본 연구는 공동주택에 일반적으로 설치하는 열감지기와 스프링클러헤드의 작동에 관한 문제점과 개선 대책을 제시한 연구이다. 2010년 인구주택 조사에 의하면, 공동주택은 전체 주거시설의 71.6%이며 최근 7년간 소방방재청의 화재통계 자료에 의하면, 매년 전체 화재의 약 25.0%, 인명피해는 46.4%가 공동주택에서 발생한 것으로 나타났다. 따라서 본 연구에서는 공동주택의 화재안전에 대한 개선대책을 수립하기 위하여 화재원인과 특성을 파악하였고, 국내 공동주택의 대표적인 평형을 대상으로 가상화재시뮬레이션을 수행하였다. 가상화재시뮬레이션의 시나리오는 기존 공동주택에 설치된 표준형 스프링클러헤드와 열감지기, 최근에 설치가 요구되는 주거전용 스프링클러헤드와 연기감지기의 작동시간 등을 비교 분석하였다. 시뮬레이션 수행결과 기존 공동주택에 설치된 표준형 스프링클러헤드와 열감지기는 감지 및 작동시간이 늦어 조기화재진압에 불리한 것으로 나타났으므로 주거전용 스프링클러헤드와 연기 열복합형감지기로 교체 설치하는 것이 필요하다. 또한, 기존 공동주택 중 스프링클러소화설비의 설치가 제외된 층에도 스프링클러소화설비 설치를 고려해야 한다. 특히, 공동주택 안전관리의 효율화를 위하여 선진국과 같이 원격으로 주거공간의 소방시설을 점검할 수 있도록 시스템을 구축할 필요가 있다.
본 연구는 공동주택에 일반적으로 설치하는 열감지기와 스프링클러헤드의 작동에 관한 문제점과 개선 대책을 제시한 연구이다. 2010년 인구주택 조사에 의하면, 공동주택은 전체 주거시설의 71.6%이며 최근 7년간 소방방재청의 화재통계 자료에 의하면, 매년 전체 화재의 약 25.0%, 인명피해는 46.4%가 공동주택에서 발생한 것으로 나타났다. 따라서 본 연구에서는 공동주택의 화재안전에 대한 개선대책을 수립하기 위하여 화재원인과 특성을 파악하였고, 국내 공동주택의 대표적인 평형을 대상으로 가상화재시뮬레이션을 수행하였다. 가상화재시뮬레이션의 시나리오는 기존 공동주택에 설치된 표준형 스프링클러헤드와 열감지기, 최근에 설치가 요구되는 주거전용 스프링클러헤드와 연기감지기의 작동시간 등을 비교 분석하였다. 시뮬레이션 수행결과 기존 공동주택에 설치된 표준형 스프링클러헤드와 열감지기는 감지 및 작동시간이 늦어 조기화재진압에 불리한 것으로 나타났으므로 주거전용 스프링클러헤드와 연기 열복합형감지기로 교체 설치하는 것이 필요하다. 또한, 기존 공동주택 중 스프링클러소화설비의 설치가 제외된 층에도 스프링클러소화설비 설치를 고려해야 한다. 특히, 공동주택 안전관리의 효율화를 위하여 선진국과 같이 원격으로 주거공간의 소방시설을 점검할 수 있도록 시스템을 구축할 필요가 있다.
This study suggested the problems and their improvement measures for the operation of fire detectors and sprinkler heads installed at apartment houses. According to a census on population and housing in 2010, apartment houses account for 71.6% of the total housing facilities. And by fire statistics ...
This study suggested the problems and their improvement measures for the operation of fire detectors and sprinkler heads installed at apartment houses. According to a census on population and housing in 2010, apartment houses account for 71.6% of the total housing facilities. And by fire statistics data of the National Emergency Management Agency, approximately 25.0% of fire accidents and 46.4% of casualties occur at apartment houses every year. Therefore, this study conducted for identifying the causes and characteristics of fire to establish the fire safety improvement measures for apartment houses. And this study was carried out virtual fire simulation at domestic apartment houses. The scenario of the simulation contains a comparative analysis on the operation time of standard sprinkler heads and residential sprinkler heads, heat detectors and smoke detectors. As a result of simulation, it was found that standard sprinkler heads and heat detectors installed at the existing apartment houses should be replaced with residential sprinkler heads and smoke detectors for rapid fire suppression. In addition, sprinkler systems should be considered to be installed for excluded floor at apartment houses. Especially, it is necessary to construct remote inspect systems like advanced countries for efficiency of apartment houses safety management.
