최근 건축물은 대지 이용의 효율성을 높이기 위해 주상 복합화·고층화되는 추세이며, 이에 따른 화재의 발생빈도 및 잠재적인 위험요소도 증가하고 있다. 특히, 고층 공동주택의 경우 비상용승강기와 별도로 승용승강기 중 1대 이상을 피난용승강기로 설치하게 되어 특별피난계단 부속실, 비상용승강기 승강장 겸용의 경우 피난용승강기 승강장과 직렬형태의 구조가 되어 새로운 형태의 제연구역 이 발생한다. 따라서 비상용승강기 승강장과 피난용승강기 승강장의 직렬형태 구조에 대한 제연구역 선정의 제시가 필요하며, 새로운 형태에서 제연성능을 달성하는 것에 대한 문제가 대두되고 있다. 따라서 본 논문에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 CONTAM을 이용하여 각 제연구역 형식(비상용승강기 승강장 단독제연, 피난용승강기 승강장 단독제연, 비상용승강기 승강장과 피난용승강기 승강장 동시제연 누설틈새 적용·미적용)의 방연풍속, 차압을 확인하고, 직렬형태 구조에 대해 제연성능을 확보하기 위한 방안을 제시하고자 한다.
최근 건축물은 대지 이용의 효율성을 높이기 위해 주상 복합화·고층화되는 추세이며, 이에 따른 화재의 발생빈도 및 잠재적인 위험요소도 증가하고 있다. 특히, 고층 공동주택의 경우 비상용승강기와 별도로 승용승강기 중 1대 이상을 피난용승강기로 설치하게 되어 특별피난계단 부속실, 비상용승강기 승강장 겸용의 경우 피난용승강기 승강장과 직렬형태의 구조가 되어 새로운 형태의 제연구역 이 발생한다. 따라서 비상용승강기 승강장과 피난용승강기 승강장의 직렬형태 구조에 대한 제연구역 선정의 제시가 필요하며, 새로운 형태에서 제연성능을 달성하는 것에 대한 문제가 대두되고 있다. 따라서 본 논문에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 CONTAM을 이용하여 각 제연구역 형식(비상용승강기 승강장 단독제연, 피난용승강기 승강장 단독제연, 비상용승강기 승강장과 피난용승강기 승강장 동시제연 누설틈새 적용·미적용)의 방연풍속, 차압을 확인하고, 직렬형태 구조에 대해 제연성능을 확보하기 위한 방안을 제시하고자 한다.
A recent trend shows that more buildings are being constructed as mixed-use (residential and commercial) properties for efficient land use. This has led to an increased frequency in the occurrence of fires and the associated potential risks. In particular, in case of high-rise apartments, at least o...
A recent trend shows that more buildings are being constructed as mixed-use (residential and commercial) properties for efficient land use. This has led to an increased frequency in the occurrence of fires and the associated potential risks. In particular, in case of high-rise apartments, at least one of the elevators in each building is installed for evacuation purposes separately from the emergency elevator; therefore, for a combined ancillary room and emergency elevator platform situation, the structure is inevitably in series with the evacuation elevator platform. Thus, a proposal for a new type of ventilation zone based on existing national fire safety codes is required to achieve smoke control performance. To this end, the air egress velocity and differential pressure of each ventilation zone are checked using the "CONTAM" software; further, an alternative is proposed to secure smoke control performance for series structures.
A recent trend shows that more buildings are being constructed as mixed-use (residential and commercial) properties for efficient land use. This has led to an increased frequency in the occurrence of fires and the associated potential risks. In particular, in case of high-rise apartments, at least one of the elevators in each building is installed for evacuation purposes separately from the emergency elevator; therefore, for a combined ancillary room and emergency elevator platform situation, the structure is inevitably in series with the evacuation elevator platform. Thus, a proposal for a new type of ventilation zone based on existing national fire safety codes is required to achieve smoke control performance. To this end, the air egress velocity and differential pressure of each ventilation zone are checked using the "CONTAM" software; further, an alternative is proposed to secure smoke control performance for series structures.
