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문제 정의
- 3단 랙크 구조물 화재실험은 총 2가지의 Case 별로 수행되었다. Case 1의 실험은 3단 랙크 구조물에서 각 단에 CEP 가연물더미가 적재된 상태에서 2단 상부에 설치된 3개의 K-115 일제 살수식 인랙 스프링클러헤드의 소화유효성을 확인하기 위한 실험이다. 1단에 적재된 CEP 가연물더미에서 착화된 후 화염은 CEP 가연물더미 사이의 flue를 통해 2단에 적재된 가연물로 빠르게 확산되었으며, 실험 시작 후 약 4 min이 지난 시점에서 1단과 2단 CEP 가연물 더미의 대부분이 연소되어 화재진압에 실패하였다.
- 본 실험은 FMDS 8-1에서 규정하는 표준가연물 4종에 대하여 열방출률을 측정하기 위한 실험이다. CEP는 착화시킨 즉시 급격히 연소하여 93 s경과 시점에서 최대 열방출률인 112.
- 본 실험은 자동식 소화설비인 스프링클러설비가 국내 소방관련 규정에 따라 적절히 설치된 경우에도 스프링클러설비에 의해 랙크식 창고에서 발생된 화재를 소화되기 어렵다는 가정에서 실험한 것으로서 랙크 구조물 내에서 헤드의 종류 및 배치에 따라 개선된 소화 적절성을 분석한 실험이다. 이에 FMDS 8-1 (Commodity classification)에 규정된 수용물품 4가지에 대한 열방출률을 측정하고, 국내의 랙크식 창고에 실제로 설치되어 있는 랙크 구조물과 유사한 크기로 1단과 3단 랙크 구조물을 구축하여 소화성능 실험을 실시하였다.
- 본 연구는 국내의 랙크식 창고에 일반적으로 설치되어있는 1단과 3단 랙크식 구조물에서 스프링클러헤드의 종류 및 배치에 따라 착화된 CEP 표준가연물의 소화유효성을 확인한 실험이며, 본 실험을 통해 다음과 같은 결론을 도출하였다.
제안 방법
- 이에 FMDS 8-1 (Commodity classification)에 규정된 수용물품 4가지에 대한 열방출률을 측정하고, 국내의 랙크식 창고에 실제로 설치되어 있는 랙크 구조물과 유사한 크기로 1단과 3단 랙크 구조물을 구축하여 소화성능 실험을 실시하였다. 1단 랙크 구조물에는 1단 랙크의 상부에 인랙 스프링클러헤드를 설치하고 3단 구조물에는 1단과 2단 랙크의 상부에 인랙 스프링클러헤드를 서로 교차하도록 설치한 후, 랙크 구조물의 1단, 2단 및 3단 선반에 표준 가연물인 CEP 가연물더미를 적재한 상태에서 1단 또는 1단과 2단에 설치된 스프링클러헤드의 배치에 따른 소화유효성을 분석하였다.
- 두 번째 실험은 3단 랙크 구조물 화재실험이다. 3단 랙크 구조물 화재실험에서는 가로 4.2 m, 세로 2.6 m, 높이 5.3 m 크기의 3단 랙크 구조물을 구축하고, 1단과 2단의 1행에는 CEP 가연물더미를 적재하고, 2행에는 철재더미를 적재하며, 3단의 1행과 2행에는 1줄의 CEP 단위가연물을 적재한 상태에서 1단 1행의 우측 CEP 가연물더미 사이의 하부에서 발화되는 것을 시나리오로 설정하였다. 본 3단 랙크 구조물 화재실험에서는 2가지의 Case로 구분하여 실험을 실시하였으며, 그 중 Case 1은 2단의 랙크 구조물 상부에만 K-115 일제 살수식 인랙 스프링클러헤드 3개를 삼각형 모양으로 설치한 후 본 스프링클러설비에 의한 소화 성능을 분석한 실험이며, Case 2는 1단과 2단 각각의 랙크 구조물 상부에 K-115 일제 살수식 인랙 스프링클러헤드를 지면과 수직한 부분에 서로 교차되지 않도록 삼각형 모양으로 설치한 후 스프링클러설비에 의한 소화성능을 분석한 실험이다.