This study suggested the problems and their improvement measures for the operation of fire detectors and sprinkler heads installed at apartment houses. According to a census on population and housing in 2010, apartment houses account for 71.6% of the total housing facilities. And by fire statistics data of the National Emergency Management Agency, approximately 25.0% of fire accidents and 46.4% of casualties occur at apartment houses every year. Therefore, this study conducted for identifying the causes and characteristics of fire to establish the fire safety improvement measures for apartment houses. And this study was carried out virtual fire simulation at domestic apartment houses. The scenario of the simulation contains a comparative analysis on the operation time of standard sprinkler heads and residential sprinkler heads, heat detectors and smoke detectors. As a result of simulation, it was found that standard sprinkler heads and heat detectors installed at the existing apartment houses should be replaced with residential sprinkler heads and smoke detectors for rapid fire suppression. In addition, sprinkler systems should be considered to be installed for excluded floor at apartment houses. Especially, it is necessary to construct remote inspect systems like advanced countries for efficiency of apartment houses safety management.
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문제 정의
따라서 본 연구는 국내 공동주택의 화재 통계자료 분석, 가상화재시뮬레이션, 화재시스템의 문제점 분석을 통해 공동주택의 화재안전성능 확보에 필요한 기초 연구를 수행하였다.
본 연구에서는 연면적 660 m2를 초과하고 주택으로 쓰이는 층수가 5개 이상인 주택 중 소방법에서 규정하고 있는 자동화재탐지설비와 스프링클러소화설비가 설치대상인 아파트를 중심으로 화재안전성능에 대한 문제점 및 개선방안에 대해 연구를 하였다.
제안 방법
화재성장속도는 fast fire를 적용해 1 MW의 열방출이 150초 이내에 발생하도록 하였다. 또한, 거실 화재는 소파 화재로 열방출율은 NFPA Handbook에서 제시한 열방출율 3,000 KW(13) 적용하고 화재성장속도는 medium fire를 적용하였다.
실별로 설치한 스프링클러헤드와 감지기는 열감지기, 연기감지기, 표준형 스프링클러헤드 및 주거전용 스프링클러 헤드를 설치하였다. 단, 주방은 연기로 인한 비화재보를 우려해 연기감지기를 설치하지 않았다.
화재 발생 위치는 침실, 주방, 거실로 각각 적정의 화재하중을 고려하여 시뮬레이션을 수행하였다. 본 시뮬레이션은 the national institute of standards and technology (NIST) 등의 자료를 활용해 Table 5와 같은 조건을 적용했다.
를 적용하고 다른 가연물의 화재하중은 제외 하였다. 화재성장속도는 매트리스의 화재이므로 1 MW의 열방출이 300초 이내에 발생하는 medium fire를 적용하였다. 주방 화재는 싱크대에서 화재가 발생한 것으로 열방출율은 국토교통부의 지하공간 환경개선 및 방재기술 연구 사업보고서에 기초한 싱크대 열방출율 2,363 KW(12)를 적용하고 다른 가연물의 화재하중은 제외했다.
대상 데이터
화재 발생 위치는 침실, 주방, 거실로 각각 적정의 화재하중을 고려하여 시뮬레이션을 수행하였다. 본 시뮬레이션은 the national institute of standards and technology (NIST) 등의 자료를 활용해 Table 5와 같은 조건을 적용했다.
전체 공동주택의 41.6%로(10) 가장 보편적인 평형인 69 m2의 아파트를 대상으로 화재시뮬레이션을 수행하였다. 아파트 내부구조의 개략도는 Figure 1과 같이 각 세대가 방화문과 내화벽체로 구획되고, 너비 1.
