선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 그러나 아직까지 제연모드에 따른 성능검토가 미비하여 역사별 제연방식이 차이를 보인다. 따라서본 연구에서는 현재 운영 중인 역사를 대상으로 실제승강장과 매우 유사하게 모델링하고 설계 제연풍량 등을 그대로 CFD(Computational Fluid Dynamics)해석에 적용하여 보다 현실적인 열 및 연기 배출 성능 검토를 할 수 있도록 하였다.
제안 방법
- 각 절에 나타낸 평면도는 승강장 바닥 1.7 m 높이이며, 그래프는 Fig. 5와 같이 상·하행방향 승강장의 중심라인으로 화재가 발생한 열차가 정차된 승강장의 중심선을 A_P, 상행방향 승강장 중심선을 B_P로 구분하였다.
- 또한 터널의 배기구는 상·하행 승강장 끝단에서 각각 5 m 떨어진 지점에 (4 m × 4 m)크기의 개착복선 상부수평형 환기실 구조 형태로 고려하였다.
- 본 연구는 승강장에 정차된 지하철에서 화재발생시 최적의 제연모드 예측을 위하여 국내 비상시 작동되도록 설정되어있는 2가지 제연모드인 승강장 내 화재구역 배기, 비화재 구역 급기 또는 정지 및 발화 4분(승강장 피난허용시간, NFPA 130) 이전까지 승강장에서 배기를 하며, 4분 이후부터 터널 배기로 전환되는 스위치모드의 3가지 경우에 대하여 승객 시 야와 호흡높이를 1.7 m로 고려하여 열, 일산화탄소 및 가시 거리를 비교·분석하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 비상시 제연모드에 따른 성능 예측을 위하여 승강장 바닥을 기준으로 1.7m 높이(피난자의 호흡 및 눈높이 고려)에 대하여 온도, 일산화탄소(CO, Carbon Monoxide) 및 가시거리 분포를 비교 분석하였다.
- 승강장 및 터널에 설치된 배기구의 풍량 및 유속을 Table 1에 나타내었다. 승강장의 비상운전 모드와 풍량은 화재발생과 동시에 작동되도록 설정하였으며, 터널에 설치된 배기구의 유속은 작동되는데 소요되는 시간을 고려하여 작동 30초 후 최고 유속인 2.5 m/s에 도달되도록 하였다. 이외 내부 구조물인 기둥, 지하철 내장재료 등은 2.
- 4는 시간에 따른 화재성장선과 터널 환기팬 작동시간을 보여주고 있다. 열차의 출입문은 승강장과 연결된 방향만 개방된 것으로 설정하였으며, 객차와 객차를 연결하는 문은 모개방되도록 하였다. 대합실과 연결된 내부계단은 화재로 인한 유동을 고려하여 역시 개방된 것으로 설정하였다.
- 해당 역사의 건축 도면, 답사 및 실제 계측을 통하여 승강장 및 지하철, 급·배기구(diffuser) 개수, 승강장 기둥, 내부 구조, 내부 계단 등 실제와 유사하게 모델링 하였다.
대상 데이터
- Forney, 2006)을 이용하였다. 격자구성은 Fig. 2에 나타낸바와 같으며, 약 100만개로 생성하였으며, 대표적인 격자크기는 ∆x = 0.2 m, ∆y = 0.5 m, ∆z = 0.2 m 간격으로 생성하였다. FDS는 Navierstokes 방정식을 고려하며, 이 방정식의 확산 항들은 LES (Large Eddy Simulation) 계산으로 해결된다.
- 본 연구의 해석대상 공간은 서울메트로 4호선 수유역 승강장(너비: 20.4 m, 높이: 6.0 m, 길이: 205.0 m)과 상·하행선 방향의 일부 터널(너비: 8.0 m, 높이: 6.0 m, 길이: 10.0 m) 을 고려하였다.
- 정거장 층수는 지하 1층 대합실과 지하 2층 승강장 으로 상대식(지하역) 상·하단 직선 승강장 구조이며, 내부 계단은 총 8개, 역사 환기실은 대합실 양쪽 끝단에 각각 1개소씩 위치하며, 동일한 성능으로 승강장 길이방향으로 절반의 구역으로 나누어 급기 및 배기를 담당한다.
- 하행방면의 승강장에는 지하철(너비: 3.2 m, 높이: 4.3 m, 길이: 19.5 m × 10량)이 정차되어있으며, 차량 내장재 재료는 교체 차량으로 벽 및 천장: Aluminum, 의자 커버: Stainless Steel, 바닥: Synthetic Rubber(합성고무)이다.