- 3단 랙크 구조물 화재실험은 총 2가지의 Case 별로 수행되었다. Case 1의 실험은 3단 랙크 구조물에서 각 단에 CEP 가연물더미가 적재된 상태에서 2단 상부에 설치된 3개의 K-115 일제 살수식 인랙 스프링클러헤드의 소화유효성을 확인하기 위한 실험이다.
- FMDS 8-1에 규정된 표준가연물 4종에 대하여 IEEE 1202 수직화염전파시험장치를 이용하여 열방출률을 측정하였다. Figure 1은 FMDS 8-1에서 규정하고 있는 표준가연물을 나타낸 것이다.
- 다음으로 1단 랙크 구조물의 화재실험은 총 5가지의 Case 별 실험이며, 그 중 Case 1의 실험에서 스프링클러헤드는 착화 후 약 5 min 10 s 후에 작동되었으나, 스프링클러헤드에서 소화수가 방사될 당시 이미 CEP 가연물을 통해 화염이 최고조로 확대된 상태로서 CEP 가연물더미의 화재를 제어하지 못하고 전소되었다. Case 1의 실험을 통해 K-80 표준형 인랙 스프링클러헤드 1개로는 1개의 CEP 가연물더미의 화재를 진압하지 못하는 것으로 나타났다.
- 다음으로 1단 랙크 화재실험에서는 가로, 세로, 높이가 각각 2.6 m, 3.1 m, 2.5 m 크기의 랙크를 구축하고, 랙크의 상단에 K-80 표준형 및 속동형 인랙 스프링클러헤드 그리고 K-115 표준형 및 속동형 인랙 스프링클러헤드를 총 5가지의 케이스별로 설치하고, CEP 가연물 사이의 하부에서 발화시킨 후 스프링클러설비에 의한 소화 유효성을 확인하였다.
- 이에 본 연구에서는 FMDS 8-1 (Commodity classification)에서 규정하고 있는 표준가연물의 연소특성을 분석하고, 소화실험에 사용할 모델가연물을 선택하였다. 다음으로 실규모 랙크의 구조물을 구축하고, 표준가연물 중 가장 열방출률이 높은 CEP모델가연물을 사용하여 가연물을 적재한 후 착화시켜 각 랙크의 단에 설치되어 있는 스프링클러설비에 의한 소화유효성을 고찰하였다.
- 3 m 크기의 3단 랙크 구조물을 구축하고, 1단과 2단의 1행에는 CEP 가연물더미를 적재하고, 2행에는 철재더미를 적재하며, 3단의 1행과 2행에는 1줄의 CEP 단위가연물을 적재한 상태에서 1단 1행의 우측 CEP 가연물더미 사이의 하부에서 발화되는 것을 시나리오로 설정하였다. 본 3단 랙크 구조물 화재실험에서는 2가지의 Case로 구분하여 실험을 실시하였으며, 그 중 Case 1은 2단의 랙크 구조물 상부에만 K-115 일제 살수식 인랙 스프링클러헤드 3개를 삼각형 모양으로 설치한 후 본 스프링클러설비에 의한 소화 성능을 분석한 실험이며, Case 2는 1단과 2단 각각의 랙크 구조물 상부에 K-115 일제 살수식 인랙 스프링클러헤드를 지면과 수직한 부분에 서로 교차되지 않도록 삼각형 모양으로 설치한 후 스프링클러설비에 의한 소화성능을 분석한 실험이다. 본 실험에서 감지기의 감지시간, 스프링클러설비의 소화수 이동시간을 감안하여 발화 1 min 30 s 후에 스프링클러 헤드에서 소화수가 방사되도록 설정하였다.
- 본 실험에 사용된 스프링클러헤드의 방수압은 최소 방수압력인 1 kg/cm2으로 설정하였으며, 헤드와 가연물 사이의 거리는 가연물이 헤드의 근접한 위치까지 적재된 상태를 고려하여 약 15 cm로 설정하였다. Figure 3은 철재더미와 인랙 스프링클러 헤드의 설치상황을 나타낸 것이다.
