본 논문에서는 화재 시뮬레이션 프로그램을 이용하여 이중외피 구조 중 커튼월 구조의 화재 시 위험성을 일반적인 구조와 비교하여 보았다. 이를 위해 화재 시뮬레이션 프로그램(FDS)을 기반으로 한 PyroSim을 이용하여 가상의 5층 건축물로 모델링을 한 후 커튼월 구조를 적용하지 않은 모델과 커튼월 구조를 적용한 모델로 나누어 동일한 제반조건과 장소에서 화재가 발생 하도록 하였으며, 화재 특성을 확인하기 위해 연기거동, 가시거리, CO, $CO_2$의 농도를 비교 분석하였다. 그 결과, 커튼월 구조가 적용 되지 않은 경우보다 커튼월 구조가 적용된 경우 연기가 최상층에서부터 빠르게 채워져 밑의 층으로 점점 내려가는 현상을 확인 할 수 있었으며, 화재 시뮬레이션을 통해 화재 시 커튼월 구조의 위험성을 검증 하였다.
본 논문에서는 화재 시뮬레이션 프로그램을 이용하여 이중외피 구조 중 커튼월 구조의 화재 시 위험성을 일반적인 구조와 비교하여 보았다. 이를 위해 화재 시뮬레이션 프로그램(FDS)을 기반으로 한 PyroSim을 이용하여 가상의 5층 건축물로 모델링을 한 후 커튼월 구조를 적용하지 않은 모델과 커튼월 구조를 적용한 모델로 나누어 동일한 제반조건과 장소에서 화재가 발생 하도록 하였으며, 화재 특성을 확인하기 위해 연기거동, 가시거리, CO, $CO_2$의 농도를 비교 분석하였다. 그 결과, 커튼월 구조가 적용 되지 않은 경우보다 커튼월 구조가 적용된 경우 연기가 최상층에서부터 빠르게 채워져 밑의 층으로 점점 내려가는 현상을 확인 할 수 있었으며, 화재 시뮬레이션을 통해 화재 시 커튼월 구조의 위험성을 검증 하였다.
In this study, the fire risk of the curtain wall structure was compared with a general structure among the double envelope structure using a fire simulation program. To this end, a fire-story building curtain wall was modeled as virtual using the PyroSim based on a fire simulation program (FDS). And...
In this study, the fire risk of the curtain wall structure was compared with a general structure among the double envelope structure using a fire simulation program. To this end, a fire-story building curtain wall was modeled as virtual using the PyroSim based on a fire simulation program (FDS). And then, the fires occurred in the model, divided by curtain wall non-applied model and applied model, in the same structure and place. To identify the fire characteristics, smoke behavior characteristics, viewing distance, and volume fractions of CO and $CO_2$ were comparative analyzed. As a result, it was identified that the curtain wall applied model quickly filled with smoke from the top floor to under the floor compared to the curtain wall non-applied model. From this study, the fire risk of curtain wall structure was evaluated in detail using the fire simulations.
In this study, the fire risk of the curtain wall structure was compared with a general structure among the double envelope structure using a fire simulation program. To this end, a fire-story building curtain wall was modeled as virtual using the PyroSim based on a fire simulation program (FDS). And then, the fires occurred in the model, divided by curtain wall non-applied model and applied model, in the same structure and place. To identify the fire characteristics, smoke behavior characteristics, viewing distance, and volume fractions of CO and $CO_2$ were comparative analyzed. As a result, it was identified that the curtain wall applied model quickly filled with smoke from the top floor to under the floor compared to the curtain wall non-applied model. From this study, the fire risk of curtain wall structure was evaluated in detail using the fire simulations.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
따라서, 본 연구에서는 화재 시뮬레이션 프로그램(FDS)을 기반으로 만들어진 PyroSim을 사용하여 화재 시, 이중 외피 구조 중 하나인 커튼월 구조와 일반 구조를 비교하여 어떤 위험성을 내포하고 있는지에 대해 가상의 건축물로 모델링한 후 시간대별로 상층부로의 연기거동, 가시거리 그리고 중공층을 통한 직상층으로의 수직 연소확대 및 연기거동 변화 등을 분석하여 이중외피구조의 화재 위험성을 검증하는 것이 목적이다.