- 화재시뮬레이션 결과를 수치로 뽑아내기 위하여 output의 area는 205 m(승강장길이)÷10 m(간격)×2 (상대식승강장) 총 42개로 구분되며, 모든 area 내에는 point measurement가 2.5 m, 5.0 m, 7.5 m로 고정되어있다(높이: 승강장 바닥 기준 1.7 m).
이론/모형
- 온도를 해석하기 위하여 복사열전달을 고려한 에너지방정식을 풀며, 복사열 전달방정식을 해석하기위하여 유한체적법(Finite Volume Method, FVM)을 사용하며, 화재의 모사는 혼합분율 연소모델(Mixture Fraction Combustion Model)을 이용하였다. 비회색가스 물성치는 FDS에서 제공하는 밴드모델을 이용한다.
- FDS는 Navierstokes 방정식을 고려하며, 이 방정식의 확산 항들은 LES (Large Eddy Simulation) 계산으로 해결된다. 온도를 해석하기 위하여 복사열전달을 고려한 에너지방정식을 풀며, 복사열 전달방정식을 해석하기위하여 유한체적법(Finite Volume Method, FVM)을 사용하며, 화재의 모사는 혼합분율 연소모델(Mixture Fraction Combustion Model)을 이용하였다. 비회색가스 물성치는 FDS에서 제공하는 밴드모델을 이용한다.
- 특 n-헵탄이 대표적인데, 발연소하는 특징을 가진 기체이다. 화재 크기는 발화 5분경과 최대 열방출량인 15 MW가 되는 것으로 설정하였으며, 화재성장 속도는 Power Law Relation(NFPA 92B, 2005) 식을 사용하였다. Fig.
- 해당 역사의 건축 도면, 답사 및 실제 계측을 통하여 승강장 및 지하철, 급·배기구(diffuser) 개수, 승강장 기둥, 내부 구조, 내부 계단 등 실제와 유사하게 모델링 하였다. 화재시 뮬레이션을 위하여 사용된 프로그램은 NIST(National Institute of Standards and Technology)에서 개발한 FDS (Fire Dynamic Simulator) V 4.07(K.B. McGrattan, G.P. Forney, 2006)을 이용하였다. 격자구성은 Fig.
성능/효과
- (2) 터널 기계 환기실의 대용량 팬 작동은 승강장 내의 열 및 연기를 빠르게 터널에 설치된 배기구를 통하여 배출시킴을 승강장 내의 온도 및 CO농도의 평균값이 낮아짐으로 확인할 수 있다.
- (3) 터널의 대용량 팬 작동으로 전환 후 화재발생 주변 기 준높이(1.7 m)로 열 및 CO가 빠르게 확산되기 때문에 승객이 모두 승강장에서 피난이 완료된 후 터널 배기가 작동되어야 할 것이다.
- 450초~690초 사이에서는 급기 운전시 양쪽 승강장에서 가시거리가 가장 짧은 것으로 나타났으며, switch mode로 작동한 경우에 가장 긴 가시거리를 유지하며, 특히 터널에 인접한 승강장 끝단의 가시거리가 길게 나타났다.
- 발 화 420초 후 승강장 기준높이의 가시거리분포로 A_P 승강장 은 비화재 구역을 급기 및 정지는 유사한 경향 보이며, switch mode로 제연할 경우 상·하행방향 승강장 끝단의 가 시거리가 가장 길게 나타났다. B_P 승강장 내에서는 급기 운전할 경우 가장 넓은 구간에서 가시거리가 짧아지는 것으 로 나타났다.
- 발 화 420초 후 승강장 기준높이의 가시거리분포로 A_P 승강장 은 비화재 구역을 급기 및 정지는 유사한 경향 보이며, switch mode로 제연할 경우 상·하행방향 승강장 끝단의 가 시거리가 가장 길게 나타났다.
- 주요 시간대별 CO 분포 특성은 다음과 같다. 발화 180초 이내 승강장내 CO 분포는 비화재 구역 급기를 수행한 경우 가 가장 빠르게 확산되며, 전 승강장구역 배기로 작동된 경우 (전환 방법, switch mode)가 초기 제연효과가 가장 높게 나 타났다. 발화 240초 이후 상·하행방향의 CO 분포가 제연모드에 따라 큰 차이를 보이기 시작하는데 화재발생위치에서 상 행방향(비화재 구역)은 제연을 하지 않은 경우 및 하행방향 (화재구역)으로는 급기를 수행한 경우에서 CO가 빠르게 호흡 높이로 하강되며, 상행방향은 switch mode 및 하행방향은 급 기를 수행한 결과가 가장 낮은 CO농도 분포를 보였다.
