공동주택은 과학의 발전과 도시의 랜드마크적 상징성으로 점점 고층화 고밀화되어 가고, 입주민의 삶의 질 향상을 위해 각종 편의시설과 안전시설도 함께 발전되어 가고 있다. 그러나 통계자료에 의하면 공동주택은 사고 발생 대비 사상자가 높은 비중을 차지하고 있으며, 사상자의 주요 피해 원인은 심야 시간에 수면 상태에서 화재를 늦게 인지하여 연기에 의하여 많은 인명피해가 발생하고 있다. 공동주택에서 재실자의 연기피해를 최소화하기 위하여 실내에 별도의 배연 시설을 설치하는 것이 가장 최선의 방법이지만, 입주자의 경제적 부담을 줄이면서 현재 설치된 시설물을 활용하여 연기피해를 최소화하는 것이 공학적 입장에서 유용한 조치라고 판단된다. 검토 결과 전열교환환기방식과 주방공용배기방식을 선정하여 화재 시뮬레이션을 통하여 실증 여부를 검증하였다. 검증결과 피난허용시간(ASET)이 25층은 27 s, 35층은 30 s, 50층은 35 s가 향상되었다.
공동주택은 과학의 발전과 도시의 랜드마크적 상징성으로 점점 고층화 고밀화되어 가고, 입주민의 삶의 질 향상을 위해 각종 편의시설과 안전시설도 함께 발전되어 가고 있다. 그러나 통계자료에 의하면 공동주택은 사고 발생 대비 사상자가 높은 비중을 차지하고 있으며, 사상자의 주요 피해 원인은 심야 시간에 수면 상태에서 화재를 늦게 인지하여 연기에 의하여 많은 인명피해가 발생하고 있다. 공동주택에서 재실자의 연기피해를 최소화하기 위하여 실내에 별도의 배연 시설을 설치하는 것이 가장 최선의 방법이지만, 입주자의 경제적 부담을 줄이면서 현재 설치된 시설물을 활용하여 연기피해를 최소화하는 것이 공학적 입장에서 유용한 조치라고 판단된다. 검토 결과 전열교환환기방식과 주방공용배기방식을 선정하여 화재 시뮬레이션을 통하여 실증 여부를 검증하였다. 검증결과 피난허용시간(ASET)이 25층은 27 s, 35층은 30 s, 50층은 35 s가 향상되었다.
Apartment buildings are becoming taller and more densely populated with the advancements in science and the development of cities, Consequently, various amenities and safety facilities are being developed to improve the quality of life for residents. However, according to statistics, the number of c...
Apartment buildings are becoming taller and more densely populated with the advancements in science and the development of cities, Consequently, various amenities and safety facilities are being developed to improve the quality of life for residents. However, according to statistics, the number of casualties in apartments accounts for a high proportion of accidents, and the leading cause of the casualties is smoke emitted from fires while sleeping at night. Although it is best to install separate indoor facilities in apartments to minimize smoke damages to occupants, it is useful to minimize the smoke damages by utilizing the installed facilities while reducing the financial burden of occupants. Based on the review, the heat exchanger ventilation system and the kitchen collective exhaust system were selected, and the feasibility of these systems was verified through fire simulation. From the verification results, the available safe egress time improved by 27, 30, and 35 s on the 25th, 35th, 50th floors, respectively.
Apartment buildings are becoming taller and more densely populated with the advancements in science and the development of cities, Consequently, various amenities and safety facilities are being developed to improve the quality of life for residents. However, according to statistics, the number of casualties in apartments accounts for a high proportion of accidents, and the leading cause of the casualties is smoke emitted from fires while sleeping at night. Although it is best to install separate indoor facilities in apartments to minimize smoke damages to occupants, it is useful to minimize the smoke damages by utilizing the installed facilities while reducing the financial burden of occupants. Based on the review, the heat exchanger ventilation system and the kitchen collective exhaust system were selected, and the feasibility of these systems was verified through fire simulation. From the verification results, the available safe egress time improved by 27, 30, and 35 s on the 25th, 35th, 50th floors, respectively.
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문제 정의
공동주택의 화재 위험성을 정량적으로 평가하기 위하여 화재 통계자료를 분석하였다.
