[국내논문]제연댐퍼 송풍량에 따른 피난 안전 구역 차압 및 연기 거동 특성 연구 Study of Smoke Behavior and Differential Pressure in the Refuge Safety Area According to Damper Capacity of Smoke Control원문보기
본 연구에서는 초고층 건축물 화재 시 피난 안전 구역이 있는 피난 층에서 화재실로부터 발생하는 연기의 거동을 파악하기 위하여 상용코드를 사용하여 수치해석을 하였다. 화재를 모사하기 위하여 10 MW의 발열량에 해당하는 온도와 속도를 이용하여 부력 plume을 적용하였으며 종 보존 방정식을 이용하여 화재 연기 거동을 예측하였다. 피난 안전 구역에 제연댐퍼를 설치하여 급기 가압 제연 시스템을 적용하였으며 화재실 문이 열린 경우 25 $m^3/s$, 화재실과 부속실 문이 동시에 열린 경우 50 $m^3/s$의 제연 댐퍼송풍량은 화재 안전 기준 NFSC 501-A를 만족하며 충분히 제연이 가능하다는 것을 확인하였다. 부속실문이 열린 경우, 화재실의 문이 닫혀 있더라도 문과 벽 사이의 틈새 면적으로 연기가 피난 안전 구역으로 유입될 가능성이 있다. 또한, 50 $m^3/s$ 높은 송풍량으로 제연 중 화재실 문이 닫힐 경우 피난자가 화재실에 고립될 가능성을 확인하였다. 그러므로 피난자의 안전을 위해 제연 송풍량의 조절이 필요하며 본 연구에서는 피난 시나리오에 따른 적절한 송풍량을 제안한다.
본 연구에서는 초고층 건축물 화재 시 피난 안전 구역이 있는 피난 층에서 화재실로부터 발생하는 연기의 거동을 파악하기 위하여 상용코드를 사용하여 수치해석을 하였다. 화재를 모사하기 위하여 10 MW의 발열량에 해당하는 온도와 속도를 이용하여 부력 plume을 적용하였으며 종 보존 방정식을 이용하여 화재 연기 거동을 예측하였다. 피난 안전 구역에 제연 댐퍼를 설치하여 급기 가압 제연 시스템을 적용하였으며 화재실 문이 열린 경우 25 $m^3/s$, 화재실과 부속실 문이 동시에 열린 경우 50 $m^3/s$의 제연 댐퍼송풍량은 화재 안전 기준 NFSC 501-A를 만족하며 충분히 제연이 가능하다는 것을 확인하였다. 부속실문이 열린 경우, 화재실의 문이 닫혀 있더라도 문과 벽 사이의 틈새 면적으로 연기가 피난 안전 구역으로 유입될 가능성이 있다. 또한, 50 $m^3/s$ 높은 송풍량으로 제연 중 화재실 문이 닫힐 경우 피난자가 화재실에 고립될 가능성을 확인하였다. 그러므로 피난자의 안전을 위해 제연 송풍량의 조절이 필요하며 본 연구에서는 피난 시나리오에 따른 적절한 송풍량을 제안한다.
In this study, we calculated the smoke movement at the fire area of the refuge floor which has the refuge safety area in case of fire in the high rise building by using a computational fluid dynamics (CFD) code of FLUENT (ver. 13.0). The buoyancy plume was applied using the temperature and flow velo...
In this study, we calculated the smoke movement at the fire area of the refuge floor which has the refuge safety area in case of fire in the high rise building by using a computational fluid dynamics (CFD) code of FLUENT (ver. 13.0). The buoyancy plume was applied using the temperature and flow velocity which represent 10 MW heat release rate in order to describe the fire, and the smoke movement was predicted using a species conservation equation. The pressurization system of smoke control was adopted with smoke control damper in refuge safety area, at the result, it is confirmed that the damper capacity was enough to smoke control in which the flow rate of supply was applied 25 $m^3/s$ in the case of the door at fire area opened only, and 50 $m^3/s$ in the doors at the fire area and lobby both opened case. They were satisfied in NFSC 501-A. Even though the door of fire area closed, there were smoke leakages at the gap between the door and wall. In addition, the refugee could be isolated in the fire area when the door of fire area closed during smoke control in the case of using the high damper flow rate of supply, 50 $m^3/s$. Therefore the proper damper flow rate of supply are needed in order to prevent the damage of refugee and this study proposes the suitable condition of damper capacity according to refuge scenario.
In this study, we calculated the smoke movement at the fire area of the refuge floor which has the refuge safety area in case of fire in the high rise building by using a computational fluid dynamics (CFD) code of FLUENT (ver. 13.0). The buoyancy plume was applied using the temperature and flow velocity which represent 10 MW heat release rate in order to describe the fire, and the smoke movement was predicted using a species conservation equation. The pressurization system of smoke control was adopted with smoke control damper in refuge safety area, at the result, it is confirmed that the damper capacity was enough to smoke control in which the flow rate of supply was applied 25 $m^3/s$ in the case of the door at fire area opened only, and 50 $m^3/s$ in the doors at the fire area and lobby both opened case. They were satisfied in NFSC 501-A. Even though the door of fire area closed, there were smoke leakages at the gap between the door and wall. In addition, the refugee could be isolated in the fire area when the door of fire area closed during smoke control in the case of using the high damper flow rate of supply, 50 $m^3/s$. Therefore the proper damper flow rate of supply are needed in order to prevent the damage of refugee and this study proposes the suitable condition of damper capacity according to refuge scenario.
