미분무수 소화시스템 개발에 관한 연구

Abstract

건축물에 적용 가능한 첨단 미분무수 소화시스템을 연구하기 위하여 노즐 3가지를 개발하였다. 선회날개가 없는 노즐 1개와 정원형 노즐 2개를 설계 및 제작하였다. 이 노즐 중 선회날개가 없는 노즐 A와 정원형 노즐 B를 대상으로 성능해석을 위해 컴퓨터를 이용한 수치해석을 실시하였다. 수치해석에서는 노즐내부의 유동과 외부의 분무유동장을 해석하여 노즐의 성능을 평가하였다. 더불어 선회날개가 없는 노즐에 대해서는 실제 분무실험을 실시하였다. 소화시스템 개발에서는 사용노즐의 종류, 사용압력, 노즐개수와 배치등을 결정하기 위해 먼저 컴퓨터를 이용한 화재시뮬레이션을 수행한 다음 실물화재 진압실험을 하였다. 운전범위와 유량계수, 유동형태 및 분무특성 등을 설계변수로 하였고 화재시뮬레이션과 실물화재 진압실험을 하였으며, 다음과 같은 결론을 얻었다. 첫째, 노즐의 분무해석결과에 따라 분무궤적과 입자분포는 실험값과 수치해석결과가 유사하다는 것을 알 수 있었다. K-factor는 수치해석결과 2.45로 계산되었으며, 실제실험에서는 2.47로 나타났고 분무평균입경인 SMD에서는 수치해석결과 76.8㎛, 실험결과 70.2㎛로 유사한 것을 알수 있었다. 둘째, 노즐의 설계변수에 따른 분무특성에 대해서는 d_(o) 가 작으면 손실에 의해 K-factor가 떨어지고 SMD는 작아지면서 분사각은 커지는것을 알 수 있었다. l_(0)의 길이에 의한 변화에 있어 성능특성 및 분사특성의 일정한 규칙을 파악하기 어려웠으며, 이는 차후에 더 많은 경우에 대해 해석할 필요가 있을 것으로 판단된다. 셋째, 수치해석결과에서 노즐 A와 노즐 B를 비교하면 선회날개가 없는 노즐 A의 K-factor는 2.45이고 정원형 노즐인 노즐 B의 K-factor는 0.3852인 것으로 나타났다. 이것은 노즐 A의 오리피스는 12개이고 노즐 B의 오리피스는 3개인 것을 감안할 때 노즐 A가 노즐 B보다 물의 분무량이 2배 정도 많다는 것을 의미한다. 따라서 노즐 A는 기존의 정원형 노즐보다 미분무의 특성면에서 미분무수의 침투력이 높아 초기소화에 효과적임을 알 수 있다. 넷째, 개발된 노즐을 사용하여 700㎥공간에서 소화성능기준을 만족하는 소화시스템을 개발하였다. 작동압력은 100bar, 노즐 A를 천장에 4개, 빌지에 2개, 출입구 상부 0.3m위치에 1개를 사용하여 화재를 진압하였다. 다섯째, 개발된 노즐을 사용하여 3,000㎥의 대 공간에서 소화성능기준을 만족하는 소화시스템을 개발하였다. 소화시스템의 작동압력은 80bar이고 천장에는 노즐 A를 6.6m×6.6m의 격자로 9개, 빌지에는 노즐 B를 2.5m×2.5m 격자로 6개 사용하였으며, 출입구 상부 0.5m 위치에는 노즐 C를 3개 사용하여 화재를 진압하였다. 본 연구는 노즐과 소화시스템 개발에 중점을 두었으므로 화재원인 및 규모에 따른 미분무수 소화메카니즘의 세부적인 현상파악에는 다소 미흡한 점이 있을 것이다. 화재와 미분무수간의 복잡한 현상이 아직은 정확하게 규명되지 않은 상태이므로 향후 보다 세부적인 연구가 필요할 것으로 생각된다.

In the case of total flooding fire extinguishing equipments, halon and carbon dioxide system is currently often used, but is speculated to be restricted in the discharge after having been confirmed as a substance in global warming. On the other hand, as the replacement of current system, water mist fire extinguishing equipment is under great interests of domestic and foreign research developments. This study intends to examine the water mist fire extinguishing equipment with total flooding system that puts out fire in buildings. Since the performance evaluation standards of the water mist fire extinguishing equipments are not clear, the study applied the IMO Standard and verified the fire extinguishing system through actual fire experiments under the scenarios proposed by fire extinguishing system that is designed with optimum conditions. The system was designed through simulations of design for spray nozzle, performance test of the nozzle and performance in fire, all of which are appropriate for total water mist fire extinguishing equipments in protecting buildings according to the NFPA 750 Standard. Depending on the spray analysis of nozzle, spray trajectory and particle distribution were found to have similar values in the experiments and the results of analysis. K-factor had value of 2.45 in the analysis and value of 2.47 in the actual experiment; and in SMD, the average droplet size distribution of spray, had value of 76.8 m, in the analysis and value μ of 70.2μm in the actual experiment, showing similar results. In the development of the fire extinguishing system, fire extinguishing performance was evaluated with numerical method prior to the actual experiments for designing the nozzle arrangements. Based on the results, fire extinguishing simulation and actual fire extinguishing experiments were carried out. Fire extinguishing system to be satisfied the performance evaluation standard of fire extinguishing in volume of 700m³ and 3,000㎥ is developed with the usage of improved nozzle.