[논문]랙크식 창고 화재의 수직 확산 방지를 위한 수평차단막과 In-Rack 스프링클러 적용에 관한 실험연구

박문우; 홍성호; 최기옥; 최돈묵; 김수진

doi:10.14346/jkosos.2019.34.5.15

Abstract ▼ AI-Helper

A rack-type warehouse has the advantage of storing a large amount in a small area by loading goods vertically. But in terms of fire risk, the fire load is very high, which can cause massive damage in the event of a fire. In the United States, research has been actively conducted to minimize the spre...

A rack-type warehouse has the advantage of storing a large amount in a small area by loading goods vertically. But in terms of fire risk, the fire load is very high, which can cause massive damage in the event of a fire. In the United States, research has been actively conducted to minimize the spread of vertical fires, and relevant standards have been established and operated. In Korea, research and related standards are insufficient to prevent the vertical spread of rack-type warehouse fires. In this study, an experimental study was conducted to prevent the vertical spread of a rack-type warehouse fire using a horizontal barrier and in-rack sprinklers. As a result of the test, the horizontal barrier considering the continuous flame prevented the vertical spread of the flame for a certain time. However, the horizontal barrier with continuous flame did not show the effect of preventing continuous flame. The combination of the horizontal barrier and the in-rack sprinkler prevented the vertical spread of fire effectively. In addition, the heat collecting effect through the horizontal barrier was shown and helped the early operation of the in-rack sprinklers.

주제어

표/그림 (17)

그림 Fig. 1. Factors for the calculation.
표 Table 1. Horizontal flame length formulas
표 Table 2. Non-dimensional heat release rate
표 Table 3. Horizontal flame length calculation results
그림 Fig. 2. Standard commodities.
그림 Fig. 3. Rack structure.
그림 Fig. 4. Schematic of rack structure.
그림 Fig. 5. Arrangement of In-Rack sprinklers.
표 Table 4. Technical data of in-rack sprinkler heads
그림 Fig. 6. Arrangement of In-Rack sprinklers.
그림 Fig. 7. Temperature changes(CASE 1).
그림 Fig. 8. Fire Characteristics in each hour of experiments.
그림 Fig. 9. In-Rack sprinkler operation of each level.
그림 Fig. 10. Temperature changes of level 2(CASE 1).
그림 Fig. 11. Temperature changes of level 2(CASE 2).
그림 Fig. 12. Temperature distribution of each experiment.
그림 Fig. 13. Temperature changes of level 3.

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 랙크식 창고 화재 시 피해를 경감시킬 수 있는 방안으로 수평차단막과 In-Rack 스프링클러의 성능 및 유효성에 대하여 연구하였다. 수평차단막과 In-Rack 스프링클러의 수직 화염확산 차단 효과에 대한 화재실험을 통하여 다음과 같은 결론을 얻었다.

제안 방법

본 연구에서는 랙크식 창고 화재의 수직 확산을 차단할 수 있는 수평차단막과 In-Rack 스프링클러를 적용하여 실규모 화재실험을 수행하였다. 또한, 화재실험 결과를 통하여 수평차단막과 In-Rack 스프링클러 적용 시 랙크식 창고 화재의 수직 확산 저감 효과에 대하여 분석하였다.
수평차단막을 적용하여 화재확산 특성을 분석하기 위한 연구가 수행된 바 있으나 표준랙크의 축소모델을 통하여 수행³⁾되었고 실규모 화재에 적용한 후속 연구는 수행되지 않았다. 본 연구에서는 랙크식 창고 화재의 수직 확산을 차단할 수 있는 수평차단막과 In-Rack 스프링클러를 적용하여 실규모 화재실험을 수행하였다. 또한, 화재실험 결과를 통하여 수평차단막과 In-Rack 스프링클러 적용 시 랙크식 창고 화재의 수직 확산 저감 효과에 대하여 분석하였다.
수평차단막 상부로의 화염확산을 확인하기 위하여 실험 CASE　1과 CASE 2의 랙크 3단에서 측정된 온도(No.12)를 비교하였다. Fig.
수평차단막과 함께 In-Rack 스프링클러를 적용한 경우 화염의 수직확산 영향을 분석하기 위하여 랙크 1단 및 2단 상부에 헤드를 각각 6개씩 배치하였다. 아래Table은 헤드의 사양을 나타낸 것이다.
순도 95% 이상의 n-heptane 1 L가 담겨있는 정방형 강철 플레이트(가로 33 cm × 세로 33 cm × 깊이 5 cm)를 랙크 1단 중앙에 배치하고 점화기를 이용하여 실험을 시작하였다. 수평차단막의 성능확인을 위해 각 온도센서 및 비디오 기록장치를 사용하였고, 랙크 3단의 가연물로 화재 전파여부를 육안으로 관찰하였다.
수평차단막과 In-Rack 스프링클러의 성능을 확인하기 위해 각 온도센서 및 비디오 기록장치를 사용하였다. 실험경과 시간에 따른 In-Rack 스프링클러의 작동현황을 기록하고, 랙크 3단 가연물로 화염의 전파여부를 육안으로 관찰하였다.

