1. 서론
전원주택, 펜션 등의 증가에 따라 벽난로 설치가 증가하고 있고 벽난로로 인한 화재도 증가하고 있다. 벽난로는 벽에 벽돌로 조적하여 만든 것(Fire place)과 철제로 된 난로에 연통을 이은 것(Wood stove)으로 구분되는데, 우리나라 전원주택, 펜션 등에 설치되는 벽난로의 대부분은 후자이다.
전원주택, 펜션 등에 설치하는 벽난로는 목재를 연료로 하고 있고 목재를 연료로 하는 벽난로의 대부분은 발열량을 쉽게 조절할 수 없는 한계가 있어 과열될 수 있고 연통관리가 되지 않으면 연통화재나 불티에 의한 화재를 일으킬 수 있는 등 화재로 이어질 수 있는 연소기구이다. 우리나라에는 목재를 연료로 하는 연소기구에는 벽난로 이외에 화목보일러가 있고, 화목보일러의 화재위험성 및 화재사례 분석 등은 있지만(Hong et al., 2014; Korea Consumer Agency 2010), 벽난로에 대해서는 화재사례 분석이나 예방대책이 거의 연구되어있지 않다.
장작을 연료로 하는 벽난로 이외에 최근에는 펠릿을 연료로 하는 벽난로도 보급되어 있고 장작은 운반, 장작패기, 보관, 취급 등에 어려움이 있으나 펠릿은 단지 봉지에 들어 있는 것을 갖다 부어 사용하면 되고 앞으로 산림자원 활용측면에서도 펠릿 벽난로의 보급정책이 있을 것으로 예상되는바 펠릿 벽난로에 대한 화재예방대책도 수립되어야 할 필요가 있다.
이 논문에서는 벽난로 관련 화재의 특징과 사례분석, 관련법규, 화재발생 요인, 화재예방 실태 및 대책 등을 분석한다.
2. 벽난로관련 화재의 특징과 사례
2.1 벽난로화재의 특징
벽난로, 가스레인지, 보일러 등의 화기사용설비나 매립형 조명등을 사용하고 있는 도중에 벽 속이나 천장 속 등에서 발화하는 경우가 있는데, 벽난로와 같은 화기사용설비의 경우는 벽의 표면에 붙여진 금속판이나 몰탈, 타일 등이 가열되어 열전달이 되어서, 특히 에너지절약대책에 따라 단열재를 삽입한 경우에는 축열에 의해 벽 안쪽의 합판이나 목재 등이 탄화되어 발화에 이르며, 조명기구의 경우에는 매입백열등기구의 열이 단열재 사이로 전도되어 발화에 이르고 있다.
벽난로와 같은 화기사용설비로 인해 벽 속이나 천장 등 은폐된 부분에서 발화된 화재는 초기에 발견하기 어렵고, 발견하여도 그 때는 화재가 벽 속이나 천장 속으로 확대되어서 이미 일반인이 초기소화를 할 시기가 지나 있어 전소화재로 되는 경우가 많은 특징이 있으며, 또한 벽난로의 열이 목재 등에 전달되는 경우에 목재(표피)의 발화온도로 알려져 있는 260°C보다도 훨씬 낮은 온도이더라도 장시간 가열되면 발화에 이르는 장기저온발화의 특징을 갖고 있다(Sakurai et al. 1986). 그리고 벽난로로 인해 화재가 발생한 경우에는 주위의 가연물이 건조된 상태이므로 급격히 화재가 성장하는 특징이 있다.
2.2 벽난로 화재 사례 분석
신축한 지 약 2년이 경과한 목조로 된 전원주택에서 1월 초순 외부기온 -20°C 상태에서 거실에 설치된 매립형 벽난로에 장작을 넣고 19시경부터 불을 지피던 중 23시경 화재가 발생하였고 소방대가 출동했음에도 Fig. 1(a)와 같이 전소되었다. 연통과 벽난로의 단열은 연통은 글라스울을 밀착하여 감싼 후 흘러내리지 않게 철사로 동여매었고, 벽난로는 세라크울로 밀착하여 감싸고 세라크울 위와 옆에 시멘트 벽돌조적을 하고 벽돌조적에 밀착하여 글라스울을 설치하였고 글라스울에밀착하여 사이기둥(stud)을 설치하고 굴뚝과 외벽마감을 하였다. 벽난로의 벽돌조적을 해체하여 조사한바 Fig. 1(b)와 같이 벽돌조적으로 불이 붙은 가연물이 낙하할 수 없는 벽난로의 연통 하부의 옆쪽에 위치한 스터드에 깊게 탄화된 흔적을 통해 이 스터드에서 발화된 후 굴뚝의 상부와 주택의 내부 등으로 확대되었음이 확인되었다. 이 화재는 벽난로 본체에 세라크울, 벽돌조적, 글라스울 순으로 밀착하여 설치하고 공기층 없이 글라스울에 밀착하여 덧대어서 스터드를 설치하고 외벽체를 마감하여서 벽난로 화실의 열이 스터드로 전도되고 전도된 열에 의해 스터드가 탄화되고 축열되어 발화되었다(Lee 2015).
3. 벽난로와 관련된 법규와 화재예방의 실태
3.1 벽난로와 관련된 법규의 실태
미국 등 서양처럼 벽돌을 이용하여 설치하는 고정형 벽난로(Fireplace)는 공간의 중심에 있는 중심형과 공간을 한정하고 있는 벽체에 벽난로가 붙어 있는 측면형이 있다(Chun et al.,1999). 우리나라 전원주택 등에 설치하는 목재장작을 연료로 하는 벽난로(Wood stove)는 공간의 중심에 있기보다는 대부분 벽체나 벽체와 벽체가 만나는 모서리에 위치하며, 노출형과 매입형으로 구분할 수 있다. 노출형이든 매입형이든 벽난로를 설치하려면 벽난로 본체에 연통을 연결하고 굴뚝을 설치하여야 한다. 난로와 연통에 대해서는 소방기본법에서 규제하고 있고, 굴뚝에 대해서는 건축법규에서 규제하고 있다.
