PSD가 설치된 지하철 역사 내 화재 시 최적 배연시스템 연구 A study on the optimal ventilation and smoke exhaust systems in case of fire in subway stations installed with PSD원문보기
다수의 승객들이 이용하는 지하철은 안전과 공간의 쾌적한 환경관리가 필수적이며, 2003년 이후 기준 강화로 승강장 내에 스크린도어(PSD)를 반드시 설치해야 한다. 선행연구에 따르면 지하철 화재 시에 화재연기의 배연을 위해 배연설비의 설비용량 최적설계가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 선행연구의 실험 결과를 바탕으로 3차원 수치해석기법을 이용하여 PSD가 설치된 승강장 내에서 화재발생 시 배연시스템 별로 CO가스와 Smoke의 유동을 분석하였다. 본 연구의 결과 비상시 상부 배연설비만 가동한 경우에는 CO 가스와 Smoke 농도는 653.8 ppm과 $768.4mg/m^3$로 피난 시 승객들의 위험이 큰 것으로 분석되었으며, 모든 배연설비를 가동하고 화재측 PSD만을 개방한 경우 CO 가스와 Smoke 농도 36.0 ppm 및 $26.2mg/m^3$를 보이며 화재연기의 전파범위가 줄어드는 것으로 분석되었다. 모든 배연설비를 가동하고 화재측 PSD를 미개방한 경우에는 화재연기 유입이 발생하지 않아서 대피환경에 있어 가장 효과적인 배연모드로 분석되었다.
다수의 승객들이 이용하는 지하철은 안전과 공간의 쾌적한 환경관리가 필수적이며, 2003년 이후 기준 강화로 승강장 내에 스크린도어(PSD)를 반드시 설치해야 한다. 선행연구에 따르면 지하철 화재 시에 화재연기의 배연을 위해 배연설비의 설비용량 최적설계가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 선행연구의 실험 결과를 바탕으로 3차원 수치해석기법을 이용하여 PSD가 설치된 승강장 내에서 화재발생 시 배연시스템 별로 CO가스와 Smoke의 유동을 분석하였다. 본 연구의 결과 비상시 상부 배연설비만 가동한 경우에는 CO 가스와 Smoke 농도는 653.8 ppm과 $768.4mg/m^3$로 피난 시 승객들의 위험이 큰 것으로 분석되었으며, 모든 배연설비를 가동하고 화재측 PSD만을 개방한 경우 CO 가스와 Smoke 농도 36.0 ppm 및 $26.2mg/m^3$를 보이며 화재연기의 전파범위가 줄어드는 것으로 분석되었다. 모든 배연설비를 가동하고 화재측 PSD를 미개방한 경우에는 화재연기 유입이 발생하지 않아서 대피환경에 있어 가장 효과적인 배연모드로 분석되었다.
The subway used by many passengers is required to maintain a safe and comfortable environment and PSD (Platform Screen Door) must be installed in the platform after reinforcing the standard in 2003. In the previous research, in case of subway fire to control it, it is necessary to design the optimal...
The subway used by many passengers is required to maintain a safe and comfortable environment and PSD (Platform Screen Door) must be installed in the platform after reinforcing the standard in 2003. In the previous research, in case of subway fire to control it, it is necessary to design the optimal ventilation and smoke exhaust system according to equipment capacity of the smoke exhaust system. Therefore, in this study, based on the results of previous research, three-dimensional numerical analysis was performed for the CO gas and smoke flow by the subway ventilation system in case of platform fire. As a result of this study, it was found that in case of emergency, if only the upper-level smoke exhaust system is activated, the risk of evacuation is high due to CO gas (653.8 ppm) and smoke concentration ($768.4mg/m^3$). And when all the smoke exhaust systems are activated and only the fire side PSD is opened, CO gas (36.0 ppm) and smoke concentration ($26.2mg/m^3$) are detected and the propagation range of smoke flow was reduced. When all the smoke exhaust systems are activated and only the fire side PSD is closed, it was analyzed as the most effective ventilation mode in the evacuation environment due to the absence of smoke-recirculation.
