배연설비,제연설비 일반사항

제연설비 일반사항

가. 개요

건물화재시 발생하는 연기의 특징은 발연량이 많고 바닥으로부터 1m정도까지 연기로 차면 암흑세계(연기가 광선을 흡수하므로)로 되어 방향감감이 없어지고, 화재연소는 각종 가연물의 혼합연소이므로 그 결과 생기는 연기는 유독가스를 다량으로 함유하고 있고, 연소에는 공기중의 산소가 소비되므로 연기중의 산소농도는 낮아지고 그 농도가 16% 이하로 되는 경우에는 인명에 위해를 준다. 또한 화재연기는 연소온도에 가까운 고온이며 다량의 에너지를 보유하고 있으므로 유동성 및 확산성이 강대하여 화재 확대연소의 주범이 된다.
2000년 현재 건축법의 배연은 자연배연방식,스모크타워배연방식, 제1종·제2종·제3종 기계배연방식이 있다.

소방법시행령32조1항(최신법은 여기를 클릭하세요)

①제연설비를 설치하여야 할 소방대상물은 다음과 같다.<개정 1995.8.10, 1997.9.27>

1. 관람집회 및 운동시설로서 무대부의 바닥면적이 200제곱미터이상인 것
2. 근린생활 및 위락시설·판매시설 및 숙박시설로서 지하층 또는 무창층의 바닥면적이 1천제곱미터이상인 것
3. 시외버스정류장·철도역사·공항시설·해운시설의 대합실 또는 휴게시설로서 지하층 또는 무창층의 바닥면적이 1천제곱미터이상인 것
4. 지하가(터널을 제외한다)로서 연면적 1천제곱미터이상인 것
4의2. 지하가중 터널로서 길이가 1천미터이상인 것
5. 특수장소(갓복도형아파트를 제외한다)에 부설된 특별피난계단 및 비상용승강기의 승강장

제연설비에 관한 기술기준

제113조 【제연설비의 설치기준】
제114조 【제연구역】
제115조 【제연방식】
제116조 【배출량 및 배출방식】
제117조 【배출구】
제118조 【공기유입방식 및 유입구】
제119조 【배출기 및 배출풍도】
제119조의2 【유입풍도등】
제120조 【제연설비의 전원 및 기동】
제121조 【제연설비의 설치제외】
제121조의2 【제연설비에 관한 기술기준의 고시】

나. 연기의 위험성에 따른 배연방법

1. 자연배연방식

화재에 의해서 발생한 열기류의 부력 또는 외부 바람의 흡출효과에 의해 실의 상부에 설치된 창 또는 전용의 배연구로부터 연기를 옥외로 배출하는 방식이다. 이 방식은 전원이나 복잡한 장치가 불필요하며 평상시의 환기에도 겸용할 수 있으므로 방재설비의 유휴화 방지에도 효과가 있다.
고층빌딩 등에서는 건물의 층간구획이 충분히 이루어지지 않는 상태에서 저층부에서 개구하면 연돌효과를 조장하여 도리어 연기의 전반을 일으킬 수 있다.

1-1. 특징

배연기설치가 필요치 않으므로 전원이 불필요하다.
천장이 높은 실,스모크샤프트 등은 부력을 이용하여 배연할 수 있으며, 이 경우 배연능력이 향상된다.
창, 또는 출입문 상부창 등 일상 사용하고 있는 개구부를 그대로 이용할 수 있기 때문에 다수 층에서의 배연이 가능하며 풍도를 사용하지 않으므로 화재시 풍도의 탈락위험이나 방화구획이 관통되지 않는다.
연기온도가 높을수록 부력에 의한 배연능력이 향상된다.
연기를 강제적으로 모으고 누출을 방지하는 것은 불가능하다. 즉, 의도적인 제연은 불가능하다.
풍향, 풍속에 따라 배연효과가 다르다. 배연구를 열 때는 판단하여 열어야 하고, 예를 들어 역풍의 경우에는 연기를 건축물내로 확산시킬 위험성이 있다.
개구부에서 연소를 조장하는 공기가 공급되는 것으로, 화재연기가 개구부에서 불기 시작하기 때문에 상층 연소방지의 배려가 필요하다(스펜트럴의 충분한 설치가 필요)
고층건물의 하층 배연구를 개방한 경우 난방시에는 연돌효과에 의해 외기가 배연구에서 유입할 위험이 있다.

