KR101170641B1 - 터널의 종류식 제연설비 성능 실험방법 및 그 장치 - Google Patents

터널의 종류식 제연설비 성능 실험방법 및 그 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 터널의 종류식 제연설비 성능 실험방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 화재발생시 피해 저감을 목적으로 하는 제연설비의 성능을 확인하기 위해 실제 터널의 내부 다수의 지점에 실험장치들을 설치하고, 실제 화재발생시와 동일한 상황을 모사함으로써 종류식 제연설비의 성능을 정확하게 확인할 수 있도록 하는 터널의 종류식 제연설비 성능 실험방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명은 터널의 종류식 제연설비 검증을 위한 실험장비를 설치할 다수의 단면지점을 설정하는 단면지점 설정단계와, 설정된 단면지점에 화원을 포함한 실험장비들을 설치하는 실험장비 설치단계와, 상기 화원을 점화시킨 후 실험장비들을 이용하여 터널 내부의 기류 특성을 측정하는 1차 측정단계와, 화원 점화 후 일정시간 이후에 제연설비를 작동시키는 제연설비 작동단계 및 상기 실험장비들을 이용하여 제연설비 작동 이후의 터널 내부 기류 특성을 측정하여 제연설비의 성능을 평가하는 2차 측정단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

터널의 종류식 제연설비 성능 실험방법 및 그 장치{Method for verification tests of longitudinal smoke control facilities in a tunnel and the apparatus of the same}
본 발명은 터널의 종류식 제연설비 성능 실험방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 화재발생시 피해 저감을 목적으로 하는 제연설비의 성능을 확인하기 위해 실제 터널의 내부 다수의 지점에 실험장치들을 설치하고, 실제 화재발생시와 동일한 상황을 모사함으로써 종류식 제연설비의 성능을 정확하게 확인할 수 있도록 하는 터널의 종류식 제연설비 성능 실험방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로 국토의 70%가 산악지대인 우리나라의 지리적 특성상 고산지대에서 철도차량의 원활한 주행이 이루어질 수 있도록 철도터널이 건설되게 되는데, 이러한 철도터널의 경우, 터널 내부를 주행하던 철도차량이나 터널 내부에서 화재가 발생하는 비상 상황시 연기로 인한 질식사에 의해 수많은 인명피해가 발생할 뿐만 아니라, 폐쇄된 공간의 특성상 갇힌 터널 내부의 온도가 순식간에 올라가 터널구조에 심각한 영향을 미치게 되므로 터널복구에 걸리는 시간이 길어져서 사회적 물류비용 손실이 매우 증가할 수 있다는 문제점이 있다.
이러한 문제점들을 해결하기 위해, 최근에는 터널 내부로 확산되는 고온의 스모크를 터널 외부로 배출시키기 위한 제연설비가 설치되고 있는데, 상기 제연설비로는 터널 내부의 천장에 매달려 있는 제트 팬이 차량진행방향으로 기류를 형성하여 화재 시 연기의 이동을 제어하도록 하는 종류식(縱流式)과, 터널 내 닥트를 통하여 연기를 밖으로 배출하되, 기류방향이 도로면에서 터널 천장으로 움직이도록 하여 화재 시 연기가 천장을 통해 밖으로 배출하도록 하는 횡류식(橫流式)이 있다.
이 중, 화재발생시 연기이동에 대한 제어성능이 우수한 종류식 제연설비가 주로 사용되고 있는데, 이러한 종류식 제연설비의 환기성능을 사전에 검증하기 위한 화재모의실험은 컴퓨터를 이용한 시뮬레이션 방식으로만 이루어지기 때문에, 터널 구배 및 터널 내부의 공기유동상태 등등 실제 조건 이외에 수많은 가정치들을 적용하여야 하는 번거로움이 있고, 데이터의 정확도가 떨어짐에 따라 상기 데이터에 의한 신뢰도가 크게 저하되게 되는 등의 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 대한민국 공개특허공보 제10-2006-0041054호에는 철도터널의 화재제연 및 환기 실험장치가 개시되어 있는데, 그 주요 기술적 구성은 터널 내 화재 모의실험을 위해 축소된 모형 터널, 모형 트랙 및 모형 철도차량이 설치되는 선반과; 상기 모형 철도차량의 화재상태를 구현하기 위해 모형 철도차량 내에 스모크를 공급하는 스모크 공급수단과; 상기 모형 터널의 구배 상태를 구현하기 위해 선반 양측 하단에 설치된 선반각도 조절수단으로 구성된 것을 특징으로 하고 있다.
하지만, 상기와 같은 구성은 종래의 시뮬레이션 방식보다는 데이터의 정확도를 향상시킬 수는 있으나, 실제 터널이 아닌 모의 축소 터널을 사용하여 실험하기 때문에 그 규모와 측정장비 등에서 차이가 있으므로 정확한 제연 및 배연 성능을 측정할 수는 없는 문제점이 있다.
