Ceiling Jet Flow가 무엇인가를 알아보고, 소방 입장에서 왜 중요한지 소방시설을 설치함에 있어서는 어디에 반영하는지 알아보자.
Ceiling Jet Flow가 뭔가요?
가. 천장을 타고 흐르는 열기류
Ceiling Jet Flow를 한국말로 한다면 천장류 흐름이라고 표현한다. 화재가 발생하면 Fire Plume에 의해 연소된 고온의 연소생성물들이 수직으로 상승하여 천장에 부딪히게 된다. 천장에 부딛친 후 화재의 열기는 천장에서 굴절되어 천장을 타고 퍼지게 되는데 이 흐름을 Ceiling Jet Flow라고 한다. 고온의 열기류가 수직 상승하는 속도는 2 ~ 3m/s로 빠르지만 천장에 부딛힌 후 천장면을 타고 흐르는 속도는 0.3 ~ 1m/s로 줄어든다. 천장류는 화재 초기에 형성되며, 두께는 실내 높이의 5% ~ 12%에 해당한다.
나. Ceiling Jet Flow의 움직임
천장류의 형성은 실내의 장소 중 화재 발생 장소에 의해 영향을 받는다. 화재가 벽이 인접한 곳에서 발생했다면 Fire Plume이 천장에서 굴절된 후 인접럼 벽에 부딪힌 천장류는 아래로 하강을 시작하는 Wall Jet 형상을 보이고, 반대편은 마찰 저항이 적은 천장을 따라 지속적으로 뻗어나가게 된다. 개구부 근처에서 화재가 발행한다면 Fire Plume에 의해 상승하다가 일부는 개구부쪽으로 빠져나가고 반대편은 천장을 타고 흐르면서 천장에 층을 형성하게 된다.
어디에 반영되나요?
가. 스프링클러 헤드의 부착 위치와 천장에서의 거리
스프링클러설비의 화재안전기준(NFSC 103) 제10조(헤드)에 의해 스프링클러 헤드는 천장, 반자, 천장과 반자사이, 덕트, 선반 기타 이와 유사한 부분에 설치하도록 하고 있다. 모두가 바닥에서 올라오는 Fire Plume에 의한 열기를 가장 빠르게 감지할 수 있는 곳을 의미한다.
또한, 스프링클러 헤드와 그 부착면(상향식 헤드의 경우에는 그 헤드의 직상부와 천장, 반자 또는 이와 비슷한 것을 말함)과의 거리는 30cm 이하로 하도록 하고 있다. 화재 초기에 천장에 축적되는 Ceiling Jet Flow의 열기에 빠르게 반응하기 위하여 헤드와 천장의 거리를 30cm가 넘지 않도록 하는 것이다.
나. 감지기의 부착 위치
감지기는 화재 초기에 발생하는 Ceiling Jet Flow의 열기를 감지하기 위해 천장 또는 반자의 옥내에 면하는 부분에 설치한다. 그리고 차가운 공기에 의해 천장류가 영향을 받아 감지에 실패하는 일이 없도록 실내의 공기유입구로부터 1.5m 이상 떨어진 위치에 설치한다. 헛간 등 외부와 기류가 통하는 장소에서는 설치가 제외된다. 연기의 희석 및 배출이라는 것도 존재하지만 외부 찬 공기에 의해 Ceiling Jet Flow가 형성되지 않기 때문이다. 천장 또는 반자의 높이가 20m 이상인 장소에는 감지기를 설치하지 않는다. Fire Plume에 의한 열기가 상승하면서 온도가 내려가게 되고 천장에서 Ceiling Jet Flow가 형성되지 않기 때문이다.
다. 제연경계의 폭을 0.6m 이상으로 유지
거실 제연설비에서 제연구역을 구획하는 제연경계는 그 폭을 0.6m 이상, 수직거리는 2m 이내로 하도록 규정하고 있다. Ceiling Jet Flow는 천장에서 약 5% ~ 12%의 두께로 층을 이루는데 실내 높이가 3m인 경우라면 약 30cm에 해당한다. 고온의 Ceiling Jet Flow는 천장을 흐르다 벽 또는 제연경계에 부딪히게 되는데, 이로 인해 더 나아가지 못하고 하강하면서 Wall Jet 현상을 나타낸다. 그래서 Wall Jet에서의 흐름을 유도할 수 있도록 30cm의 최소 두 배인 60cm를 유지하게 하고 있다. Ceiling Jet Flow에 의한 흐름은 연기도 동반하여 움직인다. 그러므로 열기와 연기가 다른 구역으로 확산되는 것을 차단하고 Wall Jet 흐름을 유도하기 위하여 제연경계 폭을 0.6m 이상으로 설치하는 것이다.
Ceiling Jet Flow를 반영하지 못하면?
가. 스프링클러 헤드 감열에 필요한 열기를 느끼지 못한다.
Ceiling Jet Flow는 화재 초기에 발생하는 고온의 연소생성물에 의한 흐름이다. 천장에 쌓이는 두께가 5% ~ 12%에 해당하므로 감기기와 스프링클러 헤드가 열을 감지하여 반응하기 위해서는 이만큼의 두께(폭) 안에 있어야 한다는 것이다.
나. Skipping, Cold Soldering 등 스프링클러 헤드 개방 불량으로 인한 화재 확산
조명, 배관 등으로 살수장애가 예상되어 헤드를 조명이나 배관 아래에 설치하면 Ceiling Jet Flow에 직접적인 영향을 받지 못하고 복사열에 의해 열을 감지하므로 열을 감지하는 시간이 늦어지게 된다. 천장에 설치된 헤드에서는 열을 감지하고 개방된 헤드에서 소화수가 방사되는데, 이때 방사된 소화수는 조명 또는 배관 아래에 설치된 헤드의 감열을 방해하여 Skipping 현상을 야기한다. Ceiling Jet Flow 범위 아래로 설치하는 헤드는 가장 늦게 작동하고, Skipping 현상에 의해 작동하지 않을 수도 있고, Cold Soldering 현상에 의해 소화 불량 상태에 이를 수도 있다. 모두 화재 확산의 원인이 된다.
나. 연기 확산과 피난 곤란
거실 제연시스템을 설계함에 있어 제연경계의 폭을 0.6m 이상으로 설계하지 못한다면 천장을 타고 흐르던 천장류가 처음에는 Wall Jet 흐름을 보이지만, 천장류의 폭이 두터워지면서 낮은 제연경계 때문에 곧바로 옆 제연구역으로 넘어가게 된다. 화재구역은 배출이 이루어져야 하고 인접구역인 옆 구역은 급기가 이루어지는데 넘어온 열기와 연기에 의해 난류가 형성된다. 제연경계와 수직거리는 청결층을 유지하고 호흡한계선인 1.8m를 지키고자 함인데 제연경계가 낮으면 화재구역 및 인접구역 모두 열기와 연기가 확산되는 결과를 초래해 사람들의 피난을 어렵게 만든다.
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------
끝까지 읽어주셔서 감사 드립니다.
글 내용 중에 제가 잘못 생각하고 있는 부분이 있거나,
더 좋은 의견이 있으시면, 댓글을 통해 저를 일깨워 주시면 감사하겠습니다.