설치높이에 따른 감지기 종류별 감지시간 차이 비교

화재감지기는 최대한 빠른시간 내 작동해야 피난 및 초기대응 성공율을 높일 수 있습니다. 그러한 이유로 화재감지기의 선택과 배치는 신속한 화재감지가 가장 중요한 목적이 되어야 하지만, 공간의 위험도와 투자효용성 그리고 공간의 특수한 환경 등을 고려하여 최적화된 감지기를 선정하게 됩니다.

화재감지기는 열과 연기, 불꽃, 적외선 등을 감지하는 방식이 대부분이며, 감지방식에서 발생하는 작동시점의 차이도 있으나, 설치될 공간의 구조와 화재특성, 배치형태도 감지시점에 영향을 미치게 됩니다. 가장 많이 사용하는 연기감지기와 열감지기 3종류(정온식특종, 차동식2종스포트, 차동식2종분포형)에 대해 설치높이가 감지시점에 미치는 영향을 분석 해봤습니다.

감지기의 작동시점을 공학적으로 정확하게 예측할 수 있는 분석방법은 현재까진 정온식감지기 정도로만 알려져 있습니다. 정온식감지기의 경우 스프링클러와 같이 고유의 RTI값을 알면 천정열기류 화재공식과 연계하여 쉽게 계산이 가능하지만, 차동식과 연기식은 공식적인 예측 방정식이 없어 연구논문과 자체 연구를 통해 예측 방정식을 만들었습니다.

연기감지기는 광학농도를 계산하여 감지시점을 추정할 수 있으나 가연물의 종류에 따라 발생하는 연기의 양과 농도가 너무나 다양하기 때문에, 초기 온도보다 5도씨 상승한 시점을 작동점으로 예측하는 미국의 C-FAST 프로그램을 참고하였습니다. 가장 예측이 어려운 것은 차동식감지기입니다. 정온식감지기는 화재로부터 발생한 열이 감지기를 통과하면서 열전달을 통해 작동온도에 도달되는 시점을 계산하면 되지만, 차동식은 열전달을 통해 내부의 온도상승을 예측한 후 작동온도상승율을 계산해야 합니다. 그러기 위해서는 차동식감지기의 RTI와 작동온도상승율을 알아야 하지만 관련 자료나 기준이 없기 때문입니다.

 

화재 시 발생한 열이 차동식감지기를 통과하면서 발생하는 감지기 챔버 내부의 온도상승율을 알기 위해서는 정온식감지기와 마찬가지로 RTI를 알아야 합니다. 작동온도에 도달되는 방식인 정온식감지기는 RTI를 쉽게 추정할 수 있으나, 차동식의 경우 RTI를 실험 외에는 예측할 수 있는 방법이 없었으나, 다행히 국내의 논문(한국안전학회지 제32권 제2호)에서 차
동식2종감지기의 RTI가 144라는 것을 알 수 있었습니다.

이를 근거로 차동식감지기의 형식승인시험기준을 근거로 작동온도상승율을 추정한결과 차동식스포트형2종은 0.2도씨/초 차동식분포형2종은 0.05도씨/초를 확인했습니다. 다만 한정된 자료에 기반하였고 객관적 검증을 거치지 않아 공식적으로 사용할 수는 없습니다.  차동식분포형의 경우에는 공기관에 접촉하는 열기류의 면적이 넓을수록 감지시점에 영향을 주지만, 정온식감지선형의 경우에는 접촉면적과 상관없이 온도가 도달되는 접촉점에 영향을 받기 때문에 정온식스포트형과 정온식감지선형의 감지시점 계산방식은 동일하게 볼 수 있습니다.

 

설치높이에 따른 감지시점을 비교

 

그림은 4종류의 감지기에 대해 설치높이에 따른 감지시점을 비교한 결과입니다.

[조건]

화재성장속도 : Medium

화재위치로 부터 감지기까지의 수평거리 : 3m

 

본 분석 결과값의 신뢰도에는 약간의 오차가 있을 수 있습니다. 때로는 많은 오차가 있을 수도.... 따라서 본 분석의 결과는 전체적인 추이를 이해하는데 도움이 되기를 바랍니다.

정온식감지기는 층고가 높아질수록 일정한 비율로 작동시점이 늦어지는 것을 알 수 있습니다. 화재감지시점의 최대한계에 대한 기준은 없으나, 초기대응이 어려운 화재크기를 1000 kW 이내로 볼 때 적정 층고는 5~6m 이내가 적절하지 않나 생각합니다. 물론 법적으로는 높이 8m 까지 설치가 가능합니다.

차동식스포트형감지기는 상당히 독특한 모습을 보여주고 있습니다. 층고가 높아질수록 특정 높이(5m)에서 감지시점이 급격히 지연되는 특징이 나타납니다. 즉 차동식감지기는 설치 높이가 높아질수록 감지지연율이 매우 가파르게 커진다는 것을 의미하며, 본 조건에서는 설치높이 5.5m를 기점으로 정온식감지기보다 현저하게 감지시점이 늦어지고 있어, 대략 5m
이하의 낮은 층고에서는 차동식감지기가 정온식에 비해 작동시점이 빠를 것으로 예상됩니다. 이는 일반적으로 알고 있는 상식과도 부합되고 있습니다. 하지만 화재성장속도가 느릴경우에는 정온식감지기가 더 빠를 수 있으므로 다양한 조건을 고려하여 판단해야 합니다.

차동식분포형감지기는 연기감지기에 근접할 정도의 빠른 감지시점을 보여주었습니다. 스포트형에 비해 작동온도상승율이 훨씬 민감하기 때문인데, 낮은 층고의 공간에 설치할 경우에는 비화재보가 많이 발생할 가능성이 있을 것으로 판단됩니다. 차동식분포형감지기는 차동식스포트형과 동일하게 특정높이(20m정도)에서 가파르게 그래프가 위로 상승하는 모습을 보이는데, 이는 차동식감지기의 특징이 특정높이를 초과하면서 감지시점이 급격하게 지연된다는 것을 보여주고 있습니다.

 

연기감지기는 4종류 중 가장 빠른 감지시점을 보여주며, 층고가 어느 정도 높아져도 화재크기가 500 kW 미만에서 작동할 것으로 확인되었습니다.

 

지금까지 층고에 따른 감지시점에 대해 추이를 분석해보았습니다. 가장 특이한 점은 차동식감지기의 경우, 층고가 높아질수록 감지지연이 급격하게 커지기 때문에 정온식감지기에 비해 설치높이에 대한 허용범위를 더욱 보수적으로 결정해야 할 것으로 판단됩니다.