대상 데이터

실험에 사용된 표준가연물은 가혹한 실험조건을 적용하기 위해 FM Global⁵⁾의 물품분류 등급 중 가장높은 등급인 4등급에 해당하는 CEP³⁾(판지박스 포장 발포플라스틱)를 적용하였다. Fig.
실험에 적용된 표준가연물은 사각형의 형태로 가로대비 세로의 비율이 2 ~ 3 이하로 원형화원으로 환산한 등가직경을 적용하였다. 화원면에서 천장높이는 표준가연물과 수평차단막 높이에 해당하는 0.
화재를 발생시킨 이후 화재성상을 확인하기 위하여 1단과 2단의 In-Rack 스프링클러 인근에 10개의 온도센서를 설치하였다. 또한, 랙크 1단과 2단의 표준가연물 표면중앙과 랙크 3단 목재파렛트와 가연물 사이에 각각 1개의 온도센서를 설치하였다.

데이터처리

3 m를 반영하였다. 또한, 수평화염길이 계산에 적용되는 열방출률은 표준가연물 샘플을 열방출률 측정장치로 측정된 값을 이용하였고, 이를 통해 등가 열방출률을 산정하였다.
온도센서에서 측정된 값을 통하여 화재의 수직확산특성을 분석하였다.

이론/모형

수평차단막의 크기를 산정하기 위해 일본건축학회에서 제시한 천장에 충돌하는 화염확산이론⁴⁾을 적용하여 화염의 수평길이를 계산하였다.
실험에 사용된 헤드는 In-Rack type으로 K-factor는 NFPA 13⁶⁾의 설계기준을 반영하여 115를 적용하였다. Fig.

성능/효과

1) 연속화염길이를 고려한 수평차단막은 일정시간 동안 수직으로 화염 확산을 차단하는 효과가 있었다. 다만, 연속화염길이를 고려한 수평차단막을 적용한 경우에는 지속적으로 차단효과를 확보하지 못했다.
2) 수평차단막과 In-Rack 스프링클러를 조합하여 적용한 경우에는 화염의 수직 전파를 차단할 수 있었다. In-Rack 스프링클러가 설치되지 않은 실험에서는 화염이 수직방향의 송기공간(Vertical flue space)으로 급속히 이동하였으나, In-Rack 스프링클러와 수평차단막을 조합하여 설치한 실험에서는 수평차단막의 Passive 기능과 In-Rack sprinkler의 Active 기능이 적절히 조합되어 화염의 수직전파를 안정적으로 차단할 수 있었다.
3) 수평차단막을 설치한 경우에는 수평차단막의 집열 효과로 In-Rack 스프링클러를 신속하게 작동하도록 하는 특징을 보였다. 수평차단막이 설치되면 화염의 수직전파를 차단하고, 헤드를 신속히 작동시켜 화재가 성장하기 전에 제어하는데 도움이 되었다.
2) 수평차단막과 In-Rack 스프링클러를 조합하여 적용한 경우에는 화염의 수직 전파를 차단할 수 있었다. In-Rack 스프링클러가 설치되지 않은 실험에서는 화염이 수직방향의 송기공간(Vertical flue space)으로 급속히 이동하였으나, In-Rack 스프링클러와 수평차단막을 조합하여 설치한 실험에서는 수평차단막의 Passive 기능과 In-Rack sprinkler의 Active 기능이 적절히 조합되어 화염의 수직전파를 안정적으로 차단할 수 있었다.
본 연구를 통하여 확인 된 바와 같이 수평차단막과 In-Rack 스프링클러의 설치는 수직으로 화염확산을 차단할 수 있는 효과적인 방안으로 판단된다.
실험결과를 통하여 수평차단막 설치 시 In-Rack 스프링클러의 조기 작동에 도움을 주는 집열효과를 확인하였다.
헤드의 작동과 랙크 2단 상부에 설치된 수평차단막의 효과로 화염은 3단의 가연물로 전파되지 않았고, 안정적으로 화세를 제어하는 형상을 나타냈다. 실험결과를 통해 랙크 2단에 설치된 수평차단막은 화염의 수직 확산을 차단하는 역할과 화염에서 발생된 열을 집열하여 헤드를 신속히 개방시키는 효과가 있었다. Fig.

