훈소(작열연소/표면연소/심부화재)

이번글을 소방기술사 공부를 하며 가장 혼돈스러웠던 부분 중 하나였던

훈소/작열연소/표면연소에 관한 내용입니다.

개요에 들어가기 앞서 SFPE Handbook의 훈소 Chapter의 마지막부분의 문단에 아래와 같이 나와있습니다. 

(From SFPE Handbook, 5th Edition 최신판)

Regrettably, the state of the art is incomplete, and accurate calculations on smoldering phenomena are not possible. 
Current understanding is fragmented in different areas, as suggested by the many different names applied to it: 
non-flaming combustion, oxidative pyrolysis, glowing combustion, filtering combustion, low oxygen combustion, deep seated fire, hidden fire, lagging fire, smoking material, in-situ combustion, fireflood or underground gasification. 
More experimental and theoretical studies, and a multidisciplinary research approach to smoldering combustion are needed.

유감스럽게도, 기술의 상태는 불완전하고, 훈소에 대한 정확한 계산은 불가능합니다.
현재의 이해는 다양한 영역에서 단편화되어 있으며, 이 영역에 적용된 다양한 이름에서 알 수 있습니다:
무염 연소, 산화 열분해, 작열(glowing) 연소, 여과(filtering) 연소, 저산소 연소, 심부 화재, 숨겨진 화재, lagging fire(이건 잘 모르겠습니다), 연기 물질, in-situ fire, fireflood 또는 지하 가스화.
더 많은 실험적이고 이론적인 연구, 그리고 연기가 나는 연소에 대한 다학제적인 연구 접근법이 필요합니다.

 

즉 훈소(작열연소/표면연소/심부화재) 등은 위에도 언급하였듯이 아직 학문적으로 정확히 구분되어 지지는 않은 듯합니다.

따라서 공부를 하시며 너무 정확하게 구분되지 않아 깊이 찾아보느라 시간을 투자하는 것은 비효율적입니다.

 

하지만 저희는 기술사 시험을 준비하는 입장으로 어느정도 본인만의 기준을 명확히 하여 답안지는 작성해야 하므로

그 내용에 대한 이해는 필요하므로 '화재공학원론'과 최신판의 'SFPE Handbook'의 훈소에 대한 내용에 대해 간략히 정리해보겠습니다.

그럼 오늘은 위의 두 책의 훈소에 관한 내용 간략하게 설명해보고자 합니다.

각 책의 내용을 요약 정리한 것으로 문체를 간략하게 작성하였습니다.

■ 훈소 – 화재공학원론

예전 기술사 공부하시던 분들이 많이보시던 화재공학원론에 훈소내용은 다음과 같습니다. 아래의 내용이 훈소에 대한 내용 전체을 요약한 것이며 지나고보니 제일 명확하게 설명되어 있으니 처음 공부하시는 분이라면 아래의 내용 기본으로 하여 추후 나올 내용에 대하여 본인만의 생각으로 추가하시면 될 듯합니다.

1. 훈소의 정의

훈소란 공기 중에 존재하는 산소와 고체 표면간에 발생하는 상대적으로 느린 연소 과정으로 연료의 표면에서 반응이 일어나고 산소는 이 표면으로 확산되어가고 이 표면에서는 작열(glowing)과 탄화(charring)현상이 일어난다.
작열한다는 것은 온도가 1000도 이상임을 나타낸다. 훈소에서 연료면으로 공기의 유입이 많아지는 경우 유염 연소로 변환될 수 있다. 

(첨언)

공부를 하시다 보면 훈소와 작열연소(glowing, 벌겋게 다라오른 숯)을 분리시키는 경우가 있는데

혹시나 그러한 문제가나오면 분리시키는 개념으로 답을 작성하시되, 위의 책과 서두에도 적었듯이 작열연소는 훈소에 포함되는 개념이 맞을 듯 합니다.