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문제 정의
시뮬레이션 결과는 특별피난계단 부속실 및 비상용승강기 승강장과 피난용승강기 승강장의 제연설비가 각각 동작하는 경우와 두 개의 제연구역 설비가 동시에 작동될 때 특별피난계단 부속실과, 비상용승강기 승강장과 피난용승강기 승강장 사이의 출입문의 누설틈새 적용여부(적용, 미적용)에 따라 각각의 차압, 방연풍속, 과압 등을 확인하였다. 두 개의 제연구역에서 누설틈새 적용유무는 제연설비가 동시가압의 형태로 두 승강장 사이의 출입문이 개방됨에 따라 누설틈새의 적용유무가 제연구역의 과압발생에 영양을 미치는 것을 확인하기 위한 것이다. 따라서 승강장 사이 출입문의 누설틈새를 미적용한 경우의 차압 및 비 개방층 차압(세대출입문 개방), 방연풍속 및 승강장 사이 출입문을 적용한 경우의 비개방층 차압(세대출입문 + 피난용승강기 출입문 개방)을 분석한 결과이며, 출입문 개방층은 공동주택이 시작되는 10층, 피난안전구역의 직하층, 그리고 Fan Room으로부터 가장 먼 32층을 개방하여 분석하였다.
따라서 본 연구는 이러한 문제점을 해결하기 위해 제연 시뮬레이션(CONTAM)을 이용하여 비상용·피난용 승강기 승강장 단독제연, 비상용·피난용 승강기 승강장 동시제연 등을 구현하여 방연풍속, 차압의 적정성을 확인하고, 직렬 형태 구조의 제연성능을 확보하기 위한 방안을 제시하고자 한다.
본 연구는 고층건축물 공동주택에서 제연구역 선정이 직렬형태의 구조를 가질 때 제연성능을 확인하기 위한 목적에서, 각 각의 제연설비만 작동하였을 경우와 동시에 작동 하였을 경우에 제연성능이 확보되는지 확인하기 위한 연구이다. 연구를 위해 사용한 시뮬레이션 프로그램은 CONTAM 을 활용하였으며, 다음과 같은 결과를 확인하였다.
공동주택에 적용되는 제연설비는 일반적으로 급기가압제연설비를 적용하고 있다. 이는 제연구역을 급기 가압하여 압력을 비제연구역보다 높게 형성함으로써 연기의 유입을 차단하는 것이 목적이다. 이러한 목적을 달성하기 위해서는 ｢NFSC 501A｣에 제시되어 있는 차압, 방연풍속, 과압 방지의 성능이 확보되어야 한다(1).
제안 방법
두 개의 제연구역에서 누설틈새 적용유무는 제연설비가 동시가압의 형태로 두 승강장 사이의 출입문이 개방됨에 따라 누설틈새의 적용유무가 제연구역의 과압발생에 영양을 미치는 것을 확인하기 위한 것이다. 따라서 승강장 사이 출입문의 누설틈새를 미적용한 경우의 차압 및 비 개방층 차압(세대출입문 개방), 방연풍속 및 승강장 사이 출입문을 적용한 경우의 비개방층 차압(세대출입문 + 피난용승강기 출입문 개방)을 분석한 결과이며, 출입문 개방층은 공동주택이 시작되는 10층, 피난안전구역의 직하층, 그리고 Fan Room으로부터 가장 먼 32층을 개방하여 분석하였다.
시나리오는 비상용승강기 승강장, 피난용승강기 승강장 단독제연 하는 경우와 동시제연 시 출입문 누설틈새 적용 여부에 따라 다음 4가지 형태로 구성하였다.
시뮬레이션 결과는 특별피난계단 부속실 및 비상용승강기 승강장과 피난용승강기 승강장의 제연설비가 각각 동작하는 경우와 두 개의 제연구역 설비가 동시에 작동될 때 특별피난계단 부속실과, 비상용승강기 승강장과 피난용승강기 승강장 사이의 출입문의 누설틈새 적용여부(적용, 미적용)에 따라 각각의 차압, 방연풍속, 과압 등을 확인하였다. 두 개의 제연구역에서 누설틈새 적용유무는 제연설비가 동시가압의 형태로 두 승강장 사이의 출입문이 개방됨에 따라 누설틈새의 적용유무가 제연구역의 과압발생에 영양을 미치는 것을 확인하기 위한 것이다.