The subway used by many passengers is required to maintain a safe and comfortable environment and PSD (Platform Screen Door) must be installed in the platform after reinforcing the standard in 2003. In the previous research, in case of subway fire to control it, it is necessary to design the optimal ventilation and smoke exhaust system according to equipment capacity of the smoke exhaust system. Therefore, in this study, based on the results of previous research, three-dimensional numerical analysis was performed for the CO gas and smoke flow by the subway ventilation system in case of platform fire. As a result of this study, it was found that in case of emergency, if only the upper-level smoke exhaust system is activated, the risk of evacuation is high due to CO gas (653.8 ppm) and smoke concentration ($768.4mg/m^3$). And when all the smoke exhaust systems are activated and only the fire side PSD is opened, CO gas (36.0 ppm) and smoke concentration ($26.2mg/m^3$) are detected and the propagation range of smoke flow was reduced. When all the smoke exhaust systems are activated and only the fire side PSD is closed, it was analyzed as the most effective ventilation mode in the evacuation environment due to the absence of smoke-recirculation.
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문제 정의
해석종류는 Table 1에 정리한 바와 같이 승강장에 설치된 배연설비 중에서 승강장 상부배기를 가동한 Case 1과 승장장 터널 진입구간에 설치된 환기소를 이용하여 양단배기를 이용한 경우에는 비상 배연설비를 가동한 Case 2를 분석하였다. 그리고 상부배기와 양단배기를 모두 가동하고 스크린도어를 전면 개방한 Case 3과 화재측 도어만 개방한 Case 4에 대해 총 4가지의 경우를 해석하여 최적의 배연모드를 산정하는 것을 목적으로 하였다.
그러나 승강장 화재 시 배연은 승강장 양단 환기소와 상하부 배기에 의해서 배연이 이루어지며, 승강장 양단 환기소와 승강장 상하부 배기조건에 따라서 다양한 배연모드가 발생할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 상용코드를 이용하여 수치해석을 수행하였고, 화재열차가 지하승강장에 진입하여 화재가 확대되는 경우에 승강장의 환기시스템의 배연모드에 따른 화재연기의 이동특성을 분석하여 PSD가 설치된 승강장 화재 시 최적의 배연모드를 선정함을 목적으로 하였다.
가설 설정
8, 9는 Case 4 (상부배기 및 양단배기를 가동하고 화재측 PSD만을 개방한 경우)를 분석한 화재연기의 분포를 보여준다. PSD가 화재구역과 피난구역을 나누어서 막아주는 역할을 해서 화재 열전달이 작게 일어난다. 이 경우에 화재측 승강장으로 화재연기의 유입이 발생하고 있으나 Case 3의 경우보다 현저하게 유입되는 연기의 량이 감소하여 CO 농도는 8.
제안 방법
본 연구에서는 승장내 지하철 화재발생 시 수치해석 결과 중에서 승객들의 피난 상황에서 가장 위험한 요소인 CO와 Smoke의 확산정도와 농도분포를 분석하여 배연시스템의 환기량을 검토하였다.
열차가 승강장에 진입하여 화재가 발생하는 경우에 배연설비의 가동과 스크린도어의 개방에 따른 각 조건에 대해서 피난구획으로의 화재연기의 유입을 상용코드에 의해 화재해석을 수행하였으며, 다음과 같은 결론을 도출하였다.
해석종류는 Table 1에 정리한 바와 같이 승강장에 설치된 배연설비 중에서 승강장 상부배기를 가동한 Case 1과 승장장 터널 진입구간에 설치된 환기소를 이용하여 양단배기를 이용한 경우에는 비상 배연설비를 가동한 Case 2를 분석하였다. 그리고 상부배기와 양단배기를 모두 가동하고 스크린도어를 전면 개방한 Case 3과 화재측 도어만 개방한 Case 4에 대해 총 4가지의 경우를 해석하여 최적의 배연모드를 산정하는 것을 목적으로 하였다.
데이터처리
1은 본 연구의 해석대상인 대심도 지하철 A역의 정거장 개요도를 나타내었다. 상용코드를 이용하여 지하철 화재해석을 수행하였다. 지하 1과 2층은 대합실로 사용되며 지하 3층은 상대식 승강장으로 승객들의 승하차시 안전을 위하여 전면 PSD가 설치되어있다.
이론/모형
본 연구에 사용된 지배 방정식은 에너지 방정식과 난류운동에너지 방정식 그리고 난류운동에너지소산율 방정식을 지배 방정식으로 적용하였다(Kim et al., 2017). 상용 CFD 코드를 이용하였고, 격자와 계산시간에 따른 수렴성이 좋은 난류모델인 Standard k-ε 모형으로 수치해석을 수행하였다.