또한, 그 밖의 제연 성능을 실험할 수 있도록 하는 장치 및 방법은 모두 모의 터널에서 이루어지는 것이고, 실제 터널에서 제연 및 배연 성능을 측정할 수 있도록 하는 실험방법은 존재하고 있지 않은 실정이다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 실제 터널의 내부에 실험장비들을 설치하여 화재발생시 피해를 저감시키기 위한 제연설비의 성능을 확인할 수 있도록 함으로써 보다 정확한 제연설비의 성능을 파악할 수 있도록 하는 터널의 종류식 제연설비 성능 실험방법 및 장치를 제공함에 있다.
또한, 본 발명은 실제 화재 발생시 터널의 내부에서 발생되는 현상들을 직접 확인할 수 있을 뿐만 아니라, 터널 내부에서의 화재 연기의 역류현상을 확인할 수 있도록 하는 터널의 종류식 제연설비 성능 실험방법 및 장치를 제공함에 다른 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 터널의 종류식 제연설비 성능 실험방법은,
터널의 종류식 제연설비 검증을 위한 실험장비를 설치할 다수의 단면지점을 설정하는 단면지점 설정단계와, 설정된 단면지점에 화원을 포함한 실험장비들을 설치하는 실험장비 설치단계와, 상기 화원을 점화시킨 후 실험장비들을 이용하여 터널 내부의 기류 특성을 측정하는 1차 측정단계와, 화원 점화 후 일정시간 이후에 제연설비를 작동시키는 제연설비 작동단계와, 상기 실험장비들을 이용하여 제연설비 작동 이후의 터널 내부 기류 특성을 측정하는 2차 측정단계 및 상기 1차 및 2차 측정단계에서 측정된 데이터들을 기준으로 하여 제연설비의 성능을 평가하는 성능평가단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 단면지점 설정단계에서 설정되는 단면지점은 화원이 설치되는 화원단면지점과, 상기 화원단면지점으로부터 터널의 기류방향으로 상류에 위치되는 상류단면지점과, 상기 화원단면지점으로부터 하류에 위치되는 제1 및 제2하류단면지점과, 상기 제1 및 제2하류단면지점의 사이에 위치되는 연기농도측정 단면지점으로 구성된 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 실험장비 설치단계에서 화원단면지점에 설치되는 실험장비는 화재시 발생되는 열을 모사할 수 있도록 하는 화원과, 상기 화원을 중심으로 하여 양쪽에 설치되는 연기발생장치와, 터널의 상부에 설치되어 화재열의 전파 방향을 측정하는 다수의 열전대 및 연기의 전파방향을 측정하는 연기농도계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 화원단면지점에 설치되는 실험장비는 화원의 아래쪽에 설치되어 화원에 사용되는 연료의 소모율을 측정하여 화재의 열발생율을 측정할 수 있도록 하는 로드셀을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 상류단면지점, 제1 및 제2하류단면지점에는 각각 실험장비 설치를 위한 다수의 지지대가 설치되고, 상기 지지대에 설치되는 실험장비는 터널 내부에서 형성되는 기류의 풍향 및 풍속을 측정하기 위한 풍향풍속계와, 각 단면지점에서의 기류의 풍속을 단면 위치별로 측정하기 위한 다수의 풍속계와, 각 단면지점에서의 터널 내부의 풍속 및 온도를 단면 위치별로 측정하기 위한 다수의 풍속온도계 및 각 단면지점에서의 터널 내부에서의 기류의 흐름 및 연기의 양을 육안으로 확인할 수 있도록 하는 화면취득장치를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 상류단면지점, 제1하류단면지점 및 연기농도측정 단면지점에 설치되는 실험장비는 화원 단면지점으로부터 발생되는 연기의 농도를 각 단면지점에서 측정하기 위한 연기농도계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 성능평가단계에서는 2차 측정단계에서 측정되는 각 단면지점에서의 평균유속을 터널에서의 설계유속과 비교하여 제연설비의 성능을 평가하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 성능평가단계에서는 2차 측정단계에서 측정되는 터널 천장부의 온도를 비교하여
Figure 112010035380600-pat00001
의 만족 여부에 의해 제연설비의 성능을 평가하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 성능평가단계에서는 2차 측정단계에서 측정되는 각 단면지점에서의 연기농도를 기준값과 비교하여 제연설비의 성능을 평가하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 성능평가단계에서는 2차 측정단계에서 화면취득장치에 의해 촬영되는 영상을 분석하여 기준값과 비교함으로써 제연설비의 성능을 평가하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 따른 터널의 종류식 제연설비 성능 실험장치는,
화재시 발생되는 열을 모사할 수 있도록 하는 화원과, 상기 화원을 중심으로 하여 양쪽에 설치되는 연기발생장치와, 터널의 상부에 설치되어 화재열의 전파 방향을 측정하는 다수의 열전대 및 연기의 전파방향을 측정하는 연기농도계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 화원은 내부에 연료가 수용되는 연료트레이와, 내부에 물이 수용되는 물트레이로 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 화원의 아래쪽에 설치되어 화원에 사용되는 연료의 소모율을 측정하여 화재의 열발생율을 측정할 수 있도록 하는 로드셀을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 터널 내부에서 형성되는 기류의 풍향 및 풍속을 측정하기 위한 풍향풍속계와, 터널 내부의 풍속 및 온도를 측정하기 위한 풍속온도계 및 터널 내부에서의 기류의 흐름 및 연기의 양을 육안으로 확인할 수 있도록 하는 화면취득장치를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 실제 터널의 내부에 실험장비들을 설치하여 화재발생시 피해를 저감시키기 위한 제연설비의 성능을 확인할 수 있도록 함으로써 제연설비의 성능에 대한 정량적인 판단이 가능하게 되어 보다 정확한 성능을 판단할 수 있는 뛰어난 효과를 갖는다.
