[논문]Hot Smoke Test를 이용한 주차장 환기설비의 제연 성능평가

정석환

doi:10.21729/ksds.2019.12.2.47

Hot Smoke Test를 이용한 주차장 환기설비의 제연 성능평가
Evaluation of Smoke Control Performance of Ventilation System Using by Hot Smoke Test 원문보기

한국방재안전학회논문집 = Journal of Korean Society of Disaster and Security, v.12 no.2, 2019년, pp.47 - 56

정석환 (세종사이버대학교 소방방재학과)

초록
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주차장 화재 시 다량의 연기 발생으로 소방대원이 화점에 진입하기 곤란한 문제점을 극복하고자 최근 주차장 환기 목적으로 설치된 급 배기팬과 유인팬(Jet fan)을 이용하여 연기를 배출하는 방법을 이용하고 있다. 본 연구에서는 급배기팬만 동작하는 조건과 유인팬이 함께 동작하는 2가지 조건에서 연기층의 유동변화를 CCTV를 이용하여 관찰하였으며, 또한 hot smoke test가 주차장 환기 성능평가 방법으로서의 적정성을 평가하기 위해 플럼 주위의 온도를 Alpert eq.과 비교 분석하였다. 그 결과 jet fan을 동시에 동작시키는 경우 연기층이 교란될 수 있음을 확인할 수 있었으며, 그로인하여 초기 피난 장애 우려가 있을 것을 것으로 분석되었다. 다만, jet fan이 추가로 작동됨에 따라 배기성능은 향상되는 것을 관찰용 CCTV로 확인할 수 있었으며, 이는 진압전술을 펴는데 도움이 될 것으로 판단된다. 플럼 주변의 온도를 측정하여 Alpert eq과 비교한 결과 Plume 중심축에서 약 $2^{\circ}C$ 낮고 연기가 배출되는 방향으로 8 m에서는 $9.0^{\circ}C$ 높은 것으로 분석되었다. Plume 주변의 온도 측정 결과는 AS 4391-1999의 예상 최대 온도보다 낮았고 실험으로 인한 예상 온도 위험을 초과하지 않았다. 이 결과와 같이 고온 연기 시험의 진행으로 인한 온도 위험성이 예측 가능하기 때문에 관련 기준이 없는 주차장의 연기 제어 성능 평가를 위한 일반적인 평가 방법 중 하나로 활용 가능할 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

Recently, in order to overcome the difficulty of entering a fire source due to the occurrence of a large amount of smoke in the event of a fire in a parking lot, it has used that a method of discharge smoke using air supply, exhaust fans and jet fans installed for ventilation of parking lots. In this study, the variation of flow in the smoke layer was observed using CCTV under two conditions, in which only the air supply fan operates and the manned fan operates together, and the temperature around the plume was compared to Albert eq. to assess its suitability as a parking lot ventilation performance evaluation method. As a result, it was found that the smoke layer could be disturbed if the Jet Fan was operated at the same time, which could lead to the possibility of an initial evacuation disturbance. However, the additional operation of the Jet Fan has been confirmed by the observation CCTV that the emission performance is improved, which is believed to help conduct the suppression operation. The temperature around the plume was measured and compared to Alpert eq, and was analyzed to be about $2^{\circ}C$ lower at the center axis of the plume and $9.0^{\circ}C$ higher at 8 m in the direction of the discharge of smoke. The results of temperature measurements around the plume were lower than the maximum temperature expected in AS 4391 and did not exceed the expected temperature risk caused by the experiment. As with these results, the temperature risk from the progression of hot smoke tests is foreseeable, so it will be available as one of the general evaluation methods for assessing smoke control performance in a parking lot without relevant criteria.

