2.1 화재발생 개요

2.1.1 일시: 0000. 00. 00. (목) 04:41

2.1.2 대상: ○○노래궁

2.1.3 구조: 철근콘크리트 슬라브가 4층 1동(연면적 2,206.35 ㎡)

2.1.4 피해 상황

(1) 인명피해: 1명(사망1)

(2) 재산피해: 89,577천원

① 부동산: 지하1층 590.68 ㎡ 부분소, 건물 외벽 100 ㎡ 그을음 ② 동산: 유흥업소 집기류일체(노래방기기, 쇼파, 테이블 등)

2.1.5 기상 상황 (Table 1)

Table 1

Weather Situation

2.1.6 지하 1층 평면도 (Fig. 1)

Fig. 1

Floor Plan of B1

2.1.7 발화지점 및 연소확대 경로

화재가 대기실에서 주변으로 연소 확대된 패턴이 식별된 점(Figs. 2~4), 대기실의 바닥 소실정도가 가장 심한 점(Fig. 5), 대기실 천장 콘크리트에서 다수의 박리흔이 식별된 점(Fig. 6) 등으로 보아 최초 발화지점은 대기실로 추정된다.

Fig. 2

Room 5

Fig. 3

Office

Fig. 4

Room 6

Fig. 5

Waiting Room: Loss of Floor is the Most Severe

Fig. 6

Waiting Room: Ceiling Concrete Spalling

2.2 발화원인 검토

2.2.1 기관(A)

최초발화지점으로 추정되는 대기실 바닥을 발굴하여(Fig. 7 참조) 발화가능성을 검토한 바 전기적요인, 가스누출, 화기취급 부주의에 의한 발화개연성을 배제하였다. 또한, 미소화원 및 방화가능성에 대한 개연성을 검토한바 카페트에서 둥근 탄화패턴(Fig. 8 참조)이 식별된 점, 재떨이와 담배꽁초가 발견된 점이다. 가연물이 미소화원에 의해 착화⋅발화하는데 여러 가지 제한된 요건을 구비하여야 하는 가능성을 생각해 보면 미소화원에 의한 발화 가능성을 배제하지 못하였다. 짧은 시간에 화재하중(업소에 비치된 가연물)에 비해 급격한 연소로 인해 촉진제(인화성 액체)가 사용 되었을 가능성을 배제하지 못하였다.

Fig. 7

Bottom Waiting Room Table

Fig. 8

Table Bottom: Round Pattern

2.2.2 기관(B)

대기실 중앙부분에서 식별되는 철제구조물 하단부분의 1개소에서 담배꽁초 및 재떨이 연소잔해물이 식별되고 동 부분의 바닥장판부분이 국부적으로 심한 수열상태인 것으로 보아 대기실 중앙부의 탁자주변에서 담뱃불에 의한 인적행위의 개입이 초기발화가능성이 될 수 있으나(Fig. 9 참조) 점화원에 대한 명확한 판정은 어려움으로 회신되었다.

Fig. 9

Site Evidence

또한, 기관 (A)의 합동 감식 결과 발화지점은 일치하였으나, 발화열원에 대해 감식기관에서는 인화성액체 유⋅무에 대한 가능성 때문에 “미상” 처리하였으며, 담뱃불 등에 의한 인적 행위의 개입에 의한 초기발화성은 있으나, 점화원에 대한 명확한 논단은 어려움으로 결론을 도출하였다.

3.1 미소화원에 의한 화재사례 검토

○○노래궁 대기실 중앙부분에 설치된 탁자 아래에서 화재가 발생하였으나 바닥의 재떨이에서 미소화원으로 탁자 높이(0.85 m)까지 화염을 형성하여 탁자를 착화하여 연소가 확대될 수 있는지 여부와 촉진제를 사용한 경우 연소확대 가능성을 확인하고자 Fig. 10의 화재시나리오 2가지의 경우를 검토하고자 한다.

Fig. 10

Fire Scenario

3.2 화염길이 검토

보통의 재떨이 화재는 대략 Table 2에서의 작은 쓰레기통 화재로 간주할 수 있으며, 이는 4 g/s의 연소속도로서, 플라스틱 및 면 의류로 가정한다면 계산에 의해 발생한 연소열은 8 kJ/g이 된다(Kyung, 2007; Lee and Park, 2018).

Table 2

Maximum Burning Velocity (g/s)

따라서 연소율을 구하면 Q=(4 g/s) (8 kJ/g) = 32 kW이 된다. 따라서, 평균화염높이는 발열량이 대부분의 자연화재의 난류범위 안에 적용될 수 있는 Heskestad가 제안한 Eq. (1) (Kyung, 2007)에 의해 평균 화염높이는 0.818 m로 계산되었다.

여기에서 화재(풀)의 직경은 재떨이 직경 0.1 m로 가정하며 이 화염 높이 0.818 m가 재떨이 화재의 상부 한계가 될 것이다. 그러나 Fig. 10에서와 같이 이 화염높이로는 탁자의 높이인 0.85 m에 도달할 수 없음을 알 수 있다.

