[논문]지하공간 화재시 배연장비의 활용에 관한 연구

이성룡; 한동훈

[국내논문] 지하공간 화재시 배연장비의 활용에 관한 연구
A Study on the Application of Ventilation Equipment in an Underground Fire 원문보기

터널과 지하공간: 한국암반공학회지 = Tunnel and underground space, v.20 no.2 = no.85, 2010년, pp.92 - 96

이성룡 (중앙소방학교 소방과학연구실) , 한동훈 (중앙소방학교 소방과학연구실)

초록
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본 연구에서는 지하공간에서 화재 발생시 배연장비의 연기배출 성능을 평가하기 위하여 실험을 실시하였다. 배연장비로는 이동식 송풍기를 사용하였으며 가연물질로는 에탄올을 사용하였다. 한 변의 길이가 80cm의 정사각형 화원을 사용하였으며 최대 열방출률은 약 460 kW이다. 급기방식 배연의 영향을 평가하였다. 급기방식의 경우 실내의 가시도 향상 및 온도감소 효과를 확인할 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, experiments were conducted to evaluate the effectiveness of ventilation equipment in underground fires. Two type of Ventilators were used in experiments. Experiments were carried out using ethanol square pool fire. Maximum heat release rate was about 460kW. Visibility and temperature distribution were evaluated according to mechanical ventilation. In blower type ventilation, visibility was increased and temperature was lowered.

Keyword

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 현재 일선 소방관서에서 사용 중인 이동식 배풍기를 사용하여 지하공간 화재 발생시 배연성능을 평가하기 위하여 실험을 실시하였다. 이를 통하여 배연장비의 효용성 및 활용도 제고를 통하여 화재시 효율적이고 효과적인 연기제거를 위한 화재진압 전술의 기초 데이터를 제공하고자 한다.
따라서 본 연구에서는 현재 일선 소방관서에서 사용 중인 이동식 배풍기를 사용하여 지하공간 화재 발생시 배연성능을 평가하기 위하여 실험을 실시하였다. 이를 통하여 배연장비의 효용성 및 활용도 제고를 통하여 화재시 효율적이고 효과적인 연기제거를 위한 화재진압 전술의 기초 데이터를 제공하고자 한다.
본 연구에서는 지하공간 화재시 이동식 송풍기를 활용한 배연실험을 실시하였다. 본 연구를 통해 얻은 결론을 다음과 같이 정리할 수 있다.

가설 설정

열방출률은 로드셀을 이용하여 개방된 공간에서 연소 실험을 통해 증발된 연료의 양을 측정하여 산정하였다. 본 연구에서는 92%의 연소효율을 가정하였다.⁶⁾ 열방출 률은 다음 식에 의해 결정하였으며 최대 열방출률은 약 460kW이다.

제안 방법

데이터 수집 장치의 각 채널에서 수집된 데이터는 RS-232를 통해 PC로 전송된다. 기계배연 유무에 따른 실내의 온도변화를 측정하기 위하여 비상출구 부근(Tree1), 주출입구 부근(Tree2), Dead-end 부근(Tree3)에 총 15개의 열전대를 설치하였으며 각 열전대의 설치높이를 Fig. 4에 나타내었다.
열방출률은 로드셀을 이용하여 개방된 공간에서 연소 실험을 통해 증발된 연료의 양을 측정하여 산정하였다. 본 연구에서는 92%의 연소효율을 가정하였다.
실험에 의한 구조물의 손상 및 훼손을 방지하기 위해 연소시 연기가 발생하지 않는 에탄올을 가연물로 사용 하였다. 점화 5분 30초 후 비상출구를 개방하였으며 6분 후 송풍기를 가동하였다. 배연실험 시간대별 진행상황을 Table 1에 나타내었다.
비상출구만 개방하는 자연배연(case 1)과 비상출구 개방 후 송풍기로 급기하는 기계배연(case 2)에 대하여 실험을 수행하였다.

대상 데이터

실험을 위하여 훈련용으로 사용중인 지하공간에서 이동식 송풍기를 사용하여 배연실험을 실시하였다. 지하 공간은 17.
실험공간의의 온도 측정을 위하여 소선 지름 0.6 mm의 K-타입 열전대를 사용하였다. 열전대의 측정범위는 -200℃～1200℃이며 -20℃～120℃ 구간에서 ±2℃의 오차를 가진다.
열전대의 측정범위는 -200℃～1200℃이며 -20℃～120℃ 구간에서 ±2℃의 오차를 가진다. 열전대에 발생된 신호는 Agilent 34970A data acquisition unit과 Agilent 34901A 채널을 통해 수집되었다. 데이터 수집 장치의 각 채널에서 수집된 데이터는 RS-232를 통해 PC로 전송된다.
뜨거운 열기류의 유동을 가시화하기 위하여 황색 연막탄을 사용하였다. room 4 입구에 캠코더를 설치하여 지하실 내부의 상황을 촬영하였다.
2-4) 본 연구에서는 한변의 길이가 80cm인 정사각형 풀을 사용하였으며, 가연물질로는 에탄올 18리터를 사용하였다. 에탄올의 밀도는 794 kg/m³이고 연소열은 26,800 kJ/kg이다.
실험에 의한 구조물의 손상 및 훼손을 방지하기 위해 연소시 연기가 발생하지 않는 에탄올을 가연물로 사용 하였다. 점화 5분 30초 후 비상출구를 개방하였으며 6분 후 송풍기를 가동하였다.

