[논문]랙크 내 파렛트단위 적재물품의 화재특성에 관한 연구

조규환; 여인환

doi:10.7731/kifse.2016.30.3.023

초록
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현재, 국내 랙크식 창고의 소화설비들은 연면적 및 층수만을 고려하는 평면적인 입장에서의 사양설계로 이루어지고 있다. 하지만 수직적인 구조를 갖는 랙크식 창고는 평면적인 소화설비뿐만 아니라 입면적인 측면도 함께 고려되어져야 하며, 상황에 따른 적절한 성능설계를 지향하기 위해서는 랙크 내 적재되는 물품의 화재하중 산정이 우선시되어야 한다. 이에 본 연구에서는 국내 현장조사 결과와 국외 적재물품 위험도등급 등을 함께 고려하여 구성된 표준 파렛트단위 적재물품(파렛트 +박스단위 적재물품 +비닐포장재)의 화재특성을 분석하였다. 그 결과로 화재하중 산정을 위한 열방출율 및 화재감지기 등의 소화설비를 위한 환경조건인 연기발생률을 도출하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

A fire extinguishing system for a rack warehouse was recently designed, which only consider the gross area and number of stories. However, the design of such a system should take into account not only the planar structuree, but also the elevation perspectives due to its vertical structure. Moreover,...

A fire extinguishing system for a rack warehouse was recently designed, which only consider the gross area and number of stories. However, the design of such a system should take into account not only the planar structuree, but also the elevation perspectives due to its vertical structure. Moreover, the fire load of the commodities palletized on the racks should be considered, in order to design a performance-based fire safety system that is appropriate for these environmental conditions. For this reason, this study analyzed the fire characteristics of the commodities palletized on the racks (pallet + the commodities in a box unit + vinyl packing material), taking into consideration the results of a field investigation conducted in Korea, as well as the Hazard Classifications of Commodities used in other countries. Through this analysis, the heat release rate (HRR) and smoke production rate (SPR) were derived.

주제어

표/그림 (12)

표 Table 1. Hazard Classification of Commodities by NFPA
그림 Figure 1. FM Global's standard commodities.
표 Table 2. Hazard Classification of Commodities by Japan
그림 Figure 2. Rack warehouses in Korea.
그림 Figure 3. Composition and specification of commodities loaded on the pallet.
그림 Figure 4. Box-unit commodities.
표 Table 3. Classification of Specimens
그림 Figure 5. Stages of a fire of the unit-load commodities on a pallet.
그림 Figure 6. Heat release rate of the unit-load commodities on the pallet.
그림 Figure 7. Smoke production rate of the unit-load commodities on the pallet.
그림 Figure 8. CO of the unit-load commodities on the pallet.
그림 Figure 9. CO₂ of the unit-load commodities on the pallet.

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 국외 적재물품 위험도등급 등을 토대로 결정된 대표 물품들을 국내 KS 기준에 근거한 랙크 내 적재방법 및 현장조사를 통해 도출된 결과와 더불어, 국내 랙크식 창고의 실정 및 기준이 반영된 표준 파렛트단위 적재물품(파렛트 +박스단위 적재물품 +비닐포장재)을 구성, 이에 대한 화재특성을 조사하고자 한다.
본 연구에서는 국내 랙크식 창고의 일반적인 적재형태를 대표하는 파렛트단위 적재물품(파렛트 + 박스단위 적재 물품 + 비닐포장재)을 구성, 이에 대한 화재특성을 조사하였다. 그에 대한 결론은 다음과 같다.
하지만 가장 낮은 열방출율을 가지는 W-C4가 화염확산속도에서는 가장 빠른 것으로 나타났으며, 연기발생률 또한 타 시험체에 비해 높은 것으로 미뤄볼 때, 적재물품별 화재위험도에 대한 판단은 여러 가지 화재특성(화염의 확산속도, 열방출율, 연기발생률, CO, CO₂ 발생량)들을 종합적으로 고려해서 평가해야 할 것으로 판단된다. 아울러, 상기의 1단 시험에 비해 3단 수직적재에 따른 화재특성은 상이할 것으로 예상되므로 향후, 다양한 배치형태를 실험인자로 하는 3단 규모의 화재시험을 통해 수직적재에 따른 화재특성(적재물품 사이 공간의 수직 화재확산속도 등)을 분석하고자 한다.

