A Study on the Adaptability of Oxygen Reduction System to Fire in Cold Storage through Fire Simulation Analysis

화재시뮬레이션 분석을 통한 냉장·냉동 창고 화재의 저산소 시스템 적응성에 관한 연구

Abstract

Purpose: The number of Cold Storages at home and abroad is on the rise, fires in large Cold Storages have recently occurred. As fires continue to occur and property damage is on the rise every year, the importance of preventing fires in large Cold Storage is growing. Method: Real Cold Storages were investigated on-site and fire cases were analyzed to derive and analyze fire risk, and the ORS, which is emerging as an adaptive fire prevention technology of Cold Storage, was investigated through FDS. Result: oxygen concentration 21, 15.7% and 17.7, 16.7% were analyzed through FDS, and flashover was reached within 3~4 minutes from 21, 17.7, 16.7%, but if oxygen concentration was lowered to 15.7%, it didn't ignite for 13 minutes. Conclusion: This study understood the concept and general part of the ORS, modeled the freezer through FDS, and analyzed the oxygen concentration to analyze the fire protection adaptability of the ORS. In the future, it is expected that large-scale empirical experiments and related regulations will be prepared to provide solutions for fire prevention in Cold Storages in blind spots of fire.

연구목적: 국내외 냉장·냉동 창고 수는 증가 추세에 있으며 최근 잇따라 대형 냉장·냉동 창고의 화재가 발생하고 있다. 화재는 꾸준히 발생하고 재산피해액은 매년 증가 추세를 보여 대형 냉장·냉동 창고에서 발생하는 화재 예방에 대한 부분의 중요성이 커지고 있다. 연구방법: 실제 냉장·냉동 창고를 현장 조사하고 화재 사례 등을 분석하여 화재 위험성을 도출 및 그 특성을 분석하였으며 국외의 냉장·냉동 창고의 적응성 있는 소방기술로 대두되고 있는 저산소 화재예방시스템(ORS)에 대해 조사해 화재시뮬레이션(FDS) 를 통해 냉동 창고 모델링을 진행하여 산소농도에 따른 화재성상을 분석하였다. 연구결과:화재시뮬레이션을 통해 산소 농도 21%, 저산소 화재예방시스템 작동 상태인 15.7%와 추가로 17.7, 16.7%를 분석한 결과 21, 17.7, 16.7%상태에서 3~4분 이내에 플래시오버에 도달하였으나 산소농도를 15.7%로 낮춘 경우 13분간 화원을 가해도 착화되지 않았다. 결론: 본 연구에서는 저산소 화재예방시스템의 개념 및 전반적인 부분을 이해하고 화재시뮬레이션을 통해 냉동 창고 모델링하고 산소농도에 따른 분석을 진행해 저산소 화재예방시스템(ORS)의 화재방호 적응성에 대해 분석하였다. 앞으로 실대형 실증실험과 관련 규정이 마련되어 화재의 사각지대에 놓인 냉장·냉동 창고의 화재 예방에 대한 솔루션이 제공되길 기대한다.

서론

최근 대한민국은 코로나19로 인한 비대면 전자상거래의 확대와 콜드 체인의 시장 확대 등의 영향으로 냉장·냉동 창고는 Inspection of Cold Chain Issues in the Era of the Endemic(2021)에서 언급한 바와 같이 연평균 7.8%의 성장률로 앞으로 엄청난 성장률 증가를 예상하며 최근 신설되는 냉장·냉동 창고의 수는 급격히 증가하는 추세로 점차 대형화·복잡화 되어가고 있는 상황이다.

그러나 Fig. 1의 냉장·냉동 창고의 화재 현장 사진과 같이 최근 경기도 평택시 7층 규모 냉동 창고 신축 공사 현장 화재(2022), 미국 워싱턴 Puyallup 냉동 창고 화재(2021), 경기도 용인시 처인구 SLC 냉장·냉동 물류센터 화재(2020) 그리고 대형인명 및 재산 피해를 발생시켰던 이천 코리아 2000 냉동 창고 화재(2008) 등 최근까지도 국내뿐 아니라 국외에서도 연이은 냉장·냉동 창고의 화재가 발생하고 있다.

