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이 장은 문제은행 연소이론 > 연기 및 화염 영역으로, 총 4개 세부주제(유독가스 구분, 확산연소 이상현상, 연기의 성질과 이동, 제연설비 기준)를 다룬다. 기출에서는 황화수소·염화수소·청산가스·이산화황을 발생원과 연소조건에 맞춰 짝짓는 문제, 역화(연소속도가 분출속도보다 큼)와 선화(연소속도가 분출속도보다 작음)의 대소관계, 층류확산화염과 난류확산화염의 화염높이 차이를 뒤집어 놓은 함정이 반복된다. 연기 쪽에서는 연기가 미립자·유독가스·열이 섞인 혼합체로 시야 저해·질식·열·공포의 피해를 준다는 점, 열팽창·부력·굴뚝효과 같은 이동의 힘, 그리고 제연설비가 거실에서는 배출과 공기유입으로, 특별피난계단 부속실에서는 급기가압에 의한 차압(최소 40파스칼)으로 연기를 제어한다는 구분을 정리했다. 이 장의 앞쪽 세부주제는 기출 문항에 근거하고, 나머지 2개는 기출이 없는 범위라 화재안전기술기준(NFTC 501, NFTC 501A)과 표준 화재공학 지식을 바탕으로 보충 작성했다.
계란 썩는 냄새가 나는 무색의 가연성·유독성 가스이며, 불완전연소 시 발생한다.
염화수소(HCl)는 폴리염화비닐(PVC) 등이 연소할 때 발생하는 맹독성가스이다.
청산가스(HCN)는 동물의 털·모직·비단·나일론 등 질소함유물이 불완전연소할 때 발생한다.
이산화황(SO2)은 황(S)을 포함한 유기화합물이 완전연소할 때 발생하며, 황화수소는 반대로 불완전연소 시 발생한다.
| 가스 | 특징적 냄새·조건 | 발생원 |
|---|---|---|
| H2S | 계란 썩는 냄새, 불완전연소 | 가연성·유독성 |
| HCl | 자극성 | PVC 등 연소 |
| HCN(청산가스) | - | 모직·비단·나일론 등 질소함유물 불완전연소 |
| SO2 | - | 황함유물 완전연소 |
📎 기출 연계 — 2025년 소방학개론(공채) 11번 · 정답 ① 계란 썩는 냄새가 나는 가연성가스이다.
연소속도가 분출속도보다 커서 불꽃이 노즐(연료 공급구) 속으로 역류하는 현상이다.
연소속도가 분출속도보다 작아 불꽃이 노즐 위로 들뜨는 현상이다.
공기(산소) 공급이 부족할 때 불완전연소로 발생하는 주황색(황색) 불꽃이다.
층류확산화염은 화염높이가 분출속도에 비례하지만, 난류확산화염은 분출속도와 무관하게 화염높이가 일정한 값으로 수렴(포화)한다.
'화염높이가 분출속도에 비례한다'를 난류확산화염에도 그대로 적용하면 틀린 서술이 된다.
📎 기출 연계 — 2022년 소방학개론(공채) 16번 · 정답 ③ ㄱ, ㄴ, ㄷ
연기는 연소·열분해 과정에서 생긴 고체·액체 미립자(그을음, 타르 방울 등)가 뜨거운 연소가스 속에 떠 있는 혼합체이다.
미립자, 유독가스, 열이 한꺼번에 움직이므로 연기의 피해는 시야·독성·열의 세 가지 축으로 나누어 이해한다.
산소가 충분한 완전연소에 가까울수록 연기가 적고, 산소가 부족한 불완전연소나 훈소일수록 그을음과 일산화탄소가 늘어 짙은 연기가 된다.
가연물의 종류에 따라 연기의 양과 독성이 달라지며, 유독가스별 발생원은 앞의 유독가스 구분에서 다룬 내용과 연결된다.
미립자가 빛을 흡수·산란시켜 가시거리를 줄이므로 출구와 피난 경로를 찾기 어려워지고 피난 속도가 떨어진다.
연기 농도를 나타내는 감광계수와 가시거리의 관계는 건물화재의 성상 장에서 다룬다.
일산화탄소 등 독성가스와 산소 농도 저하로 의식을 잃거나 질식할 수 있으며, 화재 인명피해에서 연기·유독가스 흡입이 큰 비중을 차지한다.
