연기농도 예측을 위한 환기조건 변화에 따른 FDS의 모델 불확실도 평가

Evaluation of Model Uncertainty of FDS by Ventilation Condition on Prediction of Smoke Concentration

화재 발생 시 인명에 대한 안전성 평가는 화재 및 피난시뮬레이션을 통한 허용피난시간(ASET)과 요구피난시간(RSET)을 통해 결정될 수 있다. 특히 ASET은 화재시뮬레이션의 예측결과를 통해 물리량들의 임계값에 도달하는 시간을 통해 산출됨을 고려할 때, 화재시뮬레이션의 정확한 예측결과는 화재안전성 평가의 신뢰성 확보를 위해 반드시 요구될 수 있다. 다양한 화재모델들 중 대표적 Field 모델인 Fire Dynamics Simulator(FDS)는 비정상 3차원 화재현상의 분석이 가능하여 화재안전성 평가에 주로 적용되고 있다. FDS에서 예측되는 다양한 물리량들 중 연기농도는 불확실도가 가장 크며, 이는 예측 불확실도를 산출하기 위해 적용된 data의 수는 다른 물리량들에 비해 매우 적은 것으로 확인되었다. 그러나 최근 5년간 시행된 화재안전성 평가 결과를 살펴보면 ASET을 결정하는 물리량 중 94%가 연기농도에 의한 것으로 확인되었다. 따라서 이와 같은 결과를 통해 선행연구에서 새롭게 도출한 연기농도 예측 불확실도는 기존 FDS validation guide에 제시된 값과 다소 차이를 나타내는 것을 확인한 바 있다. 본 연구에서는 연기농도의 예측 불확실도에 대한 타당성을 검토하기 위하여 환기 조건 변화에 따라 실험 및 수치해석이 수행되었다. 이를 위해 1/6 축소된 ISO 9705 표준구획 및 길이가 약 3 m인 복도형상으로 제작되었으며, 연기농도가 실시간으로 측정되었다. 실험조건으로 다양한 화재환경을 구현하기 위해 버너의 크기 변화를 통해 환기 조건이 변화되었다. 또한 실험과 동일한 조건의 수치해석을 수행하여, 연기농도의 측정 및 예측결과가 비교⋅분석되었다. 결론적으로 FDS의 예측 불확실도의 검토를 통해 예측결과에 적절히 반영된다면, 화재 안전성 평가결과의 정확성 향상에 크게 기여될 수 있을 것으로 기대된다.