방재정보

1. 머리말

  화재 시 발생하는 연기 및 유독가스를 효과적으로 제어하기 위한 제연설비는 일정한 성능이 요구되며 각 구성품에 대한 성능시험방법과 평가기준이 마련되어 있어야 한다. 본 연구에서는 제연설비 주요 구성품 중 방연댐퍼에 대해 관련 기술기준을 살펴보고 특히 최근 국제표준으로 채택된 ISO 21927-8에 따른 성능시험장치를 구성하고 항목별 성능시험을 실시하여 평가방법의 적합성을 검토하고 제품의 품질 향상을 위한 고려사항들을 살펴보고자 한다.

2. 성능평가 항목 및 평가방법

  제연설비 구성품의 국제표준인 ISO 21927 Smoke and heat control systems 중 Part 8 : Smoke control dampers에는 방연댐퍼의 정량적인 평가를 위한 시험절차와 성능요건이 규정되어 있는데 이 연구에서는 방연댐퍼의 성능을 평가하기 위해 필요한 시험항목을 ISO 기준의 내용을 바탕으로 공기누설시험, 반복작동시험, 고온시험, 염수분무시험과 같이 네 가지로 선정하였다. 각 시험항목에 대한 시험방법 및 성능요건은 <표 1>과 같다.

<표 1> 방연댐퍼의 성능시험항목 및 시험방법

시험항목	시험방법 및 성능요건	비고
공기누설시험	- 댐퍼의 기밀(연기차단)성능을 확인하기 위하여 누설시험을 실시하여 차압을 측정압. -대기와의 차압에 따른 누설량이 해당 등급의 범위 안에 들 것.	블레이드와 케이스에 대해 각각 실시
반복작동시험	-시험체의 반복작동에 따른 신뢰성 및 내구성을 확인하기 위하여 모래주머니를 각 날개에 부착하고 100회 반복시험을 실시하여 동작시간을 측정함. -동작시간이 60초 이하일 것.
고온시험	-화재시 연기 및 열기류가 흐르는 고온의 환경조건에서 시험체의 동작여부 및 폐쇄유지 상태를 확인함. -동작여부 확인 및 면적감소율이 10% 이내이어야 함.	최고온도 600℃
염수분무시험	-염수분무 챔버 안에 시험체를 설치하고 2시간 동안 염수 분무 후 40 ℃, 93 %의 환경조건에 하루 동안 방치하는 것을 총 3사이클 반복함. -내식시험 후 정상적으로 동작하여야 하며 동작시간이 60초 이하일 것.

3. 실험결과 및 고찰

  본 연구에서 방연댐퍼는 2개 회사(M사, S사)의 제품을 사용하였으며 크기는 500 ㎜(W) × 500 ㎜(H), 재질은 아연도금강판이다. 블레이드는 두 제품 모두 3개로 이루어져 있으며 블레이드 하나의 크기는 500 ㎜(W) × 170 ㎜(H) 이다.

가. 공기누설시험

  시험체의 누설량을 측정하기 위한 시험은 아래 그림과 같은 풍도장치에 송풍기로 일정 유량을 공급했을 때 풍도 내부와 대기와의 차압에 따라 시험체의 누설량을 산정하게 된다.

  누설유량은 오리피스 방식으로 산출하게 되는데 말단에 설치한 시험체의 누설이 전혀 없다면 오리피스를 통과하는 유량이 0이 되고 P1과 P2의 차이가 없게 된다. 그러나 누설이 생기게 되면 오리피스 전후의 유동이 발생하고 압력차가 발생하게 된다. 이 때 1차측과 2차측의 압력차를 이용해 다음 식과 같이 유량을 계산할 수 있다.

  여기서 β는 오리피스 직경과 풍도와의 직경비로 를 나타내고, C는 유출계수, ε은 기체팽창보정계수, D는 풍도직경, ρ는 공기의 밀도이다. 위와 같은 방법에 의해 얻어진 댐퍼 내부와 대기와의 차압에 따른 시험체의 공기누설시험 결과는 <표 2>와 같다.

<표 2> 공기누설시험 결과

구분	차압(Pa)	P1	P2	β	누설량(ℓ/s)	환산누설량(ℓ/s·㎡)
M사	100	2510	-75	0.25	33	132
	500	1565	285	0.45	78	312
	1000	1945	773	0.55	115	460
S사	100	2100	-45	0.25	30	120
	500	1530	300	0.45	76	304
	1000	1940	790	0.55	114	456

  공기누설시험결과를 등급기준 그래프와 비교해 보면 두 시험체는 모두 Class 1(Class 4로 갈수록 기밀성 좋음)에 드는 것으로 나타났다. 따라서 국내 제품의 기밀성능은 다소 떨어지는 것으로 판단된다.

