대형칼로리미터를 이용한 차량 화재 특성에 관한 연구

유용호,김흥열,신현준,Yoo, Yong-Ho,Kim, Heung-Youl,Shin, Hyun-Jun 한국터널지하공간학회 2007 한국터널지하공간학회논문집 Vol.9 No.4

터널 화재와 관련된 축소모형실험연구는 기본적인 데이터는 제공할 수 있지만, 축소모형과 실물화재간의 정확한 이론적 상사관계가 정립되어 있지 않기 때문에 실물화재에 대한 직접적인 분석을 하기에는 어려움이 따른다. 이에 산소소모율법을 적용하여 열방출율과 같은 물리량의 측정이 가능한 실물화재실험장치인 대형칼로리미터를 개발하였다. 이를 이용하여 차량의 화재시 열방출율을 측정하기 위한 실물실험을 실시하였으며, 그 결과 차량의 열방출율은 $2.3{\sim}3.4\;MW$로 측정되었다. 이는 PIARC에서 권고하는 차량의 열방출율과 유사한 범위로서 개발된 실물화재평가장치의 신뢰성을 확인할 수 있음은 물론이고 향후 관련 연구에 매우 유용하게 이용될 수 있을 것이다. The reduced scale fire test provides basic data but it is not enough to analysis real fire problem directly because there is no exact analogy theory between a real fire and the reduced scale model. Therefore we have developed the large scale calorimeter in order to the real scale fire test. This advanced large scale calorimeter used for physical properties such as a heat release rate, based upon consumption of $O_2$ method. Using this large scale calorimeter, we cameo out the real scale vehicle fire test in order to evaluation for heat release rate. We obtained the calculated result for HRR $2.3{\sim}3.4\;MW$ and this result is very similar to the PIARC candidate HRR. It is approve that this facility has the reliability and it is capable of applying to the advance fire research in the future.

터널화재시 부분배연설비에 의한 배연효율 향상에 관한 연구

유용호,이의주,신현준,신한철,윤영훈,Yoo, Yong-ho,Lee, Eui-ju,Shin, Hyun-jun,Shin, Han-cho,,Yoon, Young-hoon,Kim, Chang-whan 한국터널지하공간학회 2006 터널기술 Vol.8 No.1

본 연구는 프라우드 상사와 등온기체모델을 적용한 축소모형실험을 실시하여, 터널화재시 연기의 거동과 부분배연설비의 배연효율을 분석함으로써 방재설비의 운영방안을 제시하고자 하였다. 실험 결과 터널 화재시 입계유속 이상의 제연 풍량이 유지 될 경우 부분 배연 갤러리의 배연효율은 그룹댐퍼와 균일댐퍼 모두 거의 유사하였다. 또한, 터널내 차량이 정체시 화재가 발생할 경우, 화재초기에는 화원 앞 뒤에 위치해있는 부분 배연 갤러리만을 열어 연키의 성총회률유지하면서 연층을 배연시키고 제트팬은 가동시키지 않고 이후 승객이 모두 대피할 수 있는 충분한 시간이 지난 후 제트팬을 함께 가동시켜 터널 내의 연기를 배출하도록 하며 교통 소통이 원활한 경우에는 터널의 제연설비를 가몽하여 연기의 후방전파를 차단하고 통시에 부분배연 설비를 가동할 것을 제안하였다. The objective of this study is to analyze the smoke movement and the smoke extraction efficiency using by the partial extraction system for case of tunnel fire. Based on Froude modeling and isothermal model, the 1/20 scaled model tunnel (12m long) was constructed. In the case of the upper critical velocity in the main tunnel, the smoke extraction efficiency shows almost same between group damper and distributed damper. Finally, if the fire occurs on a traffic Jam in a tunnel, it is proposed that the open dampers in partial gallery extract smoke from the main tunnel without jet fan operation. Then, after the passengers have escaped the tunnel, the jet fans work on. On the other hand, If the traffic is uncongested in the tunnel, the jet fans (smoke control system) and partial extraction system (smoke exhaust system) are operated at once in tunnel fire.