2. 밀폐배연방식

방연의 기본이 되는 방식으로서 밀폐도가 높은 벽이나 문으로서 화재를 밀폐하여 연기의 유출 및 신선한 공기의 유입을 억제하여 방연하는 방식으로 집합주택이나 호텔 등 구획을 작게 할 수 있는 건물에 적합하다. 기계배연을 할 경우에도 화재의 최종단계에서는 화재실의 밀폐를 행할 필요가 있다.

3. Smoke Tower 배연방식

계단실에 연기가 들어가면 배출구가 없고 연기로 충만된 계단실 전체가 피난에 사용될 수 없게 되는 것을 방지하기 위한 배연시설로 배연통이라고 하는 수직방향의 공간과 급기통이라고 하는 신선공기 공급용의 공간 및 그것들이 부설된 전실 등 모두를 총칭하여 부른다. 이 시설은 계단실의 방호가 목적이기 때문에 계단실의 전실부분에 주로 설치한다. 피난로 가압방식과 다른점은 전용의 급기통을 설치하여 전실에 급기함으로써 전실로 들어온 연기를 적극적으로 옥외로 배출하는 기능을 갖는다.

배연전용의 샤프트를 설치하고 난방 등에 의한 건물내외의 온도차나 화재에 의한 온도상승에 의해 생긴 부력 및 그 정부에 설치한 루프모니터 등의 외풍에 의한 흡인력을 통기력으로 하여 배연하는 방식으로서 고층빌딩에 적합하다.
장치는 간단하고 샤프트의 내열성을 고려하면 어느 정도 고온의 연기까지는 배연할 수 있는 장점이 있다. 또한 기계부분이 없으므로 신뢰성이 높고, 고온의 연기에도 견디는 특징이 있으나 기계배연에 비해 배연설비의 단면적이 크므로 현재로는 거의 사용되지 않는다.
고층건축물의 경우에는 상층과 하층에서는 풍속에 차이가 있고 높이 100m 내외에서는 지상보다도 4~5m 정도는 풍속이 크다고 생각되는 경우가 많으므로 적당한 Roof Ventilator형을 설치하면 자연풍만으로도 상당한 흡인력이 기대되고 이것에 연기의 온도에 대한 부력효과를 합치면 배연능력을 알 수 있다.

3-1. 문제점

- 화재실에서 전실쪽으로 연기를 끌어들이기 위해서 화재층의 복도부분이 조기에 피난이 불가능해질 위험이 있다.
- 전실에서 배연과 급기의 밸런스가 적절하지 않으면 오히려 전실 내에서 연기를 교란시켜 피난을 곤란하게 하는 위험이 있다.
- 전실에 설치하는 배연통의 배연구는 될 수 있는대로 천장 가까이 높게, 급기구는 바닥에 가깝게 위치하도록 하고 개구부의 면적도 적합하게 설계하여야 한다.

