A Study on Numercalization of Smoke Detector Response Characteristics

두호 강; 한빛 최; 의홍 황; 돈묵 최

doi:10.9798/KOSHAM.2023.23.5.79

Abstract

This study was conducted to quantify the response characteristics of a smoke detector. The theory on the entrance resistance of a smoke detector was reviewed, and a method for quantifying the response characteristics through the time constant and characteristic length was proposed. To apply the proposed method, a real-scale fire test of paper and wood, as described in the Excellent Quality Certification Test Rules for Detectors, was conducted. The time constant of the smoke detector was classified into three categories and derived. For domestic smoke detectors, the time constant can be reasonably determined based on the smoke peak value in fires that generate grayish white smoke. This study can serve as a reference for further studies on various samples and fire patterns; the expected response characteristics can be inferred when the detector is installed, which will contribute to improving the reliability of the detector.

Keywords: Numericalization, Smoke Detector, Response Characteristics, Time Constant, Characteristic Length

요지

본 연구는 연기감지기의 응답을 이용하여 응답특성의 수치화에 관한 방안을 모색하기 위하여 진행하였다. 이론적 고찰에서 연기감지기의 입구저항에 관한 이론을 검토하여 시간상수와 특성길이를 통한 응답특성의 수치화에 관한 방안을 제안하였다. 제안한 방안의 적용을 위하여 감지기의 우수품질인증 시험세칙에 제시된 종이, 목재의 실규모화재실험을 진행하였다. 결과분석을 위하여 연기감지기의 시간상수의 관점을 3가지로 분류하여 각각 도출하였다. 국내 연기감지기의 응답특성은 회백색연기를 발생시키는 화재에서는 시간상수의 관점을 연기 peak치를 기준으로 한 관점으로 보는 것이 타당하다고 판단된다. 본 논문을 기반으로 다양한 시료 및 화재 양상에 대하여 추가적인 연구가 이루어진다면 감지기 설치 시 예상되는 응답특성을 유추할 수 있고, 감지기의 신뢰도 향상에 기여할 수 있을 것으로 판단된다.

1. 서 론

1.1 연구 배경

연기감지기는 화재초기에 경보를 발하는 장점을 가지고 있지만 현재까지도 오작동 및 미작동에 관한 문제를 야기하고 있다(Hwang, 2023). 연기감지기에 관한 문제를 해결하기 위해선 연기감지기의 응답특성에 관한 이해가 필요하다.

연기감지기의 응답특성에 관한 연구를 살펴본 결과 국내외에서 응답특성에 관한 연구를 통해 감지기의 신뢰성을 높이려는 노력은 지속적으로 이루어지고 있다. 국외의 경우, Heskestad (1975)는 연기감지기의 입구저항을 이용해 응답특성에 대한 식을 제시하였고 시간상수의 개념을 도입하여 연기감지기의 외부와 내부의 광학밀도 차이를 도출하는 식을 정의하였다. Bjorkman et al. (1992)은 Heskestad의 응답특성에 관한 식에서 정의되는 시간상수의 영향인자인 특성길이를 다양한 감지기에 대하여 도출하였다. Cleary et al. (1999)은 감지기의 물리적 반응을 결정하기 위한 Test-bed FE/DE (Fire-emulator/Detector-Evaluator)를 제공하였으며, 비화재보 시 발생하는 감지기 센서의 반응에 대해서 분석하였다.

국내의 경우 Roh (2012)는 광전식 연기감지기의 연기 응답특성을 실험하여 성능위주설계 시 적용하는 화재 감지시간 산정방법을 제안하였으며, 기류속도와 관련하여 연기감지기 응답특성에 관하여 연구를 수행하였다. 또한 Kim and Hwang (2013)은 Heskestad 및 Cleary의 연구를 기반으로 FDE (Fire Detector Evaluator) 장치를 제작하여 FDS에서 Default 값으로 적용되는 연기감지기의 응답특성 값과 국내 대표적인 연기감지기의 응답특성 값의 정량적인 비교를 수행하였다. 비교를 통해 측정된 장치물성은 FDS에 적용된 기본값과 매우 큰 차이를 보이고 있으며 감지시간에도 큰 차이를 나타내 추가적인 연구를 통해 데이터베이스 구축이 필요하다고 제언하였다.

