1. 서 론

목재 및 유기 고분자 물질을 포함한 기타 가연물은 연소 시 발생되 는 연소가스와 연기에 의한 피해가 많이 발생한다. 특히, 연기는 화재 발생 시 인명피해에 있어서 제일 큰 비중을 차지한다[1].

따라서 이들의 가연성에 대한 문제점을 보완하기 위해 국내⋅외적 으로 화재성능을 기반으로 한 법규 등을 제정⋅시행하고 있으며, 목 재 및 가연물의 연소속도를 예측하기 위한 연구들이 활발히 진행되고 있다[2,3].

높은 온도, 거대한 열방출률 그리고 빠른 화재 성장을 수반하는 유 기 고분자 물질의 연소는 많은 양의 연기와 독성 가스를 발생한다[4]. 연소 과정 동안 고분자 사슬과 첨가제 사이의 물리적 및 화학적 상호 작용의 복잡성은 복합재의 화재 거동에 대한 예측을 어렵게 만든다 [5]. 이처럼 플라스틱의 화재 거동을 예측하는 데에는 많은 어려움이 따르지만 이에 대한 연구는 다양하게 진행되어 왔다. 고분자, 유기 또 는 무기물 및 불활성 또는 반응성 내연제는 자체 속도에 따라 열분해 되며, 구성 요소의 열분해 속도는 주로 소재 자체의 열 안정성에 달려 있다[6].

따라서 다양한 목재 및 가연성 물질의 연소특성과 화재위험 특성 규명에 관한 지속적인 연구가 필요하다고 판단되어 일부 목재 및 플 라스틱 재료를 대상으로 이들의 화재위험 특성을 평가하고자 한다.

화재 시 물질의 열분해로 인해 생성되는 연기량은 빛의 흡수에 의 해 측정되고, 그것은 탄소를 포함한 입자, 액체입자(타르), 무기입자, 증기 등을 포함한다. 화재 시 가연성 재료의 비 열적 유해 요소는 연 기, 냄새, 부식, 독성 등에 의한 것이다. 이러한 비 열적 유해 요인으로 인한 화재 피해는 화염에 직접 노출되는 것보다 피해자들의 약 75~ 80%가 산소결핍과 연기 및 독성가스 등의 흡입에 의한 것으로 밝혀 졌다[7]. 목재 및 일반 가연물의 연소는 일산화탄소(carbon monoxide, CO), 휘발성 유기 화합물(volatile organic compounds, VOC) 및 다환 성 방향족 탄화수소(polycyclic aromatics hydrocarbons, PAH)와 같은 일부 독성 물질이 중요한 독성 배출원으로 알려져 있다. 이들은 모두 불완전 연소로 인한 생성물이고 다환성 방향족 탄화수소는 발암성 화 합물로 밝혀진 이후 널리 연구되고 있다. 불완전 연소는 니트로-PAH, 옥시-PAH 및 아자렌과 같은 PAH 유도체도 생성한다[8-10]. 이러한 독 성 가스의 배출은 화재 조건과 재료 자체의 열분해에 영향을 받는다.

화재 시 발생된 연기는 사람의 가시도를 감소시키기 때문에 탈출하 는 데에 문제가 있으며 배출된 기체는 부식성이기 때문에 인체에 치 명적인 유해한 위험성을 안고 있다. 플래시오버에 도달하는 대부분의 일반적인 화재는 화상의 유무와 무관하게 사람에게 유해한 농도의 일 산화탄소를 발생시킨다. 연기측정은 Beer-Bouguer-Lambert 법칙을 원 리로 하는 콘칼로리미터를 이용하여 측정하고자 한다[11]. 콘칼로리 미터를 이용한 시험에서는 연기생성을 나타내는 척도로 연기발생률, 총연기방출률, 연기인자, 비감쇠면적 등이 사용되고 있지만[12-14] 이 와 같은 방법은 시간이 변화됨에 따른 제한된 방법으로써 연기발생에 대한 정량적인 평가가 미흡하고 연기 유해성 평가를 구현하기에는 아 직 충분하지 못한 점이 많다.