소방기본법 제15조 제1항에서 보일러, 난로, 건조설비, 가스·전기시설, 그 밖에 화재 발생 우려가 있는 설비 또는 기구 등의 위치·구조 및 관리와 화재 예방을 위하여 불을 사용할 때 지켜야 하는 사항은 대통령령으로 정한다고 규정하고 있고, 소방기본법시행령 제5조 제1항에서 법 제15조제1항의 규정에 의한 보일러, 난로, 건조설비, 가스·전기시설 그 밖에 화재발생의 우려가 있는 설비 또는 기구 등의 위치·구조 및 관리와 화재예방을 위하여 불의 사용에 있어서 지켜야 하는 사항은 별표1과 같다고 규정하고 있으며, 별표1에서 연통은 “1. 연통은 천장으로부터 0.6미터 이상 떨어지고, 건물 밖으로 0.6미터 이상 나오게 설치하여야 한다. 2. 가연성 벽·바닥 또는 천장과 접촉하는 연통의 부분은 규조토·석면 등 난연성 단열재로 덮어씌워야 한다.”라고 규정하고 있다.
소방기본법에서는 벽난로의 설치기준이라기보다는 연통의 설치기준을 규정하고 있으며, 연통에 대해서도 아주 개괄적으로 규정하고 있을 뿐이다.
건축법 제63조에서 건축물에 설치하는 온돌 및 난방설비는 국토교통부령으로 정하는 기준에 따라 안전 및 방화(防火)에 지장이 없도록 하여야 한다고 규정하고 있고, 건축법시행령 제54조에서 건축물에 설치하는 굴뚝은 국토교통부령으로 정하는 기준에 따라 설치하여야 한다고 규정하고 있으며, 건축물의 피난·방화구조 등의 기준에 관한 규칙 제20조에서 건축법시행령 제54조에 따라 건축물에 설치하는 굴뚝은 다음 각호의 기준에 적합하여야 한다고 규정하고 있다.
1. 굴뚝의 옥상 돌출부는 지붕면으로부터의 수직거리를 1미터 이상으로 할 것. 다만, 용마루·계단탑·옥탑등이 있는 건축물에 있어서 굴뚝의 주위에 연기의 배출을 방해하는 장애물이 있는 경우에는 그 굴뚝의 상단을 용마루·계단탑·옥탑등보다 높게 하여야 한다.
2. 굴뚝의 상단으로부터 수평거리 1미터 이내에 다른 건축물이 있는 경우에는 그 건축물의 처마보다 1미터 이상 높게 할 것
3. 금속제 굴뚝으로서 건축물의 지붕속·반자위 및 가장 아랫바닥 밑에 있는 굴뚝의 부분은 금속외의 불연재료로 덮을 것
4. 금속제 굴뚝은 목재 기타 가연재료로부터 15센티미터 이상 떨어져서 설치할 것. 다만, 두께 10센티미터 이상인 금속외의 불연재료로 덮은 경우에는 그러하지 아니하다.
건축법규의 굴뚝 관련규정은 벽난로의 굴뚝관련 규정이라기보다는 일반적인 굴뚝관련 규정을 포괄적으로 규정하고 있을 뿐이다.
벽난로의 연통(굴뚝)은 금속제이므로 건축물의 피난·방화구조 등의 기준에 관한 규칙 제20조 제4호에 의거 건축물의 지붕속·반자위 및 가장 아랫바닥 밑에 있는 굴뚝의 부분은 금속외의 불연재료로 덮고 벽이나 천장의 목재 기타 가연재료로부터 15 cm 이상 떨어진 위치에 연통(굴뚝)을 설치하면 합법적이나 연통에서 15 cm 정도 떨어져 목재가 설치되어 있으면 저온탄화의 증상이 나타나며 장시간 사용하면 저온탄화로 인해 발화에 이르러 화재로 이어질 가능성이 높다. 연통으로부터 15 cm 이상 떨어지면 된다는 규정은 일본 건축기준법제115조 제3호 가목 (2)에도 있는 것으로 이 연돌(굴뚝) 기준은 1950년에 제정되어 아직까지 변경되지 않고 있어 일본에서도 합리적이지 못하다는 비판이 많다.
3.2 벽난로와 관련된 화재발생요인과 화재예방의 실태
3.2.1 벽난로의 본질적인 화재취약점 분석
벽난로는 화목보일러와 같이 목재를 연료로 하는 연소기구중 하나로 화실(火室) 내에서 목재를 연소시키므로 목재에서 열분해된 가스와 공기의 비율이 적정하면 완전연소에 가깝게 연소가 된다. 기름보일러나 가스레인지 등 석유류나 가스를 연료로 사용하는 연소기구는 예혼합연소를 하며 연소 도중에 연료량을 줄이면 곧바로 발열량 조절이 되며 여전히 거의 완전연소를 유지하는 반면에 목재를 연료로 사용하는 연소기구는 공기구멍을 열어놓은 상태에서는 확산연소를 하지만 거의 완전연소를 하며 발열량을 줄이기 위해 연소하는 도중에 공기구멍을 막거나 조금 열어놓으면 불완전연소가 되어 다량의 연기를 발생하므로 완전연소를 시키면서 발열량을 조절하기 어렵다.
벽난로는 장작을 한 개씩 넣어 연소시키는 것이 아니라 여러 개를 동시에 넣어 연소시키는 것이 일반적이며, 화실에 많은 연료가 투입된 상태에서도 공기구멍을 열어 충분히 공기가 공급되는 상태에서 연소시키면 거의 불완전연소를 하지 않고 연소되는 반면에 연소시간을 길게 할 수 없다. 겨울철 심야시간대 등에 벽난로 연료의 연소시간을 길게 하기 위해서는 화실에 넣을 수 있는 최대한의 연료(장작)를 넣고 공기구멍을 조금만 열어 천천히 연소하게 하는 것이 일반적이다. 화실에 장작을 많이 넣은 상태에서 불을 붙인 초기에 공기구멍을 막거나 조금만 열어 놓으면 공기부족으로 급격히 화염이 줄어들고 열분해가스 분출량이 적어서 연소한계를 형성하지 못해 불이 꺼져버리므로 장작이 활활 타고 있는 상태가 된 후에 공기구멍을 조금만 열어서 연소시간을 늘리고 있다.
