[국내논문]제연구역 방화문의 각속도 변화와 폐쇄 조건 분석 A Study on the Conditions of Injection Pressurization in the Smoke-Control Zone II. Analysis of the Conditions for Closing Force of Fire Door with Variation of Angular Velocity원문보기
본 연구는 풍도, 부속실, 거실 그리고 계단실로 구성된 구조물의 제연설비 성능에 관한 연구를 수행하고 급기 가압실의 안전성을 구현하기 위한 실험 자료를 구축하고자 하는데 목적이 있다. 이를 위해서 부속실 가압 및 차압 조절 설비와 방화문의 개폐력 측정 장치를 제작하였다. 본 주제는 부속실의 가압을 위한 설계유량과 폐쇄시 차압이 동일한 경우 방화문의 크기와 닫히는 각속도 증가에 따라서 폐쇄력을 분석하였다. 실험 결과 방화문의 크기와 닫히는 각속도가 증가 할수록 폐쇄력이 증가하였으며, 일정 각속도 이상으로 증가할 경우 폐쇄력이 일정하게 유지되는 임계각속도가 존재하는 것을 확인하였다.
본 연구는 풍도, 부속실, 거실 그리고 계단실로 구성된 구조물의 제연설비 성능에 관한 연구를 수행하고 급기 가압실의 안전성을 구현하기 위한 실험 자료를 구축하고자 하는데 목적이 있다. 이를 위해서 부속실 가압 및 차압 조절 설비와 방화문의 개폐력 측정 장치를 제작하였다. 본 주제는 부속실의 가압을 위한 설계유량과 폐쇄시 차압이 동일한 경우 방화문의 크기와 닫히는 각속도 증가에 따라서 폐쇄력을 분석하였다. 실험 결과 방화문의 크기와 닫히는 각속도가 증가 할수록 폐쇄력이 증가하였으며, 일정 각속도 이상으로 증가할 경우 폐쇄력이 일정하게 유지되는 임계각속도가 존재하는 것을 확인하였다.
This study aims to construct the performance data for smoke-control zone and realize the safety of injection and pressurization room which is composed of supply air pressure zone, vestibule, smoke-control zone and stairwell. To obtain this, smoke-control system and the device of the opening-closing ...
This study aims to construct the performance data for smoke-control zone and realize the safety of injection and pressurization room which is composed of supply air pressure zone, vestibule, smoke-control zone and stairwell. To obtain this, smoke-control system and the device of the opening-closing force of fire door are manufactured. This subject is the analysis of the closing force, angular velocity and fire door size in the case of fixed volume flow rate. Based on the results, closing force increased as fire door size and closing angular velocity increases. Also, it is remark that there exists a critical angular velocity, which maintains constant maximum closing force even though the angular velocity increases more.
This study aims to construct the performance data for smoke-control zone and realize the safety of injection and pressurization room which is composed of supply air pressure zone, vestibule, smoke-control zone and stairwell. To obtain this, smoke-control system and the device of the opening-closing force of fire door are manufactured. This subject is the analysis of the closing force, angular velocity and fire door size in the case of fixed volume flow rate. Based on the results, closing force increased as fire door size and closing angular velocity increases. Also, it is remark that there exists a critical angular velocity, which maintains constant maximum closing force even though the angular velocity increases more.
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문제 정의
특히, 가압공간의 방화문이 개방된 상태에서 밀폐되는 동안의 시간이 지연될 경우 화재실에서 생성된 열기와 유독성 가스가 가압공간을 지나서 특별피난 계단 등 피난통로에 확산될 수 있는 문제가 발생할 수 있으며, 방화문이 밀폐되는 시간이 빠른 경우 피난자가 문 손잡이에서 받는 충격량이 증가하여 원활한 피난흐름을 방해할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 급기가압 제연설비가 가동되는 상태에서 특별 피난 계단으로 향하는 방화문이 닫히는 속도와 밀폐 시간 그리고 폐쇄력의 크기를 측정하였으며, 가압공간을 형성하기 위한 폐쇄 조건을 분석해 보고자 한다.
제안 방법
Figure 3은 제연설비가 가동되는 동안 방화문의 개방력과 폐쇄력을 측정하기 위한 실험장치의 개략도를 보여주고 있다. 그림에서 보듯이 도어 클로저 없이 모션제어기(Model NI 9514)에 의해서 모터를 고속으로 정밀하게 제어하고 펄스측정기(Model NI 9402)로 방화문의 각도와 각속도를 측정하였으며, Real-Time Controller(Model NI cRIO - 9073)와 메인제어부에 의해서 실시간 각속도와 하중을 제어·측정하는 방식으로 설계하였다. 실험에 사용한 댐퍼의 차압조절범위는(45~55) Pa 그리고 전체 날개 면적 0.
Table 2는 본 연구에서 사용한 개폐력측정장치의 사양과 실험조건을 보여주고 있다. 덕트와 풍도에서 가압공간으로 공급되는 설계유량이 22 m3/min, 부속실(vestibule)의 유효 누설면적 0.018 m2 그리고 댐퍼에 의한 가압공간의 차압을(45~55) Pa로 하여 유속과 차압 조건을 정하였으며, 방화문의 각속도 변화에 따라서 폐쇄력의 크기를 측정하였다.
