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문제 정의
- 본 연구에서는 국내에서 최초로 개발된 화재시 연기 및 발열량 평가가 가능한 실대형 화재 평가 장치를 이용한 실물화재 실험을 실시하였다. 국내에서 제작된 차량을 대상으로 두 가지의 화재원을 가정하여 실험하였으며, 엔진룸 발화인 경우와 차량 내부에서의 발화인 경우에 대하여 차량5] 전소되는 시간 및 발열량등 화재 특성을 평가/분석하였다.
제안 방법
- 실물화재 실험을 실시하였다. 국내에서 제작된 차량을 대상으로 두 가지의 화재원을 가정하여 실험하였으며, 엔진룸 발화인 경우와 차량 내부에서의 발화인 경우에 대하여 차량5] 전소되는 시간 및 발열량등 화재 특성을 평가/분석하였다. 일반적으로 터널에서의 화재는 대부분이 환기지배형 화재가 우세할 것이므로 대형 실험동에서의 화재와는 연소가스발생량등 연소패턴에서 다소의 차이가 있을 수 있겠으나, 터널 화재안전 연구에서 가장 기본이 되는 열방출율에 대한 분석은 터널 화재 안전 연구를 위하여 매우 중요한 정보가 될 것이다.
- 또한, 가스의 포집부는 기존 O형에서 탈피하여 십자형으로 제작하였으며, soot에 인한 막힘 현상을 방지하기 위해 흐름의 반대방향에 홀을 설계하였다. 포집된 가스를 응축 등에 의해서 변형시키지 않고 불순물을 제거하여 순수한 가스를 가스분석기로 보내 주기 위하여 포집 가스를 3 ℃ 이하로 온도를 낮추어 수증기 응결을 이용해 수분을 제거하기 위한 cold trap을 사용하였고, 분석기로 가스가 공급되기 직전에 한 번 더 수분을 제거하였다.
- 포집된 가스를 응축 등에 의해서 변형시키지 않고 불순물을 제거하여 순수한 가스를 가스분석기로 보내 주기 위하여 포집 가스를 3 ℃ 이하로 온도를 낮추어 수증기 응결을 이용해 수분을 제거하기 위한 cold trap을 사용하였고, 분석기로 가스가 공급되기 직전에 한 번 더 수분을 제거하였다. 또한, 가스흡입구(덕트)에서 전처리장치까지는 상온에서 150℃까지 샘플링가스의 온도를 유지할 수 있는 temperature controlled line을 설치하였으며, 매연 제거용 필터를 전체 포집라인과 각 가스분석기 전단에 설치하여 분석기로의 매연입자 유입을 방지하였다.
- 본 연구에서는 국내에서 최초로 개발된 실대형 화재평가 장치를 이용하여 국내에서 제작된 차량을 대상으로 두 가지의 화재원을 가정하여 실물화재 실험을 실시하였으며, 이를 통하여 얻어진 결론을 정리하면 다음과 같다.
- 하나는 후드의 형상이고 다른 하나는 후드의 크기이다. 원형 후드의 경우 사각형 모형의 후드에 비해 후드 가장자리에서 발생될 수 있는 와동 (vortex)의 효과를 최소화할 수 있는 장점을 가지고 있으므로 원형 후드를 채택하였으며, 높낮이를 조절하도록 하여 연소실험 대상체의 플륨 특성에 맞추어 실험이 가능하도록 하였다. 또한, 덕트의 길이를 충분히 길게 하고 균일유속장치를 부착하여 연소가스가 완전 발달할 수 있도록 하였다(이의주 2006).
- 차량의 엔진룸에서 화재가 발생하는 경우와 차량 내부 뒷좌석에서 화재가 발생하는 경우로 각각 화재발생지점을 구분하여 실험을 진행하였다. 그림 은 실제 실험이 실시되는 모습을 보여주고 있다.
- 위해 흐름의 반대방향에 홀을 설계하였다. 포집된 가스를 응축 등에 의해서 변형시키지 않고 불순물을 제거하여 순수한 가스를 가스분석기로 보내 주기 위하여 포집 가스를 3 ℃ 이하로 온도를 낮추어 수증기 응결을 이용해 수분을 제거하기 위한 cold trap을 사용하였고, 분석기로 가스가 공급되기 직전에 한 번 더 수분을 제거하였다. 또한, 가스흡입구(덕트)에서 전처리장치까지는 상온에서 150℃까지 샘플링가스의 온도를 유지할 수 있는 temperature controlled line을 설치하였으며, 매연 제거용 필터를 전체 포집라인과 각 가스분석기 전단에 설치하여 분석기로의 매연입자 유입을 방지하였다.
대상 데이터
- 화재로 인하여 발생되는 열유량 및 연기는 상부에 설치된 후드를 통하여 모두 포집되며 상부에 설치된 측정 장치를 통하여 분석되어진다. 측정 대상은 가장 기본적인 화재특성인 열방출율과 유독가스 발생량, 그리고 차량의 전소시간을 측정하였다.
