1. 서 론
화재 발생 시 고온의 열과 연기는 개구부를 통해 외부 또는 인접실로 이동하며, 개구부를 통한 자연 환기는 구획실 내 상황뿐 아니라 화재 진압 및 구조 활동, 재실자의 안전에도 직접적인 영향을 미친다. 이러한 구획실 내 연기층 형성은 개구부의 위치, 크기, 개수 등의 조건에 따라 크게 달라진다. 따라서 효과적인 연기 제어 및 화재 안전 설계를 위해서는 개구부 조건에 따른 연기 특성과 온도 분포에 대한 정확한 예측이 필요하다.
단일 구획실에서 개구부 조건에 따른 구획실 내 화재 현상을 검토한 연구가 일부 수행되었다. Steckler 등(1)은 개구부 조건(폭 및 높이)과 화원(열방출률 및 위치) 조건을 변경하여 실험을 수행하였다. 구획실 내 온도 분포와 간단한 정수압 모델(hydrostatic model)을 바탕으로 개구부를 통과하는 질량 유량 예측 상관식을 제안하였다. Quintiere 등(2)은 개구부 폭 및 높이, 열방출률에 따른 온도, 속도, 연기층 평균 온도, 연기층 높이를 실험적으로 검토하였고, 연기층 온도 및 높이, 질량 유량에 대한 이론적인 모델과 실험 결과를 비교하였다. Favarolo와 Manz(3)는 전산시뮬레이션(numerical simulation)을 이용하여, 개구부의 크기, 위치 및 개수에 따른 온도 분포, 유동 양식, 유출 유량 계수를 검토하였다. 이때, 개구부의 수직 위치가 유출 유량 계수에 가장 큰 영향을 미치는 것으로 보고하였다. Kawagoe(4)는 구획실로 유도되는 공기의 흐름은 개구부 형상에 크게 의존하고, 이를 반영하기 위해 환기 계수(ventilation factor, WH3/2)를 적용하였다. 여기서 W와 H는 각각 개구부의 폭과 높이를 의미한다. 이후 단일 구획실(5,6), 샤프트(7,8), 계단실(9)에서 환기 계수를 이용하여 개구부 영향을 평가하는 다양한 연구들이 수행되었다. McCaffrey 등(10)은 연기층 온도에 영향을 미치는 열방출률, 구획실 크기, 환기 계수, 유효 열전달 계수를 고려하여 실험을 수행하였고, 실험 결과를 바탕으로 단일 구획실 내 연기층 온도 상승 상관식을 제안하였다. McCaffrey 등(10)이 제안한 연기층 온도 상관식은 여러 연구자들에 의해 정확성이 검증되었다. Deal과 Beyler(11)는 다양한 조건에서의 구획실 화재 데이터를 바탕으로 McCaffrey 등(10)과 Foote 등(12)의 연구를 포함한 여러 연기층 온도 상관식의 정확성을 검토하였고, McCaffrey 등(10)의 상관식이 높은 예측 정확도를 제공한다고 설명하였다.
일부 연구에서는 2개의 연결된 구획실에서 개구부 조건에 따른 구획실 내 화재 현상을 검토하였다. Nakaya 등(13)은 화재실과 인접실로 연결된 2개의 구획실의 개구부 폭과 열방출률을 변경하여 실험을 수행하였고, 실험 결과를 바탕으로 개구부를 통과하는 질량 유량과 환기 계수 간 상관관계를 검토하였다. Helfenstein 등(14)은 Nakaya 등(13)의 실험을 바탕으로 전산시뮬레이션을 수행하였고, Nakaya 등(13)의 실험과 전산시뮬레이션 결과를 비교하였다. 개구부 폭과 화원 조건(위치, 높이 및 크기)이 2개의 연결된 구획실 내 온도 분포, 연기층 온도 상승 및 높이에 미치는 영향을 검토하였다. Johansson과 van Hees(15)는 2개의 연결된 구획실에 설치된 2개의 개구부 크기, 열방출률, 연료, 구획실 크기, 벽면의 두께 및 재질을 변경하여 전산시뮬레이션을 수행하였고, 플래시오버 이전(pre-flashover)의 인접실 내 연기층 온도를 검토하였다. Kim과 Lee(16)는 2개의 연결된 구획실에서 열방출률, 2개의 개구부의 폭, 벽면 재질에 따른 화재실 및 인접실 내 연기층 온도 및 두께, 개구부를 통과하는 질량 유량 및 속도 분포를 전산시뮬레이션을 통해 검토하였다. McCaffrey 등(10)의 단일 구획실 연기층 온도 상관식 및 Johansson과 van Hees(15)의 인접실 연기층 온도 상관식과 전산시뮬레이션 결과를 비교하였고, 화재실 및 인접실 내 연기층 온도 예측 상관식을 제안하였다. 그러나 2개의 연결된 구획실에서 화재 발생 시, 다양한 높이의 개구부 조건에 따라 개구부를 통과하는 유동의 질량 유량과 화재실 및 인접실 내 연기층 두께 및 온도 상승이 지대하게 변화할 수 있음에도 불구하고 이에 대한 체계적인 연구가 미흡한 상황이다.
