[논문]공동주택에서의 화재경보음 전달

정정호

doi:10.7731/kifse.2018.32.3.067

[국내논문] 공동주택에서의 화재경보음 전달
Fire Alarm Sound Transmission in Apartment Units 원문보기

한국화재소방학회 논문지= Fire science and engineering, v.32 no.3, 2018년, pp.67 - 75

정정호 (방재시험연구원 화재환경시스템팀)

초록
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공동주택 화재 발생시 인명피해 최소화 및 재실자의 신속한 대피를 위해서는 화재 발생 사실이 경보음을 통해 전체 세대로 전달되어야 한다. 공동주택의 경우 엘리베이터 실과 같은 공용공간에 경종이 설치되어 있으나, 세대내 공간으로 경보음이 충분히 전달되지 못하는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 실제 공동주택에서의 주,야간 소음을 측정하여 공동주택 세대 내 소음 발생 실태를 조사하고 세대내 공간으로의 경보음 전달 정도를 분석하였다. 엘리베이터 실에서 발생되는 경보음이 공동주택 내부로 전달되는 경우 방화문 및 방문의 차음성능으로 인해 충분히 전달되지 못하는 것으로 나타났다. 공동주택 내에서 발생되는 각종 소음 레벨을 고려하면 공동주택 외부에서 발생되는 경보음을 청취하여 피난행동을 시작하는 데는 어려움이 있는 것으로 판단된다. 이를 개선하기 위해 공동주택 거실의 월패드와 각 방별로 경보음 발생기를 설치한 경우에 대하여 음향시뮬레이션을 실시하였다. 각 방별로 경보음 발생기를 설치한 경우에서만 배경소음 + 15 dB 기준과 75 dB (A) 기준을 만족하는 것으로 나타났다.

Abstract ▼ AI-Helper

To reduce the number of casualties in the case of fire, an alarm sound needs to be delivered to the people who remain in the apartment unit. On the other hand, it was reported that the fire alarm sound generated in the elevator hall was not delivered sufficiently to the people staying in the apartment units. In this study, the background noise level and noise level generated in an apartment unit were measured during the day and night time. In addition, the transmission of the fire alarm sound into the each room of apartment units was simulated and compared with the background noise level. The fire alarm sound generated in the elevator halls was reduced by the fire door and doors, and was not transmitted sufficiently into the internal spaces of the apartment units. Starting evacuation action was difficult after hearing the fire alarm sound generated outside the apartment units. To improve the transmission of an alarm sound to the inner spaces of apartment units, an acoustic simulation was carried out for cases where the alarm sound generator was installed on a wall-pad in the living room and the alarm sound generator was installed on the ceiling of each rooms in apartment units. Background noise of + 15 dB and 75 dB (A) were satisfied when alarm sound generator was installed on the ceiling of each room.

주제어

표/그림 (11)

그림 Figure 1. An example of indoor noise generation pattern in apartment unit.
그림 Figure 2. 3D model of apartment units.
표 Table 1. Simulation Conditions for Alarm Sound Propagation in Apartment Units
그림 Figure 3. Propagated alarm sound level at 59 m² type apartment unit.
표 Table 2. Frequency Characteristics of Alarm Signal of Each Cases
그림 Figure 4. Propagated alarm sound level at 84 m² type apartment unit.
표 Table 3. A-weighted Sound Pressure Level of Alarm Sound at 59 m² Type Apartment Unit
그림 Figure 5. Propagated alarm sound level at 157 m² type apartment unit.
표 Table 4. A-weighted Sound Pressure Level of Alarm Sound at 84 m² Type Apartment Unit
표 Table 5. A-weighted Sound Pressure Level of Alarm Sound at 157 m² Type Apartment Unit
표 Table 6. A-weighted Sound Pressure Level Distribution of 3 Kinds of Apartment Units