선행 연구에서는 연기위험성 평가 방법으로 Chung’s equations 1~3 을 정립하였고 또 이를 더욱 정량적이고 정밀한 연기위험성 평가의 확장성을 구현하기 위해 Chung’s equations-II에 의한 연기위험성 평 가 방법이 기 보고된 바 있다[15,16]. 즉, 이를 정리하면 연기위험성은 식 (1)과 같은 상관관계가 된다.

연기위험성은 연기성능지수(SPI)와 연기성능지수-II (SPI-II)가 낮고 연기성장지수(SGI)와 연기성장지수-II (SGI-II)가 높을수록 높아진다. 이것은 화재초기 화재위험성을 제시하기 위한 것으로 새로운 연기지 수간의 상관관계를 확장시킴으로써 화재등급을 종합적으로 평가하기 위한 기초 자료로 사용하기 위함이다. 따라서 본 연구에서는 Chung’s equations-III인 화재성능지수-III (fire performance index-III, FPI-III), 화 재성장지수-III (fire growth index-III, FGI-III)와 Chung’s equation-IV 인 화재위험성지수(fire risk index-IV, FRI-IV)를 새로 고안하여 종합 적인 화재위험성 및 화재위험성 등급을 평가하였다.

본 연구에서는 건자재 및 내장재로 주로 사용되며, 사용빈도가 높은 침엽수 중 삼나무와 적송을 선별하였고, 열가소성 수지 중 비탄화 고분 자인 PMMA와 탄화고분자인 PVC를 선별하여 시험재료로 사용하였다. 이를 바탕으로 화재 시에 목재, 플라스틱, 난연 처리된 물질, 섬유 등 의 모든 가연성 물질의 열 및 연기발생에 대하여 화재위험성을 등급 화 하고자 하였다. PMMA를 기준물질로 사용하여 화재위험성을 무차 원지수로 평가함으로써 화재위험성평가 방법으로 이용하고, 이를 확 장하여 화재설계 및 화재 시뮬레이션 데이터의 기초자료로 활용하고 자 한다.

2. 실험 재료 및 방법

2.1. 재료

본 연구에 사용된 시험편은 삼나무(Japanese cedar)와 적송(Red pine) 의 순수한 목재를 구입하여 두께 10 mm로 별도의 가공처리 없이 시 험 규격의 시편 크기에 맞게 사용하였다.

수분함량은 일정량의 시료를 105 ℃의 건조기에서 장시간 건조시 키면서 시료의 중량을 4 h 간격으로 더 이상 중량변화가 없을 때까지 측정하고 다음 식 (2)을 이용하여 계산하였다[17].

W_m은 함수율을 구하고자 하는 목재편의 중량(g)이고, W_d는 건조시 킨 후의 절대건조 중량(g)이다. 목재의 체적밀도와 수분함량은 Table 1에 나타내었다.

또한 플라스틱으로 polymethyl methacrylate (PMMA)는 영국의 Fire Testing Technology사로부터 검은색으로 구입하였으며, polyvinyl chloride (PVC)를 아크릴최가 회사에서 구입하여 특별한 가공 없이 이물질 을 제거하고 25 ℃ 오븐에서 건조하여 사용하였다. 폴리머 시편에는 충전제와 첨가제가 포함되지 않았다. 각 플라스틱의 물성은 Table 2에 나타내었다[18,19].

2.3. 콘칼로리미터 시험

연소 성질에 대한 시험은 ISO 5660-1의 표준방법에 근거하여 Fire Testing Technology사의 dual cone calorimeter를 사용하여, 실제 화재 시와 유사한 화재성장기에서 발견되는 50 kW/m² 외부 열 유속(external heat flux) 조건에서 진행하였다[20]. 사용한 시험편의 두께는 10 mm이고 시편은 100 mm × 100 mm ( − + 2 0 ) 크기의 규격으로 절단하였으며, 연소 반응 후 화재 유해성 평가 분석에 필요한 화재 인자 관련 지수를 구하였다. PVC는 화재 시 부풀어 오르는 물질의 고유 성질로 인하여 그릿(grid)을 사용하였으며, 그 외 시편은 그릿을 사용하지 않았다. Figure 1에 콘칼로리미터 개략도를 나타내었으며 Table 3에 콘칼로리 미터 시험에 대한 실험조건을 제시하였다.

