모두CBT | 국가고시 실기시험 부시기!
2017년 17회 소방안전관리론 및 화재역학 해설 페이지
1번
프로판(C3H8) 2몰과 산소(O2) 10몰이 반응할 경우 이산화탄소(CO₂)는 몇 몰이 생성되는가?
①2
②4
③6
④8
③
먼저 프로판의 완전연소 반응식을 완성해야 합니다. C3H8 + 5O2 -> 3CO2 + 4H2O. 이 반응식에 따르면 프로판 1몰이 반응하기 위해서는 산소 5몰이 필요하며, 이때 이산화탄소 3몰이 생성됩니다. 문제에서 주어진 프로판은 2몰이므로, 필요한 산소는 2 * 5 = 10몰입니다. 주어진 산소 10몰과 정확히 일치하므로, 생성되는 이산화탄소의 양은 반응 계수비에 따라 2 * 3 = 6몰이 됩니다.
2번
폭발성분위기 내에 표준용기의 접합면 틈새를 통하여 폭발화염이 내부에서 외부로 전파되지 않는 최대안전틈새(화염일주한계)가 가장 넓은 물질은?
①부탄
②에틸렌
③수소
④아세틸렌
①
최대안전틈새(MESG, Maximum Experimental Safe Gap)는 값이 작을수록 화염이 작은 틈새를 통과하기 쉬워 더 위험한 가스임을 의미합니다. 각 가스의 위험도 순서는 수소 > 아세틸렌 > 에틸렌 > 부탄 순입니다. 따라서 가장 덜 위험한 부탄이 최대안전틈새가 가장 넓습니다.
3번
열에너지원 중 기계적 열에너지가 아닌 것은?
①마찰열
②압축열
③마찰스파크
④유도열
④
기계적 열에너지는 마찰, 압축, 충격 등 물리적인 힘에 의해 발생하는 열입니다. 마찰열, 압축열, 마찰스파크는 여기에 해당합니다. 유도열은 도체 주위에 자기장을 변화시킬 때 도체 내부에 유도 전류(와전류)가 흘러 발생하는 열로, 전기적 열에너지에 속합니다.
4번
폭굉 유도거리가 짧아질 수 있는 조건으로 옳지 않은 것은?
①점화에너지가 클수록 짧아진다.
②정상 연소속도가 큰 가스일수록 짧아진다.
③관경이 작을수록 짧아진다.
④압력이 낮을수록 짧아진다.
④
폭굉 유도거리(DDT, Deflagration-to-Detonation Transition distance)는 폭연에서 폭굉으로 전이되는 데 필요한 거리입니다. 이 거리가 짧을수록 위험합니다. 점화에너지가 크고, 연소속도가 빠르며, 관경이 클수록(난류 촉진) 유도거리는 짧아집니다. 압력이 높을수록 분자 간 거리가 가까워져 반응이 빨라지므로 유도거리가 짧아집니다. 따라서 압력이 '낮을수록' 짧아진다는 설명은 옳지 않습니다.
5번
메탄 30 vol%, 에탄 30 vol%, 부탄 40 vol%인 혼합기체의 공기 중 폭발하한계는 약 몇 vol%인가? (단, 공기중각 가스의 폭발하한계는 메탄 5.0 vol%, 에탄 3.0 vol%, 부탄 1.8 vol%이다.)
①2.62
②3.28
③4.24
④5.27
①
혼합가스의 폭발하한계는 르 샤틀리에(Le Chatelier)의 법칙을 이용하여 계산합니다. L_mix = 100 / ((V1/L1) + (V2/L2) + (V3/L3)) = 100 / ((30/5.0) + (30/3.0) + (40/1.8)) = 100 / (6 + 10 + 22.22) = 100 / 38.22 ≈ 2.62 vol%.
6번
유류 저장탱크 내부의 물이 점성을 가진 뜨거운 기름의 표면 아래에서 끓을 때 화재를 수반하지 않고 기름이 넘치는 현상은?
①슬롭오버(Slop over)
②플레임오버(Flame over)
③보일오버(Boil over)
④프로스오버(Froth over)
④
문제에서 설명하는 현상은 프로스오버(Froth over)입니다. 이는 뜨거운 아스팔트와 같이 점성이 큰 유류 탱크에 물이 유입되었을 때, 물이 수증기로 변하면서 부피가 팽창하여 유류가 거품처럼 넘쳐흐르는 현상입니다. 슬롭오버는 연소중인 유류 표면에 물을 주수했을 때, 보일오버는 탱크 하부의 물이 끓어오르며 유류를 분출시키는 현상입니다.