본 연구에서는 2개의 연결된 구획실 내 화재 시 개구부 높이가 구획실 내 화재 현상에 미치는 영향을 검토하기 위하여 전산시뮬레이션을 수행하였다. 구획실을 연결하는 개구부 및 외부와 연결된 개구부의 높이를 변화시켰고, 본 연구와 Kim과 Lee(16) 연구 간 개구부의 동일한 환기 계수 조건에서의 결과 비교를 통해, 개구부 높이가 개구부를 통과하는 유출 질량 유량과 화재실 및 인접실 내 온도 분포 및 연기층 온도 상승에 미치는 영향을 분석하였다.
2. 전산시뮬레이션 방법과 조건
2.1 방법
전산시뮬레이션 프로그램으로는 fire dynamics simulator (FDS, version 6.6.0)을 사용하였다. 본 연구에서는 기존 연구(16)에서 사용한 구획실 형상과 전산시뮬레이션 기법을 바탕으로 전산시뮬레이션을 수행하였다. Figure 1에 본 전산시뮬레이션의 개략도를 나타내었다. 첫 번째 구획실(R1)은 1060 mm (폭) × 1000 mm (깊이) × 1100 mm (높이) 크기이고, 수직 개구부를 통해 연결된 두 번째 구획실(R2)는 980 mm (폭) × 1000 mm (깊이) × 1100 mm (높이) 크기이다. R1과 R2는 개구부(Vent, VE) VE1을 통해 연결되며, R2 측면에는 추가적인 수직 개구부인 VE2가 설치되어 있다. VE1의 폭과 높이는 각각 W1과 H1, VE2의 폭과 높이는 각각 W2와 H2로 명명하였다.
화원은 R1 또는 R2에 위치하며, 열방출률은 5.21 kW로 설정하였다. t-squared fire model (Q˙ = αt2)(17)을 이용하여 화재성장률(fire growth rate)을 ultrafast로 적용하였다. 여기서 Q˙는 열방출률, α는 화재 성장 계수(fire growth factor)로 0.1876 kW/s2(18)를 적용하였고, t는 시간을 의미한다. 연료는 메탄올(methanol)을 사용하였다.
2.2 조건
Table 1에 본 연구의 전산시뮬레이션 조건을 나타내었다. 총 8가지 Case에 대한 전산시뮬레이션을 수행하였고, 화원 위치와 VE1 및 VE2 높이 영향을 검토하였다. Case 1~Case 4는 R1 화재 조건, Case 5~Case 8은 R2 화재 조건을 나타낸다. R1 화재에 대하여 Case 1과 Case 2는 VE2가 일정한 조건에서 VE1의 높이, Case 3과 Case 4는 VE1이 일정한 조건에서 VE2의 높이를 변경한 조건이다. R2 화재에 대하여 Case 5와 Case 6은 VE2가 일정한 조건에서 VE1의 높이, Case 7과 Case 8은 VE1이 일정한 조건에서 VE2의 높이를 변경한 조건이다.
