Design for Pressurizing System about Vestibule by Stack Effect & Engineering Analysis - Focused on Case Study -

굴뚝효과와 공학적분석에 의한 부속실 가압시스템 설계 - 사례를 중심으로 -

Design for Pressurizing System about Vestibule by Stack Effect

& Engineering Analysis

- Focused on Case Study -

김용광

^†

Yong-Kwang Kim

^†

서한컨설탄트

(

주

)

(2009. 7. 14.

접수

/2009. 8. 7.

채택

)

요 약

화재안전기준

NFSC 501A

^{에의하면몇가지제연구역선정방법이있지만}

,

^{특별피난계단부속실만을단}

독으로제연하는경우가보편화되고있다

.

그러나여기에는상당한문제점이있다

.

저자의책임감리현장 도다른많은유사현장과같이부속실만단독제연하는것으로설계되어있다

.

그설계내용에서몇가지 문제점을도출하고

,

^{이를해소하기위한대안으로굴뚝효과를고려한공학적분석방법에의한}

“

^계단실및

그부속실을동시에제연하는것

”

^{으로설계변경하는것이가장적합하다는결론을얻었다}

.

ABSTRACT

We are generally applicate smoke control only vestibule about special escape staircase, it is one of some smoke control model of NFSC 501A. But there are some point at issue in this system. The smoke control system on supervision field of writer is smoke control only vestibule same as the other resemble field. Writer studied in the concrete to find a solution at this issue, and derived a conclusion the most reasonable system on the field is “same time smoke control for staircase and vestibule” by the engineering analysis considering stack effect.

Key words :

Smoke control, Vestibule, Staircase, Engineering analysis

1. 서 론

건축물의 특별피난계단에는 화재안전기준

501A

^에

의한 제연설비를설치하도록규정하고 있다

.

이를적 용하는현장을살펴보면많은현장이건축허가및준 공검사를 위한요건 갖추기 수준으로 적용되고 있는 실정이다

.

^{이는 제연이론정립이부족한상태에서 설}

치기준이 만들어졌고 이해도가 부족한 우리는 법규 준수에급급할수밖에없었던때문이라고말할수있 다

.

그러다보니 가장 비용이 적은 간단한 방법이 선 호되었고

,

^{따라서제연설비에 대한신뢰도는 아주낮}

아졌다

.

저자가책임감리하고있는현장에도가장선호되고 있는방법인

‘

부속실만단독으로제연하는것

’

으로설 계되어 있다

.

^{이제 이제연설비의 신뢰성을 확보하기}

위하여그설계내용에서문제점을도출하고대안을검 토해보고자한다

.

2. 검토대상 건축물

서론에서언급한바와같이다른현장에서도특별피 난계단제연설비에대해유사한문제점을가지고있다

.

본논문에서는저자가 담당하는현장을그예로 인용 한다

.

대상 현장은 대구에 위치하며

,

여러 개의 주동 중하나의동

(

^이하

“

^{사례 건축물}

”

^{이라 한다}

)

^에대하여

검토한다

.

†

E-mail: [email protected]

사례건축물은

Figure 1

^{에보인바와같이지하}

2

^층

지상

34

층으로서지하층은 주차장

, 1~3

층은상업·업

무용

, 4~34

^{층은주거용 아파트로 구성되어있는 주상}

복합건축물로서전층에스프링클러설비가설치되어있다

.

아파트에서특별피난계단을이용한피난행동은

, 5~34

층

(4

층은부속실이없음

)

의각세대및

B1

·

B2

층

(

주차 장

)

에서진입하여

1

층·

4

층인 피난층및옥상

(35

층

)

으

로피난하는구조이다

.

즉

, 1~3

층상업·업무용시설에

서는 아파트 특별피난계단으로진입로가없는 구조로 서본검토의특별피난계단 이용이없는층이다

.

아파

트부분은

4~27

^{층은 층당}

3

^세대

, 28~34

^{층은 층당}

2

^세

대가배치되어총

86

세대가있다

.

3. 현재 설계에 대한 문제점 파악

3.1현재의설계내용

사례 건축물의 특별피난계단 제연설비설계는 다른 대부분의고층공동주택과같이

‘

부속실만단독으로제 연하는 것

’

으로 되어있다

.

급기량 중누설량은관련화재안전기준에서 규정한 방법에 의하여 누설면적을계산한 후

,

이를구

(

舊

)

고 시에있었던공식

(1)

¹⁾에대입하여계산하여그결과는

9.94m

³

/sec

이었다

.

