ISSN: 1738-7167
DOI: http://dx.doi.org/10.7731/KIFSE.2015.29.6.071
자동차압 · 과압조절형댐퍼의 누설량 실험 연구
신평식 · 김학중*
†
경기도재난안전본부 수원소방서, *초당대학교 소방행정학과
The Experimental Study on the Leakage of Automatic Pressure Differential · Overpressure Control Dampers
Pyung-Shik Shin · Hak-Joong Kim*
†
Fire Station of Suwon
*Dept. of Fire Service Administration, Chodang Univ.
(Received October 27, 2015; Revised November 16, 2015; Accepted November 25, 2015)
요 약
최근 건축물은 대형화, 고층화되어 화재발생시 소방대의 활동이 제한되어 화염 및 연기에 의한 인명피해가 증가할 수 있다. 이러한 인명피해를 저감하기 위하여 제연설비가 필수적이며 특별피난계단 부속실 및 비상용승강기 승강장에 급기 가압제연설비를 적용하고 있다. 국가 화재안전기준에서는 부속실 및 승강장과 거실과의 차압을 40 Pa~60 Pa을 요구하고 있으나 실제 현장에서는 60 Pa 이상의 과압이 다수 발생하고 있다. 이러한 과압의 원인은 댐퍼의 누설량의 과다에 의한 것으로 알려져 있다. 과압은 피난자의 문개방을 어렵게 하여 피난을 불가능하게 할 수 있다. 이러한 문제점을 확인하고 자 국내에 사용되고 있는 자동차압 · 과압조절형댐퍼의 누설량을 측정하여 실제 누설량이 얼마인지 분석하였다. 실험결 과 제조사 별로 최대 누설량은 0.154 m
3/s 로 나타났으며, 최소 누설량은 0.090 m
3/s 로 나타났다. 이 누설량으로 인하여 과압이 발생하면 피난문 폐쇄력이 증가하여 피난에 방해가 될 수 있으므로 댐퍼의 누설량 제한 기준이 필요하다.
ABSTRACT
Recently, Since buildings are bigger and higher, the damage of human life can be increased by fire flame and smoke in fire. Smoke control system is necessary to decrease this damage. Therefore, Air supply pressurization smoke control sys- tem is applied to vestibule of escape stairway. NFSC requires pressure differential of 40 Pa~60 Pa, but pressure differen- tial is over 60 Pa in the field. It is known that the cause of this over pressure differential is much leakage of damper. Over pressure differential can bad effect to escaper by pressurizing the door. Analyze the real leakage of damper by testing for identifying this problems. The result of testing, leakage is 0.090 m
3/s~0.154 m
3/s. It is necessary to limit the leakage of dampers for safe of escapers.
Keywords : Automatic pressure differential · overpressure control damper, Leakage, Smoke control
1. 서 론
최근 건축물은 대도시화로 인하여 대형화, 고층화되고 있다. 건축물이 고층화되면서 화재발생 시 고가사다리차를 이용한 소방대의 활동이 지상에서 15층 이내로 제한되어 그 이상의 고층부분은 화재를 진압하고 인명을 구조하는 데 많은 제약이 따르게 된다. 이러한 문제점 때문에 고층 건축물의 경우 자체 소화 및 피난의 중요성이 강조되고 있 다. 그 중 피난안전성을 확보하기 위하여 적용되는 설비 중 가장 중요한 설비는 제연설비이다. 제연설비는 화재가 진행되는 동안 거주자가 연기의 위험으로부터 안전하게
피난할 수 있도록 연기를 제어하는 설비로 국내의 경우 특 별피난계단 전실 및 비상용승강기 승강장에 급기가압제연 설비를 적용하고 있다. 급기가압제연설비는 댐퍼를 통하여 공기를 공급하여 전실 및 승강장에 40 Pa~60 Pa의 차압을 형성하여(1) 특별피난계단 및 비상용 승강기에 연기의 침입 을 차단하는 역할을 한다. 그러나, 최근 현장에서는 60 Pa 이상의 과압이 형성되는 경우가 다수 발생하고 있다. 최규 출 등은 제연덕트내의 압력으로 인한 댐퍼의 누설량은 부 속실 과압 발생의 주요인이라고 제시한 바 있다(2). 또한, 김정엽은 실제 건축물에 설치되어 운영되고 있는 급기가 압시스템에 대한 현장 성능평가 결과상당수 건축물에서
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Corresponding Author, E-Mail: [email protected]
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TEL: +82-61-450-1228, FAX: +82-61-450-1222
형성되는 경우 높은 차압으로 인하여 계단문의 폐쇄력이 110 N 이상이(1) 되어 피난자가 계단문을 개방하는 것이 불 가능해질 수 있으므로 오히려 피난에 방해요인으로 작용 하게 된다.
