KR20220034414A

KR20220034414A - 고층 건축물 계단실의 급기가압제연설비의 구조

Info

Publication number: KR20220034414A
Application number: KR1020200116738A
Authority: KR
Inventors: 김용광
Original assignee: 김용광
Priority date: 2020-09-11
Filing date: 2020-09-11
Publication date: 2022-03-18
Also published as: KR20220078543A; KR102404661B1; KR102451024B1; CN116057322A; WO2022055041A1

Abstract

본 발명은 고층 건축물 계단실의 급기가압제연설비의 구조에 관한 것으로서, 고층 건축물(1)의 계단실(4) 내부에 설치되어 계단실(4) 내부의 압력이 일정 압력 이상이면 자동 개방되어 계단실(4) 내부 공기를 외부로 배출하는 플랩댐퍼부(10); 화재 발생 시 상기 계단실(4)의 특정 층에 외부공기를 자동 공급하는 급기부(20); 상기 계단실(4)의 출입구에 설치되어 출입문의 개방 시 자동 작동하여 출입구 유출기류의 단면적이 축소되게 하는 에어커튼부(30); 를 포함한다.
본 발명에 따르면, 화재 발생 시 굴뚝효과를 경감시킴으로써 화재 거실에서 발생한 연기가 계단실로 유입되는 것을 억제함에 따라 화재 발생 시 거주자가 계단실을 통해 안전한 대피 및 피난이 가능케 됨과 동시에 소방대의 진입이 용이하여 화재 진압이 유리해짐으로써 화재 발생으로 인한 인명 및 재산 피해를 줄일 수 있는 효과가 있다.

Description

고층 건축물 계단실의 급기가압제연설비의 구조{Structure of Air Supply Smoke Control for a Staircase of High-riser Building}

본 발명은 고층 건축물 계단실의 급기가압제연설비의 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고층 건축물의 계단실 내부 압력을 자동 조절하는 플랩댐퍼부와, 계단실 내부에 외부공기를 자동 공급하는 급기부 및 출입문의 개방 시 작동하는 에어커튼부를 설치함으로써 고층 건축물의 화재 발생 시 계단실로 연기가 침투하는 것을 억제할 수 있게 한 고층 건축물 계단실의 급기가압제연설비의 구조에 관한 것이다.

고층 건축물에서 화재가 발생하여 화재 거실의 연기가 피난로인 계단실로 유입되면서 계단실이 연기에 점령되면, 이 연기는 굴뚝효과에 의해 계단실을 타고 고층부로 수직 상승하여 고층부의 부속실과 거실까지 침투하면서 미처 피난하지 못한 고층부의 피난자 사상을 유발하게 된다.

따라서 고층 건축물의 화재 발생 시 주요 피난로인 계단실이 건축물 내의 재실자의 안전한 피난 및 소방대의 화재 진압을 위한 통로로 이용 가능케 하여 고층 건축물의 화재 발생 시 굴뚝효과에 의한 인명 피해를 최소화하기 위한 ‘특별피난계단 및 부속실 급기가압제연(이를 ‘부속실제연’이라고도 함)’이 도입되었다.

‘급기가압’이란, 공기 속으로 위험요소가 침투하는 것을 방지하기 위한 것으로서, 급기가압의 방법은 2차 세계대전 당시 독일에서 시작되었다.

2차 세계대전 당시 독일은 대량살상 무기인 독가스의 제조 및 보관을 위한 장소의 출입 시 별도의 인접실을 경유토록 하고, 당해 경유실에 대해 급기가압설비에 의해 가압함으로써 당해 위험장소와 차압이 형성되게 하고, 가압된 경유실이 위험장소 간의 출입문 일시 개방 시에도 차압이 지속되게 조치하였는데, 이에 힌트를 얻어 영국 FRS(Fire Research Station)에서 실험을 통한 연구 결과 그 실효성을 확인하여 1978년 영국의 BS(British Standard) 5588의 Part 4에 “Code of practice for Pressurization in Protected Escape Route"라는 제목의 기술기준이 세계 최초로 발효되었으며, 이후 EN12101 Part 6으로 대체되어 활용하고 있다.

우리나라도 이를 참고하여 1995년 처음으로 급기가압제연의 기술기준을 공포하였고, 2004년 ‘특별피난계단 및 부속실 제연설비의 화재안전기준(NFSC501A)’이 제정되었다.

한편, 제연의 개념은 도 1과 같이 송풍기(5)를 이용해 외부의 신선한 공기를 피난로인 부속실(3) 및 계단실(4) 등에 공급 가압하여 화재 거실(2)로 연기 유출을 방어하는 방연풍이 들어가게 하고, 화재 거실에서는 유입공기배출장치(15)에 의해 유입공기(방연풍량)를 배출하는 것이다.