3-2. 배연탑(smoke tower)의 형식

종류	특징
재래식 Tower	급기통을 설치하며 하나의 샤프트의 상승기류에 따라서 전실로 침입한 연기를 전실의 상반부에 설치한 갤러리로서 배연탑에 배출하는 방법이며 이 경우에는 전실 및 계단실 문의 개방에 따라서 유입하는 공기의 보급에 따라 연기가 배출되는 것으로 되며, 계단실의 기밀성이 좋은 경우에는 오로지 연소실에서 연기와 함께 오염공기를 인출하는 것이 되며 배연효과는 비교적 적은 것으로 보여진다.
댐퍼방식	재래방식을 개량한 방법으로서 전실의 하부에 급기용의 개구부를 설치하고 상부에 배기구를 설치하면 배연효과는 다소 좋아지고 더욱 안전하게 하기 위해 배연탑 내에 댐퍼를 설치하여 완전한 급기와 배기를 행하는 방법이다. 이 형식은 완전하게 작동하면 유효하며 배연탑의 단면적이 절약될 수 있지만, 혹시 연기가 여러층에 이르러 충만한 때에는 연기를 상층의 전실로 도입하는 결과로 되는 결점이 있다. 상층에서 잘못하여 댐퍼를 닫으면 그 층의 전실에는 하층으로부터의 연기가 침입하는 것으로 된다.
계단실 급기방식	계단실에서 필요한 신선한 공기를 유입시키도록 설계를 하면 계단실을 급기통으로하여 히용하는 것도 가능하다. 이 경우 계단실과 전실사이의 문을 폐쇄하면 곧 전실에 침입한 연기는 바닥부분까지 저하하는 것으로 되므로 문 밖으로 통기구가 필요하게 되며, 이것에 따라서 전실은 계단실에 면한 부분에 신선한 공기층을 남기게 되는 것이 가능하게 된다. 이 형식은 당연히 경제적으로 잘 맞는다고 생각되기 쉬우나 문제는 피난에 수반하여 계단실 문의 개폐가 비 정상적으로 일어나서 배연능력 이상의 연기가 전실로 침입한 때에 송류방지 시기를 잃는 것으로 되기 쉽다. 또 급기원으로 되는 계단실에 기압의 변동이 일어나기 쉬우므로 배연능력이 불안정하게 되는 결점이 있다.
급기통 급기방식	전용의 급기통을 설치하는 것으로서 배연탑 중에 배연통과 급기통이 병립하는 것으로 되어 한편으로는 단면적이 비경제적으로 보이지만 하나의 통인 것보다도 동일단면 이하면 이 형식의 것이 훨씬 능력이 좋다 따라서 계획상 안정된 배연이 되기 쉬운 장점이 있다.

4. 기계배연방식

종류	특징
제1종	화재실에 대하여 기계배연을 행하는 동시에 복도나 계단실을 통해서 기계력에 의한 급기를 행하는 방식이다. 급기량은 배기량보다 적게 제어하며 화재실의 내압을 부압으로 유지하고 화재실로부터 연기의 누설을 방지한다. 특히, 이 방식은 화재실로부터 누연을 방지함과 더불어 계단전실 등의 중요한 피난로의 확보를 위해서는 유효하지만, 급기와 배기 모두를 기계력에 의존하기 때문에 장치가 복잡하고 풍량의 balance에 유의하여야 한다.
제2종	복도,계단전실,계단실 등 피난통로로서 중요한 부분에 대해서 신선한 공기를 송풍기에 의해서 급기하고 그 부분의 압력을 화재실보다도 상대적으로 높여 연기의 침입을 방지하는 방식으로서 가압방연방식 또는 가압차연방식이라고도 한다. 이 방식의 문제점은 과잉급기가 되면 화재를 조장할 우려가 있고 공기의 도피구가 확보되지 않은 상태에서 가압하면 화재의 화세를 조장하고 열이나 연기류가 복도로 역류하여 위험한 상태를 일으킬 위험이 있다.
제3종	화재로 인하여 발생한 열기를 방의 상부로부터 배연기에 의해 흡인하여 옥외로 배출하는 방식이다. 2000년 현재 많이 사용되는 방연방식이다. 제3종 기계배연방식은 화재초기에 있어서 화재실의 내압을 낮추고 연기를 다른 구획으로 누출시키지 않는 점에서 우수한 방식이다. 그러나 화재가 진행되어 연기의 양이 많아지면 흡인을 다할 수 없는 우려가 있고, 연기의 온도가 상승하면 기기의 내열성에 한계가 있으므로 퓨즈댐퍼를 설치하여 배연을 중지할 필요가 있다. 배연기를 배연구보다도 낮은 층에 설치하는 것은 원칙적으로 불가능하다 배연기가 고온 때문에 정지한 경우 최상층의 배연구나 배연덕트의 틈새에서 연기가 역류할 위험이 있다. 배연기가 최상부에 있으면 배연기가 정지한 후에도 부력에 의한 배연을 계속할 수 있다. 외기 흡입구가 상부에 있으면 화재로 창에서 분출한 연기를 흡입, 부속실이나 승강장으로 보낼 가능성도 있다. 또한 동절기에는 급기풍도내의 압력이 부압이되어 급기풍도로서의 기능상 좋지 않다. 고층건물이 되면 연돌효과도 크게 되므로 외기흡입구가 꼭데기에 있는 경우 부속실 문의 개방상태에 따라서 급기구로 연기를 빨아들일 가능성도 있다.

