도시철도 차량의 제연설비를 활용한 화재안전성 향상에 관한 연구 = (A) Study on the Improvement of Fire Safety Using the Smoke Control System of Urban Transit Vehicle

국문 초록 (Abstract)

서울 및 지방 대도시들의 도시철도는 도심 분리나 소음진동 등의 피해를 최소화하기 위하여 대부분의 구간을 지하로 운행하고 있어 여러 가지 측면에서 지상보다는 위험잠재요소와 위험도가 높은 구조적인 특성을 갖고 있다. 현재 국내 도시철도 운영기관들은 대구지하철 화재사고와 같은 참사를 미연에 방지하고자 정부 주관 하에 운행 전동차 약 6,400량의 기존 내장재를 불연 내장재로 교체하는 사업을 활발히 진행시키고 있다. 그러나 불연 내장재로 교체된 개조전동차도 휘발유와 같이 가연성 높은 물질을 이용한 방화테러를 당하게 되면 가연물질 그 자체의 연소로 발생되는 유독가스와 열기로 인하여 밀폐된 전동차 객실 내부의 승객들은 매우 치명적인 피해를 입을 수 있으리라 예상된다.
본 연구는 불연 내장재 전동차 객실 내에서 휘발유를 가연물질로 발생된 모의화재를 가정, 진행시간에 따른 전동차 내부에서의 연기의 유동형태, 이동시간 및 수직적 온도 분포에 대하여 Simulation 및 모의화재 실험한 결과를 Model 별로 비교·분석하여 도시철도 차량의 제연 System 설치 필요성을 연구함으로서, 도시철도 차량의 효율적인 화재 안전성 향상대책을 찾고자 하였으며 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
기존 전동차의 경우, 가연물질의 자체 연소로 발생되는 연기와 열이 외부로 배출되지 못해 순식간에 객실 전체로 확산되어 유지됨을 볼 수 있었다. 그러나 객실 인통문을 활용하여 연기와 열을 배출할 경우, 제연 System이 설치된 경우보다 그 효과는 떨어지지만 실내에서 실외로 많은 량의 연기와 열이 배출되어 연기의 농도가 옅어지므로 화재 안전성이 높아짐을 알 수 있었다. 또한 제연 System이 설치된 전동차의 경우 실내에서 실외로 많은 량의 연기와 열이 동시에 배출되므로 연기와 열의 확산속도가 늦고 연기농도도 옅으며 객실 내 연기와 열의 확산시간이 지연되어 화재안전성이 크게 향상됨을 알 수 있었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In order to avoid the damage caused by noise vibration from trains in the urban transit of Seoul and other provinces, the trains are being operated underground but when looked from a different angle such trains tend to be more dangerous than the ones that operate over the ground.
In the operating system in the present urban transportation, in order to prevent any death or injury in advance that can be caused such as one in the fire accident of Taegu train, the governments management unit is undertaking the work of changing the interior of around 6,400 vehicles in order to prevent fire.
Even though the interior has been changed as a preventing measure against fire to make it inflammable, there remains a possibility of fire breaking out in case of gasoline etc being brought in the subway. However, there is also the possibility that in case if fire toxic gas is generated and hot air spreads in carriage it will prove very dangerous for people sitting inside.
This is a comparative study where we compare simulation results with model examining the time and direction the fire spreads when it breaks out. Also there is vertical distribution of temperature in carriage where the fire spreads out.
This study is about demonstrating how to establish smokeless system in urban vehicle, about its necessity, and about vehicle system restructuring. This study also makes an effort to find more advanced method for efficient fire safety in trains.
In existing vehicles, in case of fire, the smoke can't go out when doors are closed and hence it spreads in whole train. Even though the method of using ventilation or exhaust established inside the carriage to throw smoke out is much better than the way of opening end doors in each carriage, this study is trying to do research on second way. Through simulation we see that in second case, even though not as good as the first one, smoke can exit through gates. Even though the first method is better, the second can also be uses to let fire out. We can know that in the first case as the smoke can exit out faster, it provides more safety for people. So this system provides better fire safety condition.

목차 (Table of Contents)

• 목차
• 요약 = ⅰ
• 표목차 = ⅱ
• 그림목차 = ⅲ
• 제1장 서론 = 1
• 1-1 연구의 필요성 및 목적 = 1
• 1-2 종래의 연구동향 = 3
• 1-3 연구방법 = 6
• 제2장 화재 일반이론 = 7
• 2-1 지하철 화재의 특징 = 7
• 2-2 화재의 특성 = 8
• 2-2-1 연소의 정의 = 8
• 2-2-2 연소형태 = 9
• 2-2-3 연소열과 화재시의 온도변화 = 10
• 2-2-4 열의 이동 = 11
• 2-2-5 연소생성물의 위험성 = 12
• 2-3 연기의 유동 = 15
• 2-3-1 연기 층의 형성과 연기유동 = 15
• 2-3-2 연기 축적 및 확산 = 16
• 2-3-3 연기 유동 관련 공식 = 16
• 2-4 건물화재이론 = 18
• 2-4-1 화재하중과 화재가혹도 = 18
• 2-4-2 에너지 방출속도 = 19
• 2-5 FDS (Fire Dynamic Simulator) = 21
• 2-5-1 FDS의 이론적 고찰 = 21
• 2-5-2 FDS의 기본 방정식 = 24
• 제3장 FDS를 이용한 화재 Simulation = 27
• 3-1 화재 Simulation Model 설정 = 27
• 3-1-1 화재 Model 설정 = 27
• 3-1-2 화재 시나리오 = 29
• 3-1-3 화원의 설정 = 30
• 3-2 화재 Simulation의 수행 및 결과 = 30
• 3-2-1 연기유동형태 및 온도변화 비교 (전동차 1량 기준) = 30
• 3-2-2 연기유동형태 및 온도변화 비교 (전동차 2량 기준) = 47
• 제4장 모의화재실험 = 64
• 4-1 실험개요 = 64
• 4-2 실험장치 = 64
• 4-3 실험방법 = 66
• 4-4 실험결과 = 67
• 4-4-1 연기유동형태 (전동차 1량 기준) = 67
• 4-4-2 연기유동형태 (전동차 2량 기준) = 71
• 4-4-3. 연기유동형태 (객실 연결 통로막 제거 유사 상황) = 73
• 4-4-4 실험결과 분석 = 73
• 제5장 Simulation 및 모의화재실험 결과에 대한 고찰 = 75
• 5-1 신조 전동차의 제연 System 설치(안) = 75
• 5-2 기존 전동차의 제연 System 관련 대안 = 76
• 제6장 결론 및 향후 연구방향 = 78
• 6-1 결론 = 78
• 6-2 향후 연구방향 = 79
• 참고 문헌 = 80
• Abstract = 82