7번
최소발화(점화)에너지에 영향을 미치는 인자에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
①온도가 높을수록 최소발화에너지가 낮아진다.
②압력이 낮을수록 최소발화에너지가 낮아진다.
③산소의 분압이 높아지면 연소범위 내에서 최소발화에너지가 낮아진다.
④연소범위에 따라서 최소발화에너지는 변하며 화학양론비 부근에서 가장 낮다.
②
최소발화에너지(MIE)는 가연성 혼합기에 불을 붙이는 데 필요한 최소한의 에너지입니다. 압력이 높아지면 분자 간 거리가 가까워져 반응성이 증가하므로 최소발화에너지는 낮아집니다. 반대로 압력이 낮아지면 최소발화에너지는 높아집니다. 따라서 ②번 설명은 옳지 않습니다.
8번
1기압 상온에서 인화점이 낮은 것에서 높은 것으로 옳게 나열한 것은?
①아세톤 < 이황화탄소 < 메틸알코올 < 벤젠
②이황화탄소 < 아세톤 < 벤젠 < 메틸알코올
③벤젠 < 이황화탄소 < 아세톤 < 메틸알코올
④아세톤 < 벤젠 < 메틸알코올 < 이황화탄소
②
각 물질의 대략적인 인화점은 다음과 같습니다. 이황화탄소(-30℃), 아세톤(-18℃), 벤젠(-11℃), 메틸알코올(11℃). 따라서 인화점이 낮은 순서는 이황화탄소 < 아세톤 < 벤젠 < 메틸알코올 입니다.
9번
연소속도에 영향을 미치는 요인에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
①화염온도가 높을수록 연소속도는 증가한다.
②미연소 가연성 기체의 비열이 클수록 연소속도는 증가한다.
③미연소 가연성 기체의 열전도율이 클수록 연소속도는 증가한다.
④미연소 가연성 기체의 밀도가 작을수록 연소속도는 증가한다.
②
연소속도는 화염에서 미반응 가스로 열이 얼마나 잘 전달되는지에 영향을 받습니다. 미연소 가스의 비열이 크다는 것은 온도를 올리는 데 더 많은 열이 필요하다는 의미이므로, 발화점까지 도달하는 데 시간이 더 걸려 연소속도는 오히려 감소합니다. 따라서 ②번 설명은 옳지 않습니다.
10번
목재 300 kg과 고무 500kg이 쌓여 있는 공간(가로 4m, 세로 8m, 높이 6m)의 내부 화재하중 (kg/㎡)은 약 얼마인가? (단, 목재의 단위발열량은 18,855 kJ/kg, 고무의 단위발열량은 42,430 kJ/kg이다.)
①44.54
②46.62
③48.22
④50.62
①
1. 총 발열량 계산: (300kg * 18,855kJ/kg) + (500kg * 42,430kJ/kg) = 5,656,500 kJ + 21,215,000 kJ = 26,871,500 kJ.
2. 등가 목재량 계산 (문제에서 목재 단위발열량이 주어졌으므로 이를 기준으로 함): 총 발열량 / 목재 단위발열량 = 26,871,500 kJ / 18,855 kJ/kg ≈ 1425.15 kg.
3. 화재하중 계산: 등가 목재량 / 바닥면적 = 1425.15 kg / (4m * 8m) = 1425.15 kg / 32 ㎡ ≈ 44.54 kg/㎡.
11번
건축물 피난계획 수립 시 fool proof를 적용한 사례로 옳지 않은 것은?
①소화·경보설비의 위치, 유도표지에 판별이 쉬운 색채를 사용한다.
②피난방향으로 열리는 출입문을 설치한다.
③도어노브는 회전식이 아닌 레버식을 사용한다.
④정전 시를 대비한 비상조명등을 설치하며, 피난경로는 2방향 이상 피난로를 확보한다.
④
Fool Proof는 인간의 실수나 비상식적인 행동에도 안전이 확보되도록 설계하는 원칙입니다. ①, ②, ③은 패닉 상태의 사람도 쉽게 인지하고 조작할 수 있도록 한 Fool Proof의 사례입니다. ④의 비상조명등 설치나 2방향 피난로 확보는 Fail Safe(기계 고장 시 안전을 확보하는 원칙) 또는 이중 안전장치(Redundancy)의 개념에 더 가깝습니다.
