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제출문
보고서 초록
요약문
SUMMARY
목차
제1장 소방용 개인보호장비 안전성 평가 13
1.1. 소방용 개인보호장비 안전성 평가 장치 개발 및 평가 14
1.1.1. 서론 14
1.1.2. 연구방법 16
1.1.3. 연구결과 18
1.1.4. 고찰 25
1.2. 소방용 개인보호장비에 대한 전신 화염마네킹 실험 및 화상예측 27
1.2.1. NFPA 1971에 따른 소방복 시료의 TPP와 THL 평가 27
1.2.2. 소방복의 전신 화염마네킹 시험 및 화상예측 27
1.3. 복사열 환경에서의 인체 착용 실험 30
1.3.1. 서론 30
1.3.2. 연구방법 32
1.3.3. 결과 35
1.3.4. 논의 38
1.4. 소방복 안전성 평가 관련 전문가 자문 41
1.4.1. 개요 41
1.4.2. 자문 회의록 43
제2장 소방관 화상 기전 분석과 화상 DB 구축 57
2.1. 소방관 화상 요인별 메커니즘 분석 58
2.1.1. 소방관 신체부위별 화상 발생 빈도와 방화복 종류에 따른 입원율 조사 58
2.1.2. 화상 경험이 있는 소방관 사례 64
2.1.3. 실화재 실험 71
2.2. 소방관 화상 환자 데이터베이스화를 위한 화상등록체계 Burn registry의 시범모델 개발 84
2.2.1. 서론 84
2.2.2. 본론 85
2.2.3. 결론 94
2.3. 국내 소방관 화상 임상 DB 시범모델 구축 95
2.3.1. 서론 95
2.3.2. 시스템 설명 95
2.3.3. 결론 100
제3장 소방용 개인보호장비 화상발생 모델링 101
3.1. 화재·화상 발생 메커니즘 분석 102
3.1.1. 화재 발생 요인별 화상 발생 메커니즘 분석 102
3.1.2. S/W 개발을 위한 화상발생 매커니즘의 코드화 가능성 검토 110
3.2. 돌발화염에 의한 개인보호장비 온도변화 분석 및 모델링 117
3.2.1. 돌발화염 발생을 위한 실화재 모의실험 설계 117
3.2.2. 돌발화염 발생시 온도변화 패턴 분석 126
3.2.3. 돌발화염에 의한 화상발생 모델링 135
3.3. 복사열에 의한 개인보호장비 온도변화 분석 및 모델링 164
3.3.1. 복사열 발생을 위한 실험설계 164
3.3.2. 전산유체역학(CFD)을 활용한 복사열 화상 시뮬레이션 168
3.4. 접촉열에 의한 개인보호장비 온도변화 분석 및 모델링 201
3.4.1. 핫플레이트를 이용한 접촉화상 실험설계 201
3.4.2. 접촉실험에 의한 소방용 장갑의 온도변화 패턴 분석 204
3.4.3. 접촉에 의한 손부위 화상발생 모델링 210
참고문헌 213
별첨: NIOSH report for the project entitled "Test methods for assessing the safety and performance limit of firefighter protective equipment(MPSS-Fire Safety-2015-76)" 224
표 1.1. Heat flux during a 10-s flame exposure for the 12 conditions 24
표 1.2. Temperature during a 10-s flame exposure for the 12 conditions 24
표 1.3. Summary of total heat loss and thermal protective performance results 27
표 1.4. 화염마네킹 시험 조건 28
표 1.6. Characteristics of Firefighting Protective Gloves Used in the Present Study 33
표 1.7. Completion Time and Ranges for the Four Types of Protective Gloves in Dry and Wet Conditions 36
표 1.8. Skin Temperatures in Dry and Wet Conditions by Protective Glove Types 37
표 1.9. Changes in Microclimate Humidity on the Palm in Dry and Wet Conditions by Protective Glove Types 38
표 1.10. 전문가 자문 일시와 자문 내용 41
표 2.1. Demographics of Firefighters with Burn Injury 59
표 2.3. 2010 NIST 발표 71
표 2.4. 소방용 하의에 해당하는 센서 정보 123
표 3.1. 국민안전처 통계연보의 소방 관련 통계자료 106
표 3.2. 국민안전처 소방행정자료 및 통계자료 107
표 3.3. 재난현장 소방공무원 안전사고 방지 대책의 통계 자료 107
표 3.4. 화상발생 메커니즘에 따른 코드번호 분류 예시 109
표 3.5. 한국정보화진흥원의 정보시스템 분석 항목 111
표 3.6. 공공부문 정보시스템 평가지표 113
표 3.7. 라지스케일칼로리미터 사양 119
표 3.8. 소방용 상의에 해당하는 센서 정보 122
