KR20230150773A - 중성대 위치조절형 제연시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 중성대 위치조절형 제연시스템에 관한 것으로서, 그 구성은, 상측의 수직샤프트와 외기를 연결하는 경로 상에 설치되는 상부댐퍼; 하측의 상기 수직샤프트와 외기를 연결하는 경로 상에 설치되는 하부댐퍼; 상기 수직샤프트와 외기 사이의 차압을 측정하는 차압측정센서; 및 화재 발생시 상기 차압측정센서의 측정값을 이용하여 화재층과 동일한 높이에 위치한 상기 수직샤프트의 압력이 양압이 되도록 상기 상부댐퍼 및 상기 하부댐퍼의 개도율을 각각 조절하도록 제어하는 제어부;를 포함하여, 상기 화재층의 연기가 외기로 배출되도록 하며, 상기의 구성에 따르면, 건축물에 송풍기의 급배기 방식을 적용하지 않고, 저비용으로 연돌 효과로 인한 연기의 타층 전파 방지를 할 수 있어, 송풍기를 이용한 가압 제연설비에 비해 저비용으로 제연시스템을 구현할 수 있다.

Description

중성대 위치조절형 제연시스템{Smoke control system with adjustable neutral zone position}

본 발명은 건축물에 송풍기의 급배기 방식을 적용하지 않고, 저비용으로 연돌 효과로 인한 연기의 타층 전파 방지를 효과적으로 할 수 있는 중성대 위치조절형 제연시스템에 관한 것이다.

종래 '제연 시스템 및 그 제어방법'이 대한민국 등록특허 제10-2247847호(2021년04월28일 등록)에 제시되어 있다.

상기의 공보에 따르면, 제어부는, 화재 발생 시 송풍기 및 제연 댐퍼를 제어하여 실내구역의 실내구역 공기압과 제연구역의 제연구역 공기압 간의 공기차압(Pd)을 사전 설정된 제연 기준차압(Pds)까지 상승하도록 제연구역으로 외기를 공급하고, 공기차압(Pd)이 사전 설정된 최소 제연 기준차압(Pdm)보다 낮아지면, 송풍기의 출력을 증가시켜공기차압(Pd)을 최소 제연 기준차압(Pdm)까지 상승시키며, 공기차압(Pd)이 최소 제연 기준차압(Pdm)까지 상승한 상태에서 공기차압(Pd)이 최소 제연 기준차압(Pdm)보다 증가하게 되면, 송풍기를 사전 설정된 최소 출력으로 작동시켜 공기차압(Pd)을 최소 제연 기준차압(Pdm)보다 낮추었다가 송풍기의 출력을 다시 증가시켜 공기차압(Pd)을 제연 기준차압(Pds)까지 상승시킨다.

종래의 제연시스템은 대부분 송풍기를 이용하여 외기의 급기가압이나 연기의 배출감압을 통한 제연방식을 적용하고 있다. 이러한 송풍기 급/배기를 통한 제연방식은 단위면적당 투자비용이 타 설비(스프링클러 소화설비, 화재경보설비 등)에 비해 매우 높은편이다.

특히, 고층 건물에서는 '외기와 건출물 내부 수직 샤프트 간 온도차'가 커지는 한겨울로 갈수록 건축물의 특정 높이에서 '연돌 효과로 인한 외기와 수직 샤프트 간 압력차'가 커지기 때문에 연기의 타층 전파 상황이나 출입문에서의 과압으로 피난불가 상황이 발생할 가능성이 증가한다. 그런데 이러한 한겨울 조건에서도 관련문제를 유효하게 방지하기 위해서는 건물 내외부 온도차가 적은 봄이나 가을에 비해 더 많은 풍량(Volume flow rate)을 공급하거나 하나의 건축물 내의 거의 모든 수직샤프트(계단실 혹은 승강로 등)에 제연설비를 적용해야 하고, 이것은 제연설비의 투자비용이 다른 설비들에 비해 높은 원인이 되고 있다.