Table 1
Numerical Simulation Conditions
| Case | Fire Source Location | W1 (m) × H1 (m) | W1H13/2 (m5/2) | W2 (m) × H2 (m) | W2H23/2 (m5/2) | Study |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | R1 | 0.66 × 0.33 | 0.12 | 0.33 × 0.825 | 0.25 | Present |
| 2 | 0.66 × 0.52 | 0.25 | 0.33 × 0.825 | 0.25 | ||
| 3 | 0.33 × 0.825 | 0.25 | 0.66 × 0.33 | 0.12 | ||
| 4 | 0.33 × 0.825 | 0.25 | 0.66 × 0.52 | 0.25 | ||
| 5 | R2 | 0.66 × 0.33 | 0.12 | 0.33 × 0.825 | 0.25 | |
| 6 | 0.66 × 0.52 | 0.25 | 0.33 × 0.825 | 0.25 | ||
| 7 | 0.33 × 0.825 | 0.25 | 0.66 × 0.33 | 0.12 | ||
| 8 | 0.33 × 0.825 | 0.25 | 0.66 × 0.52 | 0.25 | ||
| 9 | R1 | 0.165 × 0.825 | 0.12 | 0.33 × 0.825 | 0.25 | Kim and Lee(16) |
| 10 | 0.33 × 0.825 | 0.25 | 0.165 × 0.825 | 0.12 | ||
| 11 | 0.33 × 0.825 | 0.25 | 0.33 × 0.825 | 0.25 | ||
| 12 | R2 | 0.165 × 0.825 | 0.12 | 0.33 × 0.825 | 0.25 | |
| 13 | 0.33 × 0.825 | 0.25 | 0.165 × 0.825 | 0.12 | ||
| 14 | 0.33 × 0.825 | 0.25 | 0.33 × 0.825 | 0.25 |
VE1 및 VE2의 크기가 0.66 m × 0.33 m, 0.66 m × 0.52 m, 0.33 m × 0.825 m일 때 환기 계수는 각각 0.12 m5/2, 0.25 m5/2, 0.25 m5/2이다. 이를 동일한 환기 계수 조건에 대한 기존 전산시뮬레이션(16) 결과와 비교하였고, 해당되는 기존 전산시뮬레이션(16) 조건을 Case 9~Case 14에 나타내었다. 즉, VE1 높이 영향의 경우, VE2 크기가 0.33 m (폭) × 0.825 m (높이), 환기 계수가 0.25 m5/2로 동일한 조건에서, R1 화재 시 본 연구의 Case 1 및 Case 2와 동일한 환기 계수 조건(VE1의 환기 계수가 각각 0.12 m5/2 및 0.25 m5/2)인 기존 연구(16)의 Case 9 및 Case 11을 비교하였고, R2 화재 시 본 연구의 Case 5 및 Case 6과 동일한 환기 계수 조건인 기존 연구(16)의 Case 12 및 Case 14를 비교하였다. 동일한 방식으로 VE2 높이 영향의 경우, VE1이 0.33 m (폭) × 0.825 m (높이), 환기 계수가 0.25 m5/2로 동일한 조건에서, R1 화재 시 본 연구의 Case 3 및 Case 4와 기존 연구(16)의 Case 10 및 Case 11을 비교(VE2의 환기 계수가 각각 0.12 m5/2 및 0.25 m5/2)하였고, R2 화재 시 본 연구의 Case 7 및 Case 8과 기존 연구(16)의 Case 13 및 Case 14를 비교하였다. 본 연구 조건의 경우, VE1과 VE2의 높이가 다른 반면, 기존 연구(16) 조건의 경우, VE1과 VE2의 높이가 동일하다.
3. 결과 및 분석
3.1 온도 분포 가시화
Figures 2(a)~2(d)에 VE2 크기가 0.33 m (폭) × 0.825 m (높이), 환기 계수가 0.25 m5/2로 동일한 조건에서, VE1 크기에 따른 R1과 R2 화재에 대한 온도 분포 가시화 결과를 나타내었다. Figures 2(a)와 2(b)에 나타낸 R1 화재 시 인접실(R2)의 연기층 온도는 Case 2가 Case 1에 비해 높았고, Figures 2(c)와 2(d)에 나타낸 R2 화재 시 인접실(R1)의 연기층 온도는 Case 6이 Case 5에 비해 높았다. 동일한 VE1 크기 조건에서 R1 화재 시 인접실의 연기층 온도가 R2 화재 시 인접실의 연기층 온도에 비해 높은 것(Case 1의 R2 > Case 5의 R1, Case 2의 R2 > Case 6의 R1)으로 나타났다. 한편, Case 1의 화재실 내 연기층의 두께는 Case 2보다 두꺼웠고, Case 5와 Case 6의 화재실 내 연기층의 두께는 유사한 것으로 관찰되었다.
