본 글은 CFBT-BE를 운영하는 Karel Lambert의 허락을 득하고 그의 article을 참고해 작성했습니다.

 

네덜란드 IFV의 연구 결론과 토의(고찰)

이 연구 결과에 따르면 아크 기법과 3D 펄싱 기법은 모두 화재 가스를 냉각하는 데 효과적인 방법임이 확인됐다. 다만 아크 기법은 3D 펄싱 기법보다 더 큰 냉각 효과를 제공할 뿐 아니라 교육훈련이나 현장 적용 측면에서도 상대적으로 용이한 거로 평가됐다.

 

대한민국의 소방 전술은 네덜란드에 비해 다소 공격적인 성향을 보인다. 구획실 화재현장에서 내부 공격을 통한 직접소화 전술을 기본 작전 방식으로 유지한다.

 

반면 네덜란드의 경우 유사한 상황에서 더욱 신속하게 방어적 전략으로 전환하는 경향이 있다. 이는 내부 진압 전술을 바라보는 관점에서 중요한 차이로 작용한다.

 

네덜란드 연구진은 3D 기법이 지나치게 복잡해 교육이 어렵고 현장에서 충분하게 화재 가스를 냉각해 주지 않는다고 주장한다. 실제로 화재 가스 냉각의 불량은 진압대원의 안전 측면에서 굉장히 중요한 문제다. 

 

하지만 필자와 여러 소방관은 분무 주수로 전환한 후 관창 밸브를 빠르게 여닫는 동작 자체가 복잡하다고 생각지 않는다.

 

다만 상황에 따라 NozzleㆍCone Angle을 적절하게 변환시키고 관창의 개폐 밸브를 여닫는 타이밍을 달리하기 위한 판단을 내리려면 화재 행동을 잘 읽어야 하는데 진압대원이 짧은 시간 내에 판단을 내리는 걸 숙달하는 과정이 어렵다고 본다.

 

이 연구는 철저하게 수행됐으나 한계점도 있다. 연구진도 이를 명시하고 있다. 연구 결과와 결론은 오직 지난 호에 기술된 실험 조건(장치, 화재 하중, 환기 조건)에만 적용된다는 점을 강조한다. 또 연구진은 연구 결과를 일반화할 때 신중히 해야 한다고 언급한다.

 

연구에서는 동적 연기층(Dynamic Smoke Layer)을 최악의 시나리오(Worst Case)로 가정했다. 6~8㎿ 규모의 화재는 고온의 연기층을 생성하며 이런 화재는(복도를 통해 연결됐든 아니든) 일반적으로 외부 공기와 접하는 곳에서 발생한다.

 

고온의 연기층은 화재 발생 지점에서 외부로 신속하게 유출되며 진압대는 이 고온의 연기층 아래에서 화점(Seat of the Fire)까지 이동해야 한다. 연기층 온도가 450℃에 달하면 진압대에게 중대한 위험이 되는 건 분명하다.

 

그러나 이게 유일한 최악의 시나리오는 아니다. 상대적으로 정적인(Stationary) 연기층은 화재 가스 점화(Fire Gas Ignition) 현상이 초래될 수 있다. 과거 이런 상황에서 진압대원 다수가 다친 사례가 있다. 이는 동적 연기층과는 본질적으로 다른 상황이다.

 

예를 들어 모든 창문과 문이 닫힌 상태의 환기 지배형 화재(Under Ventilated Fire)를 고려해 보자. 이 경우 연기층의 온도는 비교적 낮고 연기 흐름 또한 제한적이다.

 

▲ [그림 1] 출입구 내부온도 200℃ 이상일 때 복도 진입 출처 IFV

 

따라서 최악의 상황(Worst Case Scenario)은 또 다른 결과를 보여줄 수 있다. IFV 연구에서는 그중 한 가지 상황(동적 연기층)만을 대상으로 실험했다. 그러나 또 다른 상황 또한 반드시 고려돼야 한다. 연구진은 보고서에서 다음과 같이 언급한다.

 

“공간이 닫힌 상태로 유지되는 정적 연기층(Stationary Smoke Layer)을 대상으로 한 실험 설정에서는 서로 다른 결과가 나올 수 있다”

 

IFV 연구 결과는 아크 기법이 3D 펄스 기법보다 더 효과적으로 화재 가스를 냉각한다는 걸 보여준다. 그러나 또 다른 상황(정적 연기층)에서는 더 우수할 수도, 같을 수도, 더 낮은 효과를 보일 수도 있다. 현재로서는 이와 관련한 연구가 이뤄지지 않았기에 확정적인 결론을 내릴 수 없다. 