다. 피난로 加壓式제연설비

피난로 가압방법은 화재시에 인간의 피난경로인 복도나 계단실에 신선한 공기를 공급하여 그 부분의 압력을 높여서 화재실에서 발생한 연기가 피난로 쪽으로 유입되는 것을 막는 방법으로 고층건물의 경우에 가장 효과적인 방법으로 특히 중앙부분에 계단실이 있는 고층건물에 적합하다

1. 계획시 고려사항

복도측을 가압해도 배출구가 없으면 복도측으로의 연기유출을 막을 수 없다.
外氣風이 가압층의 배출구로 들어올 경우의 대책이 필요하고, 또한 직접 외기에 접해있지 않은 실의 배연구 설치를 고려하여야 한다.
화염이 창유리 등을 파손하여 옥외로 분출하면 상승연기의 위험이 증대하므로 대책을 배려한다.
평상시의 일반적인 급기계통과 별개의 배관계통을 설치하는 것이 이상적이나 공간이용이나 경비면에서 불리하므로 간단한 댐퍼의 조작으로 화재시의 급기용으로 전환하는 방식을 채택하는 경우에는 기밀화에 주의하여야 한다.
단순히 연기의 침입만을 방지하기 위해서는 압력차가 클수록 유리하다, 압력차가 너무 크면 출입문에 과대한 압력이 걸려 피난이 불가능한 경우가 발생한다. NFPA에서는 문을 여는데 필요한 힘을 50ℓb를 권장하고 있다.
가압구역에서의 급기시 재실자의 인구밀도가 높은 고층건물에서는 거의 모든 문이 동시에 열릴 가능성이 크므로 단계별 피난계획 또는 일시피난의 개념을 설정하여 피난계획을 세울 필요가 있다.
전실은 단계별 피난을 위한 대기장소 또는 개방문의 영향을 완화시켜 주는 역할을 하므로 전실을 가압할 경우에는 계단실과 동일한 수준 또는 계단실 보다 약간 낮은 5Pa 이내의 가압이 바람직하다.
다량의 공기공급으로 인한 화재실의 화세조장의 위험을 고려하여야 한다.
피난로 가압은 대부분 기존의 공조설비를 이용하게 되어 있으나 화재시 이런 설비의 고장이나 오작동 또는 전원이 차단되는 경우를 고려하여야 한다.
기본적인 방화,방연구획이 완벽하게 설치되고 유지관리가 철저하게 이루어져야 비상시에 효과적인 연기제어가 가능하다.

2. 피난로 가압방법

구분	특징
계단실 가압방법	연돌효과에 의해 계단실이 부압이 될 우려가 있는 경우 급기에 의해 정압이 될 때까지 가압한다.
전실가압방법	계단실의 안전을 위해 전실에 가압하는 방법으로 개구부가 작을수록 가압효과가 높다
복도가압방법	화재실에서 복도로 연기가 유출되는 것을 방지하는 것으로 옥외로 통하는 배면구 등이 화재실에 반드시 있어야 한다.

2-1. 계단실 공기주입방법

단수 공기주입방법
1개의 주입구에서 계단실에 공기를 주입하는 방법으로 위치는 최상층 또는 최하층으로 하고, 길이가 긴 수직 직통계단에서 공기주입구 근처의 출입문이 개방되어 있으면 부적합하다.
복수 공기주입방법
단수 공기주입방법의 결점을 보완한 것으로서 길이가 긴 직통계단의 경우 계단실 수직길이에 따라 여러개 공기주입구를 두는 방법이다.

