Journal of KOSHAM pissn 1738-2424, eissn 2287-6723 Vol. 12, No. 6 (Dec. 2012), pp. 179~184 http://dx.doi.org/10.9798/kosham.2012.12.6.179 방재정책 사업장화재경보음전달특성에관한연구 A Study on Sound Level of the Fire Alarm System in the Factory 이영삼 * 이동호 ** Lee, Young-Sam Rie, Dong-Ho Abstract If a fire occurs in the workplace delay of danger warning transmission because of a lot of inner workplace noise increases the RSET (Required Safety Egress Time) and increases the death rate. This is especially true when there is a lot of noise from a machine room and also the possibility of doors between the machine room and the fire alarm system. In addition, most workers in a noisy environment wear protective earplugs. In this study, the transmission characteristics of fire alarm sound were researched according to KOFEIS 0305 and the US Fire Protection Handbook to analyze the problems. In a experiment done using eight different fire alarm systems under conditions such as distance from the alarm system, open and closed doors, machine sounds, and with and without earplugs. As a result of the measurements it was found that in the case of wearing earplugs the alarm systems didn't meet the standards and the alarm sound volume was changed per door open or shut in the machine room. Also every machine sound volume exceeded the 85dB in the case of machine sound(background noise) except air compressor. NFPA suggests that when the background noise exceeds 85dB or more than that, alarm system should be considered of other methods to know alarm sound. Therefore it was concluded that the design of the fire alarm systems should not be applied to machine sound volume and that there needs to be improvement with regulations and the systems. Key words : Fire alarm system, Transmission characteristics, Earplug, Machine sound 요 지 사업장에서의화재발생시, 사업장내에존재하는다양한소음에의한위험정보전달의지연은재실자들의피난허용시간을단축시켜사망률을증가시킨다. 특히, 암소음즉보일러, 공기압축기, 냉동기, 모터펌프등의대표적인유틸리티계통에기계적소음과기계실마다설치되어있는차음문그리고귀마개등의방음보호구를착용할경우경보음이작업자에게전달되어인지하기란매우힘든실정이다. 본연구에서는이러한문제점을분석하기위해경종의형식승인및검정기술기준 시험세칙 (KOFEIS 0305) 과미국방화핸드북 (Fire Protection Handbook) 의측정기준및예시기준에따라조건별로실험하였다. 실험에사용된화재경보장치는시중에판매되고있는 8개의제품을대상으로하였으며거리별, 출입문의개 폐조건별, 기계음종류별, 귀마개착용여부조건에따른소리측정및분석을하였다. 실험결과귀마개착용시경보음기준에미달되는값이측정되었고, 기기실의문개 폐조건에따라경보장치의음량이크게변화되었다. 또한기기음 ( 암소음 ) 의경우공기압축기를제외한모든기기에서 85dB를초과하였다. 미국방화협회 (NFPA) 에서는암소음이 85dB이거나이상일경우다른경보방법을강구하도록되어있다. 따라서기기음과장소의특성을고려하지않는일률적인화재경보음의설계에대한제도적및법적개선이요구되는결론을도출하였다. 핵심용어 : 화재경보장치, 전달특성, 귀마개, 기기음 1. 서론산업현장에서작은불티하나가대형화재로이어지는경우가많다. 특히, 공장의경우유지보수시작은용접불티가유증기에튀어연쇄폭발과함께순식간에불길이번져사망하는사고가빈번하게발생되고있다. 