국내 랙크식 창고의 화재감지 및 소화시스템 최적화 방안에 관한 연구

국문 초록 (Abstract)

현대사회에서 소비자의 구매형태가 다양해지고, 신속하고 정확한 배송을 요구함에 따라 물품의 효율적인 보관과 관리 그리고 배송의 중요성이 강조되고 있다. 최근 이러한 수요자의 구매 욕구를 충족시키기 위하여 물류창고의 중요성이 대두되고 있으며, 이러한 시대적인 흐름에 따라 소비자 수요의 과반수를 차지하고 있는 수도권을 중심으로 물류창고의 수가 급속히 증가하고 있다. 현대의 물류창고는 대부분 물품을 효율적으로 적재하고 신속하게 이동시킬 수 있는 랙크(rack)식 창고의 형태로 건축되고 있다. 랙크식 창고는 물품을 수평으로 적재하는 일반 창고와는 다르게 물품을 수직으로 조밀하게 적재하고 보관하는 창고로써 인구밀도가 높은 국내의 여건에 비교적 효율적인 건축물이라 할 수 있다. 이러한 랙크식 창고는 물품을 수직으로 적재하는 구조적 특성상 창고의 바닥부분에서 화재가 발생하는 경우 적재된 물품이 연기와 열기의 확산을 차단하여 천장에 설치된 화재감지기로 화재의 조기감지가 어렵다. 또한 적재된 물품의 종류가 많고, 화재하중이 다른 용도의 건축물에 비해 높으며, 적재된 물품들 사이에 형성된 송기공간(Flue)으로 공기의 유입이 자유롭기 때문에 화재발생 시 수직으로 연소가 빠르게 확대되는 특징이 있다. 이러한 특징으로 인해 랙크식 창고에서 화재가 발생되면 창고 내에 설치된 소화설비로 화재를 진압하지 못할 뿐만 아니라 화재로 인하여 건물이 붕괴되는 상태에 도달하기도 한다. 이러한 이유로 랙크식 창고는 화재에 매우 취약한 상태이지만 현재까지 랙크식 창고에 대한 화재의 조기감지와 소화설비 개선에 관한 실험적 연구와 기술개발은 미흡한 실정이다.
이에 본 연구에서 랙크식 창고에서 화재 조기감지를 위한 최적 화재감지기 설치조건을 도출하기 위하여 국내의 랙크식 창고에 설치되는 랙크와 유사한 실규모 랙크 구조물을 구축하고, 랙크 구조물에 FM Global에서 규정하고 있는 표준가연물 중 CEP(Cartoned Expanded Plastics) 모델가연물을 적재한 상태에서 물류창고 화재 시 발생될 수 있는 열과 연기의 유동실험을 수행하였다. 상기 열·연기 유동실험을 통하여 정온식 감지기는 랙크식 창고에 적응성이 낮은 것을 확인하였고, 랙크식 창고 내에서 화재의 조기감지를 위하여 열·연기 복합형 감지기를 3개단 이내마다 설치할 필요가 있음을 확인하였다. 또한 랙크식 창고 내에서 스프링클러헤드의 최적 설치조건을 도출하기 위하여 1단과 3단 랙크 구조물에 CEP 모델가연물을 적재한 상태에서 인랙 스프링클러헤드에 의한 소화실험을 수행하였다. 소화실험을 통해 CEP 모델가연물과 같이 화재하중이 높은 가연물의 소화를 위하여 방출계수 K-115 이상의 스프링클러헤드를 가연물의 대각선 모서리 상단에 2개 이상 설치해야 하며, 랙크의 구조물이 2단 이상인 경우 스프링클러헤드를 각 단마다 설치해야 함을 확인하였다. 더불어 실규모 실험에서 도출된 실험결과를 수치해석 프로그램인 FDS(Fire Dynamics Simulator)를 이용한 화재시뮬레이션과 비교하여 수치해석 결과의 타당성을 검증하고자 하였다. 하지만 실제 랙크식 창고는 본 연구에서 수행한 실규모 실험의 규모에 비해 매우 크고, 가연물 또한 다양하며, 복합한 구조로 적재되어 있어 실제 랙크식 창고의 화재는 실험의 화재형상과 상이할 것으로 생각된다. 따라서 화재시뮬레이션을 이용하여 보다 명확한 랙크식 창고의 화재해석을 위하여 실제 규모의 랙크식 창고를 모델링한 후 가연물의 종류, 랙크의 설치 조건 그리고 스프링클러헤드의 설치조건 등을 변수로 하여 보다 정밀한 해석이 필요하다.
본 연구의 실규모 화재실험과 FDS를 이용한 시뮬레이션 검증을 통해 도출된 결과물이 국내 랙크식 창고의 화재감지설비와 소화설비의 화재안전기준 및 최적 설계를 위한 귀중한 자료로 활용되기를 바란다.

