Prediction of Fire Risk Ratings of Wood Species for Fire Prevention Design

영진 정; 의 진

doi:10.7731/KIFSE.2e0bc801

Fire Sci. Eng. > Volume 36(1); 2022 > Article

화재예방 설계를 위한 목재 종의 화재위험성 등급 예측

Research Paper

Fire Science and Engineering 2022;36(1):64-73.

Published online: February 28, 2022

DOI: https://doi.org/10.7731/KIFSE.2e0bc801

화재예방 설계를 위한 목재 종의 화재위험성 등급 예측

정영진^†, 진의^*

강원대학교 소방방재공학과 교수

^* 강원대학교 소방방재연구센터 책임연구원

Prediction of Fire Risk Ratings of Wood Species for Fire Prevention Design

Yeong-Jin Chung^†, Eui Jin^*

Professor, Department of Fire Protection Engineering, Kangwon National University, Samcheok-city, Gangwon-do 25949, Korea

^* Senior Researcher, Fire & Disaster Prevention Research Center, Kangwon National University, Samcheok-city, Gangwon-do 25913, Korea

^† Corresponding Author, TEL: +82-33-540-3121, TAX: +82-33-540-3119, E-Mail: yjchung@kangwon.ac.kr

Received January 5, 2022 Revised January 26, 2022 Accepted February 3, 2022

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요 약

본 연구에서는 건축용 목재의 화재위험성 및 화재위험성 등급을 예측하기 위하여 Chung’s equations-II, Chung’s equations-III, Chung’s equation-IV를 이용하여 화재위험성을 평가하였다. 시험편은 가문비나무, 리기다소나무, 라왕, 밤나무, 참나무, 느티나무를 사용하였다. 시편에 대한 화재 특성은 콘칼로리미터(ISO 5660-1) 장비를 이용하여 시험하였다. 시험편의 연소 후 Chung’s equations에 의해 측정된 화재성능지수-II는 1.36~113.49 s²/kW로 나타났고, 화재성장지수-II는 0.01~0.29 kW/s²로 나타났다. Polymethylmetacrylate (PMMA)를 기준으로한 화재성능지수-III는 기준으로 4.53~378.30으로 나타났고, 화재성장지수-III는 0.07~1.93으로 나타났다. 화재위험성 등급 지수인 화재위험성지수-IV는 가문비나무와 라왕이 각각 0.33과 0.43으로 비교적 화재위험성이 높은 목재임을 알 수 있었다.

ABSTRACT

In this study, fire risk was evaluated using Chung’s equations-II, Chung’s equations-III, and Chung’s equation-IV to predict the fire risk and grade of wood for construction materials. Spruce wood, Rigida pine, Lauan, Chestnut, Oak, and Zelkova wood were used as test pieces. The fire characteristics of the test pieces were investigated using a cone calorimeter (ISO 5660-1) equipment. After combustion of the specimen, FPI-II measured by Chung’s equations was 1.36 to 113.49 s²/kW, and FGI-II was 0.01 to 0.29 kW/s². FPI-III was 4.53~378.30 based on polymethylmethacrylate (PMMA), and FGI-III was 0.07~1.93 based on PMMA. The fire risk index-IV, which is a fire risk rating index, was 0.33 and 0.43 for Spruce and Lauan, respectively, indicating that they are woods with relatively high fire risk.

KeyWords: Wood, Chung’s equations, Fire performance index-III, Fire growth index-III, Fire risk index-IV

1. 서 론

목재는 수천 년 동안 건축 산업에서 사용되어 온 재생 가능하고 지속 가능하며 쉽게 작업할 수 있는 소재이다. 그러나 이러한 제품은 화재에 취약하므로 목재의 사용은 가연성 및 화재 특성의 확산과 관련된 다양한 안전 요구 사항 및 규정에 의해 제한된다(1).

화재 위험성은 화재 유해성과 화재 발생 가능성의 조합이다. 화재 유해성은 화재와 관련된 피해 가능성으로 정의된다. 화재 위험성은 발생할 수 있는 다양한 화재 시나리오의 피해 가능성과 해당 시나리오의 발생 확률을 결합한 예상 화재 손실 추정치로 정의된다. 전반적인 화재 안전은 일반적으로 재료가 사전 설정된 특정 안전 목표를 충족하는지 결정함으로써 달성된다. 그러나 일반적으로 다양한 속성을 결합하고 특정 화재 모델을 기반으로 결과를 계산해야 한다. 재료에 대한 화재 위험성은 착화성 및 가연성, 연소할 때 방출되는 열의 양, 열방출률, 화염 확산, 연기 생성 및 연기의 독성을 포함한 요인의 조합에 의해 결정된다. 화재의 강도를 결정하는 열방출률은 화재 위험성을 제어하는 핵심 속성이다(2-5). 재료의 화재 특성을 측정하기 위한 화재에 대한 반응 시험 방법으로서 콘칼로리미터는 1982년 국제 표준에 대한 최선의 선택으로 권장되었다(6). 이 장치는 개방적이고 환기가 잘되는 시스템이며 실 화재 현상을 가장 가깝게 모사한 방법이다. 이것은 대부분의 유기재료가 연소 시 산소 1 kg이 소비되면 약 13.1 MJ의 열이 방출되는 산소 소비 원리를 기본으로 하고 있다(7).

콘칼로리미터를 이용하여 화염 착화와 훈소 착화에 대한 두 가지 착화 방식에 대하여 연구가 수행되었고 연소가스의 중심부에서 단시간에 착화하는 경우를 화염착화, 그리고 표면에서 매우 오랜 시간이 걸려 착화가 일어날 때를 훈소 착화라고 정의하였다(8). 일부 연구는 연소 및 특히 목재의 탄화 성능을 신속하게 평가하기 위해 콘칼로리미터의 유용성을 보여주었으며 탄화 깊이 또는 탄화율의 예측이 목재 구조물의 화재 설계에 중요함을 보고하였다(9). 또한 열유속의 함수로 심부온도에서 구한 목재 시료의 탄화율은 아핀 법칙을 따르며, 탄화 전면 위치에서 계산된 탄화율에 대하여 보고되었다(10).

화재 시 발생되는 연기는 화염에 의하여 발생되는 기체의 흐름으로 화학반응 없이 계속 공기와 혼합되는 물질이다. 이것은 화염 연소 시 숯을 생성하는 다환성 방향족 탄화수소를 형성하는 목재의 열분해로부터 생성되는 가연성 기체로서, 복사 냉각으로 인해 타지 않은 그을음(soot)은 불완전 연소하는 불꽃 연소영역에서 연기로 빠져나가는 것으로 보고되었다(11). 콘칼로리미터를 이용한 연기측정 시험방법은 Beer-bouguer-lambert의 법칙을 기본 원리로 하며 일반적으로 투과하는 빛의 세기가 거리에 따라 지수 함수적으로 감소한다는 법칙에 의한다(7). 총연기방출률, 연기발생률, 연기인자, 비감쇠면적 등이 연기발생을 나타내는 요인으로 사용되고 있다(12-14). 그러나 이와 같은 방법은 실시간 시간 변화에 따른 단일 값을 제시하는 제한된 방법으로써 연기생성에 대한 유해성과 정량적인 평가를 구현하는 방법으로는 아직 미흡한 점이 많다.