겨울철 사망자 수가 특히 많은 것에는 낮은 습도와 더불어 연돌 효과도 주요한 요소로 작용한다. 겨울철에는 대기의 습도가 낮아지며, 이것은 더 쉽게 발화가 일어나게 작용할 수 있다. 특히, 낮은 습도는 전기적 정전기 발생을 촉진시키므로 이로 인해 발생하는 화재 위험이 증가할 수 있다. 또한, 겨울에는 건물 내외부 온도차가 크므로 특정 샤프트 높이에서 연돌 효과(Stack Effect)로 인한 수직샤프트와 외기 간 압력차가 더 크게 발생하는 편이다. 이 연돌효과로 인해 저층부의 화재실에서 발생한 연기와 뜨거운 공기가 수직샤프트를 통해 빠르게 수직으로 이동하여 중성대 위쪽 거실들로 전파될 수 있다. 이런 현상은 고층 건물에서 특히 위험하며, 상부층의 거주자들에게 큰 위험을 초래할 수 있다. 일반적으로 건축물 내부 온도와 외기와의 온도차가 가장 커지는 한겨울에는 연돌효과로 인한 수직샤프트와 외기와의 압력차도 커지고 낮은 습도로 인해 화재 자체가 발생할 확률도 놀아진다. 이 때문에 일반적으로 한겨울이 제연설비의 용량도 가장 커야 한다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 건축물에 송풍기의 급배기 방식을 적용하지 않고, 저비용으로 연돌 효과로 인한 연기의 타층 전파를 방지를 할 수 있는 중성대 위치조절형 제연시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명은, 상측의 수직샤프트와 외기를 연결하는 경로 상에 설치되는 상부댐퍼; 하측의 상기 수직샤프트와 외기를 연결하는 경로 상에 설치되는 하부댐퍼; 상기 수직샤프트와 외기 사이의 차압을 측정하는 차압측정센서; 및 화재 발생시 상기 차압측정센서의 측정값을 이용하여 화재층과 동일한 높이에 위치한 상기 수직샤프트의 압력이 양압이 되도록 상기 상부댐퍼 및 상기 하부댐퍼의 개도율을 각각 제어하는 제어부;를 포함하여, 상기 화재층의 연기가 외기 방향으로 배출되도록 한다.

본 발명에 있어서, 상기 차압측정센서는, 두 개 이상으로 마련되며, 상기 제어부는, 상기 차압측정센서의 측정값과 차압 위치의 고도값을 이용하여 현재 상태의 중성대를 예측하고, 이 중성대의 변화를 모니터링 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 수직샤프트의 온도가 상기 외기의 온도보다 높은 경우, 상기 제어부는, 중성대가 상기 화재층보다 아래에 위치하도록 상기 상부댐퍼 및 상기 하부댐퍼의 개도율을 각각 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 수직샤프트의 온도가 상기 외기의 온도보다 낮은 경우, 상기 제어부는, 중성대가 상기 화재층보다 위에 위치하도록 상기 상부댐퍼 및 상기 하부댐퍼의 개도율을 각각 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 수직샤프트 상에 마련되어 연기를 감지하는 연기유입여부 판단용 감지기;를 더 포함하여, 상기 제어부는, 상기 연기유입여부 판단용 감지기에 의해 상기 수직샤프트 상에 연기가 유입된 것이 감지된 경우 중성대가 건물의 최상층에 최대한 근접하여 위치하도록 상기 상부댐퍼 및 상기 하부댐퍼의 개도율을 각각 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 중성대 위치조절형 제연시스템에 따르면, 다음과 같은 효과가 있다.

건축물에 송풍기의 급배기 방식을 적용하지 않고, 저비용으로 연돌 효과로 인한 연기의 타층 전파 방지를 할 수 있어, 송풍기를 이용한 가압 제연설비에 비해 저비용으로 제연시스템을 구현할 수 있다.

연돌효과로 인한 특정 건축물 수직샤프의 특정 높이에서의 차압은 일반적으로 그 수직샤프트의 중성대로부터 특정 높이까지의 거리에 비례한다. 그리고 특정 수직샤프트의 중성대 높이는 일반적으로 외기의 온도가 높거나 중성대 하부에서 수직샤프트와 외기 간에 형성된 총 누설면적이 클수록 높아지는 경향이 있다. 한편, 현대적 건축물들의 총 누설면적은 에너지 소비 효율성을 높이기 위해서 점점 작아지는 방향으로 설계되고 있는 편이다. 그러나 화재 시에는 특정 샤프트의 중성대 상부의 총 누설틈새면적 대비 하부의 총 누설면적 비를 조절하여 화재실과 동일한 높이에서의 수직샤프트 압력이 외기의 압력보다 높아지도록 조절할 수 있다.

