(A) study on the effect of elevator movement and fire on pressure difference between vestibule and fire room on the smoke control system in high-rise building원문보기
약 20~30년 전부터 초고층 건축물은 인구밀집에 대한 대안책 그리고 한 나라를 대표하는 랜드마크로써 활발하게 건설되고 있다. 하지만, 초고층 건축물에서 화재 발생 시 생성되는 연기 및 유독성 가스는 수직적 구조인 계단실 혹은 엘리베이터 샤프트를 통해서 건물 전체로 빠르게 확산되고 있다. 따라서 이러한 유독성 가스로 인한 질식사 그리고 연기로 인한 가시거리 미확보 등은 실제 화재에 의한 사망자 보다 더 많은 인명피해를 야기하고 있는 추세이다. 따라서, 이러한 인명피해에 대한 대안책으로써 일정 송풍유량을 유입하여 연기 및 유독성 가스의 확산을 방지하기 위한 제연시스템이 실간 차압 40~60Pa이 유지되도록 규정되고 있다. 국내의 제연시스템의 경우 전층가압방식인 부속실 가압방식, 계단실 가압방식, 부속실 및 계산실 동시가압방식이 사용되고 있으며, 이 중 부속실 가압방식이 가장 보편적으로 적용되고 있다. 하지만, 전층가압방식의 경우, 연돌효과와 함께 ...
약 20~30년 전부터 초고층 건축물은 인구밀집에 대한 대안책 그리고 한 나라를 대표하는 랜드마크로써 활발하게 건설되고 있다. 하지만, 초고층 건축물에서 화재 발생 시 생성되는 연기 및 유독성 가스는 수직적 구조인 계단실 혹은 엘리베이터 샤프트를 통해서 건물 전체로 빠르게 확산되고 있다. 따라서 이러한 유독성 가스로 인한 질식사 그리고 연기로 인한 가시거리 미확보 등은 실제 화재에 의한 사망자 보다 더 많은 인명피해를 야기하고 있는 추세이다. 따라서, 이러한 인명피해에 대한 대안책으로써 일정 송풍유량을 유입하여 연기 및 유독성 가스의 확산을 방지하기 위한 제연시스템이 실간 차압 40~60Pa이 유지되도록 규정되고 있다. 국내의 제연시스템의 경우 전층가압방식인 부속실 가압방식, 계단실 가압방식, 부속실 및 계산실 동시가압방식이 사용되고 있으며, 이 중 부속실 가압방식이 가장 보편적으로 적용되고 있다. 하지만, 전층가압방식의 경우, 연돌효과와 함께 댐퍼에서 발생하는 누설 및 압력강하로 인해 최상층과 최하층의 차압이 다르게 형성되어 제연성능 유지가 되지 않는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 보완하기 위해 미국 및 영국의 경우 성능설계 위주의 샌드위치 가압방식, 즉 화재층은 배기, 직상 및 직하층은 급기를 시키는 부분층 가압방식이 적용되고 있다. 또한, 초고층 건축물의 경우 엘리베이터를 이용한 피난은 재실자의 신속하고 안전한 피난을 위해 필수적으로 고려되고 있다. 하지만, 초고층 건축물에서 엘리베이터 구동에 의해 엘리베이터 샤프트 내부는 강력한 압력장이 발생하여 제연시스템에 영향을 미칠 가능성이 있다. 