사업장 ( 공장 ) 은특수건물 에해당된다. FSC(2011) 의보험과에서제정된법률에의하면특수건물은다수인이출입 근무 거주하는국 공유건물과 11층이상의건물, 일정규모이상의학원 숙박시설 판매시설 병원 공연장 방송사업장 다중이용시설 학교 공장 운수시설, 16층이상의아파트등대형건물을말한다. KFPA ** 정회원. 인천대학교대학원안전공학과박사과정 (E-mail: win203203@naver.com) **Member. Ph.D Candidate, Department of Safety Engineering, University of Incheon ** 교신저자. 정회원. 인천대학교소방방재연구센터 (Tel: +82-32-835-8293, Fax: +82-32-835-0779, E-mail: riedh@incheon.ac.kr) **Corresponding Author. Member. Fire Disaster Prevention Research Center, University of Incheon 179
(2010) 의 2010 특수건물화재조사및분석 자료에따르면, 특수건물대상건수는 27,269건, 화재발생건수는 1,432건, 재산피해액은 277억원으로나타났다. 인명피해는 125명 ( 사망 11 명, 부상 114명 ) 이었으며, 사망자는아파트 (10명 ) 와공장 (1명 ) 업종에서발생하였다. 업종별사상자는아파트 69명 (55.2%), 공장 39명 (31.2%), 11층이상의건물 10명 (8.0%), 병원이 3 명 (2.4%) 순으로나타났다. 본자료와같이특수건물중에서화재로인한사업장의인명피해가아파트다음으로매우높다는것을알수있다. 최근들어도심지에비싼토지비용때문에아파트형공장이많이건립되고있는가운데, 공장의소음등으로인하여작업자가화재발생의인지시간이지연될경우인명피해는더욱높아질것으로판단된다. 경보음에대한화재의위험성평가와관련된선행연구를살펴보면, Lee 등 (2008) 에의해 주거공간에서의화재경보음특성에따른전달감쇠실험연구, Baek 등 (2009) 에의해 전압변동에따른비상경보설비의음향특성에관한실험적연구 등의연구가진행되었다. 하지만소음환경이고려된경보음에전달특성에대한연구진행이미흡한실정이다. 본연구에서는경보장치의전달음특성을연구하기위해사업장의유틸리티 ( 보일러, 공기압축기, 냉동기, 모터펌프 ) 의소음을분석하였다. 또한시중에판매되고있는경보장치를구매하여국내 외규정에따라성능을측정하였다. 2. 경보장치의기준 2.1 국내 MOPAS(2009) 의경보장치의화재안전기준 (NFSC 201) 에서는 음향장치의부착된음향발생장치의중심으로부터 1m 떨어진위치에서 90dB이상되는것으로하여야한다 라고규정하고있다. 또한 NEMA(2005) 의경종의형식승인및검정기술기준 시험세칙 (KOFEIS 0305) 에따라경보장치를검정및인증을시행하고있다. 2.2 국외해외여러나라에서는우리나라의단순한기준과달리 NFPA(2010), CSA(1997), BS(2002) 와같은기준을근거로화재경보시스템을 Table 1과같이다양하게제시하고있다. Table 2. Specification of fire alarm systems Classification Film Type Voltage Electriccurrent Alarm Siren Hone type siren A Motor DC24V Less than 50mA B Motor DC24V Less than 50mA C Motor DC24V Less than 50mA D Motor DC24V Less than 50mA E Electronic DC24V - F Electronic DC24V - G Electronic DC24V - H Electronic DC24V - 종류로구분된다. 회사별제품은 A-H까지이며, 또한타입은모터와전자식으로구분된다. 전압은 24 V이고전류는 50 ma이하이다. 단, 전자식타입에대한전류값은대부분나오지않아생략하였다. 3.1.2 측정대상의제원및마감재료측정대상에대한정보는 Table 3과같이구분하였다. 측정대상은냉동기, 공기압축기, 보일러, 모터펌프등으로선정하였다. 선정한이유는대부분의사업장에서공장을운영하기위해필수적으로사용되는기기이기때문이다. 그에대한모습은 Fig. 1에나타내었다. 그리고각기기들은실로구획되 Table 3. Specification of machine and room's material Material of mach.' room Classification Specification Quantity Floor Wall Ceiling Chillers 1500RT 5 Concrete Drywall Concrete Compressors 200HP 250HP 1 1 Concrete Drywall Concrete Boilers 10ton 2 Concrete Drywall Concrete Motor pumps 10HP 15HP 25HP 40HP 4 6 3 3 Concrete Concrete Concrete Table 1. Standards of fire alarm sound level Classification USA Canada UK Standard NFPA72 CSA-B222-0 BS 5830-1 Sound Level 5dB above 15dB above 15dB above ambient of more ambient ambient than 60dB Max. Sound Less than 120dB Less than 110dB Less than 120dB Level 3. 실험 3.1 실험개요 3.1.1 경보장치의제원본실험에서사용된경보장치의종류는 Table 2와같이 3 Fig. 1. The essential machines in the factory 180 한국방재학회논문집, 제 12 권 6 호 2012 년 12 월