3. 결과 및 고찰

본 연구에서는 건자재 목재 및 플라스틱의 화재위험성을 평가하기 위한 한 부분으로 열 및 연기 특성을 중심으로 평가하였다. 열 및 연 기방출 특성과 관련된 요소로 착화시간(time to ignition, TTI), 열방출 률(heat release rate, HRR), 연기생성속도(smoke production rate, SPR) 및 최대연기생성속도에 도달하는 시간(time to reach peak smoke release rate, TSPR)을 측정한 후 화재성능지수-II (fire performance index-II, FPI-II)와 화재성장지수-II (fire growth index-II, FGI-II)를 평가한 후 PMMA를 기준물질로 무차원의 화재등급지수인 FPI-III 및 FGI-III를 부여하였다. 콘칼로리미터 시험은 PMMA의 우수한 반복성 및 재현성 때문에 이것을 기준물질로 사용한다. 따라서 본 연구에서는 PMMA를 이용하여 각각 물질의 화재위험성 등급을 평가하였다. 그에 대한 데 이터를 Tables 4~8에 제시하였다.

3.1. 열방출률(heat release rate, HRR)

열방출률은 화재의 특성을 제어하고 화재의 발생에 대한 기여도를 나타내며 연소모델링을 하기 위한 중요한 측정값이다. 이것은 시료 표면적당 발생한 순간적인 열량의 크기이며, 재료의 연소 위험성을 가장 잘 나타내는 요소이다[21,22]. 시험하는 동안에 측정되는 주 연 소특성은 열방출률이다. 건축 재료를 열방출률이 낮은 것으로 사용할 경우 화재발생시 연소억제 효과를 기대할 수 있다[23]. 열방출률이 높 은 불꽃연소는 화재영역을 성장시키고 발전시키므로 이것은 화재의 세기를 좌우한다.

Figure 2에 나타낸 바와 같이 열방출률은 모든 시편이 착화 시 갑자 기 증가하는 현상을 보인 다음 감소하는 경향성을 보인다. 연소되는 기간 동안 2개의 피크가 공통적으로 나타나는데 연소의 첫 단계에서 첫째 피크가 나타나고 불이 꺼지기 전에 두 번째 피크가 나타난다. 첫 번째 피크는 연소 표면 가까운 곳에서 숯이 형성되기 전에 발생한다. 첫 번째 피크 후 중간 부분은 처음 생성된 숯 층이 두께를 통하여 단 열층 역할을 하고 단열효과로 인하여 시료가 점차적으로 연소하기 때 문에 감소되는 경향성이 관찰되었다. 두 번째 피크는 열적 파동이 뒷 면 절연층에 도달할 때 일어나고 이런 후면효과(back effect)로 인하여 열이 축적되어 동시에 많은 열이 방출되기 때문에 나타난다[20,24]. 최대열방출률(peak heat release rate, HRR_peak)은 시료 표면적당 발생 한 순간적인 열량의 크기로 물질의 연소 위험성을 가장 잘 나타낼 수 있는 요소이다. 목재의 첫 번째 최대열방출률(HRR_{1st_peak}) 특성은 삼나 무 219.89 kW/m², 적송 245.57 kW/m²으로 나타났다. 이어서 적송의 두 번째 최대열방출율률(HRR_{2nd_peak})이 높게 나타난 것은 체적밀도가 클수록 열축적이 커지 때문인 것으로 예측된다.