또한, 상기와 같은 제연설비의 정확한 성능 판단으로 인해 추후 설치될 터널이나 아직 제연설비가 설치되지 않은 터널에 설치될 제연설비의 규모 등을 정확히 예측할 수 있게 되어 화재발생에 대해 안정성을 확보할 수 있는 터널 및 제연설비를 설계할 수 있는 효과를 추가로 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 터널의 종류식 제연설비 성능 실험방법의 진행과정을 나타낸 흐름도.
도 2는 도 1에 나타낸 본 발명 중 단면지점 설정단계에서 설정되는 단면지점을 개략적으로 나타낸 도면.
도 3은 도 1에 나타낸 본 발명 중 실험장비 설치단계에서 화원단면지점에 설치되는 실험장비를 개략적으로 나타낸 도면.
도 4는 도 1에 나타낸 본 발명 중 실험장비 설치단계에서 상류단면지점에 설치되는 실험장비를 개략적으로 나타낸 도면.
도 5는 도 1에 나타낸 본 발명 중 실험장비 설치단계에서 제1하류단면지점에 설치되는 실험장비를 개략적으로 나타낸 도면.
도 6은 도 1에 나타낸 본 발명 중 실험장비 설치단계에서 제2하류단면지점에 설치되는 실험장비를 개략적으로 나타낸 도면.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 터널의 종류식 제연설비 성능 실험방법 및 장치에 대한 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 터널의 종류식 제연설비 성능 실험방법의 진행과정을 나타낸 흐름도이고, 도 2는 도 1에 나타낸 본 발명 중 단면지점 설정단계에서 설정되는 단면지점을 개략적으로 나타낸 도면이며, 도 3은 도 1에 나타낸 본 발명 중 실험장비 설치단계에서 화원단면지점에 설치되는 실험장비를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 4는 도 1에 나타낸 본 발명 중 실험장비 설치단계에서 상류단면지점에 설치되는 실험장비를 개략적으로 나타낸 도면이며, 도 5는 도 1에 나타낸 본 발명 중 실험장비 설치단계에서 제1하류단면지점에 설치되는 실험장비를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 6은 도 1에 나타낸 본 발명 중 실험장비 설치단계에서 제2하류단면지점에 설치되는 실험장비를 개략적으로 나타낸 도면이다.
본 발명은 실제 터널의 내부 다수의 지점에 화재발생시 피해를 저감시키기 위한 제연설비의 성능을 확인하기 위한 실험장치들을 설치하고, 실제 화재발생시와 동일한 상황을 모사함으로써 종류식 제연설비의 성능을 정확하게 확인할 수 있도록 하는 터널의 종류식 제연설비 성능 실험방법 및 장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 터널의 종류식 제연설비 성능 실험방법은 크게 단면지점 설정단계(S10), 실험장비 설치단계(S20), 1차 측정단계(S30), 제연설비 작동단계(S40), 2차 측정단계(S50) 및 성능평가단계(S60)를 포함하여 구성된다.
보다 상세히 설명하면, 상기 단면지점 설정단계(S10)는 터널의 총 길이 및 터널에 설치되어 있는 종류식 제연설비를 고려하여 제연설비의 검증을 위한 실험장비들을 설치할 단면지점들을 설정하는 단계에 관한 것으로, 본 발명에서는 도 2에 나타낸 바와 같이, 터널 내부에서 발생하는 화재현장을 모사할 수 있도록 하는 화원(110)이 설치되는 화원단면지점(100)을 포함하여 상류단면지점(200), 제1 및 제2하류단면지점(300)(500), 연기농도측정 단면지점(400)과 같이 총 5개의 단면지점들을 설정하였다.
먼저, 상기 상류단면지점(200)은 화원단면지점(100)을 중심으로 하여 상류 측, 즉 터널의 기류방향으로 보았을 때 제연설비 작동시 바람이 불어오는 방향에 일정 거리 이격되어 위치하도록 설정되는 것이고, 상기 제1 및 제2하류단면지점(300)(500)은 화원단면지점(100)을 중심으로 하여 하류 측, 즉 상류단면지점(200)과 반대되는 방향에 일정 거리 이격되어 위치하도록 설정되는 것이며, 상기 연기농도 측정 단면지점(400)은 제1 및 제2하류단면지점(300)(500)의 사이에 위치하도록 설정되는 것이다.