어있고주요재질은콘크리트와석고보드로이루어져있다. 3.1.3 방음보호구의제원본실험에서사용된방음보호구는 Table 4와같이 3M사의 1110( 귀마개 ) 모델이다. 본제품은안전보건공단 (KOSHA) 에서보호구성능인증을받았으며소음감소율은 ANSI S3.19-1974 착용실험에서평균소음감소치가 29dB로입증된제품이다. 또한본제품은끈이달려있고귀에삽입하는타입의귀마개이다. Table 4. Specification of the ear protection Classification Specification Picture Standard KOSHA(08.11.10) Type Earplug NRR (Noise Reduction Rating) 29dB Product name 3M 1110 3.2 실험기기및방법 3.2.1 소음측정기본실험에서사용된소음측정기는 Fig. 2와같이영국 CIRRUS사에서제작한 CR-172B모델이다. 그리고본기기는국내에서환경청형식승인 (NES M-157) 을받았다. 성능으로는클래스 2급이고 1:1과 1:3 옥타브필터가가능하고주파수및시간가중치, 오디오녹음및프로그램편집이가능하다. Fig. 3. Schematic diagram of the imitation ear 와고막과의거리를 3.9 cm, 내경은 1cm로제작하였다. 3.2.3 실험방법화재경보장치가국내법적음량기준치를충족여부를확인하기위해시중에판매되고있는 8개의제품을수집하여 Fig. 4와같이 1m떨어진거리에서경보음의음량을측정하였다. 본기준은경종제품 (A-D) 에만적용이되고타제품 (E- H) 은기준이없어적용되지않는다. 하지만타제품도경종기준으로평가하였다. 또한방음보호구착용시경보음의특성을분석하기위해소음측정기에귀마개가삽입된인공귀 ( 모조귀 ) 를부착하여 Fig. 5와같이측정하였다. Fig. 4. Experiment setup of the sound level test without using the imitation ear Fig. 2. Consist of the sound level meter 3.2.2 방음보호구음량측정보조기구방음보호구착용상태에서경보음의특성치를측정하기위해 Fig. 3과같이모조귀를제작하였다. 재질은플라스틱이고귀주위에는실리콘재질로감쌌다. 그리고소음측정기와모조귀사이에실리콘재질의튜브로밀착연결하였다. 모조귀의크기는 MPVA (2009) 에있는귀의크기기준에준하여제작하였다. 본자료에따르면귀와고막과의거리는 2.5-3 cm, 내경이 7-9 mm이다. 하지만모조귀는본기준에준하여귀 Fig. 5. Experiment setup of the sound level test using the imitation ear 사업장화재경보음전달특성에관한연구 181
Fig. 6. Schematic diagram of the sound level test using the sound level meter between room and corridor Fig. 8. The result of the sound level test using an earplug worn in the room 기기실의실내음향특성을측정하기위해 Fig. 6과같이문에서 1 m, 3 m, 6 m, 12 m 떨어진위치에서측정을하였다. 1m를제외한측정거리는 Fire Protection Handbook (2008) 의측정예시기준에근거하여설정하였다. 또한기기실의문과경보발생장치와의거리는 5m로하였다. 각실의문과화재경보장치와의평균거리를분석한결과 5m 내 외였다. 그리고대부분의기기실에는화재경보장치의설계및설치가되어있지않고복도에만설치되어있었다. 측정은문을개방했을때와아닐경우의 2가지조건을두었다. 또한방음보호구착용전 후의경보음의전달특성을측정하였다. 암소음의특성을분석하기위해보일러, 냉동기, 공기압축기, 모터펌프실별로높이 1.5 m에서측정하고기기로부터 1.5 m거리에서음을측정하였다. 또한별도의준무향실에서경보음을복도로부터발생시킨후 30초간등가소음레벨로전달된경보음을 LAeq[dB(A)] 모드로측정하였다. 경보음의특성을무향실에서측정을해야하나대부분의정부기관연구실험실에무향실크기가 2m 내 외여서거리별측정이불가능하다. 따라서기기실의마감재료와같은석고보드와콘크리트로이루어진준무향실건물에서측정을하였다. 4. 결과및고찰 4.1 경보장치의음량측정시중에판매되고있는 8개제품 (A-H) 을구매하여경보음량을측정하고 Fig. 7과같이결과가나왔다. 국내화재경보장 치의법적음량은 1m거리에서 90 db이상이다. 실내에서경보음을측정한결과전제품이 90 db(a) 이상의음량이발생되어법적기준을충족하였다. 그리고 A제품은 1m거리에서 97 db(a) 이나왔고 F와 G제품은 12 m거리에서 80 db(a) 로가장낮게나왔다. 거리별평균음량을계산하면 1m에서 92 db(a), 3 m에서 88 db(a), 6 m에서 85 db(a), 12 m에서 81 db(a) 로나왔다. 귀마개착용에따른거리별음량을측정한결과를 Fig. 8과같이나타내었다. 측정은전체제품을대상으로평가하지않고각경보장치별로한개의제품으로만측정하였다. 경종은 A제품으로측정하고사이렌은 E제품으로그리고혼형사이렌은 H제품으로선정하여측정하였다. 