이를 개선하기 위한 방법으로 두 개 이상의 변수를 상호 연관시켜 화재 위험성을 평가하는 방법이 제안되었다. 이것은 3개의 화재 인자에 의한 화재 지수 간의 상호 관계를 확장하여 전체 화재 위험성 등급을 예측하기 위한 기초로 사용하기 위한 것이다.

이를 바탕으로 한 화재위험성 평가 방법은 열, 시간 그리고 연기를 포함한 수식을 이용하여 구현할 수 있으며 Chung’s equations-II, Chung’s equations-III를 사용하여 화재위험성을 표준화할 수 있다. 또한 Chung’s equation-IV인 화재위험성지수-IV를 이용하면 화재 위험성 등급을 예측할 수 있다. 표준물질을 사용하여 화재 위험성의 우선 수준을 평가함으로써 무차원 수준의 측정 지표와 가연성 재료의 정량적 평가 지수를 제공할 수 있으며 이를 사용하여 화재위험성, 화재위험성 등급 평가 및 예측이 가능해진다(15).

본 연구에서는 건축용 및 내장재로 사용되고 있는 가문비나무, 리기다소나무, 라왕, 밤나무, 굴참나무, 느티나무를 시험재료로 사용하였다. 그리고 Chung’s equations-II를 이용하여 화재성능지수-II (fire performance index-II, FPI-II)와 화재성장지수-II (fire growth index-II, FGI-II)를 평가하였다. 또한 표준물질을 이용하여 Chung’s equations-III, Chung’s equation-IV에 의한 화재성능지수-III (fire performance index-III, FPI-III)와 화재성장지수-III (fire growth index-III, FGI-III)에 대하여 화재위험성을 표준화하고, 화재위험성지수-IV (fire risk index-IV, FRI-IV)를 이용하여 화재위험성을 등급화 함으로써 초기 화재에 대한 화재위험성을 예측하는데 목적이 있다. 이 방법은 모든 가연성 또는 난연성 물질에 적용 가능하며, 이를 확장하여 건축⋅화재 시뮬레이션 및 화재설계 데이터의 기초자료로 활용 할 수 있다.

2. 실험 재료 및 방법

2.1 재료

본 연구에서 사용한 목재 시험편은 가문비나무(spruce), 리기다소나무(pitch pine), 라왕(lauan), 밤나무(chest nut), 굴참나무(oak), 느티나무(zelkova)의 순수한 목재를 농가 및 엠에이치테크놀로지스사에서 구입하였므며 두께는 10 mm로 별도의 가공처리 없이 시험 표준규격의 시험편 크기에 맞게 사용하였다. Fire Testing Technology사에서 구입한 표준물질인 polymethylmethacrylate (PMMA)는 검은색이였고 두께 18 mm를 두께 10 mm로 절단하여 사용하였다.

2.2 수분함량

수분함량(moisture content, MC)은 일정량의 목재 시편을 건조기에서 온도 105 ℃를 유지하면서 장시간 건조시켰고 시편의 중량을 4 h 간격으로 항량이 될 때까지 측정하고 다음 식 (1)에 의해 계산하였다(16).

(1)

MC(%)=Wm−WdWd×100

이 식에서 W_m은 함수율을 구하고자 하는 목재편의 중량(g), W_d는 건조시킨 후의 절대건조 중량(g)이다.

목재의 수분함량과 체적밀도는 Table 1에 나타내었다.

Table 1

The Moisture Content and Bulk Density of Each Wood

Materials	Scientific name	Classification	Moisture content (%)	Bulk density (kg/m³)
Spruce (SR)	Picea jezoensis	Soft wood	10.7	510.9
Pich pine (PN)	Pinus rigida	Soft wood	10.0	419.0
Lauan (LU)	Pentacme contorta	Hard wood	8.8	542.5
Chest nut (CN)	Castanea sativa	Hard wood	11.0	634.0
Oak (OK)	Quercus variavilis	Hard wood	12.1	976.0
Zelkova (ZV)	Zelkova serrata	Hard wood	10.0	655.0
PMMA	-	-	-	1180.0

2.3 콘칼로리미터 시험

화재 특성에 대한 시험은 ISO 5660-1의 규격에 근거하여 영국 Fire Testing Technology사의 Dual cone calorimeter 장비를 사용하였으며, 실제 화재와 근접한 화재성장기에서 발견되는 외부 열유속(external heat flux) 50 kW/m² 조건에서 수행 하였다(7). 사용한 시험편의 크기는 100 mm (W) x 100 mm (L) x 10 mm (H)의 규격으로 절단하였고, 연소 후 화재 위험성 평가에 대한 화재 인자 관련 지수를 구하였다. 콘칼로리미터 개략도를 Figure 1에 나타내었으며 콘칼로리미터 시험에 대한 실험조건을 Table 2에 제시하였다.

Figure 1

Schematic diagram of cone calorimeter⁽⁷⁾.

Table 2

Experimental Conditions for Cone Calorimeter Test

Contents	ISO 5660-1
Sample size (mm³)	100 × 100 × 10
External heat flux (kW/m²)	50
Orientation	Horizontal face upwards
Test time (s)	600

3. 결과 및 고찰

본 연구에서는 건축용 목재의 화재위험성을 예측하기 위하여 연기 및 열 특성을 중심으로 평가하였다. 화재 특성과 관련된 요소로 착화시간(time to ignition, TTI), 연기생성속도(smoke production rate, SPR), 열방출률(heat release rate, HRR) 및 최대연기생성속도에 도달하는 시간(time to reach smoke production rate, TSPR) 등은 선행연구에서 기 보고된 자료를 참고하여(17-20) 화재성능지수-II (fire performance index-II, FPI-II)와 화재성장지수-II (fire growth index-II, FGI-II)를 평가하였다. 그리고 polymethylmethacrylate (PMMA)를 기준물질로 무차원의 화재성능지수-III (fire performance index-III, FPI-III)와 화재성장지수-III (fire growth index-III, FGI-III)를 평가하였다. 또한 무차원의 화재위험성 등급 지수인 화재위험성지수-IV (fire risk index-IV, FRI-IV)를 이용하여 화재위험성을 표준화함으로써 가연성 재료들을 등급화 하였다. 콘칼로리미터 시험에서 우수한 반복성 및 재현성 때문에 표준물질로 사용되는 PMMA를 화재위험성 평가의 표준화를 위한 기준물질로 사용하였다. Table 3에 목재의 연소 특성에 대한 데이터를 제시하였다.