그러나, 급기가압제연 기술기준이 공표된 지 25여년이 지났음에도 불구하고, 현재의 급기가압제연설비는 많은 문제점을 가지고 있다.

즉, 종래의 급기가압제연설비는, 겨울철 고층 건축물의 계단실에서 건축물의 내외 온도 차로 인하여 정상 굴뚝효과가 발생할 때, 또는 화재로 인하여 계단실의 온도가 상승하여 정상굴뚝효과가 발생할 때, 고층부의 부속실출입문 또는 거실출입문을 개방하는데 필요한 힘이 110 N을 초과하게 하는 차압(이를 “과압”이라 함)이 발생할 수 있고, 반대로 여름철에는 역 굴뚝효과에 의해 계단실 저층부에 과압이 발생하여, 저층부의 부속실출입문 및 거실출입문을 개방하는데 어려움이 발생하는 단점이 있다.

따라서, 겨울철 고층 건축물의 계단실에서 건축물의 내외 온도 차로 인하여 정상 굴뚝효과가 발생할 때, 틈새 소음, 출입문 닫힘 충격음 및 에너지손실이 증가하는 단점이 있다.

또한, 제연설비가 작동되는 동안 거주자나 소방대에 의해 고층 건축물의 화재 발생 시 거주자나 소방대에 의해 계단실로부터 옥외로 직통하는 피난층출입문이나 옥상출입문이 개방될 수 있는데, 이때마다 개방된 피난층출입문이나 옥상출입문을 통해 계단실의 공기가 대량 유출되어 계단실 기압이 대기압 수준으로 떨어짐으로써 화재 거실의 연기가 계단실로 침투하면서 제연성능이 불능이 되는 단점도 있다.

특별피난계단실 및 부속실 제연설비의 화재안전기준(NFSC501A) 공개특허공보 제10-2017-0068643호

상술한 바와 같은 종래의 단점을 해결하기 위하여 본 발명은 고층 건축물의 계단실 내부 압력을 자동 조절하는 플랩댐퍼부와, 계단실 내부에 외부공기를 자동 공급하는 급기부 및 출입문의 개방 시 작동하는 에어커튼부를 설치하여 고층 건축물의 화재 발생 시 계단실로 연기가 침투하는 것을 억제할 수 있게 한 고층 건축물 계단실의 급기가압제연설비의 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 바와 같은 목적의 달성을 위하여 본 발명의 고층 건축물 계단실의 급기가압제연설비의 구조는,

고층 건축물(1)의 계단실(4) 내부에 설치되어 계단실(4) 내부의 압력이 일정 압력 이상이면 자동 개방되어 계단실(4) 내부 공기를 외부로 배출하는 플랩댐퍼부(10);

화재 발생 시 상기 계단실(4)의 특정 층에 외부공기를 자동 공급하는 급기부(20);

상기 계단실(4)의 출입구에 설치되어 출입문의 개방 시 자동 작동하여 출입구 유출기류의 단면적이 축소되게 하는 에어커튼부(30); 를 포함한다.

일 실시 예에서, 상기 플랩댐퍼부(10)는,

고층 건축물(1)의 계단실(4)의 고층부에 설치되어 일정한 기압에서 자동 개폐되는 제1플랩댐퍼(101);

상기 계단실(4)의 저층부에 설치되어 일정한 기압에서 자동 개폐되는 제2플랩댐퍼(102); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 급기부(20)는,

고층 건축물(1)의 계단실(4)과 인접하게 설치되는 수직풍도(201);

상기 수직풍도(201)와 연결되게 설치되어 수직풍도(201) 내부에 외부공기를 공급하는 송풍기(202);

상기 수직풍도(201)에 일정 간격으로 다수가 설치되어 계단실(4)의 특정 층에 외부공기가 공급되도록 자동 개폐되는 자동차압급기댐퍼부(203); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 자동차압급기댐퍼부(203)는,

상기 계단실(4)의 적어도 2개 층 이상의 저층부에 설치되는 저층부자동차압급기댐퍼군(203a);

상기 계단실(4)의 적어도 2개 층 이상의 중층부에 설치되는 중층부자동차압급기댐퍼군(203b);

상기 계단실(4)의 적어도 2개 층 이상의 고층부에 설치되는 고층부자동차압급기댐퍼군(203c);

중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 에어커튼부(30)는,

상기 계단실(4)의 저층부에서 옥외로 직통하는 피난층 출입구(41)에 설치되는 제1에어커튼(301);

상기 계단실(4)의 고층부에서 옥외로 직통하는 옥상 출입구(42)에 설치되는 제2에어커튼(302); 을 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 에어커튼부(30)는,

