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초고층 건축물의 제연설비와 화재실 단독제연방식의 문제점
단독제연방식이란?
단독제연방식이란 공기의 유입구와 연기의 배출구가 하나의 실에 설치되는 방식을 말합니다. 제연구역이 소규모의 실인 경우에 많이 사용하는 방식입니다. 제연구역이 백화점의 영업장처럼 공간이 넓고 제연경계로 구획되어 있는 경우에는 인접구역 상호제연방식을 사용하지만, 건물이 작은 공간으로 구획되어 있는 곳은 단독제연방식을 사용합니다.
초고층 건축물의 실내 특징
초고층 건축물은 높이 지어야 하는 특성상 위로 올라갈수록 면적이 조금씩 작아지는 특성을 가집니다. 그래서 각 층별로 바닥 면적이 넓지 않습니다. 즉, 소규모의 실로 구획되는 특성을 가집니다. 공동주택에 해당하는 초고층 건축물은 세대별로 구획되고, 일반 사무용 건물은 회사별 그리고 부서별로 구획됩니다. 초고층 건축물은 대형 건물이므로 자체 환기를 위한 공조시스템(HVAC)이 설치되어 있습니다. 그래서 하나의 실내에 급기구와 배출구가 존재하는 경우가 많습니다. 공조시스템은 화재가 발생하면 제연설비의 역할로 전환되기 때문에 설치를 선호하는 추세입니다. 건물의 높이가 높을수록 연돌효과가 강하게 발생합니다. Stack effect라고 불리는 연돌효과는 실내 온도가 외부의 온도보다 높을 때 더 강하게 일어납니다. 특히 겨울철 외부 온도는 낮아지는데 비해 건물 내부는 난방을 하는 경우 연돌효과가 나타납니다.
화재실을 단독제연방식(동일실 제연방식)으로 하면 발생하게 되는 문제
가. Clear layer 형성이 방해됩니다. 연기층 아래의 연기가 없는 부분을 청결층 또는 Clear layer라고 부릅니다. 화재로 인해 발생한 연기는 온도가 높아 상부로 이동하여 천장에 축적됩니다. 계속 발생하는 연기는 천장에 차곡차곡 쌓이는데 상부는 연기가 차고 그 아래는 청결층으로서 사람들이 대피할 수 있는 공간이 생깁니다. 그런데 급기로 인해 신선한 공기가 들어오면 실내에 새로운 공기의 흐름이 생겨 난기류가 형성되고 Clear layer가 형성되지 못하게 됩니다. 연기층과 연기가 없는 청결층이 뒤섞여 대피할 수 있는 공간이 없어져 버리는 현상이 발생합니다.
나. 신선한 공기로 화재가 확산
화재는 가연물, 산소, 점화원 이렇게 세 가지의 요소가 있어야 발생합니다. 그리고 연쇄반응이 있는 경우 화재가 지속되고 확산됩니다. 그런데 처음 화재가 발생한 이후 시간이 흘러 실내 산소를 거의 다 소비해버려 화재가 더 확산되지 못하고 있는데, 급기구를 통해 갑자기 신선한 공기가 화재실로 들어오면 힘을 잃어가던 화재가 다시 맹렬하게 발전하게 됩니다. 화재를 재확산 시킬 우려가 있습니다.
다. 급기된 공기의 일부가 곧바로 배출
배출구에서는 천장에 쌓인 연기를 빨아내는 역할을 하는데, 급기구를 통해 들어온 신선한 공기도 같이 빨아내버리는 역할을 할 수 있습니다. 소규모의 실이다 보니 급기구와 배출구의 거리가 멀리 떨어지지 못하는 경우가 많습니다. 특히 바닥면적이 400㎡ 이하인 실에서는 급기구의 위치를 바닥 외의 장소에 설치할 수 있다고 하여 벽 또는 천장에서 설치할 수 있게 되어 있습니다. 그리고 배출구와 급기구의 거리를 5m 이상으로 유지하게 하고 있어 유입된 공기가 바로 연기와 뒤섞여 배출구로 향하게 되는 상황이 발생할 수도 있습니다.
라. 화재실이 양압으로 형성되어 연기가 확산
화재실은 부압이 형성되어야 연기가 다른 실로 확산되는 것을 최대한 예방할 수 있습니다. 다른 실이 양압으로 형성되고 화재실은 부압으로 형성이 되어야 문틈이나 개구부를 통해 신선한 공기가 들어오는 차압이 형성되게 됩니다. 그런데 급기량이 배출량과 동등 이상이 되어야 하므로 급기량이 더 많아 화재실에서 도리어 양압이 형성되어 버립니다. 결국 화재실의 압력이 더 높아져서 인접 실로 연기가 이동하는 결과를 초래할 수 있습니다.
인접구역 상호제연방식을 사용
가. 인접구역 상호제연방식이란 인접구역 상호제연방식이란 서로 인접되어 있는 실 또는 구역끼리 서로 주고받고 하는 방식을 말합니다. 대표적인 예로 백화점의 영업장을 들 수 있습니다. 화재가 발생한 실에서는 배출구가 열려서 연기를 배출시키고 그 인접된 실에서는 급기구가 열려서 공기를 불어넣어주는 방식입니다. 그러면 화재구역은 연기가 배출되므로 부압이 형성되고 그 인접구역들은 공기가 들어오므로 양압이 형성되는 것을 목표로 합니다. 결국 연기가 인접 구역 쪽으로 확산되지 않도록 하면서 사람들이 대피할 수 있는 공간과 시간적 여유를 만들어 줄 수 있습니다.
나. 화재실을 배출, 인접실을 급기로 하는 방식
가장 무난한 방법이 화재실을 배출하고 인접실을 급기하는 방식입니다. 소규모로 구획되어 있는 실이라도 대부분 공조설비를 사용하고 있으므로 공조설비를 세팅할 때 인접구역 상호제연방식으로 해 놓으면 화재실은 배출구가 열리고 인접실은 급기구가 열리게 됩니다.
다. 화재 층 전체를 배출, 상부층 및 하부층을 급기하는 방식
하나의 층과 층을 제연구역화 하는 방법입니다. 화재가 발생한 층은 모두 배출구를 열어서 연기를 배출시키고 직상층 및 직하층은 급기구를 열어서 신선한 공기를 불어넣어주는 방식입니다. 소규모 화재에서는 하나의 실에서 배출구만 열어도 연기의 제어가 가능하지만 시간이 지나면서 화재가 확산되면 해당 층 전체가 연기에 휩싸이므로 “나”의 방식만으로는 충분하지 않습니다. 그러므로 하나의 층 전체(화재층)를 제연구역으로 보아 배출층으로 만들고 상층 및 하층을 급기층으로 만드는 방법을 고려해 볼 수 있을 것 같습니다.