주제어

표/그림 (12)

그림 Fig. 1. Location of fire source and fan
그림 Fig. 3. Test apparatus
그림 Fig. 2. Flow direction of fet fan
표 Table 1. Character of fuel
그림 Fig. 4. Location of thermocouple
그림 Fig. 5. Location of CCTV
그림 Fig. 6. Temperature of plume center axis
그림 Fig. 7. Temperature at 4 m, 8 m from plume center axis
그림 Fig. 8. Maximum temperature along the distance from the plum center
표 Table 2. Temperature characteristic of Plume
그림 Fig. 9. Smoke layer disturbances
그림 Fig. 10. Smoke visibility according to case and time

AI 본문요약
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문제 정의

이에 본 연구에서는 Hot smoke test 방법을 이용하여 주차장 환기설비의 제연설비로의 활용 가능성에 대한 성능 평가와 유인팬의 가동 여부에 따른 제연설비로의 성능 변화를 CCTV를 이용한 정성적 분석을 통하여 보다 효과적인 주차장 연기제어 방법의 제시 및 주차장 연기제어 시스템의 성능 평가 방법으로 Hot smoke test의 일반적 적용 가능성을 검토하려 한다.

제안 방법

AS 4391-1999에 따라 화원의 크기를 A2 사이즈로 하고 급배기 조건을 변경(CASE 1, 2)하여 Hot smoke test를 시행하였다. Plume의 중심축에 K종 Thermocouple을 Fig.
Hot Smoke Test를 진행하는 중 천정부와 플럼의 온도를 측정하기 위하여 K종 열전대를 사용하였으며, 이를 데이터 로거(Hioki LR8400)를 이용하여 매 1초 간격으로 기록하였다. 열전대는 총 30개가 설치되었으며 그 위치는 Fig.
실험 조건은 급 · 배기 팬만 운전하는 경우(CASE 1)와 하향 각도 5°로 설치된 유인팬을 추가로 운전하는 경우(CASE 2)의 2가지 조건에서 화원 근처에 설치한 8대의 연기 가시도 분석용 CCTV를 통하여 분석하여 각 조건에 따른 연기 가시도 변화를 분석하여 주차장 제연설비의 성능평가 및 효율적 운영방안을 제안하려 한다. 또한 Fig. 4와 같이 열전대(K종)를 설치하여 측정한 결과와 아래 식(The SFPE Handbook of Fire Protection Engineer, 2002)에 따른 Alpert의 Ceiling Jet 온도 예측과 비교 분석하여 Hot smoke test를 주차장 연기제어 시스템 평가에 일반적으로 적용할 수 있는지 분석하려 한다. Alpert의 식은 플럼 중심축과 천장높이까지의 비에 따라 식 (1)과 식 (2)로 구분 적용되며, 그 이유는 화재플럼으로부터 직접적으로 영향을 받는 부분과 Ceiling Jet이 형성된 부분과의 온도 특성이 상이하기 때문이다.
실험 조건은 급 · 배기 팬만 운전하는 경우(CASE 1)와 하향 각도 5°로 설치된 유인팬을 추가로 운전하는 경우(CASE 2)의 2가지 조건에서 화원 근처에 설치한 8대의 연기 가시도 분석용 CCTV를 통하여 분석하여 각 조건에 따른 연기 가시도 변화를 분석하여 주차장 제연설비의 성능평가 및 효율적 운영방안을 제안하려 한다.
5와 같이 급배기 흐름이 관찰될 수 있도록 총 8개를 분산 설치하였다. 연기 가시도관찰을 위해 화원 주변에 가시도 1 m의 연기를 분당 440 m³ 발생하는 (440 m³/min@1m vis)의 연기발생기를 2대 설치하였다.
연구 대상 주차장의 설계기준은 환기회수 3회/시간으로 일반적으로 주차장 환기를 위해서 적용되는 환기성능을 가지고 있다 할 수 있다. 주차장 제연설비의 성능 평가를 위하여 연기발생 종료 후 특정 시간의 CCTV Ch6 스틸사진을 통하여 가시도를 평가하였으며, 그 결과를 Fig. 10에 나타내었다. Fig.
천정류의 온도를 예측하는 방법으로 가장 많이 활용되는 방법 중 하나인 Alpert의 식과 화재공학원론(Quintiere, 2015)에 근거한 Table 1의 연료 특성을 적용하여 열방출량과 온도 상승값을 구하여 측정된 결과와 비교하였다. 천정하부 0.
환기용으로 설계된 주차장 환기설비에 대하여 AS 4391-1999 규격에 따른 Hot smoke test를 이용하여 제연 성능 평가를 실시한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.

