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기술의 정의
○ 화재모델링은 역학적 보존법칙과 경험적 자료에 근거한 화재의 성장, 환경 조건 등을 모사(Simulation)하여 구조물, 계통 및 기기 또는 인명안전에 미치 는 화재영향을 정량적으로 예측하는 기술
○ 결정론적 화재 위험도분석에서 화재모델링은 안전에 중요한 구조물, 계통 및 기기가 가상화재로부터 손상을 받지 않고 안전한지 여부를 분석하고 평 가하기 위해 사용됨.
○ 화재 확률론적안전성평가(Probabilistic Safety Assessment: PSA)에서 사용되 는 화재모델링은 화재로 인한 영향을 특성화(정량화를 위한 관계 변수 값을 제공)하여 모든 구조물, 계통 및 기기의 손상 가능성 등 전반적인 화재시나 리오 평가에 적용함.
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국내 기술개발 수준 및 현황
○ 국내에서 사용되고 있는 화재모델링 도구는 주로 미국에서 개발된 FDT (Fire Dynamic Tool), Zone 모델링 도구인 CFAST, CFD 기반의 FDS 등임. 화 재 모델링에 사용하고 있는 절차와 입력 데이터 역시 미국 NRC 등에서 개 발한 절차와 데이터를 사용하고 있음.
○ 국내 소방학계는 주로 FDS 검증에 대한 연구를 수행함.
○ 국내 산업계는 화재 모델링의 편의성 증대와 일관성 유지를 위한 연구를 수 행함.
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국외 기술개발 수준 및 현황
○ 화재모델링 관련 연구는 미국이 모델링 도구 개발과 검증, 모델링 시 사용 하는 입력 데이터 생산에 대한 연구를 활발히 수행하고 있음. 미국 원전들 은 화재 리스크가 원전 전체 리스크에 차지하는 비중이 높고, 화재모델링 결과가 화재 리스크에 영향을 크게 주어 화재 모델링에 관한 연구를 화재 실험과 결부하여 활발히 수행하고 있음.
○ 프랑스는 Zone Model 기반 뿐 아니라 CFD 기반의 화재 시뮬레이션 코드를 자체적으로 개발하여 활용하고 있음.
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미래동향 예측
○ 국내에서 산업계는 화재모델링 표준화 관련연구와 수출원전의 구조물 해석 을 위한 화재모델링 연구가 수행되고 있으나 화재모델링이 많이 사용되고 있는 분야는 화재 PSA 분야임. 화재 PSA 분야에서는 화재모델링 대상이 많 아 화재모델링을 편하게 하거나 적게 할 수 있는 기술과 화재모델링의 보수 성을 저감시킬 수 있는 기술개발이 요구됨. 또한 방화지역내의 고온 점화 원에 대해 벽체 내에 포설되어 있는 케이블의 영향평가를 위해서는 손쉽게 화재모델링과 열전달이 결합된 분석기술이 필요함.
○ 화재모델링의 검증과 불확실성 분석은 점차 확대 예상. 화재모델링 검증을 위해서는 화재 물성치 실험과 더불어 화재거동 등에 대한 실험이 지속적으 로 수행되어야할 것으로 판단. 또한 불확실성 분석 기술 발전을 위해서는 화재 거동에 대한 물리적 현상에 대해 적용되는 화재 모델링 도구의 모델 (유동 또는 연소 지배방정식 등)과 실험결과에서 얻어진 결과, 입력데이터 등을 고려한 불확실성 정량화 연구가 필요함.
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기술개발 수행체계
○ 화재모델링 기술은 화재 PSA를 포함한 화재관련 전 분야에서 공통적으로 중요하게 사용하기에 그 성격상 국내 산업계나 학계, 연구계 등이 계속 기 술발전을 위한 노력이 필요함.
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세부기술의 구성 및 주요 내용
4) 화재실험
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기술의 정의
○ 화재실험은 화재의 관찰을 통한 물리적 이해와 화재해석을 위한 점화원 방 출열 물성치, 성장과 전파, 화재 손상 데이터 등을 측정하여 화재해석 코드 와 화재시나리오의 검증을 위한 실증데이터 확보를 위하여 수행됨.
○ 화재실험은 대상의 특성과 주요 인자의 변화범위에 따라 다양한 결과를 보 여줄 수 있으므로 화재모델링 도구의 검증용으로 실험데이터를 활용하기 위해서는 통계적 의미가 있는 반복실험에 대한 데이터베이스의 구축이 필 요함.
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국내 기술개발 수준 및 현황
○ 국내 산업계는 인허가 문제를 해결하기 위해 주제어실 청정 소화제 방출 실 험을 수행함.
○ 국내 규제기관은 케이블의 난연성능 및 화재독성실험을 제한적으로 수행하 고 있음. 연구계는 케이블의 연소에 대한 소규모의 기초 실험을 수행하고 있음.
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국외 기술개발 수준 및 현황
○ 미국에서는 가동원전의 점화원에 대한 열방출율 실험과 케이블과 케이블 트레이 해석을 위한 실험 등을 수행했거나 수행 중이며, 전기회로의 특성
항목 주요 내용 개발대상 핵심 요소기술
Ÿ 화재 모델링
Ÿ 구조물 화재 영향평가 Ÿ 화재모델링 방법 및 절차 Ÿ 화재모델링 활용
Ÿ 구조물 화재 손상 기준 데이터 Ÿ 화재모델링 방법론개발
Ÿ 화재모델링 통합해석
파악을 위한 실험을 수행하고 있음.
○ OECD/NEA에서는 고에너지아크(HEAF) 실험과 실물 화재거동 실험인 PRISME을 수행하고 있음. 국내 원자력 유관기관들은 이들 국제공동연구에 참여하고 있음.
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미래동향 예측
○ 화재 물성치와 화재거동에 대한 실험은 화재 리스크 저감을 위해 국내외적 으로 계속 수행될 것으로 예상됨.
○ 최근 원전에서도 디지털기기의 사용이 확대됨에 따라 디지털 기기 및 케이 블 등에 대한 실험 요구가 증대되고 있음.
○ 화재 생성물인 연기 등으로 인한 기기 손상 및 모델링과 연계된 실험이 증 대될 것으로 예상됨.
○ 국내 화재방호 현안 해결을 위한 실험이 수행될 것으로 예상됨.
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기술개발 수행체계
○ 화재실험은 많은 비용과 시간이 소요되므로 국제적으로 수행되고 있는 화 재실험에 국내 원전기관이 합동으로 적극 참여할 필요성이 있음.
○ 국내 원전의 화재 물성치가 미국 원전의 화재 물성치와 대등함을 확인할 필 요가 있으며 특히 디지털 기기에 대한 화재 물성치 확보에 대한 연구가 필 요함.
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세부기술의 구성 및 주요 내용
항목 주요 내용 개발대상 핵심 요소기술
Ÿ 화재 실험
Ÿ 국내 고유 화재물성치 실험
Ÿ 화재 생성물 기기 손상
Ÿ 국내 원전 고유 화재물성치 실험 Ÿ 화재 생성물 기기 손상 실험 (기준/
해석기술)