여기서차압

P

는

50Pa

를적용하였다

.

QL

=

K

× [(

N −

1) ×

Al

×

A'l

+

N

×

AF

+

AT

]

QL = × P

^1/2

× 1.25 (1)

또한보충량은구

(

舊

)

고시에있었던공식

(2)

에의해

계산하여그결과는

0.25m

³

/sec

이었다

.

(2)

송풍기용량은 위누설량및보충량의합에여유치

20%

^를가산한

12.2m

³

/sec

^이다

.

그리고계단실과 부속실에는 수동으로조작되는창 문이다수설계되어있다

.

3.2문제점파악

현재의설계내용에서문제점을살펴본다

.

첫째

,

^{급기량 계산에 굴뚝효과가 반영되어있지 않}

았다

.

계단실 및 승강로와같은 수직샤프트는 겨울철 및여름철에 굴뚝효과에의해높이에 따라서로 다른 기압이 형성되는데

,

누설량 및 보충량은 이를 고려하 여계산하는 것이합리적이다

.

^{2) 구고시의 공식은 이}

를고려하지않은공식이다

.

누설량계산과정을살펴보면공식

(1)

^{에부속실과거}

실과의차압

P

를일률적으로

50Pa

로적용하였다

.

굴뚝 효과를 고려하면 이 차압은 많은 층에서 급기댐퍼의 설정차압보다 높아진다

.

차압

50Pa

는평균차압³⁾의개 념이라면 상당한 타당성이있으나 관련화재안전기준 제

6

조의최소허용차압으로적용하였으므로전층이스 프링클러가설치된 사례건축물에서는 과한것이다

.

이 값으로 부속실 자동차압·과압조절형 급기댐퍼 를설정한다면굴뚝효과에 의한누설량은더클것이 며굴뚝효과의영향이큰부속실에는과압을야기하게 될것이다

.

둘째

,

보충량 계산공식

(2)

는화재안전기준 제

4

조제

2

^{호에서규정한피난을위해거실및계단실출입문이}

동시에개방되는부속실

(

이하

“

개방부속실

”

이라한다

)

의압력이 영

(zero)

^{으로된다는 가정하에서 만들어진}

공식이다

.

즉

,

공식의마이너스

(

−

)

부호뒷부분의 의미 는 개방부속실은 거실방향 및 계단실 방향의 출입문 각

1

개가 모두열려대기압상태가 되어가압되어있 던 비개방부속실의 공기가 계단실 및 승강로를 따라 개방부속실로유입하여그것이방연풍량에보태진다는 것이다

.

^{4)그러나개방부속실의기압은화재실기압이}

상이될수있어야한다고 보아야차압을 이용하는제 연의개념에부합할것이다

.

^{또한그유입은지속성이}

없을것이며

,

거실출입문만개방되는때에는기대할수 없다

.

셋째

,

보충량 계산에서피난층의 외부로 향하는 계 단실출입문의개방이반영⁵⁾되어있지않았다

.

^피난이

던소화활동이던 계단실의피난층출입문 한개의적 당한개방은고려하는것이합리적일것이다

.

Q

D

= S V --- 0.3

^{× −}

K

^×[……]×

P

^1/2×

1.25

Figure 1.

Building structural drawing.

넷째

,

제연구역에수동으로조작되는창문이 있는데 화재시에열려있을가능성이있어제연설비의정상적 인역할을기대하기어렵다

.

4. 공학적 분석 방법에 의한 급기량 계산

이상의 문제점에대한대안을찾기 위하여먼저급 기량계산을굴뚝효과를고려한공학적분석방법에의 하여계산해본다

.

⁶⁾

공학적 분석이란가압공간에서비가압 공간을 경유 하거나 직접외부로 향하는틈새 및개구부를나열하 고

,

굴뚝효과등에의해발생되는각층별계단실및부 속실의 기압에의한누설·유출량을 계산하고여유치 를가산하여급기량을정하는 방식을말한다

.

4.1굴뚝효과

고층건축물의경우수직샤프트에서는굴뚝효과가발 생한다

.

승강장 겸용 부속실인경우에는 승강로의굴 뚝효과도 고려하여야 할것이다

.

이 굴뚝효과는 모든 제연방법에서감안하여야하기때문에먼저파악할필 요가있다

.

굴뚝효과를 검토하기 위해서는제연구역과 외부

(

거 실

)

와의최소차압

,

즉계단실및부속실압력기준치

(std

∆

P

VO

)

를 미리 설정하는것이 필요하다

.

