제연설비의 설계 검토사항 - 차압, 방연풍속

제연설비의 설계 검토사항 - 차압, 방연풍속

 

 

1. 제연방식

거실제연설비는 급 배기 방식이나 전실 제연설비는 급기 가압방식이다. 즉 제연구역(부속실, 계단실 등)에 외부의 신선한 공기를 가압하여 옥내(화재실)와의 차압을 형성함으로서 제연구역에 연기 침투를 방지하는 것이다. 따라서 자연배기 방식 또는 기계방식에 의하여 단순히 실내의 연기를 배출하는 배연설비와 구별된다.

 

 

2. 차압

1) 개념

화재실로부터 제연구역에 출입문 등 누설 틈새를 통하여 제연구역내로 침투하는 연기를 방지하기 위한 제연구역과 거실과의 압력차이다.

 

2) 기준차압

40Pa(옥내에 스프링클러설비가 설치된 경우에는 12.5㎩) 이상으로 한다.

① 다른 층의 문 개방시 제연구역(전실등) 압력 : 기준차압 × 70% 이상(28Pa±20%)

② 계단실과 전실을 동시 가압할 경우 : 계단실과 전실과의 압력차 = 5Pa미만

 

3) 차압에 대한 개념

① 40㎩이상 또는 12.5㎩(SP설비 설치 시)이상 유지 이유

구획된실의 화재발생시 통상적인 화재실의 압력은 20Pa 내지 30Pa 정도로 상승하기 때문에 그보다 더 높은 압력인 40Pa이상을 유지하도록 하여 옥내의 연기가 부속실내로 침입하지 않도록 하는 것이며, SP설비 설치시에는 초기소화로 인하여 급격한 압력상승이 이루어지지 않으므로 10㎩ 이내로 보고 있다.

반응형

② 이때의 차압은 화재 시 개념이 아니라 평상시 부속실과 옥내사이의 차압을 의미하며, 제연구역에서 옥내와 2곳 이상 연결 시 차압측정용 동관은 제3의 대기압을 측정할 수 있는 장소에 설치해야한다.

 

 

3. 방연풍속

1) 개념

① 출입문 폐쇄시에는 차압에 의하여 규정 압력이 유지되기 때문에 옥내의 연기가 부속실로 침투하지 못하지만, 피난을 위하여 일시적으로 출입문을 개방하거나 문을 닫지 않고 피난하였을 경우 제연구역의 차압이 낮아져 옥내의 연기가 제연구역으로 침입할 가능성이 있다.

② 따라서 출입문이 개방되었을 경우에도 연기가 부속실로 들어오지 못하도록 더 많은 공기를 불어넣어줄 필요가 있다. 이것을 방연풍속이라 한다.

 

2) 방연풍속

① 출입문이 계속 개방 시 연기를 막을 수 있는 풍속 : 3～4 m/s

② 출입문이 일시 개방 시 연기를 막을 수 있는 풍속 : 0.5～0.75 m/s

③ 외국의 방연풍속기준

· 뉴욕 : 방연풍속 2 m/s, 동시 개방 실 3개

· 호주 : 방연풍속 1 m/s

④ 국내적용기준

제 연 구 역		방 연 풍 속
계단실 및 그 부속실을 동시에 제연하는 것 또는 계단실만 단독으로 재연하는 것		0.5㎧이상
부속실만 단독으로 제연하는 것 또는비상용승강기의 승강장만 단독으로 제연하는 것	부속실 또는 승강장이 면하는 옥내가 거실인 경우	0.7㎧이상
	부속실 또는 승강장이 면하는 옥내가 복도로서 그 구조가 방화구조(내화시간이 30분 이상인 구조를 포함한다)인 것	0.5㎧이상

 

 

4. 급기량과 급기구

1) 급기량 산출 공식

급기량(㎥/sec) = 기본풍량(Q) + 보충풍량(q)

 

2) 기본풍량(Q)=누설량

2-1) 개념

40Pa의 차압을 유지하기 위한 기본 급기량 즉, 이 경우는 문이 닫혀 있는 것을 전제로 한 것이므로 급기량은 누설량으로 인하여 감소되는 압력을 계속 유지하기 위한 풍량이다.

