한국화재소방학회 논문지, 제23권 제4호, 2009년 J. of Korean Institute of Fire Sci. & Eng.

[논 문] Vol. 23, No. 4, 2009

98

화재실험을 통한 주택용 연기감지기 응답특성에 관한 연구

A Study on the Response Characteristics of the Residential Smoke

Detector Depending on Controlled Fire Tests

사공성호·김시국*·이춘하*·정종진†

Seong-Ho Sakong · Shi-Kuk Kim* · Chun-Ha Lee* · Jong-Jin Jung†

한국소방산업기술원 소방산업기술연구소, *호서대학교 소방방재학과

(2009. 6. 17. 접수/2009. 8. 7. 채택)

요 약

본 논문은 연기감지기의 응답특성을 분석하여 주택용 화재감지기로 적합한지를 분석하고자 광전식연기

감지기, 아날로그연기감지기, 단독경보형연기감지기를 시험체로 선정하여 UL 268에서 정하는 화재시험방

법을 응용하여 화재성상(종이화재와 인화성액체화재)에 따른 연기감지기의 응답특성을 분석하고자 화재실

험을 실시하였다. 실험결과 화재성상에 따라 연기감지기의 응답특성 차이가 나타나는 것을 확인할 수 있

었다.

ABSTRACT

In this paper, in order to analyze the response characteristics of the smoke detectors which is suit-able with the residential fire detector, the paper fire and flammable liquid fire experiment came to beaccomplished according to UL Standard for safety for smoke detector for fire alarm signaling systems,UL 268. Also Photoelectric smoke detector, the Analog smoke detector and the single station alarmdevice came to be used with the specimen and the response characteristics of the smoke detectorswhich follows in these two types(paper, flammable liquid) test fire came to be analyzed. As a result,according to test fire there was some difference to response characteristics of the smoke detectors.

Key words : Residential fire detectors, Paper fire, Flammable liquid fire, Response characteristics

1. 서 론

자동화재탐지설비의 구성요소 중 화재감지기는 화재

초기에 발생하는 열 또는 연기, 불꽃을 자동으로 감지

하여 그 신호를 수신기에 보내어 화재경보음 발생, 소

화설비의 작동 등 거주자·출입자의 초기피난 및 화

재진압을 위한 중요한 설비이다. 화재발생시 감지기의

정상 작동여부는 인명과 재산을 화재로부터 보호할 수

있느냐 없느냐를 판가름하는 중요한 역할을 한다.1)

2008년도 소방방재청에서 발표한 ‘2008년 화재발생

현황 분석’2)에 따르면 2008년 한 해 동안 49,631건의

화재가 발생하였고, 이 중 주택에서의 화재가 12,285

건으로 전체 화재건수의 24.8%를 차지하고 있는 것으

로 나타났다. 주택화재의 가장 큰 특징은 화재가 발생

하면 다른 장소보다 인명피해 및 재산피해가 발생할

확률이 높다는 것이다.3) 이와 같은 원인은 일반적인 주

택의 경우 건물들이 밀집해 있고, 자동화재탐지설비의

설치대상이 아니기 때문에 화재의 조기발견을 위한 설

비가 설치되지 않은 곳이 많기 때문이다.

선행연구로 주택 실물화재실험을 실시한 결과 화재

발생시 화재감지기 본연의 기능인 조기감지 기능만 제

대로 된다면 화재 시 인명 및 재산피해를 최소한으로

줄일 수 있는 것을 실험으로 확인할 수 있었으며, 또

한 주택에서 효과적인 화재감지시스템을 구축하기 위

해서는 연기감지기가 열감지기보다 주택용 화재감지기

로 적합한 것으로 나타났다.