이론/모형
화재시뮬레이션은 zone fire modeling 기법인 CFAST와 field modeling 기법인 fire dynamics simulation (FDS)로 구분된다. 본 연구의 시뮬레이션에 사용한 프로그램은 thunderhead engineering에서 개발된 소프트웨어인 PyroSim (2012)으로, FDS를 보다 간편하게 사용할 수 있다. FDS는 화염이나 연기 등의 유체 흐름에 대해 해석하는 전산 유체역학(CFD) 프로그램으로 사용 field model은 질량 · 운동량 · 에너지 보존식을 따르며(8,9) 연소 모델(combustion model), 유체역학모델(hydrodynamic model), 복사전달(radiation transport) 등의 이론을 활용해 화재현상을 규명한다.
화재시뮬레이션은 zone fire modeling 기법인 CFAST와 field modeling 기법인 fire dynamics simulation (FDS)로 구분된다. 본 연구의 시뮬레이션에 사용한 프로그램은 thunderhead engineering에서 개발된 소프트웨어인 PyroSim (2012)으로, FDS를 보다 간편하게 사용할 수 있다.
성능/효과
1) 공동주택의 화재 발생을 신속히 감지 · 통보할 수 있는 단독경보형감지기 또는 열 · 연기복합형감지기를 설치해야 한다.
1) 열감지기의 작동 온도는 120oC 이상으로 인명안전기준 온도인 60oC와 2배 차이가 나므로 열감지기 대신 연기감지기 등 동등 이상 성능을 가진 감지기의 설치가 필요하다.
2) 기존 공동주택에 설치된 표준형 스프링클러헤드를 작동시간이 빠른 주거전용 스프링클러헤드로 교체 · 설치할 필요가 있다.
3) 자동화재탐지설비의 경계구역이 600 m2로 여러 세대가 하나의 경계구역으로 구성되어 화재상황을 세대별로 신속하게 숙지 및 대응할 수 없으므로 세대별로 구분하거나, 세대별 화재 발생의 확인이 가능한 단독형 감지기를 설치해야 한다.
Figure 2와 Figure 3은 침실 화재 발생 후 표준형 스프링클러헤드와 주거전용 스프링클러헤드 작동 시 연기와 온도 변화이다. 두 조건의 연기 및 온도 변화는 주거형 스프링클러헤드 작동 전까지 비슷하였으나 헤드 작동 이후 연기 및 온도 변화 양상은 차이를 보였다.
8 m 위치의 열방출율(heat release rate), 일산화탄소(CO) 농도, 온도 변화를 나타낸 그래프이다. 모든 경우, 스프링클러헤드가 작동하기 직전 최고치를 보였고 표준형 스프링클러헤드가 주거전용 스프링클러헤드를 사용할 때보다 수치가 높았다. 열방출율은 표준형이 382 KW, 주거전용이 155.
시뮬레이션 결과, 연기감지기는 열감지기보다 화재의 조기 감지에 적합하고 주거전용 스프링클러헤드는 화재의 초기진압에 적합할 뿐만 아니라 연기 발생 감소와 온도 하강에 효과적인 것으로 나타났다.
연기는 사람에게 가시도를 떨어트려 인지능력에 영향을 미치는 가장 중요한 요소로서 가시도의 허용한계 기준인 5 m 미만까지 느리게 감소할수록 유리한 것으로 시뮬레이션 결과, 표준형 헤드 사용 시, 가시도 5 m 미만으로 감소하는 시간은 98초였으며, 주거전용 헤드의 경우 106초로 주거전용 스프링클러헤드를 사용하는 것이 유리한 것으로 나타났다. 연기감지기는 두 시뮬레이션 모두 82초에 작동해 화재 발생 2분 후까지 화재실의 연기분포는 비슷했으나, 화재 발생 5분 후 표준형 헤드를 설치한 경우 짙은 연기농도가 거실 전체에 확산된 반면, 주거전용 헤드를 설치한 경우 일부 구간에 한정되었다.
열방출율은 표준형이 382 KW, 주거전용이 155.4 KW로약 2.45배, 일산화탄소 농도는 표준형이 1.210 × 10−4 , 주거전용이 0.608 × 10−4로 약 2배, 온도는 표준형 143.3oC,주거전용 88.9oC로 약 1.6배 높았다.
, 연평균 44,964건의 화재가 발생하여, 1일 평균 123건의 화재가 전국에서 발생하는 것으로 나타났다. 주거시설의 화재는 연평균 11,132건이 발생해 전체 화재 발생의 약 24.7%를 차지했고, 주거시설 중 공동주택의 화재는 연평균 4,205건이 발생해 주거공간 화재 발생의 약 37.4%를 차지하는 것으로 나타났다. 국내에서 발생한 사망자와 부상자를 합한 인명피해는 연평균 2,254명이며, 이는 1일 평균 6명의 인명피해가 발생한 것이다.
