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ISSN : 1229-6783(Print)
ISSN : 2288-1484(Online)
Journal of the Korea Safety Management & Science Vol.23 No.3 pp.97-102
DOI : http://dx.doi.org/10.12812/ksms.2021.23.3.097

Analysis of Temperature Rise and Operation Time of Differential Spot Type Detector in Case of Mattress Fire in Multi-family House

Seo-Young Kim*, Ha-Sung Kong**
*President, Department of Fire & Disaster Prevention, Woosuk University
**Associate Professor, Department of Fire & Disaster Prevention, Woosuk University
†Corresponding Author : Ha-Sung, Kong, 443, Samnye-ro, Samnye eup, Wanju-gun, Jeonbuk, E-mail: 119wsu@naver.com
August 25, 2021 September 16, 2021 September 17, 2021

Abstract

This study developed a scenario to understand the reaction rate and operational time according to RTI value of rate of rise detector in each type in case of fire mattress. In the results of analyzing the reaction rate and operational time of detector in each scenario, in case when installing a single detector, the elevated temperature per minute was raised to 8℃/min ~ 9℃/min. In case when installing two detectors, it was raised to 9℃/min ~ 10℃/min. In case when installing three detectors, it was raised to 10℃/min. The horizontal distance between detector and mattress was 1.8m~2.5m. Whenever the number of detectors was increased, the horizontal distance was decreased. The operational time of detector was within maximum 540 seconds and minimum 420 seconds. As the research tasks in the future, there should be the researches on the effects of reaction rate of detector on the evacuation in case of fire through the result value of RSET by setting up the latency until the detector operates, and the researches on the safety by understanding if the operational time of detector is suitable for the evaluation standard of performancecentered design.
Rate of Temperature type Detector, Apartment, Fire Detector, Fire aiarm system

다가구 주택의 매트리스 화재 시 차동식 스포트형 감지기의 온도상승 및 동작시간 분석

김서영*, 공하성**
*우석대학교 소방방재학과 석사과정
**우석대학교 소방방재학과 교수

초록

1. 서 론

 화재 발생 시 열 및 연기가 감지되면 감지기를 통해 신호를 보내 경보를 발하도록 구성되어 있다. 하지만 어떤 원인으로든 감지기의 동작원리에 해당되는 현상이 존재하면 화재가 아님에도 불구하고 동작되는 한계성을 가지고 있다. 화재가 발생하지 않은 상황에도 불구하고 화재 경보를 알리는 것을 비화재보라고 정의하며, 화재가 발생한 상황 에도 불구하고 화재 경보를 알리지 않는 경우를 실보라고 정의한다. [1]
 감지기의 비화재보로 인해 관리에 불편을 느끼는 관리자들이 화재감지기 전원을 꺼두는 일들이 발생하고 있다. [2] 화재를 예방하기 위해 설치한 감지기들은 열 또는 연기가 감지되면 경보를 발생하기 때문에 난방으로 인한 열, 흡연 등으로 발생하는 연기에도 화재로 인식하고 동작하는 경우가 많다. 이런 경우들로 인해 감지기의 오동작이 빈번하다면 화재를 인지하는 시간이 지연되어 큰 인명피해가 발생할 수 있다.
 기존 연구를 분석하면 황동환(2015)의 연구에서는 국가 화재 안전 기준과 UL(Underwriters Laboratories)에서 정하는 차동식 스포트형 감지기의 설치기준을 비교하여 신속한 피난을 할 수 있는 합리적인 방안을 연구 하였다.[3] 홍성호 외(2017)의 연구에서는 차동식 감지기 및 정온식 감지기의 민감도에 따라 등급 분류 별 감도 특성을 연구하였다.[4] 류호철(2018)의 연구에서는 일반적인 화재를 가정하여 화원 5개를 발생시켜 동작시간을 특정하여, 빠른 감지와 동작을 할 수 있도록 최적의 설치 위치를 찾는 연구를 하였다.[5]
 선행연구에서는 감지기의 설치기준을 비교하여 신속한 피난을 하는 방법, 감지기의 민감도를 분석하여 감도 특성 연구 그리고 화원의 최적 설치 위치를 찾는 연구들이 대부분이었지만 RTI값이 변화됨을 통해 화재 시 감지기의 상승온도와 동작시간을 분석한 연구는 거의 없다.
 따라서 이 연구에서는 매트리스 화재 시 성능위주소방설 계 방식의 기초 자료를 삼고자 감지기가 동작하는데에 적합한 감도를 찾기 위한 상승온도 및 동작시간을 분석하였다.
 