즉, 상기와 같은 단면지점들은 터널 내부에서의 기류의 흐름과 제연설비가 작동하였을 경우의 기류의 흐름을 고려하여 설정된 것으로, 서로 일정 거리 이상 이격되도록 하여 터널 내부의 전체적인 기류의 흐름을 파악할 수 있도록 하였고, 제연설비가 작동되는 경우, 기류는 하류쪽으로만 이동하게 되므로 화원(110)을 중심으로 하여 하류에서 진행되는 열과 연기 등의 유동특성을 보다 정확히 측정할 수 있도록 하기 위하여 하류에는 2개의 단면지점(300)(500)을 설정하는 것이 바람직하다.
다음, 상기 실험장비 설치단계(S20)는 단면지점 설정단계(S10)에서 설정된 단면지점에 터널 내의 기류의 유동특성을 파악하기 위한 실험장비들을 설치하는 단계에 관한 것으로, 각 단면지점들의 위치적인 특성을 고려하여 그에 맞는 실험장비들을 설치하게 된다.
보다 상세히 설명하면, 먼저, 상기 화원단면지점(100)에는 화원(110), 연기발생장치(120), 열전대(130) 및 연기농도계(140)가 설치되는데, 상기 화원(110)은 화재시 발생되는 열을 실제와 유사하게 모사할 수 있도록 하는 역할을 하는 것으로, 본 발명에서는 도 3에 나타낸 바와 같이, 연료트레이(112)와, 상기 연료트레이(112)의 외측에 설치되는 물트레이(114)로 이루어지는 연료물트레이를 화원으로 사용하게 된다. 즉, 가로, 세로, 높이의 길이가 각각 0.130m, 0.841m, 0.594m로 이루어지는 연료트레이(112)에 연료로 사용될 메틸알코올 11.74kg을 채워 넣고, 가로, 세로, 높이의 길이가 각각 0.180, 0.990m, 0.700m로 이루어져 연료트레이(112)를 감싸도록 하여 연료트레이(112)의 외측에 설치되는 물트레이(114)에는 43.19kg의 물을 집어 넣어 화원으로 사용하여 화재현장을 실제와 유사하게 모사함과 동시에 실험종료시 물트레이(114)에 저장된 물을 이용하여 소화시킬 수 있도록 구성되는 것이다. 이때, 상기 화원(110)은 도 3에 나타낸 바와 같이, 터널의 길이 방향으로 4개 정도가 설치된다.
다음, 상기 연기발생장치(120)는 화재시 발생하는 연기를 모사할 수 있도록 하기 위한 것으로, 화원(110)을 중심으로 하여 양쪽에 각각 2개 정도씩 설치하게 된다.
또한, 상기 열전대(130)는 화재시 발생되는 열의 온도를 측정함으로써 화재열의 전파방향을 확인할 수 있도록 하는 역할을 하는 것으로, 화원(110)을 중심으로 한 터널의 최상부에 길이방향으로 약 1m 간격으로 9개 정도가 설치되고, 화원(110) 중심의 상부에 높이방향으로 약 4개 정도 설치된다. 따라서, 상기와 같이 다수 개가 설치된 각각의 열전대(130)에서 측정되는 온도를 분석하여 화재시 발생되는 열의 전파방향을 확인할 수 있게 된다.
다음, 상기 연기농도계(140)는 도 3에 나타낸 바와 같이, 터널의 상부에 설치되어 연기발생장치(120)로부터 발생되는 연기의 농도를 측정함으로써 연기의 전파 방향을 확인할 수 있도록 하는 역할을 하게 된다.
한편, 상기 터널의 내부에 전차선(150)이 설치된 경우에는 실험시 발생되는 열로부터 전차선(150)을 보호하기 위하여 전차선 보호용 방화천(160)을 설치할 수도 있다.
또한, 상기 화원(110)의 아래쪽에는 로드셀(미도시)을 설치할 수도 있는데, 상기 로드셀은 화원(110)의 무게를 측정하여 실험시 연료의 소모율을 확인할 수 있도록 함으로써 연료의 소모량에 따른 화재의 열발생율을 측정할 수 있도록 하는 역할을 하게 된다.
도 3에서의 미설명된 부호는 각각 후술할 제1지지대(101), 제2지지대(102) 및 제3지지대(103)이다.
그리고, 상기 실험장비 설치단계(S20)에서 화원단면지점(100)을 제외한 나머지 단면지점에는 각 단면지점의 위치적인 특성에 맞추어 종류식 제연설비의 성능을 효과적으로 판단할 수 있도록 하는 실험장비들이 설치되는데, 먼저 화원단면지점(100)으로부터 상류에 설치되는 상류단면지점(200)에는 도 4에 나타낸 바와 같이, 풍향풍속계(210), 풍속계(220), 풍속온도계(230), 화면취득장치(250) 및 연기농도계(240)가 설치된다.