선행연구를 검토한 결과 Heskestad의 연구를 기반으로 국내⋅외에서 연기감지기의 응답특성에 관한 연구가 지속적으로 수행되었다. 그러나 조사된 국내⋅외 선행연구 모두 FE/DE와 같은 소규모 실험장치 내에서 연기감지기의 응답특성을 확인하였다. 그렇기에 진행된 연구에서 Heskestad가 제시한 연기감지기 응답특성 식의 영향인자인 시간상수와 특성길이에 대한 실규모화재실험은 부족한 실정이다. Table 1에 선행연구에서 Heskestad 이론 적용 여부 및 실시한 화재 실험의 규격에 대하여 나타내었다.

Table 1

Previous Literature of Heskestad and Test Method for Scale

	Contain Hesketad Theory	Conduct Down scale Fire Test	Conduct Full scale Fire Test
Heskestad (1975)	O	O	X
Bjorkman et al. (1992)	O	O	X
Cleary et al. (1999)	O	O	X
Roh (2012)	X	O	X
Kim and Hwang (2013)	O	O	X

연기감지기는 각 가연물의 종류에 따라 응답성의 차이는 있지만 화재라는 사실을 밝히는 데 그 목적을 두므로 응답의 유사성이 필연적으로 존재한다. 이를 수치화한다면 응답에 대한 이해가 극대화될 것이다. 따라서 연기감지기의 입구저항, 지연시간 등 응답특성을 유추하는데 사용되고 있는 Heskestad 이론을 실규모화재실험에 적용하고 도출된 영향인자의 이론값과 결과값을 비교⋅분석하여 국내 연기감지기 응답특성 수치화를 위한 기초연구로써 본 연구를 수행하고자 한다.

1.2 연구의 범위 및 방법

국내 연기감지기의 응답특성을 확인하기 위하여 국내⋅외 문헌을 확인하였고, 연기감지기의 응답특성을 나타내기 위해 Heskestad 이론을 분석하였다. Heskestad 식의 영향인자인 시간상수(Time constant)의 이론값 도출 후 실규모화재실험에 적용하여 도출되는 연기감지기의 특성길이로 응답특성을 수치화하였다. 또한 시간상수의 해석에 따른 3가지 관점을 설립한 뒤, 각각의 특성길이를 도출하였다. 관점에 의해 도출된 특성길이와 이론값과의 비교⋅분석을 통해 적합한 관점을 확인하였다. 이러한 연구 방법을 Flow-Chart로 Fig. 1에 나타내었다.

Fig. 1

Flowchart of the Study

2. 이론적 고찰

2.1 연기감지기 응답특성

연기감지기의 응답특성은 다양한 이론에 의해 이루어진다. 그 중 시간지연법으로 분류되는 Heskestad의 이론은 응답특성에 관하여 입구저항에 관한 식으로 나타낸다(SFPE, 2019).

Heskestad의 이론에 따르면 연기감지기 설치위치의 광학밀도가 시간에 따라 증가하는 환경일 때 감지기 내부 광학밀도는 외부 광학밀도보다 항상 작게 된다. 이는 감지기의 입구저항이 내부로 연기가 유입되는 것을 방해하기 때문이다. 또한 광학밀도가 일정한 연기 유동 내에 감지기를 놓아두었을 경우에는 감지기 내부 광학밀도가 외부의 광학밀도에 근접하기까지 시간지연이 발생한다. 위의 입구저항에 관한 이론을 식으로 나타내면 다음과 같다(SFPE, 2019).