화재 건축물의 중성대 위치 현황을 모니터링함으로써, 소방관 진입창이나 출입문 등을 통한 진입 위치의 적절성 및 소방관 진입 시기의 적절성 등을 합리적으로 파악함을 통해서 화재진압전략을 효과적으로 수립할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 따른 중성대 위치조절형 제연시스템의 개략도.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 따른 중성대 위치조절형 제연시스템의 겨울철 화재발생시 제어방법을 개략적으로 도시한 도면.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 따른 중성대 위치조절형 제연시스템의 여름철 화재발생시 제어방법을 개략적으로 도시한 도면.
도 6은 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 따른 화재층 중심 급기가압시스템의 개략도.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 중성대 위치조절형 제연시스템의 개략도를 도 1에 도시하였다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 중성대 위치조절형 제연시스템은 상부댐퍼(100)와 하부댐퍼(200)와 차압측정센서(미도시)와 제어부(미도시)와 연기유입여부 판단용 감지기(미도시)를 포함한다.

상부댐퍼(100)는 건축물 내 하나의 수직샤프트(10) 구획의 상측과 외기 사이의 벽, 벽과 바닥으로 구성된 구획 혹은 덕트 등을 통해 형성된 기류 경로 상에 하나 이상 설치될 수 있고, 이 기류 경로도 하나 이상 설치될 수 있다.

하부댐퍼(200)는 상기 수직샤프트(10) 구획의 하측과 외기 사이의 벽, 벽과 바닥으로 구성된 구획 혹은 덕트 등을 통해 형성된 기류 경로 상에 하나 이상 설치될 수 있고, 이 기류 경로도 하나 이상 설치될 수 있다.

수직샤프트(10)와 외기 사이에 놓인 출입문 등의 개구부 개폐를 통해 기류 경로 면적을 조절하는 것도 본 명세서에서는 상부댐퍼(100) 혹은 하부댐퍼(200)로 간주될 수 있다.

차압측정센서는 수직샤프트(10)와 외기(외기와 같은 기압으로 간주할 수 있는 실내 공간을 포함함) 사이의 차압을 측정하며, 두 개 이상으로 최대한 멀리 떨어지면서 간격이 균등하도록 배치되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 차압측정센서가 두 개일 때에는 되도록 건물의 최상부와 최하부에 배치되고, 차압측정센서가 세 개일 때에는 되도록 건물의 최상부와 최하부에 배치되고 그 사이 가운데에 한 개가 추가된다. 차압측정센서가 네 개일 때에는 되도록 건물의 최상부와 최하부에 배치되고 그 사이에 두 개가 배치되되 네 개의 차압측정센서 사이의 간격이 균등하도록 배치된다. 이런 식으로 되도록 두 개 이상의 차압측정센서는 최대한 멀리 떨어지면서 간격이 균등하도록 배치된다. 그러나 수직샤프트(10)의 중성대 위치 파악에 문제가 없다면 반드시 최대한 멀리 떨어지면서 간격이 균등하도록 할 필요는 없다.

연기유입여부 판단용 감지기는 수직샤프트(10) 상에 한 개 이상으로 마련되어 수직샤프트(10) 내의 연기의 유입 여부를 감지한다. 연기유입여부 판단용 감지기로 연기감지기, 열감지기, 온도계 등을 사용할 수 있다.

제어부는 화재 발생시 차압측정센서의 측정값을 이용하여 화재층과 동일한 높이에 위치한 수직샤프트(10)의 압력이 양압이 되도록 상부댐퍼(100) 및 하부댐퍼(200)를 각각 완전개방(Full open) 또는 각각 완전폐쇄(Full close)하거나 개도율을 각각 조절하도록 제어한다. 수직샤프트(10)의 압력이 양압이 되도록한다는 것은 화재실의 연기나 열기를 건축물의 외기 쪽으로 밀어내는 작용이 일어나도록 한다는 것을 의미한다.