각 출입구의 상측에 설치되는 상부에어커튼(30a);

각 출입구의 측방에 설치되는 측부에어커튼(30b)중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 에어커튼부(30)에서 분사되는 에어커튼기류는, 각 출입구의 경계면에서 5 내지 50°각도로 경사지게 분사되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 화재 발생 시 굴뚝효과를 경감시킴으로써 화재 거실에서 발생한 연기가 계단실로 유입되는 것을 억제함에 따라 화재 발생 시 거주자가 계단실을 통해 안전한 대피 및 피난이 가능케 됨과 동시에 소방대의 진입이 용이하여 화재 진압이 유리해짐으로써 화재 발생으로 인한 인명 및 재산 피해를 줄일 수 있는 효과가 있다.

또한, 화재 발생 시가 아닌 평소 겨울철에 고층 건축물의 계단실 고층부에서 발생하는 과한 양(+)압과, 저층부에서 발생하는 과한 음(-)압을 경감시키고, 여름철에 고층 건축물의 계단실 저층부에서 발생하는 과한 양(+)압과, 고층부에서 발생하는 과한 음(-)압을 경감시킴으로써 굴뚝효과에 의한 출입문 개방의 어려움을 해소할 수 있는 효과가 있다.

또한, 엘리베이터 샤프트를 구비한 고층 건축물의 경우, 별도의 수직풍도 설치 없이, 엘리베이터 샤프트를 수직풍도로 활용함으로써 시설 투자비를 절감할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 통상의 제연 개념을 나타낸 예시도.
도 2는 통상의 계단실 구조를 나타낸 예시도.
도 3은 본 발명의 고층 건축물 계단실의 급기가압제연설비의 구조의 한 실시 예에 따른 주요 구성을 나타낸 예시도.
도 4는 본 발명의 고층 건축물 계단실의 급기가압제연설비의 구조의 한 실시 예에 따른 에어커튼부를 나타낸 예시도.
도 5는 본 발명의 고층 건축물 계단실의 급기가압제연설비의 구조의 한 실시 예에 따른 에어커튼부의 분사각을 나타낸 예시도.
도 6은 본 발명의 고층 건축물 계단실의 급기가압제연설비의 구조의 한 실시 예에 따른 에어커튼부에 의한 유출기류의 단면적 축소 상태를 나타낸 예시도.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명에 관한 설명은 구조적이나 기능적 설명을 위한 실시 예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시 예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시 예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.

본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.

"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에" 와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는" 과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

여기서 사용되는 모든 용어는 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.

도 2는 통상의 계단실 구조를 나타낸 예시도이고, 도 3은 본 발명의 고층 건축물 계단실의 급기가압제연설비의 구조의 한 실시 예에 따른 주요 구성을 나타낸 예시도이며, 도 4는 본 발명의 고층 건축물 계단실의 급기가압제연설비의 구조의 한 실시 예에 따른 에어커튼부를 나타낸 예시도이고, 도 5는 본 발명의 고층 건축물 계단실의 급기가압제연설비의 구조의 한 실시 예에 따른 에어커튼부의 분사각을 나타낸 예시도이며, 도 6은 본 발명의 고층 건축물 계단실의 급기가압제연설비의 구조의 한 실시 예에 따른 에어커튼부에 의한 유출기류의 단면적 축소 상태를 나타낸 예시도이다.

도 2 내지 도 6을 참조하여 설명한다.

본 발명의 고층 건축물 계단실의 급기가압제연설비의 구조는 고층 건축물(1)의 화재 발생 시 계단실(4)로 연기가 침투하는 것을 억제할 수 있도록 플랩댐퍼부(10), 급기부(20), 에어커튼부(30)를 포함한다.

상기 플랩댐퍼부(10)는 고층 건축물(1)의 계단실(4) 내부에 설치되어 계단실(4) 내부의 압력이 일정 압력 이상이면 자동 개방되어 계단실(4) 내부 공기를 외부로 배출하도록 제1플랩댐퍼(101), 제2플랩댐퍼(102)를 포함한다.

상기 제1플랩댐퍼(101)는 고층 건축물(1)의 계단실(4)의 고층부에 설치되어 일정한 기압에서 자동 개폐된다.

상기 제2플랩댐퍼(102)는 계단실(4)의 저층부에 설치되어 일정한 기압에서 자동 개폐된다.

상기 제1플랩댐퍼(101) 및 제2플랩댐퍼(102)는 자동 개폐가 가능하도록 전자식 또는 기계식 플랩댐퍼를 사용하는 것이 바람직하다.

