급기가압제연 실무 개요

(계산지침 및 TAB 대책에 대하여)

2013.  4.  29

소방기술사회

김진수

제연관련 업무추진 계획

계산 지침 작성

급기가압시스템의 풍량계산에서 준용할 권위있는 기준이 없으므로 제연부문위원회 주도로 계산지침을 작성하고 계산사례를 제시하여 설계의 합리화 및 표준화를 도모하며, 소방방재청으로부터 계산방법에 대한 기술기준으로 인정받아 소방기술기준의 민간주도 시발점이 되도록 함.

아파트 평면구조 자료 모음

화재 시나리오 수립

아파트의 특성별, 화재 시나리오별 고려조건 정립

사례별 계산방법 제안

제연시방서 작성

제연설비 공사에 준용할 시방서가 없으므로 제연시방서를 작성하여 설계, 공사 및 검사에 사용토록 하고, 이를 바탕으로 소방시설 공사시방서를 정립하여 나갈 것임.

T.A.B 추진

초고층 건물의 제연풍량과 차압의 조절은 공사 준공단계에서 현장 해결이 어려워 착공 전 설계검토가 중요하며 준공단계에서 검사 또한 쉽지 않아 T.A.B를 반드시 하도록 화재안전기준에도 명시하였으나, T.A.B를 수행할 자원이 확보되지 않고 T.A.B 기준 역시 정립되지 않았으므로 T.A.B 기술기준, 업무수행기준, 교육 등에 대한 규정을 마련하고 실행해 나갈 것임.

준비 : 제연부문위원회에 T.A.B 추진 소위원회 설치, T.A.B 추진 T.F 담당

T.A.B 시행규정 마련 (T.A.B 수행주체 인정기준 및 절차, 업무수행 지침, T.A.B 교육 계획 등)

T.A.B 기술기준 및 절차서 작성.

T.A.B 교육교재 작성.

장기적 과제

제연 관련 자재 인증 : 우선적으로 댐퍼류에 대해 연내 인증체계 구축하고, 이를 바탕으로 소방 기자재에 대한 소방기술사회의 인증 범위를 넓혀 나갈 것임.

급기가압 제연 개요

제연설비의 용도에 따른 분류

거실제연 : 화재로 인해 발생하는 연기를 전량 배출하여 거실에 피난가능한   환경을 오래 유지하는 목적(시간 지연)

비상통로제연 : 피난계단실, 비상용 승강기 승강로로 연기가 들어가지 않게 하는 목적(철저 배제)

급기가압제연의 기능은

주된 기능

피난경로 보호(부속실, 계단실)

비상용 승강기 보호(승강로에 연기 침투 방지)

※급기가압의 본질은 차압을 이용한 연기침투 방지이다.

부수조건 1

다만 피난을 위해 일시적으로 화재구역의 출입문이 열리는 경우 연기가 피난경로로 따라 나오지 않도록 부수적인 고려를 하는 것이 방연풍속의 취지

방연풍속 0.5~0.7 m/s ; BS 5588-P4, 1997년판 기준

현재 BS/EN 12101-6(2005년판)의 기준은 0.75 m/s

그러므로 급기가압제연의 주된 성격은 화재초기의 피난설비

부수조건 2

비상용 승강기는 원래 소방대용이므로 화재 최성기에도 사용할 수 있으며,  이러한 경우에는 소화활동설비가 될 수 있다.

소화활동설비로서 화재 최성기의 연기역류방지기능을 갖기 위해서는 2 m/s 이상의 방연풍속이 필요하다.

EN 규정에서는 소방대용 샤프트의 방연풍속을 2 m/s 이상으로 하고 있으나, NFPA에서는1.02 m/s 이상의 풍속은 화세를 조장하므로 권장하지 않는다.

현재 국가화재안전기준 501A의 제연설비는 방연풍속이 작아 소화활동설비가 아닌 피난시설이지만, 국내에도 소방대용 샤프트에 2 m/s 이상의 방연풍속을 적용하는 사례가 있다.

차압 조건

하한 : 스프링클러가 있으면 12.5 Pa 이상 : NFPA 92 기준

스프링클러가 없으면 40 Pa 이상 : BS/EN 12101-6 기준

상한 : 출입문 개방에 필요한 힘이 110 N 이하가 되는 압력

(보통 크기의 출입문과 KS 도어클로저에 대해 대략 80 Pa 이하)

※ KS 기준에 어긋나는 특별한 구조의 도어클로저는 평시 사용성이 열악하므로 사용하지 말아야 한다.