※ 완전 밀폐공간의 경우는 공기의 누설이 없으므로 기본풍량의 의미가 없으며, 이는 완전밀폐로 인하여 외부에서 연기의 침투가 불가능하다는 개념이다.

 

2-2) 기본풍량(=누설량) 산출

◦ Q : 급기량(㎥/sec)

◦ A : 누설면적(㎡)

◦ P : 차압(N/㎡) = 40Pa(50Pa)

◦ n : 문(2), 창(1.6)

< Fig01. 누설면적 계산 >

 

3) 보충풍량(직통계단식 공동주택은 제외) 산출

◦ q : 보충풍량(㎥/sec),

◦ S : 제연구역 출입문 면적(㎡)

◦ V : 방연풍속 = 0.5 or 0.7(m/sec), ◦ n : 20층 이하 1, 21층 이상 2

◦ Q0 : 거실유입풍량(㎥/sec) [부속실 출입문 개방시 거실로 유입되는 공기량]

◦ 0.6 : 효율 60%(누설-leakage, resistant factor-저항계수 고려 )

◦ n : 보충품량은 문을 개방한 경우에 적용하는 것으로 20층 이하는 1개소, 21층 이상은 2개소로 가정한 것임

◦ S : 출입문의 경우 전실내에 문이 여러 개 있어도 1짝(each)의 문만 고려한다.

즉, 피난시 거실방향으로 동시에 여러 개가 아닌 1개소의 문만 열리는 것으로 가정한다.

 

4) 급기구

① 모든 부속실은 동시에 급기하어야 한다.

② 수직풍도는 전용의 송풍기로 급기하어야 한다.

③ 개별적으로 수직풍도 설치 및 전용의 송풍기로 각각 급기하어야 한다.

④ Damper는 옥내에 설치된 감지기와 연동되어야 한다.(감지기가 없을 경우 추가한 감지기 또는 헤드의 개방에 의해 기동)

⑤ 전층이 동시에 개방되는 구조이여야 한다.

⑥ 가능한 출입문에서 먼 위치에 설치한다.

⑦ 계단실 급기구는 3개 층당 1개씩 설치한다.

< Fig02. 부속실 제연설비 작동 >

 

 

5. 과압공기의 배출

1) 과압공기 배출의 필요성

기본풍량의 경우에는 문이 닫혀도 최초 차압을 적정하게 설계하였기 때문에 설계압력이 초과되는 일은 없을 것이나 보충풍량으로 인하여 갑자기 문이 닫혀 있을 경우에는 과압이 형성될 수 있다. 이러한 경우 옥내에서 피난자가 제연구역의 출입문을 개방하지 못하는 경우가 발생할 수 있으므로 제연구역의 과압형성을 방지하기 위한 조치가 필요하다.

 

2) 기 준

출입문의 개방은 원할한 피난을 위한 것으로 부속실 출입문의 폐쇄력은 110N을 초과할 수 없다. 이는 110N을 초과할 경우 출입문을 열지 못하여 패닉상태에 이를수 있기 때문이다.

< Fig03. 출입문의 폐쇄력 >

 

3) 과압방지조치

3-1) 플랩댐퍼 (Barometric Damper Relief)

① 면적계산

여기서, N이 개구부일 경우 2, 창문일 경우 1.6 적용

◦ Af : 플랩댐퍼의 날개면적(㎡)

◦ q : 제연구역에 대한 보충량(㎥/sec)

 

② 구조원리 : 플랩밸브 중간에 개방압력을 조절할 수 있는 추가 설치되어 있어 추 무게 중심의 이동을 통하여 110N에 열리 수 있도록 되어 있음

 

< Fig04. 과압방지 조치 >

 

3-2) 자동차압 과압조절형 댐퍼 (Variable Air Supply Damper)

① 작동원리 : 댐퍼의 개 폐압력 범위를 설정하여 댐퍼 자체가 설정압력 범위에 따라 풍량을 조절하여 준다.

