초록 ▼

Ⅵ. 연구의 내용 및 범위
본 연구에서는 화재공학을 기반으로 하여 건축물 연기거동 해석분야의 연구개발능력을 향상시키고 화재발생시 안전한 대피와 신속한 소화활동을 위한 제배연시스템의 최적설계기술 개발 및 운영기준의 확립을 달성하고 있으며, 최종적으로 분리급기형 제연설비와 제배연 최적설계 기술 개발을 대표적 성과로 제시하였다.
(1) 대표성과
■ 분리급기형 제연설비 개발 및 상용화 추진 [신기술(NET)]
■ 건축물 제배연시시템 최적설계 기술 확립
(2) 세부 연구성과
■ 신개념의 분리급기형 제연설비

Ⅵ. 연구의 내용 및 범위
본 연구에서는 화재공학을 기반으로 하여 건축물 연기거동 해석분야의 연구개발능력을 향상시키고 화재발생시 안전한 대피와 신속한 소화활동을 위한 제배연시스템의 최적설계기술 개발 및 운영기준의 확립을 달성하고 있으며, 최종적으로 분리급기형 제연설비와 제배연 최적설계 기술 개발을 대표적 성과로 제시하였다.
(1) 대표성과
■ 분리급기형 제연설비 개발 및 상용화 추진 [신기술(NET)]
■ 건축물 제배연시시템 최적설계 기술 확립
(2) 세부 연구성과
■ 신개념의 분리급기형 제연설비 개발 [신기술(NET)]
본 연구에서는 기존 급기가압 제연시스템의 문제점에 대한 개선방안으로 분리급기의 신개념 제연시스템을 개발하고 상용화를 추진하였다. 「누설량과 보충량의 분리급기 구조」와 『이중날개 급기댐퍼』를 핵심으로 하여 화재시 피난경로를 연기로부터 안전하게 보호할 수 있는 제연시스템으로서 본 연구에서는 시제품과 보급형 모델에 대한 설계, 제작 및 상용화 (산업재산권 확보/신기술 인증/기술실시계약 체결)를 추진하였다.
본 기술은 PCT 특허에 대한 국제조사기관 견해서에서 국제적인 신규성과 진보성 및 산업상 이용 가능성을 확보하여 화재안전기준의 적정 압력차을 유지할 수 있다. 즉, 연기에 대한 제연성능을 효과적으로 확보하기 위해서 다음표와 같은 동작특성을 발휘한다.
본 기술은 전문기업과의 기술실시계약을 체결하고 국내 신기술(NET) 인증을 받은 상태로서 2016년도에 국내 시장 점유율 30%, 2017년도에 국외 시장 점유율 5%을 목표로 상용화를 추진중에 있다. 본 기술을 통해 기존 급기가압 제연시스템의 문제점을 개선하고 고층 건축물에서 화재 발생시 안전한 수직 피난환경을 확보할 수 있을 것으로 기대된다.
■ 성능기반의 건축물 제배연시스템 최적설계 기술 정립
본 연구에서는 건축물 제배연시스템의 최적 설계를 위한 성능기반 설계방안 정립하였으며, 이를 위하여 성능기반 제배연시스템 설계절차, 성능 평가 기준, 제배연 시나리오, 제배연기법 및 설계 평가의 세부내용 제시하였다. 이와 같이 제시한 최적 설계 기술을 적용하여 복합·고층건물 위주의 실규모 건물에 대해서 성능기반 설계방안을 적용한 설계를 수행하였으며, 기존 기준에 따른 설계내용과 비교·검토를 수행하였다.
특히 아래와 같이 각 제배연 기법별 적용대상 및 설계수단의 비교·검토를 통하여 체계적이고 세부적인 방안을 제시하였으며, 건축물의 제배연시스템에 영향을 미치는 다양한 인자에 대한 정량적이고 상세한 자료를 제시하였다. 실규모 건축물에 대한 적용과 평가와 과정을 통해서 제배연시스템 최적 설계기법의 활용성을 확보하여고 노력하였다.
본 연구에서 제안한 제배연시스템 최적설계 기술을 획일적인 화제안전법규에 근거한 제배연시스템 설계에서 공학적인 이론에 근거한 성능적 설계로의 전환에 바탕이 될 것이며, 건축물 제배연시스템의 최적화 및 비용효율적 설계를 통하여 건축물 화재시 연기 안전성의 확보와 설계/시공 비용의 절감이 이루어 질 것으로 기대된다.