장대 교통터널 화재시 수직갱의 배연효과에 관한 실험적 연구

유용호,윤찬훈,윤성욱,김진,Yoo, Yong-ho,Yoon, Chan-hoon,Yoon, Sung-wook,Kim, Jin 한국터널지하공간학회 2005 터널기술 Vol.7 No.1

본 연구에서는 장대 터널 화재시 연기의 거동 특성 파악과 수직갱에 의한 배연 능력을 검토하기 위하여 축소 모형실험을 실시하였다. Froude 상사를 기본으로 수직갱을 포함하는 터널을 1/50로 축소하여 20m의 모형 터널을 제작하였다. 화재시 발생되는 연기의 배연실험을 수갱의 높이를 변화시키며 한 결과, 수직갱에 의한 배연은 화재 후방으로의 역기류 전달 시간을 지체시키는 효과를 보였으며, 수직갱의 높이가 증가할수록 온도도 감소하였고, 중앙 높이에서의 온도차이는 수직갱이 없을 경우보다 다소 감소하기는 하나 그 영향은 미비하였다. 수직갱을 지난 지점에서 화재가 발생하였을 경우 수직갱의 높이가 증가하면 수직갱으로의 배연에 의한 역기류 활성화로 CO농도의 전파속도가 증가되며, 단면의 온도도 증가한다. 즉, 수직갱을 지난 지점에서 화재가 발생할 경우 수직갱은 화재 발생으로 인한 연기의 배연에는 유리하나, 오히려 역기류를 증가시켜 화재 초기 승객들의 안전한 대피에는 불리한 상황을 초래한다. The objective of this study was to analyze the smoke movement and to investigate the effect of exhaust ventilation using by shafts for case of fire in long tunnels. Based on Froude modeling, the 1/50 scaled model tunnel (20 m long) was constructed by acrylic tubes and test were carried out systematically. The results of the shaft height test show that the effect on exhaust ventilation by a shaft delays the propagation time of backlayering, and the temperature decreases as the shaft height increases. If the fire occurs downstream of the shaft, the backlayering develops to get stronger by the shaft exhaust effect and then the propagation of CO and temperature increase along with propagation of CO. That is to say, in the case of fire downstream of the shaft, the shaft has the advantage of smoke exhaust effects, but it might result in a dangerous situation for the escaping passengers due to the more developed backlayering.

도로터널의 제연용량 산정을 위한 정체차량대수 산정기법에 관한 연구 - 정체길이를 중심으로

유용호,김효규,류지오,Yoo, Yong-Ho,Kim, Hyo-Gyu,Ryu, Ji-Oh 한국터널지하공간학회 2016 한국터널지하공간학회논문집 Vol.18 No.1

When the queue length of congestion vehicles in tunnel fire is extended beyond tunnel length, the capacity of smoke control system needs to be increased in line with ventilation resistance. However, the vehicle queue length is not defined, so a rational equation is necessary in current fire prevention guideline. This study is intended to propose an equation to calculate the queue length considering the number of vehicles in queue in tunnel fire and evaluate the applicability by tunnel length as well. When it comes to normal tunnel, it is necessary to compare the vehicle queue length with tunnel length up to the length of 1,200 m in a bid to avoid applying the vehicle queue length excessively in case of fire. As a result of evaluation of applicability to model a tunnel, saving the number of jet fan for smoke control appeared to be effective. Besides, quantitative approach to explain the vehicle queue length through the relationship between the percentage of large vehicles and tunnel length was presented. Consequently, when the queue length of the congestion vehicles exceeds the tunnel length in determining the capacity of smoke control system in case of fire, the number of vehicles beyond the tunnel length needs to be excluded from estimating the ventilation resistance by vehicles. 터널 화재시 정체차량에 의한 정체길이가 터널연장을 초과할 경우, 환기저항의 증가에 따른 제연설비 용량의 증가가 발생하게 된다. 그러나 현행 방재지침에는 정체길이에 대한 정의가 없기 때문에 합리적 산출식의 제시가 필요하다. 본 연구에서는 터널 화재시 정체차량 대수에 의한 정체길이의 산정식을 제시하고, 터널연장별 적용성 분석을 수행하였다. 일반적인 터널의 경우, 화재시 정체길이의 과도한 적용을 방지하기 위해서는 터널연장 1,200 m 까지는 정체길이와 터널연장과의 상호비교가 필요한 것으로 분석되었고, 모델터널에 대한 적용성 평가결과 제연용 제트팬의 절감효과가 있는 것으로 분석되었다. 더불어 정체길이의 판별여부를 대형차혼입률과 터널연장의 관계로 설명할 수 있는 정량화 선도를 제시하였다. 결과적으로 제연설비 용량결정시, 정체차량에 의한 정체길이가 터널연장을 초과하는 경우에는 터널연장을 초과하는 차량대수는 차량에 의한 환기저항 산정에서 제외하는 것이 타당한 것으로 분석된다.