화재 발생 2분 후 화재실의 온도는 34.9oC, 3분 후는 86.3oC로 같았으나 두 스프링클러헤드가 모두 작동한 이후 화재실의 온도 상승이 급격히 저하되었으므로 화재 발생 4분 후 표준형 헤드가 설치된 화재실 온도는 41oC, 주거전용 헤드가 설치된 화재실 온도는 22oC로 주거전용 스프링클러헤드가 온도하강에 약 2배 정도 효과적인 것으로 나타났다.
후속연구
4) 방재 선진국과 같이 거주자 부재 시에도 세대별로 소방시설을 원격으로 점검할 수 있는 공동주택 전용 감시 시스템 구축이 필요하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
시뮬레이션 수행결과, 기존의 표준형 스프링클러헤드와 열감지기는 어떤 조치가 필요한가?
가상화재시뮬레이션의 시나리오는 기존 공동주택에 설치된 표준형 스프링클러헤드와 열감지기, 최근에 설치가 요구되는 주거전용 스프링클러헤드와 연기감지기의 작동시간 등을 비교 분석하였다. 시뮬레이션 수행결과 기존 공동주택에 설치된 표준형 스프링클러헤드와 열감지기는 감지 및 작동시간이 늦어 조기화재진압에 불리한 것으로 나타났으므로 주거전용 스프링클러헤드와 연기 열복합형감지기로 교체 설치하는 것이 필요하다. 또한, 기존 공동주택 중 스프링클러소화설비의 설치가 제외된 층에도 스프링클러소화설비 설치를 고려해야 한다.
가상화재시뮬레이션의 시나리오는 무엇으로 선정했나?
따라서 본 연구에서는 공동주택의 화재안전에 대한 개선대책을 수립하기 위하여 화재원인과 특성을 파악하였고, 국내 공동주택의 대표적인 평형을 대상으로 가상화재시뮬레이션을 수행하였다. 가상화재시뮬레이션의 시나리오는 기존 공동주택에 설치된 표준형 스프링클러헤드와 열감지기, 최근에 설치가 요구되는 주거전용 스프링클러헤드와 연기감지기의 작동시간 등을 비교 분석하였다. 시뮬레이션 수행결과 기존 공동주택에 설치된 표준형 스프링클러헤드와 열감지기는 감지 및 작동시간이 늦어 조기화재진압에 불리한 것으로 나타났으므로 주거전용 스프링클러헤드와 연기 열복합형감지기로 교체 설치하는 것이 필요하다.
참고문헌 (13)
Ministry of Land, Infrastructure and Transport, "Housing Act" (2014).
Ministry of Land, Infrastructure and Transport, "Building Act Enforcement Decree" (2014).
Ministry of Land, Infrastructure and Transport, "Cadastral Statistical Annual Report" (2013).
The Financial News, 'Shen-zhen' city of apartment, http://news.naver.com/main/read.nhn?modeLSD&midsec&sid1101&oid014&aid0000050279 (2003).
National Emergency Management Agency, "National Fire Data System", http://nfds.go.kr/fr_pos_0001.jsf (2014).
Korea Consumer Agency, "Case Analysis of Electric Pad Accident in 2012", http://www.kca.go.kr/brd/m_32/view.do?seq1535&multi_itm_seq4 (2013).
Korean Fire Protection Association (KFPA), "Analyze Special Building Fire", http://www.kfpa.or.kr/data/pdf/02_02/02_2013_01.pdf, p.32 (2013).
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Statistics Korea, "KOSIS(Korean Statistical Information Service)-Population and Housing Census" (2010).
The National Institute of Standards and Technology (NIST), "General Services Administration (GSA) and performed at Building and Fire Research Laboratory (BFRL)" (1991).
Ministry of Land, Infrastructure and Transport (Center for Underground fire and Environment research), "Underground Fire and Environment Research Report" (2008).
National Fire Protection Association (NFPA), "NFPA 72 : National Fire Alarm and Signaling Code" (2010).
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