연소시간을 늘리기 위해 공기구멍을 조금만 열어놓거나 막으면 곧바로 화실 내의 화염이 수그러들고 발열량이 낮춰지지만 이미 화실 내부는 장작의 열분해온도 이상으로 온도가 상승되어 있으므로 화실 내의 장작은 열분해가스를 계속 분출하는데 공기가 부족하여 화실 내의 열분해 가스 일부가 연소되지 못하여 연통 속으로 흘러들어가고 공기가 부족하면 화염의 길이가 길어지게 되므로 화염이 연통 속에 있고 연통 속에서 미연소 열분해가스가 연소되어 화염을 생성한다. 화염이 연통 속에 있으면 연통은 과열될 수 밖에 없다.
또한 공기구멍을 조금만 열거나 막아서 불완전연소를 하면 다량의 그을음뿐만 아니라 크레소트(Cresote)가 발생하여 연통 속에 달라붙게 되며, 그을음이나 크레소트가 연통 속에 달라붙으면 연기가 잘 빠지지 않아 불완전연소를 더욱 가속시킨다. 연통 막힘으로 불완전연소가 가속되면 미연소 열분해가스의 연통 속의 연소 위치는 상승하며 경우에 따라서는 연통끝부분까지 상승하게 되어 연통 끝에서 화염을 분출할 수 있다.
위와 같이 벽난로 화실에 장작을 많이 넣고 공기구멍을 열어놓으면 난로 본체나 연통 자체가 과열되어 인근의 가연물을 착화시킬 수 있고, 공기구멍을 막거나 조금만 열어놓으면 불완전연소를 일으켜서 연통 속에 그을음이나 크레소트가 부착되게 하고 그을음이나 크레소트에 착화되면 연통화재를 일으키고 연통 끝에서 불티를 분출하여 지붕이나 주변 가연물을 착화시켜 화재로 이어지게 한다.
또한 벽난로의 장작은 벽난로 앞쪽 문을 열고 넣으므로 벽난로 인근에 장작을 놓아둘 필요가 있고 벽난로 앞쪽 문이 열려 있으면 곧바로 화염이 분출하여 인근의 가연물을 착화시켜 화재로 이어지게 할 수 있다.
3.2.2 벽난로와 관련된 화재 발생 요인
가. 벽난로 자체의 열
벽난로에 밀착하여 단열재 등이 있는 경우에는 열전도에 의해 가연물을 착화시킬 수 있다. 앞의 벽난로화재 사례에서 언급한 것처럼 환기를 위한 공기층을 두지 않고 밀착하여 단열재 등을 설치하고 가연재로 마감을 한 경우에는 마감재가 저온장기탄화된 후에 착화될 수 있다. 벽난로에서는 많은 열이 모든 방향에 복사되므로 벽난로 주위에 가연물이 있는 경우에 차열대책을 하지 않으면 복사열에 의해 가까이에 있는 벽이나 바닥 등의 가연물이 바로 착화되지 않더라도 장기간 사용하는 경우 저온장기탄화가 시작될 수 있다. 석고보드 표면에 종이가 붙어 있거나 벽의 마감으로 석고보드 위에 벽지를 붙이므로 석고보드 자체는 불연재이더라도 벽난로 인근의 벽에 석고보드를 붙인 경우에도 저온탄화로 인한 화재위험이있다.
나. 벽난로 자체의 화염이나 불티 또는 벽난로에 가연물 접촉
벽난로 가동 중에 벽난로 문을 열거나 하는 등의 이유로 열리면 문 쪽으로 화염이나 불티를 분출할 수 있고 화염이나 불티가 분출하는 곳에 가연물이 있으면 화재로 이어질 수 있다. 화실 내의 재를 치우는 과정에 불씨가 살아 있는 재를 가연성용기에 담아놓는다든지 훈소할 수 있는 가연물 위에 버린 경우에도 화재로 이어질 수 있다. 벽난로는 주로 동절기에 사용하므로 벽난로 가동 중에 벽난로 주위에 빨랫줄을 치든지 하여 빨래를 말리든지 하다가 빨래 등 가연물이 벽난로에 낙하되면 화재로 이어질 수 있다.
다. 연통의 열
벽난로 자체의 열 뿐만 아니라 연통의 열도 화재의 원인이 될 수 있다. 건축물의 피난·방화구조 등의 기준에 관한 규칙 제20조 제4호에 따라 연통으로부터 15 cm 이격하여 가연물이 있더라도 법률상 문제가 없으나 15 cm 이격된 경우에는 벽난로에 계속 불을 지피면 며칠 이내에 화재가 발생할 수 있다(http://flamewatchers.com/safety/safty.htm). 물론 가연물이 직접 연통에 접촉한 경우도 화재로 이어질 수 있다.
라. 연통화재
벽난로에 불을 지피면 연통 내부에 타르가 달라붙으며 타르는 콜타르나 목초액과 같은 성분으로 크레소트(Cresote)라고 한다. 크레소트에는 메탄올 등이 포함되어 있어 가열하면 인화성 가스가 발생되며, 이 인화성 가스에 인화되면 검은 연기를 발생시키며 격렬히 타오르고 격렬할 때는 연통 상단에서 검은 연기와 불기둥이 분출하며 연통이 빨갛게 될 정도의 고온이 된다. 이렇게 되면 연통 표면에 붙은 먼지도 불타서 휘날린다. 크레소트의 가스가 모두 타버리면 꺼지므로 수분 안에 진정되는 것이 일반적이지만, 이를 반복하면 스테인레스재연통이 상처를 입어 망가지거나 파손된다. 이 고온으로 먼지나 주위의 가연물에 착화되거나 저온장기탄화를 한 내부에서 발화되는 계기가 된다. 다만, 크레소트에 불이 붙더라도 연통내의 화염 발생이므로 연통 하부의 댐퍼를 닫고 벽난로의 문이나 급기구를 닫아 공기를 차단하면 진화된다. 연통 내부에 부착된 크레소트(타르)에 불티 등에 의해 불이 붙는 현상을 연통화재라고 한다.
크레소트에 불이 붙어 격렬히 타서 연통화재가 발생하여 실내의 연통이 과열되어 새빨갛게 되고 연통 끝에서 2-3 m의 화염이 분출하면 차열대책은 소용이 없으며, 또 연통 끝에서의 화염이 인접가연물을 착화시킬 수 밖에 없다. 크레소트는 건조가 불충분한 장작을 지필 때, 침엽수 장작을 지필 때, 화염을 분출하지 않고 연기만 내고 있을 때에 대량으로 발생한다. 연통에서 배출하는 불티가 가연물이 있는 곳에 꺼지지 않고 내려앉은 경우에도 화재로 이어질 수 있다.