터널 화재시 연기확산 방지를 위한 국소제연설비의 성능 평가 연구

유용호,박상헌,한상주,신현준,Yoo. Yong Ho,Park. Sang Hun,Han. Sang Ju,Shin. Hyun Jun 한국방재학회 2014 한국방재학회논문집 Vol.14 No.3

장대화되고 대심도화 되는 현대 터널은 반밀폐적인 구조로 인하여 화재발생시 효과적인 배연에 많은 어려움이 있으며, 고온의 온도상승과 함께 유독성 연기로 인한 피난과 소화활동에 많은 어려움을 주고 있다. 본 연구에서는 화재시 발생되는 연기를 인접구역으로 확산되지 않도록 구획하여 피난자의 대피로를 확보하고 대피시간을 연장 시킬 수 있는 국부제연설비인 에어커튼을 적용한 성능평가 실험을 수행하였다. 실험결과 에어커튼에 의하여 형성된 연기차단막은 터널 내부의 차량 화재로 인한 고온 연기층의 확산 방지 효과를 확인할 수 있었다. 또한 에어커튼에 의한 차단막 내외부의 일산화탄소 측정결과에서도 40배 이상 차이를 보임으로써 에어커튼을 적용한 터널 화재시 연기확산방지 효과를 기대할 수 있을 것으로 평가 되었다. The modern tunnel tends to be long and deep and therefore has a lot of difficulties for effective smoke ventilation on fire due to the semi-hermetic structure. Also, it has difficulty on evacuation and fire fighting by toxic gases together with high increase rate of temperature. The smoke occurring on fire is to avoid spreading over adjacent area and secure a escape road for prolonging the escape time. Accordingly, test on performance evaluation has been carried out applying air curtain, local smoke extraction facilities, in this study. As a result of the test, it can be seen that the smoke barrier formed by the air curtain has an effect on prevention of the smoke layer spreading. In addition, in the result of the measurement on the carbon monoxide inside and outside the barrier by the air curtain, there was difference of 40-time carbon monoxide inside and outside. Therefore, it has been shown that the effect to prevent the smoke from spreading is expected on fire of the tunnel applying the air curtain.

