화재 시뮬레이션을 이용한 이중외피 구조의 연돌효과 저감방안에 관한 연구
A Study on the Way of Reducing Stack Effect in Double skin Structure, Using Fire Simulation
- 주제(키워드) 화재 시뮬레이션 , 이중외피 구조 , 연돌효과
- 발행기관 동신대학교
- 지도교수 송영주
- 발행년도 2013
- 학위수여년월 2013. 8
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 대학원 소방학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/dsu/000001628267
- 본문언어 한국어
- 저작권 동신대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
인류의 제한된 자원의 무분별한 개발로 인한 환경파괴는 복원이라는 시간적 개념을 점차 벗어나고 있으며, 최근 건축물은 대형화․고층화․지중화․밀폐화 됨에 따라 과다한 에너지를 소비하고 있는 추세이다. 이러한 환경보전 문제와 에너지 문제를 해결하기 위한 건축적 방안으로 이중외피 구조가 대두되고 있다. 이중외피 구조란 단일 외피에 두 번째 외피로 유리 등을 사용하여 설치한 것으로 외피와 외피 사이에 중공층이라는 새로운 건축적 공간을 형성하여 자연환기가 가능한 형태이다. 이 구조는 겨울철의 온실효과, 여름철의 환기 및 차폐효과를 통하여 에너지 소비를 줄일 수 있으며 외부의 환경부하에 적극적으로 대응할 수 있는 장점이 있다. 그러나, 이중외피 구조는 건축물의 내․외부 온도차에 의한 밀도차에 의해 생성되는 압력차인 연돌효과로 인해 화재 발생 시 연기의 수직통로인 중공층을 통하여 연기와 화염이 급속하게 전파되고, 건축물 전체로 빠르게 확산될 우려가 있어 화재실 뿐만 아니라 타 구획층 재실자의 안전까지 위협하게 되는 단점을 가지고 있다. 현재 연돌효과를 효과적으로 제어하는 방법에는 Passive System과 Active System이 있다. Passive System은 특별한 기계 장치를 쓰지 않고 건물 자체의 성능에 의해 공기 흐름을 자연스럽게 제어하는 방법으로 건축물의 내화구조․방화구조․층간구획 등의 건축적 방안으로 대별되고 있으며, Active System은 건물 자체의 성능보다는 특별한 기계 장치를 사용하여 공기 흐름을 진압 제어하는 방법으로 강제배기 장치․방연막 장치․살수장치 등의 소방적 방안으로 대별되고 있다. 연돌효과에 의한 화재확산의 실질적인 실험 데이터의 도출은 실제규모의 화재실험을 통하여 취득하는 것이 가장 효과적이지만 비용, 환경조성 어려움 등의 제반조건을 고려하여 일반적으로 시뮬레이션을 통해 실험 데이터를 도출하고 있다. 따라서, 본 연구에서는 미국의 NIST에서 개발한 FDS프로그램을 기반으로 만들어진 대표적인 시뮬레이션 프로그램인 PyroSim을 이용하여 4가지의 이중외피 구조 유형 중 가장 위험도가 높은 2가지의 이중외피 구조를 선정한 후, 선정된 2가지의 이중외피 구조에 Active System을 적용하여 6가지 평가항목을 기준으로 Active System의 적용 전․후의 결과 값을 비교 분석하고, 위험성 평가 및 적응성 평가를 통해 이중외피 구조의 연돌효과 저감에 최적인 Active System을 제안하고자 하였다. 이것을 요약하면 다음과 같다. 1. 시나리오 1 단계 - 이중외피 구조 별 위험성 분류 및 선정 이중외피 구조를 4가지(박스형 이중외피 구조, 샤프트-박스형 이중외피 구조, 복도형 이중외피 구조, 전면형 이중외피 구조)로 분류하고, Room-1, Room-2 최상층의 2가지 측정대상에 대해 6가지의 평가 항목(연기 밀도, 연기 농도, 일산화탄소, 이산화탄소, 산소농도, 열 온도)으로 기준화 하여, 구조별 위험성 분류(4점), 측정대상(2점), 평가항목(6점)으로 합계점수를 나타내는 위험도 평가를 통해 총 48점의 근사치에 가까운 2가지의 이중외피 구조를 선정하였다. 2. 시나리오 2 단계 - Active System 적용에 따른 위험성 평가 시나리오 1 단계에서 선정된 2 가지 이중외피 구조에 Active System(살수장치, 강제배기 장치, 방연막 장치)을 적용하여 화재특성에 따른 데이터를 분석하였다. 3. 시나리오 3 단계 - Active System 적용 전⦁후의 이중외피 구조별 비교 분석 시나리오 1 단계와 시나리오 2 단계의 결과 분석에서 도출한 데이터를 기반으로 Active System(살수장치, 강제배기 장치, 방연막 장치)의 적용 전⦁후의 이중외피 구조에 대한 평가항목을 그래프화 하고 비교 분석을 통한 화재특성을 파악하였다. 4. 시나리오 4 단계 - Active System 적용 전⦁후의 위험성 평가 및 적응성 평가 Active System 적용 전⦁후의 전체적인 결과분석을 통하여 위험성 평가 및 적응성 평가 결과 값을 도출하여 이중외피의 구조 및 적용 설비에 따른 이중외피 구조의 연돌효과 저감에 가장 효과적인 Active System을 제안하였다.