■ 연기확산 예측 및 제배연설미 해석·평가 기술 확립
건축물 제배연시스템 분야의 핵심기술을 확보하기 위해서 본 연구에서는 정확성과 신뢰성을 보유하는 연기확산 분석·평가 기술을 개발하였다. 즉, CAE기반 연기유동 수치해석 기술, 연기확산 축소모형 실험 기술 및 PIV 가시화 기술을 포함하는 연기확산·예측의 핵심기술을 확보하였으며, 제배연 송풍기, 급기댐퍼, 덕틑 등 제배연 설비의 동작해석 및 운전성능 평가 기술을 정립하였다.
이러한 연구개발에서 CAE 기반 연기확산 해석기술 개발을 통해 시간·공간적 연기위험도의 정량화가 가능할 것이며 연기확산 가시화 기술과 축소실험 수행으로 90% 수준의 해석기범에 대한 신뢰성을 확보 할 수 있을 것으로 기대된다. 또한 95% 이상 정확성을 갖는 제배연 송풍기 성능예측 기술과 10Pa 이하의 분석력을 보유한 제배연설비 분석 기술을 확보하였다.
본 연구개발을 통해 제배연 분야 연구의 기초자료를 제시하고 독자적 연구개발 능력과 기술경쟁력을 확보 할 수 있다. 본 기술은 성능기반 제배연시스템 최적설계 과정에서 초기설계의 평가 수단으로 활용될 수 있으며, 건축물의 신구조 및 신공법에 대한 연기안전성 평가기술로 사용될 수 있다.
■ 제배연 실험동을 활용한 Test Bed 구축 및 제연성능 평가
본 연구에서는 화성의 화재안전연구센터에 위치하는 5층 규모의 제배연 실험동을 Test Bed 로 활용하여 분리급기형 제연설비와 제작, 시공 및 성능평가를 수행하였다. 즉 분리급기형 제연설비의 보급형 모델을 설치한 후 부속실 피난문 개폐와 송풍기 운전특성 등 운전조건 변화에 따른 제연성능을 측정하였다. 또한 국내 고층 건축물의 급기가압 제연시스템에 대한 현장성능평가 실험을 수행하였으며, 이로부터 건축물 제배연시스템에 대해서 10 Pa 급의 정밀 압력 분해능과 다점 방연풍속 측정이 가능한 현장평가 기술을 확보하였다.
분리급기형 제연설비의 보급형 모델에 대하여 실규모의 성능측정 결과, 다음과 같이 설정 목표 기준을 허용범위 내에서 추종하는 성능이 발휘됨을 확인하였다.
이러한 Test Bed 적용을 통해 신개발 제품이 국가 화재안전기준인 NFSC501A 의 제연성능에 부합하는 검증결과를 도출하였고 이를 통해 연기침투 방지/피난문 개폐 용이를 특징으로 하는 분리급기형 제연시스템의 신뢰성을 확보하였다.
■ 개발 기술의 상용화 및 보급 추진 (신기술 인증, 국내외 산업재산권 확보, 기술 실시계약)
본 연구에서는 핵심 개발기술의 실용화의 보급을 위한 신기술(NET) 인증, 국내외 산업 재산권 확보, 기술실시계약 체결 및 언론홍보 등의 개발기술에 대한 국내특허등록과 PCT 특허출원 및 국외특허출원(미국, 중국)을 수행하였으며, 2012년 제3회 신기술(NET)을 인증 받았고 소방신기술 설명회에 참석하였다. 또한 분리급기형 제연시스템 기술에 대해 전문기업과의 기술실시계약을 체결하였고, 방송과 전문지를 통하여 개발기술의 우수성을 홍보하였다.
이러한 과정에서 개발기술이 PCT 특허의 국제조사기관 견해서에서 국제적인 진보성과 산업상 이용 기능성을 인정 받았으며, 세계 최초의 기술로서 성과를 확보할 수있었다. 현재 소방설비분야 전문기업과의 상용화 기술협약으로 보급형 모델을 개발하고 사용화를 추진하고 있다. 본 연구에서는 향후 기술자립과 국내 현장적용을 통해 완성도를 끌어 올린 후 국외시장에 진출을 계획하고 있으며, 첨단 연기제어 시스템 개발과 고층·복합빌딩의 연기안전 분야 설계 및 엔지니어링 기술 발전에 조력하고자 노력하고 있다.

Abstract ▼

Ⅵ. Content and Scope of the Research
This study attempted to improce the ability of research and development in the field of building smoke behavior analysis based on the fire engineering, establish operational standards, and develop the optimal design technologies of smoke management system for

Ⅵ. Content and Scope of the Research
This study attempted to improce the ability of research and development in the field of building smoke behavior analysis based on the fire engineering, establish operational standards, and develop the optimal design technologies of smoke management system for safe evacuation and rapid fire-extinguishing activieis in case of a fire. Finally, it presented development of separative air supply-type smoke control system and optimal design technologies for smoke management system as representative performance.