 

벨기에에서는 연기 차단 커튼(Smoke Curtain) 사용이 점점 증가하고 있다. 선착대가 활동하는 주택이나 아파트 화재에서 출입문은 대부분 닫혀 있다. 창문 역시 대부분 이중 또는 삼중 유리로 돼 있어 환기 지배형 상태가 유지된다. 이때 먼저 연기 차단 커튼을 설치한 후 출입문을 개방하게 된다.

 

이 같은 상황에서는 동적 연기층이 형성되지 않는다. 도시 환경(Urban Context)에서는 이런 사례가 전체 화재의 대다수를 차지할 가능성이 크다.

 

따라서 네덜란드 연구는 동적 연기를 대상으로 수행됐음을 명심할 필요가 있다. 그러나 연기층이 비교적 정적인 상황도 다수 존재한다. 따라서 정적 연기층을 대상으로 한 새로운 연구가 수행되는 게 바람직하다.

 

물은 열을 흡수한다. 열을 흡수하면 먼저 물의 온도가 100℃까지 상승한 후 수증기로 기화한다. 이후 이 수증기는 추가로 온도가 높아진다. 화재현장에서 수증기는 비활성 기체(Inert Gas)로 작용하고 정적 연기층에서 중요한 역할을 할 수 있다.

 

가연성 혼합물의 연소 한계(Flammability Limits)는 비활성 기체가 첨가될 경우 크게 영향을 받는다. 이는 연기층의 가연성을 감소시키는 결과를 초래한다. 이런 측면은 네덜란드 연구에 포함되지 않았다. 

 

솔직히 말하면 현 기술 수준에서는 이 요소를 연구하는 게 불가능하다. 수증기가 실제로 어느 정도 이바지하는지는 아직 정확하게 알려지지 않았다. 

 

대량의 물을 주수하면 화재를 통해 생성된 에너지의 상당 부분이 물을 가열하는 데 소비될 수 있다. 이는 추가 방수한 물을 수증기로 전환하는 데 사용할 수 있는 에너지가 줄어든다는 걸 의미한다. 결과적으로 최종 생성되는 수증기량이 감소한다. 따라서 비활성화 효과(Inertizing Effect)도 상대적으로 작아진다. 

 

직관적으로 같은 조건에서 펄싱 방식(Water Pulse)을 사용하면 아크 방식보다 더 많은 수증기가 생성될 거로 예상할 수 있다. 반면 동적 연기층에서는 냉각되고 비활성화된 연기가 지속해서 외부로 유출되기에 수증기의 영향은 상대적으로 덜 중요하다. 

 

이런 관점에서 보면 네덜란드 연구진은 동적 연기층을 대상으로 연구했기에 수증기 효과는 연구에 포함되지 않았다. 그러나 이 또한 추가 연구를 통해 더 다양한 지식을 확보할 수 있는 주제다. 

 

아크 기법과 관련해 제기될 수 있는 우려 사항 중 하나는 수손 피해(Water Damage)다. Karel이 미국 동료에게 해당 기법에 대한 의견을 물었을 때 미국 동료는 이렇게 말했다.

 

“일반적으로 저소득층 주택에서 화재 발생 빈도가 높고 부유층 주택에서는 상대적으로 낮다. 이는 대체로 부유층 주택이 소방설비를 잘 관리하고 최신 기준을 준수하는 반면 저소득층 주택에서는 그런 관리가 항상 이뤄지지 않기 때문이다. 그 결과 화재 발생률은 저소득층에서 더 높게 나타난다. 부유층은 화재 보험(Fire Insurance)에 가입된 경우가 많다. 그러나 저소득층에서는 이런 보호 장치가 항상 확보돼 있는 건 아니다”

 

거실을 통해 침실로 이동하는 과정에서 다량의 물을 사용해 아크 기법을 적용하면 해당 공간 내 모든 게 손상될 수 있다. 이런 수손 피해는 화재 자체로 인한 피해보다 더 클 수 있다. 

 

화재 보험이 잘 갖춰진 곳에서는 큰 문제가 되지 않는다. 보험으로 모든 손실이 보장되기 때문이다. 반면 저소득층에서는 진압 후 남은 물품을 분류해 사용할 수 있는지 확인할 수밖에 없다. 보험으로 손실이 보상되지 않는 경우가 많아서다.

