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화재시 열방출 급상승 구간의 수치모형 개발에 관한 연구 (로지스틱 함수 및 역함수 곡선)
Development of a Numerical Model for the Rapidly Increasing Heat Release Rate Period During Fires (Logistic function Curve, Inversed Logistic Function Curve) 원문보기

한국화재소방학회 논문지= Fire science and engineering, v.33 no.6, 2019년, pp.20 - 27  

김종희 (서울시립대학교 재난과학과 대학원) ,  송준호 (서울시립대학교 수학과) ,  김건우 (서울시립대학교 기계정보공학과 대학원) ,  권오상 (한국건설기술연구원 화재안전연구소) ,  윤명오 (서울시립대학교 재난과학과)

초록
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본 연구는 화재 시 열출력 급상승 구간에 대한 정확한 열방출율을 예측하기 위한 새로운 함수를 개발하여 제안하는 것을 목적으로 하였다. 현재 화재공학에서 사용되고 있는 'αt2' 곡선은 화재시스템 공학 관점에서 비효율적이며 실효성 저하를 초래하므로 열방출율의 예측오차를 최소화시킬 필요가 있다. 'αt2'과 비교하여 보다 논리적인 배경과 형태적으로 유사성을 가진 로지스틱 함수 이론을 기반으로 화재 급성장 구간은 물론 화재 초기 단계까지 적용 가능한 새로운 예측 함수를 개발하였다. 개발된 함수는 더 넓은 화재성장 구간에서 정확도 높은 예측결과를 갖는 것으로 본 연구에서 증명되었다. 이 연구결과는 향후 화재성장패턴 연구의 개발과 함께 화재공학의 발전을 위해 적용될 것이다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, a new function with higher accuracy for fire heat release rate prediction was developed. The 'αt2' curve, which is the major exponential function currently used for fire engineering calculations, must be improved to minimize the prediction gap that causes fire system engineerin...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구는 소방시스템 설계의 기반이 되는 주변 열온도 환경을 보다 정확히 예측하기 위하여 화재특성에 따른‘HRR-예측곡선’을 도출함으로써 현재 일반적으로 사용되고 있는 열방출에너지 곡선 및 이차함수식(Q = αt2 )의 오차를 획기적으로 줄이고자 하는데 있으며, 최근 화재시뮬레이션이 널리 사용되고 있는바, 열방출에너지 입력값을 결정함에 있어서도 보다 정확한 함수식을 확보한다는 것은 매우 중요한 의미가 있다 하겠다.
  • 본 연구는 화재 시 열출력 급상승 구간에 대한 정확한 열방출율을 예측하기 위한 새로운 함수를 개발하는 것을 목적으로 하였으며 본 논문의 연구결과는 금후 다음과 같은 확장성을 가질 것으로 전망된다.
  • 이와 같이 본 연구에서는 새로운 HRR 도출을 위한 함수식을 제안하는 것을 목적으로 하되 궁극적으로는 화재시뮬레이션에 적용과 소방시스템의 주변 열환경에 대한 정확도를 소명한 본 연구 결과를 후속 연구에 반영함으로써 실효성 있는 소방시스템 설계를 위한 방법론을 제안하고자 하는데 있다.

가설 설정

  • 1) 화재특성별 실물화재 데이터 샘플군에 대한 범위를 확대하여 본 연구에서 도출된 로지스틱 함수(또는 역함수) 로부터 ‘HRR-예측곡선’의 분류체계가 완성된다면 함수의 기울기(γ)값 조정만으로 손쉽게 소방시스템 주변의 열온도 환경 예측이 가능해질 것이다.
  • 2) 당해 용도와 유사한 유형의 ‘HRR-예측곡선’의 선택만으로 현행보다 훨씬 최적화된 소방시스템의 설계가 가능할 것이다.
  • 3) 화재시뮬레이션에서 ‘HRR 입력 데이터 산출을 위한 표준 계산식’으로 응용할 경우 시뮬레이션의 신뢰도 향상은 물론 정온식감지기 뿐만 아니라 차동식감지기의 작동시간의 정확도 높은 예측이 가능해질 것이다.
  • 6.0 m (L) × 8.0 m (W) × 3.2 m (H) 주차공간에 주차되어 있는 차량 내부에서 화재가 발생하여 외부로 확산되는 시나리오로 화재발생을 가정하였다.
  • 주차장 내 산소공급은 충분한 것으로 설정.
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참고문헌 (8)

  1. J. S. Lee, D. S. Kim, J. H. Kwak and S. Y. Kim, "A Study on the Flame Propagation and Spread", Fire Insurers Laboratories of Korea (2006). 

  2. Y. H. Yoo, H. Y. Kim and H. J. Shin, "A Study on the Vehicle Fire Property using the Large Scale Calorimeter", Journal of Korean Tunnel and Underground Space, Vol. 9, No. 4, pp. 343-349 (2007). 

  3. O. S. Kweon, Y. H. Yoo, H. Y. Kim and J. H. Kim, "Real Scale Experiment for Assessing Fire Model of office Compartment", Journal of Kosham, Vol. 12, No. 6, pp. 61-65 (2012). 

  4. H. S. Yun and C. H. Hwang, "A Correlation Study for the Prediction of the Maximum Heat Release Rate in Closed-Compartments of Various Configurations", Fire Science and Engineering, Vol. 32, No. 1, pp. 16-23 (2018). 

  5. J. C. Viegas, "The use of Impulse Ventilation for Smoke Control in Underground Car Parks", Tunnelling and Underground Space Technology, Vol. 25, No. 1, pp. 42-53 (2010). 

  6. Y. Li, "Analysis of Vehicle Fire Statistics in Zealand Parking Buildings", Fire Technology, Vol. 43, No. 2, pp. 93-106 (2007). 

  7. K. Okamoto, "Building Behavior of Sedan Passenger Car", Fire Safety Journal, Vol. 44, pp. 301-310 (2009). 

  8. P. A. Enright, "Impact of Jet Fan Ventilation System on Sprinkler activation", Case Studies in Fire Safety, Vol. 1, pp. 1-7 (2014). 

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