터널 제연방식

왜 배우는가: 터널 화재는 연기가 장시간 머물고 탈출 경로가 제한되어 인명피해가 커진다. 제연방식의 선택과 설계 기준은 방재시설 계획의 핵심이라 시험에서 반복해 출제된다.

출제 이력: 제111회 3교시 3번, 제94회 2교시 5번, 제92회 1교시 4번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

터널 제연방식은 터널 화재 시 연기와 열기류의 흐름을 제어하거나 배기하여 대피공간을 확보하는 환기 방식이다.

터널은 탈출 경로가 제한되고 연기가 천장 아래에 쌓이기 쉬워 제연방식 선정이 방재 계획의 핵심이다. 답안 첫 줄에는 위 정의를 그대로 쓴다. 답안에 쓸 키워드는 다음과 같다.

• 제연: 연기·열기류의 방향을 제어하거나 일정 구역에서 배기하는 것
• 배연: 화재 연기·열기류를 화재지점에서 외부로 배출하는 것
• 종류환기방식: 종방향 기류로 연기를 출구 쪽으로 배출하는 방식
• 횡류환기방식: 급·배기 덕트로 횡방향 환기를 수행하는 방식
• 대배기구방식: 화재지점 부근 배기구만 개방하는 횡류방식의 일종
• 반횡류환기방식: 급기 또는 배기 한쪽만 덕트로 수행하는 방식
• 임계풍속: 성층화를 유지하며 역류를 억제하는 최소 풍속
• 설계화재강도: 설비 용량 산정에 쓰는 차량 화재 열방출률

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면 터널 안에서 불이 나면 연기가 천장을 따라 퍼지며 출구 쪽으로 밀려간다. 제연방식은 이 흐름을 대피 방향과 반대로 돌리거나, 천장 덕트로 연기를 빨아내는 방식 중에서 터널 조건에 맞는 것을 고르는 일이다.

지침은 제연을 연기와 열기류의 방향을 제어하거나 일정 구역에서 배기하는 것으로 정의하고, 전자를 제연, 후자를 배연으로 구분한다(1.3 (86)). 다만 일부 자료는 두 가지를 구분하지 않고 제연설비라고 부르므로 답안에서는 구분해 쓰는 것이 안전하다.

종류환기방식은 입구나 수직갱에서 신선공기를 넣어 종방향 기류를 만들고 출구로 연기를 보낸다. 대피자는 출구 쪽으로 이동하고 연기는 대피 방향과 반대로 흐르지 못하게 제어된다.

횡류환기방식은 급기 덕트와 배기 덕트를 동시에 써서 평상시 환기와 화재 시 배연을 함께 수행한다. 화재 시에는 천장 쪽 배기로 연기를 직접 빨아낸다.

반횡류환기방식은 급기 또는 배기 덕트 한쪽만 설치해 횡방향 환기를 수행한다. 지침은 이 방식으로 정의한다.

종류식은 대피 방향 반대로 기류를 만들고, 횡류식은 덕트로 연기를 직접 배출한다.

임계풍속은 화재 시 성층화를 유지하면서 열(연)기류의 역류를 억제하는 최소 풍속이다. 임계풍속 식에는 보정계수 β가 있으며, 설계자가 수치해석으로 신뢰성을 검증한 후 적용하는 것이 원칙이다.

설계 용량은 설계화재강도에 따라 정해진다. 지침은 설계화재강도 20MW를 기준으로 하고, 이때 연기발생량은 연기발생량 80㎥/s를 권장한다. 화재강도가 이보다 클 것으로 예상되면 위험도분석으로 설계화재강도를 따로 정한다.

지침은 제연방식을 터널 연장 및 교통특성에 따라 정하도록 한다. 대면통행 터널과 정체가 잦은 일방통행 터널에는 횡류식 또는 반횡류식을 권장하고, 종류식은 정량적 위험도 평가로 안전성을 검증한 뒤에 적용한다. 종류식에서는 제트팬 소손에 대비해 예비용 제트팬을 두도록 하고 있다.

종류식은 종단경사의 영향을 받는다. 지침은 종단경사 보정계수를 탄젠트 역함수 식으로 계산하도록 하며, grade는 종단경사(%)다.