구획 벽면에 의한 열 피드백이 화재특성에 미치는 영향

Effects of Thermal Feedback by Compartment Wall on Fire Characteristics

건축물의 성능위주설계를 위한 화재위험성평가는 Computational Fluid Dynamics(CFD) 프로그램을 활용한 수치해석을 통해 이루어진다. 이 때 가장 일반적으로 활용되는 수치해석 프로그램인 Fire Dynamics Simulator(FDS)는 사용자가 입력하는 화원정보 및 경계조건에 따라 화재현상을 예측하게 된다. 따라서 정확한 화재현상의 예측과 화재위험성평가의 신뢰성 확보를 위해서는 적절한 화원정보의 입력이 필수적이라 할 수 있다. 화재위험성평가를 위한 FDS 수행 시 화원정보는 실규모 화재실험 및 연구를 통해 문헌에 제시된 열발생률이 적용된다. 이 때 인용되는 실규모 화재실험은 특정 가연물에 대한 대표 화재성장곡선 도출을 위해 개방공간에서 수행된다. 그러나 일반적으로 알려진 것과 같이 구획화재 특성은 다양한 인자에 의해 변화하게 된다. 특히, 화재진행에 따라 가열된 구획 벽면 및 연층으로부터 가해지는 열 피드백(Thermal feedback)은 가연물의 질량감소율을 비롯한 최대 열발생률, 화재성장률 등 전반적인 화재특성의 변화를 가져온다. 따라서 개방된 공간에서 얻어진 실험결과가 평가대상 건축물에 대한 화원정보로 적용되는 경우, 수치해석 결과는 상당한 오차를 가질 수 있다. 그럼에도 불구하고 동일한 가연물이 개방공간 및 구획 내에서 연소할 때, 화재특성의 변화가 갖는 상관관계에 관한 분석은 매우 부족한 실정이다. 이러한 배경 하에 본 연구에서는 연소환경에 따른 화재특성의 변화에 가장 지배적인 영향을 미칠 것으로 판단되는 열 피드백(Thermal feedback)의 영향이 검토되었다. 이를 위해 개방 공간 및 1/4 축소규모의 ISO 9705 화재실에서 연소하는 wood crib을 대상으로 화재실험이 수행되었다. Wood crib의 점화를 위해 최소 점화에너지로 확인된 5 g의 헵탄연료가 주입되었다. 가연물에 가해지는 열 피드백의 변화를 위하여 구획 측벽의 형상이 단계적으로 변화되었으며, 이 때 고려된 모든 구획의 개구부 형상은 표준개구부의 1/4 축소규모(0.2m × 0.5m)를 갖도록 동일하게 설정되었다. 이를 통해 동일한 가연물이 개방공간 및 구획 내에서 연소할 때, 열 피드백에 의한 화재특성의 변화가 검토되었다.