본 논문에서는 이중외피 구조중 하나인 커튼월 구조의 화재 위험성에 관하여 분석을 하였다.
가설 설정
이중외피 구조 중 커튼월 구조의 위험성을 확인하기 위해 화재 시뮬레이션 대상 건축물은 지상 5층 사무실로 2개의 Room(우: Room 1, 좌: Room 2)으로 단순화 하였으며, 그 중 Room 1의 사무실 소파에서 화재가 발생 것으로 가정하였다. 사무실의 창호 형태는 이중 외피구조 중 화재 위험성이 가장 큰 커튼월 구조로 외부 창호와 내부 창호 사이 간격은 1m이며, 전체가 통 유리로된 커튼월 구조 창호이다.
제안 방법
이를 위해 화재시뮬레이션 프로그램(FDS)을 기반으로 한 PyroSim을 이용하여 가상으로 5층 건축물로 모델링을 한 후 커튼월 구조를 적용하지 않은(시나리오 1) 모델과 커튼월 구조를 적용한(시나리오 2) 모델로 나누어 동일한 제반 조건과 장소에서 화재가 발생 하도록 하여 시나리오 간 화재 특성을 비교 분석 하였다.
커튼월 구조가 설치 된 경우로, 시나리오 1과 동일하게 1층 화재실과 화재 시 상층부로의 연소특성을 확인하고자연기거동, 가시거리, 연기 감지기, 열 감지기, CO 농도, CO2 농도를 측정을 하여 연소 특성을 평가한다.
커튼월 구조가 설치되지 않은 일반 구조의 경우로, 1층 화재실과 화재 시 상층부로의 연소특성을 확인 하고자 연기거동, 가시거리, 연기 감지기, 열 감지기, CO 농도, CO2농도를 측정을 하여 연소특성을 평가한다.
대상 데이터
본 연구에 사용된 PyroSim 2011은 FDS v5.5.3을 지원하며 FDS와 Smokeview 프로그램을 포함하고 있다.
성능/효과
26×10−7[mol/mol] 농도가 측정되었다. CO 농도 측정 결과 시나리오간, 화재실을 제외하고 커튼월 구조가 적용이 된 시나리오 2의 최상층인 Room 1과, 2에서 일반구조의 최상층보다 높게 나타 남으로써 커튼월 구조가 일반적인 구조에 비해 위험에 노출되어 있음을 알 수 있다.
먼저, 연기의 거동현상을 분석해 본 결과 커튼월 구조 적용시 최상층으로의 연기 거동이 확연하게 빠른 양상을 보였으며, 최상층부터 채워진 연기가 하층부로 내려오는 모습을 보였다.
본 논문에서는 동일안 제반 조건을 통해 커튼월 구조의 적용과 미적용을 여러 감지장치를 이용하여 그 수치를 통해 분석해 본 결과 커튼월 구조가 적용이 되었을 경우 연돌효과로 인한 피해가 일반적인 건축물과 비교하여 매우 크다는 점을 확인 할 수 있었고 커튼월 구조의 화재로 인한 특성을 파악하기 위해 충분한 자료라고 사료된다.
시뮬레이션을 통해 CO, CO2의 농도를 비교 해 보았을 때에도 상기 분석과 비교하여 화재실을 제외하고 시나리오 2의 Room 1의 최상층 Room 2의 최상층, 시나리오 1의 Room 1의 최상층 순으로 농도가 높게 나타났음을 알 수 있었다.