3.2.3 목재의 장기저온가열에 의한 발화 메커니즘 분석
목재의 발화온도는 대략 450°C, 인화온도는 270°C 정도로 알려져 있으나 100°C 이하의 저온의 열에서도 장기간 노출되면 건조된 후 서서히 탄화되어 발화된다. 이러한 현상에 의한 화재를 장기저온탄화화재라고 한다. 장기저온탄화화재를 일으킬 온도에 놓이더라도 보이는 장소에 있는 기둥, 벽 등의 목재는 공기에 노출되어 있으므로 냉각되거나 습기에 의해 탄화가 진행하지 않고 탄화가 진행되면 육안으로 곧바로 확인할 수 있으므로 화재로 이어질 수 없다. 그러나 기둥, 벽 등의 보이지 않은 안쪽이나 바닥 또는 천장의 안쪽은 보이지 않을 뿐만 아니라 밀착되어 있거나 공기가 순환하지 않으므로 냉각되지 않고 열이 축적되어 온도가 올라가서 알아차리지 못한 사이에 탄화가 진행한다.
목재가 장기저온가열에 의해 발화는 오래 전부터 알려져 있고(Vytenis 2003), 발표되어 있는 사례(Kinbara et al., 1967a)와 관련 연구도 적지 않다(Ohtani 1951; Kinbara et al.,1967b; Handa et al., 1970; Handa et al 1971; Saito et al.,1980a; Sakurai et al., 1986).
목재의 장기저온가열에 의한 발화 메커니즘은 아래와 같다.
첫째, 목재가 장기간 가열되면 저온에서 완만한 열분해가 일어나며 내부의 조직이 다공질로 변화된다.
둘째, 다공질이 되면 목재 내부에서 산화가 촉진되는 한편 목재의 열전도가 작아진다.
셋째, 목재 내부에서 산화에 의해 발생한 열이 축적되어 내부가 고온이 되고 한층 더욱 분해가 가속되어 발화에 이른다.
목재 내부의 열분해에 의한 산화발열은 목재 분자 중의 불포화의 탄소 2중결합(>C=C<), 카르보닐기(>C=O), 카복실기 
가 생성되고, 이 열분해에 의해 산화발열한 것이 내부의 축열효과에 기인하는 것으로 여겨지고 있다(Sakurai et al., 1976).
가 생성되고, 이 열분해에 의해 산화발열한 것이 내부의 축열효과에 기인하는 것으로 여겨지고 있다(Sakurai et al., 1976).목재가 100°C-270°C의 저온도에서도 발화의 위험성이 있다. 목재는 장기간 가열되면 변질하여 다공성이 되어 가벼워진다. 다공성이 되어 가벼워지면 목재 자신이 단열적이 되어서 동일 가열 열량으로도 그 가열온도는 높아진다. 목재는 다공질이 되면 내부까지 산소공급이 행해지고 목재 내부의 연소가 조장된다. 또 목재 내부에서 발열한 열은 축열되므로 내부는 고온이 된다(Saito et al., 1980b).
3.2.4 벽난로화재와 관련된 예방 실태
소방법규에 벽난로와 관련된 구체적인 규정이 없고, 벽난로설치 전후에 소방기관에서 확인(점검)하는 제도가 없을 뿐만 아니라 대부분의 전원주택은 소방시설을 소방법규에 따라 설치해야 하는 특정소방대상물도 아니므로 소방기관은 벽난로와 관련된 화재예방활동을 거의 하지 않고 있다.
2014년 11월 16일 대학생 등 10명의 사상자가 발생한 전남담양 펜션화재와 2015년 3월 22일 7명의 사상자가 발생한 인천 강화 글램핑시설화재로 소방기관에서 펜션이나 민박시설 등에 대해 관광시즌에 소방점검을 하고 있을 뿐 펜션이나 민박시설이 아닌 전원주택에 대해서는 이렇다 할 소방점검은 없는 실정이다. 벽난로 일부가 펜션이나 민박집에 설치되어있어 소방점검을 받을 때 벽난로 옆에 소화기가 있는지 또는 주위에 가연물이 없는지 연통이나 굴뚝에 문제가 없는지 등을 점검하겠지만 이러한 점검도 1회성에 그치고 있다. 펜션이나 민박집은 대부분 규모가 작아서 소방법규상 소방안전관리자를 두어야 하는 소방안전관리대상물이 아니어서 체계적인 소방안전관리를 기대하기도 어려운 실정이다.
또한 소방기관에 벽난로 화재예방과 관련된 설치요령이나 화재예방요령 또는 점검요령이 마련되어 있지도 않아 체계적인 화재예방 지도나 홍보도 기대할 수 없다.
위와 같은 이유로 벽난로와 관련된 화재예방은 벽난로 사용자에게 일임되어 있다고 하여도 과언이 아니다.
3.3 벽난로 화재예방대책
3.3.1 본질적으로 안전한 경사진 연료공급장치가 부착된 벽난로 보급
벽난로는 화실에 연료(장작)를 많이 넣은 상태에서 공기구멍을 충분히 개방하여 연소시키면 벽난로 본체와 연통이 과열되어 인근가연물을 착화시켜 화재를 유발할 수 있고, 공기구멍을 조금만 열거나 막아서 연소시키면 연소시간을 늘릴 수 있지만 필연적으로 불완전연소를 초래하여 불꽃이 길어지고 그을음이나 크레소트가 발생하여 연통화재를 유발하는 근본적인 화재취약요인을 안고 있다.
연료를 화실에 많이 넣고 공기공급이 원활한 상태에서 연소시킬 때 벽난로 본체와 연통이 과열되는 것은 화실의 화염에 의해 연료에 많은 열이 전달되어 열분해가스가 분출되어 열분해가스가 왕성하게 연소하기 때문이다. 장작이 화실 내에서 연소할 때 전도, 대류, 복사에 의해 열전달이 되는데 장작에 전달되는 대부분의 열은 복사에 의한 것이다. 따라서 화실 내의 장작에 전달되는 복사에너지를 제한하면 벽난로의 과열을 근본적으로 막을 수 있을 것이다. 장작은 화염에 노출된 표면적에 비례하여 복사열을 받으므로 장작의 노출된 표면적을 제한하면 될 것이다.