Fig. 1. Fire case of cold storage

냉장·냉동 창고 화재는 한번 발생하게 되면 대형화재로 많은 재산 피해와 인명 피해를 발생시키게 된다. 국가화재정보시스템 NFDS(2016-2022)를 통해 아래 그림과 같이 나타내었으며 Fig. 2는 연간 화재 발생 건수, Fig. 3은 연간 재산피해액을 나타낸 그래프이다. 냉장·냉동 창고 화재는 매년 꾸준하게 평균적으로 88건 이상의 화재 건수를 보이며, 재산피해액은 2016년 약 96억, 2017년 약 22억, 2018년 39억, 2019년 90억, 2020년 540억, 2021년 53억, 2022년 245억으로 평균 155억의 재산피해액이 발생하며 연간 점점 증가하는 우상향의 그래프를 보인다.

Fig. 2. The number of cold storage fires

Fig. 3. Amount of cold storage damage

냉장·냉동 창고의 위험성

위의 내용과 같이 냉장·냉동 창고는 급속도로 증가하고 있으며 화재는 꾸준히 발생하고 재산 및 인명피해 중 특히 재산 피해가 무서운 속도로 증가하고 있다. 이러한 상황을 인지하고 냉장·냉동 창고의 위험성을 총 4가지로 조사 및 분석하였다.

첫째, 폴리우레탄 폼이다. KOSHA(2020)에서 알 수 있듯이 냉장·냉동 창고의 특성상 온도를 저온의 상태로 유지해야 하므로 대다수의 냉장·냉동 창고에서는 폴리우레탄 폼을 단열재로써 사용하고 있다. 이 폴리우레탄 폼은 열에 매우 취약하며 한번 화재가 발생하게 되면 급속도로 화재가 성장하고 확산하며 많은 양의 유독성 및 가연성 증기를 발생하여 소방대원의 구조 활동 및 재실자 등의 대피에도 악영향을 끼친다. 또한 냉장·냉동 창고에서의 화재는 폴리우레탄 폼의 주변에서 용접작업이 많아 용접작업 시 부주의로 인한 화재가 자주 발생하고 있다. 둘째, 샌드위치 패널은 대부분의 냉장·냉동 창고의 벽체를 이루는 데 사용되어지고 있다. An et al.(2019)은 샌드위치 패널에 대한 위험성을 조사하였으며 화재 발생 시 Kweon et al.(2010)에 따르면 샌드위치 패널은 심재가 화재에 매우 취약한 발포폴리스티로폼, 우레탄 폼 등 가연성 물질로 이루어져 있으며 철판인 도장용융 아연도금 강판으로 이루어져 내구성이 매우 약해 Choi(2008)에서도 확인할 수 있듯이 냉장·냉동 창고의 붕괴로 이어져 소방관이 죽는 등의 인명피해를 발생시킬 위험이 존재한다. 또한, 강판이 소화수가 심재로 침투하는 것을 방해해 소화의 어려움이 존재한다.

셋째, 화재안전기술 및 성능기준(NFTC, NFPC)에 따르면 소방시설의 설치를 제외한다. 온도가 영하인 냉장·냉동 창고의 실에는 배관 등의 동결 우려로 스프링클러 헤드 및 옥내소화전 방수구 설치를 제외하며, 수증기로 인한 비화재보로 인해 감지기의 신뢰성에 영향을 미칠 수 있어 설치가 힘든 환경이다. 넷째, 폐쇄적인 실내, 복잡한 구조, 다량의 가연물이 있다. 냉장·냉동 창고의 저온 특성상 단열이 중요하므로 개구부가 많이 없고 환기구 또한 대다수 존재하지 않는다. 따라서 화재 발생 시 환기 부족으로 연기가 빠져나갈 수 없어 계속해서 실내에 축적되며 계단이 가파르고 좁으며 복도는 길고 좁다. 또한 Lee(2019)에 따르면 냉동 창고의 제어반 전자접촉기 등 전기적 요인의 화재도 발생하기 쉽다고 언급하고 있다. 그러므로 냉장·냉동 창고 화재 시 실 내부는 다량의 적재물이 산재되어있어 다량의 가연물로서 역할을 하고 다량의 가연성 증기에 의해 가시도가 제한 된 상태에서 구조 및 대피가 매우 어렵게 된다.

