이번글애서는 건축방재부분중에서 연기의 유동의 특성에 대해 여러 효과들이 나오는데 이런 특성들에 대해서 알아보기로 하자. 굴둑효과(연돌효과), 역연돌효과도 생각해봐야 하고, 부력효과등은 화재플럼등과의 연관성도 있으니 매우 중요한 부분이기도 하다. 또한 이외에도 풍압, 팽창, 엘리베이터 연도내에서의 피스톤효과등도 정리해두어야 할것이다.
오늘도 모두들 열심히 공부하시기를~~
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연기의 유동 특성
1. 개요
연기 또는 어떠한 유체가 이동하는 것은 전체용적 내에서 압력구배가 존재하기 때 문에 연기가 유동하는 증거라고 할 수 있으며 이러한 유동을 유도하는 힘의 영향에 따라 연기의 확산에 영향을 받게 된다. 따라서 건물 내의 연기이동에 작용하는 힘은 다음 사항에 의해 생성된다.
2. 굴뚝효과
⑴ 건물의 외부온도가 실내온도보다 낮을 때는 건물내부의 공기는 밀도차에 의해 상부로 유동하게 되고, 이로 인해 건물의 높이에 따라 어떤 압력차가 형성되는데 이런 현상을 굴뚝효과라고 하며 이 때의 압력차는
⑶ 굴뚝효과에 의한 연기이동의 특성을 살펴보면
① 중성대 하부층에서 화재가 발생한 경우 연기는 건물의 심부로 침투하면서 상부층으로 이동하며, 연기자체의 온도에 의한 부력으로 상승속도가 더욱 증가 한다.
② 중성대의 상부층에서 화재가 발생한 경우 연기는 건물외부로 누출되면서 상승 하고 연기 자체온도에 의한 부력으로 상승속도가 더욱 증가한다.
③ 대규모 건축물인 경우 건축물 내부 아래쪽에서 화재가 발생했을때 엘리베이 터실이나 계단실 등 수직공간의 연돌효과에 의해 연기가 상승으로 퍼져 가 는데 건축물의 중성대 아래쪽은 수직 공간내로의 유입만이 가능하므로 수평 방향으로의 연기확산은 거의 없을 것이며, 중성대 위쪽은 수직공간 밖으로 유출하려는 경향때문에 연기가 수평으로 확산되는데 상층으로 갈수록 그러한 경향은 더욱 커져 연기가 상층부터 충만되어 내려오는 것이다.
3. 부력효과
⑴ 화재시 발생하는 고온연기는 밀도가 감소되어 부력을 발생한다. 이 때의 화재 구역과 주위의 압력차는
여기서, T는 화재부분의 절대온도(K)
⑵ 부력에 의해 상승된 연기는 천장부에서 측면으로 퍼져나가면서 열전달, 희석 등에 의해 온도가 떨어지고, 화재구역으로부터 거리가 멀어짐에 따라 부력효과가 점차 감소한다. 또한 부력에 의한 압력차 때문에 연기는 화재구역의 문, 벽 등 누설틈새를 통해 다른 구역으로 이동하며, 특히 화재실 천장에 누설틈새가 있는 건물에서는 이 부력효과에 의해 연기는 급격히 상부층으로 이동한다.
4. 팽창효과
⑴ 화재로 인해 방출되는 에너지는 팽창에 따른 연기유동을 야기시킨다. 개구부가 하나뿐인 화재구역을 가정해 보면 공기는 개구부의 하부를 통해 화재구역으로 이동하고, 연기는 개구부의 상부를 통해 나올 것이다. 이때 연소에 의한 물질이 동을 무시한다고 하면 다음 관계가 성립된다.
⑵ 기밀이 잘 유지되고 있는 화재실의 경우 팽창에 의한 압력차는 크게 발생한다. 일반적으로 화재시 실내온도가 600℃까지 올라가게 되면 Qs/Qo 는 밑의 계산에 의해 2.97이 된다
결론적으로 실내의 원래 체적보다 약 3배정도 Gas의 양이 증가하므로 실내 체 적의 2/3정도의 Gas가 방화구획을 통하여 타 지역으로 누출되게 된다.
5. 풍압효과
⑴ 문이나 창문 등의 기밀성능이 좋고 누설이 거의 없는 구조체의 건물에서는 화 재초기에 연기의 유동에 미치는 풍압효과는 경미하다. 그러나 개방창, 개방문이 있는 건물이나, 누설이 많은 구조, 화재시 창문의 파손이 발생하였을 경우에 풍 압효과에 의한 영향은 대단히 중요하다. 건물에 미치는 풍압효과는
⑵ 바람에 의한 풍압효과는 건물의 누설특성과 크게 관련이 있고 풍속, 풍향, 건물의 형상, 인접 건물과의 상호관계등 건물주위의 기류 및 압력 변화를 결정하는 요 인들이 아주 복잡하기 때문에 실제적으로는 모델 실험에 의한 측정이나 컴퓨터를 이용한 해석에 의존할 수 밖에 없을 것이다.
6. 엘리베이터에 의한 PISTON효과
⑴ 엘리베이터가 움직이고 있을때 엘리베이터 Shaft에 엘리베이터 뒤 부분은 피스톤 작용에 의해 suction압력으로 화재실(거실) 연기가 부속실, 복도로 유입되거나 유동한다.
⑵ 엘리베이터의 앞부분은 피스톤작용에 의해 가압이 발생되므로 화재실의 연기가 다른 구역으로 빠르게 확산되는 연기의 유동이 발생한다.
7. 기타 설비에 의한 영향
⑴ 공기조화설비의 팬이 작동하지 않은 경우 덕트는 고층건물에서 연돌효과에 의해 연기가 확산되는 경로가 되며 설비가 작동중일 때는 화재가 발생하면 연기확 산이 더욱 빠르게 된다.
⑵ 따라서, 화재시에는 연기의 감지에 의해 자동적으로 설비의 운전이 중단되고 또한 연기나 열의 확산을 방지하기 위해 댐퍼를 덕트의 중간 중간에 설치해서 화재시 자동으로 닫히도록 하여야 한다.
⑶ 그러나 최근의 경향은 공조․환기설비를 필요에 따라 가압, 배연 등을 위한 제 연설비의 일부 수단으로 이용, 초기투자비를 절감하거나 제연설비의 효과를 높 이는 데 적극적으로 활용하는 추세이다.
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도시, 주택개발, 건축, 인테리어 설계, 시공 문의 b-studio@hanmail.net 이나 010-9162-6135로 문자요망
(주)여울 종합건축사사무소와 컨소시엄 작업수행중
건축 & 문화 프로젝트팀 STORY ONE에서 활동중, 26년차 건축가 주원태
홍익대학원 도시계획과 석사과정
저서로는 [수인의 건축] [집과 연필, 비례이거나 반비례거나]등이 있다
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