이를관련 화 재안전기준 제

6

조에서 정하는 최소허용차압인

12.5Pa

로설정한다

.

4.1.1

겨울철 굴뚝효과

(1)

겨울철계단실굴뚝효과^7,8)

다음과같은가정하에겨울철계단실의굴뚝효과를 검토한다

.

즉

,

지하층은 실내온도가 계단실과 동일한 것으로간주하여굴뚝효과가없다고보고지상층은외 부의기압과거실의기압이 동일한것으로본다

.

그리 고외기온도를 −

5

^o

C,

계단실 온도를

+5

^o

C

로가정한다

.

본논문에서외부및실내온도의가정은어떤통계에 의한것이아니라 저자의유추에의한 것이다

.

34

층 천장의 높이가 지상

104m

이며

, 1

층바닥에서

의계단실기압이최소허용차압인

12.5Pa

로보면

34

층 천장에서의외부와의차압은 식

(3)

^{과같이계산된다}

.

∆

P

ⁱ

=

∆

P

^b

+ bh = 12.5 + 0.464 × 104 = 60.8(Pa) (3)

여기서

, b = 3460(1/T

^O−

1/T

^S

) (4)

로표현되어온도지수라고부르며

,

b = 3460(1/268

−

1/278) = 0.464(Pa/m)

로계산된다

.

계단실기압이부속실기압과같은층은지하층과

1

층이며 그위의층은계단실 기압이부속실보다 높아 질것이다

.

이를그림으로나타내면

Figure 2

와같다

.

(2)

^{겨울철승강기샤프트의굴뚝효과}

가압된부속실의기압에의해승강로도가압되어굴 뚝효과가발생하고다시부속실에영향을미칠것이다

.

승강로는계단실에비해거실누설공기의침투가다 소쉬우며 보온성이좋으므로그기온은 계단실 기온 이상의수준일 것이다

.

따라서외기온도를 −

5

^o

C,

승강 로기온을 계단실보다

1

^o

C

높은

+6

^o

C

로가정하여식

(4)

에의하여온도지수는

0.509(Pa/m)

로계산된다

.

검토대상승강로는지하

2

^{개층에서각}

1

^{개의 부속}

실에

, 1

층및

4

층은외기에

, 5~27

층은

3

세대를가진부

속실에

, 28~34

층은

2

세대를가진부속실에면하여있다

.

승강로의문은모두닫혀있으며각부속실은외부기

압보다

12.5Pa

높게컨트롤 된다

.

1

층 바닥부분의 승강로의 기압은 부속실 기압인

12.5Pa

보다 ∆

P

EVb가낮은 ∆

P

EOb가형성된다

.

이로부터

높이가

‘h’m

증가함에따라승강로와외부와의차압은

∆

P

EOb

+ 0.509 × h

로 증가하나

,

부속실과의 차압은 부속

실기압이일정하면

0.509 × h

만큼줄어든다

.

점점위의

층으로 올라가면어느 층에선가 이차압이영이 되어 승강로와부속실기압이일치하는중성면이있을것이다

.

이상의겨울철 승강로 굴뚝효과를그림으로나타내 면

Figure 3

과같다

.

여기서승강로와 부속실 간의공기유동현상을 살펴 본다

.

중성면보다아래층에서는부속실공기가승강로 로유입되고중성면위층에서는승강로공기가부속실 로유출된다

.

유출된 공기는 부속실 기압을 상승시키 Figure 2.

Stack effect of stair on winter.

고다시거실로유출된다

.

승강로에서부속실로누설경 로인승강로문틈의면적은부속실에서세대로누설경로 인방화문

2

^{개의면적보다상당히크며그부속실에는}

급기댐퍼에서리크되는공기량이있어부속실의기압은 승강로기압에가까운수준으로인가될것이다

.

^여기서

는해석의단순화를위해이중성면위층의부속실기압 은승강로의기압과동일하게인가되는것으로가정한다

.

따라서승강로에서 볼때유입은중성면아래의층

,

유출은 상부의로프구멍과

1

·

4

층승강로문을 통하여 일어난다고단순화할수있다

.

이단순화에의해시행

착오법으로유입·유출계산식을 세워유입·유출이비 슷한층

,

^{즉중성면을찾아보면}

7

^층이된다

.

^이계산에

서누설면적은

4.3

항을참조하며

, 1

층승강로기압∆

P

^EOb

가−

0.5Pa

^{임을알수있다}

.

^이를

Table 1

^과

Figure 4

^에

반영하였다

.