반면, 인화성 액체인 가솔린, 메탄올, 아세톤과 같은 연소촉진제가 재떨이 내부에 첨가되었다면 다음과 같이 계산된다. 에너지 방출속도는 Eq. (2)과 같이 질량연소유속을 이용하여 구할 수 있다(Lee and Park, 2018).

m''˙: 질량연소유속(=연소속도)[g/m²·s]

A: 기화되는 면적[m²]

∆H_c: 연소열[kJ/g]

여기서 Table 3의 최대 연소속도 값과 Table 4의 유효 연소열 값(Lee and Park, 2018)을 Eq. 2에 의해 Table 5와 같은 최대연소값과 화염의 평균 높이가 계산된다.

Table 3

Maximum Mass Burning Flow Rate of Various Fuels

Table 4

Maximum Effective Combustion Heat of Various Fuels

Table 5

Maximum Calories and Flame Average Height

재떨이 내부에 인화성 액체가 포함된 경우의 화염길이는 Table 5의 결과에 제시한 바와 같이 탁자 높이인 0.85 m 이상으로 화염을 형성하여 탁자 목재를 탄화하기에 충분할 것으로 사료된다. 따라서 연소촉진제를 살포하였다는 직접적인 증거는 없지만 촉진제가 존재하였음을 강력히 시사하고 있다.

4.1 실험 조건

본 실험은 가연물 종류와 양 증가에 따른 화염높이를 검토하고자 실시하였다. 또한, 가연물량 증가에 따른 화염높이 증가는 당연한 결과로 사료되나, 다만 실험조건의 설계 시 실제 실험을 통해 정량적 차이를 확인하고자 실험을 실시하였다. 인화성 액체 양으로부터 형성된 화염의 길이가 실제 얼마나 되는지 정량적 자료제공에 의미를 두었다. 본 화재사건의 평균 화염높이 계산에서 이용된 재떨이 지름 조건은(0.1 m) 예비실험에서 배제되었으며, 추후 추가적인 실험으로 데이터를 보완하고자 한다. 실험기간은 2018년 4월 11일과 12일 2일간 실시하였으며 기상상황은 Table 6의 조건에서 실시하였다.

Table 6

Experimental Weather

4.2 실험 장치

실험세트는 가로 0.9 m, 세로 0.6 m, 높이 0.8 m이며, 화재상황과 유사하게 묘사하기 위해 전⋅후면을 개방하였으며 좌⋅우는 벽으로 폐쇄하였다.

실험에 사용된 인화성액체 2종은 에틸알콜, 휘발유를 사용하였으며, 인화성액체 2종을 선택한 이유는 에틸알콜은 일반 술집에서 구하기 쉬운 주류를 가정하였으며, 휘발유는 손쉽게 구할 수 있는 잇점 때문에 선택하였다. 이에 대하여 Figs. 11, 12와 Table 7에 제시하였다.

Fig. 11

Experimental Apparatus

Fig. 12

Equipment

Table 7

Experimental Equipment

4.3 실험 방법

4.3.1 예비실험

실험은 재떨이(직경 7 cm, 15 cm) 내부에 순수한 인화성액체(에틸알콜, 휘발유)만 있는 경우와 인화성액체에 기타 가연물(탈지면 20 g, 담배꽁초 100 g)이 포함되어 있는 경우를 적용하여 실험하였다. 실험 순서는 다음과 같다.

① 가연물과 인화성액체를 계량하여 재떨이에 담고 라이터로 점화

② 화염높이는 실험세트 앞에 설치한 표식으로 식별

③ 최종 소화시간은 재떨이 내부에 화염이 없는 시점을 기준으로 하였다. 이에 대하여 Figs. 13, 14, 15에 제시하였다.

Fig. 13

Ignition

Fig. 14

Flashover

Fig. 15

Extinguish

4.3.2 실험 결과

① 에틸알콜 / 직경 7 cm

재떨이에 에틸알콜의 양을 25 ㎖, 50 ㎖, 75 ㎖, 100 ㎖, 150 ㎖로 변화시키면서 화염높이를 측정하였다. 최고 화염높이는 150 ㎖ 일 때 0.45 m로 측정되었으며, 에틸알콜의 양을 5배로 증가한 경우 화염의 높이는 1.88배 높은 것으로 나타났다. 실험 장면은 Figs. 16, 17에 나타내었으며, 실험결과는 Fig. 18과 Table 8에 나타내었다.

Fig. 16

Ethyl Alcohol

Fig. 17

Gasoline

Fig. 18

Flame Height According to Ethyl Alcohol Amount (diameter 7 cm)

Table 8

Flame Height with Change of Ethyl Alcohol Amount (diameter 7 cm)

② 에틸알콜+가연물(솜 20 g)/직경 7 cm

가연물의 양을 20 g으로 고정하고 에틸알콜의 양을 25 ㎖, 50 ㎖, 100 ㎖로 양을 늘려 화염높이를 측정한 결과 에틸알콜의 양이 증가할수록 화염의 높이는 증가하여 0.4 m 정도인 것으로 나타났다. 실험결과는 Fig. 19와 Table 9에 나타내었다.

