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보고서 초록
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SUMMARY
목차
제1장 서론 17
1.1. 연구개발과제 요약서 17
1.1.1. 연구목표 17
1.1.2. 연구내용 18
1.1.3. 연구개발에 따른 기대성과 19
1.2. 연구개발의 필요성 20
1.2.1. 국내 소방대원의 화상에 의한 높은 공사상 현황 20
1.2.2. 높은 화상에 따른 공사상자 발생 원인 : 진압공간의 돌발상황 21
1.2.3. 개인용 보호장구의 발전 및 한계 22
1.2.4. 보호장구 평가기법의 문제점 23
1.2.5. 돌발위험상황에 대한 이해 및 지식의 변화 23
1.2.6. 보호장구 성능향상에 따른 현실적 문제점 25
제2장 모의 재현실험 설비 구축 및 개선방안 모색(한국건설생활환경시험연구원) 26
2.1. 돌발 위험상황 측정설비 구축 및 장비 성능 최적화 및 필드 테스트 26
2.1.1. 모의 재현 실물 설비 측정 시스템 구축 26
2.1.2. 모의 재현설비 성능 최적화 28
2.1.3. 발생 시나리오 기반 모의필드 실험 및 위험도 DB구축 40
2.2. 현장 실태조사 결과를 바탕으로 한 개선방안 및 실용화 기술 65
2.2.1. 돌발상황관련 보호장구의 소재 활용기술 연구 65
2.2.2. 돌발상황 보호장구 소재의 융복합 기술개발 71
2.2.3. 열충격, 폭압 등 보호관련기술 개발 78
2.2.4. 설계기술, 공정/가공기술, 평가기술의 가이드 정립 80
2.2.5. 화재 실험과정에서의 화상예측을 위한 피부온도 변화 측정 84
제3장 돌발고위험의 종류별 분류 및 상황별 특성분석(ULSTER UNIVERSITY) 90
3.1. 돌발고위험의 메커니즘 분석 및 화재발생 장소, 종류별 시공간 열전달 특성 규명 90
3.1.1. '화재발생공간'의 이론적 설정 90
3.1.2. 구획화재(Compartment fire)에 대한 연구 흐름 90
3.1.3. 구획 내에서의 화재매커니즘 92
3.1.4. 구획화재 메커니즘 수치해석 및 분석 98
3.2. 돌발고위험 조건에서 소방대원의 보호장구 소재 열전달 성능 분석 110
3.2.1. Natural convection in layers of thermal protective clothing 110
3.2.2. Numerical simulations 114
제4장 시제품의 인체착용성, 활동성, 경량성 향상 기술 개발(서울대학교) 124
4.1. 시제품의 인체착용성, 활동성, 경량성 향상 기술 개발 124
4.1.1. 인체 착용성 향상 기술 : 서열부담 경감기술[원문불량;p.112] 125
4.1.2. 개발품의 활동성 향상 기술 개발 138
4.1.3. 경량화 및 감성소재 기술개발 : 총중량의 인체분포 최적화 기술 143
제5장 돌발고위험상황에 따른 위험도 DB 구축(동양대학교) 145
5.1. 돌발고위험 상황 발생 시나리오에 따른 위험도 분석 및 DB 구축 147
5.1.1. 돌발화염 발생의 시나리오 검토 147
5.1.2. 돌발화염 시나리오별 위험성 분석 149
5.2. 돌발고위험 상황 예방을 위한 보호장구 안전기준 개발 163
5.2.1. 돌발화염 경험자의 개인보호장비 성능 인식도 164
5.2.2. 돌발화염 대응을 위한 보호장구 안전기준 173
참고문헌 176
표 2.1. 피부화상 온도조건 도달시간 36
표 2.2. 실화재 시험 결과 정리 44
표 2.3. ISO 13785에 따른 전면부 화재노출 시험 46
표 2.4. 실험개요 47
표 2.5. 취약부위 실험체 종류 50
표 2.6. 손 부위 피부화상 온도조건 도달시간 52
표 2.7. 팔 부위 피부화상 온도조건 도달시간 58
표 2.8. 인체피부와 센서의 열물성 87
표 3.1. 구획에 사용된 재료의 물성 100
표 3.2. Air properties at varying time 111
표 3.3. Material properties 117
표 3.4. Material properties 120
표 4.1. 서울대학교 이주영 교수팀의 2차년도 연구개발 내용 124
표 4.2. 인체착용성 향상 기술 개발 실험 조건 126
표 4.3. 인체 착용평가 측정항목 127
표 4.4. 두 조건에서 피험자 별 RPE 점수 141
표 4.5. 가슴과 등 부위에서의의복내 온습도 142
표 4.6. 두 조건에서 피험자별 RPE 평균 점수 142
표 4.7. 헬멧과 부츠의 최적 중량 역치 실험 조건 143
표 4.8. 헬멧과 부츠의 최적 중량 역치 실험 측정 항목 144