보다 상세히 설명하면, 상류단면지점(200)에는 상기 실험장치들을 설치하기 위한 다수의 지지대(201,202,203)가 설치되는데, 상기 지지대(201,202,203)는 터널 내부의 중심에 설치되는 7m 높이의 제1지지대(201)와, 상기 제1지지대(202)의 양 측면으로 약 3m 정도 이격되도록 하여 각각 하나씩 설치되는 5m 높이의 제2 및 제3지지대(202,203)로 구성하여 상기 제1 내지 제3지지대(201,202,203)에 실험장비들을 나누어 설치함으로써 터널의 단면을 통과하는 기류를 전체적으로 정확히 파악할 수 있도록 구성되어 있다.
상기 터널 내부의 중심에 설치된 제1지지대(201)의 최상단에는 연기농도계(240)가 설치되는데, 상기 연기농도계(240)는 연기발생장치(120)로부터 발생되어 터널 내부를 유동하는 연기의 농도를 측정하기 위한 것으로, 연기의 특성상 대부분의 연기가 터널의 상부를 따라 유동하게 되고, 제연설비가 작동되면 터널 내부의 공기 흐름이 상류에서 하류 방향으로 흐르게 되어 상류단면지점(200)으로는 거의 연기가 도달하지 않게 되므로 연기농도계(240)는 터널의 중심부 최상단에 1개만 설치된다.
다음, 지면으로부터의 높이가 각각 1m, 4m, 5.5m 및 7m가 되는 제1지지대(201)에는 풍속온도계(230)가 설치되는데, 상기 풍속온도계(230)는 터널의 중심부를 통과하는 기류의 풍속 및 온도를 측정하는 역할을 한다.
또한, 지면으로부터의 높이가 2.5m가 되는 제1지지대(201)에는 풍향풍속계(210)가 설치되는데, 상기 풍향풍속계(210)는 터널의 중심부를 통과하는 기류의 흐름방향 및 풍속을 측정하는 역할을 한다.
다음, 상기 제1지지대(201)의 양측으로 설치되는 제2 및 제3지지대(202)(203)의 1m, 2.5m 및 4m 높이에는 풍속계(220)가 설치되는데, 상기 풍속계(220)는 터널 내부의 측면부를 통과하는 기류의 풍속을 측정하는 역할을 하게 된다.
또한, 상기 상류단면지점(200)에는 화면취득장치(250)가 설치되는데, 상기 화면취득장치(250)는 터널 내부를 영상으로 촬영하여 전송할 수 있도록 구성되어 영상의 분석을 통해 터널 내부의 연기의 흐름 및 연기의 양을 파악하여 제연설비의 성능을 파악할 수 있도록 하는 역할을 하게 된다. 이때, 상기 화면취득장치(250)로는 캠코더 등의 영상을 촬영할 수 있는 장치가 사용되는데, 관측자의 제어에 의해 화면취득장치(250)의 촬영각도를 조절할 수 있도록 할 수도 있음은 물론이다.
한편, 상기 제1하류단면지점(300)에는 도 5에 나타낸 바와 같이, 제1 내지 제3지지대(301)(302)(303)에 연기농도계(340), 풍속온도계(330), 풍향풍속계(310), 풍속계(320) 및 화면취득장치(350)가 설치되는데, 제연설비가 작동되는 경우 화원단면지점(100)으로부터 발생되는 열 및 연기는 주로 하류방향으로 이동하게 되므로 전술한 상류단면지점(200)과는 실험장비의 설치 위치 및 개수에서 차이가 발생한다.
먼저, 상기 연기농도계(340,)는 제1지지대(301)의 2m 및 7m 높이지점에 각각 설치되고, 상기 풍속온도계(330)는 제1지지대(301)의 1m, 4m, 5.5m, 7m와 제2 및 제3지지대(302)(303)의 2.5m 지점에 각각 설치되며, 풍향풍속계(310)는 제1지지대(301)의 2.5m지점에 설치된다.
또한, 상기 풍속계(320)는 제2 및 제3지지대(302)(303)의 1m, 2.5m 및 4m 위치에 각각 설치되고, 화면취득장치(350)는 제1 내지 제3지지대(301)(302)(303)의 적정 위치에 다수 개가 설치된다.
한편, 상기 연기농도측정 단면지점(400)에는 연기농도계(미도시) 및 화면취득장치(미도시)가 설치되는데, 상기 연기농도계 및 화면취득장치로부터 측정되고 관측되는 연기의 농도 및 흐름방향을 제1하류단면지점(300)에서 연기농도계(340) 및 화면취득장치(350)에 의해 측정된 연기농도 및 흐름방향과 비교하여 제연설비의 성능을 보다 명확하게 평가할 수 있게 된다. 이때, 상기 연기농도측정 단면지점(400)에 설치되는 연기농도계 및 화면취득장치는 다른 지점들에 설치되는 연기농도계 및 화면취득장치와 설치위치 및 작용이 동일하므로 그 도시를 생략하기로 한다.
