반응열과 탄화도가 열방출율에 미치는 영향에 관한 연구

Effect of Heat of Reaction and Charring Properties on Heat Release Rate during Combustion

화재 발생 시 열방출율은 가연물의 열분해율과 유효 연소열의 상관관계에 의해서 결정된다. 가연물의 열분해율을정확하게 결정하기 위해서는 반응열(heat of reaction)에 대한 이해가 중요하다. 하지만 목재와 같이 연소과정에서 탄화가 발생되는 경우 다단계 열분해 반응을 거치기 때문에 반응열을 정확하기 측정하기 어렵다. 본 연구에서는 가연물의 반응열 차이와 탄화도의 비율이 연소 시 발생하는 열방출율에 어떠한 영향을 미치는지 알아보기 위해 ISO5660-1 콘칼로리미터 실험을 수행하여 열방출율 측정하였고 fire dynamics simulator (FDS) 전산 해석을 통해 계산된값과 비교·분석하였다. 가연물로는 수분을 제거한 소나무과 상록수인 douglas-fir를 사용하였다. 콘칼로리미터 실험과FDS전산해석 결과를 바탕으로 반응열과 탄화도의 증가가 열방출율 감소와 직접적인 상관관계가 있음을 확인하였다.

The heat release rate (HRR) of fires can be determined from the relationship between the thermal pyrolysis rate ofcombustibles and the effective heat of combustion. To accurately determine the thermal pyrolysis rate of combustibles, itis important to understand the heat of reaction of combustibles. However, this parameter is difficult to measure forcombustibles, such as wood, that produce charring during combustion because they undergo a multi-step pyrolysis reaction. In this study, the ISO 5660-1 standard method was used to perform cone calorimetry experiments to understand how theHRR is affected by the heat of reaction heat and charring properties of combustibles. To this end, the HRR calculated usingFDS computational analysis was compared to the measured value from the ISO 5660-1 cone calorimetry experiments. Adehydrated Douglas-fir, an evergreen tree of the pine family, was used as a combustible material. The cone calorimetryexperiment and FDS computational analysis results confirmed that increases in the heat of reaction and charring propertieswere directly correlated with the decrease in the HRR.