이론/모형
- 바로 유량 측정이다. Bi-directional velocity probe 에 의해 측정된 차압과 관내 레이놀즈수와의 관계식은식 (3)과 같으며, 본 연구에서 개발된 대형칼로리미터에서는 Re>3800이므로 McCaffiey와 Heskestad(1976)에 의한 실험식에 제안한 1.08을 적용하였다.
- 측정 덕트에는 유량측정을 위한 차압 프로브, 열전대, 십자형 가스 포집 설치 및 연기밀도측정 장치가 설치되어 있다. 덕트를 통과하는 유속의 측정은 피토튜브 등을 이용하는 것이 가장 기본적이지만 연소가스내의 입자 등에 의한 막힘이 발생할 수 있으므로 Bi-directional velocity probe를 사용하였으며, 총 6개의 Bi-directional velocity probe가 Log-Tehebycheff 방법에 의하여 설치되었다.
성능/효과
- 2) 차량의 실물화재결과 국내 소형차의 열방출율은 2.3 MW-3.4MW 정도로 측정되었으며, 발화지점과 창문의 개폐정도에 의존적임을 알 수 있었다. 따라서 추후의 지속적인 논의를 통하여 차량의 열방출율 기준을 결정하기 위해서는 객관적인 실험 절차의 확립이 선행되어야 할 것이다.
- 4 MW를 나타내었다. 이 결과는 국외에서 선행된 소형자동차의 열방출율 측정결과(3~5 MW) 및 PIARC 의 도로터널 방재설계시 소형차 기준 화재강도와 비교하여 볼 때 매우 근사한 수치임을 확인할 수 있다. 국내 터널에서 실시된 실물차량화재실험 결과에서 얻어진 열방출율도 본 실험을 통하여 얻어진 결과 범위와 동일하다.
후속연구
- 3) 이러한 국내 기술력은 현재 계획 중인 철도차량의 실대형 화재실험 평가 장치의 개발에 직접적으로 적용할 예정이며, 이를 통한 국내 철도의 화재 안전 대책 수립에 많은 기여를 할 수 있을 것으로 기대된다.
- 즉, 화재 관련 선진 연구기관과의 기술협력체계 구축 및 대형칼로리미터를 통한 화재안전 시험방법 .기준 및 운영 절차 확립함과 동시에 국제 연구 교류를 통한 실대형 화재 안전 평가시스템과 상호 비교 실험 추진함으로써 I선진 화재 관련 실험법 및 인증체계를 구성해야 할 것이다. 아울러, 본 장비를 활용하여 차량 건축물 등의 실물화재실험을 지속적으로 시행하여 이들의 연소내화 DB가 구축되어진다면 성능설계 기반 국내화재안전기술 개발에 크게 도움을 줄 수 있을 것으로 기대된다.
- 터널화재 연구의 경우 표 에 제시된 바와 깉이차량별 화재규모를 국내외 차량의 차별성이 있음에도 불구하고 국내의 연구에 그대로 적용하여 왔다. 따라서 보다 정확한 터널화재 안전설계를 위해서 모든 화재연구의 기본이 되는 차량의 화재규모를 정확하게 파악하는 것이 핵심적인 요소가 될 것이다.
- 4MW 정도로 측정되었으며, 발화지점과 창문의 개폐정도에 의존적임을 알 수 있었다. 따라서 추후의 지속적인 논의를 통하여 차량의 열방출율 기준을 결정하기 위해서는 객관적인 실험 절차의 확립이 선행되어야 할 것이다.
- 있다. 또한, 화재 선진국의 대표적인 화재실험연구동에 설치되어 있는 대형칼로리미터는 기기의 종류, 설치방법, 설치조건 및 측정 장치 등이 거의 유사한 조건으로 이루어져 있으므로 현재 개발된 화재실험동의 10MW급 대형칼로리미터를 선진각국과 활용성, 설치조건 및 운전 등에 있어서 동등한 기술수준임을 입증하기 위한 국제연구 등이 매우 중요할 것이다. 즉, 화재 관련 선진 연구기관과의 기술협력체계 구축 및 대형칼로리미터를 통한 화재안전 시험방법 .
- 기준 및 운영 절차 확립함과 동시에 국제 연구 교류를 통한 실대형 화재 안전 평가시스템과 상호 비교 실험 추진함으로써 I선진 화재 관련 실험법 및 인증체계를 구성해야 할 것이다. 아울러, 본 장비를 활용하여 차량 건축물 등의 실물화재실험을 지속적으로 시행하여 이들의 연소내화 DB가 구축되어진다면 성능설계 기반 국내화재안전기술 개발에 크게 도움을 줄 수 있을 것으로 기대된다.
- 많은 한계가 있다. 이를 위하여 순수 국내기술로 개발된 대형칼로리미터는 이러한 기존의 한계점을 극복하는데 큰 기여를 할 수 있을 것으로 기대된다.
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