또한 Figure 3에 보인 바와 같이 액체 연소 거동을 보인 PMMA의 HRR_{1st_peak} 값은 1110.56 kW/m²으로 PVC와 비교하여 높게 나타났다. 이는 연소 시 휘발성이 높기 때문인 것으로 보인다. 그러나 PVC의 경 우 탄화하여 단열층을 생성함에 따라 열을 차단하는 효과가 있어 175.09 kW/m²으로 낮게 나타났다. 이것은 비탄화(non-charring) 시편 은 완전히 타버리지만 탄화(charring) 시편은 비교적 잔여물을 생성한 다는 보고와 일치한다[24]. 그리고 열방출률은 탄화 고분자(charring polymer)보다 비탄화 고분자(non-charring polymer)에서 더 높게 나타 므로 탄화 고분자보다 비탄화 고분자가 화재 위험성이 더 큰 것으로 나타났다[10].

최대열방출률(HRR_peak)은 시편의 표면적당 순간적으로 발생하는 열 량의 크기로 비탄화 고분자는 HRR_peak가 거의 실험 종료 시점에 나타 나며 본 연구에서도 PMMA가 동일한 양상을 보였다[10].

3.2. 연기발생(smoke production)

시간의 변화에 따른 연기생성속도(SPR)는 배기 덕트에서 연기의 체적유량과 감쇠계수와의 곱으로 계산된다. Figure 4에 나타낸 바와 같이 삼나무의 연기 생성 속도는 15와 275 s에서 두 개의 피크가 나타 났다. 이는 대부분의 목재의 열분해 부분과 잘 일치한다. 이것은 화재 에 더 많은 표면이 노출됨으로써 나타나는 목재의 균열과 연소가스의 갑작스런 방출의 결과이다. Table 4와 Figure 4에 나타난 바와 같이 삼 나무와 적송의 제1의 최대연기생성속도(SPR_{1st_peak})는 각각 0.0344와 0.0315 m²/s로 나타났으며 특별한 차별성은 없었다.

적송의 제2의 연기생성속도(SPR_{2nd_peak})는 0.0372 m²/s로 삼나무와 비교하여 높게 나타났다. 이것은 적송 자체에 휘발성 유기물을 다량 함유하고 있기 때문으로 이해된다[25]. 삼나무의 제2의 연기생성속도 (SPR_{2nd_peak})인 0.0210 m²/s에 비하여 1.8배 높게 나타났다.

이것은 화재초기 시험편의 순간 연기생성속도가 시험편의 체적밀 도와 일부 연관이 있는 것으로 이해된다. 이와 관련하여 목재에 대한 1차 연기생성속도 도달시간은 삼나무 15 s, 적송 25 s로 측정되었다. 이어 2차 연기생성속도 도달시간은 삼나무 275 s, 적송 325 s로 나타 났으며 연기생성속도 도달시간이 지연되었다. 이는 연소 시 숯이 생 성됨에 따라 연소억제 효과가 증가되었기 때문이라 판단된다.

시험편의 연소에 의해 형성된 숯은 목재보다 열전도율이 낮기 때문 에 목재의 아래쪽 부분에 열침투를 방해한다[24]. 숯이 증가함에 따라 열분해 전단과 열유속에 노출된 목재 표면 사이에서 열적 저항이 증 가되므로 연소시간을 지연시키는 결과를 초래한 것으로 판단된다.

Table 5와 Figure 5에 나타낸 바와 같이 플라스틱의 제1의 최대연기 생성속도(SPR_{1st_peak})는 PMMA가 0.0516 m²/s, PVC가 0.1081 m²/s로 나타났으며 PVC가 PMMA와 비교하여 2.1배 높았다. 또한 비탄화 플 라스틱인 PMMA는 최대연기생성속도가 385 s에서 나타났으며 PVC 는 230과 735 s에서 관찰되었다. 이것은 플라스틱의 열분해 영역과 일 치하며 PVC가 2개의 피크를 갖는 것은 착화 후 탄화물이 생성되었기 때문이다. PVC가 화재초기 화재위험성이 높음을 의미하며 가연성 가 스가 많이 생성됨을 의미한다.

