HVAC SYSTEM 과 제연설비 기계공학과 4차 발표자 : 김 성 하

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1 HVAC SYSTEM 과 제연설비 2012. 11. 19 기계공학과 4차 발표자 : 김 성 하

2 자동제어시스템 (Auto Control System)
HVAC SYSTEM 자동제어시스템 (Auto Control System) 온도제어 습도제어 (냉각제습) 실내온도 검출기 (온도센서 등) 설정온도 이하 ( - 편차온도 ) 설정온도 이하 ( + 편차온도 ) 전기히터 PID/ON,OFF STEP 제어 가열밸브 PID/ON,OFF 제어 공냉식 냉동기 ON,OFF STEP 제어 열원에 따라 습도 요구치가 40% 이하일 경우는 건식제습방식을 택한다 실내습도 검출기 (습도센서 등) 설정습도 이하 ( - 편차습도 ) 설정습도 이하 ( + 편차습도 ) 가습기 ON,OFF STEP 제어 (Pan Type, 전자전극봉 Type) 가습 밸브 PID/ON,OFF 제어 공냉식 냉동기 ON,OFF STEP 제어 가습방식에 따라

3 자동제어시스템 (Auto Control System)
공조기기의 제어 자동제어시스템 (Auto Control System) 실내차압제어 현장제어 / 중앙제어 현장제어 (Local Control) - 각 기기별 기동 및 감시, 제어를 Local Panel 에서 제어 실내차압 검출기 (차압센서 등) 설정차압 이하 ( - 편차압 ) 설정차압 이하 ( + 편차압 ) Damper 비례제어 인버터에 의한 송풍량 제어 제어방식에 따라 Dowoo Engineering. Co., Ltd

4 제연설비 화재시 발생하는 연소생성물은 이산화탄소, 수증기등 외에 인체에 매우 유해한 독성물질을 함유하
고 있다. 따라서 제연(Smoke Control)은 화재초기 피난을 돕기 위하여 연기를 배출하거나 신선한 공기를 보급하는 것을 뜻하는데 여기서 주의해야 할 점은 화재의 확산을 최소화하는 가운데 이루어 져야 한다는 것이다. 제연 설계자는 유체의 흐름성상을 정확히 예측하여 설계하여야 하는데 본 내용에서는 법적인 내용 보다 유체의 흐름과 조절에 대한 기본 개념을 제시하고자 한다.

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6 제연설비 작동순서도 화재감지기 작동 또는 수동조작함 작동 제 어 반 자동제어 FAN 정지(전부) 제연댐퍼 작동 MVD 작동
(화재구역) MD 작동확인 FAN 기동 (화재구역) 제 어 반 자동제어

7 개요 공조 겸용 제연설비의 작동순서 공조(HVAC)겸용 제연설비는 전용 제연설비보다 오작동 시 위험도가 높기 때문에 댐퍼의 작동이 확실하여야 한다. 순환공조상태에서 화재감지기가 작동하면 일단 화재 층의 모든 급ㆍ배기팬이 정지하여야 하며, 화재구역의 제연댐퍼(MD)가 주기를 완성시킨 다음 화재 구역의 팬이 작동하도록 하여야 한다. 팬이 가동하는 상태에서 댐퍼가 작동하게 되면 댐퍼에 저항이 많이 걸려 댐퍼가 완전하게 열리지(닫히지) 않을 수 있으며, MD의 과부하로 전선의 허용전류를 초과하여 MD가 작동하지 않을 수도 있다. 또한, AHU의 MVD가 주기를 완성하지 않은 상태에서는 리턴덕트로 빨려 나온 연기의 일부가 급기덕트로 다시 유입될 수도 있다. 일반적인 제품(MD)의 사용조건은 덕트 내 풍속이 초당 15m 이하이며,최대 부하 작동 시 소비전류는 무부하 작동 시 소비전류보다 약 4∼5배 정도이다. 따라서,댐퍼가 주기를 완성시킨 다음 화재구역의 팬이 기동할 수 있도록 제어반에 지연타이머회로를 사용하거나 댐퍼 작동확인이 제어반에 입력된 다음 팬 기동출력이 나가도록 하여야 한다. 지연시간은 댐퍼의 크기와 MD의 종류에 따라 달라야 하겠지만 최소한 30초는 되어야 한다. 순환공조 (평상시) 순환공조 정지 (야간ㆍ휴무) 연기감지기 작동 Or 수동조작 연기감지기 작동 Or 수동조작 제어반 제어반 FAN 정지 댐퍼 작동 댐퍼 기동확인 FAN 가동 제 연