(1) Representative performance
■ Development of separative air supply-type smoke control system and promotion of its commercialization [New Excellent Techology(NET)]
■ Establishment of the optimal desgin technologies for smoke management system
(2) Detailed research results
■ Development of new-conceptual separative air supply-type smoke control facility [New Excellent Technology(NET)]
In this study, a new conceptual smoke control system of separative air supply was developed, and its commercialization was promoted as a method to solve problems of the existing pressure differential smoke control systems.
The developed system was designed to protect evacuation routes from smoke in case of fire, and it was focused on 'separative air supply structure of leakage and supplementary air flow' and 'double-blade air supply damper'. Through this study, the design, production and commercialization (security of industrial property rights/NET certification/conclusion of technology implementation contracts) on the prototype and entry-level models was promoted.
This novelty, advancement and industrial applicability of this technology was recognized by the international Searching Authority for PCT patent, and the technology was found to help maintain proper air pressure difference specified in the fir safety standards by securing precision smoke control performance of 10 Pa-level through a real-scale experiments in the Test Bed. In other words, to ensure the effective smoke control performance toward the smoke, the operating characteristics are exerted as shown in the following table.
In relation to this technology, a technology implementation contract with specialized businesses was signed, and the domestic New Excellent Technology (NET) certification was issued. In addition, its commercialization is currently being promoted to achieve 30% share of the domestic market in 2016, and 5% share of overseas market in 2017. This technology is expected to solve problems of the existing smoke differential smoke control systems and help to secure safe evacuation environment of high-rise buildings in case of a fire.
■ Establishment of the optimal design technologies for smoke management system based on the performance
In this study, the performance-based design plans for the optimal designs of smoke management system were established. Towards this end, the performace-based smoke management system design procedures, performance evaluation standards, smoke management scenarios, smoke management techniques and details of design assessment were presented. Through application of the presented optimal design technologies, the design that applied the performance-based design plans were executed. targeting real-scale complex and high-rise buildings, and a comparative analysis on the design contents according to the existing standards was carried out.
In particular, systematic and detailed plans were presented through comparison and review of design methods and application subjects by smoke management technique as shown below, and quantitative and detailed materials on the various factors that affect the smoke management system were presented. In addition, efforts to secure applicability of the optimal design techniques of smoke management system were made through the process of application and assessment on the real-scale buildings.
It is expected that the optimal design technologies for smoke management system proposed in this study will be a basis of conversion from the smoke management system based on the uniform fire safety standards into the performance design based on the engineering theory, and the security of smoke safety in case of a fire and design/construction cost sacings will be achieved through the optimization of smoke management system and formulation of cost-efficient designs.
■ Establishment of smoke spread prediction and smoke management system analysis technologies
In this study, smoke spread analysis/prediction technologies, which are accurate and reliable, and analysis and evaluation techniques for smoke management system in buildings. In other words, core technology of smoke spread prediction was obtained, including numerical analysis of smoke flow based on CAE, reduced-scale model experimenting technology, and PIV visualization technique; and performance evaluation technique as well as analysis of smoke control equipment operations such as smoke management fan, control damper for air supply, and duct were established.
It is expected that the quantification of temporal/spatial smoke hazard is possible to be made by technical development of smoke flow analysis technique based on CAE, and about 90% of reliability of the analysis is obtained by performing the reduced-scale model experimenting and visualization technique of smoke diffusion. In addition, performance evaluation technique with over 95% of accuracy for smoke management fan, and analysis technique with below 10 Pa of analytical skills for smoke control equipments were secured.
From this research and development, baseline data for studies in field of smoke control was suggested, and research & development capability and technology competitiveness can be secured. This technology can be used as a means of measuring initial design in the process of optimal design of performance based smoke management system, and can also be used as an assessment technique for smoke safety of new structure and construction method of buildings.
■ Test Bed construction and smoke control performance evaluation utilizing smoke management experimental districts
In this study, smoke control equipment separating the air flow was manufactured and constructed; and the performance evaluation of it was implemented using smoke control experimental district of five stories located in Fire Research Center, Hwaseong as a Test Bed. Diffusion model of smoke control equipment separating the air flow was installed, and smoke control efficiency was measured according to operaiton condition changes such as opening/closing of vestibules door and operating features of ventilator. In addition, field performance test for pressure differential smoke control systems in high-rise buildings in the country was conducted, and as a result of this, field assessment techniques which hold precision pressure resolution with 10 Pa level to the smoke control system of buildings and are able to assess the multi-point air velocity were obtained.
From the result of real-scale performance measuring diffusion model of smoke control equipment separating the air flow, it was confirmed that desired efficiency was realized within the standards of preset goal as follows.