- 발화 후 비화재 구역을 급기로 작동한 경우 가시거리가 가장 먼저 감소 및 화재발생 주변에 국한되어 급격히 감소되는 경향을 보인 반면, 이외 제연방식에서는 승강장 길이방향으로 서서히 감소되는 경향을 나타내었다. 발화 210초 후 A_P 승강장 내 상행방향으로는 급기를 수행한 경우와 하행방향으로는 비화재 구역에서 제연을 하지 않은 경우에서 가시거리가 감소된 것으로 나타나며, B_P 승강장 내에서의 가시거리는 거의 변 화가 없었다. 발화 240초 이후 A_P 승강장 상행방향으로는 급기를 수행한 경우 다소 넓은 가시거리를 유지한 반면, 하 행방향 및 B_P 승강장 내의 가시거리는 반대의 경향을 나타내었다.
- 발화 240초 이후 상·하행방향의 CO 분포가 제연모드에 따라 큰 차이를 보이기 시작하는데 화재발생위치에서 상 행방향(비화재 구역)은 제연을 하지 않은 경우 및 하행방향 (화재구역)으로는 급기를 수행한 경우에서 CO가 빠르게 호흡 높이로 하강되며, 상행방향은 switch mode 및 하행방향은 급 기를 수행한 결과가 가장 낮은 CO농도 분포를 보였다.
- 발화 330초 후 모든 제연모드에서 A_P 승강장 화재 발생지점을 기준으로 상·하행방향으로 각각 약 40 m구간 내의 가시거리가 10 m 이하로 감소되며, B_P 승강장은 급기를 수행한 경우에서 가시거리가 급격히 감소됨을 확인할 수 있 다.
- 발화 240초 이후 상·하행방향의 CO 분포가 제연모드에 따라 큰 차이를 보이기 시작하는데 화재발생위치에서 상 행방향(비화재 구역)은 제연을 하지 않은 경우 및 하행방향 (화재구역)으로는 급기를 수행한 경우에서 CO가 빠르게 호흡 높이로 하강되며, 상행방향은 switch mode 및 하행방향은 급 기를 수행한 결과가 가장 낮은 CO농도 분포를 보였다. 발화 360초 이후 상행방향으로는 switch mode 및 하행방향으로는 급기를 수행한 경우에서 좀 더 높은 CO농도 분포를 보이며, 상행방향으로는 급기 또는 미작동시 및 하행방향으로는 switch mode로 제연할 경우에 다소 낮은 CO농도 분포를 나타내었다. 이후 수치해석이 종료되는 900초 이내 시간에서도 A_P 승강장 하행방향 및 B_C 승강장 양방향으로 급기를 수행한 경우가 다소 높은 CO농도 분포를 보이며, 상·하행방 향 승강장 끝단구간에서는 비화재 구역에서 제연을 전혀 하지 않은 경우가 CO농도가 급격히 증가됨을 확인할 수 있다.
- 발화 330초 후 모든 제연모드에서 A_P 승강장 화재 발생지점을 기준으로 상·하행방향으로 각각 약 40 m구간 내의 가시거리가 10 m 이하로 감소되며, B_P 승강장은 급기를 수행한 경우에서 가시거리가 급격히 감소됨을 확인할 수 있 다. 발화 390초 후 A_P 승강장 하행방향의 전 구간에서 급 기로 작동된 경우 10m이하로 가시거리가 감소되며, 승강장 끝단 구간에서는 switch mode로 제연할 경우가 가장 가시거 리가 길게 나타났다. 450초~690초 사이에서는 급기 운전시 양쪽 승강장에서 가시거리가 가장 짧은 것으로 나타났으며, switch mode로 작동한 경우에 가장 긴 가시거리를 유지하며, 특히 터널에 인접한 승강장 끝단의 가시거리가 길게 나타났다.
- 발화 420초 후 승강장 기준높이의 CO분포로 상·하 행방향 승강장 끝단부에서 switch mode로 제연시 CO를 터널 부로 빠르게 배출시켜 낮은 농도분포를 보이며, 급기를 수행한 경우에 B_P 승강장으로 CO가 확산됨을 확인할 수 있다.
- 이후 수치해석이 종료되는 900초 이내 시간에서도 A_P 승강장 하행방향 및 B_C 승강장 양방향으로 급기를 수행한 경우가 다소 높은 CO농도 분포를 보이며, 상·하행방 향 승강장 끝단구간에서는 비화재 구역에서 제연을 전혀 하지 않은 경우가 CO농도가 급격히 증가됨을 확인할 수 있다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.