제어부의 구체적인 제어방법은 다음과 같다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 겨울철과 같이 수직샤프트(10)의 온도가 외기의 온도보다 높은 경우, 외기압력(P_outside)과 수직샤프트압력(P_shaft)이 같아지는 중성대가 도 2와 같이 형성된다고 하자. 중성대는 건물에서 외기와 건물 내의 압력이 같아서 건물 내부와 외기 사이에 기류가 생기지 않는 수평면(Area)을 말한다. 겨울철 연돌 효과로 인하여 중성대 아래 저층부에서는 외기가 거실 등을 거쳐서 수직샤프트(10)로 유입되고, 유입된 외기가 상부로 이동한다. 중성대 위 고층부에서는 이 상부로 이동한 외기가 수직샤프트(10)에서 거실 등을 거쳐 외기로 배출되는 흐름이 형성된다. 도 3과 같이 a층에서 화재가 발생할 경우 본 발명에 따른 제어부는, 중성대가 화재층(a)보다 아래에 위치하도록 상부댐퍼(100) 및 하부댐퍼(200)의 개도율을 각각 조절하는 제어를 통해서, 화재층(a)의 연기가 외기로 배출되도록 한다. 상부댐퍼(100)는 완전폐쇄(Full close)하고, 하부댐퍼(200)는 완전개방(Full open)하도록 제어함으로써, 보다 간단한 중성대 위치 제어를 통해 화재층(a)의 연기가 외기로 배출되도록 할 수도 있다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 여름철과 같이 수직샤프트(10)의 온도가 외기의 온도보다 낮은 경우, 외기압력(P_outside)과 수직샤프트압력(P_shaft)이 같아지는 중성대가 도 4와 같이 형성된다고 하자. 여름철 연돌 효과로 인하여 중성대 위 고층부에서는 외기가 거실 등을 거쳐서 수직샤프트(10)로 유입되고, 유입된 외기가 하부로 이동한다. 중성대 아래 저층부에서는 이 하부로 이동한 외기가 수직샤프트(10)에서 거실 등을 거쳐 외기로 배출되는 흐름이 형성된다. 도 5와 같이 b층에서 화재가 발생할 경우 본 발명에 따른 제어부는, 중성대가 화재층(b)보다 위에 위치하도록 상부댐퍼(100) 및 하부댐퍼(200)의 개도율을 각각 조절하는 제어를 통해서, 화재층(b)의 연기가 외기로 배출되도록 한다. 상부댐퍼(100)는 완전개방(Full open)하고, 하부댐퍼(200)는 완전폐쇄(Full close)하도록 제어함으로써, 보다 간단한 중성대 위치 제어를 통해 화재층(b)의 연기가 외기로 배출되도록 할 수도 있다.

외기와 건물 내부의 온도차가 적어서 연돌 효과로 인한 차압이 충분하지 않아서 본 발명의 중성대 위치조절형 제연시스템이 정상적인 기능을 수행하기 어려울 경우 연기의 전파가 일어날 수 있는 화재층 근처의 모든 부속실들을 가압하는 시스템을 적용할 수 있다.

또한, 제어부는, 연기유입여부 판단용 감지기에 의해 수직샤프트(10) 상에 연기가 유입된 것이 감지된 경우 중성대가 건물의 최상층에 위치하도록 상부댐퍼(100) 및 하부댐퍼(200)의 개도율을 각각 제어한다. 중성대가 건물의 최상층부에 위치하도록 하면 연기가 거실보다는 건축물 최상층부로 더 쉽게 배출될 수 있도록 할 수 있다.

나아가, 제어부는, 측정된 차압과 차압 위치의 고도값을 이용하여 보간법이나 기측정된 데이터 경향곡선 등을 활용하여 현재 상태의 중성대를 예측하고, 중성대의 변화를 모니터링 하는 것이 바람직하다.

이와 같이 화재 건축물의 중성대 위치 현황을 모니터링함으로써, 소방관 진입창이나 출입문 등을 통한 진입 위치의 적절성 및 소방관 진입 시기의 적절성 등을 합리적으로 파악하여 화재진압전략을 효과적으로 수립할 수 있다.

본 발명의 중성대 위치조절형 제연시스템은 배연창, 전층 차압제연설비(Pressure differential system), 화재층 중심 차압제연설비, 배기설비 등과 조합하여 사용할 수 있다.

