바닥면적이 400㎡ 이상인 예상제연구역의 배출량
가. 거실 제연설비의 화재안전기준
예상제연구역이 거실이고 해당 예상제연구역의 바닥면적이 400㎡ 이상이며 직경 40m 원 범위 내에 접하는 경우에는 배출량을 40,000㎥/hr 이상으로 하여야 한다. 바닥면적이 400㎡ 이상인 거실에 대해 가장 기초가 되는 배출량이다.
나. 벽으로 구획된 예상제연구역에 대한 배출량이다.
이는 거실인 예상제연구역이 벽으로 구획되어 있는 경우에 적용한다. 벽으로 구획되어 있다는 것은 사방이 밀폐되어 연기가 인접 예상제연구역으로 확산되지 아니하고, 천장에 축적되면서 서서히 아래로 하강하는 양상을 가진다. 그래서 여기서는 벽으로 구획된 곳이라고 구분하여야 하고 수직거리라는 표현은 적용하지 않는 것이 맞는데, 굳이 수직거리라는 표현을 사용하려면 수직거리는 0으로 적용해야 맞다.
다. 수직거리가 2m 이내인 경우의 배출량이다.
바닥면적이 400㎡ 이상인 거실의 예상제연구역은 대규모 거실을 제연경계로 구획한 경우도 많을 것이다. 이때 제연경계와 함께 수직거리라는 개념이 등장한다. 그래서 예상제연구역에 대한 배출량은 수직거리 2m 이하인 경우에 기본 배출량 40,000㎥/hr 이상으로 하게 되는데, 수직거리가 길어질수록 배출량은 늘어난다.
라. 수직거리가 길면 배출량이 많아지는 이유
수직거리는 제연경계의 폭과 관련지어 생각할 수 있다. 천장의 높이가 3m인 예상제연구역의 경우를 예로 들어보자. 수직거리가 2m 또는 그 이하라는 것은 제연경계의 폭이 넓다는 의미이고 천장에 쌓이는 연기층의 두께가 두꺼워질 수 있다. 그런데 수직거리가 3m 또는 그 이상일수록 제연경계의 폭이 좁아진다는 것을 의미하는데 결국 천장에 쌓이는 연기층이 얇아지게 된다. 그러므로 제연경계의 폭이 좁아 수직거리가 긴 예상제연구역에서는 연기층이 제연경계를 넘어 인접 구역으로 확산되지 않도록 부지런히 많은 양을 배출해 주어야 하기 때문이다.
힝클리(Hinkley) 공식을 이용한 배출량 산정
가. 배출량 산정을 위한 힝클리 공식의 전제
힝클리 공식은 천장이 높은 대규모의 공간에서 화원의 둘레가 12m이고 이때의 열방출률이 5MW로 전제된 화재가 발생한 경우를 전제한 공식이다. 이 때 연기층이 천장에서부터 축적되어 일정한 높이까지 하강하는데 소요되는 시간을 알 수 있게 된다. 그리고 힝클리 공식에서 연기의 배출량과 생성량을 구하는 공식이 나온다.
나. 연기의 배출량(㎥/s) 공식
연기의 배출량(Qs)은 화염의 둘레길이와 수직거리(청결층) 높이의 함수이다. 화염의 둘레 길이는 대형 화염인 12m를 적용한다. 화염 둘레 4면 전체의 길이이므로 가로 3m 및 세로 3m인 크기의 화염을 의미한다. 청결층의 높이(y)는 수직거리 2m 이하로 유지할 것이므로 2m를 적용한다.
P : 화염의 둘레 길이 : 대형 화염인 12m 적용
g : 중력가속도 : 9.8m/s^2
y : 청결층의 높이(수직거리) : 2m
수직거리 2m 이하인 경우 연기의 배출량을 40,000㎥/hr으로 규정
가. 연기 배출량 산정
화염의 둘레가 12m인 화재에서 수직거리를 2m로 놓고 연기의 배출량을 살펴보았더니 10.625㎥/s가 나온다. 이 계산 결과는 단위가 ㎥/s로서 초당 배출해야 연기의 배출량이다. 그러므로 이를 화재안전기준처럼 시간당 배출량으로 산정하면 38,250㎥/hr이 나오는데, 제연설비 화재안전기준에서는 여유율을 두어 40,000㎥/hr 이상으로 규정하고 있는 것이다.
나. 수직거리별로 계산 결과가 모두 적용되고 있는 것은 아니다.
수직거리를 2m 이하로 했을 때 배출량을 40,000㎥/hr으로 적용하는 것은 위 계산에 따라 설명이 된다. 그런데 동일한 계산식으로 수직거리를 2.5m 이하로 적용하면 배출량이 53,457㎥/hr가 나오고, 수직거리를 3m로 적용하면 배출량은 70,271㎥/hr가 나온다. 하지만 제연설비의 화재안전기준에서는 수직거리별 배출량에 대해 위 계산 결과로 나타나는 배출량처럼 현격한 차이를 두고 있지 않고, 수직거리에 따라 배출량이 점차적으로 증가하도록 적용하고 있다. 그 이유는 소방대상물별로 예상제연구역의 천장 층고가 모두 다를 것이므로, 수직거리로만 제연경계의 폭이 넓다・좁다라고 단정지을 수는 없다는 이유가 반영된 것이라고 생각한다.
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