따라서, 본 연구에서는 샌드위치 가압방식이 적용된 초고층 건축물 제연시스템에서 엘리베이터 구동 및 화재에 의한 영향이 부속실과 화재실 간 차압형성에 미치는 영향을 실험적으로 그리고 수치해석 기법을 통해 분석하고자 하는 것이다. 본 연구를 위해서 샌드위치 가압방식이 적용된 3층의 model 건축물을 제작하여 화재 및 엘리베이터 구동에 의한 영향을 분석하였다. 화재의 경우, 소파 발열량 1MW급의 화재를 기준으로 Scailing law를 통해 31kW급 화재로 묘사하였으며 연료는 n-Heptane을 이용하였다. 본 건축물 엘리베이터 속도의 경우 실제 엘리베이터 속도를 구현하지 못하는 문제점이 있다. 따라서, 저속의 엘리베이터 구동에 따른 영향을 실험 결과 값과 수치해석 결과 값의 비교검증을 통해서 수치해석 기법의 유효성을 확인하였다. 실제 엘리베이터 속도 1.5 m/s에서부터 16m/s를 수치해석을 통해 분석하기 위해 모델 건축물의 엘리베이터 속도를 레이놀즈 상사법칙을 통해 10m/s에서부터 100m/s까지 Scailing law 하였다. 화재 실험 연구 결과, 1MW급의 화재를 묘사한 31kW급 화재 발생 시, 거실의 압력분포는 화재유무에 따라 약 25Pa이 상승하는 것을 확인하였다. 이는 화재 발생 시 생성되는 온도 증가와 함께 압력팽창 현상으로 거실 내부의 온도가 상승했음을 나타낸다. 또한, 직접적인 화재가 발생한 거실을 제외한, 부속실 그리고 엘리베이터 샤프트 내부의 압력변화는 나타나지 않는 것으로 확인된다. 엘리베이터구동의 수치해석 연구 결과, 엘리베이터가 고속으로 구동할수록, 부속실에 미치는 영향 또한 크게 나타났다. 10m/s로 구동되는 경우에는 부속실에서 엘리베이터 샤프트 쪽으로 유입되지만, 20m/s이상 구동되는 경우에는 엘리베이터 구동에 의해 샤프트 내부의 유량이 부속실로 유입되는 현상을 확인하였다. 또한, 엘리베이터의 속도가 빠를수록 샤프트 내부의 유량이 부속실로 유입되어 부속실의 압력이 증가하였다. 따라서 기준 차압 40~60 Pa을 형성하기 위한 댐퍼에서 부속실로 유입되는 유량이 부속실에서 댐퍼로 역유입되는 것을 확인하였다. 이는 엘리베이터의 속도가 빠를수록 엘리베이터 샤프트 내부의 유량이 부속실로 유입되어 부속실의 압력이 댐퍼보다 높기 때문에 발생하는 현상으로 판단된다. 이러한 모델 엘리베이터 속도 10m/s에서부터 100m/s까지 구동되는 경우, 부속실과 화재실의 차압변화는 curve-fitting을 통해 방정식을 산출하였다. 현재 국내 및 국외 화재안전기준에서 재실자의 안전한 피난을 위한 부속실과 화재실의 기준 차압 40~60 Pa을 유지하기 위해 일정하게 송풍유량을 유입하고 있다. 따라서, 본 연구를 통해서 재실자의 안전한 피난경로 확보를 위해 화재 및 엘리베이터 구동을 고려한 송풍유량 변경이 고려 되어야 할 것으로 사료된다.