12번
구획실 내 화염(가로 2m, 세로 2m)에서 발생되는 연기 발생량(kg/s)을 힌클리 (Hinkley) 공식을 이용해 계산하면 약 얼마인가? (단, 청결층(clear layer)의 높이 1.8m, 공기의 밀도 1.22 kg/m³, 외기의 온도 290K, 화염의 온도 1,100K, 중력가속도 9.81 m/s²이다.)
①3.15
②3.32
③3.63
④3.87
③
힌클리(Hinkley)의 연기발생량 공식 m' = 0.096 * P * y^(3/2) * (ΔT/T_f)^(1/2)을 사용합니다. 여기서 P는 화염둘레(2m*4=8m), y는 청결층 높이(1.8m), ΔT는 온도차(1100-290=810K), T_f는 화염온도(1100K)입니다. m' = 0.096 * 8 * (1.8)^(3/2) * (810/1100)^(1/2) ≈ 0.768 * 2.415 * 0.858 ≈ 1.59 kg/s. (공식이 약간 다를 수 있습니다. 다른 공식 m' = 0.188 * P * y^(3/2)를 사용하면 m' ≈ 3.12 kg/s. 문제의 보기와 계산 결과가 상이하여, 특정 변수나 공식 적용에 대한 가정이 다를 수 있습니다. 보기 중 3.63은 특정 조건 하의 계산 값으로 추정됩니다.)
13번
건축물의 화재안전에 대한 공간적 대응방법에 해당되지 않는 것은?
①건축물 내장재의 난연·불연화성능
②건축물의 내화성능
③건축물의 방화구획성능
④건축물의 제연설비성능
④
건축물의 화재안전 대응은 크게 공간적 대응(건축 계획적)과 설비적 대응으로 나뉩니다. 내장재의 불연화, 내화구조, 방화구획 등은 건물의 구조 자체로 화재에 견디거나 확산을 막는 공간적 대응입니다. 제연설비는 기계적인 장치를 이용하여 연기를 제어하는 것으로, 설비적 대응에 해당합니다.
14번
건축물의 피난·방화구조 등의 기준에 관한 규칙상 건축물의 내화구조로 옳지 않은 것은? (단, 특별건축구역 등 기타 사항은 고려하지 않는다.)
①외벽중 비내력벽의 경우 철골철근콘크리트조로서 두께가 5센티미터 이상인 것
②보의 경우 철골을 두께 5센티미터 이상의 콘크리트로 덮은 것
③벽의 경우 철재로 보강된 콘크리트블록조·벽돌조 또는 석조로서 철재에 덮은 콘크리트블록등의 두께가 5센티미터 이상인 것
④기둥의 경우 그 작은 지름이 25센티미터 이상인 것으로서 철골을 두께 5센티미터 이상 의 콘크리트로 덮은 것
①
건축물의 피난·방화구조 등의 기준에 관한 규칙 제3조에 따르면, 외벽 중 비내력벽이 철골철근콘크리트조 또는 철근콘크리트조인 경우, 그 두께는 7cm 이상이어야 내화구조로 인정됩니다. 따라서 5cm는 기준에 미달합니다.
15번
건축법령상 방화구획 등의 설치 대상건축물 중 방화구획 설치를 적용하지 아니하거나 그 사용에 지장이 없는 범위에서 완화하여 적용할 수 있는 것이 아닌 것은? (단, 특별건축구역 등 기타 사항은 고려하지 않는다.)
①장례시설의 용도로 쓰는 거실로서 시선 및 활동공간의 확보를 위하여 불가피한 부분
②승강기의 승강로 부분으로서 그 건축물의 다른 부분과 방화구획으로 구획된 부분
③주요구조부가 난연재료로 된 주차장
④복층형 공동주택의 세대별 층간 바닥 부분
③
건축법 시행령 제46조에 따르면, 방화구획 설치 완화 대상 중 주차장의 경우 주요구조부가 **내화구조**인 경우에 한합니다. '난연재료'는 내화구조보다 화재 저항 성능이 낮으므로 완화 대상에 해당하지 않습니다.
16번
굴뚝효과(stack effect)에 관한 설명으로 옳은 것은?
①건물 내부와 외부의 온도차가 클수록 발생가능성이 낮다.
②일반적으로 고층 건물보다 저층 건물에서 더 크다.
③층간 공기 누설과 관계가 없다.
④건물 내부와 외부의 공기밀도차로 인해 발생한 압력차로 발생한다.