- 본 3단 랙크 구조물 화재실험에서는 2가지의 Case로 구분하여 실험을 실시하였으며, 그 중 Case 1은 2단의 랙크 구조물 상부에만 K-115 일제 살수식 인랙 스프링클러헤드 3개를 삼각형 모양으로 설치한 후 본 스프링클러설비에 의한 소화 성능을 분석한 실험이며, Case 2는 1단과 2단 각각의 랙크 구조물 상부에 K-115 일제 살수식 인랙 스프링클러헤드를 지면과 수직한 부분에 서로 교차되지 않도록 삼각형 모양으로 설치한 후 스프링클러설비에 의한 소화성능을 분석한 실험이다. 본 실험에서 감지기의 감지시간, 스프링클러설비의 소화수 이동시간을 감안하여 발화 1 min 30 s 후에 스프링클러 헤드에서 소화수가 방사되도록 설정하였다. Table 4는 3단 랙크 구조물 화재실험에서 각 Case 별로 스프링클러헤드의 개수와 헤드의 설치위치 및 종류를 나타낸 것이다.
- 본 실험에서는 5가지 종류의 실험을 수행하였으며, 그 중 Case 1은 1단 랙크 구조물의 중앙에 K-80 표준형 인랙 스프링클러헤드 1개를 설치하고, 1행의 좌측에 CEP 가연물더미와 철재더미를 각각 1개씩 적재하고, 2행에 철재더미를 2개 적재한 상태에서 1행에 적재된 CEP 가연물더미의 좌측 모서리 하부에서 발화시킨 후 스프링클러설비에 의한 소화유효성을 분석한 것이다. Case 2∼4는 1단 랙크 구조물의 1행에 2개의 CEP 가연물더미를 적재하고 2행에 2개의 철재더미를 적재한 상태에서 K-115 조기 반응형 인랙 스프링클러헤드, K-80 조기 반응형 인랙 스프링클러헤드 및 K-115 표준형 인랙 스프링클러헤드를 각각 2개씩 설치한 후 1열의 가연물 사이의 하부에서 발화되는 경우 스프링클러설비에 의한 소화유효성을 분석한 것이다.
- 본 연구에서 수행한 스프링클러설비의 소화유효성 확인 실험은 크게 1단 랙크 구조물 화재실험과 3단 랙크 구조물 화재실험으로 구분된다. 실험에 사용된 CEP 단위가연물은 가로, 세로 및 높이가 각각 30 cm, 40 cm, 30 cm 크기이며, 골판지박스의 내부에 발포플라스틱인 스티로폼을 약 5 cm 두께로 채운 후 스티로폼 내부에 불연재인 원통형 함석관을 채운 형태이다.
- Case 5에서 K-115 표준형 인랙 스프링클러헤드를 중앙에 1개, 양 모서리에 1개씩 설치한 상태로 수행한 실험이다. 실험 시작 약 4 min 4 s 경과 후 중앙의 헤드가 작동하였으며, 우측 헤드와 좌측헤드가 각각 5 min 20 s와 6 min 8 s 경과한 시점에서 작동하였다. K-115 헤드 3개로 2개의 CEP 가연물 2개의 화재를 제어하기에 적합한 것으로 나타났다.
- 우선 FMDS 8-1 (Commodity classification)에 규정된 4가지 표준가연물에 대한 연소특성 실험을 수행하였으며, 4가지 표준가연물은 아래와 같다.
- 실험에 사용된 CEP 단위가연물은 가로, 세로 및 높이가 각각 30 cm, 40 cm, 30 cm 크기이며, 골판지박스의 내부에 발포플라스틱인 스티로폼을 약 5 cm 두께로 채운 후 스티로폼 내부에 불연재인 원통형 함석관을 채운 형태이다. 이 CEP 단위가연물 63개를 가로, 세로, 높이를 각각 120 cm, 120 cm, 210 cm의 7단 높이로 쌓아 랩을 씌운 형태의 가연물을 CEP 가연물더미라 하고 CEP 가연물더미를 랙크에 적재하여 실험을 수행하였다.
