화재 발생 시 사람들의 생명과 재산을 보호하는 가장 중요한 장치 중 하나는 바로 제연설비입니다. 제연설비는 연기와 유독가스가 대피로로 확산되는 것을 막기 위해 연기를 배출하거나 차단하는 시스템을 말합니다. 제연설비의 배출량과 배출방식은 이러한 시스템이 얼마나 효율적으로 작동할 수 있는지에 중요한 영향을 미칩니다.
2.3.1 거실의 바닥면적이 400 ㎡ 미만으로 구획(제연경계에 따른 구획을 제외한다. 다만, 거실과 통로와의 구획은 그렇지 않다)된 예상제연구역에 대한 배출량은 다음의 기준에 따른다.
1. 배출량 가. 소규모 거실의 배출량 하나의 예상제연구역에 대한 단독제연을 적용할 경우 배출량을 산정해야 하는 데 이때 거실 규모(면적)에 따라 소규모 거실과 대규모 거실의 2부분으로 나 누어서 산정해야 한다. 소규모 거실이란 화재안전기준에서 바닥면적 400㎡ 미만으로 구획된 거실에 해당하며 대규모 거실이란 400㎡ 이상으로 구획된 거실에 해당한다. 이 경우 소규모 거실은 바닥면적별로 배출량을 산정하며 대규모 거실은 제연경계 수직거리(높이)별로 배출량을 산정한다. 이때 400㎡ 미만 의 소규모 거실은 바닥면적 1㎡ 마다 1㎥/min 이상으로 배출량을 산정하라는 의미이다. 나. 바닥면적 1㎡ 마다 1㎥/min 이상 배출량 산정과정 거실에서 발생한 연기는 재실자의 피난 및 소화활동을 위한 공간조성을 위해 곧바로 배출시켜야 하고 배출량과 동일한 양의 급기를 실시하여야 한다. 이때 연기층의 한계높이는 최소 2m로 정하고 있다. 청정층 높이 즉, 연기층의 한계높이 Y(최소 2m)가 유지되도록 하여야 하며, 이때 연기층의 한계높이 Y가 유지되기 위해서는 발생되는 연기의 양(Ms)만큼 배출구를 통해 연기가 배출(배출량 Mv)되어야 한다. 연기 배출량(Mv)은 연기 하강시간(t)과 관계가 있고 연기하강시간은 연기 발생량(Ms)으로부터 구할 수 있다. 1) 바닥면적 1㎡당 1㎥/min식의 유도 가) Hinkley 식 나) 매우 작은 화재의 연기발생량(㎏/s) 화재강도는 0.5 ㎿이고 P값은 4×1m = 4m이므로 연기발생량은
다.경유거실의 배출량 산정 경유거실의 경우 인접실의 피난경로가 되기 때문에 피난자의 안전이 보다 확보되어야 하므로 1.5배의 안전율을 적용한다. 경유거실의 배출량은 최저배출 량 5,000㎥/hr 또는 경유거실 면적의 배출량의 1.5배 중 큰 값으로 적용한다. ※ 경유거실의 면적이 50㎡인 경우 1. 최저배출량 : 5,000㎥/hr 2. 1.5배 배출량 : 50㎡ × 1㎥/min/㎡ × 1.5 × 60min ÷ hr = 4,500㎥/hr 3. 결론 : 5,000㎥/hr를 적용한다.