④
굴뚝효과는 건물 내외부의 온도차로 인해 공기 밀도차가 발생하고, 이 밀도차이가 압력차를 유발하여 공기가 수직으로 이동하는 현상입니다. ④는 굴뚝효과의 기본 원리를 정확히 설명하고 있습니다. ①온도차가 클수록, ②건물이 높을수록(고층일수록), ③층간 누설이 많을수록 굴뚝효과는 더 강하게 나타납니다.
17번
연기의 피난한계에서 발광형 표지 및 주간 창의 가시거리(간파거리)는? (단, L은 가시거리, Cs는 감광계수이다.)
①L = (1~2) / Cs m
②L = (3~4) / Cs m
③L = (5~10) / Cs m
④L = (11~15) / Cs m
③
연기 속에서의 가시거리는 조명 상태에 따라 달라집니다. 유도등과 같이 스스로 빛을 내는 발광체의 경우, 가시거리(L)는 감광계수(Cs)에 반비례하며, 그 관계식은 L ≈ 3~4 / Cs 입니다. 창문처럼 외부 빛을 반사하여 보이는 비발광체의 경우, L ≈ 1~2 / Cs 입니다. (문제에서 발광형 표지와 주간 창을 함께 물었으나, 보기에는 하나의 범위만 제시되어 있습니다. 일반적으로 더 넓은 범위를 포함하는 값을 선택하며, 출제 의도상 5~10의 범위가 특정 연구나 기준에 따른 값일 수 있습니다.)
18번
제한된 공간에서 연기 이동과 확산에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
①고층 건물의 연기 이동을 일으키는 주요 인자는 부력, 팽창, 바람 영향 등이다.
②중성대에서 연기의 흐름이 가장 활발하다.
③계단에서 연기 수직 이동속도는 일반적으로 3~5 m/s 이다.
④거실에서 연기 수평 이동속도는 일반적으로 0.5~1.0 m/s 이다.
②
중성대는 건물 내부와 외부의 압력이 같아지는 지점으로, 공기의 유동이 거의 없는 중성적인 압력면입니다. 중성대를 기준으로 하부에서는 외부 공기가 유입되고 상부에서는 내부 공기(연기)가 유출되므로, 연기의 흐름이 가장 활발한 곳이 아니라 흐름의 방향이 바뀌는 기준점입니다.
19번
공간 화재 특성에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
①플래시오버는 실내의 국소화재로부터 실내 모든 가연물 표면이 연소하는 현상을 말한다.
②백드래프트는 신선한 공기가 유입되어 실내에 축적되었던 가연성 가스가 단시간에 폭발적으로 연소하는 현상이다.
③환기지배형 화재란 환기가 충분한 상태에서 가연물의 양에 따라 제어되는 화재를 말한다.
④공간 화재에서 연기와 공기의 유동은 주로 온도상승에 의한 부력의 영향 때문이다.
③
화재는 지배 요인에 따라 연료지배형과 환기지배형으로 나뉩니다. 환기지배형 화재는 산소(환기) 공급이 부족하여 연소 속도가 산소 공급량에 의해 결정되는 화재를 말합니다. 반면, 환기가 충분하여 가연물의 양이나 특성에 따라 연소 속도가 결정되는 화재는 '연료지배형 화재'입니다.
20번
연기 제연방식에 관한 설명으로 옳은 것은?
①밀폐제연방식은 비교적 대규모 공간의 연기제어에 적합하다.
②자연제연방식은 실내외의 온도, 개구부의 높이나 형상, 외부 바람 등에 영향을 받는다.
③스모크타워 제연방식은 기계배연의 한 방법으로 저층 건물에 적합하다.
④기계제연방식은 넓은 면적의 구획과 좁은 면적의 구획을 공동 배연할 경우 넓은 면적 에서 현저한 압력 저하가 일어난다.
②
자연제연방식은 연기의 부력과 외부 바람 등 자연적인 힘을 이용하므로, 실내외 온도차, 개구부의 크기나 위치, 외부 풍속 및 풍향에 큰 영향을 받습니다. ① 밀폐제연은 소규모 공간에 적합합니다. ③ 스모크타워는 고층 건물에 효과적입니다. ④ 공동 배연 시에는 좁은 면적의 구획에서 압력 저하가 더 심하게 나타납니다.
21번
연소물질과 연소 시 생성되는 연소가스의 연결이 옳은 것을 모두 고른 것은? (단, 불완전연소를 포함한다.)
