게 존재하므로, 화재가 빠르게 전파될 수 있다. 건축물 내의 한 구역에서 발생한 화재가 옆 건물이나 인접 지역으로 옮겨 붙지는 않더라도 연기가 출화점으로부터 멀리 떨어져 있는 경우에는 유독 가스가 방출되고 이것이 건축물 외부로 빠져나가지 못해서 사람에게 피해를 줄 가능성이 높다. 또한 불이 나더라도 그것이 특정한 공간에서만 발생하는 경우가 있기 때문에 화재의 출화 지점에서 멀리 떨어져 있는 사람은 비상벨이 울리지 않고는 화재의 발생과 연기를 빨리 감지하지 못해서 조기에 건물을 탈출하지 못하는 문제가 발생하기도 한다.
2.2. 대피와 소방 활동의 어려움
고층 건물에서 화재가 발생하면 대피와 소방 활동에 많은 어려움이 있다. 우선 건물의 높이가 높기 때문에 구조 작업을 수행하는 소방차의 공중 사다리로 화재 발생 지점에 도달하기 어렵다. 최근 건설되는 초고층 건물의 경우 이러한 소방 장비로는 상층부의 화재를 진압하기 곤란하다. 또한 고층 건물은 주로 도심에 밀집해 있어 화재 진압을 위해 헬리콥터가 접근하기도 어렵다. 건물과의 충돌 위험으로 인해 헬기 접근이 현실적으로 어렵다.
더욱이 고층 건물에서 화재가 발생하면 엘리베이터 작동이 중단되거나 추락의 위험이 있어 소방관들이 엘리베이터를 이용하여 화재 진압에 접근하기 어렵다. 내화 건축물의 경우 화재로 인한 전소를 방지할 수 있지만, 고열로 인해 내화력이 저하되고 창문의 유리나 파편, 패널 등이 분리되...