표 5.1. 개정된 방화복의 KFI인정기준의 주요 변경 사항 146
표 5.2. NFPA 101의 시나리오별 화재특성 및 상황 148
표 5.3. 플래시오버 경험 사례 인터뷰 149
표 5.4. 백드래프트 경험 사례 인터뷰 153
표 5.5. 롤오버 및 플래시오버 경험 사례 인터뷰 157
표 5.6. 화재현장에서의 돌발화염 노출 가능성의 인식 차이 비교 166
표 5.7. 돌발화염 유경험자의 화재현장 위험성에 대한 인식 차이 비교 168
표 5.8. 돌발화염 유경험자들의 돌발화염 노출 가능성에 대한 인식 차이 비교 170
표 5.9. 돌발화염 유경험자들의 돌발화염 대응 능력의 인식 차이 비교 172
그림 1.1. 연구개발의 세부 추진체계 17
그림 1.2. 최근 8년간 소방공무원 사고 발생현황(업무유형별) 20
그림 1.3. 돌발 고위험 상황에 따른 부상 위험 21
그림 1.4. 장비의 구성 및 보유율(연합뉴스 2012년 2월) 22
그림 1.5. 방화내의 착용에 따른 화재 저감정도 24
그림 1.6. 소방용 방화복 현황 25
그림 2.1. 방화내의 착용에 따른 화상 저감정도 27
그림 2.2. 고위험화재 모의재현설비의 단계별 설계 및 제작 28
그림 2.3. 장비 성능 최적화를 위한 Calibration test 30
그림 2.4. Calibration test 결과 31
그림 2.5. 실험체 종류 33
그림 2.6. 실험장비 사진 34
그림 2.7. 원단 후면 바탕체의 시간-온도 곡선(온도변화-화상 상관관계) 35
그림 2.8. 원단 후면 바탕체의 시간-온도 곡선(가열중단 후 바탕체의 열보유) 37
그림 2.9. 열원 16초간 노출 후 실험체의 외관비교 37
그림 2.10. 4차 히터의 설계/제작/Calibration 39
그림 2.11. Calibration test 결과 40
그림 2.12. 실화재 calibration test 41
그림 2.13. 실화재실험 전경 41
그림 2.14. 실화재실험 전후 방화복 상태 43
그림 2.15. 화상 취약부위인 팔부위 실험체 제작 49
그림 2.16. 방화도구 착용 실험체 50
그림 2.17. 취약부위 열성능 실험장비 및 Calibration 51
그림 2.18. 손부위 시간-온도 그래프 53
그림 2.19. 손 부위 화상발생 실험 결과 55
그림 2.20. 실험 전후 장갑 상태 56
그림 2.21. 방화장갑 융복합기술 개념도 57
그림 2.22. 팔부위 시간-온도 그래프 60
그림 2.23. 손부위 화상발생 지점 61
그림 2.24. 실험 전후 실험체 상태 62
그림 2.25. ISO 9705 Standard room corner test 64
그림 2.25-1. 수치해석 기반 극한화재환경 모의장비 64
그림 2.26. 용산주택화재에서 사용된 개인보호장비 66
그림 2.27. 국외 방화복 화재시험 및 반사테이프 적용사례 66
그림 2.28. 소방용 특수방화복 성능시험 및 제품검사 기술기준 68
그림 2.29. 84 kW/ m² 실화재 시험 결과 사진(1차년도 결과 발췌) 69
그림 2.30. 3M사 신형 반사테이프 70
그림 2.31. 열보호 성능 확보 방안 71
그림 2.32. 표면처리를 통한 열보호성능 향상 71
그림 2.33. 소방공무원 복제세칙 일부 72
그림 2.34. 국내/외 화재진압대원 착용장비무게 74
그림 2.35. underwear 착용 유무에 따른 화상예측 시험결과 75
그림 2.36. 화염 노출에 따른 화상분포(좌) 및 화상발생 사례(우) 76
그림 2.37. 방화복 부위별TPP(좌) 및 THL(우) 측정결과 77
그림 2.38. 미국 방화복 추가 Layer 구성현황 77
그림 2.39. 급기에 따른 구획 내 상황의 변화 78
그림 2.40. Backdraft 상황에 따른 온도/압력 변화 79
그림 2.41. 소방복의 공기층에 따른 열보호성능(TPP) 변화 80
그림 2.42. 돌발위험상황 노출(좌) 및 부상 현황(우)(1차년도 보고서 발췌) 81
그림 2.43. 돌발상황 노출에 따른 소방대원 대응사례 82
그림 2.44. Layer 구성 취약부위 보안 방안(등) 82
그림 2.45. 해외 반사테이프 적용 디자인 사례 83
그림 2.46. 해외 반사테이프 종류 84
그림 2.47. 개 인보호장구의 방화성능 및 화상예측 84
그림 2.48. TPP용 구리센서, 슈피트뵐터 열유속계, 콜러세란 센서 86
그림 2.49. 1/4인치 공간을 확보 10초 화염 노출에 따른 구리 및 콜러세란 센서의 온도 변화 86
그림 2.50. KCL 피부 묘사 센서, 표피층 카본 코팅후 및 센서 구성 안 88
그림 3.1. 구획 내 화재기류 94
그림 3.2. 구획별 화재기류 형태 96
