[논문]북미 초고층건물에서 화재시 연기이동경로 사례

유민영; 차광석; 박명식

문제 정의

실측 및 실험실 연구, 그리고 계단과 엘리베이터 가압 시스템 및 구획별 연기 제어 시스템을 다루는 수학적 모델 연구이다. 또한 Plaza Hotel의 화재실험이 구획별 연기제어 시스템의 성능을 평가하기 위하여 수행되었다. 화재실험은 다른 기관들에 의하여도 수행되었다.
NIST의 연구는 다음 두가지 중요한 부분을 포함하고 있다. 실측 및 실험실 연구, 그리고 계단과 엘리베이터 가압 시스템 및 구획별 연기 제어 시스템을 다루는 수학적 모델 연구이다. 또한 Plaza Hotel의 화재실험이 구획별 연기제어 시스템의 성능을 평가하기 위하여 수행되었다.
화재시험은 또한 시애틀 소방국에 의해 United Pacific 빌딩에서도 수행되었다. 이 시험은 shielded sprinkler 화재조건하의 가압된 계단의 성능을 조사하기 위한 것이었다.
뉴욕 항만청빌딩, 그리고 아틀란타의 Henry Grady Hotel에서도 수행되었다. 이들 실험은 계단 가압시스템의 성능을 평가하기 위하여 수행되었다. 화재시험은 또한 시애틀 소방국에 의해 United Pacific 빌딩에서도 수행되었다.

제안 방법

결과는 연기 제어 장치가 설계대로 작동하였다.
제한원칙과 대비 되었다. 재난의 위험성이 증가하게 되었으므로 모든 미국과 캐나다 빌딩 규격에서 아트리움과 인근 층내 공간에 스프링클러 시스템을 의무화 하였다. 스프링클러는 층내공간에서 화염을 억제하는데에 매우 효과적이었다.
. 화염은 전기 , 전화실을 통하여, 층을 관통하는 공조용 플렉서블 덕트 주위의 공간을 통하여, 우편물 배달 장치를 통하여, 그리고 층내의 전기연결(아마도 케이블)을 통하여 34층으로 전파하였다. 화염은 또한 35 층으로 퍼졌다.

대상 데이터

스프링클러 시스템은 90% 완성되어 있었다. 12층의 개방형 오픈플랜 사무실에서 화재가 발생하였다. 화재가 난 지역에서는 모듈형 사무용 가구가 있었고 많은 개 인용 컴퓨터와 터미널들이 증권 및 채권 트레이터들에 의해 사용되고 있었다.
32층 근무자 중에 4명이 불길을 찾을 수는 없었지만 연기냄새를 맡았고 努층에서 남동쪽코너의 사무실로부터 짙은 검은 연기가 다가 오는 것을 보았다. 2명의 경비원과 전화국 직원이 39층 거주자들에게 화재사실을 알리기 위하여 엘리베이터를 탔다. 엘리베이터가 올라가다가 33층에서 멈췄다.
4명이 연기질식으로 서쪽 계단통로에서 사망하였다. 또 다른 2명이 22층에서 사망하였으며 이중 한 명은 객실에서 한명은 복도에서 사망하였다.
캐나다에서는 I960년대 초반에 NRCC에 의해 처음으로 이문제가 제기되었다. 고층빌딩에서 연기이동에 영향을 주는 연돌효과와 빌딩 공조시스템 에 의한 공기이동에 대하여 9 ~ 45층의 사무용건물에 대한 실측이 수행되었다. 1970년 판 The National Building Code of Canada와 이후 북미규격 에서 소개 된 다양한 연기제어방안에 대하여 수학적 모델이 개발되었다.
레스토랑과 카지노에서 불길이 확산되고 있을 때, 천장위의 빈 공간을 통하여 대량의 연기가 확산되었다. 방호되지 않은 몇 개의 수직개구부와 밀폐가 덜 된 개구부들을 통하여 고층부로 확산되었다. 이 수직 개구부 중에는 지진대비용 조인트(seismic joints), 내부계단, 방연계단실(smokeproof stair enclosures), 화장실 배기샤프트, 그리고 다른 서비스용 유입구들, 예를들어 파이프샤시 등이었다.
승객용 엘리베이터의 승강로는 카지노 층의 엘리베이터 문이 열려 있었고, 두 대의 엘리베이터 케이블이 끊어지면서 연기 확산의 대로가 되었다.
화재가 난 날 34층 접수계원이 로비문의 서비스 엘리베이터 아래서 연기가 나오는 것을 목격하였다. 그리고 그녀는 서비스 엘리베이터 로비에서 스프링클러가 작동되는 소리를 들었다.
불은 45분에 한 층 정도씩 전파되었고 각 층에서 90분간 맹렬히 타올랐다. 화재는 16층에서 마침내 멈췄다. 3시간 반의 소방활동의 결과였다.
화재는 1층의 스프링클러가 없는 나이트클럽에서 발생하였다. 오전 4:30에 발견되었으며 연기는 아트리움으로 향하는 출입구에서 나오는 것이 보였다.
화재는 2층 세미나 실의 전기 배선반에서 새벽 2:15에 발생하여 인근 방으로 퍼져나갔다. 세미나실은 삼면이 유리벽으로 되어 있었고 빌딩의 외벽에 해당하였다.