즉, 제1플랩댐퍼(101) 및 제2플랩댐퍼(102)의 개폐는 설정 압력에 따라 자동으로 이루어지는데, 제1플랩댐퍼(101) 및 제2플랩댐퍼(102)의 주변 압력이 설정 압력보다 높으면 개방되고, 주변 압력이 설정 압력보다 낮으면 폐쇄된다.

상기 급기부(20)는 고층 건축물(1)의 화재 발생 시 계단실(4)에 외부공기를 자동 공급하도록 수직풍도(201), 송풍기(202), 자동차압급기댐퍼부(203)를 포함한다.

상기 수직풍도(201)는 고층 건축물(1)의 계단실(4)과 인접하게 설치된다.

수직풍도(201)는 소정의 단면적을 가지는 통상의 덕트를 설치하는 것이 바람직할 것이나, 이에 한정하는 것은 아님을 미리 밝혀둔다.

아울러 엘리베이터 샤프트(5)가 계단실(4)과 인접하게 형성된 고층 건축물(1)의 경우에 엘리베이터 샤프트(5)를 수직풍도(201)로 이용할 수 있으며, 그로 인해 수직풍도(201)의 설치에 따른 비용을 절감할 수 있게 된다.

상기 송풍기(202)는 수직풍도(201) 내부에 외부공기를 공급할 수 있도록 수직풍도(201)에 연결되게 설치된다.

이때, 송풍기(202)는 수직풍도(201)의 하단부에만 설치하거나, 수직풍도(201)의 하단부와 상단부에 모두 설치할 수 있음을 미리 밝혀둔다.

한편, 송풍기(202)는 고층 건축물(1)의 화재감지부와 연결되어 화재 발생 시 가동된다.

상기 자동차압급기댐퍼부(203)는 수직풍도(201)에 일정 간격으로 다수가 설치되어 송풍기(202)에 의해 수직풍도(201) 내부로 공급된 외부공기를 계단실(4)의 특정 층에 공급하도록 자동 개폐된다.

이때, 자동차압급기댐퍼부(203)의 개폐는 설정 압력에 따라 자동으로 이루어지는데, 자동차압급기댐퍼부(203)의 주변 압력이 설정 압력보다 낮으면 개방되고, 주변 압력이 설정 압력보다 높으면 폐쇄된다.

한편, 자동차압급기댐퍼부(203)는 계단실(4)의 특정 층에 외부공기를 효율적으로 공급하도록 저층부자동차압급기댐퍼군(203a), 중층부자동차압급기댐퍼군(203b), 고층부자동차압급기댐퍼군(203c) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.

상기 저층부자동차압급기댐퍼군(203a)은 계단실(4)의 적어도 2개 층 이상의 저층부에 설치됨으로써 계단실(4)의 저층부에 외부공기가 공급되게 한다.

상기 중층부자동차압급기댐퍼군(203b)은 계단실(4)의 적어도 2개 층 이상의 중층부에 설치됨으로써 계단실(4)의 중층부에 외부공기가 공급되게 한다.

상기 고층부자동차압급기댐퍼군(203c)은 계단실(4)의 적어도 2개 층 이상의 고층부에 설치됨으로써 계단실(4)의 고층부에 외부공기가 공급되게 한다.

한편, 고층 건축물(1)이 30층 높이라고 가정할 때, 자동차압급기댐퍼부(203)는 3층 간격으로 설치되는 것이 바람직한데 일 예로서, 1, 4, 7, 10, 13, 16, 19, 22, 25, 28층에 걸쳐 총 10개의 자동차압급기댐퍼가 설치되는 경우에, 1층·4층·7층을 저층부, 10층·13층·16층·19층을 중층부, 22층·25층·28층을 고층부로 호칭한 것임을 미리 밝혀둔다.

따라서 화재 발생 시, 계단실(4) 내부로 외부공기가 자동 공급됨으로써 계단실(4) 내부 압력이 유지됨에 따라 제연성능을 안정적으로 유지할 수 있게 된다.

상기 에어커튼부(30)는 고층 건축물(1)의 계단실(4)의 옥외로 통하는 출입구에 설치되어 출입문의 개방 시 자동 작동하여 출입구 유출기류의 단면적이 축소되도록 제1에어커튼(301), 제2에어커튼(302)을 포함한다.

상기 제1에어커튼(301)은 계단실(4)의 저층부에서 옥외로 직통하는 피난층 출입구(41)에 설치되어 피난층출입문의 개방 시 피난층 출입구(41)를 통해 유출되는 기류의 단면적이 축소되게 한다.

상기 제2에어커튼(302)은 계단실(4)의 고층부에서 옥상 등 옥외로 직통하는 출입구(42)에 설치되어 그 출입문의 개방 시 그 출입구(42)를 통해 유출되는 기류의 단면적이 축소되게 한다.

