급기가압을 통한 승강로 연기 유입방지 시스템

 

화재 시 굴뚝이 되는 승강로, 방법은 없을까?

 

급기가압을 통한

승강로 연기 유입방지 시스템

 

 

엘리베이터를 이용한 대피는 신속하고 안전할 것 같지만 건물 화재 시 승강기 이용은 금물이라는 사실을 우리는 이미익 히 들어 알고 있다. 수직 이동통로인 승강로 안으로 유독가스가 유입되기 때문이다. 이를 방지하기 위해 승강로를 풍도로 이용하여 급기가압을 통해 연기 유입을 방지하는 시스템이 연구되었다.

글 김일영(㈜세움이앤씨건축사사무소 이사, 소방기술사, 공학박사)

 

 

 

 

건축물의 고층화와 더불어 오로지 계단에만 의존하던 시대에서 이제는 엘리베이터 없이 사는 생활은 상상할 수도 없는 시대가 되었다. 엘리베이터 없이 3층 이상을 올라간다는 것은 현대인들에게 상당한 고통이 된다. 필자가 신혼 초, 엘리베이터가 없는 3층에 살고 있었을 때의 일이다. 매일 출퇴근하는 나도 힘들었지만 장을 보러 오르내릴 때마다 힘들다는 아내의 말을 듣고는 미안한 마음이 가시지 않았다. 또 고향에서 형님이 쌀을 보내올 때면 택배기사에게 웃돈을 줘야만 문 앞까지 가져다 주고는 하였다. 엘리베이터가 있는 건물에 살아야겠다는 필자의 목표는 이미 15년 전에 세워진 것 같다. 이제는 법규를 떠나 편리성과 재산의 가치 향상을 위해 3층 이상이면 엘리베이터를 설치하는 듯하다. 처가가 일본 오사카 근처에 있는데 3층의 단독주택인데도 엘리베이터가 설치되어 있고 지금 근무하고 있는 경기도 과천의 사무실도 3층인데 엘리베이터가 설치되어 있다. 이처럼 엘리베이터는 이미 일상생활에 가까이 있다.

 

 

 

화재 시 승강로는 굴뚝, 층마다 있는 도어 틈으로 연기 확산

그런데 이처럼 편리한 엘리베이터가 화재 발생 시 오히려 위험 요인을 제공한다는 사실은 안타깝다. 화재 시 엘리베이터를 탄다는 것은 자살하려는 것이나 다름 없다. 연기로 인한 질식사의 우려가 매우 크기 때문이다. 우리가 익히 들어온 ‘화재가 발생하면 엘리베이터를 타지 말고 반드시 계단을 이용하여 피난하라’는 안전 대피 요령도 바로 이로 인함이다.

그런데 연기는 왜 엘리베이터로 몰리는 것일까? 이 의문에 대한 해답은 승강로와 엘리베이터 도어 그리고 ‘부력’이라는 자연 현상에 있다. 승강로는 주로 건물의 최하층에서부터 최상층까지 수직으로 이어져있다. 층마다 엘리베이터 도어로 막혀있다는 것을 제외하고는 거대한 굴뚝과 같은 모양이다. 연기는 뜨거워질수록 주변 공기보다 가벼워져서 위로 올라가기 쉬운데 이를 부력이라고 한다. 엘리베이터 문이 아무리 잘 닫혀 있다고 하더라도 틈새가 존재하는데 화재가 발생하면 바로 그 틈새를 통해 바로 위층이나 그 다음 층으로 확산되어간다. 화재 발생 시 엘리베이터 승강로를 통해서 일어나는 이러한 현상을 ‘굴뚝효과’ 즉, 그 동안 엘에스터를 통해 소개된 바도 있는 ‘연돌효과’이다.

 

 

 

 

제연설비 없는 일반엘리베이터, 화재 시 위험 노출

그렇다면 위와 같은 현상을 억제하는 방법으로 화재 시 승강로를 통한 연기의 유입을 막을 수 있지 않을까? 그러나 현재의 법규 체계로는 지하3층 이하(예: 지하4층)나 지상10층(또는 31m초과) 이상이 아니고는 화재 시 엘리베이터를 통한 연기 이동을 막을 수가 없다. 지하3층, 지상10층의 건축물은 비상엘리베이터를 설치하도록 하고 비상엘리베이터에는 제연설비를 설치토록 하였기 때문에 연기의 이동을 차단할 수 있지만 제연설비 설치대상이어도 비상엘리베이터가 아닌 일반엘리베이터는 화재 시 위험에 노출되어 있다. 그 이유는 엘리베이터 문이 방화문이어도 연기를 차단하는 기능이 없기 때문이다. 연기를 차단하는 성능을 ‘차연성능’이라 하는데 법적 강제성이 없으므로 대부분 설치하지 않는 것이 현실이다.