more목차
목차 ⅰ
표 목차 ⅵ
그림목차 ⅶ
국문초록 ⅸ
제 1 장 서 론 1
1.1 연구의 배경과 필요성 1
1.2 연구의 방법 및 범위 3
제 2 장 이중외피 구조 5
2.1 이중외피 구조의 개요 5
2.2 이중외피 구조의 종류 및 특징 6
2.3 이중외피 구조의 구성요소 7
2.3.1 박스형 이중외피 구조 8
2.3.2 샤프트-박스형 이중외피 구조 8
2.3.3 복도형 이중외피 구조 9
2.3.4 전면형 이중외피 구조 9
2.4 이중외피 구조와 연돌효과 10
2.4.1 연돌효과의 발생원리 10
2.4.2 연돌효과에 문제점 11
2.4.3 연돌효과 저감 대책방안 12
2.5 이중외피 구조에서의 연기의 영향 15
2.5.1 연기의 정의 15
2.5.2 연기의 위험성 15
제 3 장 화재 시뮬레이션 프로그램 19
3.1 화재 시뮬레이션 프로그램 개요 19
제 4 장 화재 시뮬레이션의 구성과 설정 값 21
4.1 실험 설정 건축물의 제원 및 구조 21
4.1.1 실험 건축물의 제원 및 구조 21
4.2 실험 모델의 설정 24
4.3 화재 시나리오 설정 27
제 5 장 결과 분석 28
5.1 시나리오 1(이중외피 구조 위험성 평가)단계 28
5.1.1 평가항목에 따른 이중외피 구조 별 화재 위험성 분류 및 선정 28
(1) CO 위험성 28
(2) CO 위험성 29
(3) O 위험성 29
(4) 연기 밀도 위험성 30
(5) 연기 농도 위험성 30
(6) 열 특성 위험성 31
5.1.2 이중외피 구조 별 화재 위험성 구조 선정 32
5.2 시나리오 2(Active System 적용에 따른 위험성 평가)단계 33
5.2.1 살수장치의 적용에 따른 구조 별 화재특성 분석 33
5.2.2 방연막 장치의 적용에 따른 구조 별 화재특성 분석 45
5.2.3 강제배기 장치의 적용에 따른 구조 별 화재특성 분석 57
5.3 시나리오 3(Active System 적용에 따른 위험성 평가)단계 69
5.3.1 샤프트-박스형 이중외피 구조의 Active System 적용 전⦁후 비교분석 69
5.3.2 전면형 이중외피 구조의 Active System 적용 전⦁후 비교분석 76
5.4 시나리오 4(결과분석)단계 82
5.4.1 샤프트-박스형 - Active System의 전⦁후의 위험성 평가 특성 82
5.4.2 전면형 - Active System의 전⦁후의 위험성 평가 특성 84
5.4.3 샤프트-박스형 - Active System의 적응성 평가 86
5.4.4 전면형 - Active System의 적응성 평가 88
제 6 장 결 론 90
참고문헌 93
(Abstract) 94