가압제연시스템의 본질은 비상통로의 보호

IBC 코드 : 계단실, 승강로에 적정 차압이 형성된다면 부속실,  승강장의 구획이 필요없다.(방연풍속 제한은 없음)

국내 가압제연시스템의 현실은 부속실 보호

건축법상 특별피난계단의 부속실 필수

부속실 단독 가압이 주류 : 자동차압조절댐퍼 필수

국내 가압제연시스템의 문제점

현실

방연풍속의 문제

- 직통계단식 2세대형 아파트에는 유입공기의 옥내배출구 면제 : 방연풍속을 규정하면서도 방연풍속의 형성은 불가능하게 하는 모순

- 직통계단식 아파트 출입문에 방연풍속 형성이 안 되어 피난개방 시 비상용승강기 승강장으로 연기가 밀려 나올 경우 승강로로 연기를 밀어 넣게 됨

차압의 문제

자동차압조절댐퍼의 기계적 한계 : 과압형성 불가피(과압배출장치 면제 규정 개정 예정)

해결 방법

유입공기 배출구 설치 : 2세대형에는 평면구조상 어려움

계단실, 승강로 가압 적용 : 부속실에서 과압배출, 계단실 및 승강로 보호

장기적 해결과제 : 연돌현상(Stack effect)

온한대 지방에서 혹한기에 강하게 발생, 초고층에 특히 심각한 영향

기후에 따라 차압의 크기가 달라지며, 심한 경우에는 역차압 발생 가능

초고층 피난층의 계단실 문 개폐와 승강기 문 개폐에 심각한 영향

외피의 기밀화로 차단이 가능하여 평시 사용상 불편은 잘 느끼지 못하지만,   비상시에는 피난과 소방대의 진입을 위하여 피난층 외피를 개방해야 하므로 심각한 장애 발생 가능

혹한기와 혹서기의 극심한 차압 변화에 대응할 수 있는 방법이 필요함.

제연 차압에 대한 NFPA 기준

NFPA 92, A.4.4.2.1.1

연기 차단을 위해 설계된 제연시스템은 있을 수 있는 연돌효과와 바람의 조건 하에서 최소차압을 유지하도록 설계되어야 한다. 제연시스템에 의해 조성되는 차압은 바람, 송풍기의 맥동, 문의 여닫힘 및 여타 요소들에 의해 요동하는 경향이 있다. 제시된 최소설계차압으로부터 단시간의 이탈은 제연시스템의 방연기능에 큰 영향을 미치지 않는다. 이러한 이탈에 대해 명확한 허용값은 없으며, 문과 구조체의 기밀성 연기의 독성, 기류의 양, 공간 체적에 따라 좌우된다. 제시된 최소설계차압으로부터 50% 정도의 간헐적 이탈은 대부분의 경우 허용되는 것으로 본다.

표 4.4.2.1.1

건물 타입	천장고 (m)	설계 차압 (Pa)
스프링클러 있음	모든 경우	12.5
스프링클러 없음	2.74 m	25
	4.57 m	35
	6.4 m	45

Notes; (1) 이 표의 최소설계차압은 제연경계 너머 가스온도가 1700℉(927℃=1200K)인 경우에 대한 차압을 나타낸다.

(2) 설계목적상 제연시스템은 바람이나 연돌효과를 고려한 특정 설계조건 하에서 이 최소차압을 유지하여야 한다.

* 층별가압시스템(zoned smoke control system)에서는 화재층과 인접층 사이에서 차압을 측정하여야 한다.

이것은 방연풍속문제와 함께 옥내배출시설을 강화함으로써 해결 가능

스프링클러 없는 공간에 대한 표 4.4.2.1.1의 최소설계차압은 고온가스의 부력에 압도당하지 않는 값이다.  스프링클러 없는 공간에 대한 표 4.4.2.1.1 의 값을 구하는 방법은 다음과 같다. 고온가스의 부력에 따른 차압은 다음 식으로 계산된다.

[eqn: DELTA P``=`3460 LEFT [ {1} over {T _{O}} - {1} over {T _{F}} RIGHT ] h]

여기서 [eqn: DELTA P] = 고온 가스의 부력에 다른 차압 (Pa)

[eqn: T _{O}]  = 주변의 절대온도(K)

[eqn: T _{F}]  = 고온가스의 절대온도(K)

[eqn: h]   = 중성면으로부터 상부로의 이격거리(m)

중성면은 화재 공간과 주변공간 사이에서 양쪽 공간 사이의 차압이 “0”이 되는 수평면이다.

표 4.4.2.1.1에서 [eqn: h]는 바닥에서 천장까지 높이의 2/3로 보수적으로 잡았으며, 주변의 온도는 70℉(20℃=293 K), 고온가스의 온도는 1700℉(927℃=1200K), 그리고 안전값은 7.5 Pa로 잡았다.

예를 들면, 천장고 12ft(3.66m)에 대한 최소설계차압은 다음과 같이 계산한다.

[eqn: T _{O}] = 293 K

[eqn: T _{F}] = 1200 K

[eqn: h] = [eqn: (3.66) LEFT ( {2} over {3} RIGHT )] = 2.44 m

앞의 식에서 [eqn: DELTA P] = 21.8 Pa이 되고, 안전값 7.5 Pa을 더하면 최소설계차압은 약 30 Pa이 된다.