전기 자전거, 전기 스쿠터, 전기 오토바이, 호버보드. 전기 배달 차량들이 복도에 주차되어 있거나 빈 방에서 충전되고 있습니다. 리튬 이온 배터리로 작동하는 전기 이동 수단의 등장은 사람들의 삶의 방식을 바꾸고 있으며, 전 세계 주거용 건물의 화재 위험 또한 변화시키고 있습니다. 

이러한 기기들은 소방 전문가들이 이전에 경험했던 어떤 화재와도 다른 방식으로 발화합니다. 천천히 불이 붙는 것이 아니라, 폭발적으로 타오릅니다. 과학자들이 열 폭주 라고 부르는 현상을 겪는 전동 스쿠터는 60초도 안 되는 시간에 실내 온도를 정상 상태에서 플래시오버(방 전체에 불이 번지는 현상)로 바꿔놓을 수 있으며, 이는 생존이 불가능한 화재로 이어집니다. 

소방 전문가들이 제기해 온 질문은 타당합니다. 과연 주택용 스프링클러가 그런 상황을 감당할 수 있을까요? 

UL 연구소 산하 화재안전연구소(FSRI)의 연구 결과는 그 질문에 대한 명확한 답을 제시합니다. 네, 가능합니다. 

열폭주란 무엇이며, 왜 그토록 위험한가요? 

리튬 이온 배터리(LIB)는 작은 공간에 많은 에너지를 저장합니다. 하지만 충전기 불량, 물리적 손상, 제조 결함 또는 단순히 노후화와 같은 특정 상황에서는 배터리 내부의 셀이 과열될 수 있습니다. 온도가 상승하면 배터리 내부의 화학 반응 속도가 빨라집니다. 이러한 반응은 더 많은 열을 발생시키고, 이 열은 다시 더 많은 반응을 일으킵니다. 이러한 과정은 가속 순환 고리를 통해 계속됩니다. 

결국 배터리는 가연성 가스 구름을 방출합니다. 이 가스가 발화하면(때로는 폭발적인 힘으로) 순식간에 방 전체가 불길에 휩싸일 수 있습니다. 

뉴욕시에서만 리튬 이온 배터리(LIB)를 사용하는 마이크로 모빌리티 기기로 인한 화재가 한 해(2023년) 동안 267건 발생하여 150명이 부상을 입고 18명이 사망했습니다. 런던, 서울, 시드니를 비롯한 유럽과 아시아의 여러 도시에서도 유사한 사례가 보고되었습니다. 대부분의 화재는 주택이나 아파트에서 발생하는데, 바로 이러한 주거용 건물에 스프링클러가 설치되어 사람들을 보호하도록 설계된 곳입니다. 

연구 결과가 실제로 보여준 것은 무엇이었을까? 

FSRI의 연구원들은 펜실베이니아주 샤론 힐에 있는 특수 설계된 단독 주택 내부에서 일련의 실규모 화재 시험을 수행했습니다. 이 주택에는 미국 가정용 스프링클러 시스템 표준인 NFPA 13D를 충족하도록 미국 소방 스프링클러 협회(NFSA)에서 설계 및 설치한 주거용 스프링클러 시스템이 설치되어 있습니다. 

실험에 사용된 전동 스쿠터는 60볼트, 1.2킬로와트시의 리튬 이온 배터리 팩을 탑재했는데, 이는 전 세계에서 판매되는 많은 승용 스쿠터에 사용되는 배터리 종류입니다. 연구진은 배터리를 과충전하거나 직접 가열하는 두 가지 방법을 통해 열폭주 현상을 유발했습니다. 

총 5회의 실험이 진행되었는데, 4회는 밀폐된 침실에서, 1회는 개방된 거실에서 실시되었다. 

모든 테스트에서 스프링클러 시스템은 정상적으로 작동했습니다. 

사건의 전말은 다음과 같습니다. 