Table 3

Combustibility of Wood Specimens at 50 kW/m² External Heat Flux

Materials	^aTTI (s)	^bHRR_{1st_peak} (kW/m²) at time (s)	^cHRR_{2nd_peak} (kW/m²) at time (s)	^dSPR_{1st_peak} (m²/s)
Spruce	9	234.71 / 25	201.19 / 330	0.0231
Pitch pine	17	171.05 / 35	287.78 / 270	0.0124
Lauan	10	246.84 / 30	277.45 / 310	0.0297
Chest nut	37	178.99 / 60	370.54 / 290	0.0087
Oak	51	176.10 / 105	375.76 / 415	0.0041
Zelkova	41	144.50 / 65	193.75 / 515	0.0025
PMMA	17	1110.56 / 385	-	0.0516

Materials	^eTSPR_{1st_peak} (s)	^fSPR_{2nd_peak} (m²/s) at time (s)	^gCOP_mean (ppm/s)	^hCO₂P_{2nd_peak} (ppm/s) at time (s)
Spruce	20	0.0214 / 335	12	1556 / 315
Pitch pine	40	0.0232 / 270	9	2186 / 275
Lauan	25	0.0273 / 315	18	2208 / 300
Chest nut	35	0.0190 / 280	16	3034 / 290
Oak	105	0.0122 / 430	10	3207 / 415
Zelkova	60	0.0043 / 540	10	1673 / 520
PMMA	385	-	7	8484 / 385

^a Time to ignition;

^b 1st_peak heat release rate;

^c 2nd_peak heat release rate;

^d 1st_peak smoke production rate;

^e Time to 1st_peak smoke production rate;

^f 2nd_peak smoke production rate;

^g Mean carbon monoxide production rate (ppm/s);

^h Peak carbon dioxide production rate (ppm/s)

3.1 착화시간과 열방출률

연소 시에 착화시간은 ISO 5660-1 규격에 의하면 10 s 이상 시료의 표면 혹은 표면 위에 불꽃이 존재하는 시간으로 정의된다. 이것은 건축자재의 연소성을 평가하는데 매우 중요한 변수이며 착화시간이 지연될수록 재료는 덜 가연성임을 의미한다. 목재의 수분함량, 종류, 밀도, 열적특성 및 열 침투성 등은 목재가 연소될 때 에너지 방출속도, 가스 독성, 연기생성에 영향을 미친다. 휘발성 연료와 공기가 적절한 농도로 혼합되면 열분해 가스의 산화로 인하여 불꽃 연소가 발생한다.

Table 3에 제시된 바와 같이 착화시간은 가문비나무 9 s, 리기다소나무 17 s, 라왕 10 s, 밤나무 37 s, 굴참나무 51 s, 느티나무 41 s로 나타났다. 가문비나무가 가장 빠른 착화 시간을 나타내었으며 굴참나무가 가장 긴 착화시간을 나타내었다. 굴참나무는 다른 종에 비해 수분함량과 체적밀도가 커서 착화시간이 증가하는 것으로 나타났다. 리기다소나무를 제외한 목재들은 체적밀도의 증가함에 의한 착화시간이 지연되는 경향성을 보였다. 리기다소나무는 체적밀도가 낮아 착화시간이 제일 짧을 것으로 예상되었으나 비교적 낮은 체적밀도에 대한 상대적 수분함량과 활엽수(hardwood) 대비 침엽수(softwood)의 비교적 높은 리그닌 함량이 작용하여 착화시간이 늦어지는 것으로 판단된다(21). 목재의 착화시간은 시험편에 가해지는 열유속의 제곱에 반비례하고 목재 표면의 열손실 유무에 따른 상수, 체적밀도, 열전도도, 연료의 비열 및 착화온도의 제곱에 비례하는 것으로 보고되었다(22).

열방출률은 가장 중요한 화재 속성이고 최대열방출률이 화재 강도의 수치적 지표라는 것은 화재 위험에 대한 여러 분석에 의해 제시되었다(23-25). 열방출률이 클수록 더 많은 물질이 발화하여 연소하므로 화재를 더 많이 전파하게 된다. 반면에 열방출률이 작게 유지되면 다음 재료에 착화되지 않고 원래 영역(또는 개체)에 국한되어 화재가 발생할 가능성이 있다. 특히 재료에 대한 화재 초기 단계의 화재 거동은 건물 화재의 안전적 측면에서 중요하다. 열방출률이 낮은 건축 재료의 사용은 화재발생시 화재억제 효과를 기대할 수 있다(26).

최대열방출률(peak heat release rate, HRR_peak)은 시험편의 표면적당 순간적으로 방출하는 열량의 크기로서(27,28) 재료가 가장 많이 연소되는 지점이므로 열방출 속도가 높은 화염연소는 화재영역을 성장 시키고 발전시킨다. 그러므로 화재의 연쇄 효과 및 화재 세기를 평가하는데 있어 중요하다.

Figure 2는 목재에 대한 열방출률 곡선을 나타내었다. 모든 시험편의 최대값이 두 개를 가지고 있는 것으로 나타났다. 제1차 최대열방출률(the first peak heat release rate, HRR_{1st_peak})은 열방출률이 초기에 급속히 증가하는 것으로 관찰되었고 제2차 최대열방출률(the second peak heat release rate, HRR_{2nd_peak})은 화재의 마지막부분에서 나타났다. 곡선의 첫 번째 피크인 HRR_{1st_peak}는 휘발성 열분해 가스가 외부 스파크 착화기에 의해 착화되기에 충분한 공급이 되는 초기 가열 기간 후에 발생한다. 연소에 의해 발생된 열은 목재의 열분해를 지속시켜 더 많은 휘발성 물질을 방출하게 된다. HRR_{1st_peak}의 감소는 열전달이 더 어렵고 열분해 과정이 느린 절연 숯 층이 형성되기 때문이다. 곡선의 두 번째 피크인 HRR_{2nd_peak}는 시료의 연소 및 탄화 균열로 인해 더 많은 휘발성 물질이 쉽게 빠져나갈 수 있기 때문에 발생한다(29). 이것은 뒷면 절연층에 열적 파동이 도달할 때 발생하고 이런 후면효과(back effect)에 기인하여 열이 축적됨으로써 많은 열이 동시에 방출되기 때문에 일어난다(30). 휘발성 물질이 고갈됨에 따라 화염 연소가 종료되고 HRR이 안정된 기준선으로 돌아가는 것이 관찰되었다. 보호층인 숯이 없는 경우 HRR의 최종 피크는 일반적으로 열분해 연료 아래에 물질이 부족하기 때문에 발생하며, 이는 계속되는 연소 중에 방열판 역할을 한다. HRR_{2nd_peak}는 화재 성장을 위한 척도로 간주되며, 생성된 숯 잔류물의 안정성과 품질을 설명하는 중요한 값으로 고려된다.

Figure 2

Heat release rate curves of test pieces at 50 kW/m² external heat flux.

