[논문]횡류식 대배기구 방식을 적용한 도로터널에서 화재시 최적배연풍량 선정에 관한 연구

유지오; 윤성욱; 이동호

[국내논문] 횡류식 대배기구 방식을 적용한 도로터널에서 화재시 최적배연풍량 선정에 관한 연구
A Study of Smoke Exhaust Rate for the Transverse Ventilation with Oversized Exhaust Ports in Road Tunnel 원문보기

한국안전학회지 = Journal of the Korean Society of Safety, v.21 no.4 = no.76, 2006년, pp.7 - 12

유지오 (신흥대학 건축설비과) , 윤성욱 (GS건설) , 이동호 (인천대학교 안전공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Recently, the application of transverse ventilation system with oversized exhaust ports has been increased in bidirectional road tunnel in order to improve smoke exhaust ability. Therefore, in this study, for decision of the optimal smoke exhaust rates in the transverse ventilation system, several standards of nations are compared and numerical simulations with variations of exhaust flow rates are carried out in terms of smoke spread distance by FDS ver. 3.1. As results, in the case of no internal longitudinal air velocity in tunnel, the smoke exhaust rate of $80m^{3}/s$ (the smoke generation rate at HRR of 20MW) is sufficient enough to limit the smoke spread within 250m in 6 minutes after the fire. However, in the case of the internal longitudinal air velocity at 2.5m/s, the smoke exhaust rate should be increased $130m^{3}/s$.

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문제 정의

횡류 또는 반횡류 환기방식에 최적배연량 산정을 위한 연구로 이 등5)의 연구에서 균일배기포트를 갖는 횡류환기방식의 최적배연량에 대한 연구를 수행한바 있으며, 본 연구는 배기포트로 대배기구을 채택하는 경우에, 최적 배연풍량의 산정을 위한 연구이다. 이를 위해서 각국의 배연풍량에 대한 기준을 조사 .
전술한 바와 같이 이 등이 균일배기방식에서의 최적풍량 산정을 위한 연구를 수행한 바 있으며, 본연구에서는 횡류환기의 대배기구방식에 국한하여 화재 시 안전하게 대피 가능한 최적 배연풍량을 산정함을 목적으로 한다.
본 연구에서는 대배기구방식을 적용한 횡류환기방식에서 적정 배연풍량 산정을 위해 배연풍량을 변화 시 켜 수치 시뮬레이션을 수행하여 연기이동 특성에 대해 검토한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다. 1) 터널내 풍속을 Om/s로 가정하는 경우, 성층화에 유리하며 이로 인해서 배연풍량이 연기발생량 이상에서는 터널내 전구간에서 안전한 대피가 이루어질 수 있음을 밝혔다.

가설 설정

배기구의 단면적은 12m2(3><4m) 이며, 화재지점을 기준으로 하여 상류 및 하류에 각각 2개소(50, 100m지점, 총 4개소)의 배기구를 개방하였으며, 배기구에 대한 경계조건은 일정 풍속 조건으로 하였으며, 터널입출구부는 압력경 계조 건으로 하였다. 화재강도는 20MW로 설정하였으며, 화재가 Flash over에 도달하는 시간은 4분으로 가정하였다.
본 연구에서는 배연풍량을 식 (1)과 같이 정의하였으며 연기 발생량(Qs)은 80m%로 가정하였다. 또한, 부가적인 풍량을 고려하기 위한 Ve 0.

제안 방법

이를 위해서 각국의 배연풍량에 대한 기준을 조사 . 비교하며, 이를 근거로 하여 배연풍량을 변화시켜 연기의 이동특성을 고찰한다.
이를 위해서 각국의 배연풍량에 대한 기준을 조사 . 비교하며, 이를 근거로 하여 배연풍량을 변화시켜 연기의 이동특성을 고찰한다.
또한 대피거리를 현재의 도로터널 방재시설 설치지침에 규정된 바와 같이 250m로 하는 경우, 연기의 전파를 250m로 제한하기 위한 배연풍량 도출을 위한 연구를 FDS이용한 수치 시뮬레이션을 통해서 수행한다.
횡류환기방식의 연기거동에 대한 검토 및 적정 배연풍량 산정을 위해서 본 연구에서는 Table 2에 제시한 터널모델에 대해서 FDS(Fire Dynamics Simulation)수치시뮬레이션을 수행하였다.
또한, 부가적인 풍량을 고려하기 위한 Ve 0.0, 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5m/s의 6조건으로 설정하였다. 배기구에서 V에 따른 배연풍량 및 배기구 면풍속은 Table 3에 나타냈다.
배기구에서 V에 따른 배연풍량 및 배기구 면풍속은 Table 3에 나타냈다. 배기구의 단면적은 12m2(3><4m) 이며, 화재지점을 기준으로 하여 상류 및 하류에 각각 2개소(50, 100m지점, 총 4개소)의 배기구를 개방하였으며, 배기구에 대한 경계조건은 일정 풍속 조건으로 하였으며, 터널입출구부는 압력경 계조 건으로 하였다. 화재강도는 20MW로 설정하였으며, 화재가 Flash over에 도달하는 시간은 4분으로 가정하였다.
것이다. 대배기구를 적용하는 경우에는 배기구 간격은 전술한 바와 같이 100m 간격으로 하였으며, 화재지점으로부터 양방향으로 50, 150m에 위치한 배기구 총 4개소를 개방하는 것으로 하여 시뮬레이션을 수행하였다. Fig.