경보장치의거리별평균음량으로는 1m에서 74 db(a), 3 m에서 69 db(a), 6 m 에서 68 db(a), 12m에서 67dB(A) 로나왔다. 1 m에서평균음량이 74 db(a) 로높게나왔지만이후거리인 3m, 6m, 12 m에서는각각의음량이 1dB(A) 이하로차이가나서음량의변화가작은것으로나타났다. 문개 폐조건에따른경보음의특성을측정하여 Fig. 9 와 Fig. 10에나타내었다. Fig. 9의경우귀마개를착용하지않은상태에서문을개 폐하여측정한결과이다. 문을개방한상태에서거리별경종, 사이렌, 혼형사이렌의평균음량의경우 1m에서 78 db(a), 3m에서 75 db(a), 6 m에서 74 db(a), 12 m에서 72 db(a) 로나왔다. 반대로문을닫은상태에서경보장치의거리별음량은 1m에서 56 db(a), 3 m에서 55 db(a), 6 m에서 54 db Fig. 7. The result of the sound level test Fig. 9. The sound level test using the open and close door without wearing an earplug from fire alarm system installed at corridor to room 182 한국방재학회논문집, 제 12 권 6 호 2012 년 12 월
Fig. 10. The sound level test using the open and close door under wearing an earplug from fire alarm system installed at corridor to room (A), 12 m에서 52dB(A) 이나왔다. 따라서문을닫고측정할경우거리별음량차이가 1dB(A) 내 외로큰차이가없는것을알수있다. Fig. 10의경우귀마개를착용한상태에서문을개 폐하여측정한결과이다. 문을개방한상태에서거리별경종, 사이렌, 혼형사이렌에평균음량의경우 1m에서 64 db(a), 3m에서 63 db(a), 6 m에서 68 db(a), 12 m에서 67 db(a) 로나왔다. 반대로문을닫은상태에서경보장치의거리별음량은 1m에서 63 db(a), 3 m에서 63 db(a), 6 m에서 67 db (A), 12 m에서 67 db(a) 이나왔다. 실험결과를통해거리가멀어질수록음량이커지나일정거리이후부터는음량이거의일정하게유지되는것을알수있다. 나타났다. 따라서냉동기는고주파대역에음이많이분포되어있는것을알수있다. Fig. 12는냉동기음의진폭을나타낸것이며기기음량이 90 db(a) 이상의최대치로지속적으로유지되고있다. Fig. 13은공기압축기실에서발생되는기기의운전음을측정하여나타낸것이다. 공기압축기의음원을주파수로분석하면 500(Hz) 에서 84 db(a) 로가장높게나타났다. 따라서공기압축기는저주파대역에많이분포되어있고고주파대역에서는감쇠를보여주고있다. Fig. 14는공기압축기음의진폭을나타낸것이다. 진폭의특징으로는드라이어를활용하여공기의수분을제거한다. 제거할때는번갈아가며고압의공기를대기로일정한간격으로강력한퍼지음띠를형성하며배출되는것을알수있다. Fig. 15는보일러실에서발생되는기기의운전음을측정하여나타낸것이다. 보일러의음원을주파수로분석하면 500(Hz) 의저주파에서 87 db(a) 로가장높게나왔고고주파에서는감쇠하는것으로나타났다. Fig. 16은보일러음의진폭을나타낸것으로, 진폭의특징 4.2 기기별음량의측정기기에서발생되는음량이경보음량보다클경우경보음이작업자에게적절하게전달되지않아피난에지연이될수있다. Fig. 11은냉동기실에서발생되는기기의운전음을측정하여나타낸것이다. 냉동기의음원을주파수로분석하면 4K(Hz) 에서 94dB(A) 로가장높게나오고그다음 2K(Hz) 와 8K(Hz) 에서높게 Fig. 13. The result of the sound level and the characteristics of frequency from the compressors Fig. 14. The result of the amplitude of compressors' sound Fig. 11. The result of the sound level and the characteristics of frequency from the chillers Fig. 15. The result of the sound level and the characteristics of frequency from the boilers Fig. 12. The result of the amplitude of chillers' sound Fig. 16. The result of the amplitude of boilers' sound 사업장화재경보음전달특성에관한연구 183