Figure 2
Temperature distribution in a fire of R1 or R2 under different VE1 sizes at VE2 size of 0.33 m (width) × 0.825 m (height): (a) Case 1, (b) Case 2, (c) Case 5, and (d) Case 6.
3.2 개구부를 통과하는 질량 유량
Figures 4(a)와 4(b)에 VE2 크기가 0.33 m (폭) × 0.825 m (높이), 환기 계수가 0.25 m5/2로 동일한 조건에서 각각 R1 화재(R1F) 시 VE1 크기 변화에 따른 VE1과 VE2를 통과하는 유출 질량 유량을 나타내었다. VE1 (Figure 4(a))과 VE2 (Figure 4(b))를 통과하는 유출 질량 유량은 Case 1 (H1 = 0.33 m)이 Case 2 (H1 = 0.52 m)에 비해 적은 것으로 나타났다. Case 1은 Case 2에 비해 VE1 높이가 낮고, VE1 높이의 감소는 주변에서 화재 플룸으로 혼입이 일어나는 면적을 감소시켜 유출 질량 유량이 감소된 것으로 판단된다(Figures 2(a)와 2(b) 참조). 또한, 동일한 VE1 환기 계수 조건에서 VE1 높이가 낮은 본 연구(Case 1과 Case 2)가 기존 연구(Case 9와 Case 11, H1 = 0.825 m)(16)보다 VE1과 VE2를 통과하는 유출 질량 유량이 적은 것으로 나타났다.
Figure 4
Discharge mass flow rates across VE1 and VE2 in a fire of R1 under different VE1 sizes at VE2 size of 0.33 m (width) × 0.825 m (height).
Figures 5(a)와 5(b)에 VE2 크기가 0.33 m (폭) × 0.825 m (높이), 환기 계수가 0.25 m5/2로 동일한 조건에서 각각 R2 화재(R2F) 시 VE1 크기 변화에 따른 VE1과 VE2를 통과하는 유출 질량 유량을 나타내었다. VE1 (Figure 5(a))과 VE2 (Figure 5(b))를 통과하는 유출 질량 유량은 Case 5 (H1 = 0.33 m)와 Case 6 (H1 = 0.52 m)이 유사한 것으로 나타났다. 전체적으로 VE1을 통과하는 유출 질량 유량이 VE2를 통과하는 유출 질량 유량에 비해 적었는데, 이는 VE1 높이에 비해 VE2 높이가 높은 조건이기 때문이다(Figures 2(c)와 2(d) 참조). 동일한 환기 계수 조건에서 VE1을 통과하는 유출 질량 유량은 VE1의 높이가 낮은 본 연구(Case 5와 Case 6)가 VE1의 높이가 높은 기존 연구(Case 12와 Case 14, H1 = 0.825 m)(16)에 비해 적은 것으로 나타났다. 반면, VE2를 통과하는 유출 질량 유량은 본 연구(Case 5와 Case 6)가 기존 연구(Case 12와 Case 14)(16)에 비해 약간 많은 것으로 나타났다. 이는 VE1 높이 감소가 VE1을 통과하는 유출 질량 유량을 감소시키고, 이로 인해 VE2를 통과하는 유출 질량 유량이 증가하기 때문으로 판단된다. 그러나 전체적으로 R2 화재 시 VE1과 VE2를 통과하는 유출 질량 유량에 대한 본 연구와 기존 연구(16) 간 결과 차이는 크지 않은 것으로 나타났다.
Figure 5
Discharge mass flow rates across VE1 and VE2 in a fire of R2 under different VE1 sizes at VE2 size of 0.33 m (width) × 0.825 m (height).
Figures 6(a)와 6(b)에 VE1 크기가 0.33 m (폭) × 0.825 m (높이), 환기 계수가 0.25 m5/2로 동일한 조건에서 각각 R1 화재 시 VE2 크기 변화에 따른 VE1과 VE2를 통과하는 유출 질량 유량을 나타내었다. VE1 (Figure 6(a))과 VE2 (Figure 6(b))를 통과하는 유출 질량 유량은 Case 3 (H2 = 0.33 m)이 Case 4 (H2 = 0.52 m)에 비해 적은 것으로 나타났다(Figures 3(a)와 3(b) 참조). 그리고 동일한 VE2 환기 계수 조건에서 VE2 높이가 낮은 본 연구(Case 3과 Case 4)가 기존 연구(Case 10과 Case 11, H2 = 0.825 m)(16)보다 VE1과 VE2를 통과하는 유출 질량 유량이 적은 것으로 나타났다.