따라서 본 논문은 주택용 화재감지기로 적합한 연기

감지기의 응답특성을 분석하고자 광전식연기감지기, 아

날로그연기감지기, 단독경보형연기감지기를 시료로 선

정하여 UL 268(Smoke Detectors for Fire Alarm† E-mail: samjjung@hanmail.net

화재실험을 통한 주택용 연기감지기 응답특성에 관한 연구 99

J. of Korean Institute of Fire Sci. & Eng., Vol. 23, No. 4, 2009

Signaling System)에서 정하는 화재시험방법을 응용하

여 화재성상(종이화재와 인화성액체화재)에 따른 연기

감지기의 응답특성을 분석하고자 화재실험을 실시하였다.

2. 실 험

본 실험은 주택용 연기감지기가 화재발생시 화재성

상에 따른 응답특성을 평가하기 위하여 UL 268에서

정하는 화재시험방법을 응용하여 실험을 실시하였다.

2.1 모형화재실험실

본 연구에 사용된 모형화재실험실은 Figure 1과 같

이 5.0m × 4.2m × 3.0m 크기의 실험실로 천장의 높이는

2.4m이다. Figure 2는 모형화재실험실의 사진이다.

2.2 실험조건4)

화재성상에 따른 연기감지기의 응답특성을 실험하기

위해서 우선적으로 고려되어야 할 요소는 화재성상의

Figure 1. Fire test room.

Figure 2. Photograph of fire test room.

Table 1. Types and Combustibles of Test Fire

Types Paper Fire Flammable Liquid Fire

SizeW: 102mm

L: 6~10mm

Newsprint Total

Weight = 42.6g

Heptane : Toluene

= 75 : 25

Figure 3. Receptacle of shredded newsprint.

Figure 4. Receptacle of flammable liquid fire.

결정으로 본 실험에서는 UL 268에서 규정하는 연기감

지기 화재시험 가연물종류인 종이화재와 인화성액체화

재에 대해 실시하였다.

Table 1은 실험에 사용한 가연물의 종류와 규격을 나

타낸 것으로 UL 268의 시험방법을 응용하여 실험을

실시하였다. 이는 UL 268의 시험장의 경우 10.9m × 6.7m

× 3.1m 크기의 시험실에서 시험을 실시하나, 본 실험

을 실시한 실험장의 크기와 차이가 있어 가연물의 종

류와 시험방법을 응용하여 실험을 실시하였다. Figure

3은 종이화재인 신문지화재를 나타낸 것으로 UL 268

한국화재소방학회 논문지, 제23권 제4호, 2009년

100 사공성호·김시국·이춘하·정종진

에서 정하는 방법과 동일한 규격의 화원으로 실험을

실시하였다. Figure 4는 인화성액체화재를 나타낸 것으

로 UL 268에서 정하는 방법과 동일한 비율로 헵탄과

톨루엔을 혼합하여 실험을 실시하였다.

또한, 일정한 공간내의 화재는 환기조건 및 내부공

간의 환경조건에 따라 화재성상 및 화재감지기 응답시

간에 차이가 많이 발생하므로 화재실험실의 내부조건

은 Table 2와 같이 설정하였다.

2.3 실험방법

본 실험에서는 연기감지기의 응답특성을 분석하기

위하여 연기감지기 중 광전식연기감지기(우수제품), 광

전식연기감지기(일반제품), 아날로그연기감지기, 단독

경보형감지기를 시료로 선정하여 종이화재와 인화성액

체화재실험을 실시하여 두 종류의 화원에 따른 연기감

지기의 응답특성을 분석하고자 화재실험을 실시하였다.

Figure 5는 화재실험실의 구성도를 나타낸 것이다.

그림에서 보는 바와 같이 연기감지기를 국가화재안전

기준(NFSC 203)에서 정하는 벽으로부터 0.6m 떨어진

위치에 부착하고 종이화재와 인화성액체화재에 대해

각각 10회씩 실험을 실시하였다.