따라서 계단실(4)과 연결된 피난층출입문이나 옥상출입문의 개방 시 발생할 수 있는 기류 유출이 경감됨에 따라 계단실(4) 내부의 압력 저하로 인한 제연성능의 불능을 방지할 수 있게 된다.

한편, 상기 에어커튼부(30)는 출입구 유출기류의 단면적을 보다 효과적으로 축소할 수 있도록 상부에어커튼(30a), 측부에어커튼(30b)중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.

상기 상부에어커튼(30a)은 피난층 출입구(41) 및 옥상 출입구(42)의 상측에 설치되어 하방으로 에어커튼기류가 분사된다.

상기 측부에어커튼(30b)은 피난층 출입구(41) 및 옥상 출입구(42)의 편측 또는 양측에 설치되어 측방, 즉 출입구 방향으로 에어커튼기류가 분사된다.

한편, 상기 에어커튼부(30)의 각 에어커튼에서 분사되는 에어커튼기류는, 각 출입구의 경계면에서 5 내지 50°각도로 경사지게 분사되는 것이 바람직하다.

이상과 같이 된 본 발명의 주요 작용에 대하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

<정상 굴뚝효과 발생과정>

겨울철에는 고층 건축물(1)의 계단실(4)에서 외부 기온보다 내부 기온이 높아 중성면을 경계로 하여 저층부에는 음(-)압이 형성되고 고층부는 양(+)압이 형성되는 정상굴뚝효과가 발생하는데, 그 크기는 내기와 외기 간의 온도 차와 중성면으로부터의 수직거리에 비례하여 커진다.

그런데 이러한 정상굴뚝효과가 커지면 화재 발생 시 심각한 문제가 발생하게 된다.

즉, 저층부 거실(2)에서 화재가 발생한 경우에는 계단실(4)의 음(-)압에 의해 화재 거실의 연기가 손쉽게 계단실(4)로 흡인되어 계단실(4)을 오염시키며 이어서 계단실(4)을 타고 상승하여 고층부에서는 양(+)압으로 변하고, 그 연기는 고층부의 거실(2)로 침투하게 되는 전형적인 고층 건축물(1) 연기확산 현상을 초래함으로써 인명 피해가 가중되는 것이다.

따라서 연기의 계단실(4) 침투를 막기 위하여, 피난로인 계단실(4) 또는 부속실(3), 아니면 계단실(4)과 부속실(3)을 동시에 신선한 외부의 공기를 공급(급기)하여 양(+)압을 형성하여 연기의 유입을 제어한다는 것이 “특별피난계단 및 부속실(3) 제연설비”의 기본 개념인 것이다.

그러나 정상 굴뚝효과 중인 때는 저층부가 음(-)압인데, 제연급기가압에 의해 계단실(4) 하부가 양(+)압으로 기압증가가 일어나게 되면 계단실(4)이 전체적으로 같은 압력증가가 일어나게 되는데, 결국 고층부는 급기가압 이전에 비해 두 배 이상의 높은 기압이 형성될 수밖에 없다.

일 예로서, 외기 0 ℃, 내기 +20 ℃, 계단실(4) 높이 120 m(40층)이라고 하면, 평상시의 정상 굴뚝효과는,

* 제연을 하지 않을 때의 굴뚝효과 계산

(1) 중성면의 위치

59.3 ≒ 60 m

한 층을 3 m라고 보아 20층 천정이다.

(2) 최고층 및 최하층의 형성되는 차압은

①최고층 ;

56 52 Pa

②최하층 ;

- 52 Pa

즉, 최고층은 외기에 비해 52 Pa이 높고, 최하층은 외기에 비해 52 Pa이 낮다.

* 그런데 1층에서 거실(2) 화재를 대비해 계단실(4) 기압을 30 Pa로 급기 가압하면 최고층부의 압력은

- 1층을 30 Pa로 하면 하층에서 고층으로 올라갈수록 수직통로의 압력이 높이(

)와 온도 차(

)에 비례하여 커지다가, 최고부에 형성되는 압력은 아래와 같이 142 Pa이라는 높은 압력이 형성되는 것이 된다.

134 Pa

이 차압은 계단실(4)과 연결된 거실출입문(21)이나 부속실출입문(31)을 개방하기가 어렵게 하는 과압이다.

<정상 굴뚝효과 경감과정>

주지된 바와 같이 유체는 압력이 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐른다. 다시 말하여 유체의 흐름에서 상류에서 하류로 내려갈수록 압력이 낮아진다.

이 원리를 계단실(4)에 적용하여보면 계단실(4) 하층부에서 고층부로 공기가 흐르도록 한다면, 하층부가 상류이고 고층부가 하류가 되어, 고층부로 갈수록 압력이 낮아진다. 기류가 빠르면 빠를수록 압력강하의 정도가 커질 것이다.