본 연구에서는 급기가압 제연설비가 가동되는 상태에서 특별 피난 계단으로 향하는 방화문이 닫히는 속도와 밀폐시간 그리고 폐쇄력의 크기를 측정하였으며, 가압공간을 형성하기 위한 폐쇄 조건을 분석하였다. 이를 위해서 가압공간에 22 m3/min의 유량을 공급하였고, 댐퍼에 의한 가압공간의 차압을 (45~55) Pa로 정하였으며, 방화문의 각속도 변화에 따라서 폐쇄력의 크기를 측정하여 다음과 같은 결과를 도출하였다.
대상 데이터
Figure 2는 본 연구를 위해서 제작한 구조물의 형태를 보여주고 있다. 제연설비가 가동되는 동안 물리량을 측정하기 위해서 유량계 총 4개를 계단실과 각 층의 풍도실에 연결하였으며 압력센서 총 10개를 각각의 구획공간에 설치하였다. 유량계는 배관의 직경/길이 비가 유동의 간섭을 받지 않도록 설치하였다.
유량계는 배관의 직경/길이 비가 유동의 간섭을 받지 않도록 설치하였다. 제연구역에 유량을 공급하기 위한 송풍기는 Sirocco Fan Type으로 7.3 HP에 회전비를 높여서 송풍량을 증가하였으며, 메인 제어부인 PXI Embedded Controller(Model: NI PXI-8110)에서 모든 제어와 계측에 관한 지령을 담당하도록 구성하였다. 또한, 절연전류 신호 수집장치(Model: NI PXI-6224)에서 유량, 압력, 댐퍼와 자동 폐쇄장치 등에 대한 통신을 전달하고 전류출력기(Model: NI PXI 6704)로부터 송풍기와 밸브의 제어가 가능하도록 하였다.
그림에서 보듯이 도어 클로저 없이 모션제어기(Model NI 9514)에 의해서 모터를 고속으로 정밀하게 제어하고 펄스측정기(Model NI 9402)로 방화문의 각도와 각속도를 측정하였으며, Real-Time Controller(Model NI cRIO - 9073)와 메인제어부에 의해서 실시간 각속도와 하중을 제어·측정하는 방식으로 설계하였다. 실험에 사용한 댐퍼의 차압조절범위는(45~55) Pa 그리고 전체 날개 면적 0.24 m2인 시험용 댐퍼를 사용하였으며, 본 연구에서 사용한 센서의 사양을 Table 1에 나타내었다.
성능/효과
1. 방화문의 크기와 폐쇄력의 관계를 분석한 결과 동일한 각속도와 차압에 대하여 방화문의 크기가 증가할수록 단위면적당 받는 힘의 증가로 최대 폐쇄력이 약 20 % 증가하였다.
2. 방화문의 닫힘 각속도 (3.1, 6.2, 9, 12, 13.8, 18.5 그리고 20.8) o/s일 때 최대 폐쇄력을 분석한 결과 각속도가 증가할수록 최대 폐쇄력이 증가하지만 약 14 o/s의 각속도를 전·후로하여 오차범위 안에서 최대 폐쇄력이 동일하게 유지되는 임계각속도가 존재하는 것을 확인하였다. 임계각속도 이전에는 각속도의 크기에 비례하여 최대 페쇄력이 증가하였지만 임계각속도 이상에서는 부속실의 차압 증가와 독립적으로 댐퍼의 작동 성능에 따라서 최대 폐쇄력이 일정하게 유지되는 것으로 판단된다.
8) o/s일 때 최대 폐쇄력을 분석한 결과 각속도가 증가할수록 최대 폐쇄력이 증가하지만 약 14 o/s의 각속도를 전·후로하여 오차범위 안에서 최대 폐쇄력이 동일하게 유지되는 임계각속도가 존재하는 것을 확인하였다. 임계각속도 이전에는 각속도의 크기에 비례하여 최대 페쇄력이 증가하였지만 임계각속도 이상에서는 부속실의 차압 증가와 독립적으로 댐퍼의 작동 성능에 따라서 최대 폐쇄력이 일정하게 유지되는 것으로 판단된다. 이러한 결과는 제연 시스템 설계하기 위한 실험 자료 구축에 활용이 가능할 것으로 판단된다.
후속연구
임계각속도 이전에는 각속도의 크기에 비례하여 최대 페쇄력이 증가하였지만 임계각속도 이상에서는 부속실의 차압 증가와 독립적으로 댐퍼의 작동 성능에 따라서 최대 폐쇄력이 일정하게 유지되는 것으로 판단된다. 이러한 결과는 제연 시스템 설계하기 위한 실험 자료 구축에 활용이 가능할 것으로 판단된다.
참고문헌 (8)
The state of existing building stories, National Statistical Office (2012).
"SFPE Handbook of Fire Protection Engineering" (2009).
"United Kingdom Fire Statistics", LODON (1984).
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Y. H. Park and B. G. Kim, "The Influence of Stairway Pressurization Conditions on the Stack Effect in Supertall Buildings", Journal of Korean Institute of Fire Science & Engineering, Vol. 24, No. 4. pp. 109-115 (2010).
W. J. You, J. S. Nam and H. S. Ryou, "An Analysis of the Opening and Closing Condition with Various Fire Door Size in the Pressurized Room", Journal of Korean Institute of Fire Science & Engineering, Vol. 25, No. 2, pp. 132-137 (2011).
NFPA 92A, "Standard for Smoke-Control Systems Utilizing Barriers and Pressure Differences" (2009).
EN 12101-6, "Smoke and Heat Control Systems - Part 6: Specification for Pressure Differential Systems" (2005).
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