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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 송영주
- 발행연도
- 2013
- 저작권
- 동신대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수5
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현재 인류는 무차별적인 환경의 개발로 인한 자원의 고갈과 무분별한 사용으로 인해 지구 곳곳에서 몸살을 앓고 있다. 또한 세계 경제의 침체와 더불어 지하자원의 단가가 상승되고 있으며, 그 자원마저 이제는 언제 고갈될지 모르는 현실에 처해있다. 그로인한 심각성을 깨달은 인류는 이를 해결하기 위해 사회 전반에 걸쳐 온 힘을 기울이고 있으며, 이는 건축물까지 영향을 미쳐 저탄소, 친환경 에너지를 사용하고, 화석에너지를 지양하는 많은 건축물들이 속속들이 들어서고 있으며, 많은 연구가 진행 중에 있다. 이러한 친환경적이며, 에너지 절약형 건축물중 미적요소까지 갖춘 건축물이 바로 이중외피 구조를 갖춘 건축물이다.
이중외피 구조는 외피에 외피를 더한 구조로써 그 외피와 외피 사이의 공간을 중공층이라 하고, 중공층을 효율적으로 운용·관리 하므로써 외부 자연 부하에 대한 효율적인 관리와 외부기후의 직접적인 실내 유입 방지, 외부 소음차단, 계절별 효율적인 운용 시스템등으로 인한 냉·난방 에너지 절약에 큰 역할을 한다.
하지만, 이중외피 구조의 중공층은 화재시 연돌효과에 의한 연기의 빠른 수직상승으로 인해 그 피해가 일반적인 건축물에 비해 매우 빠르고, 심각하다는데 있다.
이에 본 연구에서는 미국의 NIST(National Institute of Standards and Technology)에서 개발한 FDS(Fire Dynamics Simulator)프로그램을 기반으로 만들어진 PyroSim 프로그램을 이용하여 화재발생시 각 구조별 특성을 파악 하였다.
이를 위해 화재 시뮬레이션 프로그램에 동일한 제반조건을 갖춘 후 이중외피 구조를 박스형, 샤프트-박스형, 복도형, 전면형 이중외피 구조로 나누어 실험 하였고, 각 구조별 특성을 파악하기 위한 인자로 연기 거동, 연기 밀도, 연기 감지, 가시거리, 농도, 농도, 농도, 열 감지를 할 수 있는 장치를 설치하였다.
그 결과는 다음과 같다.
1. 박스형 이중외피 구조
박스형 이중외피 구조의 경우 하나의 유닛이 하나의 구조를 갖고 있으므로 화재 시 연기와 연소가스의 확산이 화재실에서만 국한되어 매우 크게 진행 되었고, 상층부와 기타실로의 연기와 연소가스의 확산은 매우 적은 것으로 나타났다.
2. 샤프트-박스형 이중외피 구조
박스형 이중외피 구조에 샤프트 이중외피 구조가 더해진 구조로써 화재 시 샤프트에서의 연돌효과로 인한 연기와 연소가스의 수직 상승으로 인해 최상층에서 그 밀도와 농도가 매우 높게 나타났다. 또한 최상층에서부터 연기와 연소가스가 차고 내려와 기타 나머지 다른층의 실에도 매우 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다.
3. 복도형 이중외피 구조
하나의 구획이 층마다 수평적으로 이루는 특성을 갖고 있어 화재 시 동일 층의 실에 매우 큰 영향을 미쳤으며, 연기의 수평적인 이동을 통한 위험성을 확인 할 수 있었다.
4. 전면형 이중외피 구조
하나의 유닛이 건물 전체를 구획하는 구조로 샤프트-박스형보다 연기와 연소가스의 수직상승은 약간 느렸지만, 그 피해의 정도는 샤프트-박스형과 비슷하였다. 또한 최상층부에서부터 연기와 연소가스가 차고 내려오는 현상도 샤프트-박스형과 유사하였지만, 그 범위는 전면형 이중외피 구조에서 가장 넓게 나타났다.
본 연구로 인해 화재시 이중외피 구조의 특징을 모두 파악하는 것은 분명 한계가 있지만 이중외피 구조별 화재 특징에 대한 화재 위험성을 판단·검증할 수 있었으며, 향후 이중외피 구조에 대한 화재시 필요한 대책과 방법을 제시하는데 충분한 자료로 활용 될 수 있을 것이다.
이중외피 구조는 외피에 외피를 더한 구조로써 그 외피와 외피 사이의 공간을 중공층이라 하고, 중공층을 효율적으로 운용·관리 하므로써 외부 자연 부하에 대한 효율적인 관리와 외부기후의 직접적인 실내 유입 방지, 외부 소음차단, 계절별 효율적인 운용 시스템등으로 인한 냉·난방 에너지 절약에 큰 역할을 한다.
하지만, 이중외피 구조의 중공층은 화재시 연돌효과에 의한 연기의 빠른 수직상승으로 인해 그 피해가 일반적인 건축물에 비해 매우 빠르고, 심각하다는데 있다.
이에 본 연구에서는 미국의 NIST(National Institute of Standards and Technology)에서 개발한 FDS(Fire Dynamics Simulator)프로그램을 기반으로 만들어진 PyroSim 프로그램을 이용하여 화재발생시 각 구조별 특성을 파악 하였다.
