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문제 정의
- 이에 본 연구에서는 한국건설기술연구원과 삼성방재연구소에서 발표한 노래방 화재 재현 실험 보고서의 데이터를 바탕으로 컴퓨터를 이용한 화재 시뮬레이션인 CFAST를 사용한 해석을 수행하여 위험요소와 정도를 예측하고자 한다.
제안 방법
- 경계조건으로는 내부 조건은 온도 25°C, 압력은 대기압, 습도는 50%로 주었고 외부 조건은 온도 30°C, 대기압으로 설정하였다.
- 앞서 언급한 CFAST의 구획실 설정이 오로지 사각형으로만 구현되는 특성으로 노래방의 로비는 4개의 사각형 구획으로 나누어 모델링을 하였다. 나누어진 구획들을 연결시켜 주기 위해서 Fig. 3에서 적색 원으로 표시한 부분을 천정까지 이어져있는 하나의 통로형태로 설정하여 100% 개방 상태로 조건을 지정해 주었다.
- 발생된 화재는 4번방과 6번방에 화재 확산 전에 안전을 위해서 화재를 진압하였다. 노래방 내부의 연소가스와 온도를 측정하였으며, 연소 형상을 획득하기 위해 CCTV를 설치하여 데이터를 도출 하였다[2].
- 본 연구는 노래방의 화재 위험성을 분석하기 위해 컴퓨터를 이용한 해석 프로그램인 CFAST를 사용하여 화재발생을 해석하고 위험성을 분석하였다. 또한, 오차를 줄이기 위해 CFAST의 해석 결과와 실제 화재 재현실험과 비교 분석하였다. 이를 통하여 얻은 결과는 다음과 같다.
- 먼저 CFAST 해석 결과의 신뢰성을 높이기 위하여 실제 화재 재현 실험의 온도를 비교 분석한다. Fig.
- Fig 2는 화재 실험 대상은 노래방의 단면도이며 화재 발생 시나리오는 5번방의 모니터 내부 분진에 의한 발화로 시작하여 화재가 발생된다. 발생된 화재는 4번방과 6번방에 화재 확산 전에 안전을 위해서 화재를 진압하였다. 노래방 내부의 연소가스와 온도를 측정하였으며, 연소 형상을 획득하기 위해 CCTV를 설치하여 데이터를 도출 하였다[2].
- 본 연구는 노래방의 화재 위험성을 분석하기 위해 컴퓨터를 이용한 해석 프로그램인 CFAST를 사용하여 화재발생을 해석하고 위험성을 분석하였다. 또한, 오차를 줄이기 위해 CFAST의 해석 결과와 실제 화재 재현실험과 비교 분석하였다.
- 3는 노래방 실물화재 실험의 단면도를 참고하여 CFAST를 통하여 구획실을 모델링 하였다. 앞서 언급한 CFAST의 구획실 설정이 오로지 사각형으로만 구현되는 특성으로 노래방의 로비는 4개의 사각형 구획으로 나누어 모델링을 하였다. 나누어진 구획들을 연결시켜 주기 위해서 Fig.
- 경계조건으로는 내부 조건은 온도 25°C, 압력은 대기압, 습도는 50%로 주었고 외부 조건은 온도 30°C, 대기압으로 설정하였다. 이와 같은 경계조건을 CFAST에서 설정하여 화재 재현 실험 데이터와 비교 분석 후 화재의 위험적인 상황을 예측 하였다.
대상 데이터
- 재난종합 상황 중 하나인 화재는 전국 최근 5년(‘08～’12)간 총 225,935건이다.
성능/효과
- 5의 온도 데이터와 같은 위치의 온도라고 생가가하면 된다. Fig. 5를 살펴보면 Fig. 4와 동일하게 화재가 발생한 후 240초 부근에서 화재가 급격하게 성장하는 것을 확인 할 수 있으며, 단계별로 350초에서 발화되며, 480초에서 다른 발화가 일어난다. 이후 600초 까지 화재가 감소하며 약 660초에 2차 화재가 발생하는 동일한 경향을 보여준다.
- 6는 화재 재현 실험에서 측정한 5번방의 가스 농도로 산소, 일산화탄소, 이산화탄소의 측정 값 이다. 먼저 산소 농도를 살펴보면 재현 실험에서 5번방의 산소 농도는 초기 21%에서 화재가 발생하는 240초 부근에서부터 감소하기 시작하여 300초 지점에서 14%까지 감소되는 것을 확인할 수 있다. 이후 420초 부근에서 16%까지 증가하다가 520초 부근에서 15%까지 감소한다.
- 실제 재현 실험에서 측정한 산소 농도를 살펴보면 재현 실험에서 5번방의 산소 농도는 초기 21%에서 14%까지 감소되는 것을 확인할 수 있다. CFAST 해석 결과는 재현 실험과 달리 산소 농도가 10%에 가깝게 감소하게 된다.
- 실제 재현 실험에서 측정한 이산화탄소의 농도를 살펴보면 360초 부근에서 발생하기 시작하여 600초까지 약 4%를 유지하며, 이후 감소하는 경향을 보여준다. CFAST 해석 결과는 재현 실험과는 달리 120초 부근에서 서서히 발생하여 350초에 5%에 도달한다.
- Table 3는 이산화탄소 농도에 따라 인체에 미치는 영향을 나타낸다. 이를 바탕으로 CFAST해 석을 통한 이산화탄소 농도를 살펴보면 120초 부근에서 발생하기 시작하여 240초에 5%까지 도달하며 이후로 240초간 평균 4%를 유지하므로 화재 발생 후 5분 이내에 호흡장애, 두통 등의 증상이 발생할 것으로 예상된다.
- 7을 살펴보면 재현 실험과는 달리 120초 부근에서 서서히 발생하여 350초에 5%에 도달한다. 이후 재현 실험과는 달리 변동 폭이 존재하며 480초 까지 평균적으로 4%의 농도를 유지하다가 감소하는 경향을 보여준다.
후속연구
- CFAST를 이용한 화재 위험성 분석을 수행한 결과 실제 재현 실험 데이터와 경향은 동일하나 세밀한 부분까지 확인하기 어려운 점이 있었다. 이를 개선하기 위해서 이와 비슷한 화재 위험성 분석을 수행할 때 유동장 해석 프로그램 등을 활용하여 화학종을 추가시킴으로써 가능할 것으로 생각된다. 화재 분석을 위해 다수의 프로그램을 병행하여 사용한다면 좀 더 정확한 결과를 확인 할 수 있을 것으로 예상된다.
- 화재 분석을 위해 다수의 프로그램을 병행하여 사용한다면 좀 더 정확한 결과를 확인 할 수 있을 것으로 예상된다. 향후 노래방 이외에 실내에서 발생되는 화재의 경우 본 연구내용을 기반으로 해당되는 연구에 맞는 경계조건을 가지고 추가적인 연구 진행이 가능할 것으로 생각된다.
- 이를 개선하기 위해서 이와 비슷한 화재 위험성 분석을 수행할 때 유동장 해석 프로그램 등을 활용하여 화학종을 추가시킴으로써 가능할 것으로 생각된다. 화재 분석을 위해 다수의 프로그램을 병행하여 사용한다면 좀 더 정확한 결과를 확인 할 수 있을 것으로 예상된다. 향후 노래방 이외에 실내에서 발생되는 화재의 경우 본 연구내용을 기반으로 해당되는 연구에 맞는 경계조건을 가지고 추가적인 연구 진행이 가능할 것으로 생각된다.
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