2.배출방식 가. NFTC 501의 거실제연에서는 배출방식을 예상제연구역의 수에 따라 단독 제연방식과 공동제연방식으로 나누고 있다. 1) 단독제연방식 하나의 예상제연구역만 단독으로 제연하는 방식으로 그림과 같이 화재 시 화재가 발생한 제연구역(거실이나 통로)에서만 제연이 이루어지는 방식이다. 2) 공동제연방식 2개 이상의 예상 제연구역을 동시에 제연하는 방식으로 그림과 같이 화재 시 화재발생하지 않은 구역도 공동제연구역인 경우 모두 동시에 제연을 하 는 방식이다. 3.거실 배출량의 적용기준(제1항 관련) 제연설비에서 하나의 예상제연구역에 대한 단독제연방식을 적용할 경우 배출량 산정의 가장 기본적인 구분은 소규모거실과 대규모거실의 2부분으로 구분하여 배출량을 다르게 산정한다는 것이다. 소규모거실이란 화재안전기준에서 바닥면적 400㎡ 미만으로 구획된 거실에 해당하며 대규모거실이란 400㎡ 이상으로 구획된 거실에 해당한다. 소규모거실은 바닥면적별로 배출량을 산정하며 대규모 거실은 제연경계 높이별로 배출량을 산정한다. 가. 소규모거실(400㎡ 미만)의 배출량 배출량 산정이 되는 공학적 이론식에 의하면 배출량은 연기층까지 올라가는 연기의 상승거리 함수이므로 대규모거실과 같이 제연경계 높이로 배출량을 결 정하는 것이 원리적으로는 타당하다. 그러나 소규모거실의 경우는 거실내부에서 통로까지의 거리가 짧은 관계로 화재 시 피난하는데 시간이 많이 소요되지 않으며, 칸막이 등으로 구획된 상태만을 인정하므로(통로는 제연경계 가능) 화재실에서 발생하는 연기가 다른 공간으로 쉽게 유동하기 어려운 조건이 된다. 따라서 이 경우는 구획된 공간 내에 체류하는 연기를 배출시켜주는 배기의 개념으로 단순화시켜 바닥면적당 배출량을 결정한 것으로 이는 간략한 방식이나 적용에 큰 무리는 없다고 할 수 있다. 나. 대규모거실(400㎡ 이상)의 배출량 이에 비하여 대규모거실의 경우는 거실내부에서 통로까지 피난하는데 시간이 지연될 가능성이 있으며, 또 소규모거실과 달리 대규모거실은 칸막이(벽체 등) 구획 이외에 제연경계로 구획된 경우도 인정하고 있다. 따라서 이는 제연구역 간에 기류가 유동되는 관계로 단순한 배출 측면보다는 화재실에서 제연경계 하단부의 체적에 해당하는 연기를 배출하고 대신 제연경계 하단부에는 급기를 공급하여 안전공간(청정층 ; clear layer)을 확보하여야 하므로 제연경계 높이에 따른 배출량을 결정하게 된다. 다.결론 (단독제연에서의 배출량) 단독제연방식에서 예상제연구역의 용도별 배출량은 다음의 4단계로 구분할 수 있으며, 아래와 같이 적용하도록 한다.
2.3.1.1 바닥면적 1 ㎡당 1 ㎥/min 이상으로 하되, 예상제연구역에 대한 최소 배출량은 5,000 ㎥/hr 이상으로 할 것
1. 소규모거실의 조건 가.소규모거실에서 400㎡ 미만으로 구획된 거실이란 방화구획을 말하는 것이 아니라 칸막이나 벽 등으로 구획된 예상제연구역을 말한다. 그러나 거실과 통로사이에 벽체와 출입문 대신에 제연경계를 설치한 경우에는 제연구획된 것으로 간주하여 위 조항을 적용할 수 있다. 또 이 조항은 하나의 예상제연 구획 즉, 단독제연방식인 경우에 적용하는 것으로 공동제연일 경우에는 2.5.4를 적용하여야 한다. 중요한 것은 400㎡ 미만의 소규모거실의 경우는 벽체 등의 칸막이 구획만 인정되는 것으로 제연경계로 구획하는 것(통로 는 제외)은 인정하지 않는다. 소규모거실의 경우 배출량 적용은 칸막이 등으로 구획된 제한된 공간 내부의 연기를 배출한다는 개념이므로 제연경계로 구획 할 경우에는 기류가 다른 구역으로 유동하게 되므로 이를 적용할 수 없다. 따라서 아래와 같이 칸막이(실선) 또는 제연경계(점선)로 구획된 소규모거실 의 경우 ①번 및 ②번은 적용이 가능하나, ③번은 적용할 수 없다.