약 20~30년 전부터 초고층 건축물은 인구밀집에 대한 대안책 그리고 한 나라를 대표하는 랜드마크로써 활발하게 건설되고 있다. 하지만, 초고층 건축물에서 화재 발생 시 생성되는 연기 및 유독성 가스는 수직적 구조인 계단실 혹은 엘리베이터 샤프트를 통해서 건물 전체로 빠르게 확산되고 있다. 따라서 이러한 유독성 가스로 인한 질식사 그리고 연기로 인한 가시거리 미확보 등은 실제 화재에 의한 사망자 보다 더 많은 인명피해를 야기하고 있는 추세이다. 따라서, 이러한 인명피해에 대한 대안책으로써 일정 송풍유량을 유입하여 연기 및 유독성 가스의 확산을 방지하기 위한 제연시스템이 실간 차압 40~60Pa이 유지되도록 규정되고 있다. 국내의 제연시스템의 경우 전층가압방식인 부속실 가압방식, 계단실 가압방식, 부속실 및 계산실 동시가압방식이 사용되고 있으며, 이 중 부속실 가압방식이 가장 보편적으로 적용되고 있다. 하지만, 전층가압방식의 경우, 연돌효과와 함께 댐퍼에서 발생하는 누설 및 압력강하로 인해 최상층과 최하층의 차압이 다르게 형성되어 제연성능 유지가 되지 않는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 보완하기 위해 미국 및 영국의 경우 성능설계 위주의 샌드위치 가압방식, 즉 화재층은 배기, 직상 및 직하층은 급기를 시키는 부분층 가압방식이 적용되고 있다. 또한, 초고층 건축물의 경우 엘리베이터를 이용한 피난은 재실자의 신속하고 안전한 피난을 위해 필수적으로 고려되고 있다. 하지만, 초고층 건축물에서 엘리베이터 구동에 의해 엘리베이터 샤프트 내부는 강력한 압력장이 발생하여 제연시스템에 영향을 미칠 가능성이 있다. 따라서, 본 연구에서는 샌드위치 가압방식이 적용된 초고층 건축물 제연시스템에서 엘리베이터 구동 및 화재에 의한 영향이 부속실과 화재실 간 차압형성에 미치는 영향을 실험적으로 그리고 수치해석 기법을 통해 분석하고자 하는 것이다. 본 연구를 위해서 샌드위치 가압방식이 적용된 3층의 model 건축물을 제작하여 화재 및 엘리베이터 구동에 의한 영향을 분석하였다. 화재의 경우, 소파 발열량 1MW급의 화재를 기준으로 Scailing law를 통해 31kW급 화재로 묘사하였으며 연료는 n-Heptane을 이용하였다. 본 건축물 엘리베이터 속도의 경우 실제 엘리베이터 속도를 구현하지 못하는 문제점이 있다. 따라서, 저속의 엘리베이터 구동에 따른 영향을 실험 결과 값과 수치해석 결과 값의 비교검증을 통해서 수치해석 기법의 유효성을 확인하였다. 실제 엘리베이터 속도 1.5 m/s에서부터 16m/s를 수치해석을 통해 분석하기 위해 모델 건축물의 엘리베이터 속도를 레이놀즈 상사법칙을 통해 10m/s에서부터 100m/s까지 Scailing law 하였다. 화재 실험 연구 결과, 1MW급의 화재를 묘사한 31kW급 화재 발생 시, 거실의 압력분포는 화재유무에 따라 약 25Pa이 상승하는 것을 확인하였다. 이는 화재 발생 시 생성되는 온도 증가와 함께 압력팽창 현상으로 거실 내부의 온도가 상승했음을 나타낸다. 또한, 직접적인 화재가 발생한 거실을 제외한, 부속실 그리고 엘리베이터 샤프트 내부의 압력변화는 나타나지 않는 것으로 확인된다. 엘리베이터구동의 수치해석 연구 결과, 엘리베이터가 고속으로 구동할수록, 부속실에 미치는 영향 또한 크게 나타났다. 10m/s로 구동되는 경우에는 부속실에서 엘리베이터 샤프트 쪽으로 유입되지만, 20m/s이상 구동되는 경우에는 엘리베이터 구동에 의해 샤프트 내부의 유량이 부속실로 유입되는 현상을 확인하였다. 또한, 엘리베이터의 속도가 빠를수록 샤프트 내부의 유량이 부속실로 유입되어 부속실의 압력이 증가하였다. 따라서 기준 차압 40~60 Pa을 형성하기 위한 댐퍼에서 부속실로 유입되는 유량이 부속실에서 댐퍼로 역유입되는 것을 확인하였다. 이는 엘리베이터의 속도가 빠를수록 엘리베이터 샤프트 내부의 유량이 부속실로 유입되어 부속실의 압력이 댐퍼보다 높기 때문에 발생하는 현상으로 판단된다. 이러한 모델 엘리베이터 속도 10m/s에서부터 100m/s까지 구동되는 경우, 부속실과 화재실의 차압변화는 curve-fitting을 통해 방정식을 산출하였다. 현재 국내 및 국외 화재안전기준에서 재실자의 안전한 피난을 위한 부속실과 화재실의 기준 차압 40~60 Pa을 유지하기 위해 일정하게 송풍유량을 유입하고 있다. 따라서, 본 연구를 통해서 재실자의 안전한 피난경로 확보를 위해 화재 및 엘리베이터 구동을 고려한 송풍유량 변경이 고려 되어야 할 것으로 사료된다.