고온의 연기는 호흡기 열손상을 일으키고, 시야 상실과 공포는 판단력을 떨어뜨려 집단 혼란의 원인이 된다.
소방대의 진입·인명검색·소화활동도 연기 때문에 방해받는다.
가열된 기체는 부피가 늘어 밀도가 낮아지므로 부력으로 위로 상승하고, 천장에 닿으면 천장 아래를 따라 수평으로 퍼지며 고온의 연기층을 이룬다.
화재실 안에서는 열팽창으로 압력이 올라 연기가 개구부와 틈새를 통해 인접 공간으로 밀려 나간다.
굴뚝효과는 건물 내부와 외부, 또는 내부 공간의 상하 사이에 온도 차가 있어 생긴 밀도 차이로 건물 안에 수직 기류가 발생하는 현상이다(화재안전기술기준 NFTC 501A의 용어 정의).
계단실·승강기 승강로·설비 샤프트처럼 층을 관통하는 수직 공간이 연기의 주된 통로가 되며, 내외 온도 차가 클수록, 건물이 높을수록 강해지는 것이 일반적이다.
난방하는 겨울에는 내부 공기가 상승하는 방향이지만, 냉방하는 여름에는 내부가 더 차가워 반대 방향(역굴뚝효과)이 될 수 있다. 중성대를 기준으로 한 상하 유출입 방향은 건물화재의 성상 장에서 다룬다.
외부 바람은 외벽 개구부에 풍압 차를 만들어 연기의 흐름 방향을 바꾸고, 공기조화용 덕트는 연기가 다른 층과 구역으로 옮겨 가는 통로가 된다.
승강기가 오르내릴 때 승강로 안의 공기가 밀리는 피스톤 작용도 연기 이동에 영향을 준다.
| 구동력 | 작용 원리 | 주된 이동 경로 |
|---|---|---|
| 열팽창 | 가열로 기체 부피 증가 → 화재실 압력 상승 | 개구부·틈새 → 인접 공간 |
| 부력 | 고온 연기의 낮은 밀도 → 상승 | 화재플룸, 천장 하부 수평 확산 |
| 굴뚝효과 | 내외(상하) 온도 차 → 밀도 차 → 수직 기류 | 계단실·승강로·샤프트 |
| 바람 | 외벽 풍압 차 | 외기에 면한 창·개구부 |
| 공조설비·승강기 | 송풍 압력, 덕트 연결, 승강로 공기 이동 | 덕트·승강로를 통한 다른 층·구역 |
연기 제어는 크게 연기를 구획해 가두는 것, 연기를 밖으로 배출하는 것, 신선한 공기를 공급해 압력 차로 연기의 침투를 막는 것으로 나눌 수 있다.
제연설비는 화재가 난 거실의 연기를 배출함과 동시에 옥외의 신선한 공기를 공급해 피난과 소화활동을 돕는 설비로 정의되며(NFTC 501), 특별피난계단의 계단실·부속실 제연설비는 옥외 공기로 제연구역의 기압을 옥내보다 높게 유지해 연기의 침투를 막는 방식이다(NFTC 501A).
하나의 제연구역 면적은 1,000제곱미터 이내이고, 거실과 통로(복도 포함)는 각각 따로 제연구획 한다.
통로상의 제연구역은 보행중심선 길이가 60미터를 넘지 않아야 하며, 하나의 제연구역은 직경 60미터 원 안에 들어가야 하고 2개 이상의 층에 걸치지 않아야 한다(층 구분이 불분명한 부분은 따로 구획).
제연경계는 연기를 예상제연구역 안에 가두거나 이동을 억제하는 보 또는 제연경계벽이며, 폭은 0.6미터 이상, 수직거리는 2미터 이내여야 한다(구조상 불가피하면 2미터 초과 가능).
제연경계의 폭은 천장(반자)에서 제연경계 하단까지의 거리, 수직거리는 제연경계 하단에서 바닥까지의 거리로 서로 다른 값이다.
바닥면적 400제곱미터 미만으로 구획된 거실은 바닥면적 1제곱미터당 분당 1세제곱미터 이상으로 하되 최소 배출량은 시간당 5,000세제곱미터 이상이다(약 83제곱미터 이하에서는 최소값이 우선 적용된다).
400제곱미터 이상인 거실은 예상제연구역이 직경 40미터 원 안이면 시간당 40,000세제곱미터 이상, 그 원을 넘으면 45,000세제곱미터 이상이고, 통로가 예상제연구역이면 45,000세제곱미터 이상이다(제연경계로 구획된 경우는 수직거리에 따른 별도 표 적용).
