냉장·냉동창고 내 스프링클러시스템 및 공기흡입형 감지기의 실증적 성능평가 연구 = A Study on the Empirical Performance Evaluation of Sprinkler Systems and Aspirating Smoke Detectors in Refrigerated Warehouse

국문 초록 (Abstract)

냉장·냉동창고 내 스프링클러시스템 및 공기흡입형 감지기의 실증적 성능평가 연구 이 종 규 가천대학교 일반대학원 설비·소방공학과 지도교수 민 세 홍 국가화재정보시스템(NFDS) 통계에 따르면, 냉장·냉동창고의 화재는 매년 약 80건 이상 꾸준히 발생하고 있다. 그러나 창고의 대형화, 복합 화, 지하화에 따라 피난이 어려워지고, 단열재 사용으로 인한 급격한 화재 확산으로 대형 인명 및 재산 피해가 발생하고 있다. 그럼에도 불 구하고, 스프링클러설비의 화재안전기술기준(NFTC 103) 및 자동화재탐 지설비 및 시각경보장치의 화재안전기술기준(NFTC 203)에서는 수계 소 화설비의 동결, 결로로 인한 비화재보, 유지관리의 어려움 등을 이유로 냉장·냉동창고 내 스프링클러설비 및 감지기 설치 제외를 허용하고 있 어, 화재 발생 시 신속한 대응이 어려운 상황이다. 반면, 국외 화재안전기준(NFPA 13, NFPA 72, FM Global 등)에서는 냉 장·냉동창고에 소방설비 설치를 의무화하고 있으며, 소화설비로는 준 비작동식 스프링클러, 감지설비로는 공기흡입형 감지기 설치를 제안하 고 있다. 또한, 설치 방법, 동결방지대책, 유지관리 방안을 명확히 규정 하고 있어 보다 체계적인 대응이 가능하다. 이에 본 연구는 국외 화재안전기준에서 제안하는 준비작동식 스프링 클러설비와 공기흡입형 감지기의 냉장·냉동창고 적용 가능성과 효과 성, 발생 가능한 문제점을 분석하기 위해 6건의 성능평가 시나리오(소 화 3건, 감지 3건)를 개발하였다. 신뢰성 있는 화재 대응 방안 도출을 위해 실제 냉장·냉동창고를 재현한 성능검증장에 화재대응시스템을 설치하고, 성능평가 실험, FDS 기반 화재 시뮬레이션, 현장 분석을 통 해 성능을 검증하였다. 소화 분야에서는 2차측 배관 내 소화수 동결 시간을 측정하여 준비작 동식 스프링클러 적용 시 최소 방출 가능 시간을 확인하였으며, 15분 이내 방출되지 않으면 소화 효과가 상실됨을 확인하였다. 이에 감지기 및 헤드 작동 조건이 모두 충족돼야 방출되는 더블인터락 시스템 적용 을 제안하였다. 또한, 응축수 및 결빙 주요 발생 지점이 벽체 관통부임 을 확인하고, 분리형 배관을 적용해 결빙 최소화 방안을 도출하였다. 화재 시뮬레이션을 통해 창고 유형별 스프링클러 헤드 작동 시간 차이 를 분석한 결과, 조기 반응형 헤드가 저온 환경에 적합함을 검증하고 이에 따른 개선 방안을 제시하였다. 감지 분야에서는 –20 ℃ 환경에 48시간 노출 후 5종 감지기(열, 연기, 불꽃, 광전식 분리형, 공기흡입형)를 실험한 결과, 공기흡입형 감지기가 가장 적합함을 확인하고 설치 당위성을 확보하였다. 또한, 저온 환경에 서의 민감도 저하를 정량적으로 확인하고 최적화된 민감도 설정 방안을 제시하였다. 샘플링 파이프의 변형 문제 해결을 위해 PVC와 스테인리 스 배관의 변형 정도를 비교하고, 효과적인 배관 재질 및 지지대 설치 방법을 도출하였다. 본 연구는 성능검증장 실험, 화재 시뮬레이션, 현장 검증을 통한 종합 적 성능평가를 통해 기존 연구보다 높은 신뢰성의 데이터를 확보하였으 며, 냉장·냉동창고에 적합한 소방설비 적용 및 유지관리 개선 방안을 구체적으로 제시하고, 이를 토대로 국내 화재안전기술기준의 개정 방향 을 제안하였다는 점에서 학문적·실무적 의의가 크다. 이러한 연구 결과는 향후 화재 안전 기준 개정과 소방설비 설치·운 영 방안 개선을 위한 기초 자료로 활용될 수 있으며, 연구에서 도출된 화재대응시스템을 실제 현장에 적용할 경우, 냉장·냉동창고에서 반복 적으로 발생하는 초기 소화 지연, 소화수 동결, 감지기 오작동 등의 문 제를 효과적으로 해결할 수 있을 것이다. 이를 통해 물류 환경의 화재 대응 체계를 강화하고, 인명 및 재산 피해를 실질적으로 저감하는 데 기여할 수 있을 것으로 확신한다.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서 론 1
• 1.1 연구 배경 및 목적 1
• 1.2 연구 내용 및 방법 4
• 제2장 냉장·냉동창고의 화재 현황 및 위험성 6
• 2.1 냉장·냉동창고 화재 현황 6
• 2.2 냉장·냉동창고의 화재 위험성 9
• 2.2.1 냉장·냉동창고 화재 사례 9
• 2.2.2 발화 위험 요인 분석 11
• 2.2.3 화재 피해 확대 요인 분석 14
• 2.3 냉장·냉동창고의 화재안전기준 분석 17
• 2.3.1 국내 화재안전기준 분석 17
• 2.3.2 국외 화재안전기준 분석 21
• 제3장 화재대응시스템의 성능평가 시나리오 개발 27
• 3.1 화재대응시스템 선정 27
• 3.2 냉장·냉동창고 내 화재대응시스템 작동 특성 분석 29
• 3.2.1 스프링클러설비의 작동 특성 29
• 2.3.2 공기흡입형 감지기의 작동 특성 32
• 3.3 스프링클러설비의 성능평가 시나리오 선정 35
• 3.4 공기흡입형 감지기의 성능평가 시나리오 선정 37
• 제4장 성능평가 수행 및 결과 39
• 4.1 성능검증장 구축 39
• 4.1.1 성능검증장 구축 39
• 4.1.2 소화분야 화재대응시스템 구축 41
• 4.1.3 감지분야 화재대응시스템 구축 45
• 4.2 소화분야 성능평가 수행 및 결과 50
• 4.2.1 2차측 배관 내 소화수 동결 시간 확인 50
• 4.2.2 냉장·냉동창고 내 응축수 및 결빙 발생 분석 59
• 4.2.3 냉장·냉동창고 내 스프링클러 헤드 작동 특성 분석 65
• 4.3 감지분야 성능평가 수행 및 결과 76
• 4.3.1 냉장·냉동창고 내 감지기 적응성 분석 76
• 4.3.2 온도 조건에 따른 감지기 화재 민감도 평가 82
• 4.3.3 공기흡입형 감지기 공기흡입관의 늘어짐 현상 분석 86
• 제5장 냉장·냉동창고의 화재 안전성 증대 방안 90
• 5.1 스프링클러시스템의 개선 방안 90
• 5.2 화재 감지시스템의 개선 방안 93
• 5.3 국내 화재안전기술기준 개정안 제언 96
• 5.3.1 조문대비표 96
• 5.3.2 기대효과 101
• 제6장 결 론 103
• References 106
• ABSTRACT 109