나. 배출량 적용 배출량은 바닥면적 1㎡당 1㎥/min(1CMM)이상이어야 하나 바닥면적이 매우 작은 거실인 경우에도 배출의 적절한 효과를 위하여 최저배출량을 5,000CMH (㎥/hr) 이상으로 하였다. 다. 예상제연구역 : 최저 5,000㎥/hr 이상
2.3.1.2 2.2.2에 따라 바닥면적이 50 ㎡ 미만인 예상제연구역을 통로배출방식으로 하는 경우에는 통로보행중심선의 길이 및 수직거리에 따라 다음 표 2.3.1.2에서 정하는 배출량 이상으로 할 것
1. 통로배출방식의 조건 가. 2.3.1.2는 통로배출방식에 대한 기준으로 통로배출방식의 경우에는 각 거실이 50㎡ 미만으로 구획되고 출입문이 통로에 면해 있는 것을 전제로 적용하여야 한다. 통로배출방식의 배출량은 다음의 표와 같이 통로의 길이를 먼저 40m 이하 또는 60m 이하로 구분한 후 제연경계 수직높이에 따라 해당하는 배출량을 적용하도록 한다. 나. 배출량 적용 배출량 적용시 제연경계가 있는 경우는 제연경계의 하단에서 바닥까지의 수직 높이를 적용하나 제연경계가 없이 칸막이로 구획된 거실로만 구성되어 있는 경우는 칸막이가 바닥까지 고정되어 설치되어 있으므로 제연경계의 높이는 0 으로 간주하고 배출량 항목은 ‘수직거리 2m 이하’를 적용하도록 한다.
2.3.2 바닥면적 400 ㎡ 이상인 거실의 예상제연구역의 배출량은 다음의 기준에 적합해야 한다.
2.3.2.1 예상제연구역이 직경 40 m인 원의 범위 안에 있을 경우 배출량은 40,000 ㎥/h 이상으로 할 것. 다만, 예상 제연구역이 제연경계로 구획된 경우에는 그 수직거리에 따라 배출량은 다음 표 2.3.2.1에 따른다.
2.3.2.2 예상제연구역이 직경 40 m인 원의 범위를 초과할 경우 배출량은 45,000 ㎥/h 이상으로 할 것. 다만, 예상제연구역이 제연경계로 구획된 경우에는 그 수직거리에 따라 배출량은 다음 표 2.3.2.2에 따른다.
1.피난안전성 가. 재실자의 안전한 피난을 위해서 피난차수가 높아질수록 보다 안전이 보장되어야 한다. 1) 피난차수는 거실→통로→계단 순으로 높아지며 피난안전성은 거실보다 통 로가 더 안전하게 보장될 수 있어야 한다. 2) 따라서 통로의 배출량(45,000㎥/hr)이 거실의 배출량(40,000㎥/hr)보다 높다.
2. 대규모거실의 조건(제2항 관련) 가. 대규모거실의 경우에는 소규모거실과 달리 칸막이 구획은 물론 제연경계로 구획된 경우도 적용이 가능하다. 이 경우 칸막이 등과 같이 벽으로 완전히 막혀있는 경우는 바닥까지의 수직높이가 0이므로 수직거리는 2m 이하를 적 용해야 한다. 나. 배출량 적용 제연구역이 대규모거실(400㎡ 이상) 이나 통로배출방식의 경우에는 제연경계 의 높이(수직거리)를 기준으로 배출량을 결정한다. 대규모거실의 경우에는 규모가 큰 관계로 피난에 시간이 상당히 소요되므로 거실 내부에 반드시 청정층을 형성하여야 하므로 공학적 원리에 따라 제연경계 높이별로 배출량을 결정 한 것이다. 이 경우 제연구역의 대각선 직경이 40m이내인 경우는 표 5를, 40m를 초과할 경우는 표 6을 적용한다. 만일 제연구역이 직경 60m를 초과할 경우는 예상제연구역을 분리하여 별도구역으로 적용해야 한다.