, 2017). 상용 CFD 코드를 이용하였고, 격자와 계산시간에 따른 수렴성이 좋은 난류모델인 Standard k-ε 모형으로 수치해석을 수행하였다. 승강장내 유동은 3차원 비압축성 이상 기체(Incompressible Ideal Gas)를 고려하고 비정상상태(Unsteady-State Condition)로 적용하였으며, 초기조건은 공기온도 25°C, CO의 농도를 0 ppm으로 설정하였다(Kim et al.
성능/효과
2. Case 3 (모든 배연설비를 가동하고 화재측 PSD만을 개방)의 경우에 화재 상대측에서 가장 높은 CO 가스(36.0 ppm) 와 Smoke 농도(26.2 mg/m3)를 보이며, Case 4 (모든 배연설비를 가동하고 화재측 PSD만을 미개방)의 경우에는 CO 가스와 Smoke 농도의 유입이 발생하지 않아서 대피환경에 있어 가장 효과적인 배연모드로 분석되었다.
0 ppm, Smoke 농도는 9 mg/m3으로 나타나고 있으며, 피난구획인 지하 2층 대합실로의 연기유입은 발생하지 않는 것으로 나타나고 있다. 따라서, 승강장 화재 시 화재측 승강장의 PSD만을 개방한 상태에서 상부배기 및 승강장 양단의 환기소를 배연모드로 가동하는 것이 대피환경에 있어 가장 효과적인 것으로 분석되었다.
3. 승강장 설치된 배연설비(상부배기와 양단배기)를 모두 가동하고 설치된 PSD가 화재측 도어만 개방된 경우에 승강장으로 화재연기의 확산이 가장 작으며, 이 경우 지하 2층 대합실로의 연기유입도 완전히 차단되었다. 따라서 화재원의 위치에 따른 PSD의 개방 유무가 화재전파 방향과 화재구획 차단에 큰 영향을 미치며 대피환경 유지에 필수적인 요소로 분석되었다.
1. 지하철 화재 시 비상 배연설비를 각각 가동한 결과는 Case 1 (상부배기)이 가장 높은 CO 가스(653.8 ppm)와 Smoke 농도(768.4 mg/m3)를 보이며 확산범위도 가장 넓었지만, Case 2 (양단배기)는 CO 가스(47.8 ppm) 및 Smoke 농도(44.5 mg/m3)의 확산범위는 줄어들었다. 또한 승강장내 설치된 배연설비는 상부배기보다 양단배기가 더 효율적이지만 지하 2층 대합실 피난구획으로 가스와 연기가 유입되었다.
한편, 이상의 해석결과를 정리하면 Table 2와 같으며, 승강장 화재 시 화재측 승강장의 스크린도어만을 개방한 상태에서 상부배기 및 승강장 양단의 환기소를 배연모드로 가동하는 것이 대피 환경유지가 가장 효과적인 것으로 분석되었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
승강장 화재 시 제연 및 환기시스템의 가장 중요한 목표는 무엇인가?
승강장 화재 시 제연 및 환기시스템은 정차되어 있는 지하철 차량에서 발생된 화재연기의 유동을 차단하고, 화재열차에서 피난구역으로 화재연기가 유입되는 것을 제어하는 것이 가장 중요한 목표이다. 화재연기를 억제하기 위한 방법으로 한쪽 방향으로만 제연하는 방식을 이용하며, 발생한 화재강도에 따라서 화재연기의 성층화 유지와 화재연기가 승객들의 피난 방향으로 이동하지 못하도록 하는 임계풍속을 유지하는 것은 중요하다.
승강장 화재 시 제연 및 환기시스템은 어떤 점을 중요시해야 하는가?
승강장 화재 시 제연 및 환기시스템은 정차되어 있는 지하철 차량에서 발생된 화재연기의 유동을 차단하고, 화재열차에서 피난구역으로 화재연기가 유입되는 것을 제어하는 것이 가장 중요한 목표이다. 화재연기를 억제하기 위한 방법으로 한쪽 방향으로만 제연하는 방식을 이용하며, 발생한 화재강도에 따라서 화재연기의 성층화 유지와 화재연기가 승객들의 피난 방향으로 이동하지 못하도록 하는 임계풍속을 유지하는 것은 중요하다.
PSD의 역할은?
PSD는 평상시 승강장 내 승객들의 승하차 시 안전을 확보하며 자살시도를 막고 화재 시에도 화재연기(CO gas and Smoke)의 전파를 막는 역할을 수행한다(Choi et al., 2014; Kang, 2010).
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