 

특히 소규모 화재에서는 아크 기법 사용이 더 큰 문제를 초래할 수 있다. 펄싱 기법은 이와 비교해 수손 피해가 훨씬 적다. 다만 솔직히 말하면 펄싱 기법으로 인한 수손 피해량이 정확히 어느 정도인지는 아직 확실하게 알려지지 않았다.

 

또 아크 기법은 대체 불가능한 물품까지 손상시킬 수 있다. 예를 들면 사진 앨범이나 물에 취약하고 큰 정서적 가치를 지닌 기타 소지품이 이에 해당한다. 이럴 땐 어떤 보험도 손실을 보상할 수 없다.

 

아크 기법에서 사용되는 다량의 물은 3D 펄싱 기법보다 더 큰 피해를 초래할 수 있다. 다만 이는 사용된 유량(Flow Rate)에 따라 달라진다. 이 연구에서는 최대 450ℓ/min의 유량이 사용됐다. 이는 시애틀(Seattle)에서 사용되는 유량의 절반 수준이다. 

 

네덜란드 연구진의 실험에서는 실내 구조가 매우 단순했다. 즉 20m 직선 구간에 가구 등 장애물이 존재하지 않았다. 진압대원들은 화점 위치를 사전에 알고 있어서 어디로 이동해야 하는지 명확히 알았다.

 

▲ [그림 2] 전방 후방 냉각 구간(위: 3D 기법, 아래: 아크 기법) 출처 IFV

 

소방 호스는 대원 네 명이 함께 전개했다. 화점까지 이동하는 데 75초가 소요됐다고 가정하면([그림 2] 참조) 이동하는 동안 약 560ℓ의 물이 사용된 셈이다. 

 

그렇다면 이동 경로가 직선이 아닐 땐 어떻게 될까? 화점 위치를 탐색해야 하는 상황에선 어떨까? 화재 규모가 작아 화점을 즉시 확인할 수 없을 땐 어떨까? 가구 등 장애물이 존재해 이동이 원활하지 않을 땐 어떨까? 혹은 다른 대원이 구조 활동 중이라 호스를 전개하는 인원이 두 명뿐인 상황은 어떨까?

 

이 모든 상황에서는 이동 시간이 더 길어지게 된다. 그 결과 사용되는 물의 양도 더욱 증가할 수밖에 없다. 불이 격렬할수록 피해가 커지고 진압대원과 거주자에게 가해지는 위험도 증가한다.

 

격렬한 화재의 경우 아크 기법이 매우 효과적일 수 있다. 하지만 화재 규모가 작을 땐 수손 피해를 고려한다면 펄싱 기법이 더 효과적일 가능성이 크다.

 

이 연구에서는 폭이 2m를 초과하는 공간에 대해선 거의 다루지 않는다. 그러나 폭이 2m를 초과하는 긴 복도를 통해 화재가 발생한 다른 방에 도달하려면 거실이나 주방을 통과해야 하는 경우가 많다. 

 

공간의 기하학적 구조(Geometry)는 진압 활동 결과에 상당한 영향을 미칠 수 있다. 이와 관련해선 여전히 많은 불확실성이 존재한다. 이는 아크 기법이 해당 상황에서 효과가 없다는 게 아니라 단지 아직 충분히 검증되지 않았음을 의미한다.

 

네덜란드 연구진은 펄싱 기법(Pulse Technique) 수행이 어렵다고 언급한다. 그 근거로 연구 과정에서 펄싱이 항상 올바른 방향으로 이뤄지지 않았음을 제시했다. 그러나 이 실험은 대부분 경험 있는 강사(Instructors)에 의해 수행됐다.

 

여기서 말하는 건 기술적 난이도(Technical Difficulty)다. 연기층으로 펄싱을 통해 물방울을 전달하는 건 신체적으로 어려운 작업이 아니다. 연구진 지적대로 일정한 숙련(Skill)이 필요하다. 따라서 충분한 연습이 요구된다. 반면 450ℓ/min에서 아크 기법을 수행하는 건 신체적으로 상당한 부담을 요구한다.

 

▲ [그림 3] 실험의 구획실 구조는 단순했다. 실제 화재현장은 더 복잡한 구조일 것이다. 출처 IFV

 

일반적으로 미국 동료들은 3.5㍴ 압력으로 작동하는 관창을 사용한다. 이는 우리가 사용하는 압력의 절반 정도에 해당한다. 