2.3.3 예상제연구역이 통로인 경우의 배출량은 45,000 ㎥/h 이상으로 할 것. 다만, 예상제연구역이 제연경계로 구획된 경우에는 그 수직거리에 따라 배출량은 표 2.3.2.2에 따른다.
1.통로인 경우의 조건 가. 통로인 경우에는 통로의 주요구조부가 내화구조이며 내장재가 가연재가 아닌 경우에는 원칙적으로 예상제연구역으로 적용하지 않을 수 있다. 그러나 통로가 내화구조가 아니거나 통로에 가연성 물품 등으로 인하여 통로가 화 재실로서의 역할을 할 수 있는 경우에는 통로 자체를 예상제연구역으로 적용시켜 통로에서 직접 배출해야 한다. 나. 배출량 적용 이 경우 배출량은 제연경계의 유무에 따라 제연경계가 없는 경우는 45,000㎥/hr 로 하며 제연경계가 있는 경우에는 다음 표를 적용한다.
2.3.4 배출은 각 예상제연구역별로 2.3.1부터 2.3.3에 따른 배출량 이상을 배출하되, 2 이상의 예상제연구역이 설치된 특정소방대상물에서 배출을 각 예상제연구역별로 구분하지 아니하고 공동예상제연구역을 동시에 배출하고자 할 때의 배출량은 다음의 기준에 따라야 한다. 다만, 거실과 통로는 공동예상제연구역으로 할 수 없다.
1. 공동예상제연구역의 특징 가. 예상제연구역과 제연댐퍼의 수량을 대폭 줄일 수 있다. 나. 예상제연구역 설정과 화재 시 동작 순서가 매우 단순해진다. 다. 벽으로 구획된 경우 배출량이 증가한다. 라. 제연경계로 구획된 경우 배출량은 감소한다. 마. 단독제연시 화재가 발생한 제연구역에서만 배기가 되나 공동제연은 화재가 발생하지 않은 장소인 경우에도 같은 공동제연구역인 경우 동시에 배기가 이루어진다.
2. 공동제연의 개념(2.3.4 관련) 가. 2.1.1.1, 2.1.1.4에서 규정하는 제연구역의 면적 1,000㎡이내, 제연구역의 직경 60m 이내는 ‘하나의’ 예상제연구역에 대한 기준이며 공동제연의 경우 는 2개 이상의 예상제연구역을 동시에 제연하는 것이므로 2.1을 적용하는 것이 아니라 제연구획 방법에 따라 2.3.4를 적용하는 것이다. 나. 또한 거실과 통로부분의 경우 2.1.1.2에서 거실과 통로는 상호제연을 하도록 규정한 바와 같이 거실과 통로는 묶어서 공동예상제연구역으로 할 수 없으며, 거실부분과 통로부분은 각각 별도의 구역으로 설정하여야 한다. 다.일반적으로 설계시에는 공동예상제연구역인 거실에서는 동시에 배출되도 록 하고 통로에서는 항상 급기를 하여 통로의 급기가 각 공동예상제연구역 의 거실로 유입되도록 한다.