또한 공기구멍을 막거나 조금 개방하여서 불완전연소가 되어 연통화재를 유발하였으므로 공기구멍을 개방하여 연소시키면 불완전연소로 인한 연통화재를 예방할 수 있을 것이다.
그리고 장작을 벽난로 앞쪽에 위치한 문을 열고 넣어야 하므로 장작을 실내의 벽난로 옆에 두어야 하고 벽난로 본체가 과열되거나 벽난로 가동 중 문이 열리거나 하면 장작 등 가연물에 옮겨 붙어 화재로 이어질 수 있으므로 주택의 외부 쪽에서 벽난로에 연료를 넣을 수 있게 하면 이러한 화재를 근본적으로 막을 수 있을 것이다.
위의 3가지를 고려하여 고안한 것이 Fig. 2와 같은 경사진 연료공급장치가 부착된 벽난로이다(Kim 2014). 경사진 연료공급장치는 특허등록(특허 제10-1425741호, 등록일 : 2014년 7월 25일, 특허권자 : 김윤회)이 되어 있다. Fig. 2의 (a)는 연통이 벽난로에서 지붕 위의 역풍방지기까지 일직선으로 된 경우이고, Fig. 2의 (b)는 연통이 일직선이 아니고 천장 부근에서 엘보를 사용하여 옥외로 수평으로 연결한 후 외부에서 역풍방지기까지 수직으로 올린 것으로 Fig. 2의 (a), (b) 모두뒤쪽에 경사진 연료공급장치가 부착되어 있으며 외부에서 무동력으로 장작을 화실로 넣을 수 있다. Fig. 2에는 경사진 연료공급장치가 벽난로 본체 뒤쪽에 부착되어 있을 뿐이고 좌우 어느 쪽에 설치하여도 무방하다.
3.3.2 벽난로 안전기준 제정 필요
앞에서 언급한 것처럼 현재 벽난로 관련 법령으로서 설치에 관해서는 소방기본법시행령 별표1에 연통의 설치에 관한 아주 엉성한 규정이 있고, 굴뚝에 관해서는 건축물의 피난·방화구조 등의 기준에 관한 규칙 제20조에서 규정하고 있는데 벽난로의 연통(굴뚝)은 금속제이므로 벽이나 천장의 목재 기타 가연재료로부터 15 cm 이상 떨어진 위치에 연통(굴뚝)을 설치하면 합법적이나 15 cm 정도에서는 저온장기발화를 일으킬 수 있어 합리적인 규정이라고 할 수 없다.
소방기본법과 건축물의 피난·방화구조 등의 기준에 관한 규칙은 벽난로 화재를 예방할 수 있는 기준이라고 보기 어려우므로 벽난로에 대한 안전장치 등에 대한 안전기준이 없다고 할 수 있다. 벽난로 설치가 증가하고 있고 현재 12만 6천대이상 설치되어 있고(Park et al., 2015), 벽난로에서 화재가 발생하고 있으므로 벽난로의 안전기준, 벽난로 설치방법, 벽난로 주변의 시공법에 관해 구체적인 기준을 정할 필요가 있다.
그리고 벽난로 본체, 연통 등은 화재안전과 밀접한 관련이 있음에도 현재는 안전성능에 대한 어떤 기준이나 규격이 정해져 있지 않고 검사하는 행정기관도 없어 누구나 제작하거나 판매하거나 설치할 수 있으므로 안전인증제도 등의 도입도 검토할 필요가 있다.
3.3.3 벽난로 설치 규정의 제정 필요
벽난로의 화재예방을 위한 규정이 거의 마련되어 있지 않으므로 벽난로 설치에 대한 구체적인 규정을 제정할 필요가 있다. 화재예방과 관련된 규정은 강제성이 없으면 이행을 담보하기 어려우므로 대부분 법규나 조례 등으로 정해져 있다. 법규에서 정하기 어려우면 화재예방과 관련하여 시·도 화재예방조례가 있으므로 이 시·도 화재예방조례에 관련 규정을 신설하면 될 것이다.
(1) 연통의 설치 기준 마련
앞에서 언급한 것처럼 소방기본법시행령 별표1에서 연통은 “1. 연통은 천장으로부터 0.6미터 이상 떨어지고, 건물 밖으로 0.6미터 이상 나오게 설치하여야 한다. 2. 가연성 벽·바닥 또는 천장과 접촉하는 연통의 부분은 규조토·석면 등 난연성 단열재로 덮어씌워야 한다.”고 규정하고 있고, 건축물의 피난·방화구조 등의 기준에 관한 규칙 제20조 제4호에서 벽이나 천장의 목재 기타 가연재료로부터 15 cm 이상 떨어진 위치에 굴뚝을 설치하도록 규정하고 있는데, 이러한 규정대로 연통이나 굴뚝을 설치하면 화재로 이어질 수 있음을 앞에서 언급하였다.
일반 연통에 비해 벽난로용 연통은 접속부위의 정확도가 높을 뿐만 아니라 크레소트가 연통 외측으로 흘러내리지 않게 위쪽이 凸 부위, 아래쪽이 凹 부위가 위치하도록 접속해야 한다.
연통은 단일연통과 2중연통으로 구분되며, 단일연통은 일반적으로 2 mm 두께의 내경 150 mm의 스테인리스판을 둥글게 한 것이고 2중연통(내경 150 mm, 외경 200 mm)은 단일연통 외측에 단열재(세라크울)가 감싸져 있고 이 단열재에 밀착하여 다시 단일연통으로 감싼 것으로 연통 외부측이 고온이 되지 않으므로 화상이나 저온탄화를 방지할 수 있다.
지붕이나 벽의 관통부위를 통과하는 곳에는 2중연통의 설치를 의무화하는 기준을 검토할 필요가 있다. 일본난로스토브협회(www.jfsa.gr.jp)는 옥외와 지붕 등의 관통부는 단일연통이 아니라 2중연통을 사용하라고 권장하고 있는데, 지붕과 벽 등의 관통부는 안전을, 옥외는 연통 속의 연기를 식지 않게하여 배출 효율을 고려하여서다.