즉, 기류에 따라 낮아지는 압력의 정도와 정상 굴뚝효과에 의해 커지는 압력의 정도를 같게 한다면 기류에 의해 굴뚝효과를 상쇄하는 것이 된다.

따라서 본 발명에 의한 계단실(4)의 정상 굴뚝효과 경감과정을 설명하면, 통상적으로 고층 건축물(1)의 화재 발생 시 계단실(4)에서 발생하는 굴뚝효과를 경감시키기 위하여 계단실(4)의 창문 등 모든 개구부는 자동 폐쇄되면서 계단실(4)이 밀폐된다.

따라서 정상 굴뚝효과가 발생하는 때에는 고층부의 제1플랩댐퍼(101)가 개방되어 고압의 고층부 공기를 배출하게 된다.

동시에 계단실(4) 전체 높이에 일정한 간격으로 설치된, 일정한 압력 이하일 때 그 기압을 만드는 급기를 위해 개방되는 자동차압급기댐퍼들 중에서, 기압이 가장 낮은 부분인 저층부자동차압급기댐퍼군(203a)이 크게 열려 제연에 필요한 공기 대부분을 공급하게 된다.

그 공기는 계단실(4)을 따라서 상승 이동하고, 그 기류의 상승 흐름 과정에서 발생하는 마찰손실에 의해 정상 굴뚝효과(Normal Stack Effect)를 상쇄시키게 된다.

시간이 경과하면서 연속적인 저온 외기의 유입으로 인하여 계단실(4) 온도가 하강하여 굴뚝효과가 줄어들어 저층부의 기압은 상승하고 고층부의 기압은 하강하게 되며 동시에 주변의 기압에 상응하는 자동작동으로 저층부자동차압급기댐퍼군(203a)의 급기량은 줄어들고, 중층부자동차압급기댐퍼군(203b)과 고층부자동차압급기댐퍼군(203c)의 급기량은 늘어나게 된다.

일 예로서, 수직풍도(201)에 설치된 저층부자동차압급기댐퍼군(203a), 중층부자동차압급기댐퍼군(203b), 고층부자동차압급기댐퍼군(203c)과 고층부에 설치된 제1플랩댐퍼(101)의 압력설정을 30 Pa로 설정해 놓고, 그때의 계단실(4)이 정상 굴뚝효과 발생으로 하층부 (-)50 Pa, 중층부 0 Pa, 고층부 (+)50 Pa이 되는 계단실(4)의 기압 상황이라면, 고층부에 설치된 제1플랩댐퍼(101)는 고층부의 기압 50 Pa이 30 Pa의 기압이 되도록 상당한 유량을 배출하는 작동을 하게 된다.

동시에 저층부자동급기댐퍼군(203a)은 -50 Pa이 30 Pa이 되기 위해 다량 급기를 공급할 것이고, 중층부자동차압급기댐퍼군(203b)에서도 주변 기압(30 Pa보다 약간 낮음)에 상응하는 소량의 급기가 일어날 것이고, 고층부자동차압급기댐퍼군(203c)에서는 급기가 거의 없을 것이다. 그리하여 계단실(4)에는 상승기류가 발생하여 굴뚝효과는 상당히 약해지게 된다.

그런데, 계단실(4)은 시간이 경과되면서 외기의 유입 증가로 그 기온이 낮아짐으로 굴뚝효과는 더욱 줄어든다. 그리하여 기압이 높아지는 저층부에는 급기의 수요가 감소하여 저층부자동급기댐퍼군(203a)에서는 급기량이 줄어들 것이고, 기압이 충분히 낮아지면 고층부자동차압급기댐퍼군(203c)에서는 급기가 일어나게 될 것이고, 고층부의 제1플랩댐퍼(101)는 배출량이 줄어들다가 주변 기압이 30 Pa 미만으로 낮아질 때 닫히게 된다.

<역 굴뚝효과 발생과정>

여름철에는 고층 건축물(1)의 계단실(4)에서 외부 기온보다 내부 기온이 낮아 중심부의 중성면을 경계로 하여 저층부에는 양(+)압이 형성되고 고층부는 음(-)압이 형성되는 역 굴뚝효과가 발생하는데, 그 크기는 내기와 외기 간의 온도 차와 계단실(4)의 높이에 비례하여 커진다.

그런데 이 현상은 내외 기온 차이가 크지 않아 겨울철의 정상 굴뚝효과에 비해 작다.

그러나 이 제연급기가압에 의해 계단실(4) 상부가 양(+)압이 됨으로써 하부가 양(+)압이 크게 증가하여, 즉 이전보다 두 배 이상의 높은 기압이 형성될 수밖에 없다.