공동주택의 연기에 의한 화재피해를 방지하기 위하여 세대 내에 배연 시설을 새롭게 설치하는 것이 가장 좋겠지만, 기존에 설치된 환기 또는 배기시설을 활용하여 배연 성능을 일정 부분 확보할 수 있다면 기기의 효율성이나 경제성 면에서 훨씬 의미있는 일이라고 판단된다. 따라서 현재 공동주택 내에 설치된 환기 및 배기시설을 활용한 연기배출을 통해 재실자의 피난허용시간(ASET)을 확대하고자 한다.
본 연구에서는 공동주택의 제연성능 강화를 위하여 기존에 설치된 환기 및 배기 시스템을 활용하여 연구를 진행 하였다. 앞으로 공동주택 층수에 적합한 환기 및 배기 시스템 등을 후속적으로 연구하여 현장에 적용한다면 공동주택에서 화재 발생시 연기피해에 의한 사상자를 줄이는데 많은 도움이 될 것으로 생각된다.
국내 화재발생 현황을 보면 공동주택에서 화재발생은 전체 화재대비 26%정도이지만 사망자 발생율은 전체 사망자 대비 46% 수준으로(1), 실질적인 인명안전설계가 아직도 미흡한 실정이라고 할 수 있다. 이에 본 논문에서는 공동주택의 화재위험성을 통계적으로 분석한 후 인명피해를 줄이는 방안을 모색하여 시뮬레이션을 통하여 적용 가능 여부를 검토하고자 한다.
제안 방법
또한 공동주택 등과 같이 실내 난방이 이루어지고 있는 공간에서 실내 환기를 할 때 실내의 배기되는 폐열을 외부의 급기되는 신선 공기에 예열로 활용함으로써 에너지를 절감하면서 환기를 할 수 있다는 장점이 있다(3). 공동주택에 적용되고 있는 기계환기 방식은 기계1종 환기의 열회수방식과 기계2종 환기의 바닥 열방식을 사용하고 있는데, 바닥열방식은 배기를 자연배기로 하는 2종 환기방식으로 화재시 연기배출에 제약적인 요건들이 많이 있기 때문에 검토대상에서 제외하고, 급기 및 배기를 기계적으로 하는 1종 환기방식의 전열교환환기방식을 중심으로 연기배출을 검토하고자 한다.
공동주택에서 화재 발생시 인명피해를 줄이기 위하여 연기배출로 활용 가능한 전열교환환기방식과 주방공용배기방식에 대하여 시뮬레이션을 통하여 검증하였다. 검증 결과 공동주택내에 제연겸용 환기 및 배기 시스템을 적용하였을 때 예상되는 개선 효과는 다음과 같이 나타났다.
공용배기방식은 세대마다 송풍기는 없고 정풍량댐퍼 및 역류방지 전동댐퍼가 설치된 레인지후드로 옥상에 설치된 한 대의 정정압 환기장치로 여러 세대를 제어하는 배기 방식으로 화재 시 연기를 정정압 환기장치를 이용하여 배출 하면서 관리시스템으로 중앙콘트롤이 가능한 방식으로 연기 배출시설로 검토하고자 하였다.
화재발생 위치는 공동주택은 화재가 주방에서 가장 많이 발생되고 있기 때문에 주방화재를 대상으로 하였다. 급기량은 출입문이 닫혀있을 때는 누설량으로 출입문이 열려있을 때는 보충량을 기준으로 하며, 배기량은 제연겸용 전열교환 환기방식과 제연겸용 주방공용배기방식을 같이 작동하였을 때 배기량에 안전율을 감안하여 수행하였다. 시뮬레이션에 필요한 급기량과 배기량의 선정 현황은 Table 7과 같다.
시나리오는 공동주택에서 화재 발생 시 ｢세대내 유입 공기 배출시설이 없을 때 피난 안전성｣과 ｢제연겸용 전열교환환기방식과 주방공용배기방식을 배출시설로 활용하였을 때 피난 안전성｣에 대하여 설정하였으며, 시나리오 설정 현황은 Table 6과 같다.
대상 데이터
의 두세대 조합 계단형 아파트를 대상으로 한다. 시뮬레이션에 적용되는 공동주택의 층수는 고층, 준초고층, 초고층으로 구분되는 25층, 35 층, 50층을 기준으로 설정(7)하였다. 시뮬레이션 대상 평면도와 화재 발생에 따른 점검 포인트는 Figure 3과 같다.