종이화재 실험은 화원을 감지기와 2m 정도 떨어진

화재시험실의 중앙에 설치하고, 흑백신문지 42.6g이 들

어 있는 가연물 연소통(Receptacle)의 하단에서 점화시

켜 실험을 실시하였다. 인화성액체화재 실험은 화원을

화재감지기와 수평으로 가장 먼 위치에 설치하고 헵탄

과 톨루엔의 양을 75% : 25%의 비율로 200 ml와 400 ml

를 만들어 유류표면을 점화시켜 가연물량에 따른 응답

특성 실험을 실시하였다.

종이화재실험과 인화성액체화재실험에서 화원위치

를 서로 다른 곳에서 측정한 이유는 화재 시 열발생

이 적어 부력효과가 적다고 사료되는 종이화재의 경

우에 연기유동 특성상 연기가 먼 거리까지 이동하기

어렵기 때문에 연기농도측정이 불가능했고, 인화성액

체화재의 경우 근접한 거리에서 실험을 실시할 경우

화열에 의해 장비에 문제가 발생하기 때문에 화원의

거리차를 두고 실험을 실시하였다. 또한, 감지기의 작

동시간을 확인하기 위하여 중계기를 통하여 R형 수신

기와 연결하였다. 감지기가 작동하게 되면 R형 수신

기에서 각 감지기의 작동시간이 표시되고 작동시간을

저장하게 된다.

Table 2. The Test Conditions in the Fire Test Room

Types Conditions

Entrance Door (810mm × 1720mm) Close

Exhaust Fan Close

Figure 5. Schematic diagram of fire test room.

Figure 6. Photograph of smoke concentration measuring

apparatus.

화재실험을 통한 주택용 연기감지기 응답특성에 관한 연구 101

J. of Korean Institute of Fire Sci. & Eng., Vol. 23, No. 4, 2009

감지기 작동시 연기농도를 측정하기 위하여 Figure

6과 같이 연기농도 측정장치를 설치하여 연기농도를

실시간으로 모니터링 하였다. 연기농도측정기는 반복

실험으로 인한 광학필터의 오염을 방지하기 위하여 필

터내부에 1000cc/min 정도로 아주 미세한 공기를 주입

하여 농도측정의 정확성을 기하였다.

3. 실험결과 및 고찰

3.1 종이화재실험

흑백신문지 42.6g이 들어 있는 연소통의 하단에서

점화시키면 흑백신문지에 착화가 된다. 점화 후 화재

실험실 내부는 화원에서 나오는 연기가 천정으로 수직

이동 후 수평이동을 계속하여 연기감지기가 설치된 곳

까지 연기가 이동한다. 이때 발생한 연기는 화염이 없

는 훈소특성을 가지는 회색연기이다. 따라서 종이화재

실험은 연기감지기가 회색연기에 대하여, 또한 열기를

동반하지 않는 연기에 대해서 어떠한 응답특성이 나타

나는 가 확인해 보았다.

Table 3은 종이화재 실험의 연기감지기 응답특성 결

과를 나타낸 것으로 10회 실험을 통한 평균값으로 구

하였다. 점화 후 약 1분 02초경에 광전식연기감지기

(우수제품)가 먼저 작동되고, 약 2분 09초경에 광전식

연기감지기(일반제품)가, 약 3분 30초경에 단독경보형

감지기가, 약 3분 40초경에 아날로그연기감지기가 순

차적으로 작동하였다. 이와 같은 연기감지기의 응답특

성의 차이는 광전식연기감지기들의 위치가 단독경보형

감지기와 아날로그감지기보다 화원에 가깝게 설치되었

기 때문에 나타난 것으로 생각되나, 연기유동이불규칙

한 특성을 지녔기 때문에 작동시간에 차이가 발생한

것으로 사료된다. 또한 열기류가 없기 때문에 연기자

체가 서서히 퍼지면서 하강하는 특징이 나타나는 것을

확인하였다. Figure 7은 종이화재의 연기농도를 실시간

으로 모니터링한 그래프이다.