  • 침실 테스트에서는 점화 후 3~5초 이내에, 거실 테스트에서는 5초 이내에 스프링클러가 작동했습니다. 

  • 다섯 번의 실험 모두에서 섬락 현상은 발생하지 않았습니다. 

  • 화재는 전동 스쿠터 자체에만 국한되었으며, 침대나 소파, 기타 방 안의 가구로 번지지 않았습니다. 

  • 화재 발생 지점 외부의 온도와 가스 농도는 사람들이 탈출할 수 있는 수준을 유지했습니다. 

비교하자면, 같은 연구팀의 이전 연구에서는 스프링클러가 없는 동일한 전동 스쿠터가 60초도 안 되어 침실에서 급격한 화재를 일으켰다는 사실을 보여주었습니다. 방 온도는 1,000°C(1,832°F)를 넘어섰고, 그 방 안에 있는 사람은 아무도 살아남을 수 없었을 것입니다. 

스프링클러 덕분에 발화 지점의 최고 온도는 그 수준의 극히 일부로 유지되었습니다. 닫힌 침실 문 밖 복도의 온도는 61°C(142°F)를 넘지 않았는데, 이는 따뜻하지만 견딜 만한 온도였습니다. 

이것이 고층 주거 건물에 미치는 영향은 무엇일까요? 

고층 주거 건물은 특히 어려운 과제를 안겨줍니다. 이러한 건물은 전기 이동 수단이 가장 흔하게 보관되고 충전되는 곳, 즉 아파트 내부, 현관 근처 또는 공용 복도와 같은 장소이며, 또한 대피에 시간이 오래 걸리는 건물 유형이기도 합니다. 

14층에서 60초 만에 플래시오버 단계에 도달하는 화재는 단독주택에서 같은 속도로 확산되는 화재와는 근본적으로 다른 비상 상황입니다. 계단은 더 길고, 엘리베이터를 사용할 수 없으며, 화재 발생 층 위아래에 거주하는 다른 주민들도 위험에 처할 수 있습니다. 

NFPA 데이터에 따르면 스프링클러가 설치된 주택의 민간인 사망률은 스프링클러가 없는 주택보다 89% 낮습니다. 이 통계는 일반적인 주택 화재를 기준으로 산출된 것입니다. FSRI의 연구는 이러한 이점이 리튬 이온 배터리 고장으로 인한 급속하고 폭발적인 화재 확산에도 유효하며, 오히려 더 중요할 수 있음을 시사합니다. 

이번 연구에서 도출된 몇 가지 결과는 고층 주거 건물에 특히 중요한 의미를 지닙니다. 

닫힌 문은 여전히 중요합니다. 속이 빈 침실 문조차도 반대편 사람들에게 상당한 보호막을 제공했습니다. 인접한 호실, 복도, 그리고 다른 층에 있는 사람들은 안전하게 대피할 시간을 벌 수 있었습니다. 

화재가 최악의 상황에 이르기 전에 스프링클러 시스템이 작동했습니다. LIB 화재는 매우 빠르게 확산되기 때문에 스프링클러의 반응 속도를 따라잡지 못할까 우려했지만, 실제로는 신속 반응 스프링클러가 몇 초 만에 작동하여 화재가 더 확산되기 전에 진압했습니다. 

거실 화재 상황에서는 스프링클러 4개가 동시에 작동했는데, 이는 시스템 설계 용량을 훨씬 초과하는 수치였습니다. 그럼에도 불구하고 시스템은 화재를 진압했습니다. 이는 현대 고층 주거 설계에서 점점 더 흔해지고 있는 넓은 개방형 거실 공간에서 매우 중요한 요소입니다. 