이러한 과압의 원인을 분석하고 해결방안을 연구하기 위하여 현장에서 적용되는 자동차압 · 과압조절형 댐퍼의 누설량을 실험을 통하여 확인 분석하고자 한다.
2. 본 론
2.1 실험방법 및 장치
급기에 의한 정압이 댐퍼에 작용될 때 댐퍼의 누설량이 차압 · 과압 조절 기능 유지를 위해하지 않는 범위 이내이 어야 한다. 이러한 누설량 측정을 위한 송풍기의 급기압력 (정압)은 최근에 시공 중이거나 완공된 고층건축물의 제연 설비 계산서의 송풍기 풍량과 정압을 산출하여 결정하였 다. Figure 1에 나타나 바와 같이 최대 정압이 1,666 Pa로 파악되었으며 누설량 실험은 정압을 200 Pa에서 시작하여 200 Pa씩 증가시켜 1,800 Pa까지 수행하였다.
누설량 측정 실험은 다음과 같은 절차로 수행하였다.
1) 누설량 시험 실시 전에 시험 댐퍼의 개폐상태의 정상 작동여부를 확인하고 완전히 닫힌 것을 확인하기 위해 각 댐퍼 측정 시 마다 개폐반복 작동을 10회 한 뒤 이상 유무 확인 후 계측을 실시하였다.
2) 차압계로 측정 시 정확성을 기하기 위해 정압을 변경 할 때마다 평균시간 1분 정도의 변화를 관찰하면서 계측 하였다.
3) 정압 측정은 인버터로 블로워 회전수를 조정하여 오 리피스 측정장치에서 P1, P2의 압력을 측정하였다. 챔버와 오리피스 측정장치에 AMCA 규격의 피에조미터링을 설 치하여 평균압력으로 시험하였으며, 계측기의 검교정 성적
서를 참고하여 해당 표준 측정값의 보정치를 보정해주어 계산한 공기량을 시험 값으로 하였다. 챔버 압력 및 누설 량의 영향으로 날개 흔들림의 발생과 기타 제반현상을 확 인하였으며, 자동차압 · 과압조절형댐퍼의 구조 등 누설요 인에 대하여 확인하였다.
누설량 측정 장치(4-6)는 KS A 0612(조임 기구에 의한 유량측정 방법), KS B 6311(송풍기의 시험 방법), AMCA 500-D-98 표준 규격과 TAB 기술기준을 참조하여 D · D/
2형 오리피스 측정 장치를 설치하고, KS F 3109 문 세트 의 차연량을 적용한 부속실 최소 누설량과 덕트 내의 압력 에 따른 댐퍼 누설량을 비교할 목적으로 제작한 댐퍼 누설 량 시험기를 활용하였다.
댐퍼 누설량 시험기의 댐퍼용 박스는 Air Movement and Control Association (AMCA) 규격의 챔버로서 토글 클램프를 이용하여 댐퍼를 신속히 탈 · 부착할 수 있는 장 치로 구성되어 있다. 측정 장치는 표준 오리피스에 D · D/2 형식의 도압관에 상류측은 압력탭을 4개, 하류측은 6개의 압력탭으로 피에조미터링을 구성하여 평균압력을 측정하 였다. 피에조미터링이란 4개 이상의 압력탭을 연결하여 정 압의 평균값을 구하는 시스템을 말한다. Figure 2와 Figure 3은 댐퍼 누설시험기 개략도와 누설시험 측정 장치를 나타 내고 있다.
Figure 1. Air supply pressure of recent buildings.
Figure 2. Schematic diagram of leakage tester.
2.2 실험대상
실험에 사용된 댐퍼는 자동차압 · 과압조절형댐퍼의 성 능인증 및 제품검사의 기술기준에 의거 소방용품 성능인 증 제조업체에서 생산되어 제품검사를 마치고 출고된 댐 퍼로서 소방시설 공사현장에서 실제 설치되는 자동차압 · 과압조절형댐퍼이다. 실험에 선정 실험체는 15개 성능인 증 제조업체 제품 중에서 가격경쟁력이 좋거나 타 제품에 비해 품질면에서 선호도가 높아 가장 많이 설치되고 있는 회사 제품으로 하였다. 국내의 자동차압 · 과압조절형댐퍼 는 표준규격이 없으며 따라서 제조사별로 날개의 형상이 나 테두리폭 등이 각기 다른 제품이 생산되고 있다. 따라 서 비교적 많은 수량이 생산되고 사용되는 댐퍼 개구부치 수 400 × 600 mm, 사각 형상 제품으로 선정하였다. 댐퍼 의 타입은 A type 2개, B type 4개를 실험체로 선정하였 다. A type 자동차압 · 과압조절형댐퍼는 열간압연연강판 의 재질을 사용하여 프레임 및 날개 등을 제작한 댐퍼이다.