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 59m², 84m², 157m² 넓이의 공동주택 세대를 대상으로 세대 외부에서 발생되는 경보음이 실내 공간으로 전달되는 특성을 예측하여 심야시간에 세대내 거주자가 경보음 인지 여부를 분석하였다. 또한 거실에 설치된 월패드 및 각 방별로 경보음 발생용 스피커를 설치한 경우의 경보음 전달 음압 레벨을 비교, 분석하였다.
세대 내부의 건축음향 특성은 별도의 흡음 및 가구 등이 배치되지 않은 조건으로 하였다. 본 연구에서는 공동주택 내부 마감재 등에 의한 차이를 최소화하기 위해 3가지 공동주택의 음향모델에 동일한 마감재를 적용하였다.
본 연구에서는 최근 많이 건설되고 있는 59 m², 84 m², 157 m2 공동주택을 대상으로 세대 외부 엘리베이터 실에서 발생되는 경보음이 세대 내 각 공간으로 전달되는 특성을 예측, 분석하였다. 세대 외부 공간의 경우 충분한 크기의 경보음이 발생되는 것으로 나타났다.

가설 설정

Case 2는 각 공동주택의 거실에 설치되는 월패드를 이용하여 경보음을 전달하는 경우에 대하여 NFPA 72의 75 dB(A) 기준을 만족하는 조건을 도출하여 예측한 결과이다. 경보음의 특성은 광대역 소음을 사용하여 거실의 월패드에서 발생시키는 것으로 가정하였으며, 각 방에서도 75 dB(A)기준을 만족시키는 음원의 크기를 계산하여 설정하였다. 거실 월패드에서 경보음을 발생시키는 경우 거실의 경보음 레벨은 83.
경보음의 발생은 세대 외부 엘리베이터실에 설치된 소화전에서 발생되는 것으로 가정하였다.

제안 방법

공동주택 내부 모든 공간으로 경보음을 효율적으로 전달하는 방법을 도출하기 위해 거실의 월패드에서 경보음을 발생시키는 방법(Case 2)과 공동주택 내 각실별로 경보음 발생장치를 설치하는 경우(Case 3)에 대하여 공동주택 세대 안의 각 공간(거실, 방)으로 전달되는 경보음의 특성을 비교하였다. 기존 경종에서 발생되는 경보음에 대한 대안으로는 월패드와 각 방별 스피커를 설치하여 경보음을 발생시키는 조건에 대하여 NFPA 72 기준의 만족 여부를 조사하였다.
세대 외부의 복도 또는 엘리베이터 실에서 발생된 경보음은 세대 방화문 및 방문을 통해 전달된다. 공동주택 세대 내부로 전달되는 경보음 레벨을 예측하여 위하여 방화문 및 방문이 모두 닫혀 있는 조건을 대상으로 하였으며, 방화문과 방문의 차음성능은 기존 연구의 측정결과⁽¹⁶⁾를 고려하여 입력하였다. 거실의 월패드에서 경보음이 발생되는 경우는 세대내의 방문을 통해 방안으로 전달되므로, 방문이 닫혀 있는 조건으로 경보음 전달을 예측하였다.
넓이의 공동주택 세대를 대상으로 세대 외부에서 발생되는 경보음이 실내 공간으로 전달되는 특성을 예측하여 심야시간에 세대내 거주자가 경보음 인지 여부를 분석하였다. 또한 거실에 설치된 월패드 및 각 방별로 경보음 발생용 스피커를 설치한 경우의 경보음 전달 음압 레벨을 비교, 분석하였다.
경보음의 발생은 세대 외부 엘리베이터실에 설치된 소화전에서 발생되는 것으로 가정하였다. 또한 경보음 발생 음원의 위치를 거실의 월패드 위치와 각 방별로 경보 발생 스피커를 설치한 경우에 대한 음향시뮬레이션 수행 결과를 비교하였다. 경보음의 입력 음압 레벨은 Table 2에서와 같이 2 000 Hz 이상 주파수 대역이 큰 특성을 가지며 전체 음압레벨은 95 dB(A)가 되도록 하였다.
Proulx⁽⁸⁾는 건축물에 이용되는 4종의 화재경보장치 신호(경종, 혼, 차임 전자식 사이렌)에 대해서 상기성, 인지성, 긴급성을 조사하였다. 또한 위의 4종 경보음에 ISO에서 규정하고 있는 T-3⁽⁹⁾ 패턴 적용, 음성 알람 부가, 투과손실이 고려된 신호 등 다양한 화재경보신호 조합을 통해 궁극적으로 가장 옳은 피난행동을 유도하는 신호를 분석하였다. Myles⁽¹⁰⁾는 주거용 건축물의 경보음으로는 배음구조를 가지며 85 dB(A) 이상 음량을 갖도록 하여야 한다고 연구하였다.
심야시간 화재로 인한 인명피해를 최소화하기 위해 필요한 경보음이 공동주택 실내 공간으로 전달되는 특성을 건축음향 예측 프로그램을 이용하여 예측하였다. 본 연구에서는 공동주택 세대 안에서 경보음을 효과적으로 전달할 수 있는 방법으로 세대 안의 거실의 월패드에서 경보음을 전달하는 경우와, 각 방별로 경보음 발생용 스피커를 설치하여 전달하는 경우에 대한 음향 시뮬레이션을 실시하여 비교하였다. 시뮬레이션을 통하여 NFPA 72의 기준 중에서 침대 머리 방향에서 75 dB(A)를 만족하는 방안을 도출하였다.
심야시간 화재로 인한 인명피해를 최소화하기 위해 필요한 경보음이 공동주택 실내 공간으로 전달되는 특성을 건축음향 예측 프로그램을 이용하여 예측하였다. 본 연구에서는 공동주택 세대 안에서 경보음을 효과적으로 전달할 수 있는 방법으로 세대 안의 거실의 월패드에서 경보음을 전달하는 경우와, 각 방별로 경보음 발생용 스피커를 설치하여 전달하는 경우에 대한 음향 시뮬레이션을 실시하여 비교하였다.