제안 방법

따라서 국내 랙크식 창고의 실정을 최대한 반영하기 위해 파렛트단위 적재물품을 다음과 같이 유닛로드 시스템5)을 적용하여 “파렛트 + 박스단위 적재물품 + 비닐포장재”로 구성하였다(Figure 3).
또한 파렛트의 규격은 아래의 국내 KS 기준에 근거하여 1,100 mm × 1,100 mm로 결정하였다.
1 MJ/kg의 열량을 발생한다는 기본원리에서 시작되며, 산소농도와 배출가스유량 등을 측정하여 계산하는 방식이다. 또한 화염의 확산특성을 분석하기 위해 영상 및 열화상촬영을 실시하였다. 점화원으로는 1,000 ml의 액체 헵탄(Heptane)을, 점화에는 소량의 헵탄을 가한 탈지면을 사용하였다.
Figure 5는 파렛트단위 적재물품별로 화재시험의 모습을 나타낸 것이다. 화재시험은 발화기(점화), 성장기, 최성기, 쇠퇴기로 나누어 관찰하였다. 적재물품의 종류에 따라 최성기에 도달하는 시간이 상이하였으며 그 중에서도 W-C4가 약 45초에 최성기에 도달하여 화염의 확산속도가 가장 빠른 것으로 확인되었다.

대상 데이터

이러한 플라스틱 파렛트 사용에 대한 제한적인 시각으로 인해 본 표준 시험체에 사용되는 파렛트의 재질은 목재로 선정하였다. 또한 파렛트의 규격은 아래의 국내 KS 기준에 근거하여 1,100 mm × 1,100 mm로 결정하였다.
또한 화염의 확산특성을 분석하기 위해 영상 및 열화상촬영을 실시하였다. 점화원으로는 1,000 ml의 액체 헵탄(Heptane)을, 점화에는 소량의 헵탄을 가한 탈지면을 사용하였다.
화재시험은 한국건설기술연구원 화재안전연구소의 10MW의 Large Scale Calorimeter를 사용하는 Burn Hall에서 진행하였다. Large Scale Calorimeter에서 측정되는 가장 기본적인 물리량은 열방출율이며, 순 연소열량은 연소에 필요한 산소의 양에 비례한다는 점을 기초로 산소 1 kg이 소모될 때 13.

성능/효과

2) 국내 랙크식 창고의 적재방식을 대표하는 표준 파렛트단위 적재물품(화재에 가장 위험한 등급에 속하는 물품인 W-C1, C2, C3(재시험 수행예정), C4)의 열방출율, 연기발생률, CO 및 CO₂ 발생량을 도출하였다. 이는 국내 랙크식 창고의 적재물품들을 대표하는 표준으로서 향후, 다양한 적재물품들의 화재하중 산출에 기준으로서 활용될 것으로 기대한다.
의 발생량을 나타낸 것이다. W-C2가 약 300초에서 타 시험체에 비해 가장 높은 179.57 ppm, 1.33%를 가지는 것으로 나타났으며, 평균적인 발생량 또한 59.91 ppm, 0.40%로서, W-C1(28.38 ppm, 0.3%), W-C3 (18.57 ppm, 0.22%), W-C4(47.33 ppm, 0.15%) 보다 높은 것을 확인할 수 있었다.
Figure 7은 시험체별로 연기발생률을 나타낸 것이다. 시험체별로 최대 연기가 발생하는 시점과 양이 다를 뿐만 아니라 평균적인 발생률(W-C1 (7.33 m²/s), W-C2 (17.60 m²/s), W-C4 (24.36 m²/s)) 또한 편차가 큰 것으로 확인되었다.
Figure 6은 시험체별로 경과시간에 따른 열방출율을 나타낸 것이다. 실험오차로 판단되는 W-C3를 제외한 시험체 중에서 W-C2가 165초에서 8761.88 kW로 가장 높은 열방출율을 나타내었다. W-C1은 586초에서 4633.
약 6개소의 현장조사 결과, 통계적인 값을 결정하기에는 모집단의 수가 적었을 뿐만 아니라 창고마다 적재물품의 종류가 매우 다양하여 표준 물품을 선정하는데 어려움이 있었다. 하지만 국내 랙크식 창고의 물품 적재방법은 대부분 Figure 3과 같이 직육면체의 판지박스 내 저장하는 방법을 선택하고 있다.
화재시험은 발화기(점화), 성장기, 최성기, 쇠퇴기로 나누어 관찰하였다. 적재물품의 종류에 따라 최성기에 도달하는 시간이 상이하였으며 그 중에서도 W-C4가 약 45초에 최성기에 도달하여 화염의 확산속도가 가장 빠른 것으로 확인되었다. 아울러 W-C1과 C2는 약 180초에서 최성기에 도달하는 것으로 확인하였다.