Table 3과 Figure 2에 연소 특성과 목재의 열방출 곡선을 제시하였다. 목재의 HRR_{1st_peak} 특성은 가문비나무가 234.71 kW/m², 리기다소나무 171.05 kW/m², 라왕 246.84 kW/m², 밤나무 178.99 kW/m², 굴참나무 176.10 kW/m², 느티나무 144.50 kW/m²로 나타났다. 이들 중 라왕이 가장 높게 나타났으며 느티나무와 비교하여 1.7배 높았다. HRR_{2nd_peak}는 가문비나무 201.19 kW/m², 리기다소나무 287.78 kW/m², 라왕 277.45 kW/m², 밤나무 370.54 kW/m², 굴참나무 375.76 kW/m², 느티나무 193.75 kW/m²로 나타났다. HRR_{2nd_peak}는 굴참나무가 가장 높았으며 느티나무과 비교하여 1.9배 높았다. 이것은 체적밀도가 높을수록 열 축적이 커지기 때문으로 판단되며 생성된 숯의 구조적인 불안정성에 기인하는 것으로 예측된다.

초기화재의 열유해성을 평가하면 HRR_{1st_peak} 영역에서는 라왕이 가장 큰 유해성을 보였으며 느티나무가 가장 유해성이 작은 목재로 나타났다. 화염에 휩싸일수록 HRR_{2nd_peak} 영역에서 모든 목재는 체적밀도가 클수록 열축적이 커지기 때문에 열유해성이 큰 것으로 판단된다. 그러나 초기화재 최대열방출률에 도달하는 시간을 고려할 때 가문비나무 및 라왕의 HRR_{1st_peak} 도달시간이 각각 25 s, 30 s로 빨리 도달하므로 초기화재 열유해성이 가장 크고 굴참나무는 도달시간이 지연되어 상대적으로 덜 위험한 것으로 판단된다. 열방출률의 감소는 연소 물질의 질량감소율이 작아지고 가연성 기체의 생성량이 감소하기 때문으로 판단된다. 침엽수는 주로 저농도의 아세트산 및 헥산알(10∼25%)로 구성된 물질을 방출하고, 고농도의 휘발성 유기 화합물인 테르펜(70∼90%)을 방출 한다. 그러나 활엽수는 침엽수의 약 50배 정도로 상당히 낮은 휘발성 유기화합물을 배출하며 펜탄알 및 헥산알, 아세트산 및 목재의 열분해 과정에서 생성된 기타 휘발성 유기 화합물을 포함하지만 휘발성 테르펜은 포함하지 않는다(31).

그러므로 라왕과 가문비나무는 Tables 1과 3에 나타낸 바와 같이 수분함량 혹은 체적밀도가 낮고 빠른 시간 내에 HRR_{1st_peak} 도달하므로 초기화재에 취약한 것으로 판단된다.

3.2 연기생성속도

목재와 관련된 화재로 인한 사망의 주요 원인은 탄소의 부분 산화, 셀룰로오스의 열분해, 수소 기반 화학 물질 및 질소 산화물을 통한 일산화탄소 발생인 것으로 보인다. 화재에서 연기와 유독 가스는 화재와 열보다 인명에 더 해롭다. 연기 독성은 사람의 시력을 감소시키고 화재에서 사람들의 대피 및 탈출을 방해하여 결국 질식 확률을 높인다. 연기 발생은 연소 물질에 따라 다르지만 외부요인인 화재 유형[훈소(smoldering) 혹은 화염(flaming)] 및 산소 공급과 같은 요인에도 영향을 받는다.

Figure 3에 나타낸 바와 같이 연기생성속도는 모든 시편에 대하여 두 단계로 나타났다. 제1차 최대연기생성속도(the first peak smoke release rate, SPR_{1st_peak})는 20∼105 s에서 나타났으며 제2차 최대연기생성속도(the second peak smoke release rate, SPR_{2nd_peak})는 270∼540 s에서 나타났다. 이것은 목재의 열분해 영역에서 더 많은 목재 표면이 화재에 노출됨으로써 목재의 균열이 증가하고 연소가스가 갑자기 방출되는 결과로 나타난다. 이러한 최대연기생성속도에 도달하는 시간은 재료의 체적밀도와 상관관계가 있었으며 체적밀도가 증가함에 따라 최대연기생성속도에 도달하는 시간이 늦어지는 것으로 나타났다.

Figure 3

Smoke production rate curves of test pieces at 50 kW/m² external heat flux.

Table 3과 Figure 3에 보여준 바와 같이 SPR_{1st_peak}는 조기에 급격히 최대값에 도달한다. 이 기간 동안 연기는 에어로졸, 수증기, 가스 및 분해된 헤미셀룰로오스에서 추출한 휘발성 목재 추출물로 구성된다. SPR_{1st_peak}는 느티나무 0.0025 m²/s, 굴참나무 0.0041 m²/s, 밤나무 0.0087 m²/s, 리기다소나무 0.0124 m²/s, 가문비나무 0.0231 m²/s, 라왕 0.0297 m²/s 순으로 증가하였다.

라왕은 느티나무에 비하여 11.9배 높은 것으로 나타났다. 이것은 앞서 설명한 바와 같이 라왕의 수분함량 및 체적밀도가 작기 때문에 상대적으로 초기 연소가 용이하여 순간 열방출량이 높은 것과 일치하며, 초기화재 시험편의 순간 연기생성속도도 이와 유사한 경향성을 나타내는 것으로 판단된다.

SPR_{2nd_peak}는 느티나무 0.0043 m²/s, 굴참나무 0.0122 m²/s, 밤나무 0.0191 m²/s, 가문비나무 0.0214 m²/s, 리기다소나무 0.0232 m²/s, 라왕 0.0273 m²/s의 순서로 증가하였다. 라왕은 느티나무와 비교하여 6.3배 높은 것으로 나타났다. 연소에 의해 시험편에 생성된 숯은 목재보다 열전도율이 낮다. 이것은 화재 시 열침투성을 감소시킨다. 숯이 형성됨에 따라 열유속에 노출된 목재 표면과 열분해 전단 사이에서 열적 저항이 높아지게 되고, 이것은 재료에서 방출되는 휘발성 물질과 산소와의 반응을 방해하는 물질 수송 장벽으로 작용된다. 그러므로 최대연기생성속도가 감소되거나 최대연기생성속도에 도달하는 시간을 지연시키는 결과를 초래한 것으로 판단된다.

초기화재의 연기유해성을 평가하면 SPR_{1st_peak} 영역에서는 라왕이 가장 큰 유해성을 보였으며 느티나무가 가장 유해성이 낮은 목재로 나타났다. 수분함량 및 체적밀도가 낮을수록 초기 연기유해성이 높아지는 것으로 나타났다. 또한 초기화재 최대연기생성속도에 도달하는 시간을 고려할 때 SPR_{1st_peak}에 도달하는 시간은 가문비나무 20 s, 라왕이 25 s로 빨리 도달하였으나 최대연기생성속도가 라왕이 높으므로 초기화재 연기유해성 가장 큰 것으로 판단된다.