벽난로의 연소에 필요한 공기의 흡입과 발생한 연기의 배출은 열기는 상승하고 냉기는 하강하는 자연법칙을 이용하고 있으며, 2중연통은 연통 속 연기를 고온상태를 유지하여 통과시키므로 안정되게 상승기류를 발생시켜 연기를 원활히 빼내는 이점이 있고 반대로 단일연통은 단열효과가 없어 연기의 온도가 저하되어 상승기류가 약해져서 연기가 잘 빠지지 않으며 상승기류가 약해지면 흡기도 약해져서 불완전연소나 연기의 역류를 발생시킬 수 있는 단점이 있으므로 단일연통보다는 2중연통을 설치하는 것이 효과적이다.
그리고 연통과 가연물 및 지붕과의 거리 기준을 제정할 필요가 있다. 일본난로스토브협회에서는 유럽과 미국(NFPA211, Standard for Chimneys, Fireplaces, Vents, and Solid Fuel-Burning Appliances, 2013 Edition)의 코드를 토대로 연통과 가연물의 안전거리는 46 cm로 하고 있으며 이 안전거리를 좁히려는 경우에는 연통에 차열판을 설치하든지 2중연통을 사용하도록 하고 있으며 2중연통을 사용하는 경우에는 건축기준법에서 정한 15 cm로 하도록 하고 있다. Fig. 3과 같이 벽난로 상부에서 연통 상단까지의 거리는 4.5 m 이상으로 하고 벽을 관통하여 옆으로 빼낸 경우에는 옆으로 빼낸 길이는 1 m 이내로 하며, 접지점에서 연통 상단까지는 최저 900 mm이상, 연통에서 수평 3 m 앞의 지붕재의 높이로부터 연통 상단까지는 최저 600 mm 이상, 연통에서 3 m 이내 지붕의 용마루가 있는 경우에는 용마루부터 600 mm 이상의 올리도록 하고 있고, 벽난로 상부에서 연통 상단까지의 거리가 4.5m 이상으로 할 수 없는 경우에는 연통 전체를 2중연통으로 하도록 하고 있다.
(2) 굴뚝 환기창 설치 기준 마련
위 벽난로화재 사례의 전원주택은 벽난로 본체를 세라크울로 감싸고 벽돌조적을 하고 벽돌조적을 글라스울로 감쌌음에도 굴뚝에 환기창(공기창)을 설치하지 않아 벽난로 가동 중에 화실의 열이 벽체 스터드로 전달되어 화재가 발생하였다. 환기창을 설치하지 않으면 전달된 열이 빠져나갈 수 없어 축적될 수 밖에 없다. 열이 축적되어 가연물에 전달되어 열분해온도이상이 되면 가연물을 열분해시키고 무염연소로 진행될 수밖에 없다. 환기창이 없는 경우는 벽난로 화실의 열이 외벽스터드 등으로 열전도가 되고 벽돌 조적과 외벽 사이에서 축열로 인해 외벽 스터드 등이 열분해 및 탄화가 되어 무염연소를 진행시키다가 불꽃(화염)을 내어 화재로 이어질 수 있으나 환기창이 있는 경우는 벽난로 화실의 열이 세라크울과 벽돌등을 통해 전도되다가 벽돌 조적과 외벽 스터드 등의 사이에서 하부의 환기창에 의해 차가운 외부공기가 유입되어 대류에 의해 전도된 열을 냉각시키며 상부 환기창으로 열기가 배출되므로 외벽 스터드에 열분해가 될 만큼의 열이 전달되지 않아 외벽 스터드가 착화되지 않기 때문이다. 가연성 재료로 굴뚝박스를 설치하는 경우에는 Fig. 4와 같은 굴뚝박스의 상하에 축열방지용 환기창을 의무적으로 설치하게 해야 한다. 환기창의 설치 위치와 규격 등에 대해서도 구체적인 기준을 마련할 필요가 있다.
(3) 이격거리 및 차열벽 설치 기준 마련
벽난로 복사열로 인해 주변 가연물이 발화되지 않고 저온탄화가 발생하지 않도록 이격거리(화재예방상 안전한 거리)에 대한 기준을 마련할 필요가 있다.
일본 소방법규에서는 이격거리를 정하는 방법에는 두 가지가 있으며, 첫 번째 방법은 벽난로로부터 후방 100 cm 이상, 위쪽(上方) 150 cm 이상, 측방 100 cm 이상, 전방 150 cm 이상으로 하는 것, 둘째는 근접한 가연물의 표면온도의 허용최고온도(100°C)를 넘지 않은 거리 또는 인화하지 않은 거리 중긴 쪽을 이격거리로 결정하도록 하는 것이며, 두 가지 방법 중 소방서장이 인정하는 거리 이상의 거리로 하고 있다. 이러한 이격거리를 줄이려면 차열벽을 설치해야 한다.
벽난로를 벽면과 코너에 노출형으로 설치하는 경우에 이격거리가 충분하지 않은 경우에는 벽난로 뒤쪽이나 옆쪽에 벽돌 등으로 만든 벽을 설치해야 하며 차열벽의 설치 기준 마련을 검토해야 한다.
차열벽은 벽돌이나 타일 등으로 만드는 것이 일반적이다. 벽돌 등에 닿은 열은 일단 축열되어 부드럽게 방출되므로 난방효과로서도 보다 기분 좋은 따뜻함을 느낄 수 있다. 기존의 가연재로 된 벽에 벽돌이나 타일 등을 붙이고 벽난로에 불을 지피면 그 벽돌 등은 꽤 축열이 되어 뜨겁게 되어 벽돌이나 타일 등 안쪽의 가연재로 된 벽에서 저온탄화가 일어나며, 이러한 경우에 저온탄화가 일어나는 가연재로 된 벽이 벽돌이나 타일로 감춰진 안쪽의 부분이므로 알아차리지 못한 상태에서 점점 탄화가 진행하여 일정시일이 경과하면 갑자기 발화된다.
따라서 차열벽은 벽돌이나 타일 등을 벽에 직접 붙이는 것이 아니라 벽과의 사이에 틈새(=공기층)가 있게 벽돌만으로 자립시킨 벽으로 해야 한다.