표 3.9. 소방용 하의에 해당하는 센서 정보 123
표 3.10. 소방용 헬멧에 해당하는 센서 정보 124
표 3.11. 소방용 부츠에 해당하는 센서 정보 124
표 3.12. 사람 조직의 열적 물성치 156
표 3.13. 수소, LNG, LPG의 CDF 시뮬레이션 결과 177
표 3.14. 주요 재료에 따른 열화상 모델링을 위한 물성치 187
표 3.15. 화상 모델에 사용되는 물리적 특성 189
표 3.16. 시뮬레이션 설계 제원 198
표 3.17. 핫플레이트 사양 202
그림 1.1. A sensor that measured both Heat flux and temperature in the present study 17
그림 1.2. Positions of sensors from #1 to 11 on the right hand flame manikin 17
그림 1.3. Size of hand flame manikin (A), a photo of real flame manikin without a glove (B), and with a glove (C) 19
그림 1.4. Regional surface areas in a right hand and percentages of each area of a whole right hand 20
그림 1.5. Hand flame manikin pole (left), flame chamber (middle), and structure of torches (right) 21
그림 1.6. Time courses of heat flux in the 45° and 90° angles of torches 22
그림 1.7. Time courses of surface temperature in the 45° and 90° angles of torches 23
그림 1.8. Photos of fire protective gloves after the flame manikin test 23
그림 1.9. 미국, 유럽, 한국 소방복을 착용한 시험 사진 28
그림 1.10. Predicted burn injury on the total area of the manikin covered by firefighter protective clothing 29
그림 1.11. Drawings of the experimental chamber for hands 34
그림 1.12. 10-min manual performance protocol 34
그림 1.13. Microclimate humidity on the palm in dry and wet conditions by protective glove types, and refer to significant differences between dry and wet conditions at each zone 36
그림 2.1. Hospitalization of burn injured firefighters with conventional protective clothing and special protective clothing 61
그림 2.2. 건물 평면도와 화재 최성기 창문 출화 장면 64
그림 2.3. 301호와 302호 출입문 (왼쪽)과 3층 출입문 연소 확대 방향 형상 (오른쪽) 65
그림 2.4. 한강성심병원에서 입원치료 중인 김○○ 대원 (왼쪽), 최○○ 면담 (오른쪽) 66
그림 2.5. 탱크시설(외관 및 구획시설의 소실 흔적은 식별되지 않음) 67
그림 2.6. 한강성심병원 입원 중 사진 67
그림 2.7. 면담 당시 사진(재활치료 중) 67
그림 2.8. 당시 현장 사진(출처 : 연합뉴스)과 손에 화상을 입었던 송파 소방서 문○○ 대원의 손 69
그림 2.9. 라지 스케일 칼로리미터와 외장재 화재평가 시험기 72
그림 2.10. 센서 부착 앞면 및 센서 부착 뒷면 사진 72
그림 2.11. 실험 전 (왼쪽)과 실험 후 (가운데, 오른쪽) 사진 73
그림 2.12. 온도변화 그래프 1 74
그림 2.13. 센서 위치(청색 원형 – 얼굴 우측, 양측 어깨, 가슴) 74
그림 2.14. 온도 변화 그래프 2(청색 점선 원형 – 얼굴 우측, 좌측 어깨, 가슴) 75
그림 2.15. 실험 진행 중 사진과 shutter close 이후에도 해당부위에 직접 불꽃이 점화된 사진 75
그림 2.16. 실험 후 마네킹 손 부위 변화 76
그림 2.17. 실험 후 소방장갑의 변화 77
그림 2.18. 센서 위치 79
그림 2.19. 핫플레이트 실험 열화상 사진 79
그림 2.20. 손바닥(hand #1), 손바닥(hand #2) - 건조 상태 80
그림 2.21. 손등(hand #1), 손등(hand #2) - 건조 상태 80
그림 2.22. 방호장갑 #1과 #2의 손가락 및 그 외 부분의 온도 평균값(건조 상태) 81
그림 2.23. 전체 손가락과 그 외 부분의 최고 온도 평균값(건조 상태) 81
그림 2.24. 손바닥(hand #1) 손등(hand #1) - 습윤 상태 82
그림 2.25. 손등(hand #2) - 습윤 상태 82
