[논문]지하실 화재에서 배기의 효과에 관한 수치연구

고경찬; 박외철

지하실 화재에서 배기의 효과에 관한 수치연구
A Numerical Study on Smoke Exhaust at a Underground Room Fire 원문보기

A underground room fire was simulated to investigate the effects of smoke exhaust on temperature visibility, soot etc. in the room. A room of $6m{\times}6m{\times}2.5m$ with a door of $0.9{\times}2.0m$ and a 0.5MW polystyrene fire in the room were considered. Temperature, visibility, CO volume fraction and soot were compared for the exhaust velocity at a vent located at the ceiling, 0, 1.2, and 2.4m/s, respectively. Results showed that increasing exhaust velocity decreased room temperature, CO and soot and increased visibility.

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문제 정의

2와 같이 계산의 시작과 동시에 HRR의 값이 순간적으로 상승하는 것은 연소를 일정한 값으로 고정하였기 때문이다. 본 연구는 화재의 성장이 아닌 연기 및 열의 배출 효과를 알아보기 위한 것이므로 화재크기를 일정하게 하였다.
본 연구의 목적은 지하다중이용업소와 같이 상대적으로 화재에 취약한 소규모 지하공간에서 화재가 발생하였을 때 배기구를 통한 배기량에 따른 열 및 연기배출 효과를 조사하는 것이다. 이를 위해 지하다중이용업소의 일반적 공간형태를 단순화하고 전산유체역학 프로그램을 이용하여 화재시뮬레이션을 수행하였다.

가설 설정

그리고 이 외의 경계조건과 물성치는 FDS에 포함된 기본값을 그대로 사용하였다. 지하공간의 모든 벽은 단열이고, 유입공기 및 초기의 실내공기의 온도는 20℃로 가정하였다.

제안 방법

0m) 배기구 아래의 높이에 다른 온도변화를 알아보기 위해 Fig. 1(a)와 같이 z = 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 그리고 2.5m에 열전대를 두어 온도변화를 계산하였다. 그리고 지하공간 중앙에서의 높이에 따른 가시거리와 바닥높이 1.
천장배기구의 유무와 배기구를 통한 배기량에 따라 열 및 연기의 배출효과를 비교하였다. 공간내 가시거리의 변화와 일산화탄소의 양도 조사하였다.
5m에 열전대를 두어 온도변화를 계산하였다. 그리고 지하공간 중앙에서의 높이에 따른 가시거리와 바닥높이 1.5m인 평면에서의 평균 가시거리, 일산화탄소의 체적분율, 시간에 따른 연기(soot)의 양을 계산하였다.
5MW로 하였다. 배기량에 따른 배출효과를 알아보기 위하여 배기구를 통한 배기풍속은 0, 1.2m/s, 2.4m/s로 나누어 계산하였다. 배기풍속은 제연설비 화재안전기준(NFSC 501)에 규정된 1m³/min·m²에 해당하는 배기풍속인 2.
열방출률(heat release rate, HRR)을 일정하게 하여 화재크기를 0.5MW로 하였다. Fig.
연기배출 효과를 조사하는 것이다. 이를 위해 지하다중이용업소의 일반적 공간형태를 단순화하고 전산유체역학 프로그램을 이용하여 화재시뮬레이션을 수행하였다. 천장배기구의 유무와 배기구를 통한 배기량에 따라 열 및 연기의 배출효과를 비교하였다.
지하다중이용업소의 일반적 공간형태에 대하여 화재시 배기구를 통한 배기의 효과를 분석하였다. 열방출률이 일정한 소규모화재(0.
이를 위해 지하다중이용업소의 일반적 공간형태를 단순화하고 전산유체역학 프로그램을 이용하여 화재시뮬레이션을 수행하였다. 천장배기구의 유무와 배기구를 통한 배기량에 따라 열 및 연기의 배출효과를 비교하였다. 공간내 가시거리의 변화와 일산화탄소의 양도 조사하였다.

대상 데이터

지하실 화재모사를 수행하기 위한 공간은 Fig. 1과 같이 0.9m×2.0m크기의 출입문이 있는 6m×6m×2.5m 크기로 하였으며, 격자수는 격자크기에 관한 이전의 연구⁸⁾에 따라 60×60×25로 하였다. 천장중앙에 0.
5m 크기로 하였으며, 격자수는 격자크기에 관한 이전의 연구⁸⁾에 따라 60×60×25로 하였다. 천장중앙에 0.5m×0.5m 크기의 배기구가 있으며, 화원은 0.5m×0.5m 크기의 폴리스틸렌(polystyrene)이 연소하는 pool화재로 화재크기는 0.5MW로 하였다. 배기량에 따른 배출효과를 알아보기 위하여 배기구를 통한 배기풍속은 0, 1.

성능/효과

1) 배기량에 증가에 따라 평균온도 감소를 확인할 수 있었다.
2) 배기풍속의 증가는 공간내 연기와 CO를 감소시키는 것으로 나타났다.
3) 화재발생후 바닥으로부터의 높이 1.5m에서의 가시거리가 급격하게 줄어들고, 그 아래 쪽 공간에서는 배기풍속에 따라 가시거리의 차이가 크게 나타났다.
4) 지하다중이용업소에 배기방식의 제연설비를 설치 할 필요가 있음을 알 수 있었다.
4와 같이 나타났다. 계산 종료 때 지하실내의 연기량은 배기풍속이 0인 경우 0.146kg, 1.2m/s인 경우 0.107kg, 그리고 2.4m/s인 경우 0.077kg으로 배기풍속이 증가할수록 연기의 양이 줄어드는 것으로 나타났다.
배기풍속에상관없이 화재발생 후 50초가 되기도 전에 가시거리가 3m이하로 급격하게 떨어졌다. 이후 50초에서 300초까지의 평균 가시거리는 배기풍속이 0인 경우 0.17m, 1.2m/s인 경우 0.31m, 그리고 2.4m/s인 경우 0.8m로 나타나 배기량에 따른 가시거리의 차이를 확인할 수 있다.
5m인 곳에서 150초 이 후의 정상상태에서의 평균온도를 나타낸 값이다. 출입문을 통한 외기의 유입으로 z = 0.5m와 1.0m에서는 약 20℃로 차이가 없으나, z = 1.5m에서는 배기량에 따른 평균온도의 차이가 크게 나타났다. 특히 지하실 천장에서의 온도는 배기풍속이 0인 경우의 온도가 배기가 있는 경우에 비해 훨씬 더 높게 나타났다.

후속연구

이상의 결과로부터 지하다중이용업소에 배기구를 설치할 필요가 있으며, 화재탐지와 동시에 배기방식의 제연설비가 작동하도록 할 필요가 있음을 알 수 있다. 배기풍량은 가연성물질의 종류와 연기발생량 등을 고려하여 결정해야 할 것이다.

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