대심도터널 화재 안전 설계를 위한 승용차의 열방출률 및 화재전파 특성에 관한 연구

유용호,권오상,Yoo, Yong-Ho,Kweon, Oh-Sang 한국터널지하공간학회 2010 한국터널지하공간학회논문집 Vol.12 No.4

The study performed an actual fire experiment in order to propose the heat release rate of automobile that is the most basic architectural element for the fire safety design in a tunnel, whose importance has been recognized as the underground traffic tunnels are planned in Korean metropolitan cities. The heat release rate of a van is measured by the large scale calorimeter, in which the law of oxygen consumption is applied, and the fire expansion characteristics in a tunnel by placing two passenger cars nearby one another in the tunnel. As the results, the heat release rate of the van was revealed to be 5.9 MW, and carbon monoxide was emitted 482 ppm at a maximum. In case of two passenger car experiment for the fire expansion characteristics, the adjacent car was ignited about 3 minutes 30 seconds after the fire occurrence, and the complete fire was developed after 15 minutes. The maximum heat release was 9 MW. The results from the actual fire experiment can be an important input data for future quantitative analysis as well as an element applicable to a tunnel disaster preventive equipment design. 본 연구에서는 최근 국내 도심지 대심도 지하교통터널 계획과 함께 중요성이 대두되고 있는 터널내 화재 안전 설계에 가장 기본적인 설계 요소인 자동차의 열방출률을 제시하고자 실물화재실험을 실시하였다. 산소소모율법을 적용한 라지스케일칼로리미터를 이용하여 승합차의 열방출률을 측정하였으며, 또한 두 대의 승용차를 인접시켜 터널 정체시 화재 전파 특성을 파악 하였다. 그 결과 승합차의 최대 열방출률은 5.9 MW를 나타내었으며, 일산화탄소는 최대 482 ppm이 방출되었다. 두 대의 승용차의 화재 전파 특성 실험의 경우 화재 발생 후 약 3분 30초 경과부터 인접 승용차에 화재 전파가 시작되어, 15분 경과 후에는 완전한 화재로 발달하였다. 최대 발열량은 9 MW를 나타내었다. 이러한 실물화재실험에서 얻어낸 결과는 향후 수치해석시 중요한 입력 자료로 이용됨과 동시에 터널의 방재설비 설계에 유용하게 적용 될 수 있을 것이다.

대심도 복층터널 초기화재 진압을 위한 자동모니터 소화설비의 적용성 연구

유용호,박상헌,한상주,박진욱,Yoo, Yong-Ho,Park, Sang-Heon,Han, Sang-Ju,Park, Jin-Ouk 한국터널지하공간학회 2016 한국터널지하공간학회논문집 Vol.18 No.5

국내 도심지 지상교통의 대규모 혼잡으로 발생되는 경제적인 손실을 해소하기 위해 지하 40 m 이상의 대심도 지하도로가 계획되고 있으며, 안전한 장대 지하도로 구축을 위해 국내 지침에 의거하여 1등급 방재시설이 적용되어야 한다. 이러한 방재시설의 일환으로 화재발생시 터널내의 화재확산 방지 및 구조물 붕괴 방지 역할을 하는 물분무 설비가 있으나, 현실적으로 많은 기능적, 기술적인 측면에서 문제점이 발생되어 개선방안이 필요한 실정이다. 국내외적으로 화재초기진압을 위한 자동모니터 소화설비가 다양한 분야에 적용되고 있으며, 최근에는 도로/철도터널분야에 적용을 위한 이론적/실험적인 연구를 통한 개발 및 상용화가 추진되고 있다. 이러한 자동화 소화설비의 우수한 화재진압성능을 바탕으로 현재 적용되고 있는 물분무 시스템에 대한 기술적/경제적 비교분석을 실시하였으며, 화재진압성능 뿐만 아니라 경제적인 측면에서도 우수하다는 분석이 도출되었다. 하지만 본 시스템의 상용화, 제품화를 위해서는 국내 터널의 특성을 반영한 다양한 연구개발이 필요하며, 본 시스템에 따른 제도적인 개선을 통하여 활성화 된다면 독자적인 원천기술개발을 통한 선진화 방재기술 강국으로 도약하기를 기대한다. In a bid to avoid the economic loss resulting from traffic jam in urban area, a deep underground road at 40 m depth has been considered and the first class disaster prevention facilities shall be applied according to domestic guideline. Automatic-monitoring fire extinguishing system designed to use for fire fighting has been widely applied at home and abroad. Recently development and commercialization through theoretical and experimental research to apply to road/railroad sector have been underway. Based on such performance of automatic fire extinguishing system, technical/economic analysis of existing water spray systems was conducted and as a result, it has demonstrated the superiority in terms of fire suppression as well as in cost efficiency. Then to commercialize this system, more diverse studies that will incorporate the characteristics of domestic tunnels are needed and should the system be promoted through institutional improvement, it's expected to become one of the advanced nations with own original technology in a life safety system industry throughout the world.