시뮬레이션에 적용되는 공동주택의 평형은 가장 보편적인 84 m2를 대상으로 설정하며, 적용 모델은 한국토지주택 공사의 ○○지구로서 분양면적 84 m2의 두세대 조합 계단형 아파트를 대상으로 한다. 시뮬레이션에 적용되는 공동주택의 층수는 고층, 준초고층, 초고층으로 구분되는 25층, 35 층, 50층을 기준으로 설정(7)하였다.
화재발생 위치는 공동주택은 화재가 주방에서 가장 많이 발생되고 있기 때문에 주방화재를 대상으로 하였다. 급기량은 출입문이 닫혀있을 때는 누설량으로 출입문이 열려있을 때는 보충량을 기준으로 하며, 배기량은 제연겸용 전열교환 환기방식과 제연겸용 주방공용배기방식을 같이 작동하였을 때 배기량에 안전율을 감안하여 수행하였다.
이론/모형
검증을 위하여 화재 시뮬레이션으로 파이로심(Pyrosim)과 피난 시뮬레이션으로 패스파인더(Pathfinder)를 사용하여 수행하였다. 파이로심(Pyrosim)은 미국 National Institute of Standards and Technology (NIST) 산하 건축화재연구소 Building and Fire Research (BFRL)에서 개발한 화재프로그램으로, 입력사항을 수작업으로 준비하는데 필요한 시간의 일부만을 이용하여 신뢰성 있는 모사를 만들어 내는 기능을 제공해 준다.
성능/효과
분석 결과, 화재 발생 주요 요인으로 부주의에 의한 화재 발생이 가장 높게 나타났으며, 부주의한 주된 요인은 담배꽁초가 가장 높고, 다음으로 주방에서 음식물 조리 중 화재가 높게 나타났다.
시뮬레이션 결과 피난완료시간(RSET)은 배연 시설이 없을 때와 배연 시설을 설치할 때 37 s로 동일하게 나타났지만, 피난허용시간(ASET)은 배연 시설이 없을 때 4분이었으나 배연 시설로서 전열교환환기방식과 주방공용배기방식을 사용하였을 때 25층은 27 s, 35층은 30 s, 50층은 35 s 정도가 연장되었다.
화재 현황을 통계적으로 분석한 결과 화재 시 인명피해의 주요 요인은 야간에 화재가 발생 되었을 때 재실자가 수면 상태에서 화재를 늦게 인지하여 발생되는 연기에 의하여 피난로를 확보하지 못하여 연기 및 열에 의하여 사상자가 많이 발생되는 것으로 분석되었다.
후속연구
둘째, 화재 초기 골든 타임(Golden time)을 확보할 수 있다. 공동주택 내에 배출시설을 활용하여 30 s 정도의 피난 허용시간(ASET)을 연장할 수 있다면 결코 짧은 시간이라고 간과할 수 없는 소중한 시간으로 화재시 재실자의 인명피해를 줄이는 골든타임을 확보하는데 많은 도움이 될 것으로 생각된다. 공동주택 세대 내에서의 피난시간이 30 s 이내임을 감안하면 이러한 피난허용시간의 추가적인 확보는 피난 안전에 기여하는 바가 크다고 볼 수 있다.
본 연구에서는 공동주택의 제연성능 강화를 위하여 기존에 설치된 환기 및 배기 시스템을 활용하여 연구를 진행 하였다. 앞으로 공동주택 층수에 적합한 환기 및 배기 시스템 등을 후속적으로 연구하여 현장에 적용한다면 공동주택에서 화재 발생시 연기피해에 의한 사상자를 줄이는데 많은 도움이 될 것으로 생각된다.
참고문헌 (7)
National Fire Agency, "2018 year Fire Statistical Yearbook", pp. 20, 34-38 (2018).
National Fire Data System, "Fire Ststistics", https://www.nfds.go.kr/index.do.
Ministry of Land, Infrastructure and Transport, "Ventilation system Korea Design Standard", p. 6 (2016).
Passive House Institute Korea, Technical Data, "8-07 Install Ventilation System in Apartment House", www.phiko.kr.
Korea Land & Housing Corporation, "Enlargement of Kitchen Common Exhaust System", References, pp. 3-4 (2015).
Korea Land & Housing Corporation, "Technical Specifications (Facilities)", p. 52020-7.
Ministry of Land, Infrastructure and Transport, "Building Method", 2 Article (Definition) 1 Clause 19. "Building Method Enforcement Decree", 2 Article (Definition) 15 and 2 of 15.
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