성능/효과

본 연구에서는 92%의 연소효율을 가정하였다.⁶⁾ 열방출 률은 다음 식에 의해 결정하였으며 최대 열방출률은 약 460kW이다.⁷⁾
Tree 2의 경우, 2 m 높이에서 화재가 안정화 된 후 온도가 약 110℃를 유지하였다. 1.6 m와 1.2 m를 경계로 성층화 되는 것을 확인할 수 있으며 1.6 m 이상에서는 상대적으로 온도 상승폭이 큰 것을 확인할 수 있다. 1.
1) 이동식 송풍기를 가동함으로 인하여 주출입구 부근에서 온도가 약 75℃ 이하로 감소하고 가시도가 향상되어 소방공무원의 소방활동을 위한 진입공간이 확보되었다.
2) 기계배연시 화재영역 하류 부근에서는 배연풍의 영향으로 인하여 상부에서는 온도가 약 100℃ 이하로 감소하고 하부에서는 약 75℃까지 증가하였다.
3) 화원 상류에 위치한 Dead-end 부근에서는 기계배연을 실시함으로 인하여 온도가 30℃ 이하로 감소하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	화재로 인한 사망자의 절반 이상의 사망 원인은?	화재로 인한 사망자의 절반 이상이 연기에 의한 질식으로 사망하고 있다. 따라서 화재로 발생한 연기를 화재발생 초기에 효과적으로 제거하는 것은 인명피해 및 재산손실을 최소화 하는데 매우 중요하다.
	일선 소방관서에서 사용하고 있는 배연장비는?	현재 일선 소방관서에서는 배연장비로서 배연차, 이동식 송풍기, 이동식 배풍기 등을 구비하여 배연작업을 수행하고 있다. 2009년 현재 135대의 배연차가 일선관서 등에 배치되어 운용중이다.
	지하공간에서 화재가 일반화재와 다른 특성은 무엇인가?	지하공간에서 화재가 발생할 경우 일반화재와는 다른 특성을 가지고 있다. 화재시 공기의 공급 부족으로 인하여 불완전 연소가 되어 다량의 연기 및 일산화탄소를 발생시키고 산소결핍을 초래할 수 있다. 또한 창이 없는 구조이기 때문에 발생된 열과 연기가 배출되지 않고 내부에 축적되며, 외부로의 자연배연도 불가능함으로서 지하내부로 연기가 쉽게 확산된다. 지하구조상 배연이 원활히 이루어지지 않을 경우 가시거리의 확보가 불가능하게 됨에 따라 피난자가 피난방향을 쉽게 상실하여 질식 사망률을 높이는 결과를 야기한다. 고열과 축적된 연기로 인하여 소방대의 내부 상황 파악 및 화재현장 진입이 곤란하여 화재진압 활동에 큰 장애요인이 된다.

참고문헌 (7)

소방장비 통계집, 소방방재청, 2009.
X. C. Zhou and J. P. Gore, 1995, Air Entrainment flow Field Induced by a Pool Fire, Combustion and Flame, Vol.100, No.1, 52-60.

상세보기
D. Drysdale, 1985, An Introduction to Fire Dynamics, A Wiley-Interscience Publication.
E. J. Weckman and A. B. Strong, 1996, Experimental Investigation of the Turbulence Structure of Medium-Scale Methanol Pool Fires, Combustion and Flame, Vol.105, No.3, 245-266.

상세보기
V. Babrauskas, 1998, Burning Rates, The SFPE Handbook of Fire Protection Engineering, 2-1 to 2-15, USA.
A. Tewarson, 1998, Smoke Point Height and Fire Properties of Materials, NIST-GCR- 88-555, National Institute of Standards and Technology, Available from National Technical Information Services, Springfield , VA 22161, USA.
K. B. Edward, E. N. Harold and D. E. David, 1997, Simplified Fire Growth Calculation, Fire Protection Handbook, 18th Edition, NFPA FPH1897, Section 11, Chapter 10.

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