Fig. 19

Flame Height with Change of Ethyl Alcohol and Flammable (cotton) (diameter 7 cm)

Table 9

Flame height with change of ethyl alcohol and flammable (cotton) (diameter 7 cm)

이 또한, 가연물의 양이 많으면 화염의 높이가 높아지는 것은 당연한 결과로 사료되며, 사용량에 따른 화염의 높이를 정량적으로 분석하여 미소화원 화재 시 보다 과학적인 정보를 제공하는데 의의를 두었다.

③ 가연물(담배꽁초)/직경 15cm

재떨이 내부의 가연물인 담배꽁초의 화염의 높이를 측정하기 위하여 직경 15cm인 재떨이 내부에 가연물인 담배꽁초 200g을 투입하여 화염의 높이를 측정하였다. 측정 결과 가연물만 있는 경우에는 높이가 0.25m로 나타났다.

④ 에틸알콜+가연물(솜, 담배꽁초)/직경 15cm

재떨이 직경과 가연물의 종류에 따른 화염의 높이를 측정하기 위하여 직경 15cm인 재떨이 내부에 인화성 액체인 에틸알콜과 가연물인 탈지면과 담배공초를 포함하여 화염의 높이를 측정하였다.

가연물(솜, 담배꽁초)의 양을 100g으로 동일하게 하고 에틸알콜의 양이 100㎖의 경우에는 화염의 높이가 0.3m 정도인 것으로 측정되었다. 또한, 에틸알콜의 량 300ml와 가연물이 담배꽁초의 경우는 탈지면의 경우보다 화염의 길이가 0.05 m 정도 더 긴 것으로 나타났다.

인화성 액체인 에틸알콜과 가연물이 포함된 경우의 평균 화염높이는 인화성액체량과 가연물에 의해 차이가 발생하지만 최고높이는 에틸알콜 300 ㎖ + 담배꽁초 100 g 일 때 0.4 m로 나타났으며, 인화성액체와 가연물이 많을수록 연소시간이 오래 소요되었으며, 실험결과는 Fig. 20 및 Table 10에 나타내었다.

Fig. 20

Flame Height with Change of Ethyl Alcohol and Flammable (cotton) (diameter 15cm)

Table 10

Flame Height with Change of Ethyl Alcohol and Flammable (cotton) (diameter 15 cm)

⑤ 휘발유+가연물(솜)/직경 15cm

인화성액체의 종류 변화에 따른 화염높이 실험을 위해 직경이 15cm인 재떨이 내부에 인화성 액체인 휘발유와 가연물인 탈지면, 담배꽁초 등이 포함된 경우의 평균 화염높이는 인화성액체량과 가연물에 의해 차이가 발생하지만 최고높이는 0.8 m 이상으로 나타났으며, 실험세트 상부로의 화염분출과 에틸알콜과 다른 검은색 연기가 발생하였다. 이에 대하여 Fig. 21 및 Table 11에 나타내었다.

Fig. 21

Flame Height with Change of Gasoline and Combustible (cotton) (diameter 15 cm)

Table 11

Flame Height with Change of Gasoline and Combustible (cotton) (diameter 15 cm)

4.4 소결론

인화성액체인 에틸알콜, 휘발유와 가연물(탈지면, 담배꽁초) 및 재떨이 크기 변화에 따른 화염높이 실험 결과 아래와 같은 결론을 도출할 수 있었다.

(1) 재떨이 직경 7 cm 내부에 인화성 액체가 포함된 양을 25 ㎖로 나타났으며, 양을 5배로 늘릴 경우 화염의 평균높이는 1.88배 증가하는 것으로 나타났다.

(2) 에틸알콜을 직경 7cm 재떨이에 담고 가연물인 솜이 포함된 경우의 평균 화염높이는 인화성액체량과 가연물에 의해 차이가 발생하지만 최고높이는 0.45 m 정도로 나타났으며, 에틸알콜을 직경 15cm 재떨이에 담고 가연물인 솜이 포함된 경우의 평균 화염높이는 인화성액체량과 가연물에 의해 차이가 발생하지만 최고높이는 0.4 m 정도로 나타났으며, 에틸알콜의 양 변화에 관계없이 화염이 일정한 높이를 유지하였다.

(3) 휘발유를 직경 15 cm 재떨이에 담고 가연물인 솜과 담배꽁초가 포함된 경우의 평균 화염높이는 인화성액체량과 가연물에 의해 차이가 발생하지만 최고높이는 0.8 m 이상으로 나타났으며, 실험세트 상부로 화염분출과 에틸알콜과는 다른 검은색 연기가 발생하였다. 또한, 휘발유의 량이 많을수록 화염높이도 높게 나타났다. 따라서 상기 화재의 경우 만일 인화성액체를 사용하였다면 에틸알콜보다는 휘발유를 사용하였을 가능성이 높은 것으로 사료된다.