8 2. 제연창에 의한 제연 방법 (1) 개요 제연창에 의한 제연방법은 자연환기에 의하여 연기를 외부로 배출하는 방식이다. 연기는 온도의 상승에 의하여 체적이 팽창하고 연기를 외부로 배출하지 않을 경우는 그 팽창압력 에 의해 복도나 타 거실로 확산되어 인명손실을 촉진시킨다. (2) 제연원리 제연을 하게 되는 자연적 힘은 연기의 비중차에 의한 상향유동특성과 팽창력이라고 할 수 있다. 화 재실을 밀폐하게 되면 연기의 체적팽창력이 발생하고 대기압과의 차에 의해 연기는 외부로 방출하 게 된다. 연기의 유출량은 연기의 팽창압력과 배연창의 면적에 비례하게 된다. 물론 상기 식은 일종의 개념 이고 실제로 ΔP는 연기의 유출에 의해 감소되고 화재의 진행에 따라 압력을 보충 받게 된다. 또한 외부 공기와 내부 연기의 비중차에 의한 배출력, 풍압에 의한 효과도 가감되어야 한다. 따라서 제연창에 의한 제연은 밀폐상태를 조건으로 하여야 한다. 복도가 가압되어 정압이라 할지라 도 화재실내의 압력보다 크지는 못하게 때문이다.

9 (3) 결과 밀폐된 실의 화제는 제연으로 인해 공기가 보급되므로 어느정도의 손실은 어쩔 수 없다. 또한 제연을 화재초기단계에서 이루어져야 하며 그 이후는 화재진압에 역효과가 나타나므로 피난통로의 가압만 이루어지도록 하는 것이 바람직할 것이다. 다만 화재가 방화구획의 일부분에 한정될 때에는 연기로 인한 피해는 최소화할 수 있을 것이다.

10 지하층 및 무창층의 제연설비 덕트설계법 가. 건축법과 소방법에는 특히 지하층과 무창층에 제연설비를 하도록 규정하고 있다. 이는 다음과 같은 이유에서이다. ① 채광이 결여되므로 피난의 혼잡이 가중되고 연기의 위험도가 높다. ② 연기의 자연배출이 어려우므로 연기의 양과 독성이 크다. ③ 지하층에서는 연기 배출이 지상층보다 어렵다. ④ 대개 지하층과 무창층의 용도는 불특정 다수이고 군중밀도가 높다. ⑤ 과거 화재사례와 통계에서 지하층과 무창층은 인명손실이 많은 것으로 집계된다. 나. 지하층 및 무창층의 덕트설계법(순서) ① 제연구역으로 구획 ② 배출량의 결정 연기의 배출량은 제연경계의 수직거리, 보행중심선의 거리 등에 따라 법에 규정되어 있지만 설계자 는 실용도와 화재하중에 따라 법규정의 하한선을 초과하는 범위에서 재량과 계산에 의하여 결정하 여야 한다. ③ 덕트 크기 결정 °기술기준 : 배출기의 흡입측 풍안도의 풍속을 초속 15m 이하로 하고 배출측 풍속은 20m 이하 로 할 것. °Q=AV에 의해 덕트의 면적이 계산되므로 Aspect ratio를 1/4로 하면 덕트의 가로, 세로 치수가 정해진다. °흡입측과 토출측의 풍속이 다른 것은 흡입측 퐁도의 압력강하량을 낮추고 기류가 혼란되지 않도 록 하기 위함이다.

11 ④ fan의 크기 결정 °P는 덕트치수와 풍량에 의하여 덕트선도에서 구할 수 있다.