대상 데이터
본 연구의 시뮬레이션 대상은 지하 2층∼지상 32층으로 용도는 주상복합 건축물이며, 공동주택은 10층부터 구성되어 있고 각 층당 3세대 조합이다.
이론/모형
1) 계단실 및 세대출입문, 승강기 출입문의 누설틈새는 특별피난계단의 계단실 및 부속실 제연설비 화재안전기준 (이하 ‘기준’)을 준용한다.
본 연구는 고층건축물 공동주택에서 제연구역 선정이 직렬형태의 구조를 가질 때 제연성능을 확인하기 위한 목적에서, 각 각의 제연설비만 작동하였을 경우와 동시에 작동 하였을 경우에 제연성능이 확보되는지 확인하기 위한 연구이다. 연구를 위해 사용한 시뮬레이션 프로그램은 CONTAM 을 활용하였으며, 다음과 같은 결과를 확인하였다.
성능/효과
4) 지하층과 지상1층 공용 홀 출입문은 자동유리방화문으로서 화재 시에 방화문과 같이 개방한다.
6) 특별피난계단 부속실 및 비상용승강기 승강장은 피난안전구역을 기준으로 저층부(지하 2층∼20층), 고층부(21∼32층) 덕트를 분리하였으며, 피난용승강기 승강장은 지하 2층∼32층 하나의 덕트로 제연설비를 구성한다.
7) 제연설비의 동작은 각각의 제연구역 및 비상용승강기 승강장과 피난용승강기 승강장이 동시에 작동하는 것으로 한다.
CONTAM을 이용하여 확인하였듯이 각 각의 설비가 단독 작동하는 경우에는 차압, 방연풍속, 출입문 개방력은 만족하는 것으로 확인되었고, 제연설비가 동시에 작동하는 경우에는 비상용승강기 승강장과 피난용승강기 승강장 사이 출입문 누설틈새의 적용여부에 따라 과대풍량으로 인한 제연구역과 비제연구역과의 압력이 과압이 되는 것으로 확인되었다. 이 결과를 토대로 고층건축물 공동주택의 경우 특별피난계단의 부속실, 비상용승강기 승강장 겸용과 피난용승강기 승강장이 직렬형태의 구조를 가지는 경우 기준에서 제연구역 선정 시 급기량을 산정하는 기준의 명시가 필요(예를 들어, 동시제연 시 승강장 사이의 출입문 틈새 미 적용)하고, 성능(자동차압과압 조절형 급기댐퍼의 성능 등) 을 확인하는 방법에 대한 제시가 필요하다고 사료된다.
네 번째, 특별피난계단의 부속실과 비상용승강기 승강장 겸용과 피난용승강기 승강장에 제연설비가 동시에 작동하고 비상용승강기 승강장과 피난용승강기 승강장 사이 출입문 틈새를 적용한 결과 차압은 71.0 Pa∼83.6 Pa로 기준을 만족하였으나 제연구역의 출입문을 열기 위한 110 N 이하를 만족하지 못하는 결과를 확인하였다.
두 번째, 피난용승강기 승강장만 제연설비가 작동하는 경우 차압은 40 Pa∼45.4 Pa로, 기준의 스프링클러가 동작하지 않았을 경우의 차압인 40 Pa 이상의 기준을 만족하였다.
또한 비개방층의 차압은 28.7 Pa∼33.5 Pa로 40 Pa의 70% 이상의 기준(28 Pa 이상)을 만족하였고, 세대 출입문 개방층의 방연풍속은 0.7 m/s로 기준을 만족하였다.