(3)

겨울철 굴뚝효과종합

겨울철계단실과 승강로의굴뚝효과를 종합하여표

로나타내보면

Table 1

과같으며그림으로나타내보

면

Figure 4

와같다

.

Figure 3.

Stack effect of E/V shaft on winter.

Table 1.

Overall Stack Effect on Winter

층 계단실

압력 계단실·부속실

간차압 기류 부속실압력 기류 부속실·승강로간차압 승강로압력 비고

옥상층

60.8 - - - - - 53

34 59.6 7.6

→

52

- 0

52

층당

2

세대

32 57.0 7.9 49.1 49.1

28 51.7 8.7 43 43

27 50.4 8.9 41.5 41.5

층당

3

^세대

(4~27

^층

) 9~26

⁻

1.32Pa

/

^하향층

+1.45

^층당

-

−

1.45Pa/

^하향층

8 25.28 11.4 13.9 - 13.9

7 23.96 11.46

12.5

→

12.5

^부·승_중성면^간의

6 22.64 10.14 1.5 11

5 21.32 8.82 3 9.6

4

층

20 - - - - - 7.6

1

^층

12.5 - - - - - -0.5

지하층

12.5 - - 12.5

→

13 -0.5

Figure 4.

Overall stack effect on winter.

4.2.2

여름철 굴뚝효과

(1)

^{여름철의계단실 굴뚝효과}

지하층은실내온도가 계단실과동일한 것으로 보아 굴뚝효과 없을 것이며

,

^{지상층은외부의 기압과 거실}

의기압이동일한 것으로본다

.

외기온도

34

^o

C,

계단실온도

30

^o

C,

지상으로부터

34

층천장의높이가지상

104m, 34

층에서최소허용차압

인

12.5Pa

로보면

1

층바닥부분의외부·거실과의차

압은식

(5)

과같다

.

∆

P

b

=

∆

P

t−

bh = 12.5

−

(

−

0.149) × 104 = 28.0Pa (5)

여기서

, b

는 온도지수로서 식

(4)

에 의해 −

0.149(Pa/m)

로계산된다

.

층당온도지수는 −

0.149(Pa/m) × 2.85(m/

층

) =

−

0.425 (Pa/

층

)

가된다

.

계단실 기압이 부속실 기압과 같은 곳은

34

층이며 그아래의층은계단실기압이부속실보다높다

.

이를

그림으로나타내면

Figure 5

와같다

.

(2)

여름철승강로의굴뚝효과

겨울철 검토에서와같이지하층은굴뚝효과가 없고 각층거실기압은외부기압과 같다고본다

.

승강로 내의 기온은

,

계단실에 비해거실 누설공기 의침투가다소쉬우며 보온성이좋기때문에

,

계단실 기온과 같은수준이거나약간높은수준일것이다

.

따 라서외기온도를

34

^o

C,

승강로기온을계단실보다

1

^o

C

낮은

29

^o

C

로가정하여식

(4)

에의하여 온도지수는

b =

−

0.18(Pa/m)

로계산된다

.

검토대상승강로는지하

2

개층에서 각

1

개의부속

실에

, 1

층및

4

층은외기에

, 5~27

층은

3

세대를가진부

속실에

, 28~34

층은

2

세대를가진부속실에면하여있다

.

승강로의문은모두닫혀있으며 각부속실은외부

기압보다

12.5Pa

높게컨트롤된다

.

34

^{층부분의승강로기압은부속실기압인}

12.5Pa

보

다 ∆

P

^EVt만큼낮은 ∆

P

^EOt가형성된다

.

그아래의 층은

층당

0.18 × 2.85 = 0.513Pa

상승하게되며 부속실과의

차압은그만큼 감소한다

.

점점아래층으로내려가면어느층에선가차압이영 이 되어 승강로 기압이 부속실과 일치하는 중성면이 있을것이다

.

이를그림으로나타내면

Figure 6

과같다

.

여기서승강로와 부속실 간의공기유동현상을 살펴 본다

.

중성면 위의 층에서는부속실 공기가 승강로로 유입되며그아래층에서는승강로공기가부속실로유 출될 것이다

.

그러나 겨울철 승강로 굴뚝효과검토에 서와같은이유로그부속실기압은승강로기압에가 까워질 것이다

.

여기서는해석의 단순화를 위해 중성 면위의층부속실 기압은승강로와 동일하게인가되 는것으로가정한다

.