(1)

dDuidt=1τ(Du−Dui)s−1 · m−1Dui(m−1)=Optical density per unit l e ngth inside the detector chamberDu(m−1)=Optical density per unit l ength outside the detectorτ=Detector time constant(s)

이때 τ는 감지기의 시간상수를 나타내는 단위이다. 시간상수는(Time Constant) 공학에서 사용되는 중요한 개념으로 외부 변화에 대한 물체의 동적인 응답 특성을 나타낸다. 즉, 공학적으로 주변에 동적인 변화가 발생하였을 때 그 변화에 의한 과도적 상태가 사라지고 새로운 평형 상태에 도달하는 데 필요한 시간의 길이를 의미한다(Han, 2013).

Eq. (1)을 적분한 뒤 초기조건인 t = 0 및 D_ui = 0을 적용하면, Eq. (2)와 같이 나타낼 수 있다.

(2)

Dui=Du[1−exp(−t/τ)]

Eq. (2)에 t = τ를 대입하면 다음 식으로 정리 가능하다.

(3)

Dui=Du(1−1/e)=0.632Du

즉, Eq. (3)의 결과로부터 시간상수는 갑작스러운 스텝(Step) 변화에 따른 반응을 고려할 때 전체 변화의 약 63.2%만큼 변화하는데 필요한 시간으로 해석할 수 있다.

연기감지기의 내부 광학밀도는 Fig. 2와 같이 외부 광학밀도와의 관계에서 지수함수의 특성을 가진다. 외부 광학밀도와 유사한 기울기로 증가하지만 최종값에 도달하지 못하기에 시간상수의 이론적 개념이 적용 가능하다.

Fig. 2

Time Constant

즉, 위의 내용을 정리하면 연기감지기에서 시간상수란 외부 연기농도가 작동농도에 도달하였음에도 즉각적으로 반응하지 않고 내부 광학밀도가 외부 광학밀도의 63.2%까지 도달하는데 걸리는 지연시간으로 해석 가능하다. 감지기에서의 시간 지연은 입구의 형상이나 내부구조 등에 의해 나타나며, Heskestad는 시간상수에 대하여 감지기 응답 특성을 나타내는 길이인 L (특성길이)과 연기의 흐름속도에 관여하는 u (유속)를 이용하여 다음과 같은 식으로 나타냈다(SFPE, 2019).

(4)

τ=Lus

감지기의 특성길이는 감지기의 응답특성을 나타내는 길이로 통상 감지기 제조회사에서 제시하는 값을 이용하여 시간상수를 도출하는 데 이용된다(SFPE, 2019).

그러나 Eq. (4)에 따르면 특성길이는 감지기의 시간상수와 유속을 통하여 산출 가능하다. 위 식의 역추론을 통해 본 연구에서는 Eq. (4)를 이용하여 시간상수와 유속을 통한 특성길이를 도출하였다. 도출된 특성길이는 연기감지기가 화재에서 어떠한 응답특성을 나타내었는지 수치적으로 나타낼 수 있다고 판단된다. Eq. (4)에 따르면 식에 나타난 변수는 총 3개로 매개변수로 풍속을 적용하였으며, 독립변수로 시간상수를 정하여 특성길이를 도출하였다.

2.2 연기감지기와 시간상수

연기감지기에서 시간상수는 이론적으로는 외부연기농도가 작동농도에 도달한 뒤 그 농도의 63.2%에 도달하는 시간으로 감지기 동작의 지연시간을 의미하는데, 연기감지기의 작동메커니즘에서 지연의 기준을 특정하는 데 어려움이 있다.

따라서 본 연구에서는 신뢰성 확보를 위하여 시간상수에 대해 3가지 관점으로 다음과 같이 제시하였다.

첫째, 연기감지기에서 시간상수란 화재실험 시작 후 연기감지기가 작동하기까지 소요되는 시간이다.

둘째, 연기감지기에서 시간상수란 실험실 내 연기농도가 최대가 된 시점에서부터 연기감지기가 작동하기까지 소요되는 시간이다.

셋째, 연기감지기에서 시간상수란 가연물이 착화되어 화염이 분출된 시점부터 연기감지기가 작동하기까지 소요되는 시간이다.

위와 같은 관점을 시간상수의 변수로써 적용하여 실험에 대한 특성길이 값을 나타냈다.

