현대식 주차장의 화재 위험

BY 마이클 스피어포인트, 박사, 공학박사

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소개

 

역사

 

주차장은 자동차가 발명된 이래로 거의 도시 환경의 일부가 되어 왔습니다. 초기 주차장은 마굿간을 개조한 것이었지만 19세기에 접어들면서 특정 건물이 등장하기 시작했습니다. 이러한 새로운 주차장의 대부분은 주차를 도와주는 직원이 있거나 초기 형태의 자동화된 기계식 주차를 사용했습니다. 처음에 주차장은 또 다른 유형의 창고 건물로 취급되었습니다. 그러나 건물과 차량이 발전함에 따라 주차장은 고유한 건물 유형이 되었습니다.

 

오래전에는 자동차를 부유한 사회 구성원들이 소유했습니다. 헨리 포드에 의해 실현된 자동차 제조의 산업화는 자동차 소유를 중산층으로 확대했습니다. 하지만 제2차 세계대전 이후 사회적으로 큰 변화가 일어났습니다. 개인용 자동차의 사용이 급격히 증가했고, 많은 나라들이 더 큰 도로망을 건설했으며, 교외 지역이 확장되고 외곽 쇼핑몰 등이 생겨났습니다. 이로 인해 주차장의 수와 규모가 확대되었고, 사람들이 자가용을 주차하고자 하는 욕구를 충족시키기 위해 주차장의 구성이 바뀌었습니다.

 

 

주차장 설계

 

주차장에서 직면하는 많은 화재 안전 문제는 다른 건물과 유사하지만 몇 가지 독특한 특징도 있습니다. 현대식 주차장은 지상 및/또는 지하에 위치할 수 있으며 단독으로 서 있거나 주택, 소매 쇼핑몰, 공항과 같은 다른 건물과 연결될 수 있습니다. 지상 구조물은 밀폐되어 있거나 하나 이상의 개방된 면이 있을 수 있습니다. 지하 주차장은 출입이 제한되고 환기가 제한될 수 있습니다. 차량은 일반적으로 바닥 판에 직접 주차되지만, 최신 기계식 적재 시스템을 사용할 수 있습니다. 주차장 설계에 대한 다양한 가이드는 미국 구조기술자협회에서 발행한 가이드 등 여러 가지가 있습니다.

 

주차장은 비교적 넓고 개방된 공간인 경우가 많기 때문에 내부 구획이 거의 없습니다. 일반적으로 바닥에서 천장까지의 높이는 다른 건물 유형보다 낮으며 7.22피트(2.2m)까지 낮을 수 있습니다. 차고의 구조적 용량은 자체 무게와 차량의 무게 등을 지탱할 수 있을 만큼 충분해야 합니다. 설계 시에는 주차 베이를 오가는 차량의 동선, 차량을 수용할 수 있는 베이의 크기, 신체 능력이 다른 승객이 차량에서 내리고 탑승할 수 있는 공간 등의 요소를 고려해야 합니다. 차량 회전율, 차량 탑승자 수, 베이의 크기 등은 주차장이 장기 체류인지 단기 체류인지(예: 공항 대 소매 쇼핑몰)에 따라 다소 달라집니다.

 

주차장의 화재 안전은 새로운 주제가 아닙니다. 미국에서는 1927년에 작업을 시작한 후 1932년에 현재 NFPA 88A의 초판이 채택되었습니다. 1940년대 후반 영국에서 발간된 전후 건물 연구 보고서 28에서는 지하 주차장의 폭발과 화재에 대해 논의하고 주차장 위에 건설될 수 있는 건물에 대한 화재의 영향을 고려했습니다. 현재 전기 자동차(EV)의 사용 증가와 주차장에서 발생할 수 있는 위험에 대해 상당한 논의가 이루어지고 있습니다. 이러한 논의는 설계에 영향을 미치고 있으며, 네덜란드의 인스티튜트 퍼블리케 베일리게이드(Instituut Publieke Veiligheid) 및 영국의 무공해 차량 사무소(OZEV) 등 다양한 기관에서 지침을 제공하고 있습니다. 이러한 위험이 화재 빈도, 화재의 심각성, 생명 및 재산 안전에 미치는 영향과 소방서의 EV 화재 진압 능력 측면에서 어떻게 나타나는지 다른 곳에서 논의하고 있습니다.

 

주차장 화재

 

주차장 내 가연성 물질은 주로 차량 자체와 그 안에 있는 모든 화물입니다. 차량은 오토바이, 다양한 크기의 자동차, 트럭, 버스 등 다양합니다. 이 글에서는 자동차에 초점을 맞추고 있지만 다른 유형의 차량도 비슷한 문제를 안고 있습니다. 자동차는 가연성 물질이 주를 이루기 때문에 자동차의 연소 거동을 이해하는 것이 중요합니다. 다른 연료 품목과 마찬가지로 자동차 화재는 초기 단계, 최대 열 방출률과 관련된 화재 성장 단계, 그리고 붕괴 단계로 특징 지을 수 있습니다.