이를 위해 화재 시뮬레이션 프로그램에 동일한 제반조건을 갖춘 후 이중외피 구조를 박스형, 샤프트-박스형, 복도형, 전면형 이중외피 구조로 나누어 실험 하였고, 각 구조별 특성을 파악하기 위한 인자로 연기 거동, 연기 밀도, 연기 감지, 가시거리, 농도, 농도, 농도, 열 감지를 할 수 있는 장치를 설치하였다.
그 결과는 다음과 같다.
1. 박스형 이중외피 구조
박스형 이중외피 구조의 경우 하나의 유닛이 하나의 구조를 갖고 있으므로 화재 시 연기와 연소가스의 확산이 화재실에서만 국한되어 매우 크게 진행 되었고, 상층부와 기타실로의 연기와 연소가스의 확산은 매우 적은 것으로 나타났다.
2. 샤프트-박스형 이중외피 구조
박스형 이중외피 구조에 샤프트 이중외피 구조가 더해진 구조로써 화재 시 샤프트에서의 연돌효과로 인한 연기와 연소가스의 수직 상승으로 인해 최상층에서 그 밀도와 농도가 매우 높게 나타났다. 또한 최상층에서부터 연기와 연소가스가 차고 내려와 기타 나머지 다른층의 실에도 매우 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다.
3. 복도형 이중외피 구조
하나의 구획이 층마다 수평적으로 이루는 특성을 갖고 있어 화재 시 동일 층의 실에 매우 큰 영향을 미쳤으며, 연기의 수평적인 이동을 통한 위험성을 확인 할 수 있었다.
4. 전면형 이중외피 구조
하나의 유닛이 건물 전체를 구획하는 구조로 샤프트-박스형보다 연기와 연소가스의 수직상승은 약간 느렸지만, 그 피해의 정도는 샤프트-박스형과 비슷하였다. 또한 최상층부에서부터 연기와 연소가스가 차고 내려오는 현상도 샤프트-박스형과 유사하였지만, 그 범위는 전면형 이중외피 구조에서 가장 넓게 나타났다.
본 연구로 인해 화재시 이중외피 구조의 특징을 모두 파악하는 것은 분명 한계가 있지만 이중외피 구조별 화재 특징에 대한 화재 위험성을 판단·검증할 수 있었으며, 향후 이중외피 구조에 대한 화재시 필요한 대책과 방법을 제시하는데 충분한 자료로 활용 될 수 있을 것이다.
목차
제 1 장 서 론 11.1 연구의 배경과 필요성 11.2 연구의 방법 및 범위 2제 2 장 이중외피 구조 42.1 이중외피 구조의 개요 42.2 이중외피 구조의 종류 및 특징 52.2.1 박스형 이중외피 구조 52.2.2 샤프트-박스형 이중외피 구조 62.2.3 복도형 이중외피 구조 72.2.4 전면형 이중외피 구조 82.3 이중외피 구조와 연돌효과 92.3.1 연돌효과의 정의 92.3.2 연돌효과에 의한 온도차 92.3.3 연돌효과의 압력차 112.4 이중외피 구조에서의 연기 이동과 영향 132.4.1 연기의 정의 132.4.2 연기의 위험성 142.4.3 이중외피 구조에서의 연기 이동 18제 3 장 화재 시뮬레이션의 개요 및 종류 203.1 화재 시뮬레이션 프로그램 개요 203.2 Zone Model과 Field Model 203.2.1 Zone Model 203.2.2 Field Model 213.3 PyroSim 프로그램의 개요 233.3.1 PyroSim 프로그램 233.3.2 FDS와 Smokeview 23제 4 장 화재 시뮬레이션의 구성과 설정 값 254.1 실험 모델의 구성과 기초자료 254.1.1 실험 모델의 구성 및 제원 254.2 실험 모델의 설정 264.3 화재 시나리오 설정 29제 5 장 결과 분석 315.1 연기 거동 315.1.1 시나리오1 315.1.2 시나리오2 325.1.3 시나리오3 335.1.4 시나리오4 345.2 연기 밀도(Soot Density) 365.2.1 시나리오1 365.2.2 시나리오2 375.2.3 시나리오3 385.2.4 시나리오4 405.3 연기 감지기 425.3.1 시나리오1 425.3.2 시나리오2 435.3.3 시나리오3 455.3.4 시나리오4 465.4 가시거리 485.4.1 시나리오1 485.4.2 시나리오2 495.4.3 시나리오3 505.4.4 시나리오4 515.5 CO 농도 535.5.1 시나리오1 535.5.2 시나리오2 545.5.3 시나리오3 555.5.4 시나리오4 575.6 CO₂농도 595.6.1 시나리오1 595.6.2 시나리오2 605.6.3 시나리오3 625.6.4 시나리오4 635.7 O₂농도 655.7.1 시나리오1 655.7.2 시나리오2 665.7.3 시나리오3 685.7.4 시나리오4 695.8 열 감지기 715.8.1 시나리오1 715.8.2 시나리오2 725.8.3 시나리오3 735.8.4 시나리오4 745.9 결과 분석 765.9.1 연기거동 765.9.2 연기밀도 775.9.3 연기 감지기 785.9.4 가시거리 795.9.5 CO 농도 805.9.6 CO₂농도 815.9.7 O₂농도와 열 감지기 82제 6 장 결 론 83참고문헌 85(Abstract) 87
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