From the result of applying a Test Bed as above, it was verified that newly-developed product corresponds with smoke control efficiency of NFSC501A, National Fire Codes, and therefore, the relability of smoke control system separating the air flow which makes a feature of easy opening and closing of vestibules door was secured.
■ Commercialization of the developed technologies and promotion of dissemination (New Excellent Technology certification, security of industrial property rights at home and abroad, technology implementation contracts)
In this study, commercializing and diffusion plans of development techniques were considered for practical application and diffusion of core development technique as follows: Certifying New Technology (NET), Securing domestic and foreign industrial property rights, Signing as contract for technology implementation, and Promoting through the media To be more concrete, smoke control system separating the air flow and key components were patented in Korean and applied for international patent (America & China) and PCT patent; and were certified the 3^nd New Technolgy in 2012; In addition, a contract for technology implementation was signed with specialized company in the smoke control system separating the air flow, and superiority of development technology was promoted through the media and technical papers.
In this process, the development technology was recognized its industrial availability and international progressiveness by International Searching Authority for PCT patent, and desired result of the wolrd's first technology was obtained. Diffusion model is now being developed in technology agreement with specialized company in the field of fire-extinguishing equipment, and its commercialization is being promoted. This study is aimed at helping the technology to enter into international markets after increasing the degree of completion through being technologically independent in the future and field application in the domestic market. In a related move, an effort to assist technological advancements of designs and engineering techniques in the field of smoke safety needs to be made for the complex and high-rise buildngs and high-tech smoke control system development.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 요약문 ... 3
• Executive Summary ... 13
• 목차 ... 27
• Contents ... 29
• 표목차 ... 31
• List of Table ... 34
• 그림목차 ... 37
• List of Figures ... 44
• 제1장 서론 ... 52
• 제1절 연구의 필요성 ... 53
• 제2절 국내외 기술현황 ... 55
• 1. 국내현황 ... 55
• 2. 국외현황 ... 57
• 3. 관련특허 분석 ... 60
• 제3절 연구목표 및 연구내용 ... 62
• 1. 연구목표 ... 62
• 2. 연구내용 및 범위 ... 64
• 제2장 연구개발 수행내용 및 결과 ... 69
• 제1절 분리급기형 제연설비 개발 ... 71
• 1. 기존 급기가압 제연설비의 문제점 ... 71
• 2. 급기가압 제연설비에 대한 성능평가 ... 76
• 3. 분리급기 개념의 개선안 도출 ... 91
• 4. 이중날개 급기댐퍼 상용화 모델 개발 ... 98
• 제2절 제배연시스템 최적화 설계방안 확립 ... 105
• 1. 개요 ... 105
• 2. 설계기준 분석 ... 107
• 3. 주요 설계단계 ... 192
• 4. 제배연 시나리오 ... 196
• 5. 제배연 설계기법 ... 217
• 6. 실제 건물에 대한 Case Study ... 230
• 제3절 연기확산 분석 및 연기제어 기술 확립 ... 246
• 1. 연기확산 예측기술 ... 246
• 2. 급기가압 제연시스템의 성능평가 현장실험 ... 259
• 3. 제배연 송풍기의 성능예측 기술 개발 ... 276
• 4. 연기제어 댐퍼의 성능평가 및 개선 ... 286
• 5. 연돌효과가 연기제어에 미치는 영향 검토 ... 305
• 6. 피난계단에서의 연돌효과 저감방안 검토 ... 317
• 제4절 Test Bed 구축 및 성능평가 ... 326
• 1. Test Bed 설계 ... 326
• 2. Test Bed 설치 ... 334
• 3. 성능평가 ... 339
• 제5절 개발기술의 상용화 및 보급 추진 ... 343
• 1. 분리급기형 제연설비의 건축물 설계 ... 343
• 2. 국외 관련 기준 및 평가 ... 362
• 3. 보급 추진 ... 371
• 제3장 연구개발 목표 달성도 ... 382
• 제1절 연구개발 목표 및 평가의 착안점 ... 384
• 1. 연차별 연구목표 및 내용 ... 384
• 2. 평가의 착안점 ... 386
• 제2절 연구개발 목표의 달성도 ... 387
• 1. 연차별 대표성과 ... 387
• 2. 대표성과별 주요내용 ... 388
• 3. 정량적 연구성과 계획대비 달성현황 ... 394
• 제4장 연구개발 기대효과 및 활용계획 ... 396
• 제1절 연구의 파급효과 및 기대효과 ... 398
• 제2절 성과확산 계획 및 활용방안 ... 400
• 참고문헌 ... 402
• 서지자료 ... 405
• Bibliographic Data ... 406
• 끝페이지 ... 407