 

 

화재 부하

 

자동차 화재로 인해 방출되는 총 에너지 양은 관련 차량의 가연성 물질과 그 물질이 사고에 기여하는 비율에 따라 달라집니다. 여러 저술가들이 자동차 구조의 변화에 대해 사용된 재료와 차량 크기 측면에서 논의했습니다. 자동차의 크기는 물론 구매자의 대형 차량 구매 비율도 증가했습니다. AA의 보고서에 따르면 영국 도로에서 자동차의 발자국은 50년 전보다 16~53% 증가했습니다. 업데이트된 지침 발표와 관련된 구조기술자협회(Institution of Structural Engineers)의 별도 기사에 따르면 자동차의 평균 무게는 1974년 3,306.93파운드(1.5미터톤)에서 거의 4,409.25 파운드(2미터톤)로 증가했다고 합니다.

 

그러나 이러한 추가 질량 증가가 화재 발생에 기여하는 바는 복잡한 문제입니다. Wolf는 미국 자동차의 플라스틱 양이 1940년 약 5파운드(2킬로그램)에서 1960년대 후반에는 약 70파운드(32킬로그램)로 증가했다고 밝혔습니다. Boehmer 등은 미국 내 경차의 플라스틱 함량이 2017년 약 352.74파운드(160킬로그램)로 더 증가했다고 밝혔습니다. 그러나 Emilsson 등은 2000년부터 2018년 사이에 전기차나 연소 엔진이 있는 자동차에 관계없이 자동차의 폴리머 소재 사용량이 증가하지 않았다는 사실을 발견했습니다. 전기차는 소형, 중형, 대형 등 다양한 유사 모델에서 내연기관 차량보다 평균 약 22% 더 무거운 경향이 있습니다. 전기차는 일반적으로 구리, 흑연, 니켈, 망간, 리튬을 더 많이 포함하지만 이러한 물질은 주로 불연성입니다.

 

가연성 함량을 화재 부하 밀도로 표현할 때, 1986년 Thomas는 차량의 차고, 유지보수 및 이용에 대한 설문조사에서 평균이 평방 미터당 190 ± 105 MJ로 제시되어 80% 프렉타일 값은 평방 미터당 270 MJ로 나타났습니다.(프렉타일 값에 대한 여용주 주석 : 80% 이하가 270 MJ 나머지 20%는 270 MJ을 넘는다는 의미)

약 30년후 스피어포인트 등은 주차 공간의 크기, 자동차의 무게에 따른 에너지 방출량, 차량 무게 분포를 고려하여 주차장에 적합한 화재 하중을 분석했는데, 80% 프렉타일 값은 예전과 비슷한 평방 미터당 260 MJ로 나타났습니다.

 

화재 성장

 

토히르와 스피어포인트는 이전에 내연기관이 장착된 자동차의 자유 연소 특성을 측정한 실험 프로그램을 조사하여 최대 열 방출 속도가 약 9메가와트인 것으로 확인했습니다. 일반적으로 자동차 화재의 화재 성장속도는 Medium(보통) 을 특징으로 하며, 토히르 등이 다양한 수학적 접근법을 사용하여 보다 자세한 분석을 수행했습니다.

 

전기자동차의 화재가 내연기관 자동차의 화재와 어떻게 다른지는 화재가 어디서 시작되느냐에 따라 달라질 수 있습니다. 연구 문헌에는 배터리의 열 폭주 화재를 조사한 논문이 다수 있지만(예: Sun 등), 화재는 배터리에서 멀리 떨어진 곳에서도 발생할 수 있습니다. 내연기관 자동차 화재와 이용 가능한 EV 화재 측정치를 비교한 최근 연구에 따르면, 최대 열 방출률과 총 에너지 함량이 비슷합니다. 그러나 소셜 미디어에 게시된 동영상을 보면 화재성장속도가 Medium(보통) 보다 빠른 것으로 보입니다. 웬그린스키는 열 폭주가 원인인 경우 초기 성장률이 훨씬 더 높다고 주장합니다. 배터리 화재는 수 시간 또는 수일 후에 재점화 될 가능성도 있습니다.