후속연구

3) 추가적으로 약 100개소 이상의 국내 현장조사를 통해 대표적인 적재물품들을 조사하고 이를 표준화하여 유사한 적재물품에 대해 적용함으로써 화재하중으로 치환할 수 있도록 유도해야할 것으로 판단된다. 하지만 랙크식 창고의 소방설계 시에는 랙크 내 적재되는 물품의 종류가 매우 다양한 관계로, 확실한 화재안전성 확보를 위해서는 랙크 내 적재된 물품 중 화재에 가장 위험한 물품을 기준으로 한 한계상태 소방설계가 필요할 것으로 사료된다.
4) 본 연구의 실험결과를 비춰볼 때, 적재물품의 죵류에 따라 랙크의 화재 형상이 달라질 것으로 예측되어지나 이 밖에도 적재밀도, 발화위치, 포장재의 종류, 일반적인 플레이트 선반의 유무 등에 따라 달라질 수도 있으므로 다양한 화재조건에 따라 적절히 대응할 수 있는 소화설비를 갖추기 위해서는 보다 많은 실험을 통한 통계적인 DB 확보가 필요할 것으로 판단된다.
발생량을 도출하였다. 이는 국내 랙크식 창고의 적재물품들을 대표하는 표준으로서 향후, 다양한 적재물품들의 화재하중 산출에 기준으로서 활용될 것으로 기대한다.
특이사항으로 W-C3의 경우, 약 90초에서 그룹화를 위해 사용된 최소한의 랩이 화염에 의해 연소되면서 시험체가 조기에 전도되는 상황(시험체 아래 부분만 화염에 노출됨)이 발생하였다. 이에 본 저자는 FM Global의 표준물품 모습(Figure 1(c))과 달리 화원의 양이 적어지는 결과를 초래한 것으로 판단, 실험오차로 결론지었으며 향후, 각진 플라스틱 파렛트를 중첩 적재하여 재시험을 수행할 예정이다.
시험체별로 화염의 확산속도와 열방출율, 연기발생률의 값을 비교하였으나 상호간의 유사 경향을 확인할 수 없었다. 하지만 가장 낮은 열방출율을 가지는 W-C4가 화염확산속도에서는 가장 빠른 것으로 나타났으며, 연기발생률 또한 타 시험체에 비해 높은 것으로 미뤄볼 때, 적재물품별 화재위험도에 대한 판단은 여러 가지 화재특성(화염의 확산속도, 열방출율, 연기발생률, CO, CO₂ 발생량)들을 종합적으로 고려해서 평가해야 할 것으로 판단된다. 아울러, 상기의 1단 시험에 비해 3단 수직적재에 따른 화재특성은 상이할 것으로 예상되므로 향후, 다양한 배치형태를 실험인자로 하는 3단 규모의 화재시험을 통해 수직적재에 따른 화재특성(적재물품 사이 공간의 수직 화재확산속도 등)을 분석하고자 한다.
3) 추가적으로 약 100개소 이상의 국내 현장조사를 통해 대표적인 적재물품들을 조사하고 이를 표준화하여 유사한 적재물품에 대해 적용함으로써 화재하중으로 치환할 수 있도록 유도해야할 것으로 판단된다. 하지만 랙크식 창고의 소방설계 시에는 랙크 내 적재되는 물품의 종류가 매우 다양한 관계로, 확실한 화재안전성 확보를 위해서는 랙크 내 적재된 물품 중 화재에 가장 위험한 물품을 기준으로 한 한계상태 소방설계가 필요할 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	국내 랙크식 창고 6곳의 현장조사 사진을 토대로 시험체 구성은 어떻게 하였나요?	대부분 파렛트(목재 또는 플라스틱) 1개 위로 여러 개의 판지박스를 그룹화하여 적재하고 있다. 따라서 국내 랙크식 창고의 실정을 최대한 반영하기 위해 파렛트단위 적재물품을 다음과 같이 유닛로드 시스템을 적용하여 “파렛트 + 박스단위 적재물품 + 비닐포장재”로 구성하였다(Figure 3). 아울러 Table 3에 화재시험에 사용될 시험체별 구성을 나타내었다.