다음, 상기 제2하류단면지점(500)에는 도 6에 나타낸 바와 같이, 풍속온도계(530), 풍향풍속계(510), 풍속계(520) 및 화면취득장치(550)가 설치되는데, 상기 풍속온도계(530)는 제1지지대(501)의 1m, 4m, 5.5m, 7m 지점에 각각 설치되고, 풍향풍속계(510)는 제1지지대(501)의 2.5m 지점에 설치되며, 풍속계(520)는 제2 및 제3지지대(502,503)의 1m, 2.5m, 4m 지점에 각각 설치한다. 또한, 화면취득장치(550)는 제1 내지 제3지지대(501,502,503)의 적정 위치에 다수 개가 설치된다.
상기와 같이 제1 및 제2하류단면지점(300)(500)과, 연기농도측정 단면지점(400)에 설치되는 실험장비들은 상류단면지점(200)에 설치되는 실험장비들과 측정대상 및 역할이 동일하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
다음, 전술한 바와 같이 각 단면지점별 실험장비의 설치가 완료되면, 화원(110)을 점화하고 연기발생장치(120)를 작동시킨 후 설치된 실험장비들을 이용하여 터널 기류의 온도, 속도, 방향 및 연기농도 등을 측정한다.(1차 측정단계(S30).)
이때, 연기발생장치(120)에서 발생된 연기는 저온상태이므로 본 발명에서는 메틸알콜을 연료로 사용하는 화원(110)에서 발생되는 유동을 통해 연기가 터널 내부로 이동할 수 있는 환경을 모사하게 된다.
화원(110)의 소화는 연료로 사용되는 메틸알콜이 모두 자연소화될 때까지 지속적으로 진행되고, 각 단면에 설치된 화면취득장치(250,350,미도시,550)를 통해 화원 점화 후 시간에 따른 연기의 거동을 시각적으로 파악한다.
다음, 화원(110) 점화 후 일정시간이 지나면 제연설비를 작동시켜 터널 내부에 급기 및 배기가 이루어지도록 하는데, 이때 제연설비의 작동은 평상시의 운영모드가 아닌 화원(110)을 중심으로 한 화재 시나리오에 의한 제연모드로 운영하게 된다.(제연설비 작동단계(S40).)
이와 같이, 제연설비를 작동시킨 후 각 단면별로 설치된 실험장비들을 통해 제연설비 작동 이후의 터널 기류의 온도, 속도, 방향 및 연기농도 등을 측정한다.(2차 측정단계(S50).)
마지막으로, 상기 1차 및 2차 측정단계(S30)(S50)에서 측정된 데이터들을 비교하여 제연설비의 성능을 평가하게 되는데(성능평가단계(S60)), 이와 같은 제연설비의 성능 평가는 단면평균유속의 측정, 터널 최상부의 온도 측정, 연기농도 측정 및 화면영상분석을 통해 이루어진다.
보다 상세히 설명하면, 먼저 상기 단면평균유속의 측정을 통한 제연설비의 성능 평가는 다음 식에 의해 판단할 수 있게 되는데,
Figure 112010035380600-pat00002
이때,
Figure 112010035380600-pat00003
는 다수의 단면지점 중 i번째 단면지점에서의 j번째 풍속계에서 측정된 풍속이고,
Figure 112010035380600-pat00004
는 i번째 단면지점에서의 평균 유속이며, J는 i번째 단면지점에 설치된 풍속계의 개수이고,
Figure 112010035380600-pat00005
은 터널에서의 설계유속, 즉 임계유속을 의미한다.
즉, 다수의 단면지점 중 i번째 단면지점의 2차 측정단계(S50)에서 측정된 평균 유속이 임계유속보다 큰 경우에는 i번째 단면지점에서는 제연설비의 성능이 확보되었다고 판단할 수 있게 된다.
따라서, 터널 내부의 모든 지역에서의 제연설비의 성능을 확인하기 위해서는 설정된 모든 단면지점에서 측정된 평균유속이 상기 식을 만족하는지를 확인하여 모든 단면지점에서 측정된 평균유속이 임계유속보다 크게 되면 터널 내의 제연설비의 성능이 확보되었다고 판단할 수 있게 되는 것이다.
다음, 터널 최상부의 온도 측정을 통한 제연설비의 성능 평가는 아래의 식에 의해 판단할 수 있게 되는데,
Figure 112010035380600-pat00006
이때,
Figure 112010035380600-pat00007
; 화원(110)이 설치된 부분의 수직상부에 위치하는 터널 상부의 평균온도,
Figure 112010035380600-pat00008
; 화원(110)으로부터 상류에 위치하는 터널 상부의 평균온도,
Figure 112010035380600-pat00009
; 주변온도를 의미한다.
