[논문]피난 시나리오에 따른 승강장 부속실 차압 특성 연구

박용환

초록
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최근 우리나라 고층아파트에서 많은 문제가 되고 있는 승강장 부속실의 급기가압 시스템에 있어서 거주자의 피난 시나리오에 따른 차압의 변화 및 연기유동 특성을 FDS 화재모델링을 이용하여 현상학적으로 살펴보았다. 자동차압조절댐퍼의 기준압을 화재실로 할 경우 현관문 누설틈새를 통한 공기의 화재실 유입으로 화재실 및 부속실 모두 절대압이 크게 상승하는 결과를 가져왔으며 피난으로 계단실 방화문이 개방 후에는 다시 닫히지 않아 부속실내의 차압형성이 안 되는 문제점이 예상되었다. 따라서 화재실압이 지속적으로 상승하지 않도록 거실에 별도의 개구부가 필요한 것으로 판단된다. 현관문 개방 후 다시 닫힐 시에는 순간적으로 200 Pa 정도의 높은 과압이 형성되어 이 시간 동안에는 화재실 안의 또 다른 거주자가 현관문을 개방하기는 어려울 것으로 예상되었으며, 현관문만 개방 시에는 적정방연풍속이 유지되었으나, 현관문과 계단실 방화문이 동시에 개방되어 있을 경우에는 적정방연풍속이 생성되지 않아 부속실 및 계단실로의 연기유입이 발생하는 것으로 예측되었다.

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The aim of this paper is to investigate the change of pressure differential and smoke propagation characteristics in the elevator lobby with the resident's evacuation scenarios using fire modelling technique. The results showed absolute pressures in the fire room and elevator lobby can significantly...

The aim of this paper is to investigate the change of pressure differential and smoke propagation characteristics in the elevator lobby with the resident's evacuation scenarios using fire modelling technique. The results showed absolute pressures in the fire room and elevator lobby can significantly increase to cause fire door to the stairway unclosed once it is open. This is due to constant pressure differentials, the increasing reference pressure of fire lobby and pressure leak from elevator lobby to fire lobby. Smoke exhaust mechanism was needed to prevent the continuous pressure rise in the living room. Over 200 Pa was expected upon closing the door during pressurization, which provide difficulties in opening the door for next refugee. Opening both fire door and entrance door may induce smoke flow from fire room to elevator lobby and stairway.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이와 같은 고층 건물에서의 제연 특성은 실물 화재실험을 통한 현상 규명에는 한계가 있으므로 본 연구에서는 화재 모델링 기법을 이용하여 거주자의 피난 시나리오에 따른 차압 변화 등 급기가압제연 특성을 현상학적으로 다양하게 접근하고자 하였다.

가설 설정

그러나 모델링의 격자 크기에는 한계가 있으므로 이를 고려하여 반영누설틈새면적을 산출하였다. 이러한 차이는 전체 틈새 크기에 비해 미소하므로 압력변화나 연기거동 현상 규명에는 큰 영향을 미치지 않는 것으로 가정하였다. 누설틈새는 틈새면적에 해당하는 개구부 격자를 출입문 가장자리에 균등 배치하여 반영하는 것으로 하였다.
5m로 가정하였다. 화재성장특성은 극한 상황을 고려하여 t2 화재성장곡선의 ultra-fast 화재로 가정하였으며 최대열 방생률을 1MW로 설정하고 이후 일정시간동안 지속되는 것으로 가정하였다.

제안 방법

차압은 통상 차압공이 설치되는 현관문 중앙 높이 지점에서 각각 측정하는 것으로 하였다. 화재 시 피난 시나리오는 거주자의 피난 상황에 따른 현관문과 부속실 계단문의 개방 여부에 따라 Figure 2와 같이 1) 현관문만 개방 2) 현관문과 계단문 동시 개방의 두 가지로 설정하였다.
그러나 모델링의 격자 크기에는 한계가 있으므로 이를 고려하여 반영누설틈새면적을 산출하였다. 이러한 차이는 전체 틈새 크기에 비해 미소하므로 압력변화나 연기거동 현상 규명에는 큰 영향을 미치지 않는 것으로 가정하였다.
이때 수직풍도 단면적 크기는 식 (3)에 의거하여 0.54 n?로 산출되었으며, 댐퍼 풍속은 기준압에 따라 약 2.0~2.5m/s, 풍도풍속은 0.55-0.6 m/s 범위내에서 각각 조정하였으며, 40~60Pa의 차압유지를 위해 댐퍼 날개의 개폐 정도에 따른 개구부 면적을 산출하여 이를 본 모델링에 반영토록 하였다.
것으로 하였다. 반응물은 폴리우레탄을 사용하였으며, 화염과 연기는 화원을 통해 지속적으로 방출하도록 설정하였다. 콘크리트 및 폴리우레탄 재질에 대한 물성은 FDS 내의 데이터베이스에 있는 값을 적용하였다.
본 연구를 위한 화재모델링 프로그램으로는 미국 NIST에서 개발되어 전 세계적으로 활용되고 있는 FDS v4.07과 Smokeview 4.0을 사용하였으며, 이의 활용에 대한 제반 사항은 해당 매뉴얼을 따르도록 하였다.*
것으로 하였다. 차압은 통상 차압공이 설치되는 현관문 중앙 높이 지점에서 각각 측정하는 것으로 하였다. 화재 시 피난 시나리오는 거주자의 피난 상황에 따른 현관문과 부속실 계단문의 개방 여부에 따라 Figure 2와 같이 1) 현관문만 개방 2) 현관문과 계단문 동시 개방의 두 가지로 설정하였다.