② 설치방식

◦ 자체댐퍼내 차압센서에 의해서 차압을 유지된다.

◦ 플랩댐퍼 + 급기댐퍼기능을 하므로 플랩댐퍼는 면제를 받을 수 있으나 수직풍도에 의한 유입공기배출장치는 제외 받지 못한다.

 

 

6. 유입공기 배출

1) 유입공기 배출구 필요성

지속적인 화재실 연소로 인하여 실내의 압력이 상승하거나 제연구역 출입문 개방으로 인하여 옥내에 공기가 유입되어 압력이 상승할 우려가 있다. 이때 옥내와 제연구역간 압력이 같아지거나 화재실의 압력이 제연구역보다 커지게 되면 연기가 제연구역으로 역류할 우려가 있다. 따라서 이와 같은 현상을 방지하기 위하여 옥내에 유입공기 배출구 설치가 필요하다.

 

2) 유입공기 배출량

배출은 방연풍량[누설풍량 + 보충풍량(출입문면적 × 방연풍속)]을 배출시키는 것으로 직통계단식 공동주택의 경우는 세대내 피난자의 수가 적고, 베란다, 창문 등 외기와 접하는 개구부가 많으므로 유입공기의 배출구 설치를 제외하고 있다.

 

3) 유입공기 배출방식

3-1) 수직풍도에 의한 배출

① 풍도 및 송풍기

구 분	풍도크기 및 송풍기 용량
자연배출식	풍도 단면적 : 1개 층 방연풍량 × 1/2
기계배출식	가. 풍도 단면적 : 1개 층 방연풍량 × 1/8 나. 송풍기 용량 : 1개 층 방연풍량

 

② 배출구 기준

◦ 풍도는 내화구조일 것

◦ Motor damper 또는 Solenoid damper를 설치할 것

◦ 배기damper는 당해층의 감지기 또는 헤드와 연동될 것

 

3-2) 배출구에 의한 배출

① 배출구 크기 : 개구부 면적 = 1개 층 방연풍량 × 1/2.5

② 배출구 기준

◦ 옥외쪽으로만 열리고 옥외 풍압에 의해 자동으로 폐쇄되어야 한다.

◦ Motor damper 또는 Solenoid damper를 설치해야 한다.

◦ 제어반에서 개폐 여부를 확인 가능해야 한다.

◦ 당해층의 감지기와 연동되어야 한다.

 

3-3) 제연설비에 따른 배출

거실제연설비가 설치되어 있고 당해 옥내로부터 옥외로 배출하여야 하는 유입공기의 양을 거실제연설비의 배출량에 합하여 배출하는 경우 유입공기의 배출은 당해 거실제연설비에 따른 배출로 갈음할 수 있다.

 

 

7. 기타 설비의 설치기준

1) 송풍기

1-1) 송풍기 풍량

급기량의 15% 여유율을 두어야 한다.

 

1-2) 송풍기 토출측

① Volume damper를 설치

② 풍량 및 풍압 측정장치 설치

 

2) 수동기동장치

① 급기풍도의 급기용 Damper개방

② 배출용 Damper 및 배출구의 개방

③ 개방 고정된 모든 출입문(제연구역과 옥내 사이의 출입문)의 개폐장치 작동

④ 기동장치 : 전용의 수동기동장치외 발신기에 의해서도 기동될 것

 

3) 제어반 기능

① 급기damper의 감시 및 원격기동장치

② 배출용damper 및 배출구의 감시 및 원격기동

③ 송풍기의 감시 및 원격기동

④ 수동기동장치의 감시 기능

⑤ 제연구역과 옥내사이의 출입문의 해정에 대한 감시 및 원격조작 기능