HVAC SYSTEM 과 제연설비

2012. 11. 19

기계공학과 4 차

발표자 : 김 성 하

자동제어시스템 (Auto Control System)

• 온도제어

• 습도제어 ( 냉각제습 )

실내온도 검출기( 온도센서 등 )

실내온도 검출기( 온도센서 등 )

설정온도 이하 ( - 편차온도 )설정온도 이하 ( - 편차온도 )

설정온도 이하 ( + 편차온도 )설정온도 이하 ( + 편차온도 )

전기히터 PID/ON,OFF STEP 제어전기히터 PID/ON,OFF STEP 제어

전기히터 PID/ON,OFF STEP 제어전기히터 PID/ON,OFF STEP 제어

가열밸브 PID/ON,OFF 제어가열밸브 PID/ON,OFF 제어

공냉식 냉동기 ON,OFF STEP 제어공냉식 냉동기 ON,OFF STEP 제어

열원에 따라

습도 요구치가 40% 이하일 경우는 건식제습방식을 택한다

실내습도 검출기( 습도센서 등 )

실내습도 검출기( 습도센서 등 )

설정습도 이하 ( - 편차습도 )설정습도 이하 ( - 편차습도 )

설정습도 이하 ( + 편차습도 )설정습도 이하 ( + 편차습도 )

가습기 ON,OFF STEP 제어(Pan Type, 전자전극봉 Type)

가습기 ON,OFF STEP 제어(Pan Type, 전자전극봉 Type)

가습 밸브 PID/ON,OFF 제어가습 밸브 PID/ON,OFF 제어

공냉식 냉동기 ON,OFF STEP 제어

공냉식 냉동기 ON,OFF STEP 제어

가습방식에 따라

HVAC SYSTEM

자동제어시스템 (Auto Control System)

• 실내차압제어

• 현장제어 / 중앙제어

• 현장제어 (Local Control)

- 각 기기별 기동 및 감시 , 제어를 Local Panel 에서 제어

실내차압 검출기( 차압센서 등 )

실내차압 검출기( 차압센서 등 )

설정차압 이하 ( - 편차압 )설정차압 이하 ( - 편차압 )

설정차압 이하 ( + 편차압 )설정차압 이하 ( + 편차압 )

Damper 비례제어Damper 비례제어

인버터에 의한 송풍량 제어인버터에 의한 송풍량 제어

제어방식에 따라

공조기기의 제어

Dowoo Engineering. Co., Ltd

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 .

제연설비

제연설비 작동순서도

화재감지기 작동또는

수동조작함 작동

제 어 반

제연댐퍼 작동

MD 작동확인

제 어 반

자동제어 FAN 정지 ( 전부 )

MVD 작동( 화재구역 )

자동제어 FAN 기동( 화재구역 )

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 , MD 의 과부하로 전선의 허용전류를 초과하여 MD 가 작동하지 않을 수도 있다 .

또한 , AHU 의 MVD 가 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∼5 배 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 MD 의 종류에 따라 달라야 하겠지만 최소한 30 초는 되어야 한다 .

순환공조( 평상시 )

연기감지기 작동Or 수동조작

제어반

FAN 정지

댐퍼 작동

댐퍼 기동확인

FAN 가동

제 연

순환공조 정지( 야간ㆍ휴무 )

연기감지기 작동Or 수동조작

제어반

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 ΔP 는 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 .

(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 .

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 구획② 배출량의 결정연기의 배출량은 제연경계의 수직거리 , 보행중심선의 거리 등에 따라 법에 규정되어 있지만 설계자는 실용도와 화재하중에 따라 법규정의 하한선을 초과하는 범위에서 재량과 계산에 의하여 결정하여야 한다 .

③ 덕트 크기 결정° 기술기준 : 배출기의 흡입측 풍안도의 풍속을 초속 15m 이하로 하고 배출측 풍속은 20m 이하로 할 것 .°Q=AV 에 의해 덕트의 면적이 계산되므로 Aspect ratio 를 1/4 로 하면 덕트의 가로 , 세로 치수가정해진다 .° 흡입측과 토출측의 풍속이 다른 것은 흡입측 퐁도의 압력강하량을 낮추고 기류가 혼란되지 않도록 하기 위함이다 .

°P 는 덕트치수와 풍량에 의하여 덕트선도에서 구할 수 있다 .

④ fan 의 크기 결정

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 < 그림 2>

와 같다 . 즉 , 화재실이 대기압보다 낮은 부압이 형성되어야 한다 . 따라서 화재초기 완벽한 제연을

확보하려면 급기가압도 병행해야 한다 .

(3) 제연 Tower 의 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 .

(4) smoke control flow

① 특별피난계단 및 비상용 엘리베이터실을 정압상태로 유지하기 위해 신선외기로 가압하여 화재

실에서 부터 smoke 의 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 .

(5) 제연 fan 의 위치

① 제연 fan 은 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 .

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 ΔP₁ 은 송풍이 출구에서 전실틈새까지의 전압치이며 , ΔP₂,ΔP₃ 도 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=CυQ² 에서 Q 를 증가시키는

개념이다 (Cυ 는 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 fan 크기를 선정토록 한다 .

(7) 제연구의 선정

① 제연구는 전동댐퍼로서 수신반 또는 DDC 의 신호에 의해 자동적으로 개방된다 .

② 수동으로도 개방이 가능하도록 한다 .

③ 풍도 면적이 90×50 이므로 40×40 정도로 선정한다 . 즉 제연구 크기와 기능과는 큰 오차가

없다고 간주한다 .

(8) 제연 방식별 장 · 단점 비교

① 밀폐제연방식

복도와 특별피난계단이 완전히 분리되고 특별피난계단이 대기에 개방되었을 경우는 안전하다고 볼 수 있

다 .

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 .

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)

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 .

현행 관련법규

(1) 소방법 시행령 제 32 조 ( 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 , ③ 환자 , 병약자 , 정신병자 , ④노인 , 어린이 )③ 생략④ 지하가로서 연면적 1,000㎡이상 ( 지하층의 연기에 대한 위험성 )⑤ 특수장소에 부설된 특별피난계단 및 비상용 승강기의 승강장

(2) 건축법 시행령 제 141 조 피난계단 및 특별피난계단의 구조특별피난계단의 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 35 조의 2( 제연설비 )6층 이상의 건축물로서 종료시설 , 의료시설 , 업무시설 , 숙박시설 , 판매시설 및 관람집회시설의 거실에는 건설부령이 정하는 바에 따라 제연설비 설치

(4) 건축법 시행규칙 제 20 조 ( 제연설비 )① 상기 시행령의 위임사항으로 소방시설 기준에 관한 규칙 제 113 조에 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 .