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문제 정의
따라서 본 연구의 목적은 초고층 건축물 화재 발생시 인명 피해와 직접 연관이 될 수 있는 피난안전구역에 대하여 상용 열 · 유동 해석 프로그램을 이용하여 급기 가압 제연 시스템을 적용하였을 때, 제연 댐퍼 송풍량에 따른 화재실의 연기 거동과 화재실과 피난안전구역과의 압력 분포차이를 분석하여 보다 안전한 피난안전구역 설계에 반영하도록 하는데 있다.
가설 설정
화재는 급기 가압 제연 설비가 갖추어져 있는 피난층에서 기계실 화재가 발생한 것으로 하였으며 화원의 크기는 3.5 m × 3.5 m로 가정하였다. 최대 열 발생률이 10 MW인 화재의 발생과 동시에 피난 안전 구역의 제연 댐퍼는 가동되며 피난자들의 피난에 따른 화재실 및 부속실의 개폐 여부에 따라서 Table 1과 같이 세 가지 조건에 대하여 해석을 수행하였다.
제안 방법
본 연구에서는 초고층 건축물 화재 시 화재실과 피난 안전 구역에서의 압력 분포 및 연기 거동을 모사하기 위하여 범용 열·유체 해석 프로그램인 FLUENT Ver. 13.0을 이용하였으며, 2.0 GHz, 16 GB 사양의 컴퓨터(Intel Xeon CPU Quad Core Processor)를 사용하며 8 노드(node)를 병렬 연결하여 약 2시간의 해석 시간이 소요되었다.
본 연구에서는 초고층 건축물의 피난 안전 구역이 설치된 피난 층에서 화재 시 화재실 및 부속실 문의 개폐 여부에 따른 연기 거동 특성에 대해 분석을 하였으며, 제연 댐퍼 송풍량에 따른 해석 및 화재실과 피난 안전 구역의 차압 분석을 바탕으로 피난 시나리오에 따른 적절한 제연 댐퍼 송풍량에 대해 논의하였다. 제연 댐퍼 송풍량은 0.
본 연구는 송도 신도시 동북아 무역센터를 대상으로 화재 발생 시 급기 가압 제연 시스템을 고려한 화재 연기 거동 특성에 대해 수치해석을 수행하였으며 다음과 같은 결론을 도출하였다.
대상 데이터
본 연구에 적용된 초고층 건축물은 인천 송도 신도시 동북아 무역센터로 Figure 1에서와 같이피난 안전구역의 면적은 877.2 m2, 화재실의 면적은 182.8 m2이다. 피난 안전 구역과 화재실 사이에는 1.
이론/모형
본 수치해석에는 연속 방정식, 운동량 방정식, 에너지 방정식, 종 보존방정식을 사용하였다. 연속방정식은 제어체적에서의 질량 보존의 법칙에 기초하고 있으며, 식 (1)과 같이 표현할 수 있다.
난류 유동장 해석에는 표준 k-ε 모델을 사용하였으며, 속도와 압력의 연결은 SIMPLE 알고리즘을 사용하였고, 온도 변화에 따른 가스 밀도 계산은 비압축성 이상기체의 상태방정식을 적용하였다. 표준 k-ε 모델은 2 방정식 모델(two-equation model)의 일종으로 난류유동을 지배하는 속도 스케일과 길이 스케일을 수송방정식 형태로 나타낸 것이다.
성능/효과
1) 화재실 문이 열려 있는 상황에서 부속실 문이 닫혀 있는 경우 제연 가능한 25 m3/s의 제연 댐퍼 송풍량은 부속실 문이 열릴 경우 제연이 불가능하고 인가 송풍량보다 많은 송풍량이 필요함을 확인하였다.
2) 부속실 문이 열려 있는 상황에서 화재실 문이 닫혀 있는 경우 25 m3/s 이상의 제연 댐퍼 송풍량은 화재실 문의 틈새 면적을 통하여 화재실로 유입되면서 제연이 가능하다는 것을 확인하였다.
후속연구
3) 화재실과 부속실 문이 모두 열려있는 경우 제연 가능한 50 m3/s의 송풍량으로 가압 중 화재실 문이 닫힐 경우 화재실과 피난 안전 구역의 차압이 150 Pa에 도달하면서 피난자가 화재실에 고립될 수 있으므로 이에 대한 효과적인 급기 가압 제연 시스템의 설계 방안이 필요하다.
G. Hadijisophocleous and Q. Jia, "Comparison of FDS Prediction of Smoke Movement in a 10-storey Building with Experimental Data", Fire Technology, Vol.45 pp.163-177(2009).
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