냉각에 의한 소화와 물의 소화능력에 대하여

냉각에 의한 소화와 물의 소화능력에 대하여

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Ⅰ. 냉각소화원리

1. 화재시의 연소는 발열, 산화반응에서 발생되는 막대한 열중에 상당한 부분은 전도, 대류, 복사 등의 열전달 방식에 따라 외부공간으로 발산된다.
2. 그러나 일부는 귀화하여 미 반응 물질들(연료와 산소)의 산화반응을 위한 충분한 활성에너지원이 되기 때문에 연소가 지속된다.
3. 따라서 발생되는 열을 어떤 수단을 사용하여 제거함으로써 귀환열을 활성화 에너지의 수준 이하가 되게 할 수 있으면 연소가 중단된다.
4. 열을 제거한다는 것은 곧 냉각을 뜻하며 냉각을 위해서는 열을 식혀주는 물질 곧 냉매가 있어야 한다. 그 냉매로 사용되는 것이 곧 물이다.
5. 물의 냉각 효과는 귀환열의 감소에만 기여하는 것뿐만 아니라 연료로부터의 가연성 증기나 기체들의 발생률도 감소 또는 중단시켜줌으로써 소화효과를 더욱 촉진케 한다.
6. 주수되는 물은 주수 대상에 대한 냉각과 아울러, 그 자신이 흡수한 열로 인해 많은 양의 수증기를 발생하며 산소의 농도를 저하시키는 다소간의 질식, 희석효과도 있다.

 

2. 냉각에 의한 소화

1. 타고 있는 물체가 냉각되어 가연 증기가 연소 하한계 이하로 농도가 떨어지면 화열은 소화한다.
2. 상온보다 낮은 인화점의 가스 및 액체 소화에는 물 소화방법을 적용하기 곤란하다 →실란(SiH4)
3. 얼마나 빨리 소화되느냐는 얼마나 빨리 물이 공급되느냐에 달려있다.
4. 물은 증발하면서 가장 열을 많이 흡수하는데 이는 봉상주수보다 무상주수가 더욱 효과적이다. → 비표면적이 커짐
5. 분무된 물은 다음 원칙에 따라 화염을 냉각한다.
   • 열전달량은 공급되는 물의 표면적에 비례한다.
   • 열 전달량은 두 유체의 온도차에 비례한다.
   • 열 전달량은 수증기 분압의 영향을 받는다.

 

3. 물의 소화능력

1. 상온에서 물은 무겁고 비교적 안정된 액체이다. → 4℃물이 가장 무겁다.
2. 물의 융해 잠열은 80kcal/kg이다
3. 비열(1.0kcal/kg℃)이 크므로 물 입자가 많은 열량을 흡수한다.
4. 증발잠열(539kcal/kg)이 크므로 기화 시 다량의 열을 탈취한다.
5. 기화팽창(1,650배)이 크므로 수증기가 연소면을 덮어 질식, 희석효과를 발생한다.
6. 인체에 무해하며 각종 약제와 혼합하여 수용액으로 사용할 수 있다. → 부동액, 침투제, 증점제, 밀도개선제, 유화제, 유동화재
7. 가격이 저렴하고 변질의 우려가 없으며 장기보관이 가능하다.
8. 주수 방법에 따라 다양하게 사용할 수 있다. → 물 입자 크기가 작을수록 비표면적이 커서 증기로 쉽게 바뀌어 냉각 효과가 크므로 분무하는 방법이 소화에 가장 효과적이다.
   • ① 봉상(Stream) : 옥내소화전 설비, 옥외소화전설비
   • ② 입사상(Drop) : 스프링클러설비, 연결살수설비
   • ③ 분무상(Spray) : 물분무설비

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▲ 물(水)

1. 개요(물리적 성질)

1. 상온에서 물은 무겁고 비교적 안정된 액체이다
2. 물의 융해잠열은 80Kcal/kg이다.
3. 물의 비열은 1kcal/kg℃ → 물 1kg을 14.5℃에서 15.5℃로 1℃ 높이는데 필요한 열량 개념
4. 물의 증발점열은 539kcal/kg(1 기압, 100℃)
5. 물이 증발하면 그 체적은 1,650배로 증가한다.
6. 표면장력이 크다.

 

2. 소화작용

1. 냉각작용
   1. ① 비열과 증발잠열이 높다.
   2. ② 15℃의 물 1kg이 250℃의 증기로 되는 경우 약 700kcal 열을 흡수한다
      • ㉮ 물이 15℃에서 100℃가 될 때 : 1kg × 1kcal/kg℃ × 85℃ = 85kcal
      • ㉯ 100℃에서 물이 수증기로 기화될 때 : 1kg × 539kcal/kg = 539kcal
      • ㉰ 100℃의 수증기가 250℃의 수증기가 될 때 : 1kg × 0.48kcal/kg℃× 150℃ = 72kcal
      • ㉱ 계 : 696kcal
2. 질식작용
3. 희석작용 : 물과 혼합하는 액체(메칠알콜, 에틸알콜), 6류 위험물
4. 타격 및 파괴효과 : 봉상, 적상 주수 시 연소물을 파괴

 

3. 물의 특성

1. 냉각효과 큼 : 비열, 증발잠열↑
2. 방사형태 다양 : 봉상, 적상, 무상
3. 안정성 높음 : 첨가제 사용 가능(부동액, 침투제, 증점제, 밀도개선제, 유화제, 유동화재)
4. 경제성 : 쉽게 구할 수 있고 가격이 싸다
5. 비압축성 : 관리, 펌핑, 이송이 용이
6. 질식효과 : 1650배 팽창

 

4. 주수방법

1. 봉상(Stream) : 소방용 방수 노즐 이용 굵은 물줄기 형태로 방출→열용량 큰 일반 고체 가연물의 대규모 화재에 유효 (예:옥내소화전, 옥외소화전)
2. 입자상(Drop) : 스프링클러 헤드에 의한 주수 → 물방울 평균 직경 0.5～0.6mm 정도로 고체 가연물 화재 적용(예:Sprinkler, 연결살수설비)
3. 분무상(Spray) : 분무 헤드, 분무 노즐에서 고압으로 방수

 

5. 물 소화약제 장점

1. 냉각, 질식소화의 효과가 매우 높은 물질이다.
2. 인체에 무해하며, 각 종 약제를 혼합하여 수용액으로 사용할 수 있다.
3. 변질의 우려가 없으며, 장기간 보관이 가능하고, 사용방법이 간단하다.
4. 보통의 온도와 대기압 상태에서 저장될 수 있다.
5. 어디서나 쉽게 구할 수 있고 가격이 저렴하여 경제적 부담이 없다.
6. 물은 적외선 흡수

 

6. 단점

1. 영하에서는 동파 및 응고 현상으로 적응성이 없다.
2. 물과 혼합하지 않은 액체연료의 연소에는 쓸 수 없다.
3. 필요 이상 물을 요하며, 소화 후 물에 의한 2차 피해가 발생한다.
4. 수손 피해가 크다.

 

7. 첨가제 : 물에 소화력 보강하기 위해 첨가하는 약제

1. 부동액 : 물의 빙점 강하
2. 침투제 : 1% 이하의 계면 활성제를 가해 표면장력을 낮춰 침투 효과를 높이기 위한 약제
3. 증점제 : 점도 높여 물의 유실 방지 → 소화효과를 높이기 위해 사용하는 약제
4. 밀도개선제
5. 유화제 : 고(高) 비점 유류에 대한 소화효과를 높이기 위해 사용하는 약제
6. 유동화제