Figure 6
Discharge mass flow rates across VE1 and VE2 in a fire of R1 under different VE2 sizes at VE1 size of 0.33 m (width) × 0.825 m (height).
Figures 7(a)와 7(b)에 VE1 크기가 0.33 m (폭) × 0.825 m (높이), 환기 계수가 0.25 m5/2로 동일한 조건에서 각각 R2 화재 시 VE2 크기 변화에 따른 VE1과 VE2를 통과하는 유출 질량 유량을 나타내었다. VE1의 경우(Figure 7(a)), Case 7 (H2 = 0.33 m)이 Case 8 (H2 = 0.52 m)에 비해 유출 질량 유량이 많았고, VE2의 경우(Figure 7(b)), 그 반대의 경향(Case 7 < Case 8)이 나타났다(Figures 3(c)와 3(d) 참조). 또한, 동일한 환기 계수 조건에서 VE2 높이가 낮은 본 연구(Case 7과 Case 8)가 기존 연구(Case 13과 Case 14, H2 = 0.825 m)(16)에 비해 VE2를 통과하는 유출 질량 유량이 적은 것으로 나타났다. VE2를 통과하는 유출 질량 유량 감소는 VE1을 통과하는 유출 질량 유량을 증가시킬 수 있으므로, VE1을 통과하는 유출 질량 유량은 본 연구(Case 7과 Case 8)가 기존 연구(Case 13과 Case 14)(16)에 비해 많은 것으로 생각된다.
3.3 연기층 온도 상승
Figures 8(a)와 8(b)에 VE2 크기가 0.33 m (폭) × 0.825 m (높이), 환기 계수가 0.25 m5/2로 동일한 조건에서 R1과 R2 화재에 대한 화재실 내 연기층 온도 상승을 VE1 크기에 따라 나타내었다. Figure 8(a)에 나타낸 R1 화재 시 Case 1 (H1 = 0.33 m, Figure 2(a))이 Case 2 (H1 = 0.52 m, Figure 2(b))보다 화재실 내 연기층 온도 상승이 약간 높은 것으로 나타났는데, 이는 Case 1이 Case 2에 비해 VE1을 통과하는 유출 질량 유량이 적기 때문이다. 동일한 환기 계수 조건에서 R1 화재 시 본 연구(Case 1과 Case 2)가 기존 연구(Case 9와 Case 11, H1 = 0.825 m)(16)에 비해 화재실 내 연기층 온도 상승이 높았다. 이는 본 연구가 기존 연구(16)에 비해 VE1을 통과하는 유출 질량 유량이 적기 때문이다. 반면, Figure 8(b)에 나타낸 R2 화재 시 본 연구의 Case 5 (Figure 2(c)) 및 Case 6 (Figure 2(d))과 기존 연구(16)의 Case 12 및 Case 14의 화재실 내 연기층 온도 상승은 유사한 것으로 나타났다.
Figure 8
Hot gas layer temperature rise of fire room in a fire of R1 or R2 under different VE1 sizes at VE2 size of 0.33 m (width) × 0.825 m (height).