따라서 냉장·냉동 창고는 폴리우레탄 및 샌드위치 패널과 같이 화재의 위험에 노출되기 쉬우며 화재가 시작되면 급속하게 화재가 성장하고 다량의 가연성 가스를 발생시키는 가연물로 이루어져 있고 구조적으로 복잡하고 밀폐되어 소방관의 대응이 힘들고 피난에도 상당한 어려움이 있지만법적으로 소방시설 설치를 완화해 주고 있어서 상당한 위험성이 존재한다고 할 수 있다.

저산소 화재예방시스템(ORS)

위에서 언급한 위험성을 제거할 수 있는 방향은 예방이 최우선이라고 생각된다. 따라서 냉장·냉동 창고에 적응성 있는 화재방호시스템으로 대두되고 있는 저산소 화재예방시스템(ORS)에 대해 연구하였다.

저산소 화재예방시스템(ORS)의 개념

저산소 화재예방시스템(ORS)는 Fig. 4의 연소의 3요소 중 하나만 사라져도 화재가 발생하지 않는다는 사실에서 시작한 개념이다. 저산소 화재예방시스템(ORS)의 소화약제는 산소(Oxygen)로 화재 예방 구역 내의 환경을 산소농도 15.7%로 낮추어 화재가 발생할 수 있는 환경을 만들지 않고 예방하는 역할을 한다.

Fig. 4. Fire triangle

아래의 Fig. 5는 실제 평상시 대기 상태에서 불꽃을 주어 화재를 발생시키는 상황과 저산소 화재예방시스템(ORS)이 가동된 화재 예방 구역에서 불꽃을 주는 상황을 비교한 사진이다. 저산소 화재예방시스템(ORS)이 가동된 화재 예방 구역 내에서는 착화되지 않아 화재가 발생하지 않는다는 것을 확인할 수 있다.

Fig. 5. Comparison of the normal conditions and the operation of oxygen reduction system conditions

저산소 화재예방시스템(ORS)의 원리

FirePASS(2022)에 따르면 아래의 Fig. 6과 같이 화재 방호 구역을 설정하고 그 실내에 산소농도 15.7%를 유지하는 것을 목표로 하고 있다. 따라서 화재 예방 구역 외의 외부로부터 신선한 공기를 산소발생기로 유입시켜 산소 분리장치에서 고농도의 산소(30%)를 제거하고 저농도의 산소(10%)를 화재 예방 구역에 지속적으로 투입하여 산소농도 15.7%의 환경을 맞추게 되며 화재 예방 구역에 산소모니터링 시스템으로 산소센서로 농도를 측정해 15.7%가 되면 저농도의 산소 공기의 투입을 중단하게 되고 농도가 높아지게 되면 다시 가동하게 된다. 또한, Fig. 7의 그래프에서 보이듯 연소 강도는 대략18%부터 약해지지만, 헤모글로빈 포화도는 서서히 감소하는 완만한 그래프를 가진다. 따라서 산소농도는 무조건 낮을수록 화재는 발생하지 않겠지만 인간의 건강에 위협을 받지 않으며 화재 예방이 가능하도록15.7%를 설정한 것이다.

Fig. 6. Operating principles of oxygen reduction system

Fig. 7. The graph of fire intensity and hemoglobin saturation percentage

화재시뮬레이션 냉동 창고 FDS모델링 과정

화재시뮬레이션 프로그램으로는 Choi et al.(2020)에서 언급한 바와 같이 FDS(Fire Dynamics Simulation)을 적용하였으며 미국 국립표준기술 연구소 National Institute of Standards and Technology(NIST)의 부설 건축화재연구소인 Building and Fire Research Laboratory(BFRL)에서 제공하는 화재시뮬레이션 프로그램으로, 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics, CFD)과 Navier-Stokes 방정식(저속 열 유동장)을 기본 이론으로 한다.