따라서승강로에서볼때유입은중성면위의층

,

유 출은상부의로프구멍과

1

·

4

층승강로문을통하여 일 어난다고 단순화할수있다

.

이단순화에의해시행착 오법으로 유입·유출계산식을 세워 유입·유출이 비 슷한층

,

즉중성면을찾아보면

26

층이된다

.

이계산에서누설면적은

4.3

항을참조하며

,

∆

P

^EOt가

8.4Pa

임을 알 수있다

.

이를

Figure 6, 7

과

Table 2

에 반영하였다

.

(3)

여름철 굴뚝효과종합

여름철 계단실 및 승강로 굴뚝효과를 표로 정리해

보면

Table 2,

그림으로 나타내보면

Figure 7

과같다

.

Figure 5.

Stack effect of stair on summer.

Figure 6.

Stack effect of E/V shaft on summer.

4.3누설면적

각출입문별누설틈새면적을기존설계서의기준과 동일하게특별피난계단및부속실제연설비의화재안전 기준제

12

조의기준을적용하여계산하면아래와같다

.

세대에서부속실

,

^{부속실에서계단실}

,

^{계단실에서옥}

상

,

계단실에서 지상등

4

종류 출입문은 열리는 방향 과 누설방향이일치할 때는 개당

0.022m

²

,

열리는 방 향과누설방향이반대일 때는개당

0.011m

²이었다

.

승강기출입문

(2set)

은층당

0.125m

²

,

상부기계실로

프구멍가정면적은

0.12m

²로하고

,

계단실및부속실

의창문에대해서는계산결과부속실은부속실하나당

0.013m

²

,

계단실은한층당

0.004m

²이었다

.

4.4제연급기용량의계산

현재의 설계는

‘

부속실만 단독으로제연하는 것

’

으 로 하였으나 다른 방법에 대해서도 검토해본다

.

화재 안전기준이정하는제연구역선정방법중에서

, ‘

^계단실

만단독으로제연하는것

’

은거실에서피난시먼저거 실출입문만개방될 때방연풍속을얻을수없다는 모 순이 있어 제외하고

,

계단실이 개방된 상태에서 부속 실만 단독으로제연하는 것

,

계단실이 밀폐된 상태에 서부속실만 단독으로제연하는 것

,

계단실과부속실 을동시에제연하는것에대하여검토한다

.

검토조건은 계단실및부속실에서의 최소허용차압

을

12.5Pa

로한굴뚝효과를반영하되

,

개방부속실의기

압은최소허용차압이며 계단실 밀폐의경우에는 피난 층계단실출입문하나가적절하게개방되는것으로본다

.

4.4.1

계단실개방상태의 부속실단독제연방법

이방법은계단실이밀폐되기어려워외부로개방된 상태에서 부속실만단독으로제연한다는개념이다

.

누 설량은 개방되지 않는 부속실에서의 각 문틈 등으로 누설되는 양이며 개방부속실은 누설량계산에서 제외

Table 2.

Overall stack effect on summer

층 계단실압력 계단실부속실

간압력차 기류 부속실

압력 기류 부속실승강로

간압력차 승강로압력 비고 옥상층

12.0 -

→

- - 7.5

34 12.5 0

12.5

^→

4.1 8.4

2

세대

/

층

33 12.9 0.4 4.1

−

0.513

×

하향층수

4.1

−

0.513

×

하향층수

8.4 + 0.513

×

하향층수

8.4 + 0.513

×

하향층수

29~33 12.5 + (0.425 ×

^하향층수

)

28 15.1 2.6

27 15.5 3.0 0.5 12.0 3

^세대

/

^층

26 15.9 3.4 - 0 12.5

^부속실과_{간의중성면}^승강로

6~25 0.425

×

하향층수

+ 0.513/

하향층수

0 + 0.513/

하향층수

4~27

^층

; 3

^세대

/

^층

5 25.2 1.9 23.3 23.3

4

층

25.6 - - - 23.8

1

층

28.0 - - - 27

지하층

28.0 1.0 27 0 27

Figure 7.

Overall stack effect on summer.

하는것으로 하였다

.

(1)

^{누설량 계산}

누설량을계산하는요령²⁾은차압이 같은층은일괄 로 모아서 계산하고

,

차압이 변하는 층은 누설면적이 같은 층끼리 구분하여모아서 평균차압

( )

³⁾을적용 하여계산한다

.

계산공식은

q = 0.827 × A ×

을사용하였다

.

겨울철의누설량은차압을

Table 1

에서찾아계산하

며그결과총누설량은

9.41m

³

/s

이었다

.