3.3 화재위험성 등급 평가

화재위험성 평가 방법인 화재성능지수-II (FPI-II) 및 화재성장지수-II (FGI-II)를 이용하면 가연성 재료의 화재위험성을 평가할 수 있다.

화재성능지수-II (FPI-II)는 아래의 식(2)으로 표현하였다(15).

(2)

FPI−II=TTI(s)SPRpeak (m2/s)•PHRR(kW/m2)

이 식은 착화시간, 최대연기생성속도 그리고 최대열방출률의 3개의 변수를 고려하여 화재위험성을 평가한다. 3개의 변수를 사용함으로써 화재위험성을 종합적으로 판단할 수 있다. TTI는 가연성 재료의 화재 취약성을 판단할 수 있는 중요한 인자이며 착화시간이 빠를수록 더욱 가연성 재료임을 나타낸다. 최대연기생성속도인 SPR_peak는 초기화재의 위험성을 평가하기 위하여 SPR_{1st_peak}를 사용하였으며 최대열방출률인 PHRR (peak heat rerease rate)은 초기화재의 위험성을 평가하기 위하여 HRR_{1st_peak}를 사용하였다. 착화시간 및 열방출률의 초기 피크의 최대값은 재료의 화재위험성을 특성화하며(18), 최대값을 사용한 것은 실험 조건인 외부 열유속 50 kW/m²에서 성장기에서의 가장 위험한 상태인 화재위험성을 평가하기 위함이다. 목재의 화재 확대와 플래시오버의 시간은 서로 상관관계가 있으므로(32), 화재 확대가 증가할수록 화재안정성이 감소하는 것과 같이(33) 연기안전성 또한 감소하는 것으로 판단된다. 그러므로 FPI-II의 값이 증가할수록 화재위험성은 낮아진다.

화재성장지수-II (FGI-II)는 아래 식(3)으로 표현하였다(15).

(3)

FGI−II=SPRpeak(m2/s)•PHRR(kW/m2) Time to SPRpeak(s)

이 식은 최대연기생성속도, 최대열방출률 그리고 최대연기생성속도에 도달하는 시간인 3개의 변수를 고려하여 화재위험성을 평가한다. 3개의 변수를 사용하여 화재위험성을 종합적으로 판단할 수 있다. 최대연기생성속도인 SPR_peak는 초기화재의 위험성을 평가하기 위하여 SPR_{1st_peak}를 사용하였으며 최대열방출률인 PHRR (peak heat rerease rate)은 HRR_{1st_peak}를 사용하였다. 제1차 최대 연기생성속도에 도달하는 시간(time to reach SPR_{1st_peak})은 빠를수록 화재위험성이 커지므로 FGI-II가 증가한다는 것은 화재위험성이 높아진다는 것을 의미한다.

Table 4에 재료의 FPI-II 값을 제시하였다. FPI-II는 착화시간, 열 및 연기가 조합된 값으로 느티나무가 가장 높은 값으로 나타났다. 이것은 모든 소재 중 TTI가 많이 지연되고 SPR_{1st_peak}과, PHRR 값이 가장 낮기 때문으로 판단된다. 라왕이 화재위험성이 가장 높게 나타났으며 수분함량 및 체적밀도가 낮아 TTI가 빠르고 SPR_{1st_peak}과 PHRR 값이 가장 높기 때문으로 판단된다.

Table 4

Fire Indices-II, -III and Fire Risk Index-IV of Wood Specimens at 50 kW/m² External Heat Flux

Materials	FPI-II (s²/kW)	FPI-III	FGI-II (kW/s²)	FGI-III	FRI-IV
Spruce	1.66	5.53	0.27	1.80	0.33
Pitch pine	8.02	26.73	0.05	0.33	0.01
Lauan	1.36	4.53	0.29	1.93	0.43
Chest nut	23.76	79.20	0.04	0.27	0
Oak	70.64	235.47	0.01	0.07	0
Zelkova	113.49	378.30	0.01	0.07	0
PMMA	0.30	1	0.15	1	1

FPI-II에 의한 화재위험성은 느티나무(113.49 s²/kW) < 굴참나무(70.64 s²/kW) < 밤나무(23.76 s²/kW) < 리기다소나무(8.02 s²/kW) < 가문비나무(1.66 s²/kW) < 라왕(1.36 s²/kW) < PMMA (0.30 s²/kW)의 순서로 증가하였다.

Table 4에 재료의 FGI-II 값을 제시하였다. FGI-II는 열, 연기 및 최대연기생성속도에 도달하는 시간이 조합된 값으로 라왕과 가문비나무가 가장 높게 나타났다. 이것은 SPR_{1st_peak}과 PHRR 값이 가장 높고 최대연기생성속도에 도달하는 시간이 재료 중 가장 빠르기 때문으로 판단된다.

FGI-II에 의한 화재위험성은 느티나무(0.01 kW/s²) ≈ 굴참나무(0.01 kW/s²) < 밤나무(0.04 kW/s²) < 리기다소나무(0.05 kW/s²) < PMMA (0.15 kW/s²) < 가문비나무(0.27 kW/s²) ≈ 라왕(0.29 kW/s²)의 순서로 증가하였다.

화재위험성 평가 지수인 FPI-II와 FGI-II를 이용하여 화재위험성을 평가한 결과 기준물질인 PMMA를 제외하고 라왕과 가문비나무가 가장 위험하며 느티나무와 굴참나무가 가장 안전한 물질로 나타났다. 라왕은 가문비나무와 비교하여 체적밀도보다 수분의 함량이 작아 수분의 영향이 화재위험성에 더 크게 작용하였고 가문비나무는 체적밀도가 작고 휘발성 유기화합물이 많아 화재위험성이 높은 것으로 판단된다.

모든 재료에 대한 화재위험성을 평가하기 위한 접근 방법으로 화재위험성을 표준화하기 위하여 기준물질을 이용한 확장된 식을 사용하였다.

표준화 한 화재성능지수-III (FPI-III)는 아래의 식(4)로 표현하였다(15).

(4)

FPI−III=TTI(s)SPRpeak(m2/s)•PHRR(kW/m2)[TTI(s)SPRpeak(m2/s)•PHRR(kW/m2)]PMMA

FPI-III는 FPI-II를 FPI-II_[PMMA]의 표준 값(PMMA 기준)으로 나눈 값으로 정의된다. 이 식은 무차원 지수이다. 최대연기생성속도와 최대열방출률의 값은 초기화재의 중요성을 고려하여 SPR_{1st_peak}와 HRR_{1st_peak} 값을 적용하였다. 여기에서 FPI-III가 증가할수록 화재위험성은 낮아지는 것을 의미한다.

표준화 한 화재성장지수-III (FGI-III)는 아래의 식(5)로 표현하였다(15).