일본난로스토브협회는 NFPA 221 코드를 기초로 하여 Fig. 5와 같이 차열벽과 공기층을 설치한 경우에 벽난로 본체와 가연성 벽과의 이격거리는 315 mm 이상으로 하고 공기층은 25 mm 이상으로 하도록 하고 있다. 25 mm의 공기층을 두지 않고 차열벽이 가연성 벽에 밀착한 상태에서는 벽돌은 열을 흡수하여 온도가 올라가므로 벽돌의 온도상승을 방지하기 위해서 벽난로 본체로부터 가연성 벽체까지의 사이를 최저 610 mm로 이격하도록 하고 있으며, 벽돌벽이 없고 노대만을 설치하는 경우에는 벽난로 본체의 열을 차단할 수 없으므로 가연성 벽으로부터 최소한 1000 mm의 이격거리를 두도록 하고 있다.
(4) 노대의 설치 기준 마련
벽난로를 놓는 노대(盧臺)는 벽난로 가동 중에 장작을 투입하기 위해 문을 열었을 때에 불타고 있는 장작의 파편이나 불티가 나오는 경우가 있는데 이 파편이나 불티로부터 바닥을 보호하고 더렵혀지지 않도록 이격거리의 확보가 필요하며, 이 기준 마련을 검토할 필요가 있다. 노대의 크기는 사용하는 벽난로의 크기에 따라 다를 수 있지만, 일본난로스토브협회에서는 벽난로의 다리의 길이가 152 mm 이상의 경우에는 두께 50.8 mm 이상의 불연재 위에 두께 0.61 mm 이상의 철판을 깔고, 다리의 길이가 50.8 mm-152 mm 미만의 경우에는 두께 102 mm 이상의 불연재 위에 두께 0.61 mm 이상의 철판을 깔도록 규정하고 있다.
(5) 벽난로를 설치하는 실의 내장제한
우리나라 건축법규에는 벽난로를 설치하는 주택 공간의 내장제한에 대한 규정을 두고 있지 않다.
일본 건축기준법 제129조 제6항, 128조의4 제4항에서 주택의 층수가 2층 이상으로 최상층 이외의 층에 있는 화기사용실의 천장과 벽에는 불연재료 또는 준불연재료를 사용하거나 또는 길이 50 cm 이상의 수벽(垂壁)을 설치해야 한다고 규정하고 있다. 법률해석상 벽난로 속의 화염은 나화(裸火)이므로 벽난로가 있는 실은 부엌과 마찬가지로 화기사용실로 취급되어서 벽난로가 있는 실은 화기취급실에 관한 규제를 받고 있다. 2층 이상 주택의 최상층의 아래층에 화기사용실을 설치하는 경우에는 화재 시의 화염이 위층으로 확대되는 것을 막기 위해서 벽과 천장을 불연재나 준불연재로 덮거나 50 cm 이상의 수벽을 설치하도록 하고 있는데, 이 규제는 벽난로가 있는 실(室) 위에 실이 있는 경우에 천장이나 벽의 마감을 불연재로 하는 등으로 하여 벽난로에서 화재가 발생했을 때 위층으로 연소확대를 방지하기 위함이다.
현재 발생하고 있는 벽난로와 관련된 화재는 거의 대부분이 연통화재, 저온탄화에 의한 발화가 원인이어서 벽난로를 설치하는 실(공간)을 모두 불연재로 하더라도 연통이 벽에서 15 cm의 장소에 있으면 내장제한의 의미가 없고 밀폐식의 벽난로와 펠렛 난로는 화기사용실에 해당하지 않으므로 나가노현은 펠릿 난로를 장려하고 있으며 현의 조례로 장작난로(벽난로)와 펠릿 난로에 내장제한을 적용하지 않고 있다.
3.3.4 벽난로 사용설명서 등 제작 배부
위 전원주택 화재 사례의 벽난로 제작·설치 업체는 화재가 발생한 이후에 벽난로 사용설명서(주의사항 포함)을 만들었다.
벽난로 제작업체나 판매업체에서 벽난로를 설치해주는 경우도 있지만 벽난로 제작업체 등에서 판매만 하고 설치는 사용자나 건축주가 알아서 하는 경우도 있으며, 벽난로 판매업체 등에서 최초에는 설치를 해주더라도 이전하여 설치를 해주지 않은 경우가 대부분이다. 벽난로 제작업체나 판매업체에서 설치를 해주는 경우에도 벽난로 사용설명서나 주의사항에 대한 안내책자를 배부하지 않은 경우가 많다. 잘못 취급하거나 관리를 소홀히 하면 화재로 연결될 수 있을 뿐만 아니라 화상의 위험도 있으므로 제작업체나 판매업체는 구체적인 주의사항이 표기된 사용설명서를 배부할 필요가 있다.
3.3.5 저온탄화 방지대책 강구 및 홍보
목재의 발화점은 400°C 이상으로 알려져 있지만 100°C 이하의 저온이더라도 장시간 노출되면 탄화가 된다. 탄화가 진행되면 될수록 발화점은 내려가며 어느 순간에 갑자기 발화하게 된다. 벽난로 주변의 바닥이나 벽, 연통의 관통부 주변 등의 목재가 벽난로의 열에 장시간 노출되어 서서히 탄화되어 발화될 수 있으므로 저온탄화 가능성이 있는 곳에는 저온탄화 방지 대책을 강구하여 시공하고 주기적으로 확인할 필요가 있다.
우리나라에는 벽난로 주위의 저온탄화대책에 대해서는 어떤 규제도 없고, 벽난로 제조업자나 설치업자는 물론 사용자에게도 저온탄화의 위험성이 홍보되어 있지 않으므로 저온탄화 방지대책이 강구되지 않고 있다. 벽난로 사용 시 저온탄화의 위험성이 있음을 홍보하여 저온탄화 방지 대책을 강구하고 이미 사용 중에 있는 벽난로에 대해서는 저온탄화 현상이 진행되고 있는지 확인하도록 할 필요가 있다.