여름철의누설풍량은차압을

Table 3

에서찾아계산 하며그결과총누설풍량은

7.9m

³

/s

이었다

.

(2)

보충량계산

보충량을계산하는요령은

2

개층개방부속실은계

단실로

12.5Pa

의기압을유지하기위한풍량이유출되

고

,

거실로 규정방연풍속을발생한다

.

2

개의개방부속실에서 하나의 세대출입문방연풍속

0.7m/s

을위한풍량은

q = 0.7m/s × 2.1m

²

× 2(

개

) = 2.94m

³

/ s

가된다

.

또한

2

개의개방부속실계단실출입문에서유출되는

풍량은개방률을

70%(

사람에의해상당히가려지는등

을감안

)

로가정할때다음과같다

. q = 0.827 × 2.1 × 0.7 × 2 × = 8.6m

³

/s

위둘의합인총보충량은 여름과겨울의 구분없이

11.4m

³

/s

가된다

.

급기댐퍼의능력은이총보충량의반인

5.7m

³

/s

가되 어야할것이다

.

총급기량은 겨울철누설량과보충량을 합산하면되 는데그결과

21m

³

/s

가된다

.

송풍기 용량은 총급기량에법적으로는

15%

이상을 가산하여야하는데누설량및보충량의신뢰성정도에 따라 여유치를 추가할 필요가 있다

.

여기서는

20%

를

가산하여그결과

25.2m

³

/s

^가되었다

.

4.4.2

계단실 밀폐상태의부속실 단독제연방법

이방법은계단실은밀폐 되어있으나계단실 급기 없이부속실만급기한다는개념이다

.

개방부속실은 피난층의계단실출입문이 피난을위 해개방될 때최소허용차압을유지하기위해가장많 은풍량을 외부로방출하여야하는 부속실

2

개로정한 다

.

^{가장많은풍량의방출을필요로하는부속실은개}

방부속실의 기압을

12.5Pa

로유지시키기 위해 피난층 계단실문앞에가장높은압력이 형성되는경우이다

.

겨울철에는 지하층의 부속실을

12.5Pa

로 유지하기 위해서

4

^{층의피난문이개방되는경우로서}

,

^이경우

4

층피난문에는

Table 1

에보인바와같이

20Pa

가인가 된다

.

여름철에는

33~34

층의부속실을

12.5Pa

로유지하기 위해서

1

^{층의피난문이 개방되는경우로서}

,

^이경우

1

층피난문에는

Table 2

에보인바와같이

28Pa

가인가 된다

.

이것을 기초로 앞에서와 같은 요령으로누설량 및보충량을구한다

.

누설량 계산결과 겨울철누설량은

7.43m

³

/s,

여름철

누설량은

5.0m

³

/s

가되었다

.

보충량 계산결과 겨울철보충량은

8.38m

³

/s,

여름철

보충량은

9.34m

³

/s

가되었다

.

따라서총급기량은두계절의누설량과보충량의합 을구하여 큰 것을택하면

16m

³

/s

가된다

.

송풍기 용

량은여기에

20%

여유치를 가산하여

19.2m

³

/s

가된다

.

이제부속실급기댐퍼의급기능력을생각해본다

.

최 소급기량은논외로하고

,

최대급기량은보충량을급기

하는때이므로여름철보충량의반인

9.34/2

개

= 4.7m

³

/

sec

으로보기쉬우나

,

개방부속실이 하나인경우를 생 각하면 하나의급기댐퍼로 계단실 기압을유지하여야 한다

.

따라서급기댐퍼의최대급기능력은여름철의보

충량

9.34m

³

/sec

에서 거실 방연풍속 풍량

1.5m

³

/sec

를

제외한

7.9m

³

/sec

가되어야할것이다

.

4.4.3

계단실과부속실을동시에제연하는방법

이방법은 위

‘

계단실을 밀폐한 상태에서부속실을 단독으로제연하는것

’

과급기량차원에서는동일하다

.

즉

,

총급기량은

16m

³

/sec

이며 송풍기 용량은

19.2m

³

/

sec

이다

.

그러나 본 방법이

‘

계단실 밀폐한 상태의 부속실만 단독제연

’

과차이가 있는것은 급기방식이다

. ‘

부속실 만단독으로제연하는것

’

은계단실급기는없이부속 실에만 급기한다는 개념이다

.

본

‘

계단실과 부속실을 동시에 제연하는것

’

^{은방연풍속을 위한 풍량수준을}

부속실급기댐퍼가

,

계단실을통한누설및방출량수 준은계단실급기댐퍼가담당하도록한다는개념이다

.

