제연설비와 스프링클러설비의 필요성을 확인하고 연기확산 가능성을 조사하기 위해 청정실 화재의 시뮬레이션을 수행하였다. 바닥면적 $39m{\times}13m$, 높이 4 m의 작업구역에 1MW의 메탄올 화재가 발생했을때, 제연설비와 스프링클러설비의 정상작동과 작동실패에 따른 연기누출 여부를 조사하였다. 제연설비가 정상적으로 작동하는 경우에는 스프링클러설비에 관계없이 연기가 안전하게 배출됨을 알 수 있었다. 화재확산과 연기발생을 억제하고 발생한 연기를 신속히 배출하기 위해 스프링클러설비가 필요하며, 스프링클러설비와 제연설비가 신속하게 작동할 수 있도록 신뢰도가 높은 스프링클러설비 헤드와 자동화재탐지설비가 필요함을 확인하였다.
본 연구에서는 냉장·냉동 창고의 화재 위험성을 최소화시키기 위해 적용 가능한 화재대응시설을 조사하고, 설치 시 발생할 수 있는 문제점을 파악하였다. 문제점을 해결하기 위해 국외에서 사용 중인 건식 스프링클러설비와 준비작동식 스프링클러설비의 작동 원리 및 특징을 분석하였다. 또한, 냉장·냉동 창고에서의 감지기 및 헤드의 오작동으로 인한 수손피해를 최소화할 수 있는 더블 인터록 시스템을 적용한 준비작동식 스프링클러설비의 적합성을 확인하였고, 이를 국내 냉장·냉동 창고에 적용하고자 한다.
본 연구에서는 FDS(Fire dynamic simulation)를 이용하여 대형물류창고 화재에 대한 국내 스프링클러 설비 설치기준(NFSC)과 미국 방화협회규정(NFPA)의 스프링클러 설비 설치기준을 각각 시뮬레이션하여 발열량 및 반응물질, 초기 화재진화 정도 등의 데이터를 비교 분석하여 대형물류창고에 대한 스프링클러설비 설치기준 개선방안을 제시하고자 한다.
부압식 스프링클러 설비는 우리나라에서 일반적으로 사용되고 있는 준비작동식이나 건식 또는 습식 스프링클러 설비의 2차측 배관내의 압력을 부압(진공)상태로 유지시켜 오작동(스프링클러 헤드의 파손 또는 배관의 누수) 시에 발생되는 소화수의 누수를 진공압(-0.05~-0.08MPa)으로 흡입하는 구조로 설계되어 수손피해에 대한 위험도를 제거 하여 기존의 스프링클러 시스템의 문제점을 해결 할 수 있는 획기적인 기술로 볼 수 있다. 또한 부압식 스프링클러 설비는 습식, 준비작동식에 해당하는 시설에 모두 적용이 가능하며 매년 국내, 외에서 건설되는 모든 대상물에도 설치가 가능하며 기존 설비된 건물에도 손쉽게 적용이 가능하여 앞으로 IT관련 산업, 반도체 제조공장, 호텔, 학교, 병원, 관공서, 지하철 역사, 정밀가공 제조설비 등 특히 내진설계에 적용되고 있는바 그 적용성이 무궁무진한바 본 부압식 스프링클러 시스템의 연구를 통한 확대에 대한 가능성은 무한할 것으로 예상된다.
이 연구는 습식, 건식, 준비작동식, 부압식, 일제살수식 등 각각의 스프링클러설비의 주요 구성요소인 알람체크밸브, 건식밸브, 준비작동식밸브, 일제개방밸브를 전자개방밸브로 대체하여 제조공정의 다양한 과정을 하나의 과정으로 단순화시켜서 단일 기계에서 규격화 된 하나의 제품을 동시에 생산할 수 있는 환경을 조성하여 제품의 가격경쟁력 향상, 제고유지 비용 절감 및 향후 새로이 개발되는 스프링클러설비에도 적응성이 용이하도록 하기 위한 것이다. 기존 스프링클러설비의 종류인 습식, 건식, 준비작동식, 부압식, 일제살수식 모두 1차측과 2차측 배관을 제어하기 위한 밸브만 교체하고 리타딩체임버, 자동식 공기압축기, 엑셀러레이터 또는 익져스터, 슈퍼바이조리패널, 진공펌프, 수동기동장치 등 그 밖의 구성요소는 그대로 사용하기 때문에 기존 스프링클러설비에 쉽게 적용할 수 있다는 장점이 있다. 향후 연구과제로 전자개방밸브를 적용한 스프링클러설비의 상용화를 위한 법적 및 제도적인 연구가 필요하다.