대상 데이터

Figure 5. Propagated alarm sound level at 157 m² type apartment unit.
시뮬레이션을 통하여 NFPA 72의 기준 중에서 침대 머리 방향에서 75 dB(A)를 만족하는 방안을 도출하였다. 예측 대상 공동주택은 59 m², 84 m², 157 m² 넓이의 공동주택 세대를 대상으로 수행하였다.
예측 주파수 범위는 건축음향 측정 및 평가에 주로 사용되는 63∼8 000 Hz 대역(1/1 옥타브)을 대상으로 하였다.
Figure 1은 24시간 동안 공동주택 내부에서 발생되는 소음과 배경소음 레벨을 측정하여 나타낸 것이다. 측정 대상 공동주택은 도로에서 약 50 m 떨어진 7층 세대였다. 공동주택 내부 소음은 외부 교통소음 등에 영향을 받는다.

성능/효과

1) 공공시설의 음향경보신호는 명확하게 구분되는 특성으로 거주영역 바닥 1.5 m 높이에서 경보음의 평균음압레벨이 배경소음보다 최소 15 dB(A) 이상 크게 하여야 한다.
1) 재실자가 이동할 수 있는 공간에서는 최소 65 dB(A)의 경보음레벨이 유지되어야 한다(계단실, 약 60 m² 이하의 공간, 확장이 제한된 공간은 60 dB(A) 이상 권장).
2) 배경소음이 60 dB(A) 이상인 장소는 경보음 레벨과 배경 소음 레벨의 차이는 5 dB 이상 유지한다.
2) 사설시설의 음향경보신호는 명확하게 구분되는 특성으로 거주영역 바닥 1.5 m 높이에서 경보음의 평균 음압레벨이 배경소음보다 최소 10 dB(A) 이상 크게 하여야 한다.
3) 수면 중인 재실자를 깨우기 위해 설치된 경보신호는 침대 머리 방향에서 75 dB(A) 이상의 경보음레벨을 유지해야 한다.
3) 수면공간의 음향경보신호는 평균 배경소음보다 최소한 15 dB 이상 크게 하거나, 침대 머리방향에서 최소 75 dB(A) 음량을 유지해야 한다.
4) 음향신호는 배경소음을 포함해 120 dB(A)를 초과해서는 안 된다.
그러나 월패드에서 경보음을 크게 발생시키는 경우 거주자의 청력손실 및 고출력 스피커를 사용해야하는 보완상항이 발생할 것으로 예상되었으며, 고주파수 대역의 경보음은 세대안의 방문의 차음성능으로 인해 급격히 감소되는 것으로 나타났다. 각 공간별로 경보음 전달을 위한 스피커를 설치하여 활용하는 경우(Case 3), 80 dB ∼ 85 dB(거실) 크기의 광대역 경보음을 발생시키는 경우 NFPA 72의 모든 기준을 만족하는 것으로 나타났다.
경보음의 특성은 광대역 소음을 사용하여 거실의 월패드에서 발생시키는 것으로 가정하였으며, 각 방에서도 75 dB(A)기준을 만족시키는 음원의 크기를 계산하여 설정하였다. 거실 월패드에서 경보음을 발생시키는 경우 거실의 경보음 레벨은 83.7 dB(A)로 NFPA 기준을 만족하는 것으로 나타났으나 안방, 작은 방, 화장실 등 거실을 제외한 모든 공간에서는 NFPA 72의 75 dB(A) 기준을 만족하지 못하는 것으로 나타났다. 그러나 엘리베이터 실의 경종에서 경보음을 발생하는 경우와는 달리 대부분의 공간에서 배경소음 +15dB 보다는 높은 수준으로 경보음이 전달되는 것으로 예측되었다.
거실의 월패드를 설치한 Case 2의 경우 59 m² 및 84 m²Type의 경우와 같이 거실에서는 75 dB(A) 이상의 경보음 레벨이 확보되는 것으로 나타났지만 거실과 인접한 공간으로 전달되는 경보음은 84 m² Type 공동주택에 비해 약 2dB 정도 낮게 전달되는 것으로 나타났다. Table 6에서와 같이 157 m² Type 안방에 있는 드레스 룸과 같은 경우 거실의 월패드에서 경보음을 발생시키더라도 경보음을 인지하기 어려울 것으로 판단된다.