3. 실 험

3.1 개요

실험은 감지기 우수품질인증 시험세칙(KFI, 2017)에 제시된 화재시험인 종이, 목재, 인화성액체 중 연기의 색깔이 회백색으로 동일한 종이⋅목재 실험을 진행하였다.

화재실험실은 장애물이 없는 평평한 천장을 가진 공간에서 길이 11 m, 너비 6.7 m, 높이 3 m로 구성하였다. 화원은 뒷벽으로부터 2.13 m에 위치시켰으며 화원과의 거리는 5.4 m로 구성하여 연기감지기를 배치하였다. 화재실험실의 개요를 Fig. 3에 나타내었다.

Fig. 3

Fire Test Room

3.2 종이실험

종이실험은 감지기 우수품질인증 시험세칙에 제시된 조건을 적용하여 각기 동일한 조건으로 총 4번 반복 실험하였다.

시료는 실험 전 주위온도(23 ± 2) ℃, 상대습도(50 ± 5) %인 조건에서 최소 48시간 동안 방치하였고 넓이(6~10) mm 길이(25.4~102) mm 무게(42.6 ± 2) g을 만족시켰다. 종이화재실험 연소로는 지름 102 mm, 높이 0.3 m, 두께 0.40 mm인 철판으로 된 원통형 용기에 가득 찰 때까지 눌러 담아야 한다. 종이를 시험용기 맨 위쪽 모서리에서 102 mm 아래 위치까지 눌러 담은 후, 손이나 직경 25.4 mm인 봉을 사용하여 직경 25.4 mm인 구멍이 종이 내용물의 위에서 아래까지 중앙을 관통하도록 한다. 그 후 종이 내용물을 포함한 시험용기를 바닥으로부터 0.9 m 이격시켜 127 mm 직경의 지지대 위에 위치시킨다. 점화기의 아크 발생 접촉기를 시험용기의 바닥 중앙 부분에 놓고 최대 5초간 아크를 유지한 후 실험을 시작하며 감지기는 4분 이내에 화재신호를 발신하여야 한다. 종이실험의 시료 및 실험에 관하여 Fig. 4에 나타내었다.

Fig. 4

Paper Experiment

3.3 목재실험

목재실험 또한 감지기 우수품질인증 시험세칙에 제시된 조건을 적용하여 각기 동일한 조건으로 총 4번 반복 실험하였다.

시료는 건조된 목재로 가로 19.1 mm, 세로 19.1 mm, 길이 152 mm의 전나무 목재를 각층에 6개씩 배치하며 3층의 구조로 쌓는다. 각 층간의 목재는 서로 직각이 되도록 한다. 목재 모형을 바닥으로부터 0.9 m 위에 있는 127 mm 직경의 지지대 위에 위치시킨 뒤 변성알코올(에탄올 95%, 메탄 5%) 4 mL를 직경 38 mm, 깊이 25.4 mm인 금속용기에 넣고 목재모형의 바닥면으로부터 89 mm 아래에 위치하도록 배치한다. 실험은 전화기의 아크 발생 접촉기를 금속용기의 가장자리에 접근시켜 점화시키며 시작하며 감지기는 4분 이내에 화재신호를 발신하여야 한다. 목재실험의 시료 및 실험에 관하여 Fig. 5에 나타내었다.

Fig. 5

Wood Experiment

3.4 센서 성능 및 초기값 설정

실험에 사용된 센서의 성능은 Figs. 6과 7에 나타내었다. 외부연기농도 파악을 위해서 Obscuration Per Meter (OPM)와 Optical Density (OD)를 측정할 수 있는 Optical Density Meter (ODM)를 설치하였다. ODM의 발광부와 수광부의 거리는 1.5 m이며 천장 연기 청정상태의 ODM의 전류값은 100 ㎂이다. 감지기는 국내 감도시험을 통해 형식승인을 받은 아날로그식 광전식스포트형감지기 중 A사와 B사의 제품을 사용하였다. 두 감지기의 작동농도는 15 %/m로 동일한 농도에서 작동하도록 설정되어 있다.