12 ⑤ 정압 콘트롤의 문제점 검토 °앞에서 기술한 바와 같이 화재실에서는 화재열에 의해 체적이 팽창(PV=RT)하는데 이 팽창 압력은 어떤 의미에서 급기 가압을 필요로 하는 것이다. 법에 의하면 배출에 대한 규정만 있으므로 이는 화재시험을 거쳐 재검토 해봐야 할 사항으로 생각 된다. 이 개념을<그림 1>에서 살펴보면 다음과 같다. (a)는 화재시의 제연계통도이고 (b)는 압력선도이다. 압력차가 발생하면 그에 의한 유량이 발생한다. <그림 1>에서 보면 화재실에서는 펌프 입구쪽과 복도쪽으로 압력이 강하하고 있다. <그림 1>의 압력분포가 실제 일어난다면 이때는 급기가압을 해야만 한다. 급기가압이 필요없을 경우는 <그림2>와 같다. 즉, 화재실이 대기압보다 낮은 부압이 형성되어야 한다. 따라서 화재초기 완벽한 제연을 확보하려면 급기가압도 병행해야 한다.

13 (3) 제연 Tower의 풍도 면적 ① 전실면적의 크기에 비례하여 풍도 면적을 산출하는 기준은 제연 개념상 착오이다. ② 전실면적의 산출은 피난시간, 피난인원수, 건물용도(불특정 다수 인원과 건물구조를 숙지하는 인원은 피난에 있어 큰 차이가 있음)등에 따라 정해진다. ③ 제연풍도의 면적은 제연팬의 정압, 동력, 풍량과 덕트길이에 관계하여 정해지는 수치이다. ④ 제연구의 면적도 제연풍도의 면적과 전실의 풍량에 의거 정해지는 수치이다.

14 (4) smoke control flow ① 특별피난계단 및 비상용 엘리베이터실을 정압상태로 유지하기 위해 신선외기로 가압하여 화재 실에서 부터 smoke의 침입을 방지한다. ② 특별피난계단은 건축법상 피난용으로서의 피난인원, 피난속도를 고려하여 설계되며, 비상용 엘 리베이터는 소방대의 화재진압을 용이하게 하기 위하여 또한 화재진압 거점으로 이용하려는 의도 로 법상 배려된 것으로서, 두가지 용도 모두 급기가압으로서 충분한 제연이 가능하고 판매시설은 불특정 다수인으로서 화재시 혼란발생이 극명하므로 피난방향인 계단입구에 명확히 "비상구"로 표 시한다.

15 (5) 제연 fan의 위치 ① 제연 fan은 가능한 옥상에 위치함이 유리하다(상층부 가압에 유리) ② 연기는 항상 위로 올라가려는 강한 힘을 갖고 있으므로 화재발생층 상부의 모든제연구를 개방하되 모든제연구를 개방되도록 제어한다. ③ 연기는 최상층부터 머무르려는 특성이 크므로 최상층 피난계단의 전실 정압이 가장 커야 한다.

16 6) 제연풍량(가압풍량) ① 제연은 급·배기보다 급기가압만으로 충분히 피난공간 확보가 가능한 경우가 많으므로 대상실의 특성에 맞는 제연방식을 선정토록 한다. ② 급·배기량은 전실 체적에 비례하여 결정되어야 할 사항이다. <그림 6>에서 ΔP₁은 송풍이 출구에서 전실틈새까지의 전압치이며, ΔP₂,ΔP₃도 같은 개념이다. 즉, 그림의 3층에서 화재발생시 전실 가압력은 1층에서 화재발생시보다 (ΔP₁- ΔP₃)만큼 더 크게 발생한다. ③ 급기량이라는 것은 결국 전실을 전압으로 유지하기 위한 수단으로서 ΔP=CυQ²에서 Q를 증가시키는 개념이다(Cυ는 비례상수). ④ 전실 체적의 증대는 건물 층수에 비례하며, 층수 증대는 Cυ값의 변화를 가져온다. (<그림 6> 배관저항곡선 ③→①). ΔP₃값은 어느 한도 이하로 내려가지 않도록 예를 들면 점선과 같은 특성 곡선의 fan크기를 선정토록 한다.