격자의 크기 분석 및 설정

대상 공간의 크기는 실제 크기와 동일한 구조로 모델링하여 건축물의 형상, 규모 등에 따라 격자민감도 분석기준 NUREG 1824(미국 원자력 규제위원회)의 민감도 권장(5~16) 범위에 해당하는 것을 합리적 판단하여 화재실의 적정 격자의 크기를 적용하여 0.2 m의 Cell Size를 적용하였다. Mesh의 크기는 XB = -0.6, 20.6, -0.6, 10.6, -0.4, 6.4로 설정해 201,824개의 Cell 수로 연산을 진행하였으며 전체 Open Mesh Boundaries 하였다.

또한 Cell수 201,824개를 시뮬레이션 해석을 효율적으로 연산하기 위해 병렬 연산 방식을 적용하였다. 총 Mesh를 4분할로 나눠 화재시뮬레이션 연산을 진행하였다.

냉동 창고의 크기, 벽체 및 폴리우레탄 폼

Fig. 8과 같이 이천의 A 대형 냉동 창고 도면을 기준으로 20m x 10m x 6m (가로x세로x높이)로 설정하였다. 벽체에 대형 냉동 창고 기준 폴리우레탄 폼 칠 200mm를 실제 대형 냉동 창고 시공사례를 참고하여 0.2m 폴리우레탄 벽과 천장을 만들었으며, 냉동 창고 현장 조사 결과 냉동 창고 바닥은 폴리우레탄 폼 칠을 한 뒤콘크리트로 평평하게 마감한다고 하여 FDS 모델에는 폴리우레탄 폼을 설정하지 않았다. 또한, 외벽과 상부에 콘크리트로 하였고 개구부의 크기는 실제 대형 냉동 창고 출입구의 크기를 기준으로 4.0m x 3.0m x 0.4m (가로x세로x두께)로 설정하였다.

Fig. 8. Cold storage FDS modeling

폴리우레탄 폼과 콘크리트의 물성치는 Lee et al.(2013)의 시뮬레이션 과정을 참고하여 Table 1과 같이 화재시뮬레이션상 폴리우레탄 폼의 물성치를 입력하여 Materials를 만들었으며, 콘크리트는 화재시뮬레이션 프로그램인 PyroSim에서 제공하는 기본 물성치 값을 입력하여 각각의 Materials를 Surfaces에 적용해 폴리우레탄 폼 칠을 한 벽, 천장과 콘크리트 외벽, 바닥을 제작하였다.

Table 1. Polyurethane foam Input value

화원 및 시나리오 선정

화재발생 개요는 Choi(2008)에서 분석한 이천 코리아 2000 냉동 창고 화재 사례를 근거하여 냉동실의 바닥좌측 구석 모서리에 화원을 주어 벽체를 타고 천장 우레탄 폼에서 화재가 발생한 상황을 만들었으며 당시 가연물이 적재되어있지 않았음에도 플래시오버가 발생해 3분 이내에 급속히 화재가 확산하는 상황을 구현하였다. 또한, Hwang et al.(2018)에서 언급한 소방대의 골든타임이 5분이라는 것에 근거하여 480초(8분) 이상을 넘기게 되면 이미 화재는 확산 속도가 매우 빠르고 피해 규모가 급격히 증가하여 소화가 사실상 불가능하다고 판단해 480초(8분)로 설정하였으며 1초 간격으로 데이터를 받도록 설정하였다.

환경 조건 냉동 창고 내부의 온도 설정

실제 냉동 창고 온도를 맞추기 위해 이천의 A 냉동 창고를 포함한 대부분의 냉동 창고에서 실제로 영하 20℃로 실내 환경을 설정해 운영하고 있음을 확인하였다. 따라서 화재시뮬레이션 상에 냉동 창고 영하 20℃ 환경을 Initial Region Properties를 사용하여 설정하였으며 실 내부에만 영하 20℃ 초기 환경이 설정되어야 하므로 개구부 전까지 실 내부의 크기인 XB = 0.0, 20.0, 0.0, 10.0, 0.0, 5.8로 설정하였다.