3. 특징

계획적으로 화재실의 연기를 강제적으로 모아 연기의 확산을 방지하고 화재실을 부압으로 유지하기 위한 방연구획내로 가두는데 유효하다.
배연량은 소요치로 설정되므로 안정적인 성능을 확보할 수 있다.
먼저 화재실에서 배연을 행하고 화재실에서 누출하는 연기를 방지한다.
피난경로에 해당하는 복도 등에서는 피난 중 계단문이 개방되어 있는 경우 그 곳이 급기계통이 되어 효율적 배연이 가능하다.
바람 등 외부환경의 영향이 적다.
외부에 면하지 않는 실내에서도 배연이 가능하다.
저온의 연기도 제거가 가능하다.
실 사이에 차압은 계획적으로 설정되므로 차연을 행하기 쉽다.
예비전원이 필요하다.
배연설비 기기에 내열상의 한계가 있기 때문에 온도상승에 따라 위험하게 되지 않은 가운데 배연작용을 댐퍼에 의해 중지할 필요가 있다
내열성의 문제로 화재의 초기에만 유효하다.
화재실의 문이 열려 있으면 복도에서의 방연효과가 감소한다.
복도,비화재실 등 급기계통이 없는 곳에서 작동시키면 화재실에서 그 부분으로 연기를 불러들이는 것이 된다.
가압용 기계의 작동이 보장되어야 한다. 신뢰성을 높이기 위해서는 항상 적절한 유지관리가 필요하다.
가압용기계시스템,제연덕트 등의 설계시 용량이 충분하여야 한다.
소요성능의 발휘를 위해서는 덕트의 zoning, 경로, 방화구획의 관통, 크기 등의 상세한 검토가 필요하다.
급기경로를 적절하게 확보하지 않으면 문의 폐쇄장해를 일으킬 수 있다.
덕트 관통부가 방화구획상 약점이 될 수 있다.

라. 제연덕트방식과 공조덕트 겸용방식의 비교

구분	제연전용덕트방식	공조덕트겸용방식
신뢰도	제어부분이 간단하여 신뢰도가 높다	여러개의 댐퍼를 사용하여 동력 시이퀀스가 복잡하여 신뢰도가 저하한다.
층고	공조용덕트의 필요층고외에 600~700mm가 더 필요하다.	공조용덕트의 필요층고로 충분하다.
공사비	변도의 제연덕으롸 팬설비를 요하므로 공사비가 고가로 된다.	저렴하다
유지관리	단순하고 수명이 길다.	복잡하고 댐퍼조작,팬 등 연동관계를 동시에 시험하여야 한다.
개보수	대체적으로 용이하다	칸막이 변동에 대해 대처가 어렵다.
에너지절약	제연전용이므로 필요시에만 운전되어 에너지절약에 유리하다.	공조용덕트를 제연용량에 맞추어 키우는 등 큰 용량의 기기를 저부하, 저효율에서 운전하는 경우 절약에 불리하다.

마. 피스톤 효과

엘리베이터 카가 샤프트內에서 이동될 때 발생하는 전이압력에 의해 엘리베이터 연기제어가 영향을 받는다. 피스톤 효과에 의해 일반적으로 가압된 엘리베이터 로비나 엘리베이터 샤프트로 연기를 끌어들이게 된다. Kiloe는 가압된 엘리베이터 샤프트內에서의 공기흐름과 압력을 분석하는데 움직이는 엘리베이터 카 상부의 엘리베이터 샤프트內의 제어체적이 압축될 때의 연속방정식에 근거하였다.

- △Pc : 임계압력차(Pa)피스톤효과가 엘리베이터의 가압시스템을 능가하지 못하는 임계압력차
- ρ : 엘리베이터 샤프트內의 공기밀도(㎏/㎥)
- Asi : 엘리베이터 샤프트의 단면적㎡
- Aa : 엘리베이터 카 주변의 자유면적㎡
- Ae : 엘리베이터 샤프트과 외부와의 유효면적㎡

(Ai0 : 외부와 건물사이의 누설면적(㎡)

- V : 엘리베이터 카의 속도m/sec
- Kpe : 계수 (1.00)
- Cc : 카 주변의 흐름계수(실험에 의해 정해지며 복수 카 엘리베이터 샤프트에서는 약 0.94, 단수 카 샤프트에서는 0.83이다.

