심부화재 체적당 소화약제량 계산표가 의미하는 것

이산화탄소 소화설비를 보면 표면화재와 심부화재에 대해 방호구역 체적장 소화약제량을 설정해 놓은 표가 있다. 여기에서 심부화재 체적당 소화약제량 계산표가 의미하는 것이 무엇인지 살펴보자.

화재안전기준의 소화약제량 적용 기준표를 살펴보자

이산화탄소 소화설비의 화재안전기준(NFSC 106) 제5조(소화약제) 제2호를 살펴보자. 전역방출방식에 있어서 종이·목재·석탄·섬유류·합성수지류 등 심부화재 방호대상물의 경우에는 방호구역 체적 1㎥에 대하여 다음 표에 따른 양 이상으로 하여야 한다고 규정하고 있다.

방호대상물	방호구역 체적 1㎥에 대한 소화약제의 양	설계농도
유압기기를 제외한 전기설비, 케이블실	1.3kg	50%
체적 55㎥ 미만의 전기설비	1.6kg	50%
서고, 전자제품창고, 목재가공품창고, 박물관	2.0kg	65%
고무류, 면화류창고, 모피창고, 석탄창고, 집진설비	2.7kg	75%

자유유출 공식을 적용한다.

이산화탄소 소화설비는 자유유출 방식으로 적용하여야 한다. 표면화재에 대한 이산화탄소 소화약제 특징을 설명하면서 언급하였던 것을 참조하면 된다. 이산화탄소 소화약제는 헤드에서의 방사압이 강하고, 장시간 방사되며, 팽창률이 크고, 설계농도가 고농도로 유지되는 특성상 실내 압력이 높아진다. 그래서 틈새를 통해 자유유출이 이루어진다고 설명하였다. 그래서 자유유출 공식을 사용한다.

 

가스계 소화설비 자유유출 방식의 소화약제량 공식

이산화탄소 비체적 기준 온도는 10℃를 적용한다.

자유유출 공식에서 선형상수인 이산화탄소 소화약제의 비체적을 계산하고자 할 때 기준 온도는 10℃를 적용한다. 그 이유는 NFPA에서 심부화재인 경우 이산화탄소 소화약제 비체적의 기준온도를 10℃와 30℃ 두 가지로 제시하고 있다. 즉, 방호구역의 최소예상온도를 적용할 때 심부화재 이므로 실내의 온도가 급격하게 올라가지 않고 연기만 발생하는 것으로 판단하고 있기 때문이다. 참고로 표면화재의 경우에서는 기준 온도를 30℃로 적용하고 있다는 것은 이전 포스팅에서 언급했었다.

그런데 적용하는 온도가 높을수록 소화약제의 비체적이 커지므로 실제 저장량은 작아지는 효과를 불러온다. 그래서 소화약제의 비체적에 적용하는 온도를 두 가지 중의 낮은 온도인 10℃로 적용하는 것이고 그래서 계산한 S값이 0.52㎥kg이 나오게 된다.

S = K1 + K2 + t

t를 10℃ 적용

S = 0.509 + 0.509/273 × 10 = 0.52㎥/kg

 

방호구역의 온도를 10℃로 봤을때의 이산화탄소 소화약제 비체적

 

 

 

방호구역 체적당 소화약제의 양이 정해지는 원리

가. 유압기기를 제외한 전기설비, 케이블실

w = 2.303 × log(100/100-C) × 1/S = 1.33kg/㎥

C : 50%

S : 0.52㎥/kg

 

전기설비, 케이블실의 체적당 이산화탄소 소화약제량

방호구역에 적용할 설계농도는 50%를 적용하므로 C값을 50%, 이산화탄소 소화약제의 비체적 S는 0.52㎥/kg을 적용하여 계산하면, 1.3332kg/㎥이 나온다. 그래서 방출계수를 1.3kg/㎥으로 선정하게 된 것이다. 이왕이면 1.35kg/㎥ 또는 1.4kg/㎥으로 적용하였으면 더 안전을 확보할 수 있었을텐데 아쉬운 대목이다.

 

나. 서고, 전자제품창고, 목재가공품 창고, 박물관

w = 2.303 × log(100/100-C) × 1/S = 2.02kg/㎥

C : 65%

S : 0.52㎥/kg

 

방호구역에 적용할 설계농도는 65%를 적용하므로 C값을 65%, 이산화탄소 소화약제의 비체적 S는 0.52㎥/kg을 적용하여 계산하면, 2.019kg/㎥이 나온다. 그래서 방출계수를 2.0kg/㎥으로 선정하게 된 것이다.

 

다. 고무류, 면화류 창고, 모피창고, 석탄창고, 집진설비

w = 2.303 × log(100/100-C) × 1/S = 2.67kg/㎥

C : 75%

S : 0.52㎥/kg

 

고무류 창고, 면화창고 등의 체적당 이산화탄소 소화약제량

방호구역에 적용할 설계농도는 65%를 적용하므로 C값을 75%, 이산화탄소 소화약제의 비체적 S는 0.52㎥/kg을 적용하여 계산하면, 2.666kg/㎥이 나온다. 그래서 방출계수를 2.7kg/㎥으로 선정하게 된 것이다.

설계농도가 같은데도 방출계수가 차이가 나는 이유

계산을 하다보니 궁금증이 생긴다. 유압기기를 제외한 전기설비 그리고 케이블실도 설계농도가 50%이고, 체적 55㎥ 미만의 전기설비도 설계농도가 50%로 동일한데 왜 방출계수가 차이가 날까? 이는 방호구역의 체적, 설비의 상대 표면적, 복사열과의 관계에 기인한다.

 

가. 방호구역의 체적이 작을수록 복사열이 빨리 퍼진다.

방호구역의 규모가 작으면 화염 또는 열기가 퍼져나가는 속도가 빨라진다. 벽과 천장이 화염과 가까운 곳에 있어 복사열의 영향을 쉽게 받기 때문이다. 반대로 방호구역의 체적이 큰 곳 즉, 대규모의 실인 경우에는 동일한 크기의 화염이라 할지라도 실내 전체에 영향을 주는 데는 상대적으로 한참의 시간이 걸린다.

 

나. 방호구역의 체적이 작을수록 동일한 설비의 상대적인 표면적이 커진다.

동일한 크기의 전기설비가 작은 규모의 방호구역에 있을 때와 큰 규모의 방호구역에 있을 때를 비교해보면, 실 체적과 전기설비간의 상대적인 표면적 비율을 갖게 된다. 방호구역의 체적이 작을수록 동일한 전기설비가 가지는 표면적의 상대 비율이 커지기 때문에 화염의 전파와 온도 상승으로 인한 복사열 영향을 크게 준다. 그래서 체적이 작으면 복사열이 빨리 상승하여 화재확산에 영향을 주기 때문에, 조기 진화를 위하여 동일한 설계농도라도 방출계수를 20% 이상 크게 잡는 것이다.

 

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