Figures 9(a)와 9(b)에 VE2 크기가 0.33 m (폭) × 0.825 m (높이), 환기 계수가 0.25 m5/2로 동일한 조건에서 R1과 R2 화재에 대한 인접실 내 연기층 온도 상승을 VE1 크기에 따라 나타내었다. Figure 9(a)에 나타낸 R1 화재 시 인접실 내 연기층 온도 상승은 Case 1 (H1 = 0.33 m, Figure 2(a))이 Case 2 (H1 = 0.52 m, Figure 2(b))보다 낮았는데, Case 1은 Case 2에 비해 VE1을 통과하여 R1에서 R2로 유입되는 질량 유량이 적기 때문으로 판단된다. 동일한 환기 계수 조건에서 본 연구(Case 1과 Case 2)가 기존 연구(Case 9와 Case 11)(16)에 비해 인접실 내 연기층 온도 상승이 낮았다. 이는 본 연구가 기존 연구(16)에 비해 VE1을 통과하여 R1에서 R2로 유입되는 질량 유량이 적기 때문으로 생각된다. 한편, Figure 9(b)에 나타낸 R2 화재 시 Case 5 (H1 = 0.33 m, Figure 2(c))와 Case 6 (H1 = 0.52 m, Figure 2(d))의 인접실 내 연기층 온도 상승은 매우 낮은 것으로 나타났는데, Case 5와 Case 6에서 VE1을 통과하여 R2에서 R1으로 유입되는 질량 유량이 매우 적기 때문으로 판단된다. 동일한 환기 계수 조건에서 본 연구(Case 5와 Case 6)가 기존 연구(Case 12와 Case 14)(16)에 비해 인접실 내 연기층 온도 상승이 낮았다. 이는 본 연구가 기존 연구(16)에 비해 VE1을 통과하여 R2에서 R1으로 유입되는 질량 유량이 적기 때문으로 생각된다.
Figure 9
Hot gas layer temperature rise of adjacent room in a fire of R1 or R2 under different VE1 sizes at VE2 size of 0.33 m (width) × 0.825 m (height).
Figures 10(a)와 10(b)에 VE1 크기가 0.33 m (폭) × 0.825 m (높이), 환기 계수가 0.25 m5/2로 동일한 조건에서 VE2 크기에 따른 R1과 R2 화재에 대한 화재실 내 연기층 온도 상승을 나타내었다. Figure 10(a)에 나타낸 R1 화재 시 본 연구의 Case 3 (H2 = 0.33 m, Figure 3(a)) 및 Case 4 (H2 = 0.52 m, Figure 3(b))와 기존 연구(16)의 Case 10 및 Case 11의 화재실 내 연기층 온도 상승은 유사한 것으로 나타났다. Figure 10(b)에 나타낸 R2 화재 시 본 연구의 Case 7 (H2 = 0.33 m, Figure 3(c)) 및 Case 8 (H2 = 0.52 m, Figure 3(d))의 화재실 내 연기층 온도 상승은 유사하게 나타났다. 동일한 환기 계수 조건에서 본 연구(Case 7과 Case 8)가 기존 연구(Case 13과 Case 14, H2 = 0.825 m)(16)에 비해 화재실 내 연기층 온도 상승이 높은 것으로 나타났다. 이는 본 연구(Case 7과 Case 8)가 기존 연구(Case 13과 Case 14)(16)에 비해 VE2를 통과하는 유출 질량 유량이 적기 때문으로 판단된다.
Figure 10
Hot gas layer temperature rise of fire room in a fire of R1 or R2 under different VE2 sizes at VE1 size of 0.33 m (width) × 0.825 m (height).
Figures 11(a)와 11(b)에 VE1 크기가 0.33 m (폭) × 0.825 m (높이), 환기 계수가 0.25 m5/2로 동일한 조건에서 R1과 R2 화재에 대한 인접실 내 연기층 온도 상승을 VE2 크기에 따라 나타내었다. Figure 11(a)에 나타낸 R1 화재 시 본 연구의 Case 3 (H2 = 0.33 m, Figure 3(a)) 및 Case 4 (H2 = 0.52 m, Figure 3(b))와 기존 연구(16)의 Case 10 및 Case 11의 인접실 내 연기층 온도 상승은 유사한 것으로 나타났다. Figure 11(b)에 나타낸 R2 화재 시 본 연구의 Case 7 (H2 = 0.33 m, Figure 3(c)) 및 Case 8 (H2 = 0.52 m, Figure 3(d))의 인접실 내 연기층 온도 상승은 유사한 것으로 관찰되었다. 동일한 환기 계수 조건에서 본 연구(Case 7과 Case 8)는 기존 연구(Case 13과 Case 14, H2 = 0.825 m)(16)에 비해 인접실 내 연기층 온도 상승이 높은 것으로 나타났다. 이는 본 연구(Case 7과 Case 8)가 기존 연구(Case 13과 Case 14)(16)에 비해 VE1을 통과하여 R2에서 R1으로 유입되는 질량 유량이 많기 때문으로 생각된다.
