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급기가압 제연설비의 내부 유동특성에 대한 수치해석
Numerical Analysis on Flow Characteristics in the Pressurized Air Supply Smoke Control System 원문보기

한국화재소방학회 논문지= Fire science and engineering, v.31 no.4, 2017년, pp.52 - 58  

고권현 (동양대학교 테크노공공인재학부)

초록
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본 연구에서는 급기가압에 따른 건축물 내부의 공기유동에 대한 수치해석을 수행하고 거실, 부속실 및 계단실 간의 차압분포 및 유동 특성을 분석하였다. 유동 해석은 유효누설면적을 측정하기 위해 제작된 누기율 시험설비에 대하여 수행하였으며, 급기가압에 따른 각 실의 압력 및 유속분포 등을 분석하였다. 본 해석에서 공기의 누설은 유효누설면적을 갖는 얇은 틈새를 방화문과 창문에 위치시키는 방법으로 모사하였다. 이러한 방법을 이용한 해석은 계단실과 부속실 간의 차압에 대한 기존 실험의 결과를 적절히 예측하였다. 해석 결과를 통해 국부적인 누설이 급기가압 제연 설비의 전체적인 유동 패턴 및 압력 분포에 큰 영향을 미치지 않음을 확인하였다. 거실-부속실 문 단면에서의 평균속도가 방연풍속에 대한 국가화재안전기준을 만족하였으나 문의 상부와 같은 국부적인 위치에서 부속실로의 유출이 발생할 수 있음을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

This study investigated the pressure difference distribution and the flow characteristics among room, ancillary room, and stair case by carrying out the numerical simulations on the air flow inside the pressurized air supply smoke control system. Numerical simulations were conducted to analyze press...

주제어

#Smoke Control System   #Pressurized Air Supply   #Ancillary Room   #Effective Leakage Area  

표/그림 (7)

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

문제 정의

  • 본 연구에서는 급기가압에 따른 건축물 내부의 유동 특성에 대한 수치해석을 수행하고 거실, 부속실, 계단실 간의 차압분포를 분석하고자 한다. 유동해석은 앞서 언급한 누기율 시험설비(8)를 대상으로 수행되었으며, 급기가압에 따른 각 실의 압력 및 유속분포 등에 대한 상세한 데이터 분석을 통해 급기가압에 따른 내부 유동 특성의 이해를 증진시킴으로써 제연 설비의 성능 향상을 위한 향후 연구에 활용할 수 있는 데이터를 제공하고자 한다.
  • 본 연구에서는 급기가압에 따른 건축물 내부의 유동 특성에 대한 수치해석을 수행하고 거실, 부속실, 계단실 간의 차압분포를 분석하고자 한다. 유동해석은 앞서 언급한 누기율 시험설비(8)를 대상으로 수행되었으며, 급기가압에 따른 각 실의 압력 및 유속분포 등에 대한 상세한 데이터 분석을 통해 급기가압에 따른 내부 유동 특성의 이해를 증진시킴으로써 제연 설비의 성능 향상을 위한 향후 연구에 활용할 수 있는 데이터를 제공하고자 한다.
  • 3 m)에서의 속도장을 보여주고 있다. 전체적으로 볼 때 댐퍼를 통해 공급되는 유량이 빠르게 거실 방면으로 이동하고 있으며 이러한 경향은 앞 절의 거시 유동 특성에서도 확인한 바이다. 또한 거실-부속실 문의 상층부에서는 거실에서 부속실 방면으로의 유출도 확인할 수 있다.