후속연구

특히 화재시물레이션을 통해 수평차단막의 크기, 형태 등에 대한 선행 연구가 요구된다. 또한, 수평차단막과 In-Rack 스프링클러를 동시에 적용한 경우 화염의 수직전파를 차단하는 효과가 높은 것으로 나타났으므로 경제성과 현장 설치용이성 등을 고려한 다양한 연구가 요구된다.
가 일부 있지만, 화재의 수직 확산을 차단 할 수 있는 규정 및 관련 연구가 충분히 이루어지지 않고 있다. 수평차단막을 적용하여 화재확산 특성을 분석하기 위한 연구가 수행된 바 있으나 표준랙크의 축소모델을 통하여 수행³⁾되었고 실규모 화재에 적용한 후속 연구는 수행되지 않았다. 본 연구에서는 랙크식 창고 화재의 수직 확산을 차단할 수 있는 수평차단막과 In-Rack 스프링클러를 적용하여 실규모 화재실험을 수행하였다.
다만, 연속화염길이를 고려한 수평차단막을 적용한 경우에는 지속적으로 차단효과를 확보하지 못했다. 수평차단막의 차단 효과를 증가시키기 위해서는 화염영역 중 평균화염길이 또는 간헐화염길이에 대한 고려가 필요하며, 추후 이와 관련된 추가적인 실험 연구가 요구된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	랙크식 창고의 장점과 단점은 무엇인가?	랙크식 창고는 수직으로 물품을 적재할 수 있는 구조로 국내의 물류창고 등에 적용되고 있다. 랙크식 창고는 수직으로 물품을 저장하여 작은 면적에서도 많을 양을 보관할 수 있는 장점이 있으나, 화재 위험성측면에서는 화재하중이 매우 높아져 화재발생 시 대규모인명 및 재산피해를 발생시킬 수 있다.
	랙크식 창고는 무엇인가?	랙크식 창고는 수직으로 물품을 적재할 수 있는 구조로 국내의 물류창고 등에 적용되고 있다. 랙크식 창고는 수직으로 물품을 저장하여 작은 면적에서도 많을 양을 보관할 수 있는 장점이 있으나, 화재 위험성측면에서는 화재하중이 매우 높아져 화재발생 시 대규모인명 및 재산피해를 발생시킬 수 있다.
	NFPA에서 랙크식 창고 화재 시 화재의 수직확산을 방지하기 위해 설치하는 것은 무엇인가?	NFPA에서 제시하는 랙크식 창고 화재 시 피해경감 대책의 하나는 화재의 수직확산을 방지하는 것이다. 이를 위해 수평차단막(Horizontal Barrier)과 In-Rack 스프링클러를 설치하도록 하고 있다. 또한, 수직으로 화재 확산을 차단하여 피해를 경감시키도록 이와 관련된 연구와 기준제정이 활발히 진행되었다.

참고문헌 (6)

S. H. Hong et al., "A Study on the Classification of Domestic Fire Detector Using Response Time Index", J. Korean Soc. Saf., Vol. 32, No. 2, pp. 46-51, 2017.
K. O. Choi et al., "An Experimental Study on the Optimum Installation of Fire Detector for Early Stage Fire Detecting in Rack-Type Warehouses", J Korean Soc. Saf., Vol. 32, No. 2, pp. 38-45, 2017.
I. H.Yeo and G.H. Cho, "Application of Horizontal Barrier on a Rack to Reduce Fire Spread", Fire Sci. Eng., Vol. 31, No. 4, pp. 71-79, 2017.

원문보기 상세보기
Architectural Institute of Japan, "Handbook on Design Calculation Methods of Fire Behavior", p. 30, 2018.
FM Global, "Property Loss Prevention Data Sheet 8-1, Commodity Classification", 2014.
NFPA 13, "Standard for the Installation of Sprinkler Systems, 2010.

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