Fig. 6

Optical Density Meter

Fig. 7

Detectors

4. 결과 및 고찰

실험의 결과를 기반으로 특성길이를 도출하여 수행된 실험에 대해 분석하였다. 시간상수 도출을 위해 풍속은 연기감지기의 감도시험기준으로 제시되는 (0.3 ± 0.1) m/s의 기준에 따라 0.2 m/s, 0.3 m/s, 0.4 m/s 3가지로 적용하여 시간상수 값을 도출하였다. 또한 서술한 3가지의 시간상수 관점으로 특성길이를 각각 도출하여 이론적인 특성길이와 비교⋅분석하였다.

4.1 종이실험

4.1.1 시간상수

종이실험의 각 Test별 시간상수는 Table 2와 같다.

Table 2

Time Constant for Paper Test

Time constant	Test 1 (s)	Test 2 (s)	Test 3 (s)	Test 4 (s)
63.2%	44	57	34	41
Operate detector	190	186	196	193
Smoke peak	45	56	33	40
Ignition	70	91	70	66

4.1.2 이론적 특성길이

특성길이를 도출하기 위한 시간상수의 변수모델을 이론 적으로 접근하여 도출한 결과는 Table 3과 같다. 연기의 유속이 0.2 m/s에서는 평균 8.8 m, 0.3 m/s에서는 13.2 m/s, 0.4 m/s에서는 17.6 m로 이론적인 특성길이를 도출하였다.

Table 3

Characteristic Length of Theoretical Criterion

63.2%	Test 1 (m)	Test 2 (m)	Test 3 (m)	Test 4 (m)	Average (m)
0.2 m/s	8.8	11.4	6.8	8.2	8.8
0.3 m/s	13.2	17.1	10.2	12.3	13.2
0.4 m/s	17.6	22.8	13.6	16.4	17.6

4.1.3 감지기 작동기준

특성길이를 도출하기 위한 시간상수의 변수모델을 실험 시작 후 감지기의 작동까지의 소요시간으로 하여 도출한 결과는 Table 4와 같다. 연기의 유속이 0.2 m/s에서는 평균 38.25 m, 0.3 m/s에서는 57.38 m, 0.4 m/s에서는 76.5 m로 나타났다.

Table 4

Characteristic Length of Operate Detector Criterion

Operate detector	Test 1 (m)	Test 2 (m)	Test 3 (m)	Test 4 (m)	Average (m)
0.2 m/s	38	37.2	39.2	38.6	38.25
0.3 m/s	57	55.8	58.8	57.9	57.38
0.4 m/s	76	74.4	78.4	77.2	76.50

4.1.4 연기 Peak 기준

특성길이를 도출하기 위한 시간상수의 변수모델을 감지기 외부 연기농도가 최고 농도에 도달한 시점을 기점으로 감지 기 작동까지 소요되는 시간으로 하여 도출한 결과는 Table 5와 같다. 연기의 유속이 0.2 m/s에서는 평균 8.7 m, 0.3 m/s에서 13.05 m, 0.4 m/s에서 17.4 m로 나타났다.

Table 5

Characteristic Length of Smoke Peak Criterion

Smoke peak	Test 1 (m)	Test 2 (m)	Test 3 (m)	Test 4 (m)	Average (m)
0.2 m/s	9	11.2	6.6	8	8.7
0.3 m/s	13.5	16.8	9.9	12	13.05
0.4 m/s	18	22.4	13.2	16	17.4

4.1.5 화염 착화기준

특성길이를 도출하기 위한 시간상수의 변수모델을 종이 에 화염이 착화한 시점을 기점으로 감지기 작동까지 소요되 는 시간으로 하여 도출한 결과는 Table 6과 같다. 연기의 유속이 0.2 m/s에서는 평균 14.85 m, 0.3 m/s에서 22.28 m, 0.4 m/s에서 29.7 m로 나타났다.