연기 감지기를 통한 연기 농도를 살펴 보았을때 커튼월 구조가 적용이 된 시나리오 2에서 화재실은 시나리오 1과 동일 한 양상을 보였지만, 화재실 최상층에서 약 400초 이후 연기가 감지되기 시작하여, 약 650초에서 약 20 %, 약 800초에서 약 40 %, 약 1,000초에서 약 60 %의 농도가 감지되었고, Room 2의 최상층에서도 약 450초 이후부터 연기가 감지되어 약 1,150초에는 연기 농도가 약 20 % 이상 감지되기 시작 하였다.
연기에 의한 가시거리를 확인해 본 결과 약 400초까지는 시나리오 1과 2의 경우 화재실을 제외하고 별다른 차이를 보이지 않았지만, 그 이후 커튼월 구조가 적용된 시나리오 2의 최상층에서부터 약 500초 이후(Figure 5) 연기가 차기 시작해 약 800초 이후 약 건물을 잘 알고 있는 사람이 피난의 장애를 겪는 가시거리인 5m까지 연기가 차고 있음을 알 수 있었다. 또한 시나리오 종료시간인 1,200초의 경우 화재층의 위에 있는 모든 층에서 약 10 m 이하의 가시거리(Figure 4)를 나타내고 있었다.
하지만 화재실의 최상층과 Room 2의 1층과 최상층에서는 별다른 연기와 온도의 변화가 없음을 보여주고 있다. 커튼월 구조가 적용이 되지 않았을 때에는 화재실의 위쪽에 자리 잡은 층들에 큰 영향을 미치지 않는다는 것을 알 수 있다.
참고문헌 (13)
S. J. Park, J. H. Jo, T. H. Ahn, M. S. Yeo, H. T. Seok and K. W. Kim, "A Study on the Application of the Double- Skin Facade to Apartment Buildings", Architectural Institute of Korea, Vol. 22, No. 1, pp. 453-456 (2002).
J. H. Cho, "A Study on Effective Application of Double Skin System for Energy Saving", Kon-Kuk University (2004).
Y. B. Lee, "A Study on Decrease and Improvement Plan by Stack Effect in Skyscrapers", Ykong-Gi University (2008).
T. T. Lie, "Fire Protection Handbook", Applied Science Publishers Ltd., London, UK (1997).
K. G. Kim, "Overview of Recent Developments of Double- Skin Facade System", Architectural Institute of Korea, Vol. 47, No. 9, pp. 28-33 (2003).
H. T. Seok, "Characteristics and Application of Double Skin Curtain Wall System", Architectural Institute of Korea, Vol. 47, No. 9, pp. 34-39 (2003).
D. W. Kim and C. S. Park, "Energy Performance Assessment of a Double Skin System for Various Configurations", Architectural Institute of Korea, Vol. 26, No. 1, pp. 379-387 (2010).
Y. S. Sonh, S. K. Dan, B. W. Lee, S. P. Kwon, D. I. Shin and T. O. Kim, "Simulation of Heat and Smoke Behavior for Wood and Subway Fires by Fire Dynamics Simulator (FDS)", Journal of the Korean Institute of Gas, Vol. 14, No. 6, pp. 31-37 (2010).
Y. B. Bae, S. H. Ryu, Y. I. Kim, S. K. Lee, O. H. Keum and S. K. Park, "Validation of FDS for the Pool Fires within Two Rooms", Journal of Korean Institute of Fire Science & Engineering, Vol. 24, No. 5 (2010).
Y. T. Huh, C. B. Park, J. S. Sung and M. O. Yoon, "Analysis for Fire Spread through Double Skin Facade System with FDS", Journal of Korean Institute of Fire Science & Engineering, Vol. 23, No. 5 (2009).
ThunderHead Eng, "PyroSim User Manual", The RJA Group Inc, Chicago, USA (2011).
G. P. Forney, "Smokeview User's Guide", Fire Research Division, Building and Fire Research Laboratory, NIST, USA (2007).
D. J. Park, "A Study on the Combustion Expansion between Floors in Multistory Building by Fire Simulation", Dong-Shin University (2011).
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.