(5)

FGI−III=SPRpeak(m2/s)•PHRR(kW/m2) Time to SPRpeak (S) [SPRpeak (m2/s)•PHRR(kW/m2) Time to SPRPeak(s) ]PMMA

FGI-III는 FGI-II를 FGI-II_[PMMA]의 표준 값(PMMA 기준)으로 나눈 값으로 정의된다. 이 식은 무차원 지수이다. 최대연기생성속도와 최대열방출률의 값은 초기화재의 중요성을 고려하여 SPR_{1st_peak}와 HRR_{1st_peak} 값을 적용하였다. FGI- III가 증가할수록 화재위험성은 높아진다.

Table 4에 제시한 바와 같이 FPI-III는 느티나무가 가장 높게 나타났다. 이것은 모든 물질 중 TTI가 많이 지연되고 SPR_{1st_peak}과 PHRR 값이 가장 낮기 때문으로 판단된다. PMMA를 기준물질로 한 화재성능지수인 FPI-III은 PMMA (1.00) < 라왕(4.53) < 가문비나무(5.53) < 리기다소나무(26.73) < 밤나무(79.20) < 굴참나무(235.47) < 느티나무(378.30)의 순서로 증가하였다. 이것은 체적밀도가 낮은 재료가 체적밀도가 높은 재료보다 화재위험성이 높은 것으로 판단된다. FPI-II와 FPI-III를 이용하여 화재위험성을 평가한 결과 느티나무가 가장 안전한 물질 이였으며 라왕과 가문비나무가 가장 위험한 물질임을 알 수 있었다.

Table 4에 나타낸 바와 같이 FGI-III는 라왕이 가장 높게 나타났다. 이것은 모든 물질 중 SPR_{1st_peak}과 PHRR 값이 가장 높고 SPR_{1st_peak}에 도달하는 시간이 빠르기 때문으로 판단된다. PMMA를 기준물질로 한 화재등급지수인 FGI-III에 의한 화재위험성은 느티나무(0.07) ≈ 굴참나무(0.07) < 밤나무(0.27) < 리기다소나무(0.33) < PMMA(1.00) < 가문비나무(1.80) < 라왕(1.93)의 순서로 증가하였다.

화재위험성 평가 지수인 FPI-III와 FGI-III를 이용하여 화재위험성을 평가한 결과 라왕과 가문비나무가 가장 위험하며 느티나무와 굴참나무가 가장 안전한 물질로 나타났다. 이것은 FPI-III와 같이 FGI-III도 체적밀도가 낮은 재료가 체적밀도가 높은 재료보다 화재위험성이 높은 것으로 판단된다.

화재위험성등급을 평가할 수 있는 화재위험성지수-IV (FRI-IV)는 아래 식(6)으로 표현하였다(15).

(6)

FRI−IV=FGI−IIIFPI−III

FRI-IV는 FGI-III를 FPI-III으로 나눈 값으로 정의된다. 이는 화재 확대가 증가할수록 화재안정성이 감소하는 것과 같다. 따라서 FRI-IV 값이 작을수록 화재위험성이 감소하고 반대로 FRI-IV 값이 클수록 화재위험성이 증가하는 것으로서 이 식은 화재위험성 및 화재등급을 종합적으로 예측할 수 있는 것으로 판단된다.

Table 4에 나타낸 바와 같이 화재등급지수인 FRI-IV에 의한 화재위험성은 가문비나무와 라왕이 가장 높은 것으로 나타났다. PMMA를 기준물질로 화재위험성을 표준화한 값을 이용하여 구현한 FRI-IV는 느티나무(0) ≈ 굴참나무(0) ≈ 밤나무(0) < 리기다소나무(0.01) < 가문비나무(0.33) < 라왕(0.43) < PMMA(1.00)의 순서로 증가하였다. 화재위험성을 종합적으로 평가한 결과 가문비나무, 라왕은 비교적 위험한 목재임을 알 수 있었다.

결론적으로 수분함량 혹은 체적밀도가 낮거나 휘발성 유기물질을 다랑 함유하고 있는 물질은 FPI-II와 FPI-III가 낮고, 또한 FGI-II와 FGI-III가 높아짐에 의해 FRI-IV의 값도 높게된다. 이는 화재위험성이 높아지는 것으로 평가된다.

FRI-IV는 측정된 데이터를 이용하여 계산해서 얻어지는 값으로, 재료의 화재안전성을 판단하는데 종합적인 평가로 적용될 수 있다. 또한 화재위험성 및 화재위험성 등급을 예측할 수 있다.

3.4 일산화탄소, 이산화탄소 생성 농도

모든 화재의 연소 거동과 독성 가스의 생성량은 재료의 조성, 온도 및 산소농도에 많은 영향을 받는다. 목재 재료의 경우 연소 중에 생성되는 유독 가스는 일산화탄소(carbon monoxide, CO)이다. CO는 화염과 목재 사이에서 발생되는 휘발성 물질의 불완전 연소 생성물이다. 일반적인 대부분의 화재는 화상 유무에 관계없이 인체에 영향을 미치는 위험한 수준의 CO가 발생하게 된다.

Figure 4에 제시한 바와 같이 모든 목재는 불이 꺼진 후 CO 생성량이 감소되었고 잔광 단계(afterglow phase)가 시작되면서 다시 증가하기 시작하였다. 잔광단계에서 높은 열산화(thermo-oxidation)로 인하여 밤나무가 모든 목재 중 CO 배출 농도가 가장 높았다. 목재는 휘발성 생성물이 종료된 후 숯이 산화되어 CO, CO₂, H₂O를 생성한다. 느티나무는 다른 목재와 비교하여 열 산화 시작 시간이 늦어졌고 화염 후 생성된 숯이 다른 시편에 비해 숯의 량이 많고 안정하여 열 산화의 지속 시간이 지연되는 것으로 판단된다.

Figure 4

CO production rate (ppm/s) curves of test pieces at 50 kW/m² external heat flux.

Table 3과 Figure 4에 나타낸 모든 시험편의 평균일산화탄소 생성속도(mean CO production rate, COP_mean) 농도는 9∼18 ppm/s로 측정되었으며, 이 농도는 미국직업안전위생관리국(Occupational safety and health administration, OSHA)의 허용기준 (permissible exposure limits, PEL)인(34) 50 ppm과 비교하면 2.8∼5.5배의 낮은 독성을 생성하는 것으로 나타났다. 리기다소나무, 굴참나무, 느티나무가 CO 발생량이 가장 낮은 목재로 나타났다. 이 연구에서는 시험시간 동안 모든 목재에서 미량의 CO만 관찰되었고 이것은 본질적으로 완전한 연소를 초래하는 테스트의 양호한 환기 조건에서 기인하는 것으로 판단된다. 모든 목재는 허용기준 농도 미만이므로 CO에 대하여 대부분 안전한 것으로 보인다.