대상 데이터

2m를 적용하였다. 격자의 크기는 공간 크기를 고려하여 0.1 mX0.1m 크기로 하였으며, 이때 총 격자의 수는 256, 750개로 산출되었다.
공간의 높이는 2.3 m, 바닥 두께는 0.2 m, 구획벽의 두께는 0.1 m로 가정하였으며, 거실의 크기는 4.5 mX 11.8 m, 현관의 크기는 1.0mX6.4m, 승강기(EV)실의 크기는 4.5 mX 4.6 m, EV 부속실의 크기는 4.5 mX 1.8 m, 계단실의 크기는 4.5mX3.2m를 적용하였다. 격자의 크기는 공간 크기를 고려하여 0.
본 모델링의 대상 공간으로는 우리나라 고층 아파트의 대표적인 표준 공간 중의 하나라고 할 수 있는 침실, 거실, 주방, 다용도실, 현관, 욕실, 베란다, 승강장 및 계단실 등으로 구성되어 있는 중형 아파트 구조로 하였다. 화재의 발생 위치, 가연물의 종류 및 양, 거실구조나 출입문의 개폐여부 등에 따라 화재 성장 특성이나 거주자의 피난 특성도 크게 달라지는데 본 연구에서는 급기가압제연에 따른 연기유동 특성을 고찰하는 것이 주목적이므로 내부 출입문이 모두 닫혀 있을 때의 거실 화재로 단순화하였다.
화재는 급기가압 제연설비가 갖추어져 있는 층에서 거실 화재가 발생한 것으로 하였으며, 화원의 위치는 거실(화재실)의 중앙부에서, 화원 크기는 O.5mXO. 5m로 가정하였다.

성능/효과

이후 현관문이 다시 닫히게 되면 차압이 약 200 Pa대까지 급속도로 증가한 후 다시 자동차압조절 기능에 의하여 적정 차압 범위내로 도달하게 되는데, 부속실 차압이 적정차압 이상으로 과도하게 올라가 있는 경우에는 화재실 안의 또 다른 거주자가 현관문을 개방하는데 어려움이 있을 것으로 예상된다. 급격한 압력증가의 원인은 적정 방연풍속을 유지하기 위해 충분한 송풍량으로 급기되는 도중에 현관문이 닫힘으로 인해 순간적으로 과압이 발생하는 것으로 분석되었다.
본 연구 결과 밀폐된 주거공간에서 1MW급 크기의 화재 발생으로 급기가압댐퍼 작동 시에는 현관문 틈새를 통한 공기 유입으로 화재실 및 부속실 모두 절대압 (또는 게이지압)이 크게 상승하는 결과를 가져올 수 있으며, 이는 피난으로 인해 계단문이 일단 개방된 후에는 다시 잘 닫히지 않아 부속실내의 차압형성이 안 되는 문제점이 예상되었다. 따라서 화재실압이 지속적으로 상승하지 않도록 밀폐 거실에는 댐퍼와 연동되는 별도의 개구부(예: 배출구)가 필요한 것으로 판단된다.
적정 차압이 형성된 후 현관문 개방 시에는 적정방연풍속이 발생하는 것으로 나타났으며, 현관문이 닫힐 경우 순간적으로 200 Pa 정도의 높은 차압이 형성되어 이 시간 동안에는 화재실 안의 또 다른 거주자가 현관문을 개방하기는 어려울 것으로 예상되는 바, 과압 유지 시간이 비교적 짧다면 별 문제가 되지는 않지만 그렇지 않을 경우에는 부속실에 과압조절용 플랩댐퍼의 사용 등을 검토할 필요가 있는 것으로 나타났다.

참고문헌 (7)

NFSC 501A, 특별피난계단의 계단실 및 부속실 제연설비, 소방방재청(2007)
박승민 외, '급기가압제연설비의 개선에 관한 연구', pp.118-124, 한국화재소방학회 춘계학술대회논문집 (2003)
박형주 외, '국내 고층건물의 피난성능확보를 위한 급 기가압방연시스템의 제도개선 연구', 한국화재소방학회논문지, Vol.15, No.4, pp.49-56(2001)
E.G. Butcher and A.C. Parell, 'Smoke Control in Fire Safety Design', Spon E & F N, UK(1979). 5. John, H. Klote, James, A. Milke, 'Principle of Smoke Management', Amer. Society of Heating, USA(2002)
John, H. Klote, James, A. Milke, 'Principle of Smoke Management', Amer. Society of Heating, USA(2002)
Fire precautions in Design, Construction and Use of Buildings, Part 4. Code of Practice for Smoke Control Using Pressure Differentials, BSI(1998)
FDS v4.07 Users & Technical Manual, BFRL/NIST Special Publication(2006)

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