3.2 인화성액체화재실험

헵탄과 톨루엔의 혼합물 표면이 점화되면 가연성증

기의 착화로 화재실험실 내부는 화원에서 발생된 연기

가 천정으로 수직이동 후 천정면에서 수평이동을 하게

되고 연기감지기가 설치된 곳까지 연기가 이동한다. 이

때 발생하는 연기는 열을 수반하는 흑색연기이다. 따

라서 인화성액체화재 실험은 연기감지기가 흑색연기에

대하여, 열기류를 동반한 확산속도가 빠른 연기에 대

하여, 또한 가연물량의 변화에 따라 어떠한 응답특성

이 나타나는 가 확인해 보았다.

Table 4는 인화성액체(200 ml)화재 실험의 연기감지

기 응답특성 결과를 나타낸 것으로 10회 실험을 통한

평균값으로 구하였다. 점화 후 약 30초경에 아날로그

연기감지기가 먼저 작동되고, 약 38초경에 광전식연기

감지기(일반제품)가, 약 39초경에 광전식연기감지기(우

수제품)가, 약 48초경에 단독경보형감지기가 순차적으

로 작동하였다.

Table 5는 인화성액체(400 ml)화재 실험의 연기감지

기 응답특성 결과를 나타낸 것으로 10회 실험을 통한

Table 3. Results of Paper Fire

TypesSmoke

Concentration

Operation

Time

Photoelectric Smoke

Detector (Excellent)25%/m 1' 02"

Photoelectric Smoke

Detector (Normal)30%/m 2' 09"

Analog Smoke Detector 27%/m 3' 30"

Single Station Alarm

Detector22%/m 3' 40"

Figure 7. Smoke profile of paper fire.

Table 4. Results of Flammable Liquid Fire Test (200 ml)

TypesSmoke

Concentration

Operation

Time

Analog Smoke Detector 80%/m 42"

Photoelectric Smoke

Detector (Excellent)82%/m 46"

Photoelectric Smoke

Detector (Normal)86%/m 1' 01"

Single Station Alarm

Detector87%/m 1' 11"

한국화재소방학회 논문지, 제23권 제4호, 2009년

102 사공성호·김시국·이춘하·정종진

평균값으로 구하였다. 점화 후 약 42초경에 아날로그

연기감지기가 먼저 작동되고, 약 46초경에 광전식연기

감지기(우수제품)가, 약 1분 01초경에 광전식연기감지

기(일반제품)가, 약 1분 11초경에 단독경보형감지기가

순차적으로 작동하였다. 이와 같은 결과 가연물의 양

에 따라 감지기의 응답특성에 차이가 나타나는 것을

확인할 수 있었다.

Figure 8은 인화성액체화재 200 ml와 400 ml의 연기

농도를 실시간으로 모니터링한 그래프이다.

인화성액체화재 실험의 경우 종이화재 실험보다 감

지기의 응답특성이 빠르게 나타났고 연기농도가 높은

것을 확인할 수 있었다. 이는 인화성액체화재의 경우

열기류를 동반한 화재이기 때문에 연기의 전파속도가

종이화재보다 빠른 특징이 있으며, 유류화재의 경우 종

이화재보다 연기입자 자체가 크고 밀집된 형태로 확산

되기 때문에 연기농도가 매우 높게 나타나는 것을 확

인할 수 있었다. 또한, 인화성액체화재에서의 연기감지

기들의 응답특성의 차이는 화원으로부터의 거리보다는

감지기 회로 내 광센서들의 연기감지패턴방식과 열기

류를 동반한 매우 빠르고 불규칙한 연기유동 특성 때

문에 발생한 것으로 사료된다.

4. 결 론

본 논문은 주택용 화재감지기로 적합한 연기감지기

의 응답특성을 분석하고자 광전식연기감지기, 아날로

그연기감지기, 단독경보형감지기를 시료로 선정하여

UL 268에서 정하는 화재시험방법을 응용하여 화재성

상(종이화재와 인화성액체화재)에 따른 연기감지기의

응답특성을 분석하고자 화재실험을 실시하여 다음과

같은 결론을 얻었다.

