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소방기술사

플룸 (Fire Plume)

by 해시태그 기술사 2024. 11. 25.
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**플룸(Fire Plume)**은 화재 역학에서 중요한 현상으로, 화재 발생 시 열과 연기에 의해 생성되는 뜨거운 기류가 위로 상승하며 주변 공기를 끌어들이는 흐름을 의미합니다. 플룸은 화재 초기 단계에서 열과 연기의 수직 이동을 이해하는 데 중요한 역할을 하며, 연기 확산, 천장 제트(Ceiling Jet), 화재 감지기 작동, 스프링클러 설계 등에 직접적인 영향을 미칩니다.



1. 플룸의 정의

 

화재로 인해 발생한 뜨거운 연소 생성물(가스, 연기)이 주변보다 낮은 밀도로 인해 위로 상승하는 현상.

플룸은 화재 중심에서 발생하며, 열전달(대류와 복사)과 공기 혼합에 영향을 미칩니다.

화재 플룸은 화재가 커질수록 강도가 증가하며, 천장에 도달한 뒤 수평으로 퍼져 천장 제트로 이어집니다.

 

2. 플룸의 발생 원리

 

2-1. 열에 의한 밀도 차이:

화재는 높은 온도의 연소 생성물을 만들어냅니다.

뜨거운 가스는 주변 차가운 공기보다 밀도가 낮아 상승합니다.

2-2. 공기 유입(Entrainment):

플룸 상승 과정에서 주변 공기가 끌려 들어와 혼합됩니다.

이로 인해 플룸의 부피가 커지고 온도가 점차 낮아집니다.

2-3. 천장 도달 후 변화:

플룸이 천장에 닿으면 더 이상 상승하지 못하고 수평으로 확산되어 천장 제트를 형성합니다.

 

3. 플룸의 특성

3-1 속도

플룸의 상승 속도는 화재의 강도(열 방출률)와 화원으로부터의 거리(높이)에 따라 달라집니다.

화재가 강할수록 플룸의 상승 속도와 연기 확산 속도가 빨라집니다.

3-2 온도

플룸의 중심부는 높은 온도를 가지며, 화원에서 멀어질수록 점차 온도가 낮아집니다.

주변 공기와의 혼합으로 인해 상부로 갈수록 온도가 감소합니다.

3-3 폭

플룸의 폭은 상승할수록 넓어지며, 이는 공기 유입과 혼합 효과로 인해 발생합니다.

 

화재플럼

4. 플룸의 종류

 

플룸은 화재의 특성과 주변 조건에 따라 다르게 나타날 수 있습니다.

 

4-1. 자유 플룸 (Free Plume):

장애물이 없는 열린 공간에서 발생하는 플룸.

공기 유입이 자유롭고 대칭적인 형태를 보임.

4-2. 벽 플룸 (Wall Plume):

화재가 벽에 인접하여 발생할 때 형성되는 플룸.

벽에 의해 상승 방향이 제약을 받으며 비대칭적 흐름.

4-3. 코너 플룸 (Corner Plume):

화재가 두 벽이나 코너에 위치할 때 발생.

공기 유입이 제한되어 플룸이 더욱 좁고 강하게 상승.

 

5. 플룸과 화재 안전

 

플룸은 화재 안전 시스템 설계에 중요한 영향을 미칩니다.

 

5-1. 스프링클러 설계:

플룸의 온도와 속도를 고려하여 스프링클러의 작동 온도 및 위치를 결정합니다.

5-2. 연기 감지기 설계:

플룸의 확산 범위를 고려하여 감지기의 민감도와 설치 높이를 조정합니다.

5-3. 연기 제어 시스템:

플룸을 기반으로 연기 배출 팬과 제연 설비의 위치와 용량을 설계합니다.

5-4. 피난 경로 설계:

플룸의 확산 경로를 예측하여 연기 피해를 최소화하는 피난 경로를 설계합니다.

 

6. 맺음말

 

플룸은 화재 발생 시 열과 연기의 수직 이동을 이해하는 데 필수적인 개념입니다. 이 현상을 정확히 이해하면 화재 감지기, 스프링클러, 연기 제어 시스템 등을 효과적으로 설계할 수 있습니다.

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