나. 반복작동시험

  시험체의 동작 신뢰성 및 내구성을 평가하기 위한 반복작동시험(일명 주기시험)은 먼저 무부하 상태에서 100사이클 왕복동작하여 동작시간이 60초 이하인지를 확인하였고, 또한 제품의 공칭작동부하를 계산하여 이에 따른 모래주머니를 매달고 100사이클 반복시험 후 동작시간을 측정하였다. 한 개의 블레이드에 가해진 모래주머니의 질량은 0.68kg이다.

  시험결과 두 회사 시험체 모두 내구성이 양호하였으며, 단일 블레이드 방식이 아닌 다단 형태의 블레이드 방식이라 동작시간이 짧게 나타났다. 또한 무부하 시 동작시간(블레이드 폐쇄시간)과 공칭작동부하에서의 동작시간을 비교한 결과 [표 3]과 같이 거의 차이가 없이 나타나 부하에 대한 내구성 및 신뢰성이 양호한 것으로 나타났다.

<표 3> 반복작동시험 결과

부하조건	동작시간				비 고
	M사		S사
	개방	폐쇄	개방	폐쇄
무부하	4초 2	4초 5	3초 9	3초 7	평균시간
공칭작동부하	4초 3	4초 5	3초 9	3초 8

다. 고온시험

  고온의 연기 및 열기류를 차단하는 방연댐퍼는 특히 내열성이 요구되므로 고온의 기류를 형성하여 실제와 유사한 조건을 만들어 줄 수 있는 시험장치를 구성하였다.

  시험에서 적용한 풍도 내부와 대기와의 차압은 –150Pa로, 가열로 연소기에 의해 가열된 연소가스가 챔버 내부의 시험체로 들어가 풍도를 통과하여 송풍기를 통해 배출된다. 시험시간은 총 30분이며 KS F 2257-1의 표준가열곡선을 따라 최고 600℃ 까지 가열되고 이 과정에서 시험체의 동작여부와 열변형 등에 의해 누설이 생기는지 이상 유무를 단면적의 변화로 판단하였다. 시험결과 두 시험체의 고온시험 시 동작여부와 개방면적의 차이는 [표 4]와 같이 나타나 내열성능은 양호한 것으로 판단된다.

<표 4> 고온시험 결과

구 분	5분경과후 동작여부		댐퍼 개방면적(㎠)		단면적 감소율(%)	비 고
	챔버안	챔버밖	시험전	시험후
M사	동작	동작	2500(50×50)	2455(49.6×49.5)	1.8	단면적 감소율이 10% 이내일 것
S사	동작	동작	2500(50×50)	2485(49.8×49.9)	0.6

라. 염수분무시험

  질량비 5 %의 염수 분위기에 일정기간 방치한 뒤 부식에 대한 저항성을 확인해 보기 위한 본 시험에서 아연도금강판 재질의 시험체는 외관상 별다른 손상이 없었으며 동작에도 이상이 없었다. 각 시험체에 대해 염수분무시험 후 동작시간을 부식시험 전의 동작시간과 비교해 본 결과 거의 차이가 없이 나타나 내식성능은 양호한 것으로 나타났다.

<표 5> 염수분무시험 후 동작시간

횟수	동작시간				비 고
	M사		S사
	개방	폐쇄	개방	폐쇄
1	4초 4	4초 5	4초 0	3초 9
2	4초 3	4초 5	4초 0	3초 8
3	4초 5	4초 4	3초 9	4초 0
평균	4초 4	4초 5	4초 0	3초 9

4. 맺음말

  화재발생 시 소방관의 소화활동을 돕고 재실자의 피난안전을 확보해주기 위한 제연설비 구성품 중 방연댐퍼에 대해 성능위주의 적합성을 평가하고자 ISO 기준에 따라 시험장치를 구성하고 성능시험을 실시하였다. ISO 기준의 시험절차는 화재발생 시 본 제품의 고유목적 달성 여부를 합리적으로 평가할 수 있는 구체적인 성능항목 및 시험절차, 성능요건이 명확히 규정되어 있었고 이에 따른 항목별 성능시험을 통해 적절한 결과가 얻어졌다.

  본 연구에서 방연댐퍼에 대한 시험항목을 선정하고 성능시험을 실시한 결과 이러한 시험방법을 국내에 적용하는 것은 전반적으로 가능할 것으로 판단된다. 다만 일부 항목에 있어서 성능 보완이 필요한 것으로 나타났으며 이의 보완은 기술적으로 큰 어려움이 없을 것으로 사료된다. 또한 성능위주의 시험방법을 올바르게 적용하기 위해서는 각 항목에 대한 과학적이고 논리적인 연구노력이 더욱 가속화되어야 할 것이다.

참고문헌
1) 곽지현, 제연설비 성능시험방법의 표준화, 한국화재소방학회논문지 제20권 제3호, pp. 21-28.
2) ISO 21927 Smoke and heat control systems - Part 8
3) 화재안전기준(NFSC 501) - 제연설비의 화재안전기준
4) KS F 2815 배연설비의 검사표준