Figure 11
Hot gas layer temperature rise of adjacent room in a fire of R1 or R2 under different VE2 sizes at VE1 size of 0.33 m (width) × 0.825 m (height).
본 연구를 통해, 2개의 수직 개구부 높이 차이에 따라 개구부를 통과하는 질량 유량이 변화하였고, 이는 구획실 내 온도 분포 및 연기층 온도 상승에 영향을 미쳤다. 따라서 2개의 연결된 구획실 내 화재 현상을 예측하기 위해서는 2개의 수직 개구부 높이(구획실을 연결하고 있는 수직 개구부 높이와 구획실과 외부를 연결하고 있는 수직 개구부 높이)를 종합적으로 고려해야 할 것으로 생각된다. 한편, 본 연구 결과의 일반화를 위해서 추후 다양한 화원 조건(열방출률, 면적, 위치, 개수, 연료 종류 등), 개구부 조건(크기, 위치, 개수, 형상 등), 구획실 조건(개수, 크기, 형상 등)에 따른 구획실 내 화재 현상을 검토하는 연구가 수행되어야 할 것으로 판단된다.
4. 결 론
본 연구에서는 수직 개구부로 연결된 2개의 구획실(R1과 R2)의 R1 또는 R2 화재에 대한 전산시뮬레이션을 수행하였다. R1과 R2는 수직 개구부 VE1, R2와 외부는 수직 개구부 VE2를 통해 연결되어 있다. VE1 및 VE2의 높이 변화에 따른 화재실 및 인접실 내 온도 분포 및 연기층 온도 상승, 개구부를 통과하는 질량 유량을 검토하였고, 동일한 환기 계수 조건에 대한 Kim과 Lee(16)의 연구 결과와 본 연구 결과를 비교하였다. 아래의 본 연구의 주요 결과를 요약하였다.
(1) 온도 분포 가시화 결과, VE2가 일정한 R1 화재 조건에서, VE1 높이가 낮은 조건이 높은 조건에 비해 화재실 내 연기층 두께가 두꺼웠고, R2 화재 조건에서는 VE1 높이가 화재실 내 연기층 두께에 미치는 영향이 미미하였다. VE1이 일정한 R1 및 R2 화재 조건에서, VE2 높이가 낮은 조건이 높은 조건에 비해 화재실 및 인접실 내 연기층 두께가 두꺼운 것으로 관찰되었다.
(2) VE2가 일정한 R1 화재 조건에서, VE1 높이가 낮은 조건이 높은 조건에 비해 화재실 내 연기층 온도 상승이 높았는데, 이는 VE1 높이가 낮은 조건이 VE1을 통과하는 유출 질량 유량이 적기 때문으로 판단된다. 반면, R2 화재 조건에서, VE1 높이가 화재실 내 연기층 온도 상승에 미치는 영향은 미미한 것으로 나타났다.
(3) VE2가 일정한 R1 화재 조건에서, VE1 높이가 낮은 조건이 높은 조건에 비해 인접실 내 연기층 온도 상승이 낮았는데, 이는 VE1 높이가 낮은 조건에서 VE1을 통과하여 R1에서 R2로 유입되는 질량 유량이 적기 때문으로 판단된다. 유사하게, R2 화재 조건에서, VE1 높이가 낮은 조건에서 인접실 내 연기층 온도 상승이 낮은 것으로 나타났는데, 이는 VE1 높이가 낮은 조건에서 VE1을 통과하여 R2에서 R1으로 유입되는 질량 유량이 적기 때문으로 생각된다.
(4) VE1이 일정한 R1 화재 조건에서, VE2 높이가 화재실 및 인접실 내 연기층 온도 상승에 미치는 영향은 미미한 것으로 나타났다. 한편, 환기 계수가 동일한 R2 화재 조건에서, VE2 높이가 낮은 본 연구가 VE2 높이가 높은 기존 연구(16)에 비해 화재실 및 인접실 내 연기층 온도 상승이 높은 것으로 나타났다. 화재실 연기층 온도 상승이 높은 이유는 VE2 높이가 낮은 조건에서 VE2를 통과하는 유출 질량 유량이 적기 때문이고, 인접실 내 연기층 온도 상승이 높은 이유는 VE2 높이가 낮은 조건에서 VE1을 통과하여 R2에서 R1으로 유입되는 질량 유량이 많기 때문으로 생각된다.
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