경사통로로 전파되는 연기에 대한 스프링클러와 제연커텐의 통합제연성능 The Performance of the Combined Operation of Sprinkler and Smoke Curtain for Smoke Control in the Sloped Stairway Corridor원문보기
경사계단통로의 천장 아래로 확산되는 연기의 냉각 및 일시 차단을 위해 설치된 2개의 스프링클러헤드와 깊이가 0.54m인 제연커텐의 통합작동시 그 제연성능을 조사하기 위해 제연구역의 크기가 $17.92m{\times}4.00m{\times}6.12m$인 단일계단통로의 화재모형에 대해 FDS로 화재모의실험을 수행하였다. 스프링클러헤드 반응시간은 화재크기가 증가할수록 감소하며, 제연커텐이 있는 경우가 없는 경우보다 1.1초 증가하고, 화원에서 경사통로출구까지 연기전파시간은 화재크기가 증가할수록 상당히 감소하며, 연기전파지연효과는 스프링클러의 작동여부와는 관계가 없음을 확인할 수 있었다. 스프링클러와 제연커텐의 통합작동은 연기냉각측면에서는 효과가 큰 반면 연기전파지연측면에서는 작지만 효과가 있는 것을 확인할 수 있었다. 살수냉각효과에 의해 경사통로에는 고온연기층의 복사열유속의 화상위험은 감소되나, 헤드살수의 하향끌림과 연기와 공기의 혼합 난류 현상에 의해 경사통로 입구부 주변에는 짙은 연기층이 형성되어 시계약화 및 연기질식 위험은 증가하여 피난에 어려움이 가중될 것으로 사료된다.
경사계단통로의 천장 아래로 확산되는 연기의 냉각 및 일시 차단을 위해 설치된 2개의 스프링클러헤드와 깊이가 0.54m인 제연커텐의 통합작동시 그 제연성능을 조사하기 위해 제연구역의 크기가 $17.92m{\times}4.00m{\times}6.12m$인 단일계단통로의 화재모형에 대해 FDS로 화재모의실험을 수행하였다. 스프링클러헤드 반응시간은 화재크기가 증가할수록 감소하며, 제연커텐이 있는 경우가 없는 경우보다 1.1초 증가하고, 화원에서 경사통로출구까지 연기전파시간은 화재크기가 증가할수록 상당히 감소하며, 연기전파지연효과는 스프링클러의 작동여부와는 관계가 없음을 확인할 수 있었다. 스프링클러와 제연커텐의 통합작동은 연기냉각측면에서는 효과가 큰 반면 연기전파지연측면에서는 작지만 효과가 있는 것을 확인할 수 있었다. 살수냉각효과에 의해 경사통로에는 고온연기층의 복사열유속의 화상위험은 감소되나, 헤드살수의 하향끌림과 연기와 공기의 혼합 난류 현상에 의해 경사통로 입구부 주변에는 짙은 연기층이 형성되어 시계약화 및 연기질식 위험은 증가하여 피난에 어려움이 가중될 것으로 사료된다.
In this study, CFD computer simulations by FDS are carried out in order to confirm the performance of the combined operation of both sprinkler system and smoke curtain of 0.54 m depth installed for cooling and blocking the smoke which propagates beneath the sloped ceiling of a stairway corridor of w...
In this study, CFD computer simulations by FDS are carried out in order to confirm the performance of the combined operation of both sprinkler system and smoke curtain of 0.54 m depth installed for cooling and blocking the smoke which propagates beneath the sloped ceiling of a stairway corridor of which dimensions are 17.92 m long, 4.00 m wide, and 6.12 m high. It is shown that the response time of sprinklers decreases with fire size and it increases more about 1.1 second in case without smoke curtain than in case with smoke curtain, that the time of smoke transport from the fire source to the stairway outlet decreases considerably with fire size, and that the delay effect of smoke transport is not related to the sprinkler system, whether it is operated or not. This study shows that the combined operation of both sprinkler system and smoke curtain is very effective in smoke cooling, but it is a little for effect on smoke blockage. Although the hazard of skin burn due to radiative heat flux from hot smoke layer is decreased by spray cooling effect, the hazard of smoke suffocation and the weakening of visibility is increased by smoke downdrag and the turbulence of smoke-air mixing due to water spray. These conditions may result in preventing occupants from going out of the stairway during evacuation.
