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물류시설 랙크 내 수평 차단막의 최적 설치 방안에 관한 수치해석적 연구
윤홍석,조규환 한국화재소방학회 2024 한국화재소방학회 학술대회 논문집 Vol.2024 No.10
수용물품이 높은 밀도로 수직 적재되는 물류시설의 랙크는 높은 화재하중으로 인해 대형 화재로의 발달이 용이하며, 송기공간에서 발생하는 연돌 효과로 인한 화재확산의 가속은 그 위험성을 더욱 증가시키는 요인으로 인식되고 있다. 그럼에도 불구하고 국내 건축법 및 소방법에서는 물류시설 랙크에 대한 화염확산 차단막의 설치 기준을 정하지 않고 있으며, 물류시설의 화재로 인한 인명⋅재산 피해는 지속적으로 증가되는 추세이다. 이러한 배경 하에 본 연구진은 국내 물류시설에서 가장 보편적으로 활용되는 랙크의 대표 구조를 설정하였으 며, 수평 화염확산 차단막의 설치조건에 따른 초기 화재확산 및 화재규모의 저감 효과를 수치해석적으로 검토하 였다. 그 결과 수평 차단막의 설치는 점화 직후 송기공간을 따라 발생하는 수직 화재확산을 지연하는데 매우 큰 유효성을 가짐을 확인하였다. 그러나 화재규모의 관점에서 수평 차단막의 설치는 소화수의 차폐, 화재확산 경로의 변경과 같은 영향을 가져오며, 수평 차단막 설치 시 최대 열방출률 및 총 방출열량은 오히려 증가되었다. 결과적으로 물류시설의 랙크 내 수평 차단막의 최적 설치 조건을 도출하기 위해서는 현행법에 의거하여 물류시 설 및 랙크 내에 설치되는 소화설비와의 상호작용을 고려하여야 함을 확인하였다. 이러한 배경 하에 본 연구에서는 현행법에 기반한 소화설비가 설치된 물류시설 및 랙크를 대상으로 수평 차단막의 설치가 화재현상에 가져오는 영향을 수치해석적으로 분석하였다. 주요 결과로써, 주변 소화설비와의 상호작용을 고려한 수평 차단막의 설치는 초기 화재확산속도 및 화재규모의 저감에 유효하였으나, 수평 차단막과 충돌한 이후 수평 방향으로의 화재확산을 차단하기 위한 수직 차단막의 설치 역시 고려되어야 함을 확인하였다.
정상 및 비정상상태의 화재조건에서 판형 열유속계의 적용성에 관한 실험적 연구
윤홍석,문선여,황철홍 한국화재소방학회 2015 한국화재소방학회논문지 Vol.29 No.5
The applicability of plate thermometer (PT), which feature simple installation and low cost, was experimentally examinedin steady and unsteady-state fire conditions. An infrared radiation heater and a square burner with C3H8 as fuel wereused as heat sources. The relative measurement accuracy of the PT was evaluated by comparing measurements madeusing a Gardon-type heat flux meter. From a practical point of view and in terms of measurement accuracy, the optimalsize and thickness of the PT in steady and unsteady-state fire conditions were 100 mm and 0.6 mm, respectively. Theseresults can be explained by the conductive heat losses and thermal inertia of the PT for different sizes and thicknesses. Itcan be also concluded that measurements of heat flux using the PT in conditions of faster fire growth rate than slowrequire considerable attention. 정상 및 비정상상태의 화재조건에서 설치가 용이하고 저가형인 판형 열유속계(PT)의 적용성에 대한 실험적 연구가 수행되었다. 열원으로서 적외선 복사 히터와 C3H8이 적용된 정사각형 버너가 사용되었다. PT의 상대적 측정 정확도는Gardon-type 열유속 미터를 이용한 측정결과와의 비교를 통해 평가되었다. 정상 및 비정상상태의 화재조건에서 PT의 최적 크기 및 두께는 측정 정확도와 실용적 관점에서 각각 100 mm와 0.6 mm로 확인되었다. 이 결과들은 PT의 크기 및두께의 변화에 따른 전도 열손실과 열관성에 의해 설명되었다. 또한 Slow보다 빠른 화재 성장속도의 조건에서 PT를 이용한 열유속 측정에는 상당한 주의가 요구됨을 확인하였다.