17 (7) 제연구의 선정 ① 제연구는 전동댐퍼로서 수신반 또는 DDC의 신호에 의해 자동적으로 개방된다

18 (8) 제연 방식별 장·단점 비교 ① 밀폐제연방식 복도와 특별피난계단이 완전히 분리되고 특별피난계단이 대기에 개방되었을 경우는 안전하다고 볼 수 있다. ② 스모크타워 제연방식 화재실을 스모그타워에 연결하는 방식을 취하면 건축비와 완전한 제연면에서 부족한 점이 있다. ③ 기계가압방식 전실제연 개념에서와 같이 건축적으로 완벽한 상태에서 안전이 보장되는 시스템이다. ④ 기계가압 및 배기 방식 어떤 의미에서 배기는 문제점이 될 수도 있다. 즉 전실의 정압을 낮추는 결과를 초래하기 때문이다. 단, 적용시는 급배기 풍량에 주의하여야 한다.

19 5. 내화구조, 방화구조와 제연구획과의 상호관계 (1) 내화구조와 방화구조의 안전관리 측면에서의 개념 ① 내화구조나 방화구조 모두 화재의 범위를 일정기간, 일정범위에 한정시키려는 데는 유효하며 그 중 내화구조는 건축물의 주요구조부에 적용되어 건물 붕괴 등의 위험에 대한 배려이다. ② 콘크리트는 열을 받으면 결정구조 자체가 변하여 본래의 강도를 유지할 수 없다. 따라서 화재진압후 복구계획 등을 수립해야 한다. ③ 건축의 평면 분학계획은 어떤 의미에서 소화설비와 보완적 개념을 갖는다. <그림 8>에서와 같이 건축분할이 철저할수록 설비의 보강은 적어도 된다. 그러나 건축물의 분학은 용도상 한계가 있으므로 건축과 설비는 최소한도의 투자로 최고의 안전, 방재 효율을 얻을 수 있도록 optimum point를 찾아야 한다. (그림 8)

20 ④ 다시 개념을 정리하면 내화구조는 일정시간동안 건물이 강도 성능을 가질 수 있을 것을 말하고, 방화구조는 일정시간동안 일정구획에서 화재를 한정시킬 수 있는 구조를 말한다. 따라서, 제연이란 일정시간동안 연기의 확산을 방지하는 개념을 뜻하는 것이다.

21 현행 관련법규 (1) 소방법 시행령 제32조(소화활동설비) 제연설비를 설치하여야 할 소방대상물은 다음과 같다. ① 관람·집회 및 운동시설로서 무대부의 바닥면적이 200㎡이상(무대부의 관람석까지 제연설비 설치를 의미함) ② 근린생활 및 위락시설(①,②), 판매시설(②) 및 숙박시설(②)로서 지하층 또는 무창층의 바닥면적이 1,000㎡이상(소방상 지장이 되는 대상은 ①만취상태, ②불특정 다수 : 건물의 상황에 익숙치 못한 사람들, ③환자, 병약자, 정신병자, ④노인, 어린이) ③ 생략 ④ 지하가로서 연면적 1,000㎡이상(지하층의 연기에 대한 위험성) ⑤ 특수장소에 부설된 특별피난계단 및 비상용 승강기의 승강장 (2) 건축법 시행령 제141조 피난계단 및 특별피난계단의 구조 특별피난계단의 구조는 다음에 정하는 바에 의한다. 옥내와 계단실과는 노대를 통하여 연결하거나 외부를 향하여 열 수 있는 창이나, 건설부령이 정하는 제연설비가 있는 부속실을 통하여 연결할 것. (3) 건축법 시행령 제 35조의 2(제연설비) 6층 이상의 건축물로서 종료시설, 의료시설, 업무시설, 숙박시설, 판매시설 및 관람집회시설의 거실에는 건설부령이 정하는 바에 따라 제연설비 설치 (4) 건축법 시행규칙 제 20조(제연설비) ① 상기 시행령의 위임사항으로 소방시설 기준에 관한 규칙 제 113조에 제연설비 위임. ② 특별피난계단 및 비상용 승강기의 승강장에 있어서의 배연설비 구조 ·제연구 및 제연풍도는 불연재료로 하고, 화재가 발생한 경우 유효하게 제연시킬 수 있는 규모로 외기 또는 굴뚝에 연결 ·제연구가 직접 외기에 접하지 아니하는 경우 제연기를 설치 ·제연기는 충분한 개방에 의하여 자동적으로 작동하고 충분한 공개배출 능력을 갖는 것으로 할 것.

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