목차 (Table of Contents)

• 국문요약 ⅰ
• 제1장 서 론 1
• 제1절 연구의 배경과 목적 1
• 제2절 연구의 범위와 방법 2
• 제3절 랙크식 창고 화재관련 연구 동향 3
• 제2장 랙크식 물류창고의 특성 6
• 제1절 물류창고의 정의 및 현황 6
• 2.1.1. 물류창고의 정의 6
• 2.1.2. 물류창고의 형태 7
• 2.1.3. 물류창고의 현황 8
• 2.1.4. 물류창고의 화재현황 14
• 제2절 랙크식 창고의 구조 및 화재 특성 20
• 2.2.1. 랙크식 창고의 구조적 특성 20
• 2.2.2. 랙크식 창고의 화재 특성 22
• 제3절 화재사례 분석 27
• 2.3.1. 아모레퍼시픽 화재 27
• 2.3.2. 한국타이어 화재 29
• 제4절 국내·외 물류창고 관련 규정 비교 분석 30
• 2.4.1. 국내 30
• 2.4.2. 일본 40
• 2.4.3. 미국 43
• 제3장 랙크식 창고 화재실험 45
• 제1절 개요 45
• 제2절 장치 및 방법 46
• 3.2.1. 화재 감지실험 46
• 3.2.2. 화재실험 51
• 제3절 실험 결과 61
• 3.3.1. 화재 감지실험 61
• 3.3.1.1. 연기 유동실험 61
• 3.3.1.2. 열 유동실험 67
• 3.3.2. 화재실험 73
• 3.3.2.1. 가연물 연소특성실험 73
• 3.3.2.2. 1단 랙크 화재실험 76
• 3.3.2.3. 3단 랙크 화재실험 81
• 제4절 분석 및 고찰 87
• 3.4.1. 화재 감지실험 87
• 3.4.2. 화재실험 88
• 제4장 FDS를 이용한 랙크식 창고 화재해석 90
• 제1절 화재시뮬레이션 개요 및 설정 90
• 4.1.1. 전산프로그램 개요 90
• 4.1.2. 가연물 특성 91
• 4.1.3. 격자 민감도시뮬레이션 94
• 4.1.4. 시나리오 및 입력조건 설정 101
• 제2절 화재시뮬레이션 결과 113
• 4.2.1. 화재감지 시뮬레이션 113
• 4.2.1.1. 연기감지 시뮬레이션 113
• 4.2.1.2. 열감지 시뮬레이션 119
• 4.2.2. 화재시뮬레이션 123
• 4.2.2.1. 1단 랙크 시뮬레이션 123
• 4.2.2.1.1. Case 1 123
• 4.2.2.1.2. Case 2 127
• 4.2.2.1.3. Case 3 130
• 4.2.2.1.4. Case 4 133
• 4.2.2.2. 6단 랙크 시뮬레이션 137
• 4.2.2.2.1. Case 1 137
• 4.2.2.2.2. Case 2 145
• 제3절 분석 및 고찰 153
• 4.3.1. 격자 민감도시뮬레이션 153
• 4.3.2. 화재감지 시뮬레이션 154
• 4.3.3. 화재시뮬레이션 155
• 제5장 랙크식 창고의 개선방안 158
• 제1절 화재 조기감지 158
• 5.1.1. 랙크의 3개단마다 열·연기 복합형 감지기 설치 158
• 5.1.2. 랙크식 창고에 정온식 감지기 적응성 부족 159
• 제2절 소화성능 최적화 159
• 5.2.1. 방출계수 K-115 이상의 스프링클러헤드 설치 의무화 159
• 5.2.2. 스프링클러헤드 설치 위치 구체화 160
• 제6장 결론 161
• 참고문헌 162
• Abstract 164

참고문헌 (Reference)

1. 물류관리론, 김선민, ” 도서출판 청람, , 2011

2. 물류의 이해, 추장엽, ” 도서출판 두남, , 2012

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7. “래크식 창고 수직연소확대 거동에 관한 실험 연구.”, 김우창, 경기대학교 박사학위논 문, , 2016

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9. “필로티 구조 도시형생활주택의 화재 특성에 관한 연구.”, 최승복, 가천대학교 박사학위 논문, , 2018

10. FDS를 이용한 지하철 객실 화재 시 승강장 제연조건의 적정성 평가, 김기성, 한국화재소방학회 논문지, 제27권 제5호 pp. 8-14, , 2013

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12. 차양 설치 형태에 따른 EPS 외장재 수직 화염전파 특성에 관한 연구., 김영철, 서울과학기술대학교 박사학위논문, , 2019

13. “통계적 액적군집수에 따른 스프링클러 분무해석의 민감도 에 관한 연구, 김성찬, ” 한국화재소방학회 논문지, 23권 1호, pp. 48-54, , 2009

14. “랙크식 자동창고의 화재대응성 증가를 위한 소방시설 적용에 대한 연 구”, 이유식, 부산대학교 석사학위논문, , 2013