2.3.4.1 공동예상제연구역 안에 설치된 예상제연구역이 각각 벽으로 구획된 경우(제연구역의 구획 중 출입구만을 제연경계로 구획한 경우를 포함한다)에는 각 예상제연구역의 배출량을 합한 것 이상으로 할 것. 다만, 예상제연구역의 바닥면적이 400 ㎡ 미만인 경우 배출량은 바닥면적 1 ㎡ 당 1 ㎥/min 이상으로 하고 공동예상구역 전체배출량은 5,000 ㎥/hr 이상으로 할 것
1. 벽으로 구획된 공동제연구역 가. 제연구역의 조건 벽으로 구획된 경우에도 거실과 통로와의 부분은 제연경계로 설치하여도 무방하며 벽으로 구획된 경우에는 공동제연구역의 면적이나 직경의 길이는 별도로 규제하지 않는다. 왜냐하면 이 경우는 각각의 예상제연구역의 배출량을 전부 합산하여야 하므로 송풍기 용량을 무한대로 증가시킬 수가 없기 때문에 자연히 건물 규모에 맞는 송풍기 용량을 감안하여 적정한 범위로 공동제연구역의 범위를 제한해야 하기 때문이다. 나. 적용대상 공동예상 제연구역 안에 설치된 예상제연구역이 벽으로 구획된 경우와 제연구역의 구획 중 통로와 출입구를 제연경계로 구획한 경우에 적용한다. 다. 배출량 적용 하나의 제연구역이 벽(구조에 관계없이 개구부가 없는 경우를 벽이라고 칭한 것으로 칸막이 등으로 구획한 것도 벽으로 적용한다)으로 각각 구획된 경우, 이를 공동제연으로 적용할 경우의 배출량은 하나의 예상제연구역에 해당하는 각각의 배출량을 별도로 구하여 모두를 합산하도록 한다. 배출량을 합산하는 이유는 각각의 예상제연구역이 벽이나 칸막이 등으로 전부 막혀 있고, 전체 예상제연구역을 동시에 급기와 배기를 해야 하기 때문에 배출량을 합산하는 것이다. 라.제연구역의 특징 1) 제연구역은 벽으로만 구획되어 있는 경우에 적용하며, 다만 출입구와 통로 간에는 제연경계로 구획할 수 있다. 2) 배출량은 각 실의 배출량을 전부 합산한 양 이상이어야 한다. 3) 공동제연구역에 대해 면적 1,000㎡ 이하나 대각선의 길이 60m 이내는 적용하지 않는다
2.3.4.2 공동예상제연구역 안에 설치된 예상제연구역이 각각 제연경계로 구획된 경우(예상제연구역의 구획 중 일부가 제연경계로 구획된 경우를 포함하나, 출입구 부분만을 제연경계로 구획한 경우를 제외한다)에 배출량은 각 예상제연구역의 배출량 중 최대의 것으로 할 것. 이 경우 공동제연예상구역이 거실일 때에는 그 바닥면적이 1,000 ㎡ 이하이며, 직경 40 m 원 안에 들어가야 하고, 공동제연예상구역이 통로일 때에는 보행중심선의 길이를 40 m 이하로 해야 한다.
1.예상제연구역이 제연경계로 구획된 경우(2.3.4.2 관련) 가.적용대상 1) 예상제연구역이 제연경계로 구획된 경우에 적용한다. 2) 예상제연구역의 구획 중 일부가 제연경계로 구획된 경우를 포함하나 출입 구부분만을 제연경계로 구획한 경우는 제외한다. 3) 공동제연 예상구역이 거실일 때 : 바닥 면적이 1,000㎡ 이하, 직경 40m 원 안에 들어가야 한다. 4) 공동제연 예상구역이 통로일 때 : 보행중심선의 길이를 40m 이하로 한다. 나. 배출량 각 제연구역(제연구역 1, 제연구역 2, 제연구역 3)의 배출량 중 최대의 양으로 한다. 다.제연구역의 특징 1) 제연구역의 일부(또는 전부)가 제연경계로 구획된 경우에 적용하며, 출입구와 통로간의 경우만 제연경계일 경우는 해당하지 않는다. 2) 배출량은 제연경계로 구획된 각각의 제연구역별 해당하는 배출량 중에서 최대량을 해당 배출량으로 적용한다. 3) 공동제연구역은 거실인 경우 바닥면적이 1,000㎡ 이하이며 대각선의 길이가 40m 이하이어야 하며, 통로인 경우는 보행중심선의 길이가 40m 이하 이어야 한다.