도로터널 화재시 차량의 항력계수가 제연용 제연팬에 미치는 영향에 대한 해석적 연구

유용호,유지오,김효규,Yoo, Yong-Ho,Yoo, Ji-Oh,Kim, Hyo Gyu 한국터널지하공간학회 2014 한국터널지하공간학회논문집 Vol.16 No.6

The road tunnel install a vent for the purpose of ventilation and smoke control. Ventilation equipment capacity(number of jet fans) depends on from the condition that of the pressure and ventilation resistance. Pressure and the resistance under operating vehicle have affected on the drag coefficient. The drag coefficient of the tunnel have affected by the blockage effect and slipstream effects. However, when calculating the ventilation fan, are not properly consider taking into account such effects. Therefore, ventilation force may have been slightly overestimated. This paper describes the drag coefficient through a numerical analysis to calculate the equivalent resistance area that reflects the vehicle distance, and examined the equivalent resistance area. The ventilation coefficient corresponding to the result heavy vehicle mixing ratio of the present study was not clear. Equivalent resistance area had reduced by about 86% compared to the road design handbook current standards. Also it had analyzed and reduced to 62.2% compared to Korea Highway Corporation ventilation design criteria ratio, which is the old standard. 도로터널에서는 환기 및 제연을 목적으로 제연펜을 설치하고 있다. 제연펜 용량(제트팬 댓수)은 환기저항 및 승압력이 평형이 되는 상태에서 결정되게 된다. 터널에 운행중이거나 정지된 차량에 의한 승압력 및 저항력은 차량의 항력계수에 영향을 받게 된다. 터널에서의 항력계수는 슬립스트림 효과(또는 shadow effect)와 폐색효과에 영향을 받게 되며, 환기팬 및 제연팬 산정시 이와 같은 효과를 적절히 고려하지 못하고 있는 실정으로 교통 환기력를 과대평가하고 있다. 이에 본 연구에서는 화재시 차량의 차간간격을 반영한 항력계수와 등가저항면적을 산정하기 위해서 터널에 실제로 차량이 정차하는 조건으로 모델링하여 수치해석을 통해 항력계수를 검토하였다. 본 연구 결과, 항력계수에 대형차량 혼입률이 미치는 영향은 명확하지 않으며, 등가저항면적은 현행 도로설계편람기준에 대비 약 86%, 또 구 기준인 한국도로공사 환기설계기준 대비 62.2%수준으로 감소하는 것으로 분석되었다.

생활공간의 화재확대 위험성 평가를 위한 실험적 연구

유용호(Yoo, Yong Ho),김영노(Kim, Young Ro),김정현(Kim, Jung Hyun),장승배(Jang, Seung Bae),채승언(Chae, Seung Un) 한국화재소방학회 2013 한국화재소방학회 학술대회 논문집 Vol.2013 No.추계

국내 화재사고중 화재가 가장 많이 발생한 발화지점은 생활공간이며, 이중 침실 및 숙박용 객실이 가장 높은 화재 발생 건수를 보이고 있다. 이처럼 주거시설, 청소년 수련시설 등 생활공간에서의 화재는 화재시 침대 매트리스에 의한 연소확대로 많은 인명 및 재산 피해를 발생시키고 있다. 본 연구에서는 생활공간을 구성요소중 침대 매트리스의 화재확대 위험성에 평가하기 위하여 실규모의 화재실험을 수행하고, 이를 분석하였다. 이러한 실규모 화재실험을 통하여 얻은 결과는 국내 성능적 화재안전 설계를 위한 기본적인 자료로 이용됨과 동시에 주거공간의 화재확산 방지 기술 개발에 기여할 수 있을 것으로 평가된다.

숭례문 화재사고 실물 재현 실험

유용호(Yoo, Yong-Ho),권오상(Kwon, Oh-Sang),김흥열(Kim, Heung-Youl) 한국화재소방학회 2008 한국화재소방학회 학술대회 논문집 Vol.2008 No.춘계

본 연구에서는 숭례문 화재를 재현하기 위한 실물 모형을 제작하여 화재의 전이과정 및 붕괴에 이르는 과정을 추론하여 보고자 하였다. 실험결과 시너의 폭발력에 의한 화염이 천정의 적심부분에 직접적인 화재 원인임을 예측 할 수 있었으며, 이에 따른 적심부의 계속적인 훈소과정을 거쳐 숭례문의 천정내부에 화재가 성장하였을 것으로 판단되었다.