따라서 부속실급기댐퍼의 급기능력이 전자의 경우는 너무크고후자는적당한 수준이다

.

4.4.4

^{각제연구역선정방법의비교}

위에서검토한바와같이굴뚝효과를고려하여공학 적분석방법에의하여도출된송풍기용량및급기댐퍼 필요능력을상호비교하면

Table 3

과같다

.

Table 3

^{을보면 계단실 개방상태인 부속실 단독제}

연의 경우에는 송풍기 용량과 급기댐퍼의급기능력이 너무 크며

, ‘

^{계단실 밀폐 상태인 부속실 단독제연}

’

^의

∆

P

∆

P

경우에는송풍기 용량은 줄어들지만급기댐퍼의 급기 능력은 더욱크다

.

부속실 급기댐퍼의급기능력이 크 다는 것은 급기풍도가 커지고 부속실의 미관을 해칠 우려가 있어바람직하지않다할것이다

.

특히층수가 높아부속실수가많은경우에는비용의부담이클것 이다

.

따라서부속실만단독제연하는것은적용하기가 무리이다

.

‘

계단실과 부속실을동시에 제연

’

하는 경우에는 송

풍기용량은

‘

^{계단실밀폐한부속실 단독제연}

’

^동일하

고 부속실 급기댐퍼의 능력이 적당한 수준이다

.

그러 나별도로계단실 급기댐퍼가필요하다

.

사례건축물의문제점해결을위한대안은굴뚝효과 를 고려한 공학적 분석에 의한 급기량을 소화하면서 현장 적응성이 우수하여야 한다

.

이러한 측면에서제 연구역선정은

‘

계단실과부속실을동시에제연하는것

’

이가장적합하다

.

다음에는각방법별로부속실과거실

,

부속실과계 단실사이의출입문에인가되는최대차압발생을비교

하면다음

Table 4

와같다

.

즉

,

부속실과 거실간의 차압은 세가지방법 공히

겨울철

34

층에서의경우로

52Pa

이발생하나우려할수

준이아니다

.

다만층고가상당히 높거나외기와승강 로의 기온차이가클경우에는부속실에과압의 우려

가충분히있으므로신중한검토가 필요할것이다

.

부속실과 계단실 사이의 최대차압은

, ‘

^{계단실 개방}

상태의 부속실만 단독제연

’

에서는 겨울철에

34

층에서

52Pa

^{의 부속실 기압이 형성되어 계단실 문이 열렸다}

닫히는 것이 문제될 것이므로 닫히는 폐쇄력이 강한 자동폐쇄장치를 설치할 필요가 있다

.

이경우에는 평 상시 일반인 출입이 불편하여 합리적 방법이라 하기 어렵다

.

그러나

‘

계단실을밀폐한 부속실만단독제연

’

과

‘

계 단실과부속실을동시에제연하는것

’

^{에서는최대차압}

이

11.5Pa

수준으로낮아일반자동폐쇄장치로서도폐

쇄력문제가발생되지않을것이다

.

계단실과외부간의차압은계단실이밀폐된경우에

옥상층의경우에는겨울철에

60Pa

수준이인가될수있

고

,

피난층인

1

층및

4

층의경우에는여름철에

27Pa

수

준이인가될수있으므로옥상피난문과지상의피난문 에는거기에상응하는자동폐쇄장치를설치하여야한다

.

5. 제연구역 창문에 대한 고찰

제연구역에차압을 형성하는것은제연구역의 밀폐 성이 생명이다

.

따라서 제연구역의 창문은 가급적 없 는것이좋으며있더라도화재시닫혀있어야한다

.

따 라서 제연구역인 계단실 및 부속실의 창문은 가급적 없애고 꼭필요한것은화재 시에는자동으로폐쇄되 도록 하여야 할 것이다

.

이 문제점은 미리 인지되어

2007

년

12

월에 관련 화재안전기준에 자동폐쇄장치를 설치하도록 명기되었는데

,

이로 인하여 그 이전에 건 축허가등이된것에대해서는수동창문으로설치하는 것이 적법한 것으로되어버린 것같다

.

차라리 이규 정을신설하지않고합리성차원에서지도·감독하도 록하는 것이낫지 않았을까하는 생각도 든다

.

제연 구역의 수동창문을방치한다는 것은제연설비의 역할 을포기한다는것이될수있으므로여기에대한대책 검토가필요하다 하겠다

.

