표면화재, 이산화탄소 소화약제량 적용 원리를 알아보자.

앞 글에서 이산화탄소 소화약제의 최소 설계농도가 34%인 이유를 알아봤다. 이번에는 표면화재에 적용하는 이산화탄소 소화설비의 소화약제량을 어떻게 산정하는지 그 원리를 알아보고자 한다.

이산화탄소 소화약제량 계산 기준

가. 약제 계산을 위한 기준표를 먼저 살펴보자.

이산화탄소 소화설비의 화재안전기준(NFSC 106) 제5조(소화약제)에서 제1호를 살펴보면 전역방출식 표면화재에 대한 소화약제량 표가 나온다. 전역방출방식에 있어서 가연성 액체 또는 가연성 가스 등 표면화재 방호대상물의 경우에는 다음의 기준에 따른다.

 

표면화재에 적용하는 이산화탄소 소화약제량

나. 어떻게 적용하면 되는가?

표면화재에 대해서는 방호구역의 체적 규모에 따라 방출계수(체적 1㎥에 대한 소화약제의 양)를 적용하면 된다. 다만, 그렇게 계산했더니 저장량의 최저한도의 양 미만이 된다면 그 때에는 최저한도의 양으로 하면 된다. 그 이유는 68ℓ의 소화약제 저장용기 하나에 들어가는 이산화탄소 소화약제의 기본량이 45kg 이기 때문이다.

방호구역의 체적이 160㎥라면 방출계수가 0.80kg 이므로 128kg이지만, 이를 저장용기에 저장하려면, 충전비를 1.5로 하였을 때 저장용기 하나당 45kg 저장이 가능하므로 총 3개의 저장용기가 필요하다. 그러므로 계산상 필요량은 128kg이지만 저장용기에 저장하려다 보니 3개에 해당하는 135kg이 최저한도의 양이 되는 것이다.

 

이산화탄소 소화약제 저장용기

방호구역의 체적이 작을수록 체적당 소화약제량은 오히려 많아지는 이유

가. 체적에 따른 방출계수는 설계농도와 관련이 있다.

표를 자세히 보면 방호구역의 체적이 가장 적은 45㎥ 미만일 때 방출계수가 1kg/㎥이고 방호구역의 체적이 가장 큰 1,450㎥ 이상이 되면 방출계수가 0.75kg/㎥로 낮아지는 것을 알 수 있다. 이는 체적별로 적용하는 이산화탄소의 설계농도가 달라지므로 방출계수가 달라지는 것이다. 중요한 것은 이산화탄소의 설계농도를 얼마를 적용했느냐 또는 방호구역의 체적이 작을수록 설계농도를 왜 높게 적용하고 있느냐이다.

 

나. 왜 그럴까?

방호구역의 체적이 작을수록 실내 열기는 빨리 상승한다. 반대로 체적이 넓고 규모가 큰 공간은 화재가 전파되는 속도에 대비하여 체적 전체의 온도가 상승하는 시간이 늦어진다. 이는 공간이 작을수록 화재로 인한 복사열에 의해 영향을 빨리 받는다는 것을 의미한다. 차가운 공기층이 많은 대규모의 공간은 동일한 화재 크기에서도 복사열의 영향을 상대적으로 적게 받는다. 그래서 방호구역의 체적이 작을수록 동일한 화재 크기에서 빠른 전파력을 가지기 때문에 설계농도를 높여 신속한 진화를 도모하는 것이다.

 

다. 동일 체적대비 표면적이 증가한다.

서적에 이런 표현이 있다. 방호구역의 체적이 줄어들수록 동일 체적 대비 표면적이 증가한다. 그래서 설계농도도 증가하는 것이다. 일리가 있는 표현이다. 동일한 설비를 대상으로 생각해 보자. 일정한 크기의 설비를 어느 장소에 넣어 놓았느냐에 따라 체적 대비 표면적을 비교해 보면 알 수 있다.

 

 

적용상 이상한 점도 있다.

가. 개구부에 대한 가산량도 있잖아.

표면화재와 관련된 방호구역에 개구부가 있는 경우에는 소화약제가 개구부를 통해 새어나가는 것을 대비하여 개구부의 면적에 해당하는 만큼 필요한 소화약제량을 추가하여야 한다. 즉 표의 기준에 따라 산출한 양에 방호구역의 개구부 면적 1㎡당 5kg을 가산한다. 결국 소화약제 필요 기본량을 구하고 나서, 최저한도의 양에 미치지 못하는 때에는 저장용기의 저장량에 맞추어 최저한도양으로 맞추고, 다시 개구부가 있으면 그만큼 또 가산하라는 것이다.

 

표면화재시 이산화탄소 소화약제량 계산

나. 그런데 말입니다.

그런데 개구부 가산량 역시 저장용기의 저장량에 맞추어 저장해야 한다. 개구부가 10㎡에 해당한다면 가산해야 하는 양은 10㎡ × 5kg/㎡ = 50kg이다. 그런데 저장용기 하나당 45kg을 저장할 수 있으므로, 필요량은 50kg 이지만 저장용기의 수로는 당연히 2병이 추가로 필요한 셈이다. 기본 약제량을 구한 이후 저장용기의 기본량 때문에 소화약제의 최저한도량을 계산하면서 가산하고, 개구부 면적당 가산량을 한번 더 가산하는 셈이 된다는 것이다.

 

다. 장점만 있으면 좋겠지만, 단점도 있다.

그러면 방호구역에 많은 이산화탄소 소화약제가 뿌려지니까 불이 더 잘 꺼지는 거 아니냐? 라고 말할 수 있다. 맞는 말이다. 많은 소화약제가 뿌려진다는 의미는 방호구역 내 이산화탄소의 설계농도가 높아진다는 것과 같다. 이산화탄소 소화약제의 설계농도가 높아지면 방호구역의 산소농도는 15% 이하로 그만큼 더 낮아지는 것이므로, 소화가 빠르고 확실하게 된다. 소화약제 방출 이후 재발화 방지를 위한 Soaking Time도 더 확실하게 유지될 수 있다.

다만, 불필요한 양의 소화약제를 추가로 구입해야 하는 경제적 문제, 체적 팽창에 따른 과압 발생이 야기할 건물 구조상의 안전 문제, 그리고 지구상의 환경적 문제는 누가 감수해야 하는가?

 

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끝까지 읽어 주셔서 감사 드립니다.

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