화재 시뮬레이션을 이용한 건축 코어형태별 위험성에 관한 연구
A Study on Fire Risk by Construction Core Type using Fire Simulation
초록/요약
화재시뮬레이션을 이용한 건축 코어형태별 위험성에 관한 연구 임 인 수 동신대학교 대학원 소방학과 (지 도 교 수 : 백 은 선 ) ( 국 문 초 록 ) 최근 과학기술 및 건축기술의 고도성장과 사회구조의 변화는 소비자 의식변화와 구매패턴에 급격한 변화를 가져왔다. 특히 소득수준의 향상과 여가시간의 증가로 쇼핑에 대한 사고방식이 단순한 상업과 유통의 개념에서 벗어나 레저와 정보수집, 문화공간이라는 의식변화로 이어져 국내 백화점 및 쇼핑센터가 양적․질적으로 급성장 해왔다. 따라서 건축계획 시 매장의 확장을 통한 수익증대의 단순한 차원만을 고려하여 코어 및 매장계획을 수립함으로써 다량의 가연물 분포로 화재하중(Fire Load)이 높아 화재안전 측면을 고려하지 못하는 문제점이 초래되고 있다. 백화점 및 쇼핑센터는 불특정 다수인이 이용하는 다중이용건축물로서 건축물 내 군집밀도의 증가로 화재 및 재해발생 시 막대한 인명피해와 재산피해가 발생할 수 있다. 특히 인명 및 재산피해의 주원인은 건축물 코어 구성요소 중 하나인 피난계단 및 엘리베이터샤프트 등 화재로 인한 연소생성물 중 연기의 확산을 통한 가시거리 저하에 의한 피난장애 및 독성가스 흡입 등이 있다. 이에, 본 연구에서는 미국의 NIST(National Institute of Standards and Technology)에서 개발한 FDS(Fire Dynamics Simulator)프로그램을 기반으로 만들어진 PyroSim프로그램을 이용하여 대형 판매시설의 건축물 코어형태 중 분산코어 및 편심코어의 홀형형태 코어의 화재위험성을 연기밀도, 가시거리, CO 농도, CO2 농도 변화량의 수치 분석을 통해 화재위험성을 비교하고자 한다. 이를 위해 본 연구에서는 화재 시뮬레이션 프로그램과 동일한 제반조건을 갖춘 후 각 코어별로 화재특성을 파악하기 위한 인자로 연기거동, 연기밀도, 가시거리, CO 농도, CO2 농도, O2 농도, 열감지장치, 연기감지장치 등을 설치하였다. 그 결과는 다음과 같다. 1. 코어 형태별 1층 매장 정중앙 화재시 발생하는 화재 특성 및 그 위험성 첫째, 연기밀도로 본 편심코어와 분산코어의 화재 특성 및 위험성을 보면, 시뮬레이션 시간인 20분을 기준으로 층별 5분 단위로 연기밀도를 측정하여 분석한 결과, 편심코어 및 분산코어 모두 연기밀도에 있어 시간의 경과에 따라 미세한 차이는 있으나, 연기밀도에 의한 영향을 받음을 알 수 있다. 따라서 대형 판매시설인 백화점 및 쇼핑센타는 연기밀도에 의한 가시도 약화로 피난안전성에 문제가 발생되므로 Passive적 대책인 피난로 수의 증가, 피난로의 안전구획화 등의 대책을 수립하여 코어부분인 피난계단을 연기로부터 차단하는 대책을 수립하여야 한다. 둘째, 가시거리로 본 편심코어와 분산코어의 화재 특성 및 위험성을 보면, 편심코어의 경우 300 sec 이내에 15층까지 판매시설의 가시거리한계인 7미만으로 나타난 반면, 분산코어의 경우 300 sec 경과시 10층까지 판매시설의 가시거리한계인 7미만으로 나타났다. 두 코어 모두 약간의 차이는 있으나, 발화후 5분 이내에 재실자들을 옥외의 안전한 공지로 피난시키기 위한 대책이 필요하다. 셋째, CO 농도로 본 각 코어 형태별 화재 특성 및 위험성을 살펴보면, 연기밀도의 영향과 유사한 경향을 나타냈다. 두 코어 모두 시간의 경과에 따라 인명안전기준의 일산화탄소 독성 농도인 0.14 % 에는 미치지 않으나, 장시간 노출될 경우 일산화탄소 중독에 의한 사망 발생확률이 높으므로 코어 배치시 피난계단의 폭이나 넓이를 증가시키거나, 평면을 복수의 Zone으로 구획하는 등의 피난대책을 수립하여 불특정 다수인이 이용하는 다중이용건축물인 백화점 및 쇼핑센타의 피난안전성을 확보할 필요가 있다. 넷째, CO2 농도로 본 각 코어 형태별 화재 특성 및 위험성은 CO 농도와 유사한 경향을 나타냈다. 2. 