소규모 챔버 화재실험을 통한 화재시뮬레이션 오차평가 = An Evaluation of Fire Simulation Error according to Small Scale Chamber by Fire Experiments

국문 초록 (Abstract)

우리나라에서는 일정 규모 이상의 특정소방대상물의 경우 성능위주소방설계를 의무화하고 있다. 화재 안전성 평가에서 온도의 경우 인명 및 구조물의 안전평가에 있어 기준으로 활용되며 화재현상의 특성을 나타내는 대표적인 열적 물리량이다. 하지만 이는 화재 공간에서의 온도, 가연물의 열적 특성, 공간의 형태 등과 같은 다양한 외부환경에 의한 상호작용으로 인해 결정되기 때문에 정확한 측정 및 예측에 있어 현실적으로 어려움이 존재한다. 특히 화재 시뮬레이션에서 요구되는 수치적 입력 인자의 불확실성으로 예측 온도의 신뢰성 확보가 필요하다. 이러한 문제를 해결하기 위해 한호식(2017)은 비반응 유동장이 고려된 열적 환경을 FDS를 통해 모사하여 온도 예측 오차를 평가하였다. 실험 결과 동일한 환경에서 노출-비드 형 열전대의 측정 온도에 대한 실제 값이 FDS의 결괏값과 약 20%의 차이가 발생되는 것을 확인하였다. 하지만 이는 기체의 온도와 열유속 조건에서의 실험결괏값으로 높이에 따른 온도 차를 확인할 수 없다. 따라서 본 연구에서는 소규모 공간 내 화재로 인해 발생되는 온도의 높이 분포를 분석하고 화재 시뮬레이션과의 비교를 통해 예측 오차를 평가하고자 한다. 이를 위해 l: 1m * w: 1m * h: 2m의 실험 챔버를 구상하였다. 온도 분포에 대한 측정 방법은 화염의 직상부에서 발생되는 수직적 열기류에 의한 영향을 최소화하기 위해 약 0.7m를 이격하였으며, 해당 위치에서 0.1m씩 높이별로 열전대(K 타입)를 활용하여 측정하였다. 가연물의 경우 건축물에서 내장재 및 마감재로 흔히 사용되는 폴리우레탄폼(Poly-Urethane Foam)을 l: 0.1m * w: 0.1m * h: 0.1m로 진행하였다. FDS 또한 이와 동일한 환경을 모의하여 진행하였다. 이러한 방법으로 실물 실험과 화재 시뮬레이션의 결괏값을 비교⋅분석하여 온도에 대한 예측 오차에 대한 정량적 평가를 하고자 한다. 하지만 본 연구의 경우 소규모의 한정된 공간에서의 온도에 대한 예측오차를 나타내 다양한 환경에서의 모사에 있어 한계가 존재한다. 추후, 개구부 및 화재 실과 같은 다양한 공간에서의 실험을 계획 중이며, 화재에 의한 유체의 유동에 대한 심층적인 연구를 진행할 필요성이 있다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)