일반적으로 한 개의 건물에는 두 개 이상의 수직샤프트(10, 계단실, 승강로 등)가 존재하는 편이다. 상기 ‘화재층 중심 차압제연설비’는 화재층 및 인근 몇 개층에만 차압제어를 수행하는 설비 시스템을 의미한다. 도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 '화재층 중심 차압제연설비' 한 개로 화재층 및 인근 몇개층의 모든 수직샤프트용 부속실 및/또는 승강장에 대하여 가압하도록 덕트시스템을 설계하는 것을 의미한다. 이를 통해 화재층 및 인근 몇개층의 수직샤프트(10)만 집중적으로 연기의 전파를 차단하는 기능을 수행할 수 있다. 특히, 건물 내부와 외기의 온도차가 큰 날씨에는 본 발명의 중성대 위치조절형 제연시스템을 운용하고, 온도차가 적은 날씨에는 '화재층 중심 차압제연설비'를 운용하는 방식을 적용할 경우 제연기능의 완벽성과 비용부담완화 등을 효과를 함께 실현할 수 있다. 경우에 따라 두 설비를 겸용할 수도 있다.

본 발명의 중성대 위치조절형 제연시스템에 따르면, 다음과 같은 효과가 있다.

건축물에 송풍기의 급배기 방식을 적용하지 않고, 저비용으로 연돌 효과로 인한 연기의 타층 전파 방지를 할 수 있어, 송풍기를 이용한 가압 제연설비에 비해 저비용으로 제연시스템을 구현할 수 있다.

연돌효과로 인한 특정 건축물 수직샤프의 특정 높이에서의 차압은 일반적으로 그 수직샤프트의 중성대로부터 특정 높이까지의 거리에 비례한다. 그리고 특정 수직샤프트의 중성대 높이는 일반적으로 외기의 온도가 높거나 중성대 하부에서 수직샤프트와 외기 간에 형성된 총 누설면적이 클수록 높아지는 경향이 있다. 한편, 현대적 건축물들의 총 누설면적은 에너지 소비 효율성을 높이기 위해서 점점 작아지는 방향으로 설계되고 있는 편이다. 그러나 화재 시에는 특정 샤프트의 중성대 상부의 총 누설틈새면적 대비 하부의 총 누설면적 비를 조절하여 화재실과 동일한 높이에서의 수직샤프트 압력이 외기의 압력보다 높아지도록 조절할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.

10 : 수직샤프트
100 : 상부댐퍼
200 : 하부댐퍼

Claims (5)

1. 상측의 수직샤프트와 외기를 연결하는 경로 상에 설치되는 상부댐퍼;
   하측의 상기 수직샤프트와 외기를 연결하는 경로 상에 설치되는 하부댐퍼;
   상기 수직샤프트와 외기 사이의 차압을 측정하는 차압측정센서; 및
   화재 발생시 상기 차압측정센서의 측정값을 이용하여 화재층과 동일한 높이에 위치한 상기 수직샤프트의 압력이 양압이 되도록 상기 상부댐퍼 및 상기 하부댐퍼의 개도율을 각각 제어하는 제어부;를 포함하여,
   상기 화재층의 연기가 외기 방향으로 배출되도록 하는 중성대 위치조절형 제연시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 차압측정센서는,
   두 개 이상으로 마련되며,
   상기 제어부는,
   상기 차압측정센서의 측정값과 차압 위치의 고도값을 이용하여 현재 상태의 중성대를 예측하고, 이 중성대의 변화를 모니터링 하는 것을 특징으로 하는 중성대 위치조절형 제연시스템.
3. 제1항에 있어서,
   상기 수직샤프트의 온도가 상기 외기의 온도보다 높은 경우,
   상기 제어부는,
   중성대가 상기 화재층보다 아래에 위치하도록 상기 상부댐퍼 및 상기 하부댐퍼의 개도율을 각각 제어하는 것을 특징으로 하는 중성대 위치조절형 제연시스템.
4. 제1항에 있어서,
   상기 수직샤프트의 온도가 상기 외기의 온도보다 낮은 경우,
   상기 제어부는,
   중성대가 상기 화재층보다 위에 위치하도록 상기 상부댐퍼 및 상기 하부댐퍼의 개도율을 각각 제어하는 것을 특징으로 하는 중성대 위치조절형 제연시스템.
5. 제1항에 있어서,
   상기 수직샤프트 상에 마련되어 연기를 감지하는 연기유입여부 판단용 감지기;를 더 포함하여,
   상기 제어부는,
   상기 연기유입여부 판단용 감지기에 의해 상기 수직샤프트 상에 연기가 유입된 것이 감지된 경우 중성대가 건물의 최상층에 최대한 근접하여 위치하도록 상기 상부댐퍼 및 상기 하부댐퍼의 개도율을 각각 제어하는 것을 특징으로 하는 중성대 위치조절형 제연시스템.

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