2. 훈소의 특징

훈소는 다공질의 고체, 혼합연료, 불침윤성 고체, 고체연료 폐기장 등에서 발생하기 쉽다. 훈소의 과정은 매우 느리기 때문에 산소를 많이 필요로 하지 않는다. 공기는 각 방향에서 훈소 전면으로 흐를 수 있고 또한 자연적으로 부력을 유도할 수 있다. 훈소의 개념도는 아래와 같다.

- 아래의 개념도 많이 보신 그림입니다.

훈소 개념도 - From 화재공학원론

- 추가적으로 SFPE Handbook의 개념도도 함께 보시면 훈소의 과정이 연료 예열 - 작열하는 반응부 - 숯,char - 재,ash 로 진행되며 공기공급에 따라 형상이 달라짐을 알 수 있습니다.

훈소 개념도 - SFPE Handbook

훈소의 반응속도는 여러 요소에 따라 달라질 수 있지만 개략적으로 1~5 mm/min이다. 훈소는 매우 느리지만 일산화탄소를 생성하기 때문에 인체에 치명적일 수 있다.

 

■ 훈소의 소개 - SFPE Handbook

1. 훈소의 정의

훈소는 느리고, 저온이며, 다공성 연료의 무염연소이며, 연소 현상의 가장 지속적인 형태이다. 열은 산소가 고체 연료의 표면을 직접적으로 침투할 때 방출된다. 셀룰로스 단열재, 폴리우레탄 폼 또는 이탄과 같은 가열 시 숯을 형성하는 다공성 연료에서 일반적이다.

2. 훈소의 위험성

훈소는 2가지 이유로 인해 심각한 화재위험을 발생시킨다. 
첫째, 훈소는 화염연소에 비해 연료 중에 독서 화합물로 전환되는 양이 훨씬 많다.
둘째, 훈소는 열원의 강도가 너무 약해 직접 화염을 발생시킬 수 없는 점화원을 통해 불꽃화재가 발생 가능하도록 한다.

3. 훈소의 예

담배나 숯불은 훈소의 대표적인 예이며 다른 대표적인 예로 숯의 경우 아래 그림의 왼쪽에 나와있다.
덜 친숙하지만 더 일반적인 위협은 아래의 오른쪽그림에서 보는 것처럼 실내마감재 내부의 발포재에서의 훈소이다. 고분자 발포체와 기타 건축용 단열재의 연소는 높은 에너지 효율을 요구하는 건설 산업에서 광범위하게 사용되기 때문에 중요해지고 있다.

 

훈소의 예 (From SFPE Handbook)

4. 훈소의 난해함

훈소가 안전 및 환경에 대한 광범위한 영향을 미침에도 불과하고, 현재 우리의 훈소에 대한 이해는 제한적이며, 불꽃연소보다 훨씬 덜 이해가 부족한 상태입니다. 이는 반응성 다공성 매체 내에서 물질이동 및 열화학의 결합과 복잡함 때문이다.

 

■ 훈소 첫번째 글을 마치며

여기까지가 두개의 책의 훈소에 대한 내용입니다. 화재공학원론의 경우 전체적인 내용이며 SFPE Handbook의 경우 소개(Introdcution) 부분의 내용 번역 및 요약한 것입니다.

읽어보면 SFPE Handbook에도 몇번 나오는 것처럼 아직 명확하게 정의되지 않는 현상이므로 훈소의 개념을 '작열(glowing)과 탄화(charring)현상을 포함한 연소의 형태' 로 이해하시면 되겠습니다.

그 특징은 느린연소속도 / 저온 / 다공질물질의 무염의 연소 형태 입니다.

다음번 글은 훈소의 전파형태 / 불꽃화재랑 차이점등 SFPE에 나온 내용 정리해보겠습니다.

(현재 한국의 책들은 아직은 최신판의 SFPE Handbook 내용을 서술하지는 않은 듯합니다. 대부분 방화공학원론 또는 화재공학원론내용 기준으로 기술사책들이 서술되어 있습니다.)