건물 외부 온도에 따른 제연구역의 온도 변화
가. 겨울철 및 여름철에 건물의 난방과 냉방
옥내 즉 거실과 복도는 공조장치에 의해 또는 각각의 난방 시스템을 통해 겨울에는 난방을 여름에는 냉방을 실시한다. 거주자의 쾌적한 업무환경 유지를 위해 옥내는 냉난방을 실시하지만, 제연구역인 계단실, 부속실, 승강장 등은 냉난방이 이루어지지 않는 경우가 많다. 이 상황이 의미하는 것은 무엇일까?
나. 상호간 온도차이가 발생한다.
제연구역과 옥내와 온도차이가 발생한다는 것이다. 내부 온도가 높다는 것은 공기의 밀도가 가벼워지면서 체팽창을 하여 압력이 자연스럽게 높아진다. 반대로 온도가 낮다는 것은 압력이 더 낮아지는 상황이 발생한다. 겨울철에는 옥내가 따뜻하고 제연구역은 춥게 될 것이고, 여름철에는 옥내가 시원하고 제연구역이 덥게 된다. 최근에는 옥내 및 제연구역 모두를 환기 및 냉난방하는 경우가 늘어나고 있지만 여전히 제연구역과 옥내 상호간에는 온도 차이가 발생할 수밖에 없다.
온도 차이는 차압의 형성에 영향을 준다.
가. 외부 온도가 높은 여름철의 경우
여름철(외부의 온도를 35℃라고 가정해 보자)에는 옥내가 냉방으로 인해 압력이 낮아지고, 제연구역의 온도가 상대적으로 높아지게 된다. 부속실 제연설비가 작동하면 건물 외부의 뜨거운 공기(35℃)가 제연구역으로 유입되어 온도 자체로 인해 압력이 빠르게 상승된다. 즉, 겨울철에 비해 적은 공기량을 유입하는 것만으로도 차압과 방연풍속이 달성되는 것으로 인식한다는 의미이다.
나. 외부 온도가 낮은 겨울철의 경우
반대로 겨울철(외부의 온도를 -10℃라고 가정해 보자)에는 난방으로 인해 옥내의 온도가 높아 옥내가 높은 압력이 형성되고, 제연구역이 낮은 압력이 된다. 제연구역에 외부의 공기(-10℃)를 불어 넣어도 공기밀도가 낮아 쉽게 40pa(스프링클러 설치치 12.5pa) 이상의 차압이 형성되지 않는다. 여름철 보다 훨씬 더 많은 양의 공기를 불어넣어야 차압시스템이 이를 인식한다는 것을 알 수 있다.
다. 상호간 온도가 달라 실제 차압과 다른 차압이 측정될 수 있다.
① 여름철에는 외기의 온도에 따라 제연구역의 압력이 기본적으로 높아진다. 따라서 옥내와의 상호간 압력차이가 30pa 정도로 작게 형성되더라도, 센서는 40pa의 압력차이가 유지되고 있다고 보여준다. 따라서 재실자가 피난을 위해 문을 열면 실제로는 적은 차압으로 인해 방연풍속 또한 낮아져 연기의 침입을 효과적으로 방어할 수 없게 된다.
② 겨울철에는 외기의 온도가 낮은 관계로 실제 제연구역의 압력이 낮게 인식된다. 따라서 차압시스템이 옥내와의 상호간 압력 차이를 40Pa 이라고 인식하고 있더라도, 실제는 60pa 이상의 차압을 유지하는 상황이 된다. 그러면 제연구역에는 40pa 유지를 위해 지속적인 공기량의 투입으로 과압이 발생하고 출입문을 개방하는데 110N 이상의 힘이 필요해 출입문 개방이 어려워진다.