개방 시 급기방향은 상향으로 형성되고 있다. 다익평행익 형으로서 날개형태는 평면이지만 아래 부분에 약간의 구 부림이 있는 형상이다. B type 자동차압 · 과압조절형댐퍼 는 댐퍼의 날개 및 프레임 등 주요부품은 일정형상으로 압 출한 알루미늄을 사용하여 제작된 댐퍼이다. 개방되었을 때 하향으로 기류가 형성되며 다익평행익형에 날개 형태 는 반 유선형이다.
실험체는 성능인증 제조업체별로 A type 2개를 A-1, A-2 로, B type 2개 제조업체에서 각 2개씩의 댐퍼를 B-1, B-2, C-1, C-2로 구분하였다. Table 1은 실험용 자동차압 · 과압 조절형댐퍼의 type별 사양을 나타내고 있다.
2.3 누설량 실험 결과 분석 2.3.1 댐퍼 수동조작함 열림
댐퍼에 의한 자동차압 · 과압 조절은 댐퍼의 날개의 개
폐에 의하여 급기의 공급 및 차단을 통하여 제연구역과 옥 내와의 사이에 차압유지를 위한 압력을 조절하여야 한다.
따라서 댐퍼의 날개 부분 외에서의 급기 누설량이 제연구 역 내의 압력 조절에 지장이 없어야 한다. 그러나 실험 결 과 정압 1,000 Pa~1,400 Pa에서 시험 대상인 3개 제조업체 제품 모두 댐퍼 전면의 수동조작함 문의 열림 현상이 Figure 4와 같이 발생하였다. 열림 현상 발생 이후에는 열 린 부분으로의 급기 누설로 댐퍼 누설량이 Figure 5와 같 이 급격히 증가하였다.
실험체별로는 실험체 A의 열림 현상은 챔버 압력이 1,000 Pa에 도달했을 때 발생하였으며 누설량은 정상상태 보다 40.7% 증가하였고, 1,600 Pa 단계에서는 정상상태보 다 111.4% 증가하였다. 이후는 누설량이 과다하여 측정이 불가능한 수준이 되었다. 누설량이 다른 실험체에 비해 많 은 이유는 수동조작함 내부 상단에 배관 등을 연결하는 개 구부가 불필요하게 크게 만들어져 있는 것을 볼 수 있는데 이곳으로 누설량이 크게 발생하고 있다. 실험체 B는 챔버 압력이 1,400 Pa에 도달했을 때 수동조작함 문열림 현상이 발생하였다. 수동조작함 문의 열림 현상이 발생하면서 정 상상태인 경우보다 누설량이 46.5% 증가하였으며, 1,600 Pa 단계에서는 정상상태인 경우보다 52.6% 증가하였다.
실험체 C에서는 챔버 압력이 1,200 Pa에 도달했을 때 수 동조작함 문열림 현상이 발생하였다. 수동조작함 문의 열림 현상이 발생하면서 정상상태인 경우보다 누설량이 19.1%
증가하였으며, 1,600 Pa에서는 정상상태인 경우보다 누설 량이 27.9% 증가하였다. 다른 실험체에 비해 실험체 C가 수동조작함 문 열림 시 누설량이 상대적으로 가장 적은 이 유는 수동조작함 내부에 불필요한 개구부가 적었기 때문 으로 판단된다.
자동차압 · 과압조절댐퍼에 의한 제연은 댐퍼 날개의 개 폐에 의하여 급기의 공급 또는 차단으로 차압 · 과압을 조 Figure 3. Test equipments of leakage tester.
Table 1. Specification of Testing Dampers
Item Material Thickness Open Area (mm) Direction of air supply Shape of Damper Test No.
A type Hot rolled plate 1.5T 400 × 600 Up stream Plane A (A-1, 2) B type Aluminium 1.6T 400 × 600 Down stream Semi -Streamlined B (B-1, 2) B type Aluminium 1.6T 400 × 600 Down stream Semi -Streamlined C (C-1, 2)
Figure 4. The state of opened control box.
절하는 것이므로 날개의 개폐 동작이 주요 기능이다. 또한 본 연구는 댐퍼 날개의 닫힘 시 정상적인 상태에서 급기의 누설량을 측정하고자 함이므로 정압에 의한 누설량 측정 실험 시 Figure 6과 같이 수동조작함 문이 열리지 않도록 폐쇄 시킨 후 누설량 시험을 진행하였다.
2.3.2 댐퍼 누설량 실험 결과
댐퍼 성능인증업체에서 제조, 생산 출고된 사용전의 완 제품을 이용하여 댐퍼 누설량 실험을 수행하였다. 실험체 별 누설량의 비교는 댐퍼를 챔버에 설치한 후 전원 24 V Figure 5. The leakage at opened control box.
