건물내에서 발생한 화재의 초기 확산
건축물 화재는 가연물에 불이 붙어 서서히 진행하다 세워져 있는 다른 가연물로 불이 붙기 시작하며 결국 천장으로 옮겨가 본격적인 화재로 이어진다.
화재의 수직확산은 대류열이 바로 위에 있는 물질을 예열함으로써 연소를 가속화시키면서 급속히 이루어진다. 수평확산은 바닥부분에서 보다는 천정에서 급속히 이루어진다.
발화원 -> 착화물 연소 -> 입상재의 착화 및 확대 -> 천정면의 착화 및 확대 -> 인접 실내의 착화 및 확대
화재 초기단계는 아직 최초의 화원이 된 가연물에서의 연소가 확대되고 있는 시기이다. 일반적으로 처음에는 실내의 온도 상승과 산소농도의 저하가 완만하다. 그 온도 상승과 산소농도 저하의 정도는 처음 불이 붙은 규모 및 화재장소가 얼마나 큰가에 의존한다.
예를 들어 동일 규모로 시작이 되었어도 주택의 방과 같은 작은 공간에서는 산소농도의 저하가 빠르다.
실내에 발생한 화재로 생성된 가스는 고온이므로 부력에 의해 화원 위쪽에 상승기류를 일으킨다. 이 상승기류는 화재 플룸(fire plume)이라고 부른다. 화재 플룸은 주위 공기를 유입하면서 상승해 공간상부에 연소 생성가스와 공기의 혼합기층을 만든다.
이것을 상부 고온층 또는 연기층이라고 한다. 한편 공기층 하부에는 신선한 공기를 주체로한 공기층이 유지된다. 약간은 열전달의 영향으로 온도가 상승하고 연소생성물도 섞이므로 보다 일반적으로는 하부온도층이라고 부르는 경우도 많다.
연기층에는 화재 플룸을 통해 계속적으로 연소 생성물과 공기가 혼합되어 공급되므로 연기층은 시간이 지남에 따라 두터워진다.
맨 처음 연기층의 위치가 높을 때는 공기층에서 신선한 공기가 대량으로 유입되므로 공기층의 하강은 빠른 반면에 희석효과로 온도와 연기농도가 낮아진다. 연기층이 하강함에 따라 공기층에서 유입되는 공기량이 감소해 연소가스가 희석되는 정도가 적어지므로 연기층의 온도는 상승한다.
일반적으로 실제 상황에서 화원의 발열속도가 일정하지 않고 점점 증가하므로 이러한 과정은 점점 빠르게 진행된다.
연기층이 창문, 문 등 개구부의 위치까지 이르면 연기의 구획 밖으로의 유출도 시작된다. 이 유출량과 화재 플룸을 통한 연기층의 유입량이 같아지면 연기층의 높이도 거의 안정된다. 단 개구부가 존재하지 않거나 작을 때는 연기층이 화원 위치 근처까지 내려간다. 그러면 실내의 산소농도가 두드러지게 저하되고 연소도 불완전해져 일산화탄소가 발생하고 또 화원에서의 열분해 가스가 미연소 가스로 실내에 축적되게 된다.
초기화재시에는 구획내의 온도가 낮으므로 구획에서 열의 피드백이 가연물의 연소속도에 미치는 영향은 거의 무시할 수 있다. 연기층의 온도, 두께 등 초기화재형태를 특징짓는 값은 화원의 발열속도, 화재가 발생한 장소의 규모, 벽과 천정의 열특성, 개구부의 조건 등에 의존된다.
