이산화탄소 소화약제의 설계농도는 어떻게 산출되는 것일까?

이산화탄소 소화약제의 설계농도를 알기 위해서는 먼저 소화농도를 알아야 한다. 왜냐하면 설계농도는 소화농도의 1.2배의 여유율을 가진 농도이기 때문이다. 그러므로 소화농도가 어떻게 결정되는지를 아는 것이 우선적이다. 이에 대해 명확하게 이산화탄소의 소화농도를 방호대상물마다 어떻게 구했는지 설명하고 있는 곳이 없다. 그래서 할론 소화약제의 소화농도를 측정하는데 사용하는 측정법이 있는데, 이를 이산화탄소 소화약제의 소화농도 측정에 동일한 방법으로 적용해 보고자 한다.

 

이산화탄소 소화설비 저장용기실(출처 : 대성소방설비)

설계농도를 알기 위해서는 먼저 소화농도를 알아야 한다.

가. 설계농도는 소화농도에 1.2배 여유율을 가진 농도이다.

이산화탄소 소화약제량를 산출할 때 표면화재 및 심부화재 등 방호대상물의 특징에 따라 설계농도가 정해진다. 그리고 그 설계농도에 의해 자유유출식을 적용하여 방출계수를 산출한다는 것을 이전 포스팅을 통해 살펴보았다. 설계농도 = 소화농도 × 1.2라고 알고 있는데, 소화농도는 방호구역 내 산소의 농도를 15% 이하로 낮추기 위한 농도라는 것도 알려져 있다.

 

나. 방호구역의 규모 및 방호대상물에 따라 설계농도가 다르다.

이산화탄소 소화설비의 화재안전기준(NFSC 106) 제5조(소화약제)를 살펴보면 표면화재 및 심부화재에 따라, 그리고 규모 및 저장하는 대상물에 따라 설계농도가 일률적이지 않다는 것을 알 수 있다. 또한, 별표 1 가연성 액체 또는 가연성 가스의 소화에 필요한 설계농도를 살펴보아도 방호대상물에 따라 설계농도가 다르다는 것을 알 수 있다. 설계농도가 다르다는 것은 소화농도가 다르기 때문일 것이다. 그렇다면, 화재의 종류, 방호구역의 규모, 방호대상물의 종류에 따라 각각 다르게 설정되는 소화농도는 어떻게 정해지는 것일까?

 

다. 이 공식이 아닌가?

 

 

위 공식은 CO2 소화약제의 농도와 공기 중의 산소농도와의 상관관계를 나타내는 식이다. 즉, 방호구역 내 산소는 원래 21%인데 이를 원하는 산소 농도 X%로 낮추고자 한다면, 이때 CO2 소화약제의 농도가 얼마가 되어야 하는가를 알 수 있는 식이다. 또는, 방호구역에 CO2 소화약제의 농도가 몇 %가 되도록 방사하면 이때 방호구역 내 산소의 농도는 몇 %가 되는가를 알 수 있는 식이다. 그러므로 이는 방호구역 내 산소 농도를 15%이하로 유지하고 싶을 때 이산화탄소의 농도를 구하는 공식인 것은 맞지만, 각 방호구역에 저장하는 대상 물질별 소화에 요구되는 소화농도는 아니다.

절대적 농도측정법

절대적 농도측정을 위해 실화재 실험(Full Scale field Test)을 하는 것을 말한다. 실제 방호구역과 동일한 규모의 상황을 구성하고 방호대상물에 화재를 발생시킨 후 소화약제를 투입해 보는 것이다. 해당 실에 어느 정도의 소화농도를 구성했을 때 방호대상물의 화재가 일정 시간 내에 진압되는지를 알아가는 것이다. 이런 시험을 위해서는 장소, 약제량, 시간, 비용 등이 과다하게 소모되므로 잘 사용하지 않는다.

 

 

상대적 농도측정법

가. 불활성 시험(Inerting Test)

가연성 혼합기체에 어느 정도의 소화약제를 투입했을 때 더 이상 연소가 확대되지 않는 불활성화 농도에 도달하는가를 알기 위한 시험이다. 국가 화재안전기준 해설서(2020)를 참고해 보면 불활성화 농도가 곧 소화농도 또는 폭발방지 농도 이며 이 농도에 110%를 더하여 설계농도로 정한다(NFPA 12A : 2004, 5.4.1.1). 일반적으로 가연성 혼합기체에 대한 것이므로 불활성 시험농도가 불꽃소화 시험농도보다 높을 수밖에 없다.

 

나. 불꽃소화 시험(Flame Extinguishment Test)

불꽃소화 시험은 컵 버너 테스트(Cup-Burner Test)라고도 부른다. 컵 버너 테스트 장치를 사용하여 표준 시료에 화재를 발생시킨 후, 소화약제를 방사하여 어느 정도의 농도에서 소화가 되는지를 측정하는 시험이다. 불꽃소화 시험은 다른 종류의 시험 방법에 비해 적은 규모의 시설과 비용으로 결과를 산출할 수 있기 때문에 소화농도를 구하고자 할 때 주로 사용된다. 이렇게 컵 버너 테스트를 통해 구해지는 소화농도에 여유율 120%를 더하여 설계농도로 정한다.

 

이산화탄소 소화설비 (출처 : 소방방재신문)

최소 설계농도의 적용

위에서 언급한 불꽃소화 시험 등 각종 시험방법에 의해 방호대상물의 소화농도가 결정된다. 그리고 나면 여유율 120%를 더하여 설계농도로 삼는다. 그런데 이산화탄소 소화약제는 최소 설계농도라는 것이 있다. 방호구역의 산소 농도를 15% 이하로 낮추어서 연소가 진행되지 못하게 하는 소화농도와 관련이 있다. 그러므로, 위 시험에 의해 산출된 소화농도에 여유율을 곱해서 나온 설계농도가 30%가 나왔다 하더라도, 해당 방호대상물의 설계농도는 34%로 적용한다. 이를 최소 설계농도라 한다.

 

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