그림 3.3. 화재구획 99
그림 3.4. 수치해석의 검증 100
그림 3.5. 구획 평면 및 해석결과(Fuel adjacent to the wall) 102
그림 3.6. 시뮬레이션을 위한 구획 평면도(구획크기, 화원위치, 측정위치, 개구부 등) 104
그림 3.7. Wood pallet stack의 발열량 106
그림 3.8. Contour map of gas temperature 107
그림 3.9. Contour map of ceiling temperature in 3.5MJ wood fire 108
그림 3.10. Heat flux distribution on right side door opening at different heights in 3.5MJ wood-1.5MJ plastic fire 109
그림 3.11. Layer orientation schematics for Rayleigh number calculation 111
그림 3.12. Relationship between Ra and AT in horizontal orientation 112
그림 3.13. Effect of air gap on convection in horizontal orientation at heat flux of 84 kW/m² 112
그림 3.14. Effect of air gap on convection in vertical orientation at heat flux of 2.5 kW/ m² 113
그림 3.15. Ulster model 115
그림 3.16. View factor geometry 116
그림 3.17. FEM modelling schematics for TPP test 116
그림 3.18. Time-teriperature profiles during 10s exposure to 84 kW/ m² 118
그림 3.19. Stoll's criterion during 10s exposure to 84 kW/ m² 118
그림 3.20. Ulster model with boundary conditions 120
그림 3.21. Schematic for heat transfer in 3 layers 121
그림 3.22. Time-teriperature profiles of front surface of Nomex IIIA at x=0 122
그림 3.23. Time-temperature profiles of Nomex IIIA at x=3,4mm 122
그림 3.24. Time-tenperature profiles of back surface of Nomex IIIA at x=L 123
그림 3.25. Time-teriperature profiles of back surface of Nomex IIIA at x=L 123
그림 4.1. 냉각음수조끼(DF vest) 도식화(A) 및 착용 사진(B), 운동 시 사진(C) 125
그림 4.2. 인체착용실험 운동 시간 구성 126
그림 4.3. 측정항목 별 측정 횟수 및 간격 128
그림 4.4. 시간에 따른 직장온도의 변화 129
그림 4.5. 시간에 따른 평균피부온도의 변화 130
그림 4.6. 시간에 따른 심박수의 변화 131
그림 4.7. 시간에 따른 혈압의 변화 132
그림 4.8. PSI(Physiological Strain Index)의 시간에 따른 변화 133
그림 4.9. 운동 전 후 뇨비중 차이 133
그림 4.10. 시간에 따른 한서감의 변화 전신(Left), 가슴(Middle), 등(Right) 134
그림 4.11. 시간에 따른 전신 온열쾌적감의 변화 135
그림 4.12. 시간에 따른 갈증감의 변화 136
그림 4.13. 본 연구에서 개발된 소방 동작 프로토콜 139
그림 4.14. 개발된 소방 동작 프로토콜에 따른 동작성 평가 사진 140
그림 4.15. 각 동작별 평균 심박수의 시간에 따른 변화 141
그림 4.16. 헬멧과 부츠의 최적 중량 역치 실험 측정항목 별 측정 간격 144
그림 5.1. 개선된 특수방화복의 주요 변경 사항 145
그림 5.2. 돌발화염 경험사례 현장 개요도 158
그림 5.3. 화재진압대원들이 느끼는 화재현장 위험성 및 돌발화염 노출 가능성에 관한 인식도 165
그림 5.4. 화재현장에서의 돌발화염 경험 횟수 및 종류 167
그림 5.5. 화재진압 유경험자들의 돌발화염 대응 능력에 관한 인식도 171
그림 5.6. 화재현장에서 사용하던 특수방화복의 외관 상태 174
그림 5.7. 사용한 특수방화복의 열방호성능시험 과정 174
그림 5.8. 특수방화복 열방호성능시험 전·후 시편 175