1) 종이화재실험

점화 후 약 1분 02초경에 광전식연기감지기(우수제

품)가 작동되고, 약 2분 09초경에 광전식연기감지기(일

반제품)가, 약 3분 30초경에 단독경보형감지기가, 약 3

분 40초경에 아날로그연기감지기가 순차적으로 작동하

였다. 이와 같은 연기감지기의 응답특성의 차이는 광

전식연기감지기들의 위치가 단독경보형감지기와 아날

로그감지기보다 화원에 가깝게 설치되었기 때문에 나

타난 것으로 생각되나, 연기유동자체가 불규칙한 유동

특성을 지녔기 때문에 작동시간에 차이가 발생한 것으

로 사료된다.

2) 인화성액체화재실험

인화성액체 200 화재실험의 경우 점화 후 약 42초

경에 아날로그연기감지기가 먼저 작동되고, 약 46초경

에 광전식연기감지기(우수제품)가, 약 1분 01초경에 광

전식연기감지기(일반제품)가, 약 1분 11초경에 단독경

보형감지기가 순차적으로 작동하였다.

인화성액체 400 화재실험의 경우 점화 후 약 30초

경에 아날로그연기감지기가 먼저 작동되고, 약 38초경

Table 5. Results of Flammable Liquid Fire Test (400 ml)

TypesSmoke

Concentration

Operation

Time

Analog Smoke Detector 72%/m 30"

Photoelectric Smoke

Detector (Normal)85%/m 38"

Photoelectric Smoke

Detector (Excellent)88%/m 39"

Single Station Alarm

Detector90%/m 48"

Figure 8. Smoke profile of flammable liquid fire.

화재실험을 통한 주택용 연기감지기 응답특성에 관한 연구 103

J. of Korean Institute of Fire Sci. & Eng., Vol. 23, No. 4, 2009

에 광전식연기감지기(일반제품)가, 약 39초경에 광전식

연기감지기(우수제품)가, 약 48초경에 단독경보형감지

기가 순차적으로 작동하였다. 이와 같은 결과 가연물

의 양에 따라 감지기의 응답특성에 차이가 나타나는

것을 확인할 수 있었다.

인화성액체화재의 경우 열기류를 동반한 화재이기

때문에 연기의 전파속도가 종이화재보다 빠른 특징이

있으며, 유류화재의 경우 종이화재보다 연기입자 자체

가 크고 밀집된 형태로 확산되기 때문에 연기농도 또

한 매우 높게 나타나는 것을 확인할 수 있었다.

이와 같은 결과 화재성상에 따라 연기감지기의 응답

특성에 차이가 나타나는 것을 확인할 수 있었었다. 그

러나 본 연구는 UL 268에서 규정하는 화재시험 중 종

이화재와 인화성액체화재로만 실험을 실시하였기 때문

에 주택용 화재감지기로 적합한 연기감지기의 응답특

성을 정확하게 분석하기 위해서는 향후 다양한 종류의

가연물을 대상으로 화재성상에 대한 실험을 실시하여

야 할 것으로 생각된다.

참고문헌

1. 정영태, “과학적인 소방검사 실행과 시정조치”, 중앙

소방학교 테마 消防學 講解, p.641(2001).

2. 소방방재청, “2008년 전국화재발생현황”(2009).

3. 김학근, “주택화재에 의한 인명피해 저감을 위한 연

구”, 서울시립대 도시과학대학원 석사학위논문, p.1

(2005).

4. UL 268, “Smoke Detectors for Fire Alarm Signaling

Systems”(2003).

5. Robert M. Gagnon and Ronald H. Kirby, “A

Designer’s Guide to Fire Alarm Systems”, NFPA,

pp.213-236(2003).

6. Richard W. Bukowski and Wayne D. Moore, “Fire

Alarm Signaling Systems”, NFPA, pp.105-107

(2003).