3.3.6 소화기 등 초기소화기구의 비치 의무화
벽난로가 설치되고 있는 전원주택은 ‘소방시설설치유지 및 안전관리에 관한 법률’에서 소방시설을 설치하도록 규정하고 있는 특정소방대상물이 아니고, 시도의 화재예방조례에서 화재감지기의 설치만을 의무화하고 있을 뿐 소화기 등 초기소화기구의 비치 의무는 두고 있지 않다. 벽난로가 설치된 전원주택 등은 벽난로로 인한 화재발생 위험이 잠재하고 있으므로 소화기 등 초기소화기구의 비치를 의무화하도록 조례 보완을 검토할 필요가 있다.
3.3.7 안전점검을 할 수 있는 체크리스트 마련
현재는 벽난로와 관련된 체크리스트나 점검 항목이 제시되어 있지 않으므로 소방서 직원이 벽난로를 점검하더라도 점검을 하는 소방공무원 주관에 따라 점검할 수 밖에 없는 실정이다. 그리고 벽난로가 설치된 주택의 관계자가 안전점검을 하려고 하더라도 어떤 내용을 점검해야 할지 알지 못한다. 다음 체크리스트 항목은 일본의 화재예방조례 등을 토대로 만든 것이다.
- 벽난로 본체에 불연재로 된 재받이가 부설되어 있는가?
- 벽, 천장이 불연재료 등 이외의 경우 벽난로 본체에서 이격거리(위쪽 150 cm, 옆쪽 100 cm, 뒤쪽 100 cm)가 확보되어 있는가?
- 가연물이 낙하되어 접촉할 위치에 설치되어 있지 않은가?
- 가연성 가스 또는 증기가 발생하거나 체류할 우려가 없는 위치에 설치되어 있는가?
- 피난의 지장이 될 위치에 설치되어 있지 않은가?
- 연소에 필요한 공기를 취할 수 있고, 유효한 환기를 할 수있는 위치에 설치되어 있는가?
- 금속이외의 불연재로 만든 바닥 위에 설치되어 있는가?
- 벽난로 본체 주위는 불연재로 되어 있든지 차열조치(차열벽 설치)가 되어 있는가?
- 지진 등에 의해 전도, 균열, 파손되지 않은 구조로 되어 있는가?
- 벽난로 문에서 불티 등이 비산하지 않은 구조로 되어 있는가?
- 뚜껑이 있는 불연재의 재통이 비치되어 있는가?
- 연통은 견고하게 고정되어 있고 이상이 없는가?
- 연통은 지붕에서 적절히 돌출되어 있는가?
- 연통이 벽, 천장, 바닥을 관통하는 경우에 적절히 단열처리가 되어 있는가?
- 연통은 가연물로부터 이격거리(이중연통: 15 cm, 단일연통: 46 cm)가 확보되어 있는가?
- 연통은 주기적으로 청소되고 있는가?
- 굴뚝 구조물이 가연물로 된 경우 환기창이 적절히 설치되어 있는가?
- 저온장기착화의 전조증상은 있지 않은가?
- 소화기 등 소화기구가 비치되어 있는가?
- 연기감지기가 설치되어 있는가?
3.3.8 펠릿 벽난로 보급 대비
산림자원의 활용촉진에 의한 산림환경의 보전, 지구온난화의 방지 및 환경에 대한 부하가 적은 재생가능에너지의 보급촉진을 도모할 목적으로 일본 지방자치단체나 임야청에서는 장작 벽난로나 목질 펠릿 벽난로를 설치하는 경우에 보조금(10만 엔 전후)을 지급하고 있고 일본 국가 차원에서도 목질펠릿 보급 확대에 힘쓰고 있다(FAJ 2013).
나무를 채취해서 연료로 사용하는 가구(주택)는 거의 없어 육림을 하기 위해 가지치기나 간벌을 하더라도 활용하지 못하고 있으며 목재가공 후에 나온 부산물의 활용도도 높지 않아 우리나라도 일본처럼 앞으로 목재펠릿의 활용을 권장하는 제도 도입에 따라 목재 펠릿 벽난로나 보일러 보급이 늘어날 것으로 예상되므로 이에 대비하여 펠릿 벽난로나 보일러에 적용할 수 있는 화재예방대책 등을 검토할 필요가 있다.
4. 결론
전원주택, 펜션 등에 벽난로를 설치하고 있고 벽난로로 인한 화재가 발생하고 있어 벽난로 화재의 특징, 벽난로 화재사례, 벽난로와 관련된 법규의 실태, 벽난로의 화재취약점, 벽난로와 관련된 화재발생 요인, 목재의 장기저온가열에 의한 발화 메커니즘, 벽난로화재와 관련된 예방실태, 벽난로화재 예방대책 등을 분석하였다.
벽난로 화재의 특징은 화재발생 초기에 발견하기 어렵고 발견하여도 전소되는 특징이 있고 벽난로의 열이 목재 등에 전달되는 경우에 목재의 발화온도보다도 훨씬 낮은 온도이더라도 장시간 가열되면 발화에 이르는 특징을 갖고 있으며, 벽난로로 인해 화재가 발생한 경우에는 주위의 가연물이 건조된 상태이므로 급격히 화재가 성장한다고 분석하였다.
벽난로와 관련된 법규의 실태 분석에서는 벽난로와 관련된 법규로 소방기본법과 건축법이 있는데 아주 개괄적인 사항만을 규정하고 있을 뿐 실효성이 없음을 분석하였다.
현재의 벽난로는 발열량 제어를 공기구멍 조절로 하고 있으므로 본질적인 화재취약점이 있으며, 벽난로와 관련된 화재발생 요인은 벽난로 자체의 열, 연통의 열, 연통화재이라고 분석하였다.
벽난로화재 예방대책으로는 본질적으로 안전한 경사진 연료공급장치가 부착된 벽난로의 보급, 벽난로 안전기준 제정, 벽난로 설치 규정 제정, 벽난로 사용설명서 등 제작 배부, 저온탄화 방지대책 강구 및 홍보, 안전검검을 할 수 있는 체크리스트, 소화기 등 초기소화기구 비치 의무화, 펠릿 벽난로 보급 대비 등을 제안하였고, 벽난로 설치 규정 제정에서 연통의 설치 기준, 굴뚝 환기창 설치 기준, 이격거리와 차열벽 설치기준, 노대의 설치 기준, 벽난로를 설치하는 실의 내장제한을 제안하였다.
이 논문이 벽난로 등 고체연료를 사용하는 난방기구의 안전에 기여하였으면 한다.
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