2개 이상의 예상제연구역을 동시에 배출하는 공동예상제연구역은 벽으로 구획된 경우 각 배출량의 합, 제연경계로 구획된 경우 각 배출량 중 최댓값으로 하며, 거실과 통로는 공동예상제연구역으로 묶을 수 없다.
400제곱미터 미만이고 벽으로 구획된 예상제연구역은 천장(반자)과 바닥 사이의 중간 윗부분에 배출구를 둔다.
통로이거나 400제곱미터 이상인 벽 구획 예상제연구역은 천장(반자) 또는 이에 가까운 벽에 설치하되, 벽에 설치하면 배출구 하단과 바닥 사이 최단거리가 2미터 이상이어야 한다.
예상제연구역의 각 부분에서 하나의 배출구까지 수평거리는 10미터 이내로 한다.
공기는 유입풍도를 통한 강제유입·자연유입, 또는 인접한 제연구역이나 통로에서 들어오는 공기로 유입할 수 있다.
400제곱미터 미만 거실은 유입구와 배출구 사이 직선거리를 5미터 이상 또는 구획된 실 장변의 2분의 1 이상으로 하고, 400제곱미터 이상 거실은 바닥으로부터 1.5미터 이하 높이에 유입구를 둔다.
유입구 크기는 배출량 분당 1세제곱미터에 대해 35제곱센티미터 이상이며, 유입되는 순간 풍속은 초속 5미터 이하로 하고 공기를 위로 분출하지 않게 한다(바닥 설치 시 위로 분출 가능, 이때 초속 1미터 이하).
배출기 흡입측 풍도 안 풍속은 초속 15미터 이하, 배출측은 초속 20미터 이하이며, 유입풍도 안 풍속은 초속 20미터 이하이다.
비상전원(자가발전설비·축전지설비·전기저장장치)은 제연설비를 유효하게 20분 이상 작동시킬 수 있어야 한다.
옥외의 신선한 공기를 제연구역(계단실·부속실)에 공급해 기압을 옥내보다 높이고 그 차압을 유지함으로써 옥내의 연기가 제연구역으로 침투하지 못하게 한다.
피난하려고 출입문이 일시 개방될 때는 방연풍속을 유지하도록 공기를 보충 공급하고, 문이 닫힐 때는 과압을 방지하는 조치로 차압을 유지한다.
제연구역과 옥내 사이 최소차압은 40파스칼 이상이며, 옥내에 스프링클러설비가 설치된 경우에는 12.5파스칼 이상이다.
제연설비 가동 중 출입문을 여는 데 필요한 힘은 110뉴턴 이하여야 하고, 출입문이 일시 개방될 때 개방되지 않은 제연구역과 옥내의 차압은 기준 차압의 70퍼센트 이상이어야 한다.
급기량은 차압 유지를 위한 누설량과 출입문 개방 시의 보충량을 합한 양 이상이며, 보충량은 부속실 수가 20개 이하이면 1개 층 이상, 20개를 넘으면 2개 층 이상의 양으로 계산한다.
급기송풍기의 송풍능력은 급기량의 1.15배 이상으로 하고(풍도 누설을 실측해 조정하는 경우는 예외), 급기풍도 안 풍속은 초속 15미터 이하, 풍도에서의 누설량은 급기량의 10퍼센트를 넘지 않아야 한다.
| 구분 | 거실 제연설비(NFTC 501) | 부속실 제연설비(NFTC 501A) |
|---|---|---|
| 제어 원리 | 연기 배출과 동시에 공기 유입 | 급기가압으로 차압 유지, 연기 침투 방지 |
| 대상 구역 | 거실·통로의 예상제연구역 | 특별피난계단의 계단실·부속실(승강장 포함) |
| 핵심 수치 | 제연구역 1,000제곱미터 이내, 직경 60미터 원 | 최소차압 40파스칼(스프링클러 설치 시 12.5파스칼) |
| 풍속·풍도 | 유입 순간 5m/s 이하, 배출기 흡입측 15m/s·배출측 20m/s·유입풍도 20m/s 이하 | 급기풍도 15m/s 이하 |
| 송풍기 용량 | 배출기 능력은 배출량 이상 | 급기송풍기는 급기량의 1.15배 이상 |
| 비상전원 | 20분 이상 | 20분 이상 |
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