Fig. 17. The result of the sound level and the characteristics of frequency from the motor pumps Fig. 18. The result of the amplitude of motor pumps' sound 은미세하게연소의변동음이있는것을알수있다. Fig. 17은모터펌프실에서발생되는기기의운전음을측정하여나타낸것이다. 음의특징으로는저주파인 125(Hz) 에서 106 db(a) 로가장높게나타났고그다음 500(Hz) 에서 105 db(a), 1 K(Hz) 에서 103 db(a) 으로나타났다. 또한 63(Hz) 에서 94 db(a), 250(Hz) 에서 95 db(a), 2 K(Hz) 에서 92 db(a) 으로나타났다. Fig. 18은모터펌프음의진폭을나타낸것으로, 고음진폭이일정하게유지되는특징을알수있다. 5. 결론 본연구에서는다음과같은결론을얻을수있었다. 1) 경보장치음량의경우모든제품 (A-H) 에서국내법적기준치 (1m에서 90dB) 를충족하였다. 또한거리별 (3m, 6m, 12m) 음량의경우거리에따라 3-4dB(A) 씩감소하였다. 2) 실내에서귀마개착용에따른거리별경보음량의경우 1m거리에서평균음량이 74dB(A) 나왔지만이후거리인 3m에서 69dB(A), 6m에서 68dB(A), 12m에서 67dB(A) 로 1dB(A) 씩감소하였다. 3) 귀마개미착용후문개 폐조건에서문을열고측정 ( 복도에경보장치를설치 ) 을할경우의실내음량은 1-12m거리에서평균 72-78dB(A) 로나왔고반대로문을닫고측정한경우 1-12m거리에서평균 52-56dB(A) 로나왔다. 귀마개착용후문을개방한상태에서의음량은 1-12m에서 63-67dB(A) 로나왔고반대로문을닫은경우 1-12m에서 63-67 db(a) 로나와문개 폐조건과상관없이같게나왔다. 4) 기기실별발생음의경우첫번째로모터펌프실은 125(Hz) 에서 106dB(A) 로나와측정기기중가장높은수치가나왔으며또한주파수가 63(Hz)-2K(Hz) 에서는 90dB(A) 이넘게음이발생하였다. 두번째로냉동기의발생음이 4K(Hz) 에서 94dB(A) 로나왔고또한대부분의발생음은 2K(Hz)-8K(Hz) 의고주파영역에서많이분포되어있었다. 세번째로공기압축기는 500(Hz) 에서 84dB(A) 로나왔다. 그리고기기운전중일정한간격으로드라이어퍼지음이형성되었다. 보일러또한공기압축기와비슷하게 500(Hz) 에서 87dB(A) 이나왔다. 미국방화협회 (NFPA) 에따르면암소음 ( 기기음 ) 이 85dB이거나초과될경우화재경보음이재실자에게전달이되지않으므로다른방법을강구하도록하고있다. 따라서기기음 ( 암소음 ) 과장소의특성을고려하지않은현재의일률적인화재경보음설계는경보음전달의문제를야기할수있으므로소음진동규제법의공장소음 진동배출허용기준 ( 배출시설의마력용량에따른소음발생규제 ) 을고려한화재경보음설계를할수있는제도적인개선책이필요하다고사료된다. References Baek, E.-S., Baek, G.-J., Shin, H., and Jang, G.-S. (2009) An Experimental Study on the Acoustic Characteristics of Fire Alarm Sound due to Voltage Variation, Korean Insti-tute of Architectural Sustainable Environment and Building Systems Journal, Vol. 3, No. 1, pp. 10-15. British Standard 5830-1 (2002) Fire detection and fire alarm systems for buildings. Canadian Standards Association(CSA) B222-0 (1997) Installation Code for Local Fire Alarm Systems. Financial Services Commission (2011) Fire co-mpensation caused by fire and Law No.2 Cl-ause 3 on insurance. Fire Protection Handbook (2008) Chapter3, No-tification appliances. Korean Fire Protection Association (2010) Spe-cial building, fire investigation and analysis. Lee, M.-J., Shim, H.-B., Hwang, I.-S., Kim, M.-J. (2008) Experimental Study on the Sound Attenuation by the Characteris-tics of Fire Alarm Signal in the Residential Space, Korean Institute of Architectural Sust-ainable Environment and Building Systems Journal Fall Conference, (2008-10), pp. 225-231. Ministry of Patriots and Veterans Affairs Com-pensation evaluation report (2009). Ministry of Public Administration And Security (2009) National Fire Safety Code (NFSC), NFSC 201. National Fire Protection Association (NFPA) (2010) National Fire Alarm Code(NFPA 72). NEMA Notice No.2005-92 (2005.12.30) Formats approval and inspection technology standard of Alarm bell (KOFEIS 0305). 논문접수일 : 2012 년 11 월 07 일 심사의뢰일 : 2012 년 11 월 12 일 심사완료일 : 2012 년 11 월 27 일 184 한국방재학회논문집, 제 12 권 6 호 2012 년 12 월