승강로 가압방식에서 발생하는 Piston Effect

Piston Effect 발생

가. 피스톤효과(Piston Effect)란

주사기나 실린더처럼 밀폐공간에서 피스톤이 움직일 때 피스톤이 움직이는 방향으로는 공기가 압축되는 현상이 발생하고, 반대의 부분에는 부압이 걸리는 현상을 말한다. 승강로를 이용한 부속실(전실) 제연설비에서는 승강로에 공기가 가득 찬 상태에서 엘리베이터의 움직임으로 인해, 한쪽으로는 압축 압력이 발생하고 반대 방향에서는 부압이 걸리는 현상을 말한다.

 

나. 초고층건축물의 등장과 승강기 시장의 변화

승강로가 긴 초고층건축물에서는 속도가 빠르게 운행되는 특성이 있어서 피스톤효과가 발행하게 될 가능성이 높아지게 된다. 거주공간으로 사용되는 건물에서 보다도 스카이라운지가 있는 곳에서는 얼마나 빠르게 운행되는가가 최근 승강기 시장의 화두가 되었다. 속도가 경쟁력이 되어버린 승강기 시스템이 역으로 화재에는 취약한 피스톤효과를 야기하게 된 것이다. 이와 관련하여 우리나라 기술력도 분당 1,000m 이상의 승강기 속도 기술을 보유하고 있다고 언론에서 발표하고 있다.

 

 

승강로에서 Piston Effect가 발생하면

가. 승강기의 진행방향

승강로 가압방식에서의 발생할 수 있는 피스톤효과(Piston Effect)는 승강기의 진행방향에 있는 승강장을 순간적으로 가압시킬 수 있고, 이 가압된 압력에 의해 승강장 방향의 출입문 개방에 영향을 주어 피난을 곤란하게 만들 수 있다. 또한 사람들이 대피한 후 계단실로 향하는 출입문이 닫혀야 하는데 승강장의 과도한 압력으로 자동폐쇄장치의 폐쇄력에 지장을 줄 수 있다.

 

나. 승강기 진행의 반대방향

부속실(전실) 제연설비에서 승강장을 제연구역으로 설정하였다면, 제연구역인 승강장에는 옥내와 일정한 차압이 형성되어야 한다. 그런데 승강기가 진행하는 반대 방향(후면)에서는 순간적으로 압력이 낮아져 원하는 차압을 형성하지 못할 수도 있다. 제연구역인 비상용 승강기 또는 피난용 승강기의 승강장에 차압이 원활하게 형성되지 못하면 옥내의 연기가 승강장으로 침투할 수 있는 빌미를 제공하게 된다.

 

승강장에 발생하는 과도한 압력은 출입문의 폐쇄에 영향을 줄 수 있다.

Piston Effect가 발생하지 않도록 하려면

가. 승강기의 움직임 속도는 느릴수록 좋다.

대한설비공학회 2017년도 하계학술발표대회에 수록된 ‘승강로 가압방식 제연설비의 피스톤효과 고찰’이라는 논문을 참조해 보면, 15층 건물에서 1분당 약 105m의 움직임이 있는 경우 가압공간에서의 차압범위가 0.9pa 정도로 미미하다는 연구결과가 있다. 따라서 가압공간에 해당하는 승강로 내에서 승강기가 천천히 움직인다면 차압에 큰 영향을 주지 않을 수 있다는 설명이다.

 

나. 승강기의 승강로와 승강기 사이에 여유분의 공간이 있을수록 좋다.

승강로 가압방식에서 승강기가 승강로에 꽉찰 정도로 주변 여유분이 없다면 Piston Effect는 강하게 작용하게 될 것이다. 승강에 공기가 유동할 수 있는 여유공간이 충분히 확보되어야 압축과 부압의 우려를 저하시킬 수 있다. 이는 송풍기에서 승강로로의 공기 유입은 대부분 승강로의 하부로 연결되는 것과 관련지을 수 있다. 승강기가 저층으로 하강하는 경우 공기의 압축이 심화될 것이고 이로 인해 상부로 전달되어야 하는 공기의 흐름에 지장을 받게 될 것이므로 승강로 내부의 여유 공간은 필수적이라 하겠다.

 

다. 승강기의 형태를 유선형으로 설계할수록 좋다.

대부분의 승강기는 4각형의 블록형태이다. 이 의미는 승강기 상부와 하부의 면이 공기의 저항을 수직으로 받게 되는 것을 의미한다. 고속으로 운행하는 차량일수록 공기의 접촉면을 유선형으로 설계하는 것과 같이 승강로가 긴 고층건축물에 설치되는 승강기는 유선형의 형태로 설치되는 것이 공기 저항을 최소화 할 수 있게 된다. 승강로 가압방식에서 승강기 자체를 유선형으로 할 수 없다면, 승강기 상하부에 볼록한 유선형의 캡을 덧붙이는 방법을 고려할 수도 있다.

 

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