국내기준의 배연량 산정 근거는?

차라리 계산을 통해 산정하는것이 더 쉽지 않나 생각이 들 정도로 우리나라의 거실제연설비기준은 너무도 많은 경우와 조건을 고려하여 배연량 등을 규정하고 있습니다. 배연량을 결정하는데 있어 기준을 살펴보면 대략 다음과 같습니다.

 

 

• 거실면적이 400제곱미터 미만인가 이상인가?
• 벽으로 구획된것인가 제연경계벽으로 구획된 것인가?
• 공동제연구역인가?
• 경유거실인가?
• 통로배출방식인가?
• 통로의 길이가 40미터 이하인가 40~60미터 범위인가?
• 제연구역이 40미터 원 안에 있는가 아니면 그보다 더 큰것인가?
• 제연경계벽의 수직거리는 얼마인가?

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위와 같은 조건들에 따라 배연량을 달리 적용하고 있는데, 그 차이가 크지않아 굳이 그렇게 다양한 조건들을 고려하는게 무슨 의미가 있는가 생각이 듭니다. 연기발생량은 화재크기와 연기층높이와 관련이 있으나 공간의 면적과는 관련이 없기때문입니다. 약간의 차이는 배연효율 정도가 반영된 것일텐데 말입니다.

 

내용은 또 얼마나 햇갈리게 되어 있는지 소방에 종사하시는 분들이라면 화재안전기준법전으로 불리는 이유를 잘 아실겁니다. 기준의 내용보다 문구해석이 더 어려우니 말입니다. "~하지 아니 할 수 있다" , "~그러하지 아니하다" , "~그렇지 않다" 등등.. 기술에 관한 규정은 기술자의 언어로 바뀌길 기대합니다^^

 

화재안전기준의 배출량을 보면 대략 연기층 높이 2m를 기준으로 40000 ~ 45000 CMH(11 ~ 13 m3/s)  정도이며, 제연경계벽의 높이에 따라 최대 3 m 초과시 60000 ~ 65000 CMH (17 ~ 18 m3/s)  정도로 규정하고 있습니다.

국내화재안전기준 배출량의 근거를 찾을 수 없어 대략적으로 추정해보았습니다.

 

우선 설치대상을 보면 공연장의 무대부를 제외한 무창층의 판매시설과 지하층 등을 보면 층고가 아트리움처럼 높지않은 공간으로 생각됩니다.

 

배연량을 추정하기 위해서는 연기발생량을 계산해야 하는데, NFPA의 연기발생량 계산식은 아트리움처럼 층고가 매우 높은 공간에 적용하는 수식이어서 국내기준에 가장 적합한 영국 BRE에서 제공하는 Thomas이론 기반의 계산식을 사용하겠습니다.

 

연기발생량 m(kg/s) = Ce x P x Z^(1.5)

P : 화원의 둘레(m)

Z : 연기층 높이(m)

Ce : 0.19(천정이 높은 공간), 0.21(넓게개방된 사무실 같은 천정이 그리높지 않은 공간), 0.34(구멍가게, 호텔 등 작고 한쪽벽에 창문과 같은 개구부가 있는 공간)

 

국내기준에는 Ce계수가 0.21이 가장 적합한것으로 보입니다.

 

그런데 위식에서 화원의 둘레를 결정해야 하는 문제가 있습니다.  BRE에서 제공하는 설계화재크기에서 소매상점을 기준으로 화원의 둘레 12m, 화재면적 10m2, 화재크기 6250 kW/m2 로 규정하고 있으므로, 연기층 높이 2m에 대해 이를 적용해서 계산하면,

 

m(kg/s) = 0.21 x 12 x 2^(1.5) = 7.1 kg/s

 

다음은 배연량 7.1 kg/s를 체적유량으로 변환해야 하는데, 그렇게 위해서는 연기온도를 통해 연기밀도를 추정해야 합니다. 정확하지는 않겠으나 연기온도는 NFPA204의 평균연기층온도 산정방정식을 이용하여 계산하면,

 

평균연기온도 = 초기실내온도To + (대류분율K x 화재크기Q) / (연기비열kJ/kg.K x 질량유량kg/s)

평균연기온도 = 20 + (0.5 x 6250) / 1 x 7.1 = 460 도씨

 

연기밀도 = 353/(273+460) = 0.48 kg/m3

 

따라서 배출량은,

 

7.1 / 0.48 = 14.8 m3/s = 53000 CMH

 

같은 방식으로 연기층 높이 3m 인 경우 배출량은, 71000 CMH

 

계산결과가 국내기준인 연기층높이 2m에서 45000 CMH 연기층높이 3m에서 65000 CMH 보다 약간 큰 것으로 볼 때 국내기준 배연량의 추정화재크기는 6250 kW 보다 작을 것으로 보입니다. 사실 계산결과의 정확도와 신뢰도를 고려해볼때 사실 오차범위를 크게 벗어나지는 않는것으로 보입니다.

 

그럼에도 불구하고, 국내기준의 배출량 근거 화재크기를 위의 계산방식을 통해 추정해보니 약 3700 kW ~ 5000 kW로 확인됩니다. 

 

배연이 정상적으로 유지되기 위해서는 배연량외에도 많은 변수가 있으나,  배연량만 고려한다면 비교적 합리적인 기준으로 생각됩니다.

 

다만 제연구역의 크기가 400제곱미터 미만의 경우, 배출량을 단위면적당 1CMM(60CMH)를 곱한값으로 규정하고 있는것은 배출량이 부족할 것으로 예상되므로 개선되어야 할 것으로 판단됩니다.

 

배연량보다 더 중요한것은 배연방식입니다. 거실제연 효과에 대한 논란의 이유도 강제급배기에 따른 풍량밸런스의 불균일, 공기유입방식(위치와 유입량, 유입속도), 제연구역의 크기, 공조겸용에 따른 성능 및 신뢰도 저하 등에 대해 보다 많은 고민이 있어야 하겠습니다.