대상 데이터

AS4391-1999의 Table A1에 따라 주위온도 20°C, 층고 5 m을 적용하여 결정된 화재 크기는 A2 Size로 추정 천정온도는 52°C가 된다. 시험을 위한 연료는 메탄올을 사용하였다.
연구 대상 건축물의 해당 지하층 연면적은 약 55,623 m²이며, 그 중 주차장으로 사용되는 면적은 29,585 m², 층고는 5.2 m이다. 주차장 환기를 위해 적용된 설계 기준은 이산화탄소 농도 50 ppm이하로 설치된 급·배기 팬의 풍량은 448,000 CMH이며, 시간당 약 3.

이론/모형

Hot smoke test를 위한 화원의 크기는 AS 4391-1999의 3.3.2에 따라 화재진압 설비의 동작온도보다 시험 시 천정의 온도가 10°C 낮도록 선정하였다.
본 연구에서는 AS 4391-1999의 Hot smoke test 방법을 이용하여 주차장 제연설비의 성능을 평가하였다. 실험 조건은 급 · 배기 팬만 운전하는 경우(CASE 1)와 하향 각도 5°로 설치된 유인팬을 추가로 운전하는 경우(CASE 2)의 2가지 조건에서 화원 근처에 설치한 8대의 연기 가시도 분석용 CCTV를 통하여 분석하여 각 조건에 따른 연기 가시도 변화를 분석하여 주차장 제연설비의 성능평가 및 효율적 운영방안을 제안하려 한다.

성능/효과

1) Alpert 식에 따른 계산값과 Hot smoke test를 이용한 온도 측정 결과를 비교한 결과 Ceiling jet의 최고온도는 측정치가 Alpert 식보다 CASE 1의 경우 0.9°C, CASE 2의 경우 2.5°C의 낮게 나왔으나 매우 유사한 크기를 보였다.
2) Plume 중심축에서 4, 8 m 떨어진 거리에서 측정한 천정류의 온도는 Alpert 식보다 7.9~9.0°C 높게 측정되었다.
3) 유인팬의 추가 운전에 따라 환기설비의 배연 성능은 CCTV를 이용한 연기 가시도 변화를 분석한 결과 Fig. 10에서와 같이 배연성능이 향상됨을 확인할 수 있었다.
4) 3회 환기/ 시간당 배출량을 가진 환기설비를 제연설비로 활용하는 경우 연기가 발생되고 있는 상태에서는 화재 진압에 필요한 환경을 조성하기에는 성능이 부족함을 확인할 수 있었다.
5) 유인팬의 작동은 Fig. 8에서와 같이 화재 주위의 온도를 감소시키고 Fig. 10과 같이 연기의 배출성능을 향상시키는 장점이 있으나 Fig. 9에서와 같이 화재 초기 화원 주변의 연기층을 교란시켜 피난 지연이 발생할 수 있는 문제점을 확인할 수 있었다.
6) 유인팬의 작동은 연기층 교란이 문제되지 않는 화재 진압 조건에서 활용 가능할 것으로 판단됨에 따라 자동화재탐지설비와의 연동보다는 별도의 제어반에 의한 수동 조작이 더 효과적일 수 있음을 확인할 수 있었다.
그 결과를 보면 연기발생 후 5분 및 10분 후의 가시도를 비교하면 급·배기 팬만을 가동한 경우(CASE 1)가 유인팬을 추가 가동한 경우(CASE 2)에 비하여 바닥의 가시도가 더 좋게 형성되고 있음을 확인할 수 있다.
그 결과를 보면, 급·배기 팬만 가동하는 경우(CASE 1)의 측정값을 Alpert의 식을 이용한 계산값과 비교하면 공기가 유입되는 쪽의 4, 8 m 지점에서는 각각 2.8°C와 5.0°C 높고, 연기가 유출되는 쪽의 4 m, 8 m 지점에서는 8.1°C와 9.0°C가 높게 측정되었다.
급·배기 팬 이외에 추가적으로 유인팬을 가동할 경우 공기가 유입되는 방향으로 화원 인근의 온도를 추가적으로 낮출 수 있다는 것을 Hot smoke test를 이용한 Plume 주위의 온도를 측정한 결과 확인할 수 있었으나 그 효과는 크지 않았다.
연구 대상 주차장의 설계기준은 환기회수 3회/시간으로 일반적으로 주차장 환기를 위해서 적용되는 환기성능을 가지고 있다 할 수 있다. 주차장 제연설비의 성능 평가를 위하여 연기발생 종료 후 특정 시간의 CCTV Ch6 스틸사진을 통하여 가시도를 평가하였으며, 그 결과를 Fig.
화원이 안정되는 단계로 추정되는 150초 이후부터 시험 종료 시까지의 천정에서 20 cm의 높이에 설치한 ch1의 최고온도를 비교하여 보면 급·배기 팬만 가동했을 경우(CASE 1) 43.8°C가 측정되었으며, 유인팬을 추가로 가동한 경우(CASE 2)에는 42.3°C로 최대차가 2.5°C로 큰 차이를 보이지 않았다.
환기성능 확인을 위하여 연기발생 정지 후 20분까지의 스틸사진을 비교한 결과, CASE 2의 경우가 CASE 1에 비하여 가시도가 더 빠르게 회복되고 있음을 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 Hwang et al.