코어 형태별 8층 매장 정중앙 화재시 발생하는 화재 특성 및 그 위험성 첫째, 연기밀도로 본 각 코어 형태별 화재 특성 및 위험성은 편심코어 및 분산코어 동일하게 발화층의 하부층은 연기밀도가 시간의 경과에 따라 감소한다. 그러나 발화층 상부층의 경우 시간의 경과에 따라 분산코어가 편심코어에 비해 연기밀도가 약 1.7배 정도 상승하나 그 차이는 미미하다. 따라서 발화층 상부는 두 코어 모두 연기확산을 통한 인명 및 재산피해가 클 것으로 우려되므로 피난계단을 외부의 노대로 확장시킨 피난발코니를 설치하거나, 피난계단에 부속실을 설치하는 등 피난안전성을 확보하기 위한 대책을 수립할 필요가 있다. 둘째, 가시거리로 본 코어형태별 화재 특성 및 위험성은 화재초기 발화층 상부층은 편심코어의 경우 급격하게 가시도가 떨어진 반면, 분산코어는 상대적으로 영향이 덜 하였다. 그러나 이 또한 두 코어 모두 시간의 경과에 따라 가시도가 피난한계거리 미만으로 떨어지므로 고층부 화재시 코어를 통한 화재확산 및 연기확산 방지대책, 피난대책 고려가 필수적이다. 셋째, CO 농도 및 CO2 농도로 본 코어 형태별 화재 특성 및 위험성은 발화층을 기준으로 하부층은 두 코어 모두 시간의 경과에 따라 농도가 현저하게 낮아지는 양상이나, 발화층 상부층의 경우 편심코어와 분산코어 모두 시간의 경과에 따라 CO 농도 및 CO2 농도가 확연히 증가함을 보이고 있다. 본 논문은 중급 규모의 백화점을 대상으로 화재 시뮬레이션을 통하여 편심코어와 분산코어의 1층 및 8층에서 화재 발생시 화재 특성 및 위험성에 대하여 파악하였다. 동 연구결과를 모든 판매시설에 일률적으로 적용시킬수는 없으나, 향후 대형 백화점 및 쇼핑센타 등의 판매시설 건축계획 시 화재위험성 회피 및 피난대책 수립을 위한 충분한 근거 자료로 활용될 수 있을 것이라 사료된다. key word : 건축코어, 편심코어, 분산코어, 화재 시뮬레이션
more목차
목 차
목 차 ⅰ
표 목 차 ⅳ
그림목차 ⅵ
국문초록 ⅶ
제 1 장 서 론 1
1.1 연구의 필요성 및 목적 1
1.2 연구의 방법 및 범위 2
제 2 장 건축 코어형태별 분류 및 화재안전특성 4
2.1 건축 코어의 개요 4
2.2 건축 코어 4
2.2.1 건축 코어의 구성 4
2.2.2 건축 코어의 유형분류 6
2.2.3 건축 코어 유형결정에 영향을 미치는 요인 7
2.3 건축 코어에서의 화재에 의한 특성 9
2.3.1 건축 코어 형태별 화재안전특성 10
2.3.2 건축 코어에서의 연돌효과 11
2.3.3 건축 코어에서의 연기에 의한 영향 13
2.3.4 건축 코어에서의 화재 안전에 관한 법적 기준 19
제 3 장 화재 시뮬레이션 23
3.1 화재 시뮬레이션 프로그램 개요 23
3.2 Zone Model과 Field Model 23
3.2.1 Zone Model 23
3.2.2 Field Model 24
3.3 PyroSim 프로그램 24
제 4 장 화재 시뮬레이션의 구성과 설정 값 26
4.1 실험모델의 구성과 기초자료 26
4.1.1 실험모델의 구성 및 제원 26
4.2 실험모델의 설정 27
4.3 화재 시나리오 설정 30
제 5 장 결과 분석 32
5.1 편심코어 1층 화재시 32
5.1.1 연기밀도 32
5.1.2 가시거리 34
5.1.3 CO 농도 36
5.1.4 CO2 농도 38
5.2 분산코어 1층 화재시 40
5.2.1 연기밀도 40
5.2.2 가시거리 42
5.2.3 CO 농도 44
5.2.4 CO2 농도 46
5.3 편심코어 8층 화재시 48
5.3.1 연기밀도 48
5.3.2 가시거리 50
5.3.3 CO 농도 52
5.3.4 CO2 농도 54
5.4 분산코어 8층 화재시 56
5.4.1 연기밀도 56
5.4.2 가시거리 58
5.4.3 CO 농도 60
5.4.4 CO2 농도 62
5.5 결과 분석 65
5.5.1 코어형태별 1층 화재시 수치분석 65
5.5.2 코어형태별 8층 화재시 수치분석 71
제 6 장 결 론 78
참고문헌 81
(Abstract) 83