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[국내논문] FDS을 이용한 수직 연소확대 구조의 화재경보방식에 관한 연구
A Study on the Fire Alarm System of Vertical Fire Spread Structure by Using FDS 원문보기

한국화재소방학회 논문지= Fire science and engineering, v.30 no.5, 2016년, pp.100 - 107  

구선환 (동신대학교 대학원 소방학과) ,  송영주 (동신대학교 소방행정학과)

초록
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오늘날 인간의 삶의 질 향상과 다양한 욕구를 충족시키기 위한 건축물은 대형화, 고층화, 다양화되는 추세이며, 이에 따른 화재의 발생빈도 및 잠재적인 위험요소가 증가되고 있다. 특히, 화재발생 시 수직으로의 연소확대 위험성이 증가되어 재실자의 피난시간이 지연되는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 극복하기 위해서는 화재를 조기에 감지하고 건축물의 구조 등을 감안하여 위험순위에 따른 화재 경보방식을 적용할 필요가 있다. 따라서, 본 논문에서는 수직 연소확대의 위험성을 많이 내포하고 있는 2가지 구조인 전면형 이중외피 구조와 계단 구조에 대해 수직 연소확대 특성을 설명하고, 국내 외 화재경보방식을 비교 검토한 후 FDS 이용하여 연기밀도, 가시거리, CO 농도를 비교 분석하여 각 구조에 적합한 화재경보방식을 제안하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Today, high-rise buildings expected to meet various needs and improve the quality of frequency of fire and the potential risks are increasing. In particular, the fire spread risk in the vertical direction is increasing. As a result there is a problem with delays in the evacuation time of occupants. ...

Keyword

#FDS   #Vertical fire spread   #Double-skin structure   #Stairs structure   #Fire alarm system  

표/그림 (7)

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 따라서, 본 연구에서는 수직 연소확대의 위험성을 잘 나타낼 수 있는 유형인 전면형 이중외피 구조와 계단 구조에 대해 수직 연소확대 특성을 설명하고, 국내 · 외 화재경보방식을 비교 검토한 후 FDS를 이용하여 연기밀도, 가시거리, CO 농도를 비교 분석하고 분석결과를 토대로 각 구조에 적합한 화재경보방식을 제안하고자 한다.
  • 본 논문은 화재 시뮬레이션(FDS)를 통하여 건축물의 수직 연소확대 구조 중 전면형 이중외피구조와 계단 구조를 구분하여 화재 시 발생하는 특성과 위험순위에 대하여 연구해 보았다. 동일한 제반 조건과 각 구조별 특성을 모두 갖추려 했지만 실제 건축물과는 분명한 차이가 발생할 것이다.
  • 본 논문은 고층 건축물의 여러 구조 중 수직 연소확대의 위험성을 많이 내포하고 있는 2가지 구조인 전면형 이중 외피 구조와 계단 구조에 대해 수직 연소확대 특성을 알아보고, 국내 · 외 화재경보방식을 비교 검토한 후 PyroSim 프로그램을 이용하여 가상의 10층 건축물로 모델링 한 후 동일한 제반조건을 가지고서 연기밀도, 연기 감지장치, 가시거리, CO 농도를 비교 분석하여 각 구조에 적합한 화재경보방식을 제안한다.