대상건축물에대해서는자동폐쇄장치를모든 수동 조작창문에설치하는것이필요하나

,

최소한의조치로 서그창문에평상시에닫혀있어야 한다는취지의 경 고문이라도부착하여야할것이라고생각된다

.

6. 결 론

본논문에서는특별피난계단에설치되는제연설비에 대해하나의사례를중심으로문제점을도출하고대안 을검토하여보았다

.

^{도출된불합리한점은다음과같다}

.

Table 3.

Capacity of Fan & Supply Damper

제연방법구분 ㉠송풍기

용량

(m

³

/sec)

^{능력㉡급기댐퍼}

(m

³

/sec)

^비고

계단개방부속단독

25.2 5.7

^㉠㉡이_과대

부속실단독계단밀폐

19.2 7.9

^㉡이_과대

계단ㆍ부속실

동시제연

19.2 1.5

^㉠㉡이_적절

현재의설계

12.2 1.5 -

Table 4.

Maximum Differential Pressure (Unit; Pa)

제연방법구분

부속실과거실간 최대차압

부속실과계단실간 최대차압

계단실과외부간의 최대차압 계단개방부속단독

52 52 -

계단밀폐부속단독

52 11.5

겨울

[34

층

]; 60Pa

여름

[1

층

]; 28Pa

계단ㆍ부속

동시제연

52 11.5

(1)

굴뚝효과를고려하지않았다

.

(2)

^{개방되는부속실의기압을화재실에상응하는기}

압이아니라 대기압으로보았다

.

(3)

^{계단실에서 외부로 피난 또는 옥외에서 소화활}

동진입을 위한피난층의계단실 출입문개방을 고려 하지않았다

.

(4)

제연구역은 밀폐성이생명이므로 창문 등의 폐 쇄가 필수적인데수동으로조작되는창문이 설계되어 있었다

.

위

(1)~(3)

^{의문제점을해소하기위해서는 굴뚝효과}

를고려한공학적분석에의해급기량을계산하하여야 한다

.

그리고 이 급기량을 소화하고현장적응성이 우 수한

‘

계단실과부속실을동시에제연하는것

’

으로하 는것이가장적합하다

.

위

(4)

의 수동조작창문에 대해서는 자동폐쇄장치를 설치하는것이 가장타당하나 최소한평상시 닫혀있 어야한다는경고문이라도 부착하여야할것이다

.

기호설명

식

(2)

에서

Q

^D는보충량

, S

는방화문의면적

, V

는필

요한방연풍속

, K

는상수

(0.827),

……는생략

, P

는거

실과 부속실 사이의 차압

,

식

(3)

및식

(5)

에서 ∆

P

^t 및

∆

P

b는최고및최저부에서의차압

,

식

(4)

에서

T

O및

T

S

는외부및계단실의기온

(

절대온도

)

이다

.

그림에 있는 기호

F

는층

, BF

는치하층

, N/Z

는중

성면

,

^∆

P

^{는 차압}

, std

^{는 기준}

,

^첨자

V

^{는 부속실}

, O

^는

외부

, S

는계단실

, E

는승강로

, t

및

b

는최고및최저 부의뜻으로서

,

^{예를들어 ∆}

P

^{EO는승강로와외기사이}

의차압

,

∆

P

^EVt는최고부

(34

층

)

에서의승강로와부속실 간의차압

,

∆

P

EVb는승강로와부속실간의최저부

(1

층

)

에서의 차압

, ‘std

∆

P

^VO

’

는

‘

기준이 되는 부속실과외

부간의차압

’

을뜻한다

. 참고문헌

1.

남상욱

, “

소방시설의설계및시공

”,

성안당

, p.670 (2005).

2.

이동명

, “

제연공학

”,

성안당

, pp.204-206(2008).

3.

이동명

, “

제연공학

”,

성안당

, p.191(2008).

4.

남상욱

, “

소방시설의설계및시공

”,

성안당

, p.659 (2005)

5. “

차압을이용하는제연설비에대한기술지침

(

안

)”,

한 국소방기술사회

, p.8(2008).

6. “

차압을이용하는제연설비에대한기술지침

(

안

)”,

한 국소방기술사회

, p.10(2008).

7.

이동명

, “

제연공학

”,

성안당

, pp.186-188(2008).

8.

김정엽

, “

연돌효과가급기가압제연시스템에미치는 영향에 대한 현장실험

”,

한국화재소방학회논문지

,

Vol.22, No.3, p.199(2008).