	랙크식 창고는 무엇인가요?	랙크식 창고의 경우, 물류 시스템의 효율성과 저장 공간의 활용성을 극대화 할 수 있는 장점이 있으나 물품이 수직 집약적으로 적재되는 형태는(화염의 수직 확산과 동일한 방향으로 발화원을 지속적으로 제공하는 형태) 화재의 확산에 매우 취약한 구조이다. 특히, Stacker Crane, Rail Guided Vehicles, Conveyor 등을 이용하는 높이 20~30 m의 랙크식 창고의 경우, 화재 발생 시 초기 진압에 실패하여 중기로 확대되면 적재물품의 높은 화재하중으로 인해 재산적인 손실은 물론 인명피해와 함께 건물 자체의 붕괴 위험도 있다.
	일반 창고와 동일한 소방시설이 적용되고 있는 랙크식 창고가 일반 창고에 비해 화재에 취약한 이유는 무엇인가요?	특히, Stacker Crane, Rail Guided Vehicles, Conveyor 등을 이용하는 높이 20~30 m의 랙크식 창고의 경우, 화재 발생 시 초기 진압에 실패하여 중기로 확대되면 적재물품의 높은 화재하중으로 인해 재산적인 손실은 물론 인명피해와 함께 건물 자체의 붕괴 위험도 있다. 하지만 같은 면적의 일반 창고에 비해 랙크식 창고는 물품의 적재량이 수배에서 수십배 이상 많음에도 불구하고 현행 소방법에서는 소화설비의 적용을 대부분 면적과 층수로만 제한을 두고 있어, 일반 창고와 동일한 소방시설이 적용되고 있는 랙크식 창고일 경우, 화재위험도가 잠재적으로 매우 높은 상황이다.

참고문헌 (6)

D. H. Kim and C. H. Seo, "A Survey of the Fire Loads in Primary School", Architectural Institute of Korea, Vol. 18, No. 9, pp. 149-156 (2002).
D. H. Kim, "A Study on the Establishment of the Fire Load by Building Occupancy", Doctorate thesis, Seoul: KONKUK University (2003).
K. C. Yun, D. W. Kim and Y. B. Im, "A Study on the Fire Loads of Apartment Building by the Actual Survey", Journal of the Regional Association of Architectural Institute of Korea, Vol. 9, No. 4, pp. 151-158 (2007).
NFPA 13: Standard for the Installation of Sprinkler Systems (2013).
FM Global-Property Loss Prevention Data Sheets 8-1, Commodity Classification (2014).
T. Hirano, G. Hashimoto, S. Sugawa, K. Hasegawa, T. Ryohei, S. Ijima, R. Shibayaki, et al., "A Review Report of Fire Sprinkler System for a Rack Warehouse", Fire Research Station-010807 (1997).

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