성능/효과

이상의 검토에서 알아본 바와 같이 배연풍량에 대한 각국의 기준이 상당한 차이를 보이고 있으며, 독일 및 프랑스 기준이 최근의 종방향 풍속제어의 필요성을 강조하고 있는 최근의 경향을 반영하고 있는 것으로 평가된다.
대피시뮬레이션(Simulex)에 의한 계산 결과로부터 피난연락갱의 간격을 250m로 설정할 경우 터널 내 대피가 완료되는 4분 52초 까지 연기의 이동 거리는 233m로 나타났다.
본 연구에서는 가시도에 영향을 미치는 연기농도의 한계값을 반사체의 경우에는 65mg/iTi3, 비반사체의 경우에는 115mg值?로 설정하였으며, 그림의 검은색 등농도선은 이 한계 값의 영역을 나타낸 것이다. 대배기구를 적용하는 경우에는 배기구 간격은 전술한 바와 같이 100m 간격으로 하였으며, 화재지점으로부터 양방향으로 50, 150m에 위치한 배기구 총 4개소를 개방하는 것으로 하여 시뮬레이션을 수행하였다.
따라서, 피난연락갱 간격을 250m 간격으로 선정하는 경우 배연풍량 13而久 이상에서 안전한 대피 조건을 만족시킬 수 있는 것으로 나타났다.
이상의 고찰에서 대배기구 방식을 적용하는 경우 터널 내 풍속을 2.5m/s 이하로 유지하는 경우에는 배연풍량을 @ = 3 + μ ・厶로 정의할 때 Vr=1.0m/s 정도로 설정하는 것이 적정한 배연풍량으로 평가된다.
2) 터널 내 풍속을 2.5m/s로 하는 경우에는 배연풍량이 130m3/s(QE = 80+1.0Ar) 이상의 조건에서 연기이동 거리는 250m 이내로 제한될 수 있음을 밝혔다. 3) 횡류환기방식을 적용하는 경우, 대배기구방식을 적용하는 것이 배연에 효과적이며, 배연풍량 또한 감소하며, 배연풍량은 80+10%如久 이상으로 하는 것이 적정한 것으로 나타났다.
0Ar) 이상의 조건에서 연기이동 거리는 250m 이내로 제한될 수 있음을 밝혔다. 3) 횡류환기방식을 적용하는 경우, 대배기구방식을 적용하는 것이 배연에 효과적이며, 배연풍량 또한 감소하며, 배연풍량은 80+10%如久 이상으로 하는 것이 적정한 것으로 나타났다.
얻었다. 1) 터널내 풍속을 Om/s로 가정하는 경우, 성층화에 유리하며 이로 인해서 배연풍량이 연기발생량 이상에서는 터널내 전구간에서 안전한 대피가 이루어질 수 있음을 밝혔다.

참고문헌 (11)

지하공간 환경개선 및 방재기술 연구단, 2.18 대구지하철 화재 조사연구 백서, 경북대학교 도시환경설비 연구실
Sergiu, F., 'Task force for technical investigation of the 24 March 1999 Fire in the Mont Blanc vehicular tunnel - Status Report of April 13, 1999', 28-2000
B. Bettelini, A. Henke, 'Upgrading the Ventilation of the Gotthard road tunnel', 11th Int. Sym. on the Aero. and Ventilation of Vehicle Tunnels, pp. 29-45, BHRGroup, 2003
건설교통부, 도로터널 방재시설 설치지침,2004
이동호등, '반횡류식 환기설비를 활용한 화재시 터널 방재연구',2005년 한국화재소방학회 춘계 학술논문발표 논문집, pp. 131-137, 2005
FHA, Memorial Tunnel : Fire Ventilation Test Program, CD-ROM and Comprehensive Test Report, Messachusetts Highway Dept. 1996
NFPA, NFPA 502 standard for road tunnel, Bridges and other limited access highways, Quincy, Massachusetts, 1998 Edition, 1998
RABT, 'Richtlinien fur die Ausstattung und den Betrieb von StraBentunneln (RABT)', Germany, 2002
CETU, 'Circulaire Int. $\N^circ$ 2000-82 DU relative $\grave{a}$ la r $\acute{e}$ glementation de la circulation des v $\acute{e}$ hicules transportant des marchandises dangereuses dans les tunnels routiers du r $\acute{e}$ seau national', 30 NOV. 2000, France
O. Vauquelin and D. Telle, 'Smoke control in tunnel fires - should we talk about critical velocity or critical mass flow rate?', 10th Int. Sym. on the Aero. & Vent. of Veh. Tunnels, pp. 97 -103, 2000
김명배, 최병일, 최준석, 한용식, '도로터널에서의 화재환기 설계에 관한 연구', 한국터널공학회 논문집, 제6권, 제2호, pp. 129-140

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