거실의 월패드를 이용해서 NFPA 72의 75 dB(A) 기준을 만족시키기 위해서는 84 m² Type의 경우 113 dB크기의 광대역 소음을 발생시켜야 하는 것으로 계산되었다. 거실 월패드에서 113 dB 크기의 광대역 소음을 발생시키는 경우 120 dB(A)보다는 낮지만 경보음 발생시 청력손실 문제가 우려되며, 월패드에 설치하여야 하는 스피커의 크기를 크게 해야하는 등의 제한점이 발생하게 된다.
거실의 월패드에서 경보음을 발생시키는 경우(Case 2)는 거실을 제외한 공간(안방, 작은방, 화장실)에서 경보음 레벨이 배경소음 +15 dB을 만족하는 것으로 나타났으나, NFPA 72의 기준 중에서 침대 머리 방향에서 75 dB(A) 이상이 되도록 하는 기준을 만족하지 못하는 것으로 나타났다. Case 3의 경우 공동주택 내부 각 실별로 경보음 발생장치를 설치하여 광대역 소음을 경보음으로 사용하는 경우로, 제외한 모든 공간에서 배경소음 +15 dB은 물론 75dB(A) 기준을 초과하는 것으로 나타났다(Table 3 참조).
공동주택 내부에서 발생되는 최대 소음 레벨(LFmax)의 평균은 야간(00시 ∼ 07시)의 경우 약 50 dB(A), 주간(07시∼ 18시)은 약 61 dB(A), 저녁(18시 ∼ 24시)은 약 57 dB(A)로 나타났다.
공동주택 화재로 인한 사망자 및 발생건수를 비교하면 야간(20:00 ∼ 08:00) 화재 발생은 빈번하지 않지만 사망자 비율은 61.2%로 많은 것으로 나타났다(1).
월패드에 스피커를 설치하여 113 dB크기의 광대역 경보음을 발생시키는 경우 거실과 모든 방에서 75dB(A) 기준과 배경소음 +15 dB 기준을 만족하는 것으로 예측되었다. 그러나 월패드에서 경보음을 크게 발생시키는 경우 거주자의 청력손실 및 고출력 스피커를 사용해야하는 보완상항이 발생할 것으로 예상되었으며, 고주파수 대역의 경보음은 세대안의 방문의 차음성능으로 인해 급격히 감소되는 것으로 나타났다. 각 공간별로 경보음 전달을 위한 스피커를 설치하여 활용하는 경우(Case 3), 80 dB ∼ 85 dB(거실) 크기의 광대역 경보음을 발생시키는 경우 NFPA 72의 모든 기준을 만족하는 것으로 나타났다.
수면 중 재실자를 깨우기 위해서는 청각, 시각, 후각 자극이 사용될 수 있으며, 각 자극원에 대한 민감도 실험 결과 청각 자극인 음향 신호에는 83% ∼ 91%, 연기 냄새 자극에는 59% 및 시각 자극에는 49%의 피험자가 반응한 것으로 나타났다(4).
본 연구에서는 공동주택 세대 안에서 경보음을 효과적으로 전달할 수 있는 방법으로 세대 안의 거실의 월패드에서 경보음을 전달하는 경우와, 각 방별로 경보음 발생용 스피커를 설치하여 전달하는 경우에 대한 음향 시뮬레이션을 실시하여 비교하였다. 시뮬레이션을 통하여 NFPA 72의 기준 중에서 침대 머리 방향에서 75 dB(A)를 만족하는 방안을 도출하였다. 예측 대상 공동주택은 59 m², 84 m², 157 m² 넓이의 공동주택 세대를 대상으로 수행하였다.
점선으로 표시한 것은 야간의 공동주택 최대 소음 레벨을 나타낸 것이다. 엘리베이터 실에 경종이 설치된 조건(Case 1, 현행 기준)의 경우 거실로 전달되는 경보음 레벨은 전 주파수 대역에서 평균 배경 소음 레벨보다 높은 것으로 나타났으나, 배경소음보다 15 dB 이상(NFPA72)이 되는 범위는 2 000 Hz 이상 대역으로 나타났으며, 거실 이외의 공간(안방, 작은방, 화장실)의 경우는 배경소음 +15 dB 기준을 초과하지 않는 것으로 나타났다.