Figure 6. The state of locking control box.
Figure 7. The result of leakage for each damper.
를 작동시켜 댐퍼를 전폐한 후 챔버 내의 압력에 따라 누 설량을 측정하였다. Figure 7은 각 댐퍼 type별 정압 증가 에 따른 댐퍼의 누설량 측정결과 이다.
Table 2에 나타난 바와 같이 정압 200 Pa에서 최대 누설 량은 A-1의 0.053 m3/s이고 최소는 0.028 m3/s이다. 600 Pa(대략 지상 11층 건물의 필요 급기압)에서의 최대 누설 량은 A-1의 0.089 m3/s이며 최소 누설량은 C-2의 0.050 m3/s이다. 실험의 최고정압인 1,800 Pa에서의 최대 누설량 은 A-1의 0.154 m3/s이고, 최소는 B-2의 0.090 m3/s이다.
실험체별 최소 정압 200 Pa과 최대 정압 1,800 Pa 사이의 누설량 증가율은 58%~73%이며 6개 실험체 모두 선형적 증가 현상을 나타내고 있다. 정압 100 Pa 증가 당 누설량 평균 증가율은 3.6%~4.6%로서 제품에 따라 1%의 차이를 보이고 있다.
실험체 간의 누설량 변화는 A type의 A-1에서 정압의 크기와 관계없이 최대치가 발생하였으며 최소치는 200 Pa 에서는 C-2, 1,800 Pa에서는 B-2에서 측정되었다. 전반적 으로 A type에서 누설량이 많고 상대적으로 B type의 누 설량이 적다. 200 Pa 정압 시 A type 평균 누설량이 B type에 비하여 148%이고 1,800 Pa에서는 118%로서 정압 이 증가할수록 평균 누설량의 type별 편차는 감소한다. 이 는 type별 재질이나 급기방향 등의 구성 형식에 기인한 것 으로 판단된다.
3. 결 론
3개 댐퍼 제작업체의 댐퍼를 이용하여 2개 Type의 댐퍼 누설량 측정 실험 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
1) 현재 가장 많이 사용되는 댐퍼 모두 정압 1,000 Pa~
1,400 Pa에서 전면의 수동조작함 문의 열림 현상이 발생하
였다. 이는 급기 정압이 높은 초고층 건축물의 경우 급기 가압 제연시 수동조작함 문이 열려 수동조작함 내부의 개 구부를 통한 급기로 부속실 과압이 발생할 수 있음을 의미 한다.
2) 댐퍼 제작업체에 따라 댐퍼의 누설량 0.090 m3/s~
0.154 m3/s 정도로 큰 차이를 보여주었다. 이는 댐퍼 누설 량에 대한 제한 규정이 필요하다 것을 의미한다.
3) A type에서 누설량이 0.154 m3/s로 크게 나타난 것으 로 보아 댐퍼의 재질 및 두께도 누설량에 영향을 미치고 있음을 알 수 있다.
4) 수동조작함을 폐쇄하고 실험한 결과 댐퍼에 공급되는 공기의 정압에 따라 댐퍼의 누설량은 선형적으로 비례하 여 증가하였다. 이는 초고층 건축물의 경우 정압이 크므로 댐퍼의 누설량이 증가하여 부속실에 과압이 발생하여 피 난을 위한 문을 개방하는데 방해가 될 수 있음을 보여주고 있다.
5) 신제품을 시험체로 사용하여 누설량 실험을 수행하였 으나, 향후 댐퍼의 노후화에 대한 누설량 증가에 대한 연 구가 필요하며, 누설량 실험결과를 활용하여 실제 부속실 차압 증가량과 피난을 위한 문을 개방하는데 필요한 힘에 대한 정량적인 연구가 필요하다. 정량적인 데이터를 확보 하여 댐퍼의 누설량 제한값을 설정하여야 고층 건축물에 서의 과압으로 인한 피해를 제거할 수 있다.
References
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2. K. C. Choi, Y. S. Song and J. H. Cha, “A Study on Leaking amount Test of Control Damper”, Fire Science and Engineering, Vol. 23, No. 3, pp. 131-137 (2009).
3. J. Y. Kim, D. H. Lee and H. Y. Kim, “Field Experi- ments on Performance Evaluation of Pressure Differen- tial System for Smoke Management”, Proceedings of 2008 Spring Annual Conference, Korean Institute of Fire Science & Engineering, pp. 251-254 (2008).
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5. Korean Standard, KS B 6311 (2010).
6. Air Movement and Control Association, AMCA 500-D- 98 (1999).
Table 2. The Result of Leakage for Each Pressure Pressure
(Pa)
Max. leakage (m3/s)
Min. leakage (m3/s)
Damper Type