- 본 실험은 자동식 소화설비인 스프링클러설비가 국내 소방관련 규정에 따라 적절히 설치된 경우에도 스프링클러설비에 의해 랙크식 창고에서 발생된 화재를 소화되기 어렵다는 가정에서 실험한 것으로서 랙크 구조물 내에서 헤드의 종류 및 배치에 따라 개선된 소화 적절성을 분석한 실험이다. 이에 FMDS 8-1 (Commodity classification)에 규정된 수용물품 4가지에 대한 열방출률을 측정하고, 국내의 랙크식 창고에 실제로 설치되어 있는 랙크 구조물과 유사한 크기로 1단과 3단 랙크 구조물을 구축하여 소화성능 실험을 실시하였다. 1단 랙크 구조물에는 1단 랙크의 상부에 인랙 스프링클러헤드를 설치하고 3단 구조물에는 1단과 2단 랙크의 상부에 인랙 스프링클러헤드를 서로 교차하도록 설치한 후, 랙크 구조물의 1단, 2단 및 3단 선반에 표준 가연물인 CEP 가연물더미를 적재한 상태에서 1단 또는 1단과 2단에 설치된 스프링클러헤드의 배치에 따른 소화유효성을 분석하였다.
대상 데이터
- 두 번째 실험은 3단 랙크 구조물 화재실험이다. 3단 랙크 구조물 화재실험에서는 가로 4.
- 본 연구에서 수행한 스프링클러설비의 소화유효성 확인 실험은 크게 1단 랙크 구조물 화재실험과 3단 랙크 구조물 화재실험으로 구분된다. 실험에 사용된 CEP 단위가연물은 가로, 세로 및 높이가 각각 30 cm, 40 cm, 30 cm 크기이며, 골판지박스의 내부에 발포플라스틱인 스티로폼을 약 5 cm 두께로 채운 후 스티로폼 내부에 불연재인 원통형 함석관을 채운 형태이다. 이 CEP 단위가연물 63개를 가로, 세로, 높이를 각각 120 cm, 120 cm, 210 cm의 7단 높이로 쌓아 랩을 씌운 형태의 가연물을 CEP 가연물더미라 하고 CEP 가연물더미를 랙크에 적재하여 실험을 수행하였다.
- 이에 본 연구에서는 FMDS 8-1 (Commodity classification)에서 규정하고 있는 표준가연물의 연소특성을 분석하고, 소화실험에 사용할 모델가연물을 선택하였다. 다음으로 실규모 랙크의 구조물을 구축하고, 표준가연물 중 가장 열방출률이 높은 CEP모델가연물을 사용하여 가연물을 적재한 후 착화시켜 각 랙크의 단에 설치되어 있는 스프링클러설비에 의한 소화유효성을 고찰하였다.
성능/효과
- 1) 가연성 물품이 수직으로 적재되는 랙크식 창고에서 자동식소화설비인 스프링클러설비가 국내 소방관련 규정에 적합하게 설치되어 있더라도 화재발생 시 설치된 스프링클러설비에 의해 소화되기 어렵다.
- Case 1의 실험은 3단 랙크 구조물에서 각 단에 CEP 가연물더미가 적재된 상태에서 2단 상부에 설치된 3개의 K-115 일제 살수식 인랙 스프링클러헤드의 소화유효성을 확인하기 위한 실험이다. 1단에 적재된 CEP 가연물더미에서 착화된 후 화염은 CEP 가연물더미 사이의 flue를 통해 2단에 적재된 가연물로 빠르게 확산되었으며, 실험 시작 후 약 4 min이 지난 시점에서 1단과 2단 CEP 가연물 더미의 대부분이 연소되어 화재진압에 실패하였다. 본 실험을 통해 랙크 구조물의 1단에서 발생된 화재는 2단에 설치된 K-115 일제 살수식 인랙 스프링클러헤드에 의해 소화되지 못하는 것을 알 수 있다.
- 3단 랙크 구조물 화재실험의 Case 2는 3단 랙크 구조물에서 각 단에 CEP 가연물더미가 적재된 상태에서 1단과 2단 상부에 각각 K-115 일제 살수식 인랙 스프링클러헤드 3개씩 총 6개를 설치한 후 소화유효성을 확인한 실험이다. 1단에서 시작된 화재는 flue를 통해 2단에 적재된 가연물로 빠르게 확산되었으나, 1단과 2단에 설치된 K-115 헤드에서 방사된 소화수에 의해 실험시작 후 약 6 min 경과된 시점에서 화세가 제어되는 것을 확인할 수 있었다. 본 실험을 통해 랙크식 창고 화재의 경우 랙크 각 단에 스프링클러헤드를 설치해야 유효한 소화성능을 발휘하는 것으로 나타났다.
