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제연설비 성능 향상 ‘철제 에어타이트 댐퍼’ 적용
김일영 소방기술사(공학박사)
2016년 08월 22일 (월) 10:40:44 윤성규 기자 sky@safetoday.kr

   
▲ 김일영 소방기술사(공학박사)
사자나 호랑이보다도 약한 인간이 만물의 영장이 돼서 세상을 지배하는 역할에는 두뇌의 발달과 직립보행으로 두 손을 자유롭게 사용해 도구를 사용할 수 있는 능력이 있기 때문이다. 또 하나는 불의 발견으로 오늘날의 문명사회를 이룩할 수 있었다.

그러나 불은 통제할 수 없을 때는 사고로 이어지고 불의 의한 사고를 화재라 칭한다. 화재는 연소 작용으로 고체잔 해물과 열을 동반한 기체를 생산한다. 화재 시에 연기가 발생된다고 하는 데 연기의 성분을 분석해 보면 미세한 고체 잔해물과 가스(기체)의 혼합물이 열을 동반하고 있다.

연기의 성분은 가연물의 종류에 따라서 인체에 매우 유해한 가스로부터 일반적인 수증기까지 다양할 수 있다.

옥외에서 화재가 난다면 연기는 쉽게 확산돼 공기와 혼합돼 희석돼서 인체에 그다지 영향을 미칠 정도는 아닐 수 있다. 그러나 밀폐된 실내에서 화재가 발생하면 농도가 짙어져서 인체에 치명적인 영향을 미칠 수 있어서 사망에 이르기까지 한다. 화재현장에서 사망이나 부상은 대부분 연기의 흡입으로 인한 것이다.

연기로부터 피해를 줄이기 위해서 일정규모의 건축물에는 제연설비를 설치하고 있다. 제연설비(制煙設備)란 연기를 알맞은 상태로 움직이도록 조절하는 설비로 주로 공기를 강제로 불어넣거나 빼주는 송풍기와 공기의 통로가 되는 덕트가 주가 된다. 부수적으로 구역마다 열고 닫는 댐퍼(damper)가 있어서 어느 구역은 닫고 어느 구역은 여는 역할을 한다.

화재로 인해 발생된 연기는 매우 뜨겁기 때문에 제연설비에 사용되는 기구는 일정한 내열성을 요구하고 있다.

제연설비로 사용하는 덕트는 아연도강판을 주로 사용하고 있다. 순수 철의 녹는점(融點)은 1580℃로 높다. 따라서 철을 주재료로 하는 아연도강판 덕트는 제연설비에 적합하다 할 수 있다.

제연설비의 덕트가 방화구획을 관통할 시에는 FD(방화댐퍼 : fire damper)를 설치하는 데 통상 280℃를 사용한다. 또 제연용 송풍기는 열기에 노출되는 용도(주로 배기)로 쓰일 때는 250℃에서 1시간 이상 유지될 수 있도록 하고 있다.

따라서 급기의 용도로 쓰이는 경우는 더 낮은 온도(예 72℃)에서 견디면 될 것이나 배기의 용도로 쓰이는 댐퍼의 경우 최소 250℃의 온도에서 작동에 이상이 없어야 될 것으로 판단된다.

한편 댐퍼의 역할은 열렸다 닫혔다를 반복해 실직적인 연기제어 역할을 하고 있다. 제어신호에 정확히 닫히고 정확히 열려야 하며 닫혔을 때는 누설틈새가 적어야 한다.

누설량은 누설틈새에 비례하고 압력의 제곱근에 비례한다.

수식으로 표현하자면 Q∝A√P이다. A는 누설틈새이고 P는 압력을 뜻한다.

누설 풍량을 줄이는 방법은 틈새를 줄이고 압력을 낮추면 가능하나 송풍기로 불어대기 때문에 압력을 줄이는 것은 현실적으로 불가하고 틈새를 줄이는 것이 효과적이다.

그동안 제연설비에 쓰는 댐퍼는 누설량이 얼마인지 데이터를 제공하지 못하고 있었다. 특히 거실제연에 쓰이는 댐퍼는 10여년 이상의 소방감리 경력에도 단 한 번도 누설틈새에 대한 데이터를 받아본 적이 없다.

틈새가 적어 기밀한 댐퍼를 에어타이트 댐퍼(air-tight damper)라 칭한다. 그동안 제연설비에서는 에어타이트 댐퍼를 적용하지 못하고 있었다. 기밀한 댐퍼를 제작하기 위해서는 재료의 정밀가공이 필요하다.

일반 공기조화설비(일명 공조)에서는 에어타이트 댐퍼를 적용하고 있다. 공조에서는 적용하는 에어타이트 댐퍼를 제연설비에서 적용 못하는 이유는 무엇일까? 고민해볼 필요가 있다.

공조에서 쓰고 있는 에어타이트 댐퍼의 재질을 살펴볼 필요가 있다. 공조용 에어타이트 댐퍼는 주로 알루미늄 재질을 사용하고 있다. 순수 알루미늄의 녹는점 660.2℃ 로 철의 1580℃ 보다는 상당히 낮다.

알루미늄의 녹는점이 FD의 작동온도인 280℃ 보다 높지만 제연의 용도에 쓰기에는 부적합한 면이 있다. 이는 알루미늄의 성질 중에 연성(延性)과 전성(展性)이 있어 댐퍼로 쓸 때의 적정온도는 120℃ 이하로 사용한다.

또 기밀성을 높이기 위해 씰(seal)을 날개 끝부분에 부착하는 데 난연성 고무를 주로 사용한다.

따라서 일반 공조보다 훨씬 높은 온도에서 제어해야하는 제연설비에서는 알루미늄재질의 에어타이트 댐퍼는 부적합하다.

사용온도 및 기밀성을 고려하면 철재질의 에어타이트 댐퍼의 개발이 필요하다. 일반 철은 습기에 취약해 산화되기 쉬우므로 덕트 재질로 주로 쓴 아연도강판의 재질로 해 기밀성만 보장하고 모터에 의한 확실한 제어만 가능하다면 제연설비의 댐퍼로 쓰기에는 아주 적합할 것으로 판단된다.

2016년 8월22일
김일영 소방기술사(공학박사)

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