착화시간 및 열방출률의 초기 피크의 최대값은 물질의 화재위험성 을 특성화한다[15]. 또한 연기위험성도 맥을 같이 하는 것으로 예상 된다. 따라서 선행 연구에서는 가연물의 연기안전성을 예측하기 위하 여 연기성능지수-II (SPI-II)를 정립하여 아래의 식 (3)으로 발표하였 다[16].

이 식은 연기성능지수-II를 평가하기 위하여 착화시간, 최대연기발 생속도 그리고 최대열방출률 3개의 변수를 고려하였다. 이 식은 연기 특성에 열특성을 포함한 식으로 연기특성 보다는 오히려 열특성이 더 강한 값을 가짐으로써 화재위험성을 잘 표현해 줌으로써 연기성능지 수-II를 화재성능지수-II로 변경할 필요성이 있다. 목재가 연소될 때의 에너지 방출속도, 연기생성, 가스 독성은 목재의 종류, 수분함량, 밀도, 열적특성 및 열침투성 등에 따라 결정된다. 가연물과 관련하여 연소 성질의 이해를 돕는 다른 중요한 특성은 착화시간이다. 착화시간은 시험편의 열원에 의한 노출로부터 지속적인 불꽃연소가 시작되기 전 까지이며 착화시간이 빠를수록 재료는 더욱 가연성임을 나타낸다.

Table 4에 나타낸 바와 같이 열유속이 50 kW/m²인 경우, 착화시간 은 삼나무 4 s, 적송 9 s로서[27] 삼나무가 적송이나 플라스틱보다 훨 씬 더 빠르게 나타나는 것을 알 수 있었다. 삼나무는 목재 중 초기 가 연성이 높은 것으로 확인되었다. 사용된 목재 시편들의 수분함량의 차이는 1.3%로서 착화시간에는 큰 영향을 미치지 못하는 것으로 나타 났으며 목재의 체적밀도가 증가함에 따라 착화시간이 지연되는 경향 성을 보였다. 이것은 목재의 착화시간이 그의 표면 열손실의 유무에 따른 상수, 열전도도, 체적밀도, 연료의 비열 및 착화온도 항의 제곱에 비례하며, 시험편에 가해지는 열유속의 제곱에 반비례하는 것으로 설 명된다[25].

Table 5에 나타낸 바와 같이 PMMA의 착화시간은 17 s, PVC는 85 s로 나타났다. PVC는 밀도 및 열적 안정성이 PMMA보다 높아 초기 가연성이 낮은 것으로 판단된다.

그러나 이 연구에서는 더욱 정량적이고 정밀도를 높이기 위하여 최 대연기발생속도, 착화시간 그리고 최대열방출률인 3개의 변수를 고려 하여 연기 유해성 평가를 구현하였다. 그리고 새로운 화재성능지수-III (FPI-III) 식 (4)를 고안하여 적용하고자 한다. 즉, FPI-III는 FPI-II를 FPI-II_[PMMA]의 표준 값(PMMA 기준)으로 나눈 값으로 정의된다. 목재의 화재 확대와 플래시오버의 시간과 상관성이 있으므로[26], 화재 확대 가 증가할수록 화재안정성이 감소하는 것과 같이[28] 연기안전성 또 한 감소하는 것으로 이해된다. FPI-III를 구하는 식 (4)는 다음과 같다.

이 식은 무차원 지수로 나타낸다. 이 연구에서 연기생성속도의 값은 초기 화재의 중요성을 고려하여 제1의 최대연기생성속도(SPR_{1st_peak}) 값을 적용하였다. 특히, 액체성 플라스틱을 포함한 가연물은 연소과정 중 제1의 최대연기발생속도(SPR_{1st_peak})를 적용하고자 한다.