4.1.6 종이실험 결과

종이실험 DB를 분석한 결과 0.2 m/s에서 가장 짧은 특성길이를 가지게 되며 이는 낮은 풍속일 때 특정한 저항이 적어 시간지연이 낮다고 판단된다. 또한 종이화재의 경우 이론적인 시간상수로 특성길이를 도출하였을 때 평균은 8.8 m로 감지기 외부 연기농도가 최고 농도에 도달한 시점을 기점으로 감지기 작동까지 소요되는 시간을 시간상수로 설정하여 도출한 특성길이가 평균 8.7 m로 가장 유사함을 확인하였다.

4.2 목재실험

4.2.1 시간상수

목재실험의 각 Test별 시간상수는 Table 7과 같다.

Table 6

Characteristic Length of Ignition Criterion

Ignition	Test 1 (m)	Test 2 (m)	Test 3 (m)	Test 4 (m)	Average (m)
0.2 m/s	14	18	14	13	14.85
0.3 m/s	21	27	21	20	22.28
0.4 m/s	28	36	28	26	29.70

Table 7

Time Constant for Wood Test

Time constant	Test 1 (s)	Test 2 (s)	Test 3 (s)	Test 4 (s)
63.2%	65	31	26	71
Operate detector	202	150	216	213
Smoke peak	69	27	47	76
Ignition	89	28	69	55

4.2.2 이론적 특성길이

특성길이를 도출하기 위한 시간상수의 변수모델을 이론적 으로 접근하여 도출한 결과는 Table 8과 같다. 연기의 유속이 0.2 m/s에서는 평균 11.15 m, 0.3 m/s에서는 16.73 m/s, 0.4 m/s에서는 22.3 m로 이론적인 특성길이를 도출하였다.

Table 8

Characteristic Length of Theoretical Criterion

63.2%	Test 1 (m)	Test 2 (m)	Test 3 (m)	Test 4 (m)	Average (m)
0.2 m/s	13	6.2	11.2	14.2	11.15
0.3 m/s	19.5	9.3	16.8	21.3	16.73
0.4 m/s	26	12.4	22.4	28.4	22.30

4.2.3 감지기 작동기준

특성길이를 도출하기 위한 시간상수의 변수모델을 실험 시작 후 감지기의 작동까지의 소요시간으로 하여 도출한 결과는 Table 9와 같다. 연기의 유속이 0.2 m/s에서는 평균 39.05 m, 0.3 m/s에서는 58.58 m, 0.4 m/s에서는 78.1 m로 나타났다.

Table 9

Characteristic Length of Operate Detector Criterion

Operate detector	Test 1 (m)	Test 2 (m)	Test 3 (m)	Test 4 (m)	Average (m)
0.2 m/s	40.4	30	43.2	42.6	39.05
0.3 m/s	60.6	45	64.8	63.9	58.58
0.4 m/s	80.8	60	86.4	85.2	78.1

4.2.4 연기 Peak 기준

특성길이를 도출하기 위한 시간상수의 변수모델을 감지 기 외부 연기농도가 최고 농도에 도달한 시점을 기점으로 감지기 작동까지 소요되는 시간으로 하여 도출한 결과는 Table 10과 같다. 연기의 유속이 0.2 m/s에서는 평균 10.95 m, 0.3 m/s에서 16.43 m, 0.4 m/s에서 21.9 m로 나타났다.

Table 10

Characteristic Length of Smoke Peak Criterion

Smoke peak	Test 1 (m)	Test 2 (m)	Test 3 (m)	Test 4 (m)	Average (m)
0.2 m/s	13.8	5.4	9.4	15.2	10.95
0.3 m/s	20.7	8.1	14.1	22.8	16.43
0.4 m/s	27.6	10.8	18.8	30.4	21.90

4.2.5 화염 착화기준

특성길이를 도출하기 위한 시간상수의 변수모델을 종이 에 화염이 착화한 시점을 기점으로 감지기 작동까지 소요되는 시간으로 하여 도출한 결과는 Table 11과 같다. 연기의 유속이 0.2 m/s에서는 평균 12.05 m, 0.3 m/s에서 18.08 m, 0.4 m/s에서 24.1 m로 나타났다.