2. 화재시뮬레이션

2.1 건축물 구조 및 실험모델의 설정

 다가구 주택 원룸의 침대 매트리스에서 화재가 발생한 상황을 가정하였으며 원룸의 구조는 [Figure 1]과 같다. 원룸의 크기는 가로 4m, 세로 7m, 높이 2.4m 크기이다.
 
 
 매트리스는 싱글 매트리스와 더블 매트리스로 설정하 였으며, 싱글 매트리스의 사이즈는 1m x 2m, x 0.3m, 더블 매트리스는 1.4m x 2m, x 0.3m 이다.
 
 

2.2 감지기의 설치개수 산정 및 설치 위치

 다가구 주택은 일반적으로 철근콘크리트구조이므로 내 화구조로서 바닥에서 반자까지의 높이는 2.4m이다. 다가구 주택의 바닥면적은 28m2이다. 바닥면적과 높이를 기준 으로 해당 원룸에 규약설계방식에 따라 차동식 스포트형 감지기를 설치하게 되면 <Table 1>과 같이 차동식 스포트형 1종과 2종은 각 1개씩만 설치하면 된다.[6]
 
 
 하지만 성능위주설계방식의 기초자료로 삼고자 다가구 주택 원룸의 각 부분에서 화재를 유효하게 감지하기 위해서 감지기를 1∼3개까지 설치하는 것으로 가정하였으며, 감지기는 [Figure 3]과 같이 균등하게 배치한다.
 
 

2.3 시나리오 구성

 시나리오 구성 시 매트리스에서 화재가 발생한 것으로 가정하였다. 시나리오는 총 4가지로 <Table 2>와 같이 구성하였다. 시나리오 1은 싱글 매트리스에서 화재 발생 시 차동식 1종 감지기 상승온도 및 동작시간, 시나리오 2에서는 더블 매트리스에서 화재 발생 시 차동식 1종 감지기 상승온도 및 동작시간에 대해 분석한다. 시나리오 3에 서는 싱글 매트리스에서 화재 발생 시 차동식 2종 감지기 상승온도 및 동작시간, 시나리오 4에서는 더블 매트리스에서 화재 발생 시 차동식 2종 감지기 상승온도 및 동작시 간에 대해 분석하고자 한다.
 
 

2.4 화재 시뮬레이션 프로그램 입력 값

 매트리스 화재 시 감지기의 반응시간을 위해 시뮬레이 션의 입력변수는 반을물질, Mesh 크기, 초기온도, 화재 표면적, RTI, 열방출률에 대하여 <Table 3>과 같이 입력 값을 적용하였다. 매트리스의 소재는 Polyurethane이라 는 물질로 구성되어 있다고 가정하였다. Mesh 크기는 0.250m x 0.275m x 0.25m로 설정하였으며, 감지기의 초기온도는 20℃로 설정하였다. 화재 표면적은 바닥의 매 트리스 표면적을 제외한 매트리스 전체를 표면적으로 정하였다. 싱글 매트리스의 화재 표면적은 3.8m2 , 더블 매트 리스의 화재 표면적은 4.84m2 이다.. 감지기의 RTI 값은 차동식 감지기 1종일 때에는 159 , 2종일 때에는 122  로 설정하였다.[7] 열방출율은 매트리스 방출율인 381.94kW/m2에서 싱글매트리스의 화재표면적을 나 눈 값인 100.51kW/m2으로 설정하였다.[8]
 
 

3. 결과 및 고찰

3.1 시나리오 1

 싱글 매트리스에서 화재가 발생할 시 차동식 1종 감지기가 동작하는 시간은 <Table 4>와 같다. 감지기가 1개 일 때에는 분당 상승온도가 8℃/min, 감지기와 매트리스 간 수평거리는 2.5m이며, 540초 이내에 동작하였다. 감지기가 2개일 때에는 분당 상승온도가 9℃/min, 감지기와 매트리스 간 수평거리는 2.1m이며, 420초 이내에 동작하였다. 마지막으로 감지기가 3개일 때에는 분당 상승온도가 10℃/min, 감지기와 매트리스 간 수평거리는 2.0m이며, 420초 이내에 동작하였다.
 