즉, 제연설비가 작동되어 화재 연기가 제어되면 고온의 공기가 상류방향으로 전파되지 않고 하류로만 전파되므로 화원(110)의 수직 상부에 설치되는 열전대(130)로부터 측정되는 터널 상부의 평균온도
Figure 112010035380600-pat00010
와, 상류단면지점(200)에서 풍속온도계(230)에 의해 측정되는 터널 상부의 평균온도
Figure 112010035380600-pat00011
가 상기 식을 만족하게 되면, 즉, 상류단면지점(200)의 평균온도
Figure 112010035380600-pat00012
가 터널 주변의 온도
Figure 112010035380600-pat00013
보다 많이 높지 않게 되면 제연설비의 성능이 확보되었다고 판단할 수 있게 되는 것이다.
그리고, 상기 연기농도 측정에 의한 제연설비의 성능 평가는 각 단면지점에서 측정되는 연기농도가 기준값 이하인 경우에 제연설비의 성능이 확보되었다고 판단할 수 있게 되는데, 이때, 상기 제1하류단면지점(300)을 화원단면지점(100)의 하류에 위치하는 배기 구역으로 설정하고, 상기 연기농도측정 단면지점(400)을 제1하류단면지점(300)으로부터 하류에 일정 거리 이격된 지역으로 설정하게 되면, 제1하류단면지점(300)에서 연기농도계(340)에 의해 측정된 연기농도와 연기농도측정 단면지점(400)에서 연기농도계(미도시)에 의해 측정된 연기농도를 비교하여 제연설비의 성능을 보다 명확하게 평가할 수 있게 된다.
마지막으로, 화면분석에 의한 제연설비의 성능 평가는 각 단면지점에 설치된 화면취득장치(250,350,미도시,550)로부터 전송되는 영상화면을 분석하여 연기농도가 기준값 이하인 경우에는 제연설비의 성능이 확보되었다고 판단하게 되는 것이다.
따라서, 본 발명에 따른 터널의 종류식 제연설비 성능 실험방법 및 장치에 의하면, 실제 터널의 내부에 실험장비들을 설치하여 화재발생시 피해를 저감시키기 위한 제연설비의 성능을 확인할 수 있도록 함으로써 제연설비의 성능에 대한 정량적인 판단이 가능하게 되어 보다 정확한 성능을 판단할 수 있을 뿐만 아니라, 제연설비의 정확한 성능 판단으로 인해 추후 설치될 터널이나 아직 제연설비가 설치되지 않은 터널에 설치될 제연설비의 규모 등을 정확히 예측할 수 있게 되어 화재발생에 대해 안정성을 확보할 수 있는 등의 다양한 장점을 갖게 되는 것이다.
전술한 실시예들은 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만, 상기 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 있어서 명백한 것이다.
본 발명은 터널의 종류식 제연설비 성능 실험방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 화재발생시 피해 저감을 목적으로 하는 제연설비의 성능을 확인하기 위해 실제 터널의 내부 다수의 지점에 실험장치들을 설치하고, 실제 화재발생시와 동일한 상황을 모사함으로써 종류식 제연설비의 성능을 정확하게 확인할 수 있도록 하는 터널의 종류식 제연설비 성능 실험방법 및 장치에 관한 것이다.
100 : 화원단면지점 101, 201, 301, 501 : 제1지지대
102, 202, 302, 502 : 제2지지대 103, 203, 303, 503 : 제3지지대
110 : 화원 112 : 연료트레이
114 : 물트레이 120 : 연기발생기
130 : 열전대 140, 240, 340 : 연기농도계
150 : 전차선 160 : 방화천
200 : 상류단면지점 210, 310, 510 : 풍향풍속계
220, 320, 520 : 풍속계 230, 330, 530 : 풍속온도계
250, 350, 550 : 화면취득장치 300 : 제1하류단면지점
400 : 연기농도측정 단면지점 500 : 제2하류단면지점
S10 : 단면지점 설정단계 S20 : 실험장비 설치단계
S30 : 1차 측정단계 S40 : 제연설비 작동단계
S50 : 2차 측정단계 S60 : 성능평가단계

Claims (14)

  1. 터널의 종류식 제연설비 검증을 위한 실험장비를 설치할 다수의 단면지점을 설정하는 단면지점 설정단계와,
    설정된 단면지점에 화원을 포함한 실험장비들을 설치하는 실험장비 설치단계와,
    상기 화원을 점화시킨 후 실험장비들을 이용하여 터널 내부의 기류 특성을 측정하는 1차 측정단계와,
    화원 점화 후 일정시간 이후에 제연설비를 작동시키는 제연설비 작동단계와,
    상기 실험장비들을 이용하여 제연설비 작동 이후의 터널 내부 기류 특성을 측정하는 2차 측정단계 및
    상기 1차 및 2차 측정단계에서 측정된 데이터들을 기준으로 하여 제연설비의 성능을 평가하는 성능평가단계를 포함하여 구성되되,