단순히 열뿐만 아니라 유독 가스도 심각한 위험 요소입니다. 이번 연구에서는 일산화탄소(CO) 농도를 측정하고 과학자들이 '유효 노출량(Fractional Effective Dose, FED)'이라고 부르는 수치를 계산했습니다. 이는 공기가 생명을 위협하는 수준으로 변하는 속도를 나타냅니다. 스프링클러가 설치된 침실 실험에서, 방 안의 유독 물질 농도는 매우 빠르게 증가했습니다. 따라서 방에서 빨리 나오는 것이 매우 중요합니다. 다행히도, 문을 닫고 나면 몇 분 동안은 생존 가능한 수준의 환경이 유지되었습니다. 

건물 소유주, 개발업자 및 규제 기관을 위한 핵심 요점 

전기 이동 수단은 사라지지 않을 것입니다. 많은 도시에서 수십만 명의 주민들에게 주요 교통 수단으로 사용되고 있습니다. 전기 이동 수단이 안고 있는 화재 위험은 실재하며, 이미 잘 알려져 있고, 점점 증가하고 있습니다. 

해결책은 해당 기기들을 금지하는 것이 아니라, 사고 발생 시 피해를 최소화할 수 있는 화재 방지 인프라를 구축하고 유지하는 것입니다. 

본 연구는 현행 기준에 따라 적절하게 설계, 설치 및 유지 관리된 주거용 스프링클러 시스템이 전동 스쿠터 및 전기 이동 수단 화재를 효과적으로 진압할 수 있다는 강력한 증거를 제시합니다. 스프링클러 시스템은 충분히 신속하게 작동하고, 충분히 효과적으로 화재를 진압하며, 화재 발생 장소 밖의 사람들을 열과 유독 연기로부터 보호합니다. 

건물 소유주와 개발업자에게 이 연구는 다음과 같은 강력한 근거를 제시합니다. 

  • 모든 신축 고층 주거 건물에 주거용 스프링클러 시스템을 설치하도록 보장합니다. 

  • 기존 시스템이 NFPA 25에 따라 정기적으로 검사, 테스트 및 유지 관리(ITM)되는지 확인합니다. 

  • 전기차 보관 및 충전에 대한 건물 정책을 검토하고, 제한 사항과 함께 화재 예방 인프라에 대한 명확한 의지를 확보해야 합니다. 

규제 기관과 관련 규정 담당자들에게 전하는 메시지는 유사합니다. 스프링클러 시스템이 처리해야 하는 화재 시나리오가 변화하고 있다는 것입니다. 연구계는 이러한 변화를 기록하는 데 기여하고 있으며, 관련 규정 및 표준 제정 과정 또한 이에 맞춰 지속적으로 발전해야 합니다. 

스프링클러가 할 수 없는 일에 대한 참고 사항 

이 연구는 또한 중요한 사실을 확인시켜 줍니다. 스프링클러는 시간을 벌어주는 역할을 하지만, 그것만으로는 완벽한 해결책이 될 수 없습니다. 

열폭주가 발생하는 동안 전동 스쿠터와 가까운 곳에 있는 사람, 즉 같은 방이나 기기 근처에 있는 사람은 스프링클러가 작동하기 직전 몇 초 동안 극심한 위험에 처하게 됩니다. 실험에서 불타는 스쿠터 근처의 연기 온도는 800°C(1,472°F)를 초과했습니다. 이는 즉사 원인입니다. 

발화 후 9초 이내에 발화 지점 내 유독 가스 농도가 생명을 위협하는 수준에 도달할 수 있습니다. 

즉, 거주자의 행동이 여전히 매우 중요하다는 뜻입니다. 즉시 대피하세요. 자세를 낮추세요. 문을 닫으세요. 데이터는 닫힌 문이 효과적인 차단막 역할을 한다는 것을 확인시켜 줍니다. "잠들기 전에 문을 닫으세요"라는 잘 알려진 공공 안전 메시지 역시 이 연구와 같은 과학적 근거에 기반하고 있습니다. 

스프링클러는 사람들이 탈출할 시간을 벌어주지만, 탈출해야 할 필요성 자체를 없애는 것은 아닙니다.