일 예로서, 외기 35 ℃, 내기 25 ℃, 계단실(4) 높이 120 m(40층)이라고 하면, 평상시의 정상 굴뚝효과는,

* 제연을 하지 않을 때의 굴뚝효과 계산

(1) 중성면의 위치 21층 바닥으로 보면.

(2) 최고층 및 최하층의 형성되는 차압은

①최고층 ;

-22.6 Pa

②최하층 ;

22.6 Pa

즉, 최고층은 외기에 비해 22.6 Pa이 낮고, 최하층은 외기에 비해 22.6 Pa이 높다.

* 그런데 40층이 거실(2) 화재를 대비해 최고층부 계단실(4) 기압을 30 Pa로 가압한다면 최저층부의 압력은 - 40층을 30 Pa로 하면 고층에서 저층으로 내려갈수록 수직통로의 압력이 높이(

)와 온도 차(

)에 비례하여 커지다가, 최저층부에 형성되는 압력은 아래와 같이 75 Pa이라는 비교적 높은 압력이 형성되는데, 이 정도의 기압은 상황에 따라 과압이 아닌 것으로 판단할 수도 있다.

75 Pa

따라서, 계단실(4)과 부속실(3)을 동시에 제연하는 구조인 경우에는 여름철의 역 굴뚝효과는 고려하지 않고, 겨울철의 정상 굴뚝효과를 고려하는 저층부급기설비로 할 수 있다.

한편, 역 굴뚝효과 경감과정은 정상 굴뚝효과 시와 유사하므로 그에 대한 설명은 생략한다.

이상과 같이 본 발명은 고층 건축물(1)의 계단실(4) 내부의 압력이 일정 압력 이상이면 자동 개방되어 계단실(4) 내부 공기를 외부로 배출하는 플랩댐퍼부(10)와, 화재 발생 시 계단실(4) 내부로 외부공기를 공급하여 계단실(4) 내부 압력이 일정하게 유지되게 하는 급기부(20)에 의해 굴뚝효과 경감이 이루어지면서 화재 발생 시 계단실(4)로 연기가 침투하는 것을 효과적으로 억제할 수 있게 된다.

<출입문 개방 시 기류유출 경감과정>

본 발명에 의한 계단실(4)에서 옥외로 직통하는 출입문 개방 시 기류유출 경감효과에 대해 상세히 설명한다.

계단실(4)에서 옥외로 직통하는 피난층출입문(13), 옥상출입문(14) 등이 개방되는 경우에 그 출입문의 측면에 설치된 측부에어커튼(30b)과 상부에 설치된 상부에어커튼(30a)에서 내뿜는 에어커튼기류의 영향으로 출입구의 유출기류의 단면적을 대폭 줄어들게 하여 기류유출이 줄어들게 된다.

일 예로서, 40층 아파트건축물에서 계단실(4)을 30 Pa로 급기가압 한다면,

1) 누설량; 층당 누설량을 방화문 3개의 허용누설량으로 가정하면,

층당 누설량은 3개×1.8 ㎥/60·개=0.09≒0.1 ㎥/s

--> 전 층 0.1×40=4 ㎥/s ------------- ①

2) 굴뚝효과상쇄유량; 내외 기온 차이 20 ℃일 때의 굴뚝효과 상쇄용 풍량을 추산해본다.

-연속되는 직렬개구부로 본 해석(도2 참조); 한 개 층에 계단 부분(A) 바로 위에 있는, 일례로 1.35×2.3=3.1 ㎡의 개구부(A′)가 2개씩 있어, 1층에서 40층까지 개구부 수가 80개가 직렬구조로 있어, 이를 하나의 개구부로 환산한 유효유동면적(

)은

(㎡),

○굴뚝효과에 의해 발생하는 최고차압 ;

(Pa)

○차압 104 Pa이 발생할 수 있는 계단실(4) 상승기류의 풍량은

( 20℃ 공기라고 보면 ρ=353/293=1.2 (kg/㎥),)

m³/s-②

※참고; 개구부에서 풍속; 2.92/3.1=0.94 m/s

3) 보충량 ; 2개 층 부속실 방연풍량; 0.7 m/s×2㎡×2개=2.8 ㎥/s ------------③

4) 옥외출입문 유출량; 계단실 옥외로 직통하는 1층 출입문(13; 2 ㎡) 개방 시 유출되는 풍량은 에어커튼이 없을 때

9 ㎥/s 이 되는데,

에어커튼에 의해 개방출입문의 외부유출은 1/5 정도로 감소한다고 가정; 9/5= 1.8 ㎥/s-④

※옥상출입문의 개방 시는 굴뚝효과상쇄용②로 대신할 수 있음.