가설 설정

  • 내 · 외부 벽체는 두께 0.2 m인 콘크리트로 하였으며, 내피에는 한실 당 두 개의 창문이 있고, 넓이는 3 m, 높이는 1.5 m로 구성하였으며, 창문은 모두 열려있고, 계단으로 통하는 문 또한 열려있다고 가정하였다.
  • 발화원은 화재 시 연소 생성물의 고른 분포와 확산을 통해 정확한 결과 데이터를 얻기 위해 1층 정중앙에서 발화한 것으로 가정하였다. 가연물의 연료특성은 Polyurethane을 적용하였고 최대 열방출율은 3 MW, 화재성장은 Ultrafast를 가정하여 1,200초까지 해석을 수행하였다.
  • 발화원은 화재 시 연소 생성물의 고른 분포와 확산을 통해 정확한 결과 데이터를 얻기 위해 1층 정중앙에서 발화한 것으로 가정하였다. 가연물의 연료특성은 Polyurethane을 적용하였고 최대 열방출율은 3 MW, 화재성장은 Ultrafast를 가정하여 1,200초까지 해석을 수행하였다. 해석 격자는 전면형 이중외피 구조인 경우 792,000개, 계단 구조인 경우 894,240개를 적용하였으며, 격자 하나의 크기는 미국 원자력 규제 위원회(NUREG)의 FDS V&V(검증 및 평가)보고서 NUREG-1824에서 제시된 바와 같이 식(2)의 무차원 특성길이에 대해 격자크기(격자 해상도 지수)가 4~16 이하가 되도록 설정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
이중외피 구조는 무엇인가? 이중외피 구조는 외부 환경부하를 최소화시키고, 자연환경조건을 이용하여, 재생 가능한 에너지를 사용함으로써 건물의 에너지 절약은 물론 인간의 쾌적한 생활을 영위하기 위한 친환경적 건축 구조이다. 이중외피 구조는 외피(내측 외피)에 또 다른 외피(외측 외피)가 덧대어져 있는 형태로서 그 사이에는 중공층이 존재하고, 중공층에는 차양을 위한 블라인드가 설치되는 경우도 있으며, 각 외피에는 개구부가 설치되어 있다(1).
중공층이 존재하는 이중외피 구조에서 화재 시 연기확산에 의한 피해가 큰 이유는 무엇인가? 난방 기간에는 태양 에너지로부터 데워진 공기를 저장하기 위하여 상부와 하부의 개구부를 폐쇄하고, 냉방기에는 개구부를 개방하여 공기의 유동을 일으킴으로써 찬공기의 유입을 유도하여, 계절에 따른 냉 · 난방 에너지를 절약하는 역할을 한다. 중공층이 건물의 전면에 구성되어 있으므로 층간 소음에 큰 영향을 미치며 화재 시 굴뚝효과에 의한 연기의 이동통로가 되므로 화재 시 연기확산에 의한 피해가 가장 큰 구조이다. 이것을 나타내면 Figure 1과 같다(2).
수직 연소확대를 일으킬 수 있는 구조는 무엇이 있는가? 수직 연소확대를 일으킬 수 있는 구조에는 전면형 이중외피 구조와 계단 구조, 기타구조(엘리베이터 샤프트, 설비 샤프트, 덕트 구조)가 있다.
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참고문헌 (16)

  1. 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). 

  2. J. H. Cho, "A Study on Effective Application of Double Skin System for Energy Saving", Kon-Kuk University, Korea (2004). 

  3. Y. B. Lee, "A Study on Decrease and Improvement Plan by Stack Effect in Skyscrapers", Ykong-Gi University, Korea (2008). 

  4. D. H, Park, "A Comparative Study of Technical Standards for the Fire Alarm System in Korea, United States and Japan", University of Seoul, Korea (2000). 

  5. National Fire Protection Association, "NFPA 72 (National fire alarm code)", Quincy, MA, USA (2002). 

  6. M. J. Lee, "An Improved Design for Audibility of Fire Alarm Sound in Residential Buildings", University of Seoul, Korea (2012). 

  7. Brithsh Standard Institution, "BS 5839 Part 1 (Fire Detection and Fire Alarm System for Buildings)", London, UK (2002). 

  8. J. S. Yoon, "Fire Analysis for High-rise Apatrment Building by Fire Simulation Program", Chungbuk National University, Korea (2010). 

  9. 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). 

  10. ThunderHead Eng, "PyroSim User Manual", The RJA Group Inc, Chicago, USA (2011). 

  11. U. S. Nuclear Regulatory Commission, "Verification and Validation of Selected Fire Models for Nuclear Power Plant Applications: Fire Dynamics Simulator (FDS) (NUREG-1824, Volume 7)", U.S. NRC, USA (2007). 

  12. G. P. Forney, "Smokeview User's Guide", Fire Research Division, Building and Fire Research Laboratory, NIST, USA (2007). 

  13. K. McGrattan, R. McDerMott, S. Hostikka and J. Floyd. "Fire Dynamics Simulator (Version 5) User's Guide", NIST SP 1019-5, NIST, USA (2010). 

  14. T. T. Lie, "Fire Protection Handbook", Applied Science Publishers Ltd., London, UK (1997). 

  15. National Fire Service Academy, "Fire Protection Simulation", National Fire Service Academy, Korea (2009). 

  16. National Fire Service Academy, "Fire Science", National Fire Service Academy, Korea (2009). 

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