Decades ago, the high-rise buildings have been constructed dramatically as an alternative to dense population and representing a city and country as a landmark. However, smoke and toxic gases generated on fire in the high-rise building are rapidly spreading throughout the stairwell and elevator shaf...
Decades ago, the high-rise buildings have been constructed dramatically as an alternative to dense population and representing a city and country as a landmark. However, smoke and toxic gases generated on fire in the high-rise building are rapidly spreading throughout the stairwell and elevator shaft due to stack effect in buildings. Thus, these toxic gases and smoke cause many casualties during the evacuation. In fact, the casualties due to suffocation and smoke are likely than deaths due to actual fire. Therefore, to prevent the spread of smoke and toxic gases, the smoke control system is regulated at a pressure difference of 40 to 60 Pa between vestibule and living room by National Fire Protection Association (NFPA) and National Fire Safety Code (NFSC). To maintain the performance of smoke control system, the flow is constantly introducing through the fan. Among the smoke control system, the whole pressurization system is commonly used in Korea. As the whole pressurization system, there are vestibule pressurization, stairwell pressurization and vestibule and stairwell simultaneous pressurization system. Among those pressurization system, the vestibule pressurization system is most commonly used in Korea. However, the pressure difference on the highest floor and the lowest floor is different due to the leakage area and pressure drop generated in the smoke damper as well as the stack effect. To overcome these problems, the sandwich pressurization system is normally applied to Unites States and the United Kingdom. The sandwich pressurization system is a method in which fresh airs are supplied at the upper and lower floor and smoke and toxic gases are exhausted. Also, the elevators for evacuation is considered essentially for rapid and safety evacuation. However, elevator movement generated a strong pressure field inside the elevator shaft and it can affect the performance of smoke control system. Therefore, in this study, the effect of elevator movement and fire on pressure difference between vestibule and living room on the smoke control system in the high-rise building is experimentally and numerically analyzed. Firstly, the flow rate to maintain the standard pressure difference 40 to 60 Pa confirms by experimental apparatus. And then flow rate 0.144m3 was applied as a boundary condition for numerical analysis. Due to the limitations of the experimental apparatus, the real elevator speed could not be implement. Thus, the effect of low speed elevator movement was analyzed in advance. Secondly, to analyze the effect of fire, 31kW of fire was generated in the living room corresponding to 1MW with steady amount of flow. As a result of the fire experimental study, the pressure in the living room was increased by about 25 Pa depending on existing fire. This indicates that the temperature inside the living room has risen due to the pressure expansion phenomenon accompanied by an increase in temperature generated by fire. In addition, there is not pressure changed inside the elevator shaft and vestibule except for the living room where fire occurred. As a results of numerical analysis of elevator movement, the higher the speed of elevator movement, the greater the effect on the vestibule. In the case of moving on 10 m/s, it flows into the elevator shaft from the vestibule. However, when elevator speed is over 20m/s, a phenomenon in which the flow rate in the shaft is indicated into the vestibule by elevator movement is confirmed. Furthermore, as the elevator speed is increased, the flow rate of the elevator shaft flows into the vestibule and the pressure in vestibule was increased. Therefore, it was confirmed that the flow rate from the damper to the vestibule for maintaining the pressure difference of 40 to 60 Pa flows back into the damper from the vestibule. This is because the higher the elevator speed is, the more flow in the elevator shaft flows into the vestibule. This phenomenon occurs because the pressure in the vestibule is higher than the damper. The equations were derived by curve-fitting the pressure difference between the vestibule and fire room under the condition that the elevator speed was moving from 10 m/s to 100m/s corresponding from 1.5 m/s to 16 m/s. In order to maintain the pressure difference of 40 to 60 Pa between vestibule and living room, for safety evacuation for evacuees, the flow rate is constantly flowed in NFPA and NFSC. However, through experimental and numerical study, it is necessary to consider the change of flow rate considering the elevator movement and fire in order to secure the safety evacuation route.