환경 조건 산소농도의 설정

우리가 살고 있는 대기 중에는 질소(N₂)가 78%, 산소(O₂)가 21% 나머지 기타 아르곤, 이산화탄소, 헬륨 등이 약 1%를 구성한다고 알려져 있다. Kim(2002)에 따르면 대기의 성분은 아래의 Fig. 9와 같이 부피비(체적비)와 질량비로 나누어지는데 우리가 알고 있는 위에서 언급한 이러한 구성은 체적비율로 나타낸 것이다. 그러나 화재시뮬레이션(FDS)에서는 대기 환경조건을 설정하는데 Mass Fraction 만을 설정할 수 있어 Volume Fraction을 Mass Fraction으로 계산해 Table 2와 같이 도출하여 화재시뮬레이션(FDS)상에 입력하였다.

Fig. 9. Composition ratio of atmospheric components

Table 2. Ambient Oxygen Concentration

화재시뮬레이션(FDS) 결과 및 분석

산소농도 변화에 따른 화재성상 분석

화재시뮬레이션(FDS) 모델을 이용하여 대기 중의 산소농도를 평상시 대기 상태인 21%일 경우 얼마나 위험한지 분석하였고, 저산소 화재예방시스템(ORS) 작동 상태인 산소농도 15.7%에서 얼마나 화재를 예방할 수 있는지를 분석하였다. 추가로 산소농도 15.7%와 비교해 앞서 언급한 Fig. 7의 연소 강도와 헤모글로빈 포화도 비교 그래프를 산소농도 18% 미만에서 급격한 하강곡선을 보여주는 결과를 분석하기 위해 산소농도 16.7%와 17.7%의 환경조건을 설정한 뒤 화재시뮬레이션을 진행하였으며 그 결과를 HRR(열방출률)값과 Plot 3D HRRPUV를 통해 수치적, 시각적 분석하였다.

이처럼 화재 시나리오는 총 case 3가지이며 위에서 언급하였듯이 화재발생 상황은 하부에서 화원을 주어 화재가 벽을 타고 천장부로 확산하는 상황을 가정한다.

Case1. 산소농도 21%의 냉동 창고 환경

시뮬레이션의 결과 산소농도 21%의 냉동 창고 환경조건일 경우 Fig. 10, 12와 같이 화원이 점화된 이후 복사열에 의해 폴리우레탄 폼이 가열되며 화원의 크기인 HRR값90~110kW 사이를 유지하나 47초에 590kW, 75초에 507kW, 109초에 545 kW 불안정한 모습을 보이다가 바닥 부분과 인접한 폴리우레탄 폼 칠이 된 모서리에서부터 대략2분 뒤인 132초에 568kW를 시작으로 화염이 벽을 타고 급속도로 화재가 성장하여 폴리우레탄 폼이 칠해진 천장까지 전파되고 냉동 창고 전체로 확산하여 약 166초에 28,350kW(28MW)의 Peak HRR값을 도달하였다. 이후 냉동 창고의 특성상 밀폐된 구조이다 보니 상부의 연기 층이 형성되며 산소농도는 줄어들어 화세가 줄어들어 HRR값이 낮아지는 모습을 나타내며 출입문 개구부가 열려있는 상황이므로 개구부 쪽에서 들어오는 공기의 이동에 따라 화재는 출입문을 향하여 화재가 지속되고 냉동 창고 외부 쪽으로 화재가 확산하는 상황을 보여 HRR값 15,000~20,000kW의 화세를 유지하였다.

Fig. 10. Oxygen concentration 21% fire HRR graph​​​​​​​

한번 불이 폴리우레탄 폼에 붙어 화재가 발생하면 매우 급속한 화재성장을 보이므로 굉장히 위험하다고 판단되며 다량의 가연성 가스 발생으로 인하여 소방대의 진압에도 어려움이 많을 것이다. 또한 이 실험에서는 냉동 창고 내에 폴리우레탄 폼만을 화재실험 한 것이지만 실제 대형 냉동 창고의 경우 적재되어있는 물품 즉 가연물이 다수 존재하므로 화재는 더욱 커질 것이다.