6 Pa로 기준을 만족하였으나 제연구역의 출입문을 열기 위한 110 N 이하를 만족하지 못하는 결과를 확인하였다. 또한 비개방층의 차압은 77.0 Pa~80.3 Pa로 40 Pa의 70% 기준(28 Pa 이상) 을 만족하는 것으로 나타났으며, 개방층의 방연풍속은 화재 안전기준의 0.7 Pa 이상인 0.95 Pa 이상을 만족하였다. 그러나 출입문의 개방력은 110 N 이하를 만족하지 못하였다.
이는 기준에서 정의하고 있는 차압기준인 40 Pa 이상을 만족하는 결과이다. 또한, 피난 등의 이유로 인해 10층, 20층 30층에서 출입문이 개방되었다고 가정한결과 10층에서는 0.86 m/s, 20층에서는 1.0 m/s, 30층에서는 0.8 m/s의 방연풍속이 측정되었으며, 이것은 기준에서 정의하고 있는 방연풍속 기준인 0.7 m/s를 상회하는 만족 하는 결과이다. 이때 비개방층의 차압은 28.
세 번째, 특별피난계단의 부속실과 비상용승강기 승강장 겸용과 피난용승강기 승강장에 제연설비가 동시에 작동하고 비상용승강기 승강장과 피난용승강기 승강장 사이 출입문 틈새를 미적용한 경우, 차압은 46.5 Pa∼50.8 Pa로 기준인 40 Pa 이상을 만족하는 것으로 나타났다.
이러한 결과는 기준의 비가압공간과 가압공간의 최소차압 기준인 40 Pa을 모두 확보하는 것으로 나타났으며, 화재실의 출입문이 개방되었을 경우의 방연풍속은 0.7 m/s 이상을 모두 만족하는 것으로 나타났다. 그러나 피난을 위하여 출입문을 개방하는 개방력의 경우 110 N (약 60 Pa) 을 초과하여 과압으로 인하여 출입문 개방에 어려울 것으로 나타났다.
첫 번째, 특별피난계단 부속실과 비상용승강기 승강장 겸용 제연설비만 작동하는 경우 차압은 45.5 Pa∼49.8 Pa 까지로 나타났으며, 이는 기준의 스프링클러설비가 동작하지 않았을 경우의 차압인 40 Pa이상의 기준을 만족하는 결과이다.
5 Pa로 나타났다. 피난용 승강기 승강장만 제연설비가 작동한 결과 기준에서 기준하는 최소차압과 비개방층의 차압, 방연풍속을 모두 만족하는 것으로 나타났다.
후속연구
CONTAM을 이용하여 확인하였듯이 각 각의 설비가 단독 작동하는 경우에는 차압, 방연풍속, 출입문 개방력은 만족하는 것으로 확인되었고, 제연설비가 동시에 작동하는 경우에는 비상용승강기 승강장과 피난용승강기 승강장 사이 출입문 누설틈새의 적용여부에 따라 과대풍량으로 인한 제연구역과 비제연구역과의 압력이 과압이 되는 것으로 확인되었다. 이 결과를 토대로 고층건축물 공동주택의 경우 특별피난계단의 부속실, 비상용승강기 승강장 겸용과 피난용승강기 승강장이 직렬형태의 구조를 가지는 경우 기준에서 제연구역 선정 시 급기량을 산정하는 기준의 명시가 필요(예를 들어, 동시제연 시 승강장 사이의 출입문 틈새 미 적용)하고, 성능(자동차압과압 조절형 급기댐퍼의 성능 등) 을 확인하는 방법에 대한 제시가 필요하다고 사료된다.
참고문헌 (4)
National Fire Safety Code, "NFSC 501A", Korea (2019).
Korean Society of the Fire, "Performance-oriented Smoke Control Design Techniques and Cases", Fire Protection Engineering Handbook, New Enlarged Edition, p. 635 (2015).
S. W. Nam, "Design & Constructioin of Fire Protection System", pp. 4-98-4-106 (2015).
Fire Department, "Fire Safety Standards for Staircases and Attached Rooms of Special Evacuation stairs", p. 52 (2016).
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