 

주차장 내 차량 화재는 뜨거운 가스층과 구조물의 피드백으로 인해 더욱 악화될 수 있습니다. 반대로 지하 주차장이나 개방형 주차장 내 깊은 곳에서 화재가 발생하면 환기가 제한되어 화재 확산이 제한될 수 있습니다. 주차된 차량 사이로 화재가 확산되어 전체 에너지 방출량과 연소 시간이 늘어날 수 있습니다. 차량 간 화재 확산은 이동 화재의 한 형태로 나타날 수 있습니다. 확산의 특성은 주차 베이 크기, 인접한 베이에 차량이 있는지 여부, 차량 간 간격에 따라 달라집니다. 또한 차량 건설에 사용된 재료의 발화 가능성도 더 많은 차량이 연소될 가능성에 영향을 미칩니다. 전기차의 경우 배터리에서 화재가 발생하면 제트 화염이 발생하여 주변 차량으로 향할 수 있습니다.

 

기계식 적재 시스템은 수직 화재 확산, 차폐 구역 등과 관련된 화재 성장(및 진압)을 고려할 때 추가적인 과제를 안고 있습니다. BRE에서 수행한 연구와 같이 이러한 방식에 대한 일부 제한적인 연구가 수행되었습니다. 차량 적재 시스템에는 화재성장속도를 Ultra fast로 권장합니다.

 

위험

 

위험은 일반적으로 생명이나 재산에 해를 끼칠 가능성이 있는 상황으로 정의되며, 위험은 해를 끼칠 가능성과 피해의 심각성으로 정의됩니다. 주차장에서의 화재는 주차장 및 기타 동반 점유 공간을 포함한 건물 거주자와 소방서 직원과 같은 긴급 구조대원의 생명 안전에 위협이 됩니다. 또한 화재는 주차장 구조물 및 기타 관련 점유 공간과 차고에 있는 내용물에 대한 재산 안전 위협을 초래합니다.

 

열 에너지

 

연소는 대류 에너지와 복사 에너지를 발생시키며, 대류 에너지는 주차장 내 가스 온도 상승에 기여하고 열 복사는 목표물(사람, 차량 등)에 에너지를 전달합니다. 밀폐된 공간에서 발생하는 화재와 마찬가지로 가스 온도가 상승하면 주차장 안팎의 주변 사람들에게 위협이 됩니다. 열 전달 메커니즘은 화재 확산과 재산 피해에도 영향을 미칩니다.

 

연기 및 독성 제품

 

자동차 연소로 인한 화재는 열 에너지 외에도 연기 미립자 및 유독 가스 형태의 연소 생성물을 생성합니다. 연기의 양은 열 방출 속도 및 연소 조건과 관련이 있습니다. 이는 차례로 독성 가스의 농도와 연기를 통한 가시성에 영향을 미칩니다. 대형 주차장의 낮은 천장과 제한된 환기 조건은 신선한 공기의 양과 화재로부터 발생한 연기가 섞이는 능력에 영향을 미칩니다.

 

독성 가스 배출은 관련 물질과 연소 효율에 따라 방출되는 종의 종류에 따라 사람과 환경에 영향을 미칠 수 있습니다. 뢰너마크와 블롬크비스트의 이전 연구에서는 자동차 화재로 인한 독성 가스 배출을 특성화했습니다. 전기차에 대한 Held 등의 연구는 화재 잔여물과 인프라 구성 요소 및 인체 건강에 미치는 영향에 초점을 맞추었습니다. 차량 30대를 주차할 수 있는 밀폐된 주차 공간에서 32kWh 용량의 배터리가 연소했을 때 평방 미터당 20그램의 그을음 발생량이 측정되었습니다. 그을음은 주로 니켈, 망간, 코발트의 중금속 산화물과 리튬, 불화물, 염화물로 구성되었으며, 리튬, 불화물, 염화물은 그보다 적은 양이었습니다. 윌스트랜드 등은 내연기관 자동차의 매연은 전기차의 매연과 크게 다르지만, 둘 다 급성 독성 가스를 발생시키므로 생명 안전에 유사한 위험을 초래한다고 결론지었습니다.

 

주차장에 국한된 것은 아니지만, 환경 영향을 고려할 때 뢰너마크와 블롬크비스트는 당시에는 차량 화재 배출이 대기질에 미치는 영향에 대한 데이터가 거의 없었다고 지적했습니다. 또한 전기차 화재로 인한 대기질 평가는 드물다는 지적이 있었습니다. 환경 영향의 또 다른 원인은 차량 화재 진압 시 유출되는 물에서 비롯됩니다. 뢰너마크와 블롬크비스트가 소화수를 분석한 결과 유기 화합물과 금속으로 오염된 것으로 나타났습니다. 내연기관을 사용하는 차량과 배터리를 사용하는 차량은 배터리가 관여할 경우 독성 종의 범위와 농도가 다를 수 있습니다.

 

폭발

 

배기가스를 발생시키는 화석 연료의 전통적인 사용을 고려할 때 주차장의 환기는 중요한 요소였습니다. 환기는 인화성 액체가 유출되어 기화되어 폭발적인 분위기를 조성할 수 있는 상황도 해결합니다. 전기차는 배터리가 열 폭주에 들어갈 경우 폭발 위험도 있습니다. 압력이 높아지면 결국 배터리가 폭발성 혼합물을 생성할 수 있는 증기 구름을 방출하게 됩니다.

