Study on Heat and Smoke Behavior Due to the Natural Wind and the Forced Smoke Ventilation for the Fire in an Underground Subway Station

In this study effects of the natural wind and the forced smoke ejection by operating the exhaust fan are studied numerically to examine the flow characteristics of the smoke and heat generated from a fire on the platform of an underground subway station. Three different situations, including 1) the case with no natural wind and no exhaust fan operation, 2) the case with natural wind but no exhaust fan operation and 3) the case with no natural wind but exhaust fan operation, are considered for the numerical analyses. The numerical results show that the natural wind causes a rapid spread of the fire along the tunnel resulting in rapid spread of the smoke and heat over the platform which affects the escape. The operation of the exhaust fan also results in the rapid spread of smoke and heat over the platform, but the time required for reaching the safe escaping height of the smoke layer with the exhaust fan operation is much longer than that without the exhaust fan operation. The numerical results also show that the required capacity of the exhaust fan becomes larger when the effect of the natural wind is included.

지하역사에서 화재발생시 자연풍 및 강제배연의 유무에 따른 열 및 연기거동 특성 연구

본 연구는 지하역사 승강장 가판대에서 화재발생 시 자연풍의 영향과 강제배연 시스템의 작동 여부에 따른 열과 연기의 유동특성을 알아보기 위하여 수치해석을 수행하였다. 해석 조건으로는 1)자연풍이 없고 배연설비도 가동되지 않는 경우, 2) 자연풍은 불고 있으나 배연설비는 가동되지 않는 경우, 3) 자연풍은 없으나 배연설비가 가동되는 3가지 경우이다. 수치해석의 결과자연풍이 역사의 길이 방향으로 불고 있을 경우에는 길이방향으로 화재의 확산이 빠르게 진행되며 열과 연기가 승강장에 급속하게 확산되어 피난에 영향을 미치는 것으로 나타났으며, 배연설비가 가동될 경우 지하역사 승강장으로 열과 연기가 보다 빠르게 전파되었지만 호흡안전 높이까지 열 및 연기가 도달하는 데에는 배연설비를 작동하지 않는 경우에 비하여 훨씬 많은 시간이 소요되었다. 그리고 화재발생위치에서 자연풍이 불어오는 지하공간영역에서는 배연설비의 제연효과가 하류 측의 영역에 비하여 보다 크게 나타나는 것을 알 수 있었다. 배연설비의 작동은 연기와 열을 동시에 외부로 배출시키는 역할을 하여 승객의 시야 확보 및 피난 시간을 확보하여 주는 것으로 나타났다. 해석조건에서 가장 큰 차이를 보이는 조건2)와 조건3)에서 화재구역 내의 온도차는 약 2배 차이를 보였으며, 화재지점에서 200m 지점의 연기농도분포도 약 6배 정도의 차이를 보였다.