제연설비의 구조원리에 대한 내용입니다
제연설비의 구조원리
건축물의 초고층화는 재해에 대해 많은 취약접을 내포하고 였으며, 이에 대한 내책 또한
미약하다는 것은 2010 년에 발생한 부산 해운대 우신골드스위트 화재에서도 볼 수 였었다.
대부분의 건축물 화재에서는 화염의 열기에 의한 인명 피해보다는 연기에 의해 발생되는
인명 피해가 대부분이며, 이런 연기를 절저히 계어하는 제연설비가 설치되지 않았을 경우에
많은피해를야기할수였다.
연기의 이동을 계어하는 시스템은 크게 화재실의 연기를 계어하는 시스템과 피난 경로로의
연기 이동을 계어하는 시스템으로 크게 구분된다. 화재실의 연기를 계어하는 방법은 우리가
사용하는 공간에서 적극적으로 연기를 제어하여 연기의 확산을 방지하는 방법으로 거실제연
이라 말하고, 피난 경로로의 연기 제어방법은 거실에서 확산되어 나오는 연기에 대해 인접한
복도나 실 및 계단으로의 연기의 침입을 방지하는 시스템으로 특별피난계단의 계단실 및 부
속실 계연방법으로 구분된다.
화재실의 연기를 제어하는 시스템 및 피난 경로로의 연기 이동을 제어하는 시스템은 공학
적인 설계라기보다는 화재안전성능(기술)기준을 바탕으로 한 코드 위주의 설계로 많은 문제
점이 발생되고 있다. 그러므로 이에 대한 대책이 필요하며, 많은 실험과 Data 축적을 통하여
최적의 계연설비가 운영될 수 있도록 하여야 할 것이다.
연기의이동
연기의 이동은 앞에서 언급한 바와 같이 에너지의 차이에 의해 발생되는 흐름이며, 이런
에너지를 제어하지 않으면 건축물의 외부 또는 피난경로가 되는 인접된 실로 이동하게 되므로
이에 대한 대책이 필요하다. 건축물의 외부로 연기가 이동할 경우 수직적으로의 위험성이 증
대되며, 연기가 인접부로 이동할 경우 수평적으로 위험성은 증대 된다고 할 수 있다. 이런 연
기의 이동은 일반적으로 온도차에 의해 발생되는 부력, 열에너지에 의한 공기의 팽창, 내 · 외
부의 자연기류 및 강제기류에 의해서 일어나게 된다.
화재실과 비화재실과의 온도자에 의해 발생되는 부력
건축물의 수직관통부의 길이가 긴 경우 다른 공간에 비해 상승기류가 형성되는 경우가 많
은데 이는 건축물 내의 온도가 외부의 온도보다 높으므로 인해서 발생되는 정상굴뚝현상
(Normal Stack Effect) 이 발생하기 때문이며, 이와 반대로 외부의 온도가 내부의 온도보다
높은 경우에는 역방향 굴뚝현상(Reverse Stack Effect) 이 생기게 된다. 이 굴뚝효과는 내외
부의 압력자를 형성하여 연기의 이동을 시기게 되며, 내외부의 온도자 및 건물의 높이가 커
짐에 따라공기의 유동이 커짐을알수 있다.
구획된 화재실에서의 온도자에 의해 발생되는 부력
화재 시 발생되는 에너지로 인해 화재부 주위의 공기 밀도는 화재부 외부의 대기의 공기 밀
도에 비해 감소하며, 이로 인해 부력이 발생하게 된다. 이 부력의 차이는 화재에서 발생되
는방출에너지의 값이 커짐에 따라온도가상승하여 밀도차이는더 커지게 되며 방출되는
에너지가 줄어들 경우는 밀도 차이가 적어져 상승하는 공기의 속도는 줄어들 것으로 예상
해 볼수 였다. 그러므로화재부와대기 온도간의 온도자가클수록부력의 세기는 커지게
된다.
외부의 기류(Wind)와공기 이동의 영향
외부의 기류는 건축물의 높이가 증가함에 따라 증가하게 될 것이다. 밀폐도가 높은 건축물
의 경우에는 내부의 연기 이동에 미치는 영향이 적을 것이나, 밀폐도가 떨어지는 건축물이
나 개구부가 개방된 경우에는 건축물 내부의 연기 이동에 많은 영향을 미치게 될 것이다.
개구부가 바람과 마주보고 있는 경우에는 연기를 건물 전체로 학산시킬 수 있게 될 것이고,
반대의 경우에는 연기를 화재실로부터 배기시키는 역할도 할 것이다.
화재로 인해 발생되는 열팽창에 의한 영향
부력 외에 화재 시 발생되는 열에너지로 인해 공기 팽창이 일어나며, 개구부를 통해 압력이
낮은 곳을 통해 연기가 이동할 것이다. 공기의 팽창량은 열에너지의 크기에 비례하여 증가
될 것이며, 가연물의 종류에 따라 발생되는 열에너지의 값에 변화가 생기므로 열팽창에 의
한압력의 차이가상이할것이다.
건물 내의 공조쥐급시스템의 영향
최근 초고층 인텔리견트 빌딩의 경우 대용량의 HAVC(Heating, Ventilaion, Air Conditioning)
공기취급시스템을 가지고 였으며, 모두 덕트를 이용하여 시스템을 운용하게 된다.
화재감지에 의한 송풍기 정지로 초기에 연기 이동에만 제한적으로 영향을 줄 것으로 생각
되지만, 덕트 공간을 통해서 화재가 발생되지 않은 지 역으로도 굴뚝효과 및 부력 등으로 인
해 화염 및 연기가 확산될 가능성을 가지고 있다.
연기의 제어 및 관리 (Smoke control & management)
연기제어는 일반적으로 연기를 수동적으로 차단하는 구조물에 의한 제어와 기계적 (Fan)
을 이용하는 능동적 제어로 구분된다. 연기의 이동을 방지하기 위해서는 화재실과 인접실의
압력차를 두는 방법과 개방된 공간을 통해서 이동하는 연기의 이동을 제어하는 방연풍속으로
크게나눌수였다.
연기의 제어원리는 기본적으로 기류만으로 연기를 제어하는 것에 기본을 두며, 개구부가
없는 작은 누설틈새를 고려할 경우에만 자압의 개넘을 적용하게 되고, 제연설비 고려 시 기류
의 흐름과 자압에 대한 개념을 분리해서 적용하는 것이 합당할 것이다.
방연풍속(Air Flow)
이론적으로 기류를 이용해 임의의 공간을 통과하는 연기를 제어하는 경우는 제연공간의
출입문이나 복도의 경우에 한하며, 연기의 이동 방향에 반대되는 기류를 연기의 이동속도
보다높은속도로유지하여 연기의 이동을계어하는방법을사용하여야한다.