2. 벽과 제연경계로 구획된 공동제연구역 가. 제연구역의 조건 제연경계로 구획된 경우와 벽으로 구획된 경우가 복합되어 있는 경우로서 이는 2.3.4.1와 2.3.4.2를 동시에 적용하여야 한다. 따라서 배출량은 ‘벽으로 구획된 것을 합산한 배출량’과 ‘제연경계로 구획된 것 중 최대배출량’ 2 가지를 포함해야 한다. 또한 제연구역의 공동제연구역이 거실인 경우 바닥면 적은 1,000㎡ 이하, 대각선의 길이가 40m 이하이어야 하며, 통로인 경우에는 보행중심선의 길이가 40m 이하이어야 한다. 나.배출량 적용 하나의 제연구역이 벽으로 된 경우와 제연경계로 구획된 경우가 복합으로 설치된 경우, 이를 공동제연으로 적용할 때 배출량은 하나의 예상제연구역 중 벽으로 구획된 것의 배출량에 제연경계로 구획된 것 중 최대량을 합산한 것으 로 적용한다. 다.제연구역의 특징 1) 제연구역이 벽으로 구획된 것과 제연경계로 구획된 것이 복합되어 있는 경우에 적용한다. 2) 배출량은 벽으로 구획된 제연구역의 배출량 총량(ⓐ)과 제연경계로 구획된 각 각의 제연구역별 해당하는 배출량 중 최대량(ⓑ)을 합산한 양(ⓐ+ⓑ)으 로 적용한다. 3) 공동제연구역이 거실인 경우 바닥면적은 1,000㎡ 이하, 대각선의 길이는 40m이하이어야 하며, 통로인 경우는 보행중심선의 길이가 40m이하이어야 한다.
2.3.5 수직거리가 구획 부분에 따라 다른 경우는 수직거리가 긴 것을 기준으로 한다.
1. 수직거리 가. 2.3 각 항에서 수직거리에 의해 배출량을 산정할 때, 각 제연구역의 수직 거리(Y)가 다른 경우에는 제연구역 중 수직거리가 가장 긴 것을 기준으로 배출량을 산정한다. 예를 들어, 그림과 같이 수직거리가 서로 다른 경우 가장 긴 Y2를 기준으로 배출량으로 산정하여 배출기를 선정하도록 한다. 나. 단독제연의 경우 : 하나의 예상제연구역별로 2개 이상의 제연경계가 설치되 고 제연경계의 수직거리가 같지 않을 경우 수직거리가 가장 긴 것으로 적용 한다. 이는 배출량 적용시 가장 불리한 조건인 배출량을 큰 쪽으로 한다는 것으로 이 경우 제연경계의 폭은 가장 짧은 쪽이 해당하게 된다. 다. 공동제연의 경우 : 이 경우에도 예상제연구역별로 설치된 제연경계의 수직거리가 같지 않을 경우 수직거리가 가장 긴 것으로 적용한다. 마찬가지로 이것 은 배출량 적용시 가장 불리한 조건인 배출량을 큰 쪽으로 적용한다는 의미 이다. 라. 2개 이상으로 구획된 공간의 연기하강시간 그림과 같이 2개 이상으로 구획된 천장공간이 서로 다른(아트리움이나 돔) 건축물에서 화재가 발생하여 인접실로 연기가 확산될 때, 각 구획의 수평단면적 이 다른 공간을 수평 분할하고 각 공간의 높이에 대해 연기가 하강하는 시간 을 다음 식과 같이 각 공간의 연기 하강시간을 더하면 건물 전체에 대한 연기 하강시간을 구할 수 있다.
