대공간의 기계배연 시스템에 대한 설계 및 수치해석적 분석 = Design and Numerical Analysis on Mechanical Exhaust System in Large Space

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Because of extended floor height in large space, smoke generated in fire would possibly reach to hundreds of thousands CMH and more difficulty in limiting the smoke than normal building requires effective smoke control system design and operation for a large space. In this study, design of mechanical smoke control for a large space was carried out based on existing design standard with regard to large space model and numerical analysis was also carried out using 3D numerical analysis method. Numerical analysis was carried out while changing flow rate of mechanical exhaust, which was followed by analysis of the result. As a result of implementing the design by incorporating major design factors including thickness of smoke layer, heat release rate, mass flow rate of plume, air supply velocity, maximum flow rate per exhaust outlet and minimum distance between exhaust outlets, total exhaust flow rate was calculated as 527,459 CMH when building height was 25 m and heat release rate of steady state was 5,275 kW. And the less the exhaust flow rate, the lower the smoke layer height and higher the smoke layer temperature.

국문 초록 (Abstract)

대공간은 높은 층고로 인해서 화재시 연기 발생량이 수십만 CMH에 달할 수 있으며, 연기의 국한화가 일반 건물에 비해 어렵기 때문에 대공간에 효과적인 연기제어 시스템의 설계와 운영이 요구된다. 본 연구에서는 실제 대공간 규모의 해석모델에 대해서 현재 제시되어 있는 설계기준을 근거로 대공간의 기계배연 시스템에 대한 설계를 수행하고, 3차원 수치해석 기법을 활용하여 설계안에 대한 수치적 분석을 수행하였다. 그리고 설계안의 배연량을 변경해 가며 수치해석을 수행하고 결과를 분석하였다. 연기층 두께, 발열량, 플럼의 질량유량, 공급공기의 속도, 배기구 1개당 최대유량 및 배기구간 최소거리 등의 주요 설계인자를 반영하여 설계를 수행한 결과 대공간의 건물높이가 25 m이고 정상성상의 발열량이 5,275 kW인 경우 전체 배연량은 527,459 CMH로 계산된다. 그리고 기계배연 시스템에 서 배연량이 감소하면 연기층 높이가 낮아지고 연기층의 온도가 상승한다.

참고문헌 (Reference)

1 전흥균, "방화셔터를 이용한 아트리움 제연과 피난안전에 관한 수치해석 연구" 한국화재소방학회 24 (24): 50-59, 2010

2 Harrison, R., "The Balcony Spill Plume: Entrainment of Air into a Flow from a Compartment Opening to a Higher Projecting Balcony" 43 : 301-317, 2007

3 NFPA, "Standard for smoke management systems in malls, atria, and large spaces"

4 Qin, T. X., "Numerical simulation of the spread of smoke in an atrium under fire scenario" 44 : 56-65, 2009

5 IBC, "International Building Code"

6 Gutierrez-Montes, C., "Influence of different make-up air configurations on the fire-induced conditions in an atrium" 45 : 2458-2472, 2010

7 NIST, "Fire Dynamics Simulator (Version6) User’s Guid"

8 Jie, J., "Experimental investigation on influence of smoke venting velocity and vent height on mechanical smoke exhaust efficiency" 177 : 209-215, 2010

9 Cooper, L. Y., "An experimental study of upper hot layer stratification in full-scale multi-room fire scenarios" 104 : 741-749, 1982

10 박창복, "A 호텔 & 카지노 아트리움의 화재 및 피난시뮬레이션을 통한성능위주설계 사례연구" 한국화재소방학회 23 (23): 13-19, 2009

11 Jeong, J. Y., "A Numerical study of smoke movement for the three types of atrium fires using PISO algorithm" 13 (13): 21-30, 1999

12 No, J. S., "A Numercial study of smoke movement in atrium space" 11 (11): 3-13, 1997