도로터널 물분무소화설비의 살수밀도 균일성 개선에 관한 실험적 연구
Experimental study on uniform spray distribution improvement in road tunnel water spray fixed systems for fire protection
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초록
국내 도로교통 인프라 확충과 함께 터널 건설은 지난 10년간 급증하였다. 2014년 약 1,800여 개소였던 터널은 2023년 약 3,800여 개소로 두 배 이상 증가하였으며, 총 연장 역시 1,200 km 이상으로 확대되었다. 터널 화재는 반밀폐 구조와 환기 흐름의 제약으로 인해 대형 인명 및 재산 피해로 비화할 위험이 높다. 이에 ｢도로터널 방재·환기시설 설치 및 관리지침｣은 1등급 터널의 물분무소화설비 설치를 의무화하고 있으나, 선행연구에서는 방수구역별 살수밀도의 불균일성과 성능기준(6.0 L/min·m2) 미달 구역의 존재를 지적해 왔다. 더불어, 변화하는 교통 환경에 대한 전기차(electric vehicle, EV) 배터리 화재 및 구조적 사각지대 대응에 대한 한계는 더욱 취약한 실정이다. 본 연구는 동일한 운전 조건(노즐 전단 0.35 MPa, 유량 390 LPM)에서 기존 고정식 물분무소화설비와 차세대 물분무소화설비를 대상으로 방수구역 내 살수밀도를 실험적으로 비교 분석하였다. 표준화된 트레이 격자(25구역, 0.09 m2/구역)에서 분당 단위면적당 수량을 계측·환산하여 분포특성 및 취약개소를 평가하였다. 그 결과, 차세대 물분무소화설비의 살수밀도 균일성이 유의하게 향상되었으며 기준 미달 취약개소의 발생 빈도가 현저히 감소하였다. 다만, 노즐 원접 길어깨 구역의 취약개소가 잔존하여 분사각도, 분사주기 최적화가 필요함을 확인하였다. 본 연구는 터널용 물분무소화설비의 살수밀도를 정량적으로 비교 분석하여 차세대 물분무소화설비의 실효성을 실험적으로 입증하였다. 또한, 향후 실제 환경 반영의 실증과 EV 배터리 소화 성능과의 연계 검증을 통해 터널 화재안전 설계 및 운영 기준의 고도화에 기여할 수 있음을 시사한다.
Abstract
Tunnel construction in Korea has more than doubled over the past decade, heightening fire-risk concerns in semi-enclosed spaces with restricted ventilation. The Guidelines for Design and Maintenance of Road Tunnel Fire Protection and Ventilation Systems mandate water-spray systems in first-grade tunnels; however, prior studies report nonuniform spray density and zones failing the 6.0 L/min·m·criterion, with added limitations for electric vehicle (EV) battery-fire scenarios. This study experimentally compares conventional fixed systems with a next-generation system under identical conditions (nozzle inlet pressure 0.35 MPa; discharge rate 390 LPM). Spray distribution is evaluated on a standardized 25-tray grid (0.09 m2 each), converting collected volume per unit area and time to spray density. Results show the next-generation system significantly improves spray-density uniformity and reduces deficient zones; residual deficiencies near far-side shoulders indicate the need to further optimize spray angle and discharge cycle. These findings demonstrate the system’s effectiveness and motivate large-scale, in-situ validation linked to EV-battery fire suppression to inform future tunnel fire-safety standards.