5) 송풍기 용량: (①누설량+②굴뚝효과상쇄량+③방연풍량+④옥외출입문유출량)×1.15(여유 15 %)

Q=(4+2.92+2.8+1.8)×1.15=13.2 ㎥/s

6) 평가; 본 제안을 적용하는 현장이 부속실단독제연으로 적용하는 현장에 비해 송풍기 용량이 크게 늘어나지 않는다. 즉, 30 % 수준의 증가로 혁신적인 개선이 가능하다.

즉, 본 발명에 에어커튼에 의해 개방출입문의 기류유출이 감소함에 따라 계단실(4) 내부 압력이 일정하게 유지되면서 굴뚝효과 경감이 이루어지면서 화재 발생 시 계단실(4)로 연기가 침투하는 것을 효과적으로 억제할 수 있게 된다.

한편, 상술한 바와 같은 본 발명은 고층 건축물(1)의 계단실(4)에 적용하는 것을 기준으로 설명하였으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 통상의 고층 건축물(1)에서 계단실(4)과 인접하게 형성되는 부속실(3) 또는 엘리베이터 샤프트(5)에도 적용 가능할 뿐만 아니라 계단실(4)과 부속실(3) 및 엘리베이터 샤프트(5)에 동시에 적용하는 것도 가능함을 미리 밝혀두는 바이다.

이상, 본 발명의 실시 예는 상술한 장치 및/또는 운용방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.

또한, 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

1: 고층 건축물 2: 거실
21: 거실 출입문 3: 부속실
31: 부속실 출입문 4: 계단실
41: 피난층 출입구 42: 옥상 출입구
5: 엘리베이터 샤프트 10: 플랩댐퍼부
101: 제1플랩댐퍼 102: 제2플랩댐퍼
20: 급기부 201: 수직풍도
202: 송풍기 203: 자동차압급기댐퍼부
203a: 저층부자동차압급기댐퍼군 203b: 중층부자동차압급기댐퍼군
203c: 고층부자동차압급기댐퍼군 30: 에어커튼부
301: 제1에어커튼 302: 제2에어커튼
30a: 상부에어커튼 30b: 측부에어커튼

Claims

고층 건축물(1)의 계단실(4) 내부에 설치되어 계단실(4) 내부의 압력이 일정 압력 이상이면 자동 개방되어 계단실(4) 내부 공기를 외부로 배출하는 플랩댐퍼부(10);
화재 발생 시 상기 계단실(4)의 특정 층에 외부공기를 자동 공급하는 급기부(20);
상기 계단실(4)의 출입구에 설치되어 출입문의 개방 시 자동 작동하여 출입구 유출기류의 단면적이 축소되게 하는 에어커튼부(30); 를 포함하는 고층 건축물 계단실의 급기가압제연설비의 구조.
제1항에 있어서, 상기 플랩댐퍼부(10)는,
고층 건축물(1)의 계단실(4)의 고층부에 설치되어 일정한 기압에서 자동 개폐되는 제1플랩댐퍼(101);
상기 계단실(4)의 저층부에 설치되어 일정한 기압에서 자동 개폐되는 제2플랩댐퍼(102); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 고층 건축물 계단실의 급기가압제연설비의 구조.
제1항에 있어서, 상기 급기부(20)는,
고층 건축물(1)의 계단실(4)과 인접하게 설치되는 수직풍도(201);
상기 수직풍도(201)와 연결되게 설치되어 수직풍도(201) 내부에 외부공기를 공급하는 송풍기(202);
상기 수직풍도(201)에 일정 간격으로 다수가 설치되어 계단실(4)의 특정 층에 외부공기가 공급되도록 자동 개폐되는 자동차압급기댐퍼부(203); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 고층 건축물 계단실의 급기가압제연설비의 구조.
제3항에 있어서, 상기 자동차압급기댐퍼부(203)는,
상기 계단실(4)의 적어도 2개 층 이상의 저층부에 설치되는 저층부자동차압급기댐퍼군(203a);
상기 계단실(4)의 적어도 2개 층 이상의 중층부에 설치되는 중층부자동차압급기댐퍼군(203b);
상기 계단실(4)의 적어도 2개 층 이상의 고층부에 설치되는 고층부자동차압급기댐퍼군(203c);
중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 고층 건축물 계단실의 급기가압제연설비의 구조.
제1항에 있어서, 상기 에어커튼부(30)는,
상기 계단실(4)의 저층부에서 옥외로 직통하는 피난층 출입구(41)에 설치되는 제1에어커튼(301);
상기 계단실(4)의 고층부에서 옥외로 직통하는 옥상 출입구(42)에 설치되는 제2에어커튼(302); 을 포함하는 것을 특징으로 하는 고층 건축물 계단실의 급기가압제연설비의 구조.