In this study, CFD computer simulations by FDS are carried out in order to confirm the performance of the combined operation of both sprinkler system and smoke curtain of 0.54 m depth installed for cooling and blocking the smoke which propagates beneath the sloped ceiling of a stairway corridor of which dimensions are 17.92 m long, 4.00 m wide, and 6.12 m high. It is shown that the response time of sprinklers decreases with fire size and it increases more about 1.1 second in case without smoke curtain than in case with smoke curtain, that the time of smoke transport from the fire source to the stairway outlet decreases considerably with fire size, and that the delay effect of smoke transport is not related to the sprinkler system, whether it is operated or not. This study shows that the combined operation of both sprinkler system and smoke curtain is very effective in smoke cooling, but it is a little for effect on smoke blockage. Although the hazard of skin burn due to radiative heat flux from hot smoke layer is decreased by spray cooling effect, the hazard of smoke suffocation and the weakening of visibility is increased by smoke downdrag and the turbulence of smoke-air mixing due to water spray. These conditions may result in preventing occupants from going out of the stairway during evacuation.
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문제 정의
본 연구의 목적은 경사통로의 연기 냉각, 차단 및 제연을 위해 설치된 스프링클러설비와 제연커텐의 통합 작동이 유동장의 온도 및 연기밀도 분포에 미치는 영향을 조사하고, 경사통로내의 연기전파시간계산을 통한 설비의 연기전파지연효과를 확인하여 유효성을 확인 · 검증하는 것이다. 또 화재크기별 경사통로의 연기 유동상태의 정성적인 내용도 조사하고자 한다.
본 연구에서는 스프링클러와 제연커텐이 있는 경우에 유동장의 연기 냉각 및 제연효과에 대해 기준 화재 시나리오와의 비교를 통해 알아보기 위하여 화재 후 시간경과에 따라 화재크기별 유동장의 온도 및 연기밀도 분포를 Fig. 6~11에 각각 나타내었다.
본 연구의 목적은 경사통로의 연기 냉각, 차단 및 제연을 위해 설치된 스프링클러설비와 제연커텐의 통합 작동이 유동장의 온도 및 연기밀도 분포에 미치는 영향을 조사하고, 경사통로내의 연기전파시간계산을 통한 설비의 연기전파지연효과를 확인하여 유효성을 확인 · 검증하는 것이다. 또 화재크기별 경사통로의 연기 유동상태의 정성적인 내용도 조사하고자 한다.
제안 방법
또 화재 시 피난자의 위험정도를 알아보기 위하여 연기층의 경계면이 바닥면으로부터 1.5 m 보다 높을 경우에 화재인명위 험 기준인 상부고온연기층의 하부바닥 면으로의 복사열유속 2.5 kW/m%또는 고온연기층의 온도 183℃ 값(4)을 적용하여 화재크기별 유동장의 온도 분포 중 일정온도범위를 40℃~183℃(183℃ 이상은 적색표시)로 정하여 나타내었다.
열방출율(heat release rate)은 화재초기부터 모의실험이 끝나는 시점 (t = 60초)까지 일정하게 방출하는 것으로 하였다. 또 화재 크기가 제연에 미치는 영향을 알아보기 위하여 열방출율을 변화시켜 화재 모의실험을 수행하였다.
본 연구에 사용한 화재시나리오는 화재열방출율 0.1 MW, 0.5 MW, 1.0 MW, 2.0 MW에 대하여 헤드와 제연커텐을 설치 않은 경우, 제연커텐만 설치한 경우, 헤드와 제연커텐 모두 설치한 경우 등 전체 12가지 경우에 대하여 FDS(ver. 4.07)의 기본경계조건을 적용하여 화재모_의 실험을 수행하였다.9T)
본 연구에서는 단일경사통로의 화재모형에 대하여 스프링클러헤드와 제연커텐의 설치 유무와 화재열방출 율을 변화시키면서 화재모의 실험을 수행하였다.
