건축물에서의 연기제어 시스템과 관련하여 국내에서는 거실에 대한 배연기준과 피난계단 및 부속실에 대한 제연기준이 제시되고 있으나, 대형화 고층화 복합화 되어가는 첨단 건축물에 대한 적용성을 검토하면 국내 설계기준에 따른 연기제어 시스템은 화재시 연기안전을 확보하기 곤란할 수 있다. 따라서 대형 고층 복합의 첨단 건축물에 대한 화재시 연기안전성을 높이고 화재와 건축물 특성에 따른 상호 연기제어 연계성 확보와 통합적 설계가 가능한 성능위주 연기제어의 적용이 요구된다. 본 논문에서는 국내 연기제어 기준을 분석하고 개선이 필요한 부분을 제시하였으며, 선진외국에서의 성능위주 설계 수행에 대한 법체계와 성능위주 연기제어 설계의 지침을 조사하고 분석하였다.
국내에서는 고층 및 복합 건축물이 다수 시공되고 있는 상황에서 화재시 실효성 있는 연기대응 기술의 확립이 요구되고 있으며, 고층 건축물에서 제연설비에 대한 대안으로서 샌드위치 가압을 이용하는 연기제어 시스템의 적용이 확대되고 있다. 샌드위치 가압을 이용하는 연기제어 시스템은 연기확산 방지와 원할한 피난환경 제공을 위해서 적정 층간차압과 이를 위한 급배기 풍량의 설계에 관한 자료가 확보되어야 한다. 본 논문에서는 이러한 연구의 일환으로서 샌드위치 가압을 이용하는 연기제어 시스템이 설치된 실제 건축물에서 수행한 현장실험의 과정과 결과를 제시하였다. 실험에서 화재층의 배기풍량과 상하부층의 급기풍량으로 시간당 6회의 환기횟수를 적용하였으며, 시스템 가동으로 화재층인 12층과 그 상부층인 13층 사이에 약 260 Pa의 압력차가 형성되었다. 이러한 압력차 형성은 피난 및 방화구획에 상당한 영향을 미치므로 이에 대한 추가적인 연구가 필요하다.
본 연구는 비례제어시스템의 개발에 관한 기초 연구로서 건축물 화재에서 연기이동의 원인이 되는 압력수두손실, 굴뚝효과, 바람의 영향 등과 피난시 과압방지를 효율적으로 제어하여 제연구역에 균일한 허용차압을 유지시킬 수 있는 제연구역 급기댐퍼의 비례제어시스템을 개발하여 화재실로부터 발생된 연기가 다른 공간으로 침입 확산되는 것을 방지하고 피난안전성을 확보하여 인명과 재산피해를 최소화하는 것이며, 비례제어시스템의 로직 정립과 공학 해석에 의한 시스템 설계에 관한 것이다.
본 연구에서는 제연시스템의 효율성을 높이고 유연성을 주며 방재성능을 향상시킬 수 있는 통합 제어시스템을 개발하였다. 통합제어시스템의 개발을 위한 프로세스, 알고리즘 확립과 엔지니어링 데이터의 바탕으로 신뢰성이 확보된 각종 센서와 통합제어시스템을 개발하였다. 기존의 개별제어 방식에서 통합제어시스템으로 부터 중앙집중식 통합관리를 함으로서 제연시스템을 보다 정확하고 신뢰성 있는 최적의 제어기능을 얻을 수 있으며, 제연시스템에 유연성을 부과시킬 수 있을 것으로 본다. 또한 통합제연시스템의 기틀을 마련하고 제연시스템의 기능성 확보와 성능위주의 제연시스템을 구출할 수 있을 것으로 본다.
최근에 국내에서도 대형 쇼핑 몰이나 건축물에 부속된 아트리움 등 대형공간을 도입한 건축물이 점차 증가하고 있다. 따라서 건물 방화 설계자는 화재시 공간의 특성에 따른 열과 연기의 확산과 이동에 관한 정량적인 해석이 필요하지만 국내에서는 아직 이에 대한 관련 규정이 미비한 실정이다. 대형 공간의 공학적인 해석은 크게 실험을 통하여 제시되는 계산공식을 이용하거나 대상 공간의 화재 조건을 예측하는 컴퓨터 모델을 이용할 수 있다. 외국의 경우, 미국의 NFPA 92B는 이러한 공간에 대한 제연 시스템에 적용하는 공식과 계산식을 제시하고 있으며 이를 통하여 연기나 열 감지기의 작동시간, 연기 발생비율, 연기 층의 하강을 제어하기 위한 배기량 등을 계산할 수 있다. (중략)
본 연구에서는 지하 방호공간에서 화재가 발생한 경우 워터커튼 시스템에 의한 연기의 차단효과와 화재제어 특성을 분석하였다. 이를 위해서 분사각도 $180^{\circ}$, 오리피스 직경 8.2 mm의 노즐과 지하방호 공간용 실화재 실험 장치를 제작하였으며, 화재강도 1.5 MW 기준 A급 1단위 화재 실험으로부터 온도분포와 가시도를 측정하여 연기의 차단효과를 확인하였다. 화재제어 특성을 분석하기 위해서 NIST(National Institute of Standards and Technology)의 해석프로그램인 FDS(Fire Dynamic Simulator)를 사용하여 동일한 실험조건에서 온도분포를 비교하였으며 노즐의 설치개수 변화에 대한 화재해석 및 실험결과로부터 워터커튼 시스템은 노즐의 설치위치와 개수, 화원으로부터의 거리, 제연 등의 설비 조건과 분사 노즐의 특성, 공급 유량 등이 중요한 상관관계를 갖고 있음을 확인하였다.
지능형 터널 배연시스템은 터널상부의 온도를 감지하는 온도감지부에서 들어오는 신호를 해독하여 화재위치 및 화재크기를 선정하고 제연설비의 운전방향 및 배연량을 조절함으로써 연기를 효율적으로 제어할 수 있는 시스템이다. 지능형 터널 배연시스템의 성능을 검증하기 위하여 실물터널의 크기를 1/60로 축소한 모델에서 두가지의 화원위치에 따라 실험을 수행하였다. 화재 발생 후 초기에는 온도가 상승하다가 제연팬이 작동하면 온도가 급격히 낮아진 후 일정하게 유지되면서 서서히 증가한다. 터널화재시 승객의 피난 장애를 주는 연기의 제어를 통해 터널의 안전성을 향상시킬 수 있는 것을 확인하였다.
본 연구에서는 가연성 물질을 고려한 워터커튼 시스템(Water Curtain System)의 열 및 연기유동 제어 특성을 실험적으로 분석하였다. 이를 위해서 Room Corner Tester(RCT)를 사용하여 연료의 종류가 소나무(PineWood)와 가솔린(Gasoline)인 경우 각각의 발열량(Heat Release Rate)을 구하였으며, 워터커튼용 화재실험 장치를 제작하여 화원근방에서 5m 떨어진 지점의 천장 부근에 분사각도 $180^{\circ}$, 오리피스 직경 8.2 mm의 노즐(Nozzle)을 설치한 후 목재와 가솔린 각각에 대해서 화재실험을 실시하여 워터커튼 전후의 온도분포와 가시도를 측정하였다. 그결과 워터커튼 시스템의열및연기유동 제어는 가연성 물질의 연소특성에 따른 고온의 연기발생량과 분사 노즐에 의한 유동현상이 중요한 상관관계를 갖고 있음을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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