 

 

 

엘리베이터 방화문 관련 법규와 문제점

엘리베이터의 설치대상 및 방화구획, 승강기 출입문의 방화성능에 대한 관련 법규는 <표 1>과 같다. 일반엘리베이터의 경우 엘리베이터 승강로와 승강장 간의 방화구획을 출입문이 방화문이 아닌 경우에는 방화셔터를 설치하였다. 그러나 엘리베이터 출입문이 방화성능을 확보할 경우 방화셔터 대신 엘리베이터 방화문을 설치한다. 엘리베이터 방화문은 차연성능이 없이 비차열 1시간만 충족하면 된다. 반면 방화셔터의 경우는 차연성능도 확보된다. 그러나 방화셔터를 설치할 경우 엘리베이터에 갇힌 인명을 구조하기 위하여 2단계의 작업을 거쳐야 하는 어려움과 함께 설치비용도 많이 든다.

엘리베이터 출입문을 엘리베이터 방화문으로 설치하는 것만으로 법규는 충족이 가능하지만 실제 화재 시에 연기 차단이 안 돼 엘리베이터 승강로를 통과한 연기는 상층으로 전파하여 질식사의 위험이 커진다. 따라서 다른 설비의 추가를 통하여 차연성능의 확보가 필요하다.

 

 

<표 1> 엘리베이터 방화문 관련 법규

 

 

엘리베이터 문 틈새로 빠져나가는 연기 막아라!

엘리베이터의 문 틈새는 통상적으로 6㎜ 미만의 틈새를 가진다. 틈새가 적어지면 출입문이 열리고 닫힐 때에 마찰소음 및 고장이 발생할 수 있어서 문 틈새를 기밀하게 줄이는 것은 실효성이 없을 것으로 판단된다. 따라서 기존 틈새 정보를 이용하여 차연성능을 구현하는 것을 고려해 보았다. 차연성능을 구현하기 위하여 [그림 1]과 같이 상부 엘리베이터 기계실의 창문에 창문용자동폐쇄장치를 설치한다. 또한 급기송풍기와 개폐댐퍼, 덕트를 설치하여 엘리베이터 승강로로 연결한다.

 

 

[그림 1] 차연성능 구현 엘리베이터 기계실 개념도

 

 

연기의 이동을 막기 위하여 승강로를 제연설비를 응용하여 급기가압하는 것이다. [그림 2]와 같이 송풍기가 가동되면 외기가 엘리베이터 승강로를 경유하여 엘리베이터 문틈을 통해서 들어오게 되며 문틈을 경계로 적정차압 이상 유지되면 연기가 침입하여 들어오지 못한다. 화재가 발생하면 엘리베이터 기계실은 <표 2>와 같이 작동한다.

 

 

<표 2> 상황별 동작 예시

 

 

 

세부적인 계산방법은 생략하였지만 일반용 엘리베이터가 설치되는 10층 이하의 건축물의 화재 시 엘리베이터 승강로를 통한 연기 확산의 방지와 재실자의 피난안전을 위하여 엘리베이터 방화문에 차연성능을 확보하는 방법을 간단하게 구성토록 하였다. 요약하면 다음과 같다.

1) 엘리베이터 방화문은 차연성능이 없어 화재 시 연기로 인한 질식사를 막을 수 없다.
2) 차연시험에 준하는 풍량을 엘리베이터 승강로에 공급하면 엘리베이터 방화문의 차연 성능을 개선할 수 있다.
3) 엘리베이터 기계실의 창문은 창문용자동폐쇄장치를 설치하여 화재 시에는 닫히게 하는 것이 피난 및 화재확산 방지에 도움이 된다.
4) 제연설비의 대상이 아닌 건축물의 경우 엘리베이터 방화문에 차연성능을 갖추도록 법규의 개정이 필요하다.

 

 

[그림 2] 차연성능 구현 코어단면 개념도

 

【참고문헌】
[1] 김일영, “엘리베이터 홀 환기시스템”, 특허출원 10-2015-0064021, 특허청, 2015.05.07.
[2] 김일영, “창문용 자동폐쇄장치와 송풍기를 이용한 엘리베이터 홀 환기시스템 설치에 관한 연구”, 「한국U-City학회 2014추계학술발표대회」, pp.149-156, 2014
[3] 김일영, “제연덕트를 이용한 환기성능 개선에 관한 연구” 「한세대학교 대학원 박사학위논문」, 2015
[4] 김일영, “엘리베이터 방화문 차연성능 확보에 관한 연구”, 「한국U-City학회 2015춘계학술발표대회」, pp.117-125, 2015
[5] 김일영,권창희, “방화문의 누설틈새계산 및 연돌효과분석”, 「한국소방학회 논문지」, Vol.27, No.2, pp.46-53, 2013.
[6] 여용주, 「연기제어공학」, 한국화재연구소, 2010.
[7] 소방방재청,「특별피난계단의 계단실 및 부속실 제연설비의 화재안전기준(NFSC501A) 해설서」, 2007.
[8] 김일영. 「제연설비의 이해」, 도서출판 영&규, 2014