Case2. 산소농도 15.7%의 냉동 창고 환경

저산소 화재예방시스템(ORS) 작동 시 냉동 창고의 환경이다. 권장 사용 농도인 산소농도 15.7%의 냉동 창고 환경조건일 경우 위와 마찬가지로 시뮬레이션을 진행하였다. Fig. 11, 13과 같이 초기 화원 값으로 주었던 HRRPUA값85kW/m²에 따라 꾸준하게 HRR값90~110kW를 유지하였다. 479초까지 폴리우레탄 폼에 착화되지 않았으나 480초에 HRR값이 순간적으로 234kW를 찍고 바로 하강하는 현상이 나타났다. 이는 가연성 증기에 의해 일시적으로 연소범위에 들었기 때문에 화염이 잠시 발생했다가 15% 이하의 낮은 산소농도로 바로 불이 꺼지는 상황으로 볼 수 있었다. 또한, 이후착화되어 화재가 발생이 되는지를 알아보기 위해 기존 시간 8분에 5분을 추가로 13분 동안 화원을 주어도 착화되지 않는 모습을 볼 수 있다.

Fig. 11. Oxygen concentration 15.7% fire HRR graph

Fig. 12. Plot 3D HRRPUV with oxygen concentration 21%

Fig. 13. Plot 3D HRRPUV with oxygen concentration 15.7%

Case3. 산소농도 17.7% & 16.7%의 냉동 창고 환경

앞서 언급한 Fig. 7의 내용으로 보아 산소농도 15.7%인 환경에서 인체의 건강에 위험이 있을 수 있는 공간에서 1, 2% 농도를 올린 상태에서도 저산소 화재예방시스템(ORS)을 통한 화재 예방에 효과적인지와 화재가 발생하면 어떠한 화재성상을 보이는지를 확인하기 위해 실험을 진행하였다.

먼저 산소농도 16.7%의 경우 15.7%의 경우와 마찬가지로 Fig. 14, 16에서 나타나듯 초기 화원 값으로 주었던 HRRPUA값 85kW/m²와 같이 HRR값90~120kW사이를 유지하다 약 213초에 315kW를 시작으로 화재가 성장하며 천장으로 화염이 전파되어 약 87초 뒤인 대략 300초에서 Peak HRR값 21,737kW(21MW)에 도달했으며 이후 출입구 부근에서 화재가 지속되며 11,000~15,000kW사이를 유지하였다. 산소농도 17.7%의 경우 Fig. 14, 17에서 나타나듯 초기 화원 값으로 주었던 HRRPUA 값85kW/m²와 같이 HRR값90~130kW사이를 유지하는 듯 보이나 순간적으로 약 32초에 321kW, 109초에 356kW, 120초에 566kW의 값을 나타내며 상당히 불안정한 모습을 보였다. 이후 약 153초를 시작으로 화재가 급속도로 성장하여 약 73초뒤인 226초에 23,112kW(약 23MW)에 도달하였고 개구부에서 화재가 지속되어 11,000~17,000kW사이를 유지하였다.

Fig. 14. Oxygen concentration 17.7%, 16.7% fire HRR graph​​​​​​​

Fig. 15와 같이 산소농도 21%, 17.7%, 16.7%, 15.7%를 비교해본 결과 산소농도에 따라 농도가 낮을수록플래시 오버에 도달하는 화재성장 시간이 지연되며 Peak HRR값 또한 낮아지고 HRR그래프의 기울기도 큰폭으로 완만해 짐을 확인할 수 있었으며 산소농도 15.7%일 경우 21%, 17.7%, 16.7%의 경우와 달리 화재가 성장하지 않으며 13분간 화염을 가해도 폴리우레탄 폼에 착화되지 않음을 알 수 있었다. 따라서 화재시뮬레이션(FDS) 실험을 통해 저산소의 효용성을 분석하게 되었다.