건물에 고정적으로 설치되어서 초기에 화재를 자동으로 감지하여 화재의 확산을 제어하거나 소화를 하는 기능을 가진 시스템 중에 가장 널리 쓰여지고 있는 것이 스프링클러시스템이다. 스프링클러시스템은 1723년 영국의 Ambrose Godfrey에 의하여 개발되었는데 이때는 단순히 물통과 도화선으로 구성되어 화재시 화염이 도화선에 인화되면 화약이 폭발하여 물통의 물이 방출되어 소화되는 간이설비였다. 그 후 계속 개발되어 1852년에 오늘날과 유사한 스프링클러시스템이 영국에서 개발되었다. 자동스프링클러헤드는 1864년에 영국의 Stuart Harrison에 의해서 발명되었으나 실용화되지 못하였고 1874년 미국의 Henry Parmelee에 의해서 오늘날과 같은 자동스프링클러헤드가 개발되고 1878년 Providence Steam & Gas(현재의 Grinnell)사에서 생산하여 실용화되었으며 1885년 건식 시스템이 개발되어 동결 문제가 근본적으로 해결되면서 오늘날의 현대적인 스프링클러설비에 이르게 되었다.(중략)
스프링클러설비는 능동적 소화시스템 중 가장 효과적이며 신뢰성이 높은 시스템이다. 또한 스프링클러설비를 설치함으로써 방화구획을 완화할 수 있으며 특별피난계단의 부속실 및 비상용승강기의 승강장의 급기가압시스템에서 차압을 12.5Pa(스프링클러설비가 설치되지 않은 경우 25Pa)으로 할 수 있으므로 경제적인면도 고려되어질 수 있다. 이에 관한 보다 상세한 내용을 별도의 논문으로 다룰 것이다.
우리나라는 선진국에 비하여 스프링클러설비 의무 설치대상이 다소 제한적인데도 불구하고 대부분의 건축물 소유주 또는 운영주체들은 법률에서 지정하고 있는 설치대상 건축물에 한해서만 설치하거나, 건축물 설계 시 스프링클러설비의 설치대상 기준에 해당되지 않도록 하는 경향이 있다. 이는 건축물의 화재 안전성 보다는 스프링클러설비 설치비용의 절감이 우선적이라고 생각하고 있기 때문으로 사료된다. 따라서 본 연구에서는 스프링클러설비를 설치하고 관리하는데 소요되는 제반 비용을 투자의 개념으로 하여 이로부터 얻을 수 있는 급부를 추정하였다. 결과적으로 스프링클러설비의 투자비용과 설치하였을 경우 얻을 수 있는 경제적 이득을 경제적 효용성 분석을 통하여 비교한 결과, 초기 투자비용 회수기간이 건축물의 내구연한의 약 1/20 수준으로 나타났으며 효용성도 비용의 2배 이상으로 나타났다. 따라서 스프링클러 설치는 경제적 효용성을 갖춘 제도로 볼 수 있어 적극적인 확대를 고려해 보는 것이 바람직할 것이다.
스프링클러는 방호구역에 설치된 감지기 또는 헤드가 화재를 감지하여 자동으로 화재를 진압하는 소화설비로 화재 초기에 뛰어난 소화효과가 있어 폭넓게 설치되고 있다. 하지만 국토교통부의 "건축물의 피난 방화구조 기준 등에 관한 규칙"에는 공장 또는 창고의 경우 스프링클러설비를 설치하면 방화구획을 3배까지 완화해 줄 수 있도록 그 근거를 제공하고 있다. 이에 본 연구에서는 스프링클러설비 설치로 방화구획을 완화한 실제 Printed Circuit Board (PCB) 공장 1개소를 대상으로 화재위험성을 분석하였고, 컴퓨터 시뮬레이션을 통한 스프링클러설비의 헤드 개방 특성 및 스프링클러 설비의 설치기준, 감열성능, 작동범위, 방수량 등을 분석하였다. 또한 이를 통해 화재 시 스프링클러 설비 작동의 문제점을 확인하고, 제도 개선을 위한 요구 살수유량 등 근거를 제시하고자 한다.
국내 반도체, TFT-LCD, PDP 등의 제조공장 클린룸 내부의 스프링클러 소화설비는 90년대 말까지는 소화설비의 오 작동에 의한 고가 생산 장비의 물 피해가 우려 되어 면제가 되어왔으나, 1998년 대만 반도체 공장의 대형 화재사건이 발생한 이후로는 영미계 재 보험사들의 강력한 요청에 의하여 국내 관련 제조시설 내부에도 스프링클러 소화설비는 의무화 되고 있는 실정이다. 본 글에서는 반도체 제조공장의 소화설비의 특성을 중심으로 클린룸 내의 스프링클러 소화설비 시공사례를 소개하여 관련업계 관계자들의 이해를 돕고자 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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