월패드를 사용하는 방법(Case 2)의 경우 거실에서는 충분한 경보음을 전달하는 것으로 나타났으나 일부 방의 경우에는 NFPA 72의 75 dB(A) 기준을 만족하지 못하는 것으로 나타났다. 월패드에 스피커를 설치하여 113 dB크기의 광대역 경보음을 발생시키는 경우 거실과 모든 방에서 75dB(A) 기준과 배경소음 +15 dB 기준을 만족하는 것으로 예측되었다.
월패드를 사용하는 방법(Case 2)의 경우 거실에서는 충분한 경보음을 전달하는 것으로 나타났으나 일부 방의 경우에는 NFPA 72의 75 dB(A) 기준을 만족하지 못하는 것으로 나타났다. 월패드에 스피커를 설치하여 113 dB크기의 광대역 경보음을 발생시키는 경우 거실과 모든 방에서 75dB(A) 기준과 배경소음 +15 dB 기준을 만족하는 것으로 예측되었다. 그러나 월패드에서 경보음을 크게 발생시키는 경우 거주자의 청력손실 및 고출력 스피커를 사용해야하는 보완상항이 발생할 것으로 예상되었으며, 고주파수 대역의 경보음은 세대안의 방문의 차음성능으로 인해 급격히 감소되는 것으로 나타났다.
공동주택 내부에서 발생되는 최대 소음 레벨(L_Fmax)의 평균은 야간(00시 ∼ 07시)의 경우 약 50 dB(A), 주간(07시∼ 18시)은 약 61 dB(A), 저녁(18시 ∼ 24시)은 약 57 dB(A)로 나타났다. 주간과 저녁의 경우 거주자의 생활행위 및 인접 세대에서 전달되는 다양한 층간소음, 벽간소음 등에 의해 평균 등가 소음 레벨과 최대 소음 레벨의 차이가 더 크게 나타났다.
현관 및 거실의 경우 고주파수 대역에서 상대적으로 크게 전달되는 것으로 나타났으나, NFPA 72에서 요구하는 75 dB(A)를 만족하지 못하는 수준으로 예측되었다. 특히 현관에서 가장 먼 안방의 경우 가장 낮은 경보음 레벨이 전달되는 것으로 나타났다.
Type의 경우 Figure 4와 Table 6에서와 같이 공동주택 세내 외부에서 발생되는 경보음이 세대 내부로 전달되는 경우 방화문 및 방문에 의해 크게 감쇠되는 것으로 나타났다. 현관 및 거실의 경우 고주파수 대역에서 상대적으로 크게 전달되는 것으로 나타났으나, NFPA 72에서 요구하는 75 dB(A)를 만족하지 못하는 수준으로 예측되었다. 특히 현관에서 가장 먼 안방의 경우 가장 낮은 경보음 레벨이 전달되는 것으로 나타났다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	공동주택 내부 소음은 어디에 영향을 받는가	측정 대상 공동주택은 도로에서 약 50 m 떨어진 7층 세대였다. 공동주택 내부 소음은 외부 교통소음 등에 영향을 받는다.
	공동주택 및 다중이용시설 등의 경보 및 피난 경로 안내 시스템의 보완이 시급한 이유는?	2%로 많은 것으로 나타났다(1). 화재 및 재난으로 인한 인명피해는 야간 및 취침하고 있는 재실자에게 집중되어 공동주택 및 다중이용시설 등의 경보 및 피난 경로 안내 시스템의 보완이 시급하다.
	월패드에 스피커를 설치하여 큰 경보음을 발생시키는 경우 문제점은?	월패드에 스피커를 설치하여 113 dB크기의 광대역 경보음을 발생시키는 경우 거실과 모든 방에서 75 dB(A) 기준과 배경소음 +15 dB 기준을 만족하는 것으로 예측되었다. 그러나 월패드에서 경보음을 크게 발생시키는 경우 거주자의 청력손실 및 고출력 스피커를 사용해야 하는 보완상항이 발생할 것으로 예상되었으며, 고주파수 대역의 경보음은 세대안의 방문의 차음성능으로 인해 급격히 감소되는 것으로 나타났다. 각 공간별로 경보음 전달을 위한 스피커를 설치하여 활용하는 경우(Case 3), 80 dB ∼ 85 dB(거실) 크기의 광대역 경보음을 발생시키는 경우 NFPA 72의 모든 기준을 만족하는 것으로 나타났다.

