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第6章 消防防災の科学技術の研究・開発
(4) 多様化する火災に対する安全確保に関する研究

ア 背景・目的

本研究課題では、東日本大震災で発生したような地震・津波火災、社会環境の変化などにより多様化している火災、住宅用火災警報器、再燃火災などに関係する様々な防火安全上の技術的課題を解決することを目指して、次の五つのサブテーマを設け、5年間の計画で研究開発を行っている。

  1. (ア) サブテーマ「東日本大震災における火災分析と防火対策」
    1. a 東日本大震災において発生した火災の発生原因や延焼要因の究明

      東日本大震災では、市街地広域火災に拡大した火災や避難所に延焼した火災など、地震・津波火災として重大な問題を含むものが発生しているが、これらの火災の中には、実態がよくわからないものがある。また、津波で浸水した自動車から出火する事例が多数あったことが、目撃談やビデオ映像などからわかっているが、その出火メカニズムは明らかでない。このようなことから、このサブテーマでは、今後の地震・津波火災を防いだり、延焼・拡大を抑えたりするための技術的方策を見いだすため、東日本大震災において発生した火災の発生原因や延焼要因を究明することを目指している。

    2. b 再生可能エネルギー関連設備・装置の火災危険性把握

      環境指向の高まりとともに、太陽光など再生可能エネルギーを利用した家庭内発電装置やメガソーラーなどの発電所の数が増加している。このような再生可能エネルギー関連設備・装置は、東日本大震災における原子力発電所の事故の影響による電力不足や被災地復興のための需要などの要因から今後ますます増えていく可能性がある。しかしながら、太陽光発電装置が設置された住宅における火災の消火活動中に消防隊員が感電するという事案が報告されており、このような太陽光発電装置は消火活動中の危険要因となり得る。このサブテーマでは、太陽光発電装置などの再生可能エネルギー関連設備・装置の火災予防上の安全な使用方法と、そのような設備・装置が設置されている火災現場において、安全に消火活動を行えるようにするための方策を見いだすため、〔1〕設備・装置自体が有する火災危険性と、〔2〕設備・装置が火災に巻き込まれた時に発生する危険性を評価することを目指している。

  2. (イ) サブテーマ「火災の実態把握と課題抽出」

    近年、個室ビデオ店のような消防法令上想定されていなかった新しい業態や建物の使い方の出現、新しい素材や物質などの普及、高齢化の進展、一人暮らし世帯の増加などにより、火災の原因や現象、被害の生じ方も変化している。

    このサブテーマでは、火災予防のための施策と啓発活動への反映や、実施すべき新たな研究課題の提起などを通じて、火災による人的・物的被害の軽減につなげられるよう、年々変化する火災の実態を分析し、その傾向・要因を把握することを目指している。

  3. (ウ) サブテーマ「火災の促進要因と燃焼性状の実験と数値計算による分析」
    1. a 様々な可燃物の燃焼・消火に伴う生成物及び燃焼に伴う諸現象の把握

      低反発素材、金属混合樹脂、建物内外の断熱材などの新しい材料・素材の中には、火災時の燃焼性状や燃焼中・消火中の有毒ガス等の危険性など、正確な火災感知・消火、安全な避難、効果的な消防活動にとって必要不可欠な情報が得られていないものがある。このサブテーマでは、こうした可燃物の燃焼・消火に伴う生成物及び燃焼に伴う諸現象を主として実験的に把握することを目指している。

    2. b 火災に伴って発生する旋風の発生メカニズム・発生条件の解明

      大規模市街地火災、林野火災などでは、「火災旋風」と呼ばれる竜巻状の渦が発生して、多くの被害が引き起こされることがあり、首都直下地震においてもその発生が危惧されている。これまでの研究により、火災域の風下に発生する旋風の発生メカニズムや構造が徐々に明らかになってきたが、依然不明な点が多い。そのためこのサブテーマでは、火災域の風下に発生する旋風の発生メカニズム・発生条件の解明に加えて、無風下で発生する火災旋風の発生条件の解明を目指している。

    3. c コンピュータシミュレーションによる火災再現技術の研究開発

      火災の調査や消防用設備の設置の効果の検討を行う目的で、火災実験が行われる場合があるが、そのような実験には大規模な設備が必要である。また、実験の準備・実施には多くの時間、費用が必要であることから、実験条件を変えたいくつものケースについて実験を行うことは困難である。このような火災実験の代わりとなり、かつより効率的な手段として、コンピュータシミュレーションによる火災再現技術が期待されており、その有効性も示されつつある。しかし、そのようなシミュレーションを行うには高価で高性能なコンピュータが必要であるため、消防本部等においては導入しにくい状況にある。このようなことから、このサブテーマでは、パソコンでも火災再現のコンピュータシミュレーションを実施可能にするような高速な計算手法の研究開発を目指している。

