부속실 제연: 누설량·배출 송풍기·폐쇄력·수직풍도 구조

문제

【문제 1】 다음 물음에 답하시오. (40점)

물음 1) 특별피난계단의 계단실 및 부속실 제연설비에 관한 다음 물음에 답하시오. (23점)

〈조건〉

• 지하 4층/지상 3층의 스프링클러설비가 없는 내화구조 건축물로 특별피난계단 부속실에 제연설비가 설치되어 있다.
• 방화문 크기(높이 × 폭): 2.0 m × 1.0 m
• 중력가속도: 9.8 m/s², 현재기온: 20 ℃, 공기의 밀도: 1.204 kg/m³, 유량계수 C: 0.7
• 차압은 법적 최소차압을 적용한다.
• NFPC 501A, NFTC 501A를 따른다.
• 계산값은 소수점 다섯째자리에서 반올림하여 소수점 넷째자리까지 구한다.

(1) 지상 2층의 부속실과 복도 사이의 누설량을 구하려고 한다. 다음을 각각 계산하시오. (10점) ① 화재안전기술기준을 적용한 누설량(m³/s) ② 「문세트(KS F 3109)」에 따른 기준을 적용한 최대 허용 누설량(m³/s)

(2) 특별피난계단 부속실의 배출용 송풍기 최소 풍량(m³/hr) 및 입상덕트의 최소 크기(m²)를 각각 계산하시오. (4점)

(3) 출입문 개방에 필요한 최대 힘을 기준으로 출입문에 설치된 폐쇄장치(Door Closer)의 폐쇄력(N)을 계산하시오. (단, 출입문 손잡이는 문의 끝에 설치되었다.) (4점)

(4) 수직풍도를 「건축물의 피난·방화구조 등의 기준에 관한 규칙」 제3조 제2호의 기준에 맞게 설치할 경우 다음 ( )에 들어갈 내용을 쓰시오. (5점)

• 철근콘크리트조 또는 철골철근콘크리트조로서 두께가 ( ㄱ )센티미터 이상인 것
• 골구를 철골조로 하고 그 양면을 두께 ( ㄴ )센티미터 이상의 철망모르타르 또는 두께 ( ㄷ )센티미터 이상의 콘크리트블록·벽돌 또는 석재로 덮은 것
• 철재로 보강된 콘크리트블록조·벽돌조 또는 석조로서 철재에 덮은 콘크리트블록 등의 두께가 ( ㄹ )센티미터 이상인 것
• 무근콘크리트조·콘크리트블록조·벽돌조 또는 석조로서 그 두께가 ( ㅁ )센티미터 이상인 것

핵심 키워드

• SP 없음 → 최소차압 40 Pa
• 틈새면적 $A=\dfrac{L}{\ell}A_d$, 외여닫이 $\ell=5.6$, 실내 쪽으로 열림 $A_d=0.01$
• $Q=CA\sqrt{2\Delta P/\rho}$
• 배출용 송풍기: $Q_N$ = 출입문 1개 면적 × 방연풍속(복도 → 0.5 m/s), 풍도 15 m/s 이하
• 폐쇄력 = 110 N − 차압에 의한 힘

답안

(1) ① 화재안전기술기준 누설량

• 틈새 길이: $L=2\times(2.0+1.0)=6\ \text{m}$ (5.6보다 크므로 그대로)
• 틈새면적: $A=\dfrac{6}{5.6}\times0.01=0.0107\ \text{m}^2$
• 차압: 스프링클러설비가 없으므로 40 Pa

$$Q=0.7\times0.0107\times\sqrt{\frac{2\times40}{1.204}}=0.0611\ \text{m}^3/\text{s}$$

답: 0.0611 m³/s

(1) ② KS F 3109 기준 최대 허용 누설량 (조건부)

방화문 문세트 기밀성 기준을 차압 25 Pa에서 0.9 m³/min·m² 로 보고, 누설량이 차압의 제곱근에 비례한다고 하면

$$Q=\frac{0.9\times(2.0\times1.0)}{60}\times\sqrt{\frac{40}{25}}=0.0379\ \text{m}^3/\text{s}$$

답: 0.0379 m³/s (기준값 확인 필요)

(2) 배출용 송풍기 풍량·입상덕트

• 부속실만 제연하고 면하는 옥내가 복도(내화구조 건물 → 방화구조) → 방연풍속 0.5 m/s
• $Q_N=2.0\times0.5=1.0\ \text{m}^3/\text{s}=3{,}600\ \text{m}^3/\text{hr}$
• 송풍기 최소 풍량 = $Q_N$(+ 여유량) → 3,600 m³/hr
• 기계배출식 입상덕트 풍속 15 m/s 이하: $A=\dfrac{1.0}{15}=$ 0.0667 m²

(3) 도어클로저 폐쇄력

차압에 의해 문에 걸리는 힘(손잡이가 문 끝, d = 0):

$$F_P=\frac{K_d\,W\,A\,\Delta P}{2(W-d)}=\frac{1\times1.0\times2.0\times40}{2\times1.0}=40\ \text{N}$$

개방력 한도 110 N이므로 $F_{dc}=110-40=$ 70 N

(4)

• ㄱ: 7
• ㄴ: 3
• ㄷ: 4
• ㄹ: 4
• ㅁ: 7

근거

• NFTC 501A 2.3.1(최소차압 40 Pa, SP 설치 시 12.5 Pa), 2.3.2(개방력 110 N 이하), 2.7.1(방연풍속), 2.9.1.1(출입문 틈새면적, 방화문은 KS F 3109 기준 고려 가능), 2.11.1.4.2(기계배출식 15 m/s 이하), 2.11.1.5.2(송풍기 풍량 = QN + 여유량).
• 누설량 식: 오리피스 식 $Q=CA\sqrt{2\Delta P/\rho}$. NFTC 해설서의 $Q=0.827A\sqrt{P}$는 C = 0.64, ρ = 1.2를 대입한 형태로, 조건에 C = 0.7과 ρ = 1.204를 주었으므로 일반식을 썼다.
• 폐쇄력 식: $F=F_{dc}+\dfrac{K_dWA\Delta P}{2(W-d)}$ (SI 단위에서 $K_d=1$).
• 방화구조규칙 제3조제2호(외벽 중 비내력벽): 철근콘크리트조 7 cm, 철골 골구 양면 철망모르타르 3 cm 또는 콘크리트블록 등 4 cm, 철재 보강 블록조 4 cm, 무근콘크리트조 등 7 cm.