 

3.2 시나리오 2

 더블 매트리스에서 화재가 발생할 시 차동식 1종 감지기가 동작하는 시간은 <Table 5>와 같다. 감지기가 1개 일 때에는 분당 상승온도가 9℃/min, 감지기와 매트리스 간 수평거리는 2.4m이며, 420초 이내에 동작하였다. 감지기가 2개일 때에는 분당 상승온도가 10℃/min, 감지기와 매트리스 간 수평거리는 1.9m이며, 540초 이내에 동작하였다. 마지막으로 감지기가 3개일 때에는 분당 상승 온도가 10℃/min, 감지기와 매트리스 간 수평거리는 1.8m이며, 420초 이내에 동작하였다.
 
  

3.3 시나리오 3

 싱글 매트리스에서 화재가 발생할 시 차동식 2종 감지기가 동작하는 시간은 <Table 6>과 같다. 감지기가 1개 일 때에는 분당 상승온도가 8℃/min, 감지기와 매트리스 간 수평거리는 2.5m이며, 540초 이내에 동작하였다. 감지기가 2개일 때에는 분당 상승온도가 9℃/min, 감지기와 매트리스 간 수평거리는 2.1m이며, 420초 이내에 동작하였다. 마지막으로 감지기가 3개일 때에는 분당 상승온도가 10℃/min, 감지기와 매트리스 간 수평거리는 2.0m이며, 420초 이내에 동작하였다.
 
  

3.4 시나리오 4

 싱글 매트리스에서 화재가 발생할 시 차동식 2종 감지기가 동작하는 시간은 <Table 7>과 같다. 감지기가 1개 일 때에는 분당 상승온도가 9℃/min, 감지기와 매트리스 간 수평거리는 2.4m이며, 420초 이내에 동작하였다. 감지기가 2개일 때에는 분당 상승온도가 10℃/min, 감지기와 매트리스 간 수평거리는 1.9m이며, 4280초 이내에 동작하였다. 마지막으로 감지기가 3개일 때에는 분당 상승 온도가 10℃/min, 감지기와 매트리스 간 수평거리는 1.8m이며, 420초 이내에 동작하였다.
 
 
 각 시나리오 별 감지기의 분당 상승온도와 감지기 동작 시간을 비교한 결과는 <Table 8>과 같다.
 
 
 

