1.머리말

야간의 공동주택 화재로 인한 사망자 비율은 61.2%로 나타났다. 화재 및 재난으로 인한 인명피해 예방을 위해 공동주택에서의 화재 경보 및 피난 경로 안내 시스템의 보완이 시급하다.

재실자의 수면, 피난시간 부족 등 화재 경보음 인지지연 관련 사망자가 전체 사망자의 30.8%, 주간 발생 화재 희생자의 31%도 수면상태로 보고되었다. 호주의 화재발생시간과 인명손실의 유형 분석 결과 화재의 81%가 야간에 발생하고 이 중 86%의 피해자가 수면 중이었다고 밝히고 있으며, 수면 중인 사람들을 효과적으로 깨우는 화재경보장치 중요성을 지적하고 있다. 화재 피난 경로 안내에도 음향 신호가 효과적인 것으로 제시되고 있으나 공동주택 엘리베이터 실에 설치된 경보음 발생장치에서 발생되는 경보음을 공동주택 세대 안에서 듣고 피난하는 것은 어려운 것으로 나타났다.

1. NFPA 72에서 규정하고 있는 경보음 관련 규정은 다음과 같다.
2. 1) 공공시설의 음향경보신호는 명확하게 구분되는 특성으로 거주영역 바닥 1.5m 높이에서 경보음의 평균 음압레벨이 배경소음 보다 최소 15dB(A) 이상 크게 하여야 한다.
3. 2) 사설시설의 음향경보신호는 명확하게 구분되는 특성으로 거주영역 바닥 1.5m 높이에서 경보음의 평균 음압레벨이 배경소음 보다 최소 10dB(A) 이상 크게 하여야 한다.
4. 3) 수면공간의 음향경보신호는 평균 배경소음 보다 최소한 15dB 이상 크게 하거나, 침대 머리 방향에서 최소 75dB(A) 음량을 유지해야 한다.
5. 4) 음향신호는 배경소음을 포함해 120dB(A)를 초과해서는 안 된다.

이번 연구에서는 공동주택 세대 안에서 경보음을 효과적으로 전달할 수 있는 방법으로 세대 안 거실의 월패드에서 경보음을 전달하는 경우와, 각 방별로 경보음 발생용 스피커를 설치하여 전달하는 경우에 대한 음향 시뮬레이션을 실시하여 비교하였다. 시뮬레이션을 통하여 NFPA 72의 기준 중에서 침대 머리 방향에서 75dB(A)를 만족하는 방안을 도출하였다.

2. 경보음 전달 방안 비교

경보음 전달 시뮬레이션을 위한 공동주택은 4베이 형식의 84 타입을 대상으로 수행하였다. 경보음 전달 시뮬레이션은 3가지 경우에 대하여 수행하였다. 3가지 시뮬레이션에 대한 내용은 <표 1>에 정리하였다. 예측 대상 공동주택 모델은 [그림 1]과 같다.

[그림1 ] 예측 대상 공동주택 모델링

<표 1>에서와 같이 기존 방안은 엘리베이터 실에서 경종으로 경보음을 발생시키는 경우로 설정하였다. 경종으로 경보음을 전달하는 경우 [그림 2]에서와 같이 거실을 포함한 모든 방에서 NFPA 72의 75dB(A) 기준을 만족하지 못하는 것으로 나타났다. 또한 현관에서 가장 멀리 떨어진 거실로 전달되는 경보음의 크기를 주파수 대역별로 비교한 결과 [그림 3]에서와 같이 대부분의 주파수 대역에서 배경소음보다 15dB 이상 크지 않은 것으로 나타났으며, 63Hz ~ 500Hz 대역의 경보음 크기는 배경소음보다 작은 것으로 예측되었다.

[그림2 ] Case 1의 경보음 전달 실내 분포

[그림 5] Case 2의 경보음 전달 실내 분포

Case 2는 각 공동주택의 거실에 설치되는 월패드를 이용하여 경보음을 전달하는 경우에 대하여 NFPA 72의 75 dB(A) 기준을 만족하는 조건을 도출하여 예측한 결과이다. 경보음의 특성은 광대역 소음을 사용하여 거실의 월패드에서 발생시키는 것으로 가정하였으며, 각 방에서도 75dB(A) 기준을 만족시키는 음원의 크기를 계산하여 설정하였다. [그림 5]에서와 같이 거실의 월패드에서 113dB크기의 광대역 소음을 발생시키는 경우 각 방에서 모두 75dB(A) 기준을 만족하는 것으로 나타났다. 방으로 전달되는 경보음(광대역 소음)의 주파수 특성은 [그림 4]에서와 같이 배경소음 +15dB기준을 모두 만족하는 것으로 나타났다. 거실 월패드에서 113dB 크기의 광대역 소음을 발생시키는 경우 120dB(A)보다는 낮지만 경보음 발생시 청력손실 문제가 발생할 수 있으며, 월패드에 설치하여야 하는 스피커의 크기를 크게 해야 하는 등의 제한점이 발생하게 된다.

[그림 6] Case 2의 경보음 전달 실내 분포

Case 3는 Case 1 및 Case 2에서 발생되는 문제점 및 제한사항을 해결하기 위해 각 거주 공간별로 경보음 발생장치(스피커)를 설치한 경우에 대하여 예측한 결과이다. 거실의 경우 모든 공간에서 75dB(A)를 만족시키기 위해서는 85dB의 광대역 경보음을 발생시킬 수 있는 스피커가 필요하며, 방의 경우 경보음 스피커를 통해 80dB의 광대역 경보음을 발생시키는 경우 대부분의 공간에서 75dB(A) 기준을 만족하는 것으로 나타났다. [그림 7]과 [그림 8]은 Case 3의 거실과 작은방으로 전달되는 경보음의 주파수 특성을 나타낸 것으로 모든 주파수 대역에서 배경소음보다 매우 크게 경보음이 전달되는 것으로 나타났으며, 각 공간별 경보음 발생 차이도 최소화할 수 있는 것으로 판단된다.

3. 맺음말

이번 연구에서는 공동주택 세대내로 전달되는 경보음의 특성을 음향 시뮬레이션을 통해 비교하였다. 현재 사용되고 있는 엘리베이터 실의 경종에서 발생되는 경보음을 포함한 세 가지 경우에 대하여 공동주택 세대 안의 각 공간(거실, 방)으로 전달되는 경보음의 특성을 비교하였다. 기존 경종에서 발생되는 경보음에 대한 대안으로는 월패드와 각 방별 스피커를 설치하여 경보음을 발생시키는 조건에 대하여 NFPA 72 기준의 만족 여부를 조사하였다.

기존의 방법은 세대내 각 공간에서 NFPA 72의 기준을 대부분 만족하지 못하는 것으로 나타났다. 월패드에 스피커를 설치하여 113dB크기의 광대역 경보음을 발생시키는 경우 거실과 모든 방에서 75dB(A) 기준과 배경소음 +15dB 기준을 만족하는 것으로 나타났다. 그러나 월패드에서 경보음을 크게 발생시키는 경우 거주자의 청력손실 및 고출력 스피커를 사용해야 하는 보완상항이 발생할 것으로 예상되었으며, 고주파수 대역의 경보음은 세대안의 방문의 차음성능으로 인해 급격이 감소되는 것으로 나타났다.

마지막으로 각 공간별로 경보음 전달을 위한 스피커를 설치하여 활용하는 경우, 80dB ~ 85dB(거실) 크기의 광대역 경보음을 발생시키는 경우 NFPA 72의 모든 기준을 만족하는 것으로 나타났다.