Table 6에 재료의 SPI-II 값을 제시하였다. SPI-II는 착화시간, 열 및 연기가 조합된 값으로 PVC가 가장 높게 나타났다. 이것은 모든 재료 중 PVC가 착화시간이 지연되고 HRR_1st-peak 값이 가장 낮기 때문으로 판단된다. PMMA를 기준물질로 한 화재등급지수인 FPI-III은 PMMA (1.0) < 삼나무(1.8) < 적송(3.9) < PVC (15.0)의 순서로 증가하였다. 이것은 PMMA와 같이 휘발성 유기물질을 함유한 플라스틱은 FPI-III 가 매우 낮아지므로 화재위험성이 높다는 것을 의미한다. FPI-II와 FPI-III에 의한 화재위험성 평가 결과 PVC가 가장 안전한 물질임을 알 수 있었다.

또한 선행 연구에서 가연물의 화재위험성을 예측할 수 있는 연기성장 지수-II (SGI-II) 식 (5)를 보고한 바 있다[16].

이 식은 더욱 정량적이고 정밀도를 높이기 위하여 최대연기발생속 도, 최대연기발생속도에 도달하는 시간 그리고 최대열방출률인 3개의 변수를 고려하여 연기위험성 평가를 구현하였다. 이 식은 연기특성에 열특성을 포함한 식으로 연기특성보다는 오히려 열특성이 더 강한 값 을 가짐으로써 화재위험성을 잘 표현해 줌으로써 연기성장지수-II (SGI-II)를 화재성장지수-II (FGI- II)로 변경할 필요성이 있다. 그리고 새로운 화재성장지수-III (FGI-III) 식 (6)을 고안하여 적용하고자 한다. 즉, FGI-III는 FGI-II를 FGI-II_[PMMA]의 표준 값(PMMA 기준)으로 나눈 값으로 정의된다. 가연물의 화재 확대와 플래시오버의 시간과 상관성이 있으므로[26], 화재 확대가 증가할수록 화재안정성이 감소하는 것과 같이[28] 연기안전성 또한 감소하는 것으로 이해된다. 따라서 FGI-III 값이 클수록 화재위험성이 커지는 것으로 예측된다[28].

FGI-III를 구하는 무차원 지수의 표현인 식 (6)은 다음과 같다.

이 연구에서 연기발생속도의 값은 초기 화재의 중요성을 고려하여 제1의 최대연기발생속도(SPR_{1st_peak}) 값을 적용하였다. 특히, 액체성 플라스틱을 포함한 가연물은 연소과정 중 제1의 최대연기발생속도 (SPR_{1st_peak})를 적용하고자 한다.

Table 7에 나타낸 바와 같이 FGI-II에 의한 화재위험성은 삼나무가 가장 높은 것으로 나타났다. 이것은 체적밀도가 작은 삼나무가 착화 시간이 빨라 연소속도가 빨라짐에 따라 SPR_{1st_peak} 값이 높아지고 TSPR_{1st_peak} 값이 짧아지기 때문으로 판단된다. 휘발성 유기물질을 많 이 함유하고 있는 적송은 열분해 되면서 많은 에너지를 방출하지만 TSPR_{1st_peak} 값이 지연되어 삼나무에 비하여 작은 값으로 나타났다. PMMA를 기준물질로 한 화재등급지수인 FGI-III는 PVC (0.5) < PMMA (1.0) < 적송(2.1) < 삼나무(3.3)의 순서로 증가하였다. 특히 PVC는 FGI-III가 가장 낮은 것으로 나타났으며 FPI-III에서도 화재위 험성이 가장 낮게 나타난 것과 일치하였다. FGI-II와 FGI-III에 의한 화재위험성 평가 결과 PVC가 가장 안전한 물질임을 알 수 있었다.

따라서 본 연구에서 시험된 목재 및 플라스틱을 포함한 가연물은 FGI-III의 값이 클수록 화재위험성은 높아지고, 화재안정성은 낮아지 는 것을 알 수 있었다. FPI-III와 FGI-III는 측정된 데이터를 이용해 계 산하여 얻어지는 값으로, 콘칼로리미터 실험에서 재료의 화재안전성 을 파악하는데 종합적인 평가로 적용될 수 있다. 이를 다시 정리하면 화재위험성은 식 (7)과 같은 상관관계가 된다. 이것은 화재등급을 평 가하는 화재등급 수식과 일치한다.