 

이로 인해 우리가 사용하는 관창은 훨씬 더 큰 반작용력(Reaction Force)이 발생한다.

 

관창에서 450ℓ/min의 물이 흐를 때 소방 호스를 이동시키려면 상당한 신체적 힘이 필요하다. 특히나 체격이 작은(즉 체중이 적은) 대원에게는 큰 도전이 될 수 있다. 일반적으로 체중이 많이 나갈수록 큰 반작용력을 극복하는 게 더 수월하다.

 

450ℓ/min 유량으로 아크 기법을 사용하면 기존에 가스 냉각(Classic Smoke Gas Cooling)이 적용되기 어려운 조건에서도 이동(Progress)을 가능하게 한다. 물의 높은 에너지 흡수량(Energy Absorption) 때문이다.

 

다른 한편으로는 이 기법이 3D 펄싱보다 훨씬 더 먼 거리(15m vs 6m)까지 냉각할 수 있어서다. 반대로 이 기법은 상당한 육체적 노력(Physical Effort)을 요구하기에 모든 진압대원이 수행할 수 있는 건 아니다.

 

기술적으로 아크 기법은 3D 펄싱 기법보다 수행이 용이하다. 부분적으로 아크 기법이 3D 펄싱보다 더 많은 ‘오차(Errors)’를 허용해서다. 

 

3D 펄싱은 효과적인 화재 가스 냉각을 위해 물방울이 정확한 위치에 도달해야 한다. 하지만 아크 기법은 완전히 정확하게 수행되지 않아도 여전히 충분한 냉각 효과를 보여준다. 아크 기법에 대해선 여전히 알려지지 않은 부분이 많다. 단점(Disadvantages)도 존재한다.

 

▲ [표 1] 아크 기법의 장단점 출처 CFBT-BE article 58

 

이를 기반으로 볼 때 펄싱 기법을 아크 기법으로 대체하는 건 현명하지 않을 수 있다. 실제로 네덜란드 동료들도 그렇게 하지 않았다. 그들은 아크 기법을 ‘추가 방법(Additional Method)’으로 도입했다. 연기층이 정지하거나 천천히 움직일 땐 롱 펄싱(Long Pulses)을 사용하고 그 외에는 아크 기법을 적용했다.

 

대형 건물과 넓은 공간에서의 내부 공격(Interior Firefighting)은 주로 도시 지역에서 이뤄진다. 일반적으로 도시 지역에서는 경험 많은 진압대원을 찾는 게 어렵지 않다. 카렐 램버트(Karel Lambert)는 아크 기법의 적용 영역을 주로 이런 지역에서 찾을 수 있다고 본다.

 

이 기법은 더 큰 화점으로 안전하게 접근할 수 있도록 해준다. 또 ‘직사 주수(Straight Stream)’를 사용함으로써 물이 수평(Horizontal)과 수직(Vertical) 방향 모두에서 더 멀리 도달하도록 한다. 다만 이런 상황은 전체 사례 중 ‘일부(Minority)’에 해당함을 유념할 필요가 있다.

 

간단히 정리하면 다음과 같다.

 

▲ [표 2] 펄싱 기법과 아크 기법의 적용 출처 CFBT-BE article 58

 

따라서 아크 기법은 ‘제한된 사례(Limited Number of Case)’에서 사용되는 추가적 도구(Extra Tool)로 기능하게 된다.

 

우리 대한민국 소방에서도 펄싱 기법이 무언가 부족함을 느끼는 동료들에게 네덜란드 연구진의 논문(참고자료 Ⅱ)을 추천한다.

 

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참고자료

I. Attacking and Extinguishing Interior Fires, Lloyd Layman, NFPA

II. Research IFV Gas Cooling(When Water Goes Up in Smoke), Karel Lambert, CFBT-BE

III. When Water Goes Up in Smoke(An experimental research to the effect of the 3D puls method and arc method when cooling smoke gasses., Institute for Safety(IFV) Fire Service Academy, The Netherlands

 

경기 군포소방서_ 최기덕 : smile9096@icloud.com

 

<본 내용은 소방 조직의 소통과 발전을 위해 베테랑 소방관 등 분야 전문가들이 함께 2019년 5월 창간한 신개념 소방전문 월간 매거진 ‘119플러스’ 2026년 3월 호에서도 만나볼 수 있습니다.>

 

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