거실제연설비의 공기 유입구와 배출구간 최적 직선거리 판단을 위한 연구

국문 초록 (Abstract)

근래 소방청에서 화재안전기술(NFSC)의 이원화로 화재안전기술기준 (NFTC)과 화재안전성능기준(NFPC)로 구분하였다. 이중에서 제연설비의 화재안전기준(NFSC 501) 8조 2항의 바닥면적 400 ㎡ 미만의 거실인 예 상제연구역에 대해서는 바닥외의 장소에 설치하고 공기유입구와 배출 구간의 직선거리는 5 m 이상으로 하라고 규정하고 있다. 그렇지만, 화 재안전기술기준에서는 이 8조 2항이 일부 변경되었다. NFTC 501의 2.5.2.1에서 기존의 화재안전기준에 구획된 실의 장변의 이분의 일 이상 으로 할 것 이라고 규정한 내용이 추가가 되었다. 그만큼 직선거리 5 m 이상을 하는 것이 우리나라 건설 현장여건에 맞지 않기에 추가가 된 것으로 판단된다. 바닥면적 400 ㎡ 미만일 경우, 공기유입구와 배출구 간의 직선거리 5 m 이상 하라는 소방법규에 규정하고 있지만 위반되는 대상물들이 확인된다. 소방점검 업무를 수행하는 경우 동일 바닥면적 400 ㎡ 미만의 거실에서 각기 다른 공기유입구와 배출구간의 직선거리 를 가지는데, 거리 규정을 5 m 이상으로 하게 된 이유가 궁금하여 이 연구를 수행 하게 되었다. 화재안전기술기준의 해설서에도 명확한 이유 를 확인하기 어려워 이를 분석하고 실험과 FDS를 통하여 법규 내용의 정당성을 뒷받침하기 위해 이 논문을 작성하게 되었다. 연구방법: 국내 소방대상물의 사례를 조사·확인하였고, 국내외 논문 과 법규를 확인 하였으며, 400 ㎡ 미만의 공간에서 공기 유입구와 배출 구간의 직선거리 5 m 이하와 5 m 이상인 공간을 선정하여 실험을 하 였다. 실험방법으로는 바닥면적 3.3㎡의 삼분의 일 크기로 아크릴 모형 을 제작하여 Cold smoke test를 하여 얻은 결과와 실제 제연구역에서 제연설비 동작 후 smoke test를 한 결과를 비교·분석하였다. 그리고, FDS 시뮬레이션 실험을 하여 도출된 결과와 소방대상물에서 실시한 실 험결과를 통해 화재안전기술 기준의 내용을 검증하였다. 연구결과: 국내 소방법규(NFTC-국가화재안전기술기준)를 확인한 결 과, 바닥면적 400 ㎡ 미만일 경우 공기유입구와 배출구 간의 직선거리 5 m 이상 또는 구획된 실의 장변의 2분의 1 이상으로 할 것으로 규정 되어 있지만 실제 조사해본 결과 직선거리를 지키지 못하는 소방대상물 들이 다수 있는 것으로 확인되었다. 또한 5 m 이상의 직선거리에 관한 해외 소방법규 논문을 고찰해 봤을 때 공기유입구와 배출구간의 직선거 리에 대한 규정은 없는 것으로 나타났지만, 모형실험 한 결과 공기유입 구와 배출구간의 직선거리가 5 m 이상일 때가 5 m 미만일 때보다 연 기의 배출시간(0.8배)과 배출속도(1.5∼2.9배)에서 확연한 차이를 확인하 였다. 모형실험과 더불어 제연구획되어 있는 실제 공간에서도 동일 실 험을 하여 배출시간과 속도를 알아본 결과, 모형실험과 동일하게 직선 거리가 먼 거리 일수록 배출속도는 빠르고 배출시간은 짧게 나타났다. 새로 추가된 법규 내용의 직선거리는 장변의 2분의 1 이상으로 하라는 내용도 검토해 본 결과 법규내용 이상의 직서거리를 확보했을 때와 아 닌 경우 제연설비 성능에서 법규 내용을 뒷받침할 근거로 판단할 수 있 다. FDS(Fire Dynamic Simulator)를 기반으로 만들어진 PyroSim시뮬레이 션 실험결과, 화재 발생에 따른, 가시성, 가시거리, 독성가스 농도, 속도 및 온도의 특성을 분석·재확인 하였다. 제연구역 내에서 실험을 하고 FDS 시뮬레이션 실험을 통해 직선거리 가 5 m 이상일 경우 5 m 미만보다 제연설비의 성능이 향상되게 나타 났으나, 확연한 효과를 얻기 위해서는 8 m 이상의 직선거리에서 5 m 보다 0.8배 가시성과 가시거리가 우수하다는 것을 FDS를 통해 검증하 였다. 