 

재산 피해

 

제2차 세계대전 직후 대부분의 주차장은 콘크리트 구조물이었지만 1960년대에는 증가하는 수요를 충족하기 위해 철골 구조가 실용적인 옵션이 되었습니다. 지난 수십 년 동안 철골 주차장의 성능에 대한 여러 연구가 수행되었는데, 여기에는 Butcher 등, Gewain, Bennetts 등. 이 연구에서는 차량 간 화재 확산, 공간 내 온도, 구조물의 성능에 대한 조사가 포함되었습니다.

 

화재가 구조물에 미치는 영향은 화재 하중, 환기 및 구조 요소의 설계에 따라 달라집니다. 주차장의 예상 구조적 내화성은 관할 구역에 따라 다르며 역사적으로 변화해 왔습니다. 예를 들어 영국 전역의 주차장 내화 등급 역사에 대한 논의는 스피어포인트 외. 최근 루턴 공항, 스타방에르 공항 및 이전에 리버풀의 킹스 독 화재와 같이 널리 보고된 화재는 장기간의 연소 후 어떤 형태로든 상당한 구조적 손상을 보여주었습니다. 이와 같은 사건은 내화 기대치가 현대 차량의 변화를 따라잡고 있는지에 대한 논쟁을 불러일으켰습니다. 예를 들어, 화재 조건에서의 구조적 용량은 전기차와 같은 최신 차량의 무게 증가를 고려해야 할 수 있습니다.

 

화재는 차고 구조물(및 기타 인근 건물)에 피해를 입힐 수 있을 뿐만 아니라 주차된 차량에도 어느 정도 피해를 입힐 수 있습니다. 사고 당시 차량 창문이 닫혀 있고 손상되지 않은 상태였다면 대부분의 피해는 연기보다는 열로 인한 것일 가능성이 높습니다.

 

업무 연속성

 

주차장에서 화재가 발생하면 업무 연속성에 직간접적인 영향을 미칠 수 있습니다. 사용 가능한 주차장의 손실로 인해 관련 운영 기능이 제한될 수 있습니다. 루턴 공항의 화재로 인해 피해를 수습하는 동안 승객이 이용할 수 있는 주차 공간이 줄어들었을 뿐만 아니라 사고가 진행되는 동안 공항 운영에도 상당한 영향을 미쳤던 점을 예로 들 수 있습니다. 공항을 오가는 모든 항공편이 몇 시간 동안 중단되어 승객과 항공사 운영에 영향을 미쳤습니다.

 

향후 주차장의 화재 안전 문제에는 전기차 시장의 성장과 차량의 크기 및 구조에 대한 기타 변화가 포함됩니다.

 

토론

 

향후 주차장의 화재 안전 문제에는 전기차 시장의 성장과 차량의 크기 및 구조에 대한 기타 변화가 포함됩니다. 주차장에는 전기차 충전을 지원하는 인프라가 포함될 가능성이 높으며, 경우에 따라 이러한 인프라가 기존 구조물에 개조될 수도 있습니다. 자율주행 차량의 보급이 증가할 것으로 예상됨에 따라 주차장 설계에도 변화가 생길 수 있습니다. 또한 공유 앱의 사용이 확대되거나 대중교통망이 잘 갖춰진 도심의 차량 이용자가 줄어들어 예상 차량 회전율에 변화가 생기거나, 차고 건설에 대량 목재와 같은 자재를 사용하거나, 신체 능력이 다른 사람들의 차량 접근성이 높아져 주차 베이 배치가 증가하는 등 자동차 사용과 관련된 사회 내 변화도 있습니다.

 

많은 주차장의 특성상 자동차 화재로 인한 뜨거운 연기가 공간을 가득 채울 수 있습니다. 소방서 직원은 화재가 발생한 차량에 접근하기 어려워 진압 작전을 수행하기 어려울 수 있습니다. 감지, 진압, 연기 환기 시스템 등 주차장에서 화재로 인한 위험을 완화하기 위한 다양한 화재 안전 조치가 있습니다. 전기차 및 기타 요인의 사용 증가로 인해 일부 이해관계자들은 이러한 조치에 대한 기대치를 조정했습니다. 이러한 변화를 다루는 것은 이 글의 범위를 벗어나지만, 화재 안전 조치를 선택할 때는 재정적 균형을 어느 정도 고려해야 할 것입니다. 예를 들어, 위험 기반 연구에 따르면 주차장에 스프링클러를 설치한다고 해서 반드시 충분한 경제적 이득이 있는 것은 아니라고 합니다.