    상기 단면지점 설정단계에서 설정되는 단면지점은 화원이 설치되는 화원단면지점과, 상기 화원단면지점으로부터 터널의 기류방향으로 상류에 위치되는 상류단면지점과, 상기 화원단면지점으로부터 하류에 위치되는 제1 및 제2하류단면지점과, 상기 제1 및 제2하류단면지점의 사이에 위치되는 연기농도측정 단면지점으로 구성된 것을 특징으로 하는 터널의 종류식 제연설비 성능실험 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 실험장비 설치단계에서 화원단면지점에 설치되는 실험장비는 화재시 발생되는 열을 모사할 수 있도록 하는 화원과, 상기 화원을 중심으로 하여 양쪽에 설치되는 연기발생장치와, 터널의 상부에 설치되어 화재열의 전파 방향을 측정하는 다수의 열전대 및 연기의 전파방향을 측정하는 연기농도계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 터널의 종류식 제연설비 성능실험 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 화원단면지점에 설치되는 실험장비는 화원의 아래쪽에 설치되어 화원에 사용되는 연료의 소모율을 측정하여 화재의 열발생율을 측정할 수 있도록 하는 로드셀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터널의 종류식 제연설비 성능실험 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 상류단면지점, 제1 및 제2하류단면지점에는 각각 실험장비 설치를 위한 다수의 지지대가 설치되고, 상기 지지대에 설치되는 실험장비는 터널 내부에서 형성되는 기류의 풍향 및 풍속을 측정하기 위한 풍향풍속계와, 각 단면지점에서의 기류의 풍속을 단면 위치별로 측정하기 위한 다수의 풍속계와, 각 단면지점에서의 터널 내부의 풍속 및 온도를 단면 위치별로 측정하기 위한 다수의 풍속온도계 및 각 단면지점에서의 터널 내부에서의 기류의 흐름 및 연기의 양을 육안으로 확인할 수 있도록 하는 화면취득장치를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 터널의 종류식 제연설비 성능 실험방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 상류단면지점, 제1하류단면지점 및 연기농도측정 단면지점에 설치되는 실험장비는 화원 단면지점으로부터 발생되는 연기의 농도를 각 단면지점에서 측정하기 위한 연기농도계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터널의 종류식 제연설비 성능 실험방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 성능평가단계에서는 2차 측정단계에서 측정되는 각 단면지점에서의 평균유속을 터널에서의 설계유속과 비교하여 제연설비의 성능을 평가하는 것을 특징으로 하는 터널의 종류식 제연설비 성능 실험방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 성능평가단계에서는 2차 측정단계에서 측정되는 터널 천장부의 온도를 비교하여
    Figure 112010035380600-pat00014
    의 만족 여부에 의해 제연설비의 성능을 평가하는 것을 특징으로 하는 터널의 종류식 제연설비 성능 실험방법.
    (이때,
    Figure 112010035380600-pat00015
    ; 화원이 설치된 부분의 수직상부에 위치하는 터널 상부의 평균온도,
    Figure 112010035380600-pat00016
    ; 화원으로부터 상류에 위치하는 터널 상부의 평균온도,
    Figure 112010035380600-pat00017
    ; 주변온도.)
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 성능평가단계에서는 2차 측정단계에서 측정되는 각 단면지점에서의 연기농도를 기준값과 비교하여 제연설비의 성능을 평가하는 것을 특징으로 하는 터널의 종류식 제연설비 성능 실험방법.
  10. 제 5항에 있어서,
    상기 성능평가단계에서는 2차 측정단계에서 화면취득장치에 의해 촬영되는 영상을 분석하여 기준값과 비교함으로써 제연설비의 성능을 평가하는 것을 특징으로 하는 터널의 종류식 제연설비 성능 실험방법.
  11. 화재시 발생되는 열을 모사할 수 있도록 하는 화원과,
    상기 화원을 중심으로 하여 양쪽에 설치되는 연기발생장치와,
    터널의 상부에 설치되어 화재열의 전파 방향을 측정하는 다수의 열전대 및
    연기의 전파방향을 측정하는 연기농도계를 포함하여 구성되되,
    상기 화원은 내부에 연료가 수용되는 연료트레이와, 상기 연료트레이의 외측을 감싸도록 설치되어 내부에 물이 수용되는 물트레이로 구성된 것을 특징으로 하는 터널의 종류식 제연설비 성능실험 장치.
  12. 삭제
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 화원의 아래쪽에 설치되어 화원에 사용되는 연료의 소모율을 측정하여 화재의 열발생율을 측정할 수 있도록 하는 로드셀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터널의 종류식 제연설비 성능실험 장치.
  14. 제 11항에 있어서,
    상기 터널 내부에서 형성되는 기류의 풍향 및 풍속을 측정하기 위한 풍향풍속계와, 터널 내부의 풍속 및 온도를 측정하기 위한 풍속온도계 및 터널 내부에서의 기류의 흐름 및 연기의 양을 육안으로 확인할 수 있도록 하는 화면취득장치를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 터널의 종류식 제연설비 성능 실험 장치.

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