결론: 본 연구에서는 공기유입구와 배출구간의 직선거리에 대한 제연 설비 성능비교로 해외 소방법규를 조사하였을 때 직선거리에 대한 강제 규정이 없지만, 국내 소방법규(NFTC_국가화재안전기술기준)에서는 공기 유입구와 배출구간의 직선거리 5 m 이상 또는 구획된 실의 장변의 2분 의 1 이상 이격해야 한다는 법규를 뒷받침하는 근거를 마련하는 연구이 다. 앞으로 설계 단계에서 이를 반영하여 소방감리의 책임과 부담을 줄여줄 수 있는 토대가 마련되길 바란다.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서론 1
• 1.1 연구의 배경 1
• 1.2 연구의 목적 6
• 1.3 연구범위 및 진행방법 8
• 제2장 이론적 고찰 10
• 2.1 연기의 정의 및 성분 10
• 2.1.1 연기의 정의 10
• 2.1.2 연기의 영향 11
• 2.2 연기가 인체에 미치는 영향 13
• 2.2.1 심리적·육체적 영향 13
• 2.2.2 독성가스의 유해성 13
• 2.3 Smoke Test 17
• 2.4 Ceiling jet 및 Plugholing 22
• 2.4.1 Ceiling jet 24
• 2.4.2 Plugholing 생성 및 문제점 25
• 제3장 연구방법 및 결과 28
• 3.1 국내현장 실제 사례조사 및 문헌고찰 28
• 3.1.1 국내소방대상물 중 공기유입구와 배출구간의 직선거리 5 m 이하 현장 사례 28
• 3.1.2 국내소방대상물 중 공기유입구와 배출구간의 직선거리 5 m 이하인 현장 사례 조사결과 36
• 3.2 문헌고찰 및 방법 37
• 3.2.1 국내 거실제연설비 법규 문헌 고찰 37
• 3.2.2 국외 거실제연설비 법규 문헌 고찰 43
• 제4장 소방대상물에서 Smoke Test 50
• 4.1 실험대상의 개요 50
• 4.2 모형제작에 의한 400 ㎡ 미만의 제연설비 실험과 도면 53
• 4.3 실험도구 및 실험방법 54
• 4.3.1 실험도구 소개 54
• 4.3.2 실험방법 및 구간별 연기 흐름 55
• 4.4 각 구역에서 실험 및 결과분석 65
• 4.4.1 Room 1∼Room 4 실험과정 65
• 4.4.2 Room 1∼Room 4 실험결과 66
• 4.4.3 복도 1, 복도 2 실험과정 71
• 4.4.4 복도 1, 복도 2 실험결과 73
• 4.5 실제 거실에서의 실험 및 실험방법 76
• 4.5.1 실험도구 소개 76
• 4.5.2 실험방법 77
• 4.5.3 실험진행 78
• 4.5.4 실험 결과 80
• 4.6 소방대상물에서 직접 실험 결과분석 82
• 제5장 소방대상물에서 FDS 모델링 84
• 5.1 FDS 모델링 84
• 5.2 직선거리 5 m 미만일 경우 FDS 결과 (초기소화) 87
• 5.2.1 가시성 (visibility) 89
• 5.2.2 가시거리(visibility / m) 92
• 5.2.3 독성가스 95
• 5.2.4 시간에 따른 속도변화 97
• 5.2.5 시간에 따른 온도변화 99
• 5.3 직선거리 5 m 이상인 경우 FDS 결과 (초기소화) 101
• 5.3.1 가시성 (visibility) 102
• 5.3.2 가시거리(visibility / m) 105
• 5.3.3 독성가스 107
• 5.3.4 시간에 따른 속도변화 108
• 5.4 직선거리 5 m 이상인 경우 FDS 결과 (화재 지속) 109
• 5.4.1 가시성 (visibility) 109
• 5.4.2 가시거리(visibility / m) 111
• 5.4.3 독성가스 113
• 5.4.4 시간에 따른 속도 및 온도 변화 115
• 5.5 직선거리 5 m 미만인 경우와 직선거리 5 m 이상일 경우 FDS 결과 분석 117
• 5.5.1 가시성 (visibility) 117
• 5.5.2 가시거리(visibility / m) 119
• 제6장 결론 121
• References 127
• ABSTRACT 132