- 2) 랙크식 창고 내부에서 랙크 구조물에 적재된 CEP 표준가연물 이하의 화재하중을 갖는 가연물의 화재를 진압하기 위해서는 115 LPM 이상의 분당 방수량이 많은 스프링클러헤드를 설치하여야 한다.
- 3) 랙크 구조물에 적재된 CEP 표준가연물 이상의 화재하중을 갖는 가연물 화재를 진압하기 위해서는 스프링클러헤드가 가연물더미의 대각선 모서리 위치 상부에 2개 또는 그 이상 설치되어야 한다.
- 4) 2단 이상의 랙크 구조물에 적재된 가연물에서 발생된 화재를 유효하게 소화하기 위해서는 스프링클러헤드가 일정 높이가 아닌 랙크 구조물의 각 단마다 설치되어야 한다.
- 실험 시작 약 4 min 4 s 경과 후 중앙의 헤드가 작동하였으며, 우측 헤드와 좌측헤드가 각각 5 min 20 s와 6 min 8 s 경과한 시점에서 작동하였다. K-115 헤드 3개로 2개의 CEP 가연물 2개의 화재를 제어하기에 적합한 것으로 나타났다. Figure 12는 Case 5의 실험을 나타낸 것이다.
- Case 2에서 실험 중 1단 랙크 구조물의 중앙에 설치된 스프링클러헤드는 실험시작 약 4 min 8 s 후에 작동하였으며, 모서리에 설치된 헤드는 약 7 min 26 s 후에 작동하였다. 결과적으로 1단 랙크 구조물에 2개의 CEP 가연물더미가 적재된 상태에서 화재가 발생되는 경우 2개의 K-115 조기 반응형 헤드에서 방사되는 소화수에 의해 화재가 제어되는 것으로 나타났다. Figure 9는 Case 2의 실험상황을 나타낸 것이다.
- Case 4에서 CEP 가연물더미가 착화된 후 랙크 중앙에 설치된 스프링클러헤드는 약 4 min 4 s 후에 작동되었으며, 모서리의 헤드는 약 5 min 20 s 후에 작동하였다. 본 실험에서 K-115 표준형 인랙 스프링클러헤드 2개에 의해 2개의 CEP 가연물더미의 화재는 제어되었으며, 급격히 화염이 확산되는 화재의 경우 K-115 조기 반응형 인랙 스프링클러헤드와 표준형 인랙 스프링클러헤드의 작동시간은 크게 차이나지 않는 것으로 나타났다. Figure 11은 Case 4의 실험을 나타낸 것이다.
- 1단에 적재된 CEP 가연물더미에서 착화된 후 화염은 CEP 가연물더미 사이의 flue를 통해 2단에 적재된 가연물로 빠르게 확산되었으며, 실험 시작 후 약 4 min이 지난 시점에서 1단과 2단 CEP 가연물 더미의 대부분이 연소되어 화재진압에 실패하였다. 본 실험을 통해 랙크 구조물의 1단에서 발생된 화재는 2단에 설치된 K-115 일제 살수식 인랙 스프링클러헤드에 의해 소화되지 못하는 것을 알 수 있다. Figure 13은 3단 랙크 구조물 화재실험의 Case 1의 실험을 나타낸 것이다.
- 1단에서 시작된 화재는 flue를 통해 2단에 적재된 가연물로 빠르게 확산되었으나, 1단과 2단에 설치된 K-115 헤드에서 방사된 소화수에 의해 실험시작 후 약 6 min 경과된 시점에서 화세가 제어되는 것을 확인할 수 있었다. 본 실험을 통해 랙크식 창고 화재의 경우 랙크 각 단에 스프링클러헤드를 설치해야 유효한 소화성능을 발휘하는 것으로 나타났다. Figure 14는 3단 랙크 구조물 화재실험의 Case 2의 실험을 나타낸 것이다.
- Table 5는 1단 랙크 화재실험의 결과를 나타낸 것이다. 본 실험의 결과에 의하면 1단 랙크에 적재된 CEP 가연물 더미의 소화가능성은 스프링클러 헤드의 민감도에는 크게 영향을 받지 않으며, 스프링클러 헤드의 방수량에 영향을 받는 것을 알 수 있다.
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