본 연구에서는 이전 연구인, 스프링클러와 배연설비의 통합작동이 수평통로의 연기제어에 미치는 영향, 의 후속 연구로서, 경사통로 천장 아래로 확산되는 연기 전파에 대한 계단통로의 수막설비 및 제연커텐의 연기 냉각, 차단 및 제연효과를 알아보기 위하여 열방출율, 스프링클러헤드와 제연커텐의 설치 유무로 구분하여 전체 12가지 경우에 대하여 미국 NIST에서 개발한 FDS (ver. 4.07)로 컴퓨터 화재 모의실험을 수행하였다.
본 연구에서는 화재모형을 X, Y, Z 방향으로 각각 64, 20, 36개의 격자로 나누어 전체 46, 080개의 균일 격자계 (uniform grid systems)를 형성하여 화재 모의실험을 수행하였다. 전체 격자계를 Fig.
본 연구의 화재모형은 지하공간화재시 유동장의 온도 및 연기밀도 분포와 연기의 전파 현상을 알아보기 위하여 상하부층 수평통로를 경사계단통로에 연결한 단일 계 단통로로 구성 하였다.
지하공간화재시 경사계단통로 천장 아래로 전파되는 연기에 대한 스프링클러와 제연커텐의 통합작동의 제 연 성능을 조사하기 위해 단일계단통로의 화재모형에 대해 화재 크기 (fire size), 스프링클러헤드(sprinkler system) 와 제연커텐(smoke curtain)의 설치 유무를 각각 변화시켜 전체 12가지 경우의 화재시나리오를 구성하고, FDS로 컴퓨터 화재 모의실험을 수행하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
대상 데이터
스프링클러헤드는 이전 연구의 결과에서 얻은 최적 스프링클러헤드수인 2개를 사용하였으며, (X, Y) 좌표로 (8.12m, 1.00m)와 (8.12m, 3.00m)에 각각 설치하였다.
화재는 폴리스틸렌(polystyrene) 연료의 연소로서 화 재성장기(fire growth period)는 없으며, 기체와 고체 연기 입자(soot) 연소생성물의 혼합물을 생성한다.
화재모_형에 사용된 제연커텐은 제연커텐 최소깊이(Zceil - zcun) 계산식 (1)의 기준8)(본 연구의 경우 깊이 ≥0.504 m)에 만족하도록 깊이를 0.54 m로 하였으며, 전체크기는 폭× 깊이× 두께 가 4.00 m× 0.54 m× 0.01m로서 대구지하철 역사에 설치된 것과 비슷하게(깊이 0.6 m)하였고, X = 8.96 m 위치의 천장아래에 천장과 수직방향이 되도록 설치하였다.
성능/효과
(1) 스프링클러는 일정 열방출율(1MW) 이상에서 작동하였고, 스프링클러헤드 반응시간은 화재 크기가 증가할수록 감소하였으며, 제연커텐이 있는 경우가 없는 경우보다 1.1 초 증가하였다.
(2) 연기전파시간은 화재 크기가 증가할수록 상당히 감소하였고, 화재초기에는 제연커텐의 영향만 있을 뿐 스프링클러의 유무에는 관계가 없다. 또 화재 크기가 큰 경우 연기전파 지연시간은 매우 감소하고, 화재 크기가 작은 경우에 비해 연기전파지연효과가 매우 작게 나타 난다.