4. 결론 및 제언

 이 연구는 매트리스 화재 시 차동식 감지기의 종별 RTI 값에 따라 감지기의 반응속도 및 동작시간을 알아보기 위하여 시나리오를 개발하였다. 차동식 감지기의 종별 RTI 값에 따른 시뮬레이션 결과는 다음과 같다.
 (1) 시나리오 1의 경우 감지기 1개일 경우 분당 상승속도 8℃/min, 감지기와 매트리스 간 수평거리는 2.5m이며 동작시간은 540초 이내에 동작한다. 감지기 2개일 경우 분당 상승속도 9℃/min, 감지기와 매트리스 간 수평거리는 2.1m이며 동작시간은 420초 이내에 동작한다. 감지기 3개일 경우 분당상승속도 10℃/min, 감지기와 매트리스 간 수평거리는 2.0m이며 동작시간은 420초 이내에 동작한다.
 (2) 시나리오 2의 경우 감지기 1개일 경우 분당 상승속도 9℃/min, 감지기와 매트리스 간 수평거리는 2.4m이며 동작시간은 420초 이내에 동작한다. 감지기 2개일 경우 분당 상승속도 10℃/min, 감지기와 매트리스 간 수평거리 는 1.9m이며 동작시간은 540초 이내에 동작한다. 감지기 3개일 경우 분당상승속도 10℃/min, 감지기와 매트리스 간 수평거리는 1.8m이며 동작시간은 420초 이내에 동작한다.
 (3) 시나리오 3의 경우 감지기 1개일 경우 분당상승속 도 8℃/min, 감지기와 매트리스 간 수평거리는 2.5m이며 동작시간은 540초 이내에 동작한다. 감지기 2개일 경우 분당상승속도 9℃/min, 감지기와 매트리스 간 수평거리 는 2.1m이며 동작시간은 420초 이내에 동작한다. 감지기 3개일 경우 분당상승속도 10℃/min, 감지기와 매트리스 간 수평거리는 2.0m이며 동작시간은 420초 이내에 동작한다.
 (4) 시나리오 4의 경우 감지기 1개일 경우 분당상승속도 9℃/min, 감지기와 매트리스 간 수평거리는 2.4m이며 동작시간은 420초 이내에 동작한다. 감지기와 매트리스 간 수평거리는 1.9m이며 감지기 2개일 경우 분당상승속 도 10℃/min, 동작시간은 480초 이내에 동작한다. 감지기 3개일 경우 분당상승속도 10℃/min, 감지기와 매트리스 간 수평거리는 1.8m이며 동작시간은 420초 이내에 동 작한다.
 각 시나리오별 감지기의 반응 시간을 분석한 결과 감지기를 1개 설치할 경우 분당 상승온도는 8℃/min∼ 9℃ /min까지 상승하였고, 2개를 설치할 경우 9℃/min∼ 1 0℃/min까지 상승하였다. 3개를 설치하였을 때에는 10℃ /min까지 상승하였다. 감지기와 매트리스 간의 수평거리는 1.8m∼2.5m이며, 수평거리는 감지기의 개수가 증가할 때에 거리가 감소되는 것을 볼 수 있었다. 감지기 동작 시간은 최대 540초 이내에 동작되었고, 최소 420초 이내 에 동작하였다.
 향후 연구과제로 감지기가 동작하는 시간까지 지연속도를 설정하여 피난을 하였을 때 RSET의 결과 값에 대한 연구를 통해 감지기가 반응하는 속도가 화재발생 시 피난 을 하는데 어떠한 영향을 미치는지에 대한 연구와 감지기의 동작시간이 성능위주설계의 평가기준에 적합한지에 대한 연구를 통한 안전성에 관한 연구가 필요하다.

Figure

Table

Reference

  1. [1] Y. J. Son(2008), “Research on the reliability improvement of automatic fire alarm system for fire prevent and protection.” Master's thesis, Seoul National University of Technology, Dept. of Control & Instrumentation Engineering Graduate School of Industry and Engineering, p. 24.
  2. [2] NEWSIS(2016, December 28), https://newsis.com/view/?id=NISX20160102_0013813650
  3. [3] D. H. Hwang(2015), “A simulation on heat detectors performance of differential temperature type heat detection according to layout distance.” Doctoral dissertation, Department of Industrial and Management Engineering Graduate School of Myongji University, pp. 1-3.
  4. [4] S. H. Hong, D. S. Kim, K. O. Choi(2017), “A study on the classification of domestic fire detector using response time index.” Journal of the Korean Society of Safety, 32(2):46-49.
  5. [5] H. C. Ryu(2014), “Analysis on activation characteristic of heat detectors in a compartment fire.” Journal of the Society of Disaster Information, 10(4): 598-599.
  6. [6] NFSC 203 Clause 7.
  7. [7] S. H. Hong, D. S. Kim, K. O. Choi(2017), “A study on the classification of domestic fire detector using response time index.” Journal of the Korean Society of Safety, 32,(2):46-49.
  8. [8] H. J. Kim, D. G. Lilley(2000), “Heat release rates of burning items in fires.” AIAA 2000-0722, 38th Aerospace Sciences Meeting & Exhibit, 10-13 January, Reno, NV.
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