Fig. 15. Oxygen concentration 21%, 17.7%, 16.7%, 15.7% fire HRR graph​​​​​​​

Fig. 16. Plot 3D HRRPUV with oxygen concentration 17.7%

Fig. 17. Plot 3D HRRPUV with oxygen concentration 16.7%

결론

본 연구를 통해 냉장·냉동 창고의 특성 및 위험성을 정립하고, 냉장·냉동 창고의 화재안전성 확보를 저산소 화재예방시스템(ORS)이라는 새로운 화재 예방 기술을 통해 제시하였다.

(1) 냉장·냉동 창고의 국내외 화재사례를 조사하였으며 화재 발생 건수는 매년 평균적으로 88건 이상, 재산피해액은 매년 평균적으로 155억 원 이상이며 해마다 꾸준히 증가하고 있는 추세임을 조사하였다.

(2) 냉장·냉동 창고의 위험성을 폴리우레탄 폼, 샌드위치 패널, 소방시설이 화재안전기술, 성능기준에서 제외 됨, 폐쇄적인 실내와 복잡한 구조로 인한 구조 및 대피의 어려움 등 총 4가지로 분류하여 조사 및 분석하였다.

(3) 냉장·냉동 창고의 위험성과 특성을 분석하여 적응성 있는 화재방호기술인 저산소 화재예방시스템(ORS)의 개념 및 원리 등을 조사하였다.

(4) 이천의 A 냉동 창고를 참고하여 화재시뮬레이션(FDS)을 통해 모델링을 진행하였으며 21%, 17.7%, 16.7%, 15.7% 총 4가지 산소농도에 따라 화재성상을 HRR그래프와 Plot 3D의 HRRPUV를 통해 수치적, 시각적으로 분석하였다. 평상시 대기상태인 21%에서 냉동 창고 화재 발생 후HRR값이 약 166초만에 28MW에 도달해 급속도로 화재가 성장해 폴리우레탄 폼 칠을 한 냉동 창고의 화재 위험성에 대해 확인을 하였으며 저산소 화재예방시스템(ORS)에서 요구하는 기준 산소농도인 15.7%에서는 13분간 화원을 주어도 주어진 화원의 크기를 유지할 뿐 착화가 되지 않은 것으로 보아 15.7% 이하의 저산소 환경에서는 화재에 대한 안전성이 확보되었음을 확인하였다. 또한, 17.7%, 16.7%의 분석 결과 결국엔 21%와 같이 화재가 플래시오버 단계로 이어졌지만, 산소농도가 낮아질수록 화재가 플래시오버 단계로 성장하는 시간이 많이 지연되었으며 HRR그래프의 기울기도 완만해지는 등 화재의 성장이 더뎌지고 Peak HRR값의 크기도 낮아져 화재강도에도 영향이 있음을 확인할 수 있었다.

저산소 화재예방시스템(ORS)은 현재 국내에서는 잘 알려지지 않았으며 화재안전기술, 성능기준에도 제정되지 않아 사용되지 않고 있다. 그러나 국외에서는 아르헨티나의 초대형 냉동 창고, 호주의 대형 병원 수술실, 데이터 센터, 핀란드의 로봇 자동화 물류창고, 심지어 최근 일본에서도 저산소 화재예방시스템(ORS)를 수입해 설치하려 하고 있다. 이에 대해 우리는 이러한 선진 기술을 범정부적인 차원에서 우선적으로 동결의 우려로 법적으로 소화설비 설치가 의무가 아니며 평균 88건 가까이 꾸준히 화재가 발생하고 재산피해도 평균 155억 원 이상으로 해마다 늘고 있는 냉장·냉동 창고를 대상으로 더욱 체계적이고 세밀한 연구가 이루어져 실대형 실증실험을 통해 설치기준을 포함한 화재안전기술, 성능기준 법제화 및 유지관리 기준마련을 해야 하며 또한 국외에서 현재 준용되는 기준 등을 조사하여 법제화에 참고해 국내에 도입이 된다면 저산소 화재예방시스템(ORS)의 사용성이 증대될 것이며 화재의 사각지대에 놓인 소방대상물에 안전성을 극대화하여 국가의 화재 예방 및 안전 수준을 획기적으로 개선하는 계기가 될 것이라고 확신하는 바이다.