Table 11

Characteristic Length of Ignition Criterion

Ignition	Test 1 (m)	Test 2 (m)	Test 3 (m)	Test 4 (m)	Average (m)
0.2 m/s	17.8	5.6	13.8	11	12.05
0.3 m/s	26.7	8.4	20.7	16.5	18.08
0.4 m/s	35.6	11.2	27.6	22	24.10

4.2.6 목재실험 결과

목재실험 DB를 분석한 결과 0.2 m/s에서 가장 짧은 특성길이를 가지게 되며 이는 낮은 풍속일 때 특정한 저항이 적어 시간지연이 낮다고 판단된다. 또한 목재화재의 경우 이론적인 시간상수로 특성길이를 도출하였을 때 평균은 11.15 m로 감지기 외부 연기농도가 최고 농도에 도달한 시점을 기점으로 감지기 작동까지 소요되는 시간을 시간상수로 설정하여 도출한 특성길이가 평균 10.95 m로 가장 유사함을 확인하였다.

4.3 실험 비교⋅분석

종이⋅목재실험 비교⋅분석 결과 두 실험 모두 풍속이 낮을수록 특성길이가 낮아진다. 이는 Eq. (4)에 의한 것으로 특성길이는 유속과 비례하는 관계를 가지기에 나타나는 결과로 판단된다. 또한 도출된 특성길이를 살펴보면 세 번째 시간상수 관점을 제외하고 모두 종이의 특성길이가 짧은 것을 확인할 수 있는데 이는 Jee and Lee (2014)에 따르면 종이화원의 경우 연기입자들의 크기가 고르지만 목재화원의 경우 연기입자가 고르지 못하기에 연기감지기 내에서 검출되는 산란량이 상대적으로 적어지기에 나타나는 결과로 판단된다.

이론적인 시간상수를 기준으로 도출된 특성길이와 유사하게 나타나는 관점은 감지기 외부 연기농도가 최고 농도에 도달한 시점을 기점으로 감지기 작동까지 소요되는 시간을 시간상수로 설정한 관점이다. 따라서 종이실험과 목재실험에서 연기감지기의 시간지연은 화재 발생 후 연기 최대 Peak치를 기점으로 감지기가 작동한 시간까지로 적용하여야 적절하다고 사료된다. 이를 통해 종이화재와 목재화재 시 특성길이와 산정된 유속을 이용한다면 연기 최대 Peak 도달 시간의 범위를 지정할 수 있기에 화재의 양상을 유추할 수 있는 근거로 사용될 수 있다고 판단된다.

5. 결 론

본 연구에서는 광전식 연기감지기를 대상으로, 응답특성에 관한 연구를 시간상수에 대한 관점과 그로 인해 도출되는 특성길이를 실험을 통해 검증하였다. 특성길이란 감지기 주변의 환경이 작동할 수 있는 환경임에도 불구하고 임의의 저항으로 인해 감지되기까지 걸리는 정도를 거리로 나타낸 것으로, 시간상수와 비례의 관례를 가진다. 시간상수의 이론값 기준과 실험에서 발생한 연기의 최대 Peak치 기준의 특성길이가 가장 유사한 것으로 확인되었기에, 회백색연기의 특성길이는 연기 최대 Peak치를 기준으로 적용하여야 한다. 또한 회백색 연기에서 0.2 m/s의 풍속에서 종이의 특성길이는 평균 8.7 m, 목재의 평균특성길이는 10.95 m로 회백색 연기의 평균 특성길이는 9.83 m이다.

이를 토대로 회백색 연기를 방출하는 화재에서 연기감지기의 특성길이를 통하여 응답특성을 근거한다면 감지 신뢰성 및 조사에서의 활용성을 확보할 수 있을 것이라 기대된다. 본 연구는 회백색연기에 대해서만 실험이 진행되었기에 추후 다양한 시료를 사용하여 특성길이를 확인 할 필요가 있다. 이를 통해 국내 연기감지기의 특성길이를 이용하여 수치화한다면, 감지기 설치 시 예상되는 응답특성을 유추할 수 있고, 감지기의 신뢰도 향상에 기여할 수 있을 것으로 판단된다.