거실 제연설비의 제연경계를 0.6m 이상으로 유지하는 이유

앞 글에서는 수직거리가 왜 2m 이하여야 하는지에 대해 다루었다. 이번에는 거실 제연설비의 제연경계를 0.6m 이상으로 유지하려는 이유가 무엇인지 알아보고자 한다.

1. 제연경계란 무엇인가?

연기는 부력에 의해 위로 올라간다. 실내에서 위라고 하면 천장을 의미하는데 천장으로 올라간 연기는 천장과 부딪힌 후 천장 면을 따라 옆으로 퍼지게 된다. 아무런 제한이 없다면 계속 상승하는 후속 연기들이 있어서 밀리고 밀려서 실내 전체 천장에 퍼지게 될 것이다. 백화점이나 지하철 역사에서 연기가 천장을 따라 계속 퍼진다면 사람들의 피난에 막대한 영향을 주게 된다. 그러므로 연기가 더 이상 확산되지 않도록 일정 공간 내에 연기를 가두어야 할 필요가 있어서 제연경계라는 벽을 설치하는 것이다.

 

연기가 넘어가지 않도록 제어하는 제연경계

2. 제연경계의 재질

보, 제연경계, 벽의 재질은 내화재료, 불연재료 또는 제연경계벽으로 성능을 인정받은 것으로서 화재시 쉽게 변형되거나 파괴되지 아니하고 연기가 누설되지 않는 기밀성 있는 재료이어야 한다. 그 이유는 화재로 발생한 연기의 온도가 뜨겁기도 하지만 진짜 이유는 천장류의 영향에도 견딜 수 있어야 하기 때문이다.

Fire Plume에 의해 발생한 천장류(Ceiling Jet Flow)는 약 600℃ 전후의 온도를 갖는다. 이 열기가 천장을 타고 흐르면서 처음 만나는 수직 벽이 제연경계이기 때문에 화재에 의한 영향에도 견딜 수 있어야 열기와 연기를 막아낼 수 있다.

 

 

3. 제연경계를 0.6m 이상으로 한 이유

가. 플러그 홀링이 발생하지 않게 하기 위해서이다.

제연경계의 폭이 낮으면 연기가 많이 쌓이지 못한다. 왜냐하면 제연경계의 폭은 낮은데 연기가 충만하면 당연히 넘쳐 흐를 수밖에 없기 때문이다. 이 상황에서 제연설비의 배출구가 공기를 빨아 올리면 연기도 배출되지만 낮은 연기층으로 인해 청결층에 있는 신선한 공기도 빨아올리게 된다. 이를 플러그 홀링(Plug Holing)이라고 하는데 이러한 현상이 발생하면 결국은 제연 실패로 돌아가게 되기 때문이다.

 

나. Wall Jet 흐름을 유도하기 위해서이다.

Fire Plume이 상승하여 천장에 부딪치면 발생하는 천장류는 천장에서 약 5% ~ 12%의 높이로 층을 이루어 흐르게 되는데 3m 기준의 층고인 경우 약 30cm 전후에 해당한다. 고온의 Ceiling Jet Flow는 천장을 흐르다 가장 먼저 제연경계에 부딪히게 되는데, 이로 인해 더 옆으로 나아가지 못하고 제연경계에 의해 하강하면서 Wall Jet 현상을 나타낸다.

그래서 Wall Jet 현상의 흐름을 유도할 수 있도록 30cm의 최소 두 배인 60cm 이상이 되도록 유지하게 하고 있다. Ceiling Jet Flow에 의한 천장류의 흐름은 열기 뿐만아니라 연기도 동반하여 움직이므로, 같은 원리로 폭 60cm의 제연경계가 열기와 연기의 확산을 차단하고 Wall Jet 흐름을 유도하는 것이다.

 

Wall Jet을 유도하는 제연경계의 역할

4. 제연경계와 수직거리의 적용

가. 적용 기준

화재안전기준에서는 제연경계를 설치할 때 제연경계의 폭은 0.6m 이상이고, 수직거리는 2m 이내로 하게 한다. 다만, 구조상 불가피한 경우에는 2m를 초과할 수 있게 하였다. 그렇다면 제연경계의 폭은 어디서부터 0.6m 이상이어야 하는가? 해당 실의 반자에서부터 아래쪽으로의 폭이다. 폭이라고 하기 보다는 사실은 길이라는 표현이 더 맞을 수도 있다. 하지만 수직거리라는 표현과 혼동을 피하기 위해 폭이라는 개념을 도입하였다. 제연경계의 폭을 적용할 때 천장이 오픈되어 있는 곳이라면 천장에서부터 아래로 0.6m 이지만, 대부분 천장 아래에 반자를 구성하고 있는 경우에는 반자로부터 아래로 0.6m이다.

 

나. 실제 적용 방법

건물의 층고가 2.5m 인 경우 즉, 반자까지의 높이가 2.5m인 경우라면 제연경계 폭과 수직거리의 적용이 애매해 질 수 있다. 무조건 제연경계의 폭을 먼저 적용해야 한다. 제연경계를 최소한 0.6m 이상으로 정하고 나서 나머지를 수직거리로 적용하면 수직거리는 1.9m가 나올 수 있다.

일부분의 층고가 더 낮아서 반자까지의 실제 높이가 2.1m라면 제연경계를 0.6m를 확보해야 하므로 수직거리를 1.5m만 유지해도 될까? 제연경계의 폭이 0.6m 확보되었으므로 수직거리는 문제없다. 왜냐하면 2m 이하로 유지하면 되기 때문이다.

 

제연경계와 수직거리에 대한 구분

5. 수직거리는 한없이 낮아져도 되는가?

그런데, 소방시설 등의 성능위주설계 방법 및 기준의 (별표 1) 화재 및 피난 시뮬레이션의 시나리오 작성 기준에 의하면 인명안전을 위한 기준으로서 호흡한계선의 성능기준은 바닥으로부터 1.8m 기준이다. 또한, 실내 화재시 사람의 체류가능 조건을 봤을 때 청결층의 높이는 바닥에서 1.5m 이상이어야 한다. 이 의미는 수직거리가 한없이 낮아져서는 안된다는 의미이다. 수직거리가 존재하는 이유는 사람의 통행과 피난 그리고 시야확보인데 그 중 피난에 필요한 호흡 한계선 즉 호흡 높이에 지장이 발생한다.

그러므로 성능위주설계 뿐만 아니라 일반 건축물 설계를 할 때 제연경계를 설치하는 실내는 호흡한계선을 유지해야 한다. 바닥에서부터 설치될 반자까지의 높이를 얼마까지 유지해야 제연경계를 0.6m 이상으로 설치하고 남은 수직거리가 몇 미터가 될지를 고려해서 설계해야 한다. 성능위주설계에 있어 중요한 부분이다.

 

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