이산화탄소(carbon dioxide, CO₂)는 일산화탄소와 마찬가지로 화재 시 생성된다. 화재 시 CO₂ 생성은 사상자수에 영향을 미치는 중요한 요소이다. CO₂는 주로 산소 결핍을 유발하며 호흡기자극제로서 함께 사용하면 다른 독성 가스를 과도하게 흡입할 수 있다.

Figure 5에 제시한 바와 같이 CO₂의 농도 곡선은 두 개의 피크로 나타났다. 제1차 피크는 목재의 가열로 인하여 생성된 휘발성 기체의 발생 동안 나타난다. 탄화 과정에서는 두 피크 사이의 CO₂농도가 감소한다. 제2차 피크는 후면 효과에 기인하며, 시편 뒷면에서 시편의 모든 표면에 열파를 반사하여 시편의 연소 속도를 증가시킨다. 목재가 연소되는 동안 가열 온도가 상승함에 따라 질량 손실률이 증가함으로써 CO₂ 의 농도가 증가한다. Table 3과 Figure 5에 나타낸 바와 같이 제2차 최대이산화탄소 생성속도(the second peak carbon dioxide production rate, CO₂P_{2nd_peak}) 농도는 가문비나무가 1,556 ppm/s이였으며 그 외 시험편은 1,673〜3,207 ppm/s였다. 모든 목재는 OSHA의 허용기준(PEL)인(35) 5000 ppm 보다 1.6∼3.2배 낮게 나타났다. 이것은 허용기준 농도 미만이므로 CO₂가스에 대하여 대부분 안전한 것으로 이해된다.

Figure 5

CO₂ production rate (ppm/s) curves of test pieces at 50 kW/m² external heat flux.

Table 3의 CO와 CO₂농도를 사용하여 CO/CO₂ 비율을 계산한 결과 굴참나무 0.0031, 리기다소나무 0.0041, 밤나무 0.0053, 느티나무 0.0060, 가문비나무 0.0077, 라왕 0.0082였다. 굴참나무와 비교하여 그 외 목재는 1.3∼2.6배로 높았다. 굴참나무는 자체의 높은 체적밀도에 의한 것으로 이해되며 라왕은 다른 목재에 비해 불완전 연소가 우세하여 CO 독성도가 높은 것으로 판단된다. 그러나 모든 목재는 인체에 영향을 미칠 정도의 독성은 없는 것으로 나타났다.

4. 결 론

본 연구에서는 일반적으로 사용되는 건자재인 가문비무, 리키다소나무, 라왕, 밤나무, 굴참나무를 선정하여 Chung’s equations-II인 FPI-II와 FGI-II, Chung’s equations-III인 FPI-III와 FGI-III, Chung’s equation-IV인 FRI-IV에 의하여 화재위험성 및 화재위험성 등급을 평가하였고 다음과 같은 결론을 얻었다.

1) FPI-II, FPI-III에 의한 화재위험성은 느티나무 < 굴참나무 < 밤나무 < 리기다소나무 < 가문비나무 < 라왕 < PMMA의 순서로 증가하였다. 체적밀도가 낮은 재료가 체적밀도가 높은 재료보다 화재위험성이 높은 것으로 판단된다. 체적밀도가 높고 휘발성 유기화합물을 적게 포함하고 있는 활엽수가 화재성능지수가 높아지므로 화재위험성이 낮았다.
2) FGI-II에 의한 화재위험성은 느티나무 ≈ 굴참나무 < 밤나무 < 리기다소나무 < PMMA < 가문비 나무 ≈ 라왕의 순서로 증가하였다.
3) FGI-III에 의한 화재위험성은 느티나무(0.07) ≈ 굴참나무(0.07) < 밤나무(0.27) < 리기다소나무(0.33) < PMMA(1.00) < 가문비나무(1.80) < 라왕(1.93)의 순서로 증가하였다. 수분함량이 낮거나 체적밀도가 낮고 휘발성 유기회합물을 많이 함유한 목재가 화재위험성이 높았다.
4) 모든 시험편의 COP_mean농도는 9∼18 ppm/s로 측정되었으며, 미국직업안전위생관리국(OSHA)의 허용기준(PEL)인 50 ppm과 비교하면 2.8〜5.5배의 매우 낮은 독성을 생성하는 것으로 나타났다.
5) 화재위험성지수인 FRI-IV에 의한 화재위험성 등급은 느티나무(0) ≈ 굴참나무(0) ≈ 밤나무(0) < 리기다소나무(0.01) < 가문비나무(0.33) < 라왕(0.43) < PMMA(1.00)의 순서로 증가하였다. 화재위험성을 종합적으로 평가한 결과 가문비나무와 라왕은 비교적 위험한 목재임을 알 수 있었다. 즉, 수분함량 혹은 체적밀도가 작거나 휘발성 유기물질을 다랑 함유하고 있는 목재는 FPI-II와 FPI-III가 낮고, FGI-II와 FGI-III가 높아지므로 FRI-IV의 값도 증가하였다. 체적밀도가 높은 활엽수는 FRI-IV의 값이 영에 가까우므로 다른 목재와 비교하여 화재위험성이 낮은 것으로 나타났다.

References

1. J Buzek and E Gyoőri, “Regulation (EU) No 305/2011 of the European Parliament and of the Council of 9 March 2011, Laying down Harmonised Conditions for the Marketing of Construction Products and Repealing Council Directive 89/106/EEC Text with EEA Relevance”, Official Journal of the European Union, EU, (2011).

2. V Babrauskas, “Effective Measurement Techniques for Heat, Smoke and Toxic Fire Gases”, Fire Safety Journal, Vol. 17, No. 1, pp. 13-26 (1991), https://doi.org/10.1016/0379-7112(91)90010-V.

3. V Babrauskas and S. J Grayson, “Heat Release in Fires”, Elsevier, London, UK, (1992).

4. CBUF Report, “Fire Safety of Upholstered Furniture - the Final Report on the CBUF Research Programme”, Sundstrom, B., Ed., EUR 16477 EN, European Commission, Measurements and Testing Report, Contract No. 3478/1/0/196/11-BCR-DK(30), Interscience Communications, London, UK (1995).

5. M, M Hirschler, “Analysis of and Potential Correlations Between Fire Tests for Electrical Cables, and How to Use This Information for Fire Hazard Assessment”, Fire Technology, Vol. 33, No. 4, pp. 291-315 (1997), https://doi.org/10.1023/A:1015384109580.

6. M Janssens, “Fundamental Thermophysical Characteristics of Wood and Their Role in Enclosure Fire Growth”, PhD Thesis, University of Gent, Belgium, (1991).

7. ISO 5660-1, “Reaction-to-Fire Tests-Heat Release, Smoke Production and Mass Loss Rate-Part 1:Heat Release Rate (Cone Calorimeter Method) and Smoke Production Rate (Dynamic Measurement)”, Genever, Switzerland (2015).

8. N Boonmee and J Quintiere, “Glowing ignition of wood:the onset of surface combustion”, Proceedings of the Combustion Institute, Vol. 30, No. 2, pp. 2303-2310 (2005), https://doi.org/10.1016/j.proci.2004.07.022.

