초고층업무시설 층간가압방식 제연설비 성능에 관한 연구

국문 초록 (Abstract)

초고층업무시설 층간가압방식 제연설비 성능에 관한 연구 김상일 설비·소방공학과 가천대학교 대학원 업무시설은 건축법령에 따라 배연설비 설치대상이며, 거실에 설치하는 배연설비로 자연배연방식인 배연창이 적용되어왔다. 그러나, 초고층 건축물은 건축물의 높이가 200 m 이상으로 강력한 연돌효과(Stack Effect)가 발생하며, 이는 겨울철 저층부에서 화재발생 시 연기가 외부로 배출되지 못하고 건축물 내부로 유입되거나 상층부로 확산되는 문제를 발생시킨다. 또한, 초고층부에서 화재 발생 시에는 외부 바람에 의한 풍압효과(Wind Effect)로 인해 외창에 작용하는 압력이 배연창 개방을 곤란하게 함으로서 연기가 배출되지 못하는 문제를 발생시킨다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 중앙소방기술심의 등을 통해 해외 선진국 에서 적용하는 층간가압방식 제연설비 일명 샌드위치가압방식 제연설비를 적용하는 사례가 증가하고 있다. 층간가압방식 제연설비는 화재층은 연기를 배출하고 직상층 및 직하층은 공기를 공급하는 방식으로 상부층 연기확산을 억제하는데 효과적인 제연방식으로 국내외적으로 알려져 있다. 1989년 봄 미국 워싱턴DC △△호텔에에서 실시한 실물화재실험을 통해 층간가압방식 제연설비가 상층부 및 하층부 등 비화재층으로 연기확산을 유효 하게 제어할 수 있음을 확인하였다. 그 후 미국의 NFPA, 영국의 BS, 호주 및 뉴질랜드의 AS/NZS 등에서 층간가압시스템의 제연구역 구성방법, 화재층과 비화재층간의 연기확산 방지를 위한 최소차압 등에 대하여 규정하여 층간가압시스템이 국제적으로 광범위하게 적용될 수 있도록 하였다. 국내에서는 현재까지 층간가압방식 제연설비에 대한 관련규정이 제정되지 않고 있다. 따라서, 초고층업무시설에 배연창의 연기배출 성능을 보장할 수 없음에도 불구하고 배연창을 관련규정에 따라 설치하거나, 안정적인 연기제어 성능 확보를 위해 중앙소방기술심의 등을 통해 그 적정성을 검증받은 후 층간 가압방식 제연설비를 프로젝트별로 개별적으로 적용하고 있다. 그러나, 개별적으로 중앙소방기술심의 등을 통해 층간가압방식 제연설비의 기술적 적정성을 검증받는 것은 개별프로젝트 설계자 및 중앙소방기술심의에 참여하는 심의위원의 기술적 경향에 따라 상이한 기준이 채택되어 기술의 일관성, 효율성, 합리성 측면에서 혼란을 야기하고 있다. 또한, 초고층업무시설 연기확산을 가장 유효하게 방지할 수 있는 층간가압방식 제연설비가 광범위하게 적용될 수 있는데 제약요소로 작용되고 있다. 본 논문의 목적은 초고층업무시설의 층간가압방식 제연설비에 대한 시뮬 레이션 분석을 통해 성능확보를 위한 방안을 제시하고자 한다. 층간가압방식 제연설비 성능확보 방안으로 층간가압방식 제연설비 적용 시 화재층과 비화재층간의 최소차압과 최대 출입문 개방력을 제시하였다. 1989년 미국 워싱턴 DC △△호텔에서 시간당 환기횟수 6회를 기준으로 최소차압을 만족할 수 있음을 확인하였다. 그러나 건물의 높이가 낮고 전통적인 벽과 창호로 구성 되어 개구부가 광범위하게 분포되어 있는 건축물의 실험결과였다. 이 실험결과를 기준으로 선정된 시간당 환기횟수 6회를 건물의 밀폐도가 매우 높고, 커튼월로 구성된 현대 초고층 건축물에 적용하기에는 적절하지 않는 결과를 확인하였다. 따라서, 초고층업무시설에 최소차압과 최대 출입문 개방력 기준을 만족할 수 있는 시간당 환기횟수를 제시하고자 한다. 또한, 특별피난 계단 부속실 및 비상용 승강기 승강장에 설치하는 급기가압제연설비용 유입공기 배출구 설치 시 층간가압방식 제연설비에 미치는 영향을 분석하여 유입공기 배출구가 필요하지 않음을 제시하고자 한다. 마지막으로 층간가압방식 제연설비는 화재층과 비화재층간 차압을 측정하는 것이 매우 중요한데 이를 위한 효율적인 성능시험방법을 제시하고자 하였다.

목차 (Table of Contents)

• I 서 론 1
• 1. 연구 배경 및 목적 1
• 2. 연구동향 3
• 2.1 국내 3
• 2.2 국외 4
• 3. 연구범위 및 방법 6
• II 이론적 고찰 7
• 1. 제연설비 개요 7
• 1.1 제연설비에 영향을 미치는 요인 7
• 1.2 배연설비 10
• 1.3 거실제연설비 12
• 1.4 급기가압제연설비 13
• 1.5 층간가압방식 제연설비 13
• 2. 층간가압방식 제연설비 국내․외 기준 14
• 2.1 미국 14
• 2.2 영국 20
• 2.3 호주 및 뉴질랜드 22
• 2.4 한국 23
• 3. 층간가압방식 제연설비 적용 현황 25
• 3.1 한국 25
• 3.2 해외 26
• III 국내 층간가압방식 제연설비 적용 사례 및 문제점 27
• 1. CASE-1 층간가압방식 제연설비 적용 사례 및 문제점 27
• 1.1 모델개요 및 설계도서 27
• 1.2 주요 적용 내용 28
• 1.3 적용 시 문제점 29
• 2. CASE-2 층간가압방식 제연설비 적용 사례 및 문제점 30
• 2.1 모델개요 및 설계도서 30
• 2.2 주요 적용 내용 32
• 2.3 적용 시 문제점 34
• 3. CASE-3 층간가압방식 제연설비 적용 사례 및 문제점 35
• 3.1 모델개요 및 설계도서 35
• 3.2 주요 적용 내용 37
• 3.3 적용 시 문제점 37
• IV 층간가압방식 제연설비 성능 확보 방안 39
• 1. 시뮬레이션 결과 및 분석 39
• 1.1 대상건축물 모델링 39
• 1.2 CONTAM 시뮬레이션 44
• 1.3 배연창 적용 시 연기배출 성능 시뮬레이션 결과 및 분석 71
• 1.4 풍량기준도출을 위한 환기횟수별 시뮬레이션 결과 및 분석 75
• 1.5 제연설비용 배출구가 설치된 경우 시뮬레이션 결과 및 분석 127
• 2. 층간 압력차 성능시험 방법 136
• 2.1 절대압력측정기를 이용한 방식 136
• 2.2 층간 도압관을 이용한 방식 137
• 3. 층간가압방식 성능 확보 방안 140
• 3.1 성능확보를 위한 주요 요소 140
• 3.2 성능확보를 위한 주요 요소별 성능 기준 141
• V 결론 143
• References 145