Decades ago, the high-rise buildings have been constructed dramatically as an alternative to dense population and representing a city and country as a landmark. However, smoke and toxic gases generated on fire in the high-rise building are rapidly spreading throughout the stairwell and elevator shaft due to stack effect in buildings. Thus, these toxic gases and smoke cause many casualties during the evacuation. In fact, the casualties due to suffocation and smoke are likely than deaths due to actual fire. Therefore, to prevent the spread of smoke and toxic gases, the smoke control system is regulated at a pressure difference of 40 to 60 Pa between vestibule and living room by National Fire Protection Association (NFPA) and National Fire Safety Code (NFSC). To maintain the performance of smoke control system, the flow is constantly introducing through the fan. Among the smoke control system, the whole pressurization system is commonly used in Korea. As the whole pressurization system, there are vestibule pressurization, stairwell pressurization and vestibule and stairwell simultaneous pressurization system. Among those pressurization system, the vestibule pressurization system is most commonly used in Korea. However, the pressure difference on the highest floor and the lowest floor is different due to the leakage area and pressure drop generated in the smoke damper as well as the stack effect. To overcome these problems, the sandwich pressurization system is normally applied to Unites States and the United Kingdom. The sandwich pressurization system is a method in which fresh airs are supplied at the upper and lower floor and smoke and toxic gases are exhausted. Also, the elevators for evacuation is considered essentially for rapid and safety evacuation. However, elevator movement generated a strong pressure field inside the elevator shaft and it can affect the performance of smoke control system. Therefore, in this study, the effect of elevator movement and fire on pressure difference between vestibule and living room on the smoke control system in the high-rise building is experimentally and numerically analyzed. Firstly, the flow rate to maintain the standard pressure difference 40 to 60 Pa confirms by experimental apparatus. And then flow rate 0.144m3 was applied as a boundary condition for numerical analysis. Due to the limitations of the experimental apparatus, the real elevator speed could not be implement. Thus, the effect of low speed elevator movement was analyzed in advance. Secondly, to analyze the effect of fire, 31kW of fire was generated in the living room corresponding to 1MW with steady amount of flow. As a result of the fire experimental study, the pressure in the living room was increased by about 25 Pa depending on existing fire. This indicates that the temperature inside the living room has risen due to the pressure expansion phenomenon accompanied by an increase in temperature generated by fire. In addition, there is not pressure changed inside the elevator shaft and vestibule except for the living room where fire occurred. As a results of numerical analysis of elevator movement, the higher the speed of elevator movement, the greater the effect on the vestibule. In the case of moving on 10 m/s, it flows into the elevator shaft from the vestibule. However, when elevator speed is over 20m/s, a phenomenon in which the flow rate in the shaft is indicated into the vestibule by elevator movement is confirmed. Furthermore, as the elevator speed is increased, the flow rate of the elevator shaft flows into the vestibule and the pressure in vestibule was increased. Therefore, it was confirmed that the flow rate from the damper to the vestibule for maintaining the pressure difference of 40 to 60 Pa flows back into the damper from the vestibule. This is because the higher the elevator speed is, the more flow in the elevator shaft flows into the vestibule. This phenomenon occurs because the pressure in the vestibule is higher than the damper. The equations were derived by curve-fitting the pressure difference between the vestibule and fire room under the condition that the elevator speed was moving from 10 m/s to 100m/s corresponding from 1.5 m/s to 16 m/s. In order to maintain the pressure difference of 40 to 60 Pa between vestibule and living room, for safety evacuation for evacuees, the flow rate is constantly flowed in NFPA and NFSC. However, through experimental and numerical study, it is necessary to consider the change of flow rate considering the elevator movement and fire in order to secure the safety evacuation route.
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