밀폐된 구획실의 체적변화가 최대 열발생률에 미치는 영향에 관한 수치해석 연구
윤홍석,남동군,황철홍 한국화재소방학회 2017 한국화재소방학회논문지 Vol.31 No.5
The effects of changes in area and location of fire source, fire growth rate, and volume of compartment on the major firecharacteristics, including heat release rate, in closed compartment fires were examined. To this end, a fire simulation usingFire Dynamics Simulator (FDS) was performed for ISO 9705 room with a closed opening. As main result, it was found thatthe changes in the area and location of fire source did not significantly affect the thermal and chemical characteristics insidethe compartment, such as maximum heat release rate, total heat release, maximum temperature at upper layeras well as speciesconcentrations. However, increasinthe fire growth rate and volume of compartment resulted in increase of the maximum heatrelease rate and total heat release, decrease in the limiting oxygen concentration and increase in the maximum COconcentration. Finally, a methodology for the application of fire growth curves to closed compartment fires was proposed byderiving the correlation of the maximum heat release rate expressed as a function of the fire growth rate and the volume ratioof compartment based on the ISO 9705 room. 밀폐된 구획실 화재에서 화원의 면적 및 위치, 화재성장률, 구획 체적의 변화가 열발생률을 포함한 주요 화재특성에 미치는 영향이 검토되었다. 이를 위해 닫힌 개구부가 적용된 ISO 9705 화재실을 대상으로 Fire Dynamics Simulator(FDS)를 활용한 화재시뮬레이션이 수행되었다. 주요 결론으로서, 화원의 면적 및 위치의 변화는 최대 열발생률, 총열량, 상층부의 최대 온도 및 화학종 농도를 포함한 구획 내의 열적 특성과 화학적 특성에 큰 영향을 주지 않음을확인하였다. 그러나 화재성장률과 구획 체적의 증가는 최대 열발생률 및 총 열량의 증가를 가져오며, 한계산소농도의 감소 및 최대 CO 농도의 증가를 발생시킨다. 마지막으로 화재성장률과 구획 체적의 함수로 표현된 최대 열발생률의 상관식을 도출하여, 밀폐된 구획실 화재에 대한 화재성장곡선의 적용을 위한 방법론이 제안되었다.
축소 구획실에서 화원과 측벽의 거리에 따른 화재특성 변화
윤홍석,황철홍 한국화재소방학회 2019 한국화재소방학회논문지 Vol.33 No.1
Experimental and numerical studies on the fire characteristics according to the distance between the fire source andsidewall under the over-ventilated fire conditions. A 1/3 reduced ISO 9705 room was constructed and spruce wood cribswere used as fuel. Fire Dynamics Simulator (FDS) was used for fire simulations to understand the phenomenon inside thecompartment. As a result, the mass loss rate and heat release rate were increased due to the thermal feedback effect ofthe wall in the compartment fire compared to the open fire. As the distance between the fire source and sidewall wasreduced, the major fire characteristics, such as maximum mass loss rate, heat release rate, fire growth rate, temperature, andheat flux, were increased despite the limitations of air entrainment into the flame. In particular, a significant change in thesephysical quantities was observed for the case of a fire source against the sidewall. In addition, the vertical distribution oftemperature was changed considerably due to a change in the flow structure inside the compartment according to thedistance between the fire source and sidewall. 과환기 화재조건에서 화원과 측벽의 거리에 따른 화재특성에 관한 실험 및 수치해석 연구가 수행되었다. 1/3 축소된 ISO 9705 화재실이 제작되었으며, Spruce wood crib이 연료로 사용되었다. 구획 내부의 현상 이해를 위하여 FireDynamics Simulator (FDS)를 활용한 시뮬레이션이 수행되었다. 개방된 공간 화재에 비해 구획실 화재는 벽면의 열피드백 효과로 인하여 질량 감소율과 열발생률이 증가됨이 확인되었다. 측벽과 화원의 거리가 감소됨에 따라 화염으로의 공기 유입 제한에도 불구하고 주요 화재특성인 최대 질량 감소율, 열발생률, 화재 성장률, 온도 및 열유속이증가되었다. 특히 측벽과 화원이 접촉되었을 때 이들 물리량의 가장 큰 변화가 확인되었다. 추가로 화원과 측벽의거리에 따른 구획 내부의 유동구조의 변화로 인하여 온도의 수직분포에 상당한 변화가 발생됨이 확인되었다.
판형 열유속계의 소형화에 따른 공간 해상도 개선에 관한 연구
윤홍석,한호식,황철홍 한국화재소방학회 2019 한국화재소방학회논문지 Vol.33 No.2
화재환경에서 열유속 측정을 위해 사용되는 판형 열유속계의 측정 오차 및 소형화를 통한 공간 해상도 개선에관한 실험적 연구가 수행되었다. 주요 결과로서, Plate의 뒷면에 설치되는 단열재의 두께 및 밀도 변화에 따른 측정값분석을 통해, 판형 열유속계의 측면으로의 열손실이 측정오차에 큰 영향을 줄 수 있음이 확인되었다. 또한 기존 10cm 크기의 정사각형 형상을 기준으로 소형화를 통해 3 cm 크기의 판형 열유속계도 충분히 정확한 열유속 측정이가능함을 확인하였다. 본 연구결과는 화재환경에서 보다 정확한 국소 위치의 열유속 측정을 위해 유용하게 활용될것으로 기대된다. This study assessed the measurement errors and improvement of the spatial resolution through miniaturization of theplate thermometer used to measure the heat flux in a fire environment. As a result, the heat loss to the side of platethermometer was found to have a significant influence on the measurement error through analysis of the measurementvalues according to the thickness and density change to the insulation installed on the back side of the plate. Basedon the existing 10 cm square shape, it was also confirmed that the 3 cm size plate thermometer could measure the heatflux with satisfactory accuracy through miniaturization. These results are expected to be useful for accuratemeasurements of the heat flux at local locations in a fire environment.