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• 연구 주제
• 연구 방법
• 연구 결과

문제 정의

• 화재분석은 여러 차례의 실제 화재실험을 통하여 필요한 정보를 확보하기는 것이 가장 바람직하지만 많은 연구비와 시간이 소요되기 때문에 최근에는 컴퓨터를 이용하여 화재성상을 연구하는 것이 일반적인 추세이다. 따라서 본 연구에서는 반도체 공정에서 가장 중요한 공정라인 청정실의 내부공간에서 가상 화재가 발생하였을 경우 온도분포와 속도분포, 연기의 분포상태를 파악하여 특수 방호공간의 방재안전대책에 필요한 기초자료를 제공하는데 있다.
• 본 연구에서는 반도체 공장의 Clean Room에서 사용하는 가스가 누출되었을 때 발생하는 화재 확산현상을 컴퓨터를 이용하여 수치적로 해석하였다. Clean Roome 고정밀도 제품을 생산하는 공정라인이기 때문에 청정상태를 유지하도록 천장에서 깨끗한 공기를 공급하고 바닥으로 공기를 배출할 수 있는 구조로 되어있다.

가설 설정

• 하지만 화재가 발생하면 전원공급의 차단으로 공조시설이 작동되지 않는 경우가 발생하고 비상전원이 작동하더라도 배기만이 작동되는 경우가 대부분이다. 따라서 본 연구에서는 화재발생 후 150초까지는 정상적으로 공조설비가 작동되고 화재발생 150초가 지난 후에는 상용전원의 공급이 차단되는 조건으로 가정하여 화재 시뮬레이션을 실시하였다. 또한 제조실 내부에서 화재가 발생할 경우에 대한 Fire Simulatione 가스누출 사고로 인하여 화재가 발생하는 것으로 가정하였고, 화재화중은 3MW로서 화재발생 75초까지 선형적으로 성장하여 Fully Development 상태로 가정하였다.
• 따라서 본 연구에서는 화재발생 후 150초까지는 정상적으로 공조설비가 작동되고 화재발생 150초가 지난 후에는 상용전원의 공급이 차단되는 조건으로 가정하여 화재 시뮬레이션을 실시하였다. 또한 제조실 내부에서 화재가 발생할 경우에 대한 Fire Simulatione 가스누출 사고로 인하여 화재가 발생하는 것으로 가정하였고, 화재화중은 3MW로서 화재발생 75초까지 선형적으로 성장하여 Fully Development 상태로 가정하였다. 이러한 가상화재 에 대한 Clean Room 내부의 온도분포, 연기 유동 및 유동속도를 시간에 따라 3차원으로 해석하였다.

제안 방법

• 또한 제조실 내부에서 화재가 발생할 경우에 대한 Fire Simulatione 가스누출 사고로 인하여 화재가 발생하는 것으로 가정하였고, 화재화중은 3MW로서 화재발생 75초까지 선형적으로 성장하여 Fully Development 상태로 가정하였다. 이러한 가상화재 에 대한 Clean Room 내부의 온도분포, 연기 유동 및 유동속도를 시간에 따라 3차원으로 해석하였다. Fig.

대상 데이터

• 본 해석 모델은 Fig.2와 같으며 화재 시뮬레이션을 실시할 공간의 실제크기는 가로, 세로 및 높이가 각각 36(m)×38.5(m)×4.8(m)로 단순화한 기하학적 형상으로 각각의 길이 방향에 대하여 등간격의 격자를 생성하였으며, 총 격자수는 약 14 만개 정도이다.

이론/모형

• 유동매체는 공기이며, 초기의 온도 및 압력은 표준대기압 상태로 고려하였다. 화재현상으로 발생되는 열전달 및 유동장의 해석은 PISO 알고리즘을 이용하여 Transient State를 계산하였으며 난류유동장 해석에는 표준 k—ε을 적용하였다.

성능/효과

• 1) 화재초기의 최고온도는 약 1600K이고 확산범위는 약 6M이고, 수직방향으로는 약 3M까지 확산된 것으로 나타났다.
• 2) 급기와 배기가 작동되는 동안은 부력의 영향이 약하기 때문에 천장부로 상승 하기보다는 좌우로 확산되는 영향이 크다는 것을 알 수 있다. 화재하중이 3MW로 성장되는 75초에서는 화염부분에서 온도가 1700K까지 상승하는 것으로 나타났다.
• 3) 일반화재에서와는 다르게 최고 온도점이 화재발생부분에서 나타나지 않는 이유는 가스의 연소에 필요한 산소량이 상대적으로 부족하기 때문임을 알 수 있다.
• 4) 연기의 질량분율 분포는 온도분포와 비슷한 경향을 보이고 있으나 연기의 확산 범위가 다소 좁은 것으로 나타났으며 급기와 배기장치가 정지된 후에는 연기가 상대적으로 빠르게 확산되었다
• 5) 급기 및 배기가 작동하는 동안에는 화재가 속도분포에 별 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다. 그러나 급·배기가 정지한 후에는 급속하게 화재가 성장되는 현상을 보였다
• 6) 따라서 피난은 화재발생 150초 후부터는 화재확산이 빠르게 진행되는 현상을 보이기 때문에 약 3분 이내에 피난하는 것이 바람직하다.
• 벽과 기타 격막은 단열조건을 적용하였으며 화재강도는 Ultra Fast로 화재가 성장하는 것으로 화재발생 후 75초가 되면 3㎿로 완전히 성장하는 것으로 하였다. 화재 발생 2분 30초까지는 공기가 천장면의 전체에서 균일하게 공급되고 같은 조건으로 바닥에서도 공기가 배기가 되는 것으로 하였다.
• 2) 급기와 배기가 작동되는 동안은 부력의 영향이 약하기 때문에 천장부로 상승 하기보다는 좌우로 확산되는 영향이 크다는 것을 알 수 있다. 화재하중이 3MW로 성장되는 75초에서는 화염부분에서 온도가 1700K까지 상승하는 것으로 나타났다. 화재발생 15분 후의 최고 온도는 2200K이며 실내 전체에 걸쳐 화재가 확산되는 것으로 나타났다.
• 3(a))에는 급기와 배기로 인하여 부력의 영향이 약하기 때문에 천장부로 상승하기보다는 좌우로 확산되는 경향이 크다. 화재하중이 3MW로 성장되는 75초의 경우에 화염부분에서 1700K의 온도까지 상승하는 것으로 나타났다

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