  4. (エ) サブテーマ「生活に密着した建物等での警報伝達手段に関する研究」

    住宅用火災警報器や自動火災報知設備が設置されていない小規模店舗が多いアーケード街や市場では、ひとたび出火すると延焼拡大する事例がある。このような火災における安全で確実な避難を可能にする方法として、火災警報を火災が発生した建物の中にいる人のみではなく、その周辺の建物の中にいる人にも伝達することが考えられる。このようなことから、このサブテーマでは、小規模建物群において、住宅用火災警報器により近隣建物に警報を伝達し、共助体勢を構築する技術の開発を目指している。

  5. (オ) サブテーマ「熱画像を活用した再燃火災の発生防止に関する研究」

    火災がいったん鎮火した後に再び燃える再燃火災は、二次的な被害を生じるだけでなく、市民の消防に対する信頼を損なうおそれのある問題であるが、現状では、再燃火災を完全に防止する手法はない。鎮圧後の火災現場において、再燃火災の原因となる壁や天井裏などの構造内の残火を探し出すための手法は、今のところは、目で見て、手で触って温度を確認するなど、消防隊員の感覚や経験に依存している。そこでこのサブテーマでは、再燃火災防止のための技術として赤外線カメラを利用するなどして、消火後の火災現場の温度管理が行えるよう、温度場を定量的に監視・記録できる手法を開発することを目指している。

イ 平成25年度の主な研究開発成果

サブテーマ「東日本大震災における火災分析と防火対策」では、再生可能エネルギーのひとつである太陽光発電装置について、消防隊員の感電と燃焼時の発生ガスに着目し実験を行った。消防隊員が消火活動時に使用する手袋、靴、破壊器具について、感電の観点から抵抗の測定を行った結果、濡れた場合にはすべての手袋で感電の危険があることがわかった。太陽電池モジュールを構成する樹脂が加熱や燃焼で分解すると、フッ化水素、炭化水素、プロパナール、ベンゼン、トルエン、スチレンなど、有毒ガスを含む多様な分解ガスが発生することがわかった。

サブテーマ「火災の実態把握と課題抽出」では、社会情勢の変化に留意しつつ、課題の抽出を目的とした探索的分析を行った。

サブテーマ「火災の促進要因と燃焼性状の実験と数値計算による分析」では、サンドイッチパネル等の建物内装材に使用される素材及び収容可燃物に関する燃焼性状の把握を行い、高温の煙による天井への伝熱と平成24年度に実施した剥離条件とを組み合わせ、火災時におけるサンドイッチパネルの剥離予測モデルを作成した。また、燃焼条件を考慮した小規模実験による燃焼データの把握・蓄積を行うとともに、火災室以外の場所で亡くなる条件について一酸化炭素燃焼生成ガスの発生状況に基づき、より詳細な検討を行った。実大実験で発生する、多量のスス・水分などを除去するための装置開発及び実大火災実験による実証実験を行った。

「火災に伴って発生する旋風の発生メカニズム・発生条件の解明」では、火災域のすぐ風下に発生して、風に流されずにその場に定在するタイプの火災旋風の発生メカニズムを解明するために、1〜2m規模の火炎を用いた室内実験を行った。その結果、このタイプの火災旋風は、風で傾いた火炎からの上昇気流内に形成される渦対の各渦の中に火炎が巻き込まれることによって発生している可能性が高いことが明らかになった。

「コンピュータシミュレーションによる火災再現技術の研究開発」では、火災調査の技術的支援としてコンピュータシミュレーションを発災建物に適用した。シミュレーション結果から廊下やパイプスペースを経由して拡散する一酸化炭素の建物内濃度分布の時間変化を再現し、実際の火災状況を説明できる情報の一つとしてコンピュータシミュレーションの活用が図れた。

サブテーマ「生活に密着した建物等での警報伝達手段に関する研究」では、北九州市内の木造市場の各店舗に無線連動式住宅用火災警報器を設置し、火災警報を近隣複数世帯間で共有する地域警報ネットワーク構築のモデル実験を行った。モデル実験開始後1年間で通信障害による非火災報が発生したが、中継器を増設することで対処できた。また、無線連動式住宅用火災警報器設置による共助意識の向上の分析に必要な、実験開始時の防災意識アンケートを実施した。

サブテーマ「熱画像を活用した再燃火災の発生防止に関する研究」では、再燃着火の危険性が高い、天井裏の木製部材の接合部(木組み)が長時間燃焼した想定での実験を行った。木組みを電熱器で下方から40分加熱し、熱画像カメラ、通常のビデオカメラ、通常のデジタルカメラで観察した(第6-6図)。加熱を継続している間は、時々、火炎をあげながら、木の焼けが進んだ(第6-7図)。加熱を終了した後は、火炎は見えなくなったが、熱画像カメラで観察すると、接合部のすきまに200℃を超える高温の部分があることを容易に見つけることができた(第6-8図)。

第6-6図 実験の様子
第6-7図 加熱中の様子
第6-8図 40分間加熱し、その後40分間放置した際の様子
第6章 消防防災の科学技術の研究・開発
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