ㄱ. PVC - 황화수소
ㄴ. 나일론 - 암모니아
ㄷ. 폴리스티렌 - 시안화수소
ㄹ. 레이온 - 아크롤레인
①ㄱ, ㄴ
②ㄱ, ㄷ
③ㄴ, ㄹ
④ㄷ, ㄹ
③
각 물질 연소 시 발생하는 대표적인 유독가스는 다음과 같습니다. ㄱ. PVC(염화비닐수지)는 염소(Cl)를 포함하므로 염화수소(HCl)가 발생합니다. ㄴ. 나일론은 질소(N)를 포함하므로 암모니아(NH₃)나 시안화수소(HCN)가 발생할 수 있습니다. ㄷ. 폴리스티렌은 탄소와 수소로만 구성되어 일산화탄소(CO) 등이 주로 발생합니다. ㄹ. 레이온(목재 섬유)과 같은 셀룰로스계 물질이 불완전 연소할 때 자극성 가스인 아크롤레인이 발생할 수 있습니다. 따라서 ㄴ과 ㄹ이 옳은 연결입니다.
22번
화재 시 연기 성질에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
①연기란 연소가스에 부가하여 미세하게 이루어진 미립자와 에어로졸성의 불안정한 액체 입자로 구성된다.
②연기 입자의 크기는 0.01~10 μm에 이르는 정도이다.
③탄소입자가 다량으로 함유된 연기는 농도가 짙으며 검게 보인다.
④연기의 생성은 화재 크기와는 관계가 없고, 층 면적과 구획 크기와 관계가 있다.
④
연기의 생성량과 농도는 화재의 크기(열방출률), 가연물의 종류, 산소 공급 조건 등과 매우 밀접한 관계가 있습니다. 화재가 클수록, 불완전 연소가 심할수록 더 많은 연기가 발생합니다. 층 면적과 구획 크기는 연기의 축적과 이동에 영향을 미치지만, 생성 자체와는 직접적인 관계가 적습니다.
23번
표준대기압 조건에서 내부와 외부가 각각 25℃와 -10℃이고 높이가 170m인 건물에서 중성대가 건물의 중간 높이에 위치한다고 가정하면, 건물 샤프트의 최상부와 외부 사이의 굴뚝효과에 의한 압력차(Pa)는 약 얼마인가?
①94.76
②113.24
③131.34
④150.16
③
굴뚝효과에 의한 압력차 공식 ΔP = 3460 * H * (1/T_o - 1/T_i)를 이용합니다. T_o는 외부 절대온도(-10+273=263K), T_i는 내부 절대온도(25+273=298K), H는 중성대로부터의 높이(170m/2=85m)입니다. ΔP = 3460 * 85 * (1/263 - 1/298) = 294100 * (0.003802 - 0.003356) = 294100 * 0.000446 ≈ 131.2 Pa.
24번
난류화염으로부터 10℃의 벽으로 전달되는 대류 열유속 (kW/㎡)은? (단, 대류열전달계수 h값은 25 W/㎡·℃을 사용하고, 시간 평균 최대화염온도는 약 900℃이다.)
①3.16
②4.45
③5.41
④22.25
②
(문제 정답 오류 수정 필요. 계산 결과는 22.25kW/㎡가 맞습니다.) 대류 열유속(q)은 뉴턴의 냉각법칙 q = h * ΔT 로 계산합니다. q = 25 W/(㎡·℃) * (900℃ - 10℃) = 25 W/(㎡·℃) * 890℃ = 22,250 W/㎡ = 22.25 kW/㎡. 보기에는 이 값이 없으나 계산상으로는 22.25가 정확합니다. (만약 보기에 따라야 한다면, 문제 자체의 수치 오류일 가능성이 큽니다.)
25번
목조건축물의 화재 특성으로 옳지 않은 것은?
①화염의 분출면적이 작고 복사열이 커서 접근하기 어렵다.
②습도가 낮을수록 연소 확대가 빠르다.
③횡방향보다 종방향의 화재성장이 빠르다.
④화재 최성기 이후 비화에 의해 화재확대의 위험성이 높다.
①
목조건축물 화재는 건물 자체가 가연물이므로 내화건축물 화재에 비해 화염의 분출 면적이 **크고** 단시간에 고온에 도달하는 특성이 있습니다. '화염의 분출면적이 작다'는 설명은 내화건축물 화재의 특징에 가깝습니다.