참고문헌 (17)

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D. Bruck, S. Reid, J. Kouzma and M. Ball, "The Effectiveness of Different Alarms in Waking Sleeping Children", In Proceedings of the 3rd International Symposium on Human Behaviour in Fire, Interscience Communications, Sept 2004, Belfast, Northern Ireland, London, pp. 279-290 (2004).
D. Bruck and P. Brennan, "Recognition of Fire Cues During Sleep", Proceeding of the 2nd International Symposium on Human Behavior in Fire, London, Interscience Communications, pp. 241-252 (2001).
D. Withington, "The use of Directional Sound to Improve the Sagety of Auditory Warnings", XIVth Triennial Congress of the International Ergonomics Association & 44th Annual Meeting of the Human Factors and Ergonomics Society, San Diego-August 1st (2000).
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상세보기
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상세보기
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D. A. Robinson, "Sound Transmission Loss from Corridors to Rooms: Implications for Locating Fire Alarm Sounders", Fire Technology, Vol. 22, No. 2, pp. 122-135 (1986).

상세보기
M. J. Lee, "An Improved Design for Audibility of Fire Alarm Sound in Residential Buildings", Doctoral Dissertation, University of Seoul (2012).
NFPA 72, National fire alarm code. Quincy, MA, USA, National Fire Protection Association (2002).

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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