따라서 새로운 화재위험성지수-IV (FRI-IV) 식 (8)을 고안하여 적용 하고자 한다. 즉, FRI-IV는 FGI-III를 FPI-III으로 나눈 값으로 정의된 다. 이는 화재 확대가 증가할수록 화재안정성이 감소하는 것과 같다 [28]. 따라서 FRI-IV 값이 클수록 화재위험성이 커지고 반대로 FRI-IV 값이 작아질수록 화재위험성이 감소하는 것으로서 화재위험성 및 화 재등급을 종합적으로 예측할 수 있는 것으로 판단된다.

FRI-IV를 구하는 식 (8)은 다음과 같다.

Table 8에 나타낸 바와 같이 FRI-IV에 의한 화재위험성은 삼나무가 가장 높은 것으로 나타났다. PMMA를 기준물질로 한 화재위험성지수 인 FRI-IV는 PVC (0.03) < 적송(0.54) < PMMA (1.0) < 삼나무(1.83) 의 순서로 증가하였다. 특히 PVC는 FRI-IV가 가장 낮은 것으로 나타 났으며 FPI-III, FGI-III에서도 화재위험성이 가장 낮게 나타난 것과 일치하였다. FRI-IV에 의한 화재위험성 평가 결과 PVC가 가장 안전 한 물질임을 알 수 있었다.

3.4. 일산화탄소, 이산화탄소 농도(carbon monoxide, carbon dioxide concentration)

일산화탄소(CO)는 목재와 플라스틱을 포함한 가연물과 화염 사이 에서 발생되는 휘발성물질의 불완전연소 생성물이다. 휘발성 물질의 열분해속도를 측정하는 하나의 방법인 열방출속도가 높아지는 것은 동반된 CO가스 생성이 증가하는 것으로 설명 가능하다. Table 4, Figure 6 및 Table 5, Figure 7에 나타낸 모든 시험편의 CO_peak 농도는 106~ 570 ppm으로 측정되었으며, 선행연구와 비교한 결과 재료의 구성성분, 두께 및 외부 열유속의 조건이 달라 정량적인 값은 비교하기 어려웠으 나 CO 발생패턴은 유사한 것으로 나타났다[29,30]. 이 농도는 미국직업 안전위생관리국(Occupational safety and health administration, OSHA) 의 허용기준 (permissible exposure limits, PEL)인[31] 50 ppm과 비교 하면 2.1~11.4배의 매우 치명적인 독성을 생성하는 것으로 나타났다.

CO_2peak 농도는 Table 4, Figure 8 및 Table 5, Figure 9에 나타낸 바 와 같이 모든 시험편에 대하여 3003~34938 ppm이었다. 이것은 불완 전연소보다 완전연소가 더 많이 일어나는 것으로 판단된다. 특히 PMMA의 결과는 34938 ppm으로서 OSHA의 허용기준(PEL)인[30] 5000 ppm 보다 7.0배 높게 나타났다. 이것은 3.5%의 농도로 인체의 호흡을 자극하여 생기는 과호흡을 발생시킬 소지가 큰 것으로 예측된 다[32]. 미국광산안전보건청(Mine safety and health administration, MSHA)에[33] 의하면, 이산화탄소는 단순한 질식을 일으키고 잠재적 흡입 독성 물질이다.

4. 결 론

본 연구에서는 목재로서 삼나무와 적송 및 플라스틱으로는 PMMA 와 PVC를 선정하고, Chung’s equations-III인 화재성능지수-III (FPI-III), 화재성장지수-III (FGI-III)와 Chung’s equation-IV인 화재위험성지수-IV (FRI-IV)를 새로 고안하여 화재위험성 및 화재위험성 등급 평가에 적 용하였다.

따라서 체적밀도가 낮은 삼나무 및 PMMA와 같이 휘발성 유기물 질을 다랑 함유한 재료는 화재성능지수-III가 낮고, 화재성장지수-III 가 매우 높으므로 화재로 인한 화재위험성이 높은 것으로 나타났다.