바. 지하층 및 무창層의 배연덕트

지하층 및 무창층은 불특정 다수의 용도로 사용되고 군중밀도가 높다. 채광이 결여되므로 피난의 혼잡이 가중되고 연기의 위험도가 높다. 또한 자연배출이 어려워 연기의 양과 독성이 커지며, 연기의 배출도 지상層 보다 어렵다.

1. 지하층 무창層의 배연덕트 설계법

제연구획으로 구획하여야 한다.
배출량의 결정
실용도와 화재하중에 따라 법규정의 하한선을 초과하는 범위에서 재량과 계산에 의하여 결정하여야 한다.
덕트크기의 결정
흡입측 풍속 : 15m/sec 이하, 배출측 풍속 : 20m/sec 이하
흡입측과 토출측의 풍속이 다른 것은 흡입측 픙도의 압력 강하량을 낮추고 기류가 혼란되지 않도록 하기 위함이다.
Q = A·v에서 덕트의 면적이 계산되므로 Aspect Ratio를 ¼로 하면 덕트의 가로,세로 치수가 정해진다.
Fan의 크기 결정

(P : 덕트치수와 풍량에 의하여 덕트선도에서 구할 수 있다)
정압 콘트롤의 문제점 검토
화재실에서는 화재열에 의해 체적이 팽창(PV = GRT)하는데 이 팽창압력은 어떤 의미에서 급기가압을 필요로 하는 것이다.

사. 배연구의 조건

일반거실의 직접외기에 면한 배연구의 크기는 방연구역 면적당 1/100 이상이어야 하며, 1/100 이하의 경우에는 배연기를 설치할 것.
자연배연의 배연구는 방연구왹 각 부분의 수평거리가 30m 이내에 설치한다.
기계배연의 경우 배연구는 실의 용도에 따라 그 형상 및 부착위치를 선택한다.
거실배연인 경우 연기를 화재실에 가두고 누출연기를 적게 하는 경우는 角形배연구 일 것.
연기를 배연구로 유효하게 흡연,배연하고 그 구획을 보호할 경우에는 스릿형의 유효하다.
피난경로인 복도에서 계단실 문이 열려져 피난중인 경우에는 복도폭 가득한 배연구가 유효.
거실에서 복도로의 출입구 상부에는 배연을 위한 문폭 가득한 배연구설치가 바람직하다.
유효한 배연을 위해 급기가 필요한 경우 신선한 공기에 의한 화재확대 방지를 위해 급기의 주된 경로가 되는 출입구 근처에서의 배연이 바람직하다.

아. 배연창의 대상건축물 및 설치방식

배연창에 의한 제연설비는 화재시 화재구역을 설정하여 자연환기에 의하여 연기를 외부로 배출함으로서 연기의 수평 및 수직이동을 방지하여 인명의 안전한 대피 및 연기에 의한 화재의 확대를 방지하기 위한 설비이다.

1. 대상건축물

6층이상의 건축물로서 관람 집회시설 등
특별피난계단의 구조로서, 건축물의 내부와 계단실은 노대를 통하여 연결하거나 외부를 향하여 열 수 있는 창문 또는 배연설비가 있는 부속실을 통하여 연결할 것

2. 배연창에 의한 제어방법

제연을 하게 되는 자연적 힘은 연기의 비중차에 의한 상향유동특성과 팽창력이라고 할 수 있다. 연기의 유출량은 연기의 팽창압력과 배연창의 면적에 비례하게 된다.

[△P : 내외부의 압력차]

배연창에 의한 제연은 밀폐상태를 조건으로 하여야 한다.

3. 제연의 이득과 손실

제연은 화재초기단계에서 이루어져야 하며, 그 이후는 화재진압에 역효과가 나타나므로 피난통로의 가압만 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.