가설 설정

  • 실제의 누설 위치를 정확하게 파악하는 것은 사실상 불가능하기 때문에 이와 같이 유효면적을 특정 위치에 설정하는 것이 누설을 고려하는 가장 합리적인 방법이라 할 수 있다. 거실 벽면에 위치한 창문이 완전히 열렸을 때의 누설 면적을 고려한 총 면적은 약0.0675 m2으로 설정(Case 01, 02, 04)하였으며 닫힌 상태(Case 03)에서도 0.0075 m2의 누설이 있는 것으로 가정하였다. 또한 거실과 부속실 사이에 위치한 내부 문은 모든 해석 케이스에서 완전히 열려 있는 것으로 가정하였다.
  • 부속실로 송풍 유량을 공급하는 댐퍼는 질량 유량 유입의 경계조건으로 설정하였다. 그 외의 모든 경계는 표준 벽함수(Wall function)을 사용하는 벽면 경계로 가정하였다. 난류 모델로는 표준 k-ε 모델을 사용하였으며 압력-속도 간 커플링을 위해서 SIMPLE 알고리즘을 사용하였다.
  • 0075 m2의 누설이 있는 것으로 가정하였다. 또한 거실과 부속실 사이에 위치한 내부 문은 모든 해석 케이스에서 완전히 열려 있는 것으로 가정하였다.
  • 난류 모델로는 표준 k-ε 모델을 사용하였으며 압력-속도 간 커플링을 위해서 SIMPLE 알고리즘을 사용하였다. 모든 해석은 정상 상태로 가정하여 해석하였으며 수렴 조건은 모든 해석 물리량에 대해서 이전 해석 단계에 대한 최대 변화율이 10-3 이하가 되도록 하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
건축물의 화재 안전 및 피난 안전 측면에서 급기가압 제연설비의 성능확보가 필수적인 요소인 이유는 무엇인가? 급기가압 제연설비는 피난 경로 또는 대피 공간에 옥외의 신선한 공기를 기계적인 방법으로 공급하여 화재 발생 공간 대비 높은 압력을 유지하게 함으로써 연기 또는 유해 성분의 침투를 방지하는 방법이다. 특히 건축물 내의 계단실 및 부속실에 급기가압 제연설비를 적용함으로써 안전한 피난 경로 확보를 통한 인명 안전성 증대와 함께 소방관의 소화 및 구조 활동의 편이성을 도모할 수 있다. 따라서 건축물의 화재 안전 및 피난 안전 측면에서 급기가압 제연설비의 성능확보는 필수적인 요소로 인식되고 있다.
급기가압 제연설비이란 무엇인가? 화재에 의해 발생하는 하는 연기의 거동을 제어하기 위한 다양한 시스템이 운용되고 있는데, 피난 경로를 가장 적극적으로 방호하여 화재 연구의 침투와 영향을 최소화하는 방법으로 급기가압 제연설비가 있다. 급기가압 제연설비는 피난 경로 또는 대피 공간에 옥외의 신선한 공기를 기계적인 방법으로 공급하여 화재 발생 공간 대비 높은 압력을 유지하게 함으로써 연기 또는 유해 성분의 침투를 방지하는 방법이다. 특히 건축물 내의 계단실 및 부속실에 급기가압 제연설비를 적용함으로써 안전한 피난 경로 확보를 통한 인명 안전성 증대와 함께 소방관의 소화 및 구조 활동의 편이성을 도모할 수 있다.
본 논문에서 유동 해석을 활용한 부분은 어디인가? 본 연구에서는 급기가압에 따른 건축물 내부의 공기유동에 대한 수치해석을 수행하고 거실, 부속실 및 계단실 간의 차압분포 및 유동 특성을 분석하였다. 유동 해석은 유효누설면적을 측정하기 위해 제작된 누기율 시험설비에 대하여 수행하였으며, 급기가압에 따른 각 실의 압력 및 유속분포 등을 분석하였다. 본 해석에서 공기의 누설은 유효누설면적을 갖는 얇은 틈새를 방화문과 창문에 위치시키는 방법으로 모사하였다.
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참고문헌 (9)

  1. J. G. Quintiere, "Fundamentals of Fire Phenomena", John Wiley, & Sons Ltd., Chichester, UK (2006). 

  2. M. J. Lee, N. I. Kim and H. S. Ryou, "Air Tightness Measurement with Transient Methods using Sudden Expansion from a Compressed Chamber", Building and Environment Vol. 46, No. 10, pp. 1937-1945 (2011). 

    상세보기 crossref

  3. H. J. Moon, G. H. Ko and H. S. Ryou, "Numerical Study on the Effect of Damper Position on Characteristics of Thermal Flow at the Vestibules and Fire Door", Journal of Korean Institute of Fire Science & Engineering, Vol. 27, No. 1, pp. 31-38 (2013). 

  4. J. Y. Kim and C. S. Ahn, "Case Study of a Field Test for a Smoke Control System Using Sandwich Pressurization", Fire Science and Engineering, Vol. 30, No. 5, pp. 87-92 (2016). 

  5. J. B. Lee, J. H. Moon, S. H. Lee and H. S. Ryou, "Study of Smoke Behavior and Differential Pressure in the Refuge Safety Area According to Damper Capacity of Smoke Control", Journal of Korean Institute of Fire Science & Engineering, Vol. 25, No. 4, pp. 103-109 (2011). 

  6. J. Y. Kim and H. J. Shin, "Numerical Analysis on Pressurization System of Smoke Control in Consideration of Flow Rate of Supply and Leakage", Journal of Korean Institute of Fire Science & Engineering, Vol. 24, No. 5, pp. 87-93 (2010). 

  7. J. H. Kwark, "Standardization of the Performance Test Procedure for Smoke Control System", Journal of Korean Institute of Fire Science & Engineering, Vol. 20, No. 3, pp. 21-28 (2006). 

  8. W. J. You, G. H. Ko, S. H. Sakong. J. S. Nam and H. S. Ryou, "An Analysis on the Major Parameter and the Relations of Pressure Difference Effect of Leakage Area in the Smoke-Control Zone", Journal of Korean Institute of Fire Science & Engineering, Vol. 27, No. 1, pp. 20-25 (2013). 

  9. Ministry of Public Safety and Security, "NFSC 501 Fire Safety Standard of Smoke Control Facilities" (2016). 

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