화재시 옥내의 온도 변화에 따른 차압 유지
가. 부속실(전실) 제연설비가 유지해야 차압 및 방연풍속의 기준 시간
부속실 제연설비는 상용전원이 정전 되더라도 비상전원에 의해 20분 이상 작동할 수 있어야 한다. 다만, 층수가 높아짐에 따라 재실자의 피난 소요시간이 오래 지속됨을 감안하여 층수가 49층 이하인 경우에는 40분, 50층 이상인 경우에는 60분 이상 작동할 수 있어야 한다. 즉, 부속실 제연설비는 화재감지기가 작동한 때 또는 관계자가 인위적으로 제연설비를 작동시킨 때로부터 최소 20분 이상 최대 60분 이상 그 기능을 유지할 수 있어야 한다.
나. 화재로 인해 옥내의 온도가 올라간다.
그러므로 최소 20분 동안은 규정에 의한 차압과 방연풍속이 유지되어야 함을 의미한다. 화재층에서는 시간이 지남에 따라 화재가 확산되고 온도가 상승하게 된다. 온도의 상승은 내부 압력의 상승으로 이어지므로 제연구역은 해당 옥내보다 더 높은 차압과 방연풍속을 유지하기 위해 더 많은 공기량을 투입해야 한다. 특히 외기의 온도가 영하 이하로 떨어지는 겨울철이라면 더더욱 많은 공기량이 필요하게 된다.
온도변화에 대응하기 위한 전략
가. 온도변화를 통해 알 수 있는 것
위 설명을 통해 부속실(전실) 제연설비는 여름철과 겨울철의 온도 변화에 따라 실제 차압과 상이한 차압을 보여줄 수 있다는 것을 인지하였다. 또한, 제연구역의 차압 및 방연풍속 형성을 위해 공급되어야 하는 공기량이 변화하게 된다는 것을 알게 되었다.
나. 자동차압・과압조절형 댐퍼의 차압 시스템의 온도보상기능
그러면 자동차압・과압조절형 댐퍼의 차압 시스템은 이러한 외부의 온도변화에 따른 공기량의 변화를 이끌어 낼 수 있어야 한다. 제연구역의 최초 온도에 의한 차압도 중요하지만, 부속실 제연설비가 작동하여 외부 공기가 유입된 이후의 온도 변화를 감지하여 차압과 방연풍속을 유지할 수 있도록 공기량이 조절되어야 한다. 이에 필요한 것이 자압 시스템의 온도보상기능이다. 이 기능이 있어야 온도의 변화에 대응할 수 있는 정확한 차압을 유지할 수 있다.
다. 설계 풍량보다 여유율을 감안한 급기송풍기의 성능
① 제연구역과 옥내간 필요한 최소 차압 40pa(스프링클러 설치시 12.5pa)의 규정은 일반적인 상온에서의 차압을 의미한다. 특별한 규정이 없으면 상온은 20℃ 또는 21℃를 적용하는데 우리나라처럼 온도 변화가 큰 차이를 보이는 경우에는 송풍량에 차이가 발생하여야 한다는 것을 알 수 있다. 따라서 부속실 제연설비의 급기송풍기는 설계풍량보다 더 많은 여유율이 있도록 설치해야 온도의 변화에도 불구하고 그 역할을 다할 수 있게 된다.
② 부속실 제연설비 화재안전기준(NFSC 501A) 제19조(급기송풍기)에서 급기송풍기의 송풍능력은 여유량 1.15배 이상을 적용하라고 규정되어 있는데, 이는 급기풍도에서 누설되는 양을 감안해 규정하고 있는 여유량이다. 그러므로 제19조에서 정하는 여유율 1.15배 외에, 겨울철 외기 온도 하강에 따라 추가되어야 할 공기량에 따른 여유율이 필요하다고 생각한다.
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끝까지 읽어 주셔서 감사 드립니다.
글 내용 중에 제가 잘못 생각하고 있는 부분이 있거나,
더 좋은 의견이 있으시면, 댓글로 저를 일깨워 주시면 감사하겠습니다.
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