성능/효과

빌딩은 완공된지 얼마 안되었고 부분적으로 입주하고 있었다. 32층 근무자 중에 4명이 불길을 찾을 수는 없었지만 연기냄새를 맡았고 努층에서 남동쪽코너의 사무실로부터 짙은 검은 연기가 다가 오는 것을 보았다. 2명의 경비원과 전화국 직원이 39층 거주자들에게 화재사실을 알리기 위하여 엘리베이터를 탔다.
지주식 건축은 저층의 유효공간을 줄이는 단점이 있었다. 내부 환경의 제어를 개선시키는 공기조화시스템과 기계식 환기시스템의 증가로 인하여 전체층 규모가 증가하였다. 이로 인하여 창문의 크기를 최대화 하고 현재 가장 인기있는 사무용빌딩의 계획이 된 중앙식 사무용 빌딩의 디자인이 나타났다.
첫째, 층공간의 적은 구획은 대규모 화재의 가능성을 낳았다. 둘째, 보다 높은빌딩은 거주자에 대한 연기 질식의 위험을 증가시키고 완전대피에 걸리는 시간을 증가시 켰다.
첫째, 외부공기침투를 줄이고 냉/ 난방 부하를 줄이기 위한 보다 치밀한 외벽의 공사. 둘째, 에너지 낭비가 심했던 재열시스템 에서 변풍량공기시스템 (VAV)으로의 변화였다. 또한 환기를 위한 외부공기의 유입을 줄이는 방향으로의 변화를 가져왔다.
또한 방재구획의 사용에도 불구하고 화염이 층간으로 확산할 수 있다는 것을 보여 주였다. 여기에 기술되는 예들은 연기이동과 이들 빌딩내에서 연기재해가 증가하는 원인이 되었던 건축적 특성들을 상세히 열거하고 있다.
오후 5:5O, 경비원이 50층짜리 사무실 빌딩의 33층 천장에 있는 틈으로 연기가 나오는 것을 감지하였다. 빌딩은 완공된지 얼마 안되었고 부분적으로 입주하고 있었다.
넘을 것으로 추산한다. 이 화재는 스프링클러 시스템과 적절한 구획이 없는 현대식 건물에서 수즈I, 수평 화염 확산이 매우 빠르게 일어난다는 것을 보여주었다. 비슷한 고층 화재가 Philadelphia, PA에 있는 38층짜리 건물인 One Meridian Plaza에서 있었다.
내부 환경의 제어를 개선시키는 공기조화시스템과 기계식 환기시스템의 증가로 인하여 전체층 규모가 증가하였다. 이로 인하여 창문의 크기를 최대화 하고 현재 가장 인기있는 사무용빌딩의 계획이 된 중앙식 사무용 빌딩의 디자인이 나타났다. 빌딩디자인의 이런 변화는 다음과 같은 두가지 심각한 문제를 가져왔다.
빌딩디자인의 이런 변화는 다음과 같은 두가지 심각한 문제를 가져왔다. 첫째, 층공간의 적은 구획은 대규모 화재의 가능성을 낳았다. 둘째, 보다 높은빌딩은 거주자에 대한 연기 질식의 위험을 증가시키고 완전대피에 걸리는 시간을 증가시 켰다.

후속연구

여기서 고층빌딩의 완전대피는 비현실적이며 따라서 이런 빌딩들의 경우 화재는 내부에서 소화되어야 한다는 것을 인정하였다. 또한 고층빌딩의 성공적인 화재 안전 시스템을 위해 필요한 기술적 수준에 도달하기 위하여 추가적인 연구와 개발이 필요하다는 것이 인식되었다. 1975년 영국.

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