그림 2.26. 방호장갑 #1과 2 손가락과 그 외 부분의 온도 평균값(습윤 상태) 82
그림 2.27. 전체 손가락과 그 외 부분의 최고 온도 평균값(습윤 상태) 83
그림 2.27. WHO Burn registry 85
그림 2.28. State of Indiana Burn registry 86
그림 2.29. Alberta health services Burn registry 1 87
그림 2.30. Alberta health services Burn registry 2 88
그림 2.31. Alberta health services Burn registry 3 89
그림 2.32. 개발한 Burn registry 초안 90
그림 2.33. 개발한 Burn registry 수정본(Pre-Hospital stage) 91
그림 2.34. 개발한 Burn registry 수정본(Hospital stage) 92
그림 2.35. 데이터베이스 시스템 구성도 97
그림 2.37. 웹 기반 DB 사이트 병원 전 단계 입력 화면 99
그림 3.1. 화상발생 메커니즘 분석을 위한 단계 103
그림 3.2. 적외선열화상카메라 118
그림 3.3. 라지스케일칼로리미터 119
그림 3.4. 외장재화재평가시험기 120
그림 3.5. 전신마네킹 센서 위치 121
그림 3.6. 실험에 사용된 열전대를 부착한 전신마네킹 125
그림 3.7. Kriging 보간법을 이용한 온도 분포 추정 127
그림 3.8. 돌발화염에 의한 부츠에 대한 온도변화 패턴 132
그림 3.9. 돌발화염구간의 온도변화율 134
그림 3.10. 돌발화염구간의 핫스팟 134
그림 3.11. 돌발화염으로 인한 몸통 전·후면부 온도변화 137
그림 3.12. 돌발화염으로 인한 목과 어깨 전·후면부 온도변화 138
그림 3.13. 돌발화염으로 인한 팔의 전·후면부 온도변화 139
그림 3.14. 돌발화염으로 인한 다리의 전·후면부 온도변화 141
그림 3.15. 소방복 장갑의 시간에 따른 온도변화 142
그림 3.16. 돌발화염으로 인한 헬멧의 전·후면부 온도변화 143
그림 3.17. 돌발화염으로 인한 부츠의 전·후면부 온도변화 144
그림 3.18. 2차원 문제에서 유한자분법 격자와 개별 유한차분 요소 152
그림 3.19. 유한차분엔진과 ASAP모델의 비교를 위한 예제 152
그림 3.20. 유한차분법을 이용한 열확산 모의 예제 153
그림 3.21. 인체의 1차원 다중 피부조직 구성 154
그림 3.22. 표피와 진피층에서의 온도변화 모델링 157
그림 3.23. 화염에 노출되는 시간에 따른 피부의 화상발생 예측 158
그림 3.24. 이미지 프로세싱을 위한 좌표설정 예제 160
그림 3.25. 돌발화염 구간의 적외선 열화상 영상 162
그림 3.26. 실험 마네킹의 외관선 추출 및 돌발화염 구간의 온도깊이 변화 163
그림 3.27. 소방관의 화재진압시 온도 및 복사열량 조건 164
그림 3.28. 한국건설생활환경시험연구원의 개인보호장비에 대한 복사열량 실험 167
그림 3.29. 전산유체역학(CFD)의 해석 흐름도 169
그림 3.30. 거실에서의 CFD 결과 175
그림 3.31. CFD 시뮬레이션 해석의 컨셉 179
그림 3.32. 온실의 단열시스템 효과 해석모델 예시 180
그림 3.33. 챔버 내 온도분포 모델링 결과 182
그림 3.34. 열유속분포 (a)실험결과 및 (b)모델링 결과 182
그림 3.35. 실험용 마네킹 손의 설계 도면 185
그림 3.36. 아라미드 섬유의 주요 용도 187
그림 3.37. 소방대원의 보호장구 Rendering 예시 190
그림 3.38. 장갑 실험 모델의 개요 192
그림 3.39. 장갑과 손 사이의 틈새 구현 192
그림 3.40. 격자 설계 예시 192
그림 3.41. 시뮬레이션 영역 192
그림 3.42. 장갑 모델링을 위한 설계 도면 194
그림 3.43. 손 마네킹을 재현한 손모양 모델링 설계 195
그림 3.44. 손 마네킹과 2mm 간격으로 씌운 장갑의 모델링 설계 195
그림 3.45. 장갑과 손 사의의 격자 설계 196
그림 3.46. 손을 둘러싼 소 영역에 대한 격자 설계 197
그림 3.47. 격자의 신뢰도 평가를 위한 검정 예시 197
그림 3.48. 시간에 따른 장갑 표면의 온도 예측 199
그림 3.49. 1mm 두께의 장갑 내부 손의 온도 변화(노출 온도(100℃/200℃)별) 200
그림 3.50. 접촉실험에 사용된 핫플레이트 202
그림 3.51. 접촉열 실험에 사용된 열전대를 부착한 손 마네킹 203
그림 3.52. 적외선열화상카메라로 촬영한 손 마네킹 접촉열 실험 203
그림 3.53. 건조상태 장갑의 접촉열 시험에 의한 온도변화 패턴 205
그림 3.54. 습윤상태 장갑의 접촉열 시험에 의한 온도변화 패턴 207
그림 3.55. 핫플레이트 접촉 실험 후 소방용 장갑의 모습 209
그림 3.56. 건조 상태에서 온도대별 핫플레이트 접촉에 따른 장갑 내부 온도변화 211
그림 3.57. 습윤상태에서 300℃ 핫플레이트 접촉에 따른 온도변화 212