9. Q Xu, L Chen, K. A Harries, F Zhang, Q Liu and J Feng, “Combustion and Charring Properties of Five Common Constructional Wood Species from Cone Calorimeter Tests”, Construction and Building Materials, Vol. 96, pp. 416-427 (2015), https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2015.08.062.

10. L Terrei, Z Acem, V Marchetti, P Lardet, P Boulet and G Parent, “In-Depth Wood Temperature Measurement using Embedded Thin Wire Thermocouples in Cone Calorimeter Tests”, International Journal of Thermal Sciences, Vol. 162, pp. 106686-106697 (2021), https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2020.106686.

11. M. A Delichatsios, “Smoke Yields from Turbulent Buoyant Jet Flames”, Fire Safety Journal, Vol. 20, pp. 299-311 (1993), https://doi.org/10.1016/0379-7112(93)90052-R.

12. M Delichatsios, B Paroz and A Bhargava, “Flammability Properties for Charring Materials”, Fire Safety Journal, Vol. 38, No. 3, pp. 219-228 (2003), https://doi.org/10.1016/S0379-7112(02)00080-2.

13. B Tawiah, B Yu, R. K. K Yuen, Y Hu, R Wei, J. H Xin and B Fei, “Highly Efficient Flame Retardant and Smoke Suppression Mechanism of Boron Modified Graphene Oxide/Poly(lactic acid) Nanocomposites”, Carbon, Vol. 150, pp. 8-20 (2019), https://doi.org/10.1016/j.carbon.2019.05.002.

14. L Yan, Z Xu and N Deng, “Effects of Polyethylene Glycol Borate on the Flame Retardancy and Smoke Suppression Properties of Transparent Fire-Retardant Coatings applied on Wood Substrates”, Progress in Organic Coatings, Vol. 135, pp. 123-134 (2019), https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2019.05.043.

15. Y. J Chung and E Jin, “Rating Evaluation of Fire Risk for Combustible Materials in Case of Fire”, Applied Chemistry for Engineering, Vol. 32, No. 1, pp. 75-82 (2021), https://doi.org/10.14478/ace.2020.1103.

16. W. T Simpso, “Drying and Control of Moisture Content and Dimensional Changes, Chap. 12, Wood Handbook- Wood as an Engineering Material”, Forest Product Laboratory U.S.D.A., Forest Service Madison, Wisconsin, USA, 1-21, (1987).

17. Y. J Chung, “Comparison of Combustion Properties of the Pinus Rigida, Castanea Savita, and Zelkova Serrata”, Fire Science and Engineering, Vol. 23, No. 4, pp. 73-78 (2009).

18. Y. J Chung and E Jin, “Combustion Properties of the Quercus Variavils and Zelkova Serrata dried at Room Temperaure (II)”, Applied Chemistry for Engineering, Vol. 21, No. 4, pp. 469-474 (2010).

19. Y. J Chung and E Jin, “Assessment of Smoke Risk of Combustible Materials in Fire”, Applied Chemistry for Engineering, Vol. 31, No. 3, pp. 277-283 (2020), https://doi.org/10.14478/ace.2020.1024.

20. Y. J Chung, E Jin and J. S You, “Evaluation of Smoke Risk and Smoke Risk Rating for Combustible Substances from Fire”, Applied Chemistry for Engineering, Vol. 32, No. 2, pp. 197-204 (2021), https://doi.org/10.14478/ace.2021.1016.

21. V Babraskas, “Ignition of Wood:A Review of the State of the Art”, “Interflam 2001”, Interscience Communications Ltd, London, pp. 71-88 (2001).

22. J. D Dehaan, “Kirk's fire investigation (Fifth Ed.)”, pp. 84-112 Pearson, London, England (2002).

23. V Babrauskas and R. D Peacock, “Heat Release Rate:the Single most Important Variable in Fire Hazard”, Fire Safety Journal, Vol. 18, No. 3, pp. 255-272 (1992), https://doi.org/10.1016/0379-7112(92)90019-9.

24. M. M Hirschler, “Use of Heat Release Rate to Predict whether Individual Furnishings would Cause Self Propagating Fires”, Fire Safety Journal, Vol. 32, No. 3, pp. 273-296 (1999), https://doi.org/10.1016/S0379-7112(98)00037-X.

25. M. M Hirschler, “Heat Release Testing of Consumer Products”, Journal ASTM International, Vol. 6, No. 5, pp. 1-25 (2009), https://doi.org/10.1520/JAI102258.

26. F. M Pearce, Y. P Khanna and D Raucher, “Thermal Analysis in Polymer Flammability, Chap. 8, Thermal Characterization of Polymeric Materials”, Academic Press, New York, USA, (1981).

27. J. G Quintire, “Principles of Fire Behavior, Chap. 5”, Delmar Cengage Learning, New York, USA, (1998).

28. Y. J Chung, “Comparison of Combustion Properties of Native Wood Species used for Fire Pots in Korea”, Journal of Industrial and Enginering Chemistry, Vol. 16, pp. 15-19 (2010), https://doi.org/10.1016/j.jiec.2010.01.031.

29. B Schartel and T. R Hull, “Development of Fire-Retarded Materials-Interpretation of Cone Calorimeter Data”, Fire and Materials, Vol. 31, No. 5, pp. 327-354 (2007), https://doi.org/10.1002/fam.949.

30. M Spearpoint and J Quintiere, “Predicting the Piloted Ignition of Wood in the Cone Calorimeter using an Integral Model-Effect of Species, Grain Orientation and Heat Flux”, Fire Safety Journal, Vol. 36, pp. 391-415 (2001), https://doi.org/10.1016/S0379-7112(00)00055-2.

31. J Pohleven, M. D Burnard and A Kutnar, “Volatile Organic Compounds Emitted from Untreated and Thermally Modified Wood - A Review”, Wood Fiber Science, Vol. 51, No. 3, pp. 231-254 (2019), https://doi.org/10.22382/wfs-2019-023.

32. V Babrauskas, “Development of the Cone Calorimeter - A Bench-Scale, Heat Release Rate Apparatus based on Oxygen Consumption”, Fire and Materials, Vol. 8, No. 2, pp. 81-95 (1984), https://doi.org/10.1002/fam.810080206.

33. C Jiao, X Chen and J Zhang, “Synergistic Effects of Fe₂O₃ with Layered Double Hydroxides in EVA/LDH Composites”, Journal of Fire Science, Vol. 27, No. 5, pp. 465-479 (2009), https://doi.org/10.1177/0734904109102033.

34. OHSA, “Carbon Monoxide”, OSHA Fact Sheet, United States Na?tional Institute for Occupational Safety and Health, September 14, USA, (2009).

35. OHSA, “Carbon Dioxide, Toxicological Review of Selected Chemicals”, Final Rule on Air Comments Project, OHSA's Comments, January 19, (1989).