(3) 스프링클러와 제연커텐이 설치된 경우 헤드작동 의 살수냉각효과는 있는 반면, 연기층의 하향끌림 (smoke downdrag)과 연기와 주위공기의 혼합(mixing)으로 인해 경사통로 입구부 주변에 짙은 연기층이 형성된다.
t = 30초 경과 후 헤드살수에 의해 경사통로입구부 주변의 연기층은 하향끌림 (downdrag)과 주위공기와의 혼합(mixing)에 의해 난류상태가 가중되어 연기층이 두터워지고, 이후 시간 경과와 더불어 경사계단통로 입구 부 주변은 연기층이 두껍게 형성됨을 재차 확인할 수 있다.
7은 스프링클러와 제연커텐이 설치되지 않은 경우에 대한 온도와 연기밀도 분포이다. t= 10초 경과 후 화재 크기가 증가할수록 온도 및 밀도가 증가하고 그 연기층의 선단부는 각각 경사통로 이전, 경사통로 입구부근, 경사통로 중간, 상부층 천장 중간 정도 위치로 화원으로부터 더 먼 거리까지 확산됨을 확인할 수 있다.
제연커텐을 설치하여 발생 연기가 천장아래 일정 시간 정체되도록 하여 스프링클러헤드반응시간을 단축시킬 수 있을 것이라는 예상과는 달리 오히려 늦게 반응하는 결과를 얻었다.
화재 크기가 0.1, 0.5, 1.0, 2.0 MW에 대해 연기전파 지연시간은 4.8, 2.6, 2.2, 1.7초로 화재 크기가 증가할수록 연기전파 지연시간은 크게 감소하여 지연효과가 감소됨을 알 수 있다.
화재 크기가 증가할수록 연기전파시간은 급격히 감소하며, 화재초기 스프링클러는 연기전파에는 영향을 미 치지 않는다는 것을 확인할 수 있다.
후속연구
스프링클러와 제연커텐의 통합작용에 의해 경사통로 에서는 고온연기층의 복사열유속의 화상위험은 감소되 나, 경사통로 입구부 주변에서는 짙은 연기증이 형성 되어 시계약화 및 연기질식 위험은 증가하여 피난에 어려움이 예상됨에 따라 이에 대한 대책도 강구되어야 할 것으로 사료된다.
참고문헌 (14)
홍원화, 2.18 대구지하철 화재 연구조사보고서, 경북대학교 건축학부 도시환경설비연구실 방재팀, pp.98-99(2004)
K. B. McGrattan and D. Sheppard, 'Large Scale Tests of Sprinkler, Vent, Draft Curtain Interaction', IIC 8th Proceedings, Vol. 1, pp.685(1999)
K. B. McGrattan, A. Hamms, and D. Stroup, 'Sprinkler, Smoke & Heat Vent, Draft Curtain Interaction-Large Scale Experiments and Model Development', NIST, pp.101(1998)
최영상, '대구지하철역사의 소방방재설비의 문제점 및 개선방안에 대한 연구', 대구지하철참사 1주기 추모 국제심포지엄, 부록 발표3 pp.11-12(2004)
L. Y. Cooper, 'The SFPE Handbook of Fire Protection Engineering(3rd); section 3 chapter 5 Smoke and Heat Venting', SFPE Handbook, pp.3-234(2002)
K. B. McGrattan, Fire Dynamics Simulator(Version4) -Technical Reference Guide, NIST(2006)
K. B. McGrattan and G. P. Forney, Fire Dynamics Simulator(Version 4)-User's Guide, NIST(2006)
K. B. McGrattan and G. P. Forney, User's Guide for Smokeview Version 4-A Tool for Visualizing Fire Dynamics Simulation Data, NIST(2006)
R. L. Alpert, 'The SFPE Handbook of Fire Protection Engineering(3rd); Section 2 Chapter 2 Ceiling Jet Flows', NFPA. pp.2-28-29(2002)
W. D. Davis, G. P. Forney, and R. W. Bukowski, 'Field Modeling: Simulating the Effect of Sloped Beamed Ceilings on Detector and Sprinkler Response', NFPRF, pp.14(1994)
Brian Hume, 'Fire Models Training Manual for FSO's Volume 1: FASTLITE', FRDG, p8(1997)
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