후속연구

본 연구 결과는 환기횟수 3회/시간의 주차장 환기설비를 제연설비로 활용한 경우, 그 성능을 Hot smoke test를 통해 분석한 결과에 제한된 것으로 추후 환기횟수, 급· 배기 팬의 위치 등의 변화 및 다양한 설계조건이 적용된 건축물에 대한 Hot smoke test를 활용한 제연설비의 성능평가가 이루어질 필요가 있으며, 이를 통하여 필요한 주차장 제연설비의 성능 조건과 운영방안을 일반화할 필요가 있을 것이다.
유인팬의 추가 동작에 따른 급기 흐름의 증대 효과로 화재 진압을 위한 진입 시 급기량을 증가시킴으로서 화점에 보다 쉽게 접근할 수 있을 것을 것이다. 다만 추가된 공기량으로 인하여 화재의 크기가 확대될 수 있음에 주의하여야 할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	Hot smoke test를 이용한 주차장 제연설비의 성능평가를 실시한 결과 보다 효과적인 주차장 화재의 진압 전술을 위하여 개선이 필요한 것은?	• 화재 초기 유인팬을 자동화재탐지설비와 연동하는 경우 화원 주변의 연기층 교란이 발생하여 초기 피난 지연의 우려가 있으므로 급·배기 팬만 연동할 필요가 있다. • 유인팬의 작동은 화재 주변 온도상승 억제 및 배기 성능의 향상에 도움이 되므로 화재 진압 활동을 위해 수동운전이 가능하도록 전용의 제어반을 설치할 필요가 있다. • 유인팬 가동을 위한 제어반은 소방대원이 화재 진압 시에 사용하므로 방재실 또는 화재로부터 안전한 장소에 설치되어야 할 필요가 있다.
	최근 대형 건축물의 지하는 무엇을 위하여 대규모화 및 고심도화 되고 있는가?	최근 대형 건축물의 지하는 주차장의 확보와 판매시설의 확보를 위하여 대규모화 및 고심도화 되고 있다. 고심도화는 화재시 연기로 인한 위험뿐 아니라 소방대원이 화점에 진입하기 곤란한 문제를 야기하고 있다.
	주차장 화재 시 연기로 인한 위험을 감소시키기 위한 설계방법은?	주차장 화재 시 연기로 인한 위험을 감소시키기 위한 설계방법으로는 시간당 3~6회의 환기계수를 적용하는 방법과 NFPA 88A(2011)의 6.3절에 따라 300 L/min ․ m2을 적용하는 방법이 주로 사용되고 있다.

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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