반응속도지수 RTI와 RDD, ADD와의 상관관계

RTI와 RDD, ADD의 상관관계를 알기 위해서는 스프링클러 헤드의 감지특성과 방사특성을 먼저 이해해야 한다. 스프링클러 헤드가 가지고 있는 화재 제어 특성과 화재 진압 특성을 이해하고 RTI에 대해 알아보도록 하자. RDD와 ADD는 조기진압형 스프링클러 설비인 ESFR에서 중요한 요소이다. 

스프링클러 헤드의 감지특성과 방사특성

가. 헤드의 감지특성

헤드의 감지특성은 화재가 발생한 시점부터 실제 헤드가 개방되어 방사가 이루어지는 시간과 관련된다. 감열체의 열기에 대한 반응이 빠르면 그만큼 빨리 감열체가 개방될 것이고 감열 능력이 떨어지면 개방 시간도 늦어진다. 스프링클러 헤드의 이러한 특성에는 반응시간지수라고 하는 RTI(Response Time Index)와 열손실계수(Heat Loss Coefficient)가 해당된다.

 

나. 헤드의 방사특성

① 화재 제어(Fire Control) 특성

화재 제어 특성이라는 것은 더 이상의 화재 확산을 막는다는 것을 의미한다. 스프링클러 헤드에서 물이 방사됨으로서 화재의 성장을 방해하고 인접 가연물을 물로 적셔 화염이 전도 및 복사열에 의해 확산되는 것을 막는다. 따라서 화재에 의한 열방출률(HRR)을 줄이고 화재실의 온도가 성장하지 않도록 하여, 천장부에 Ceiling Jet Flow가 형성되지 않도록 하는 것을 말한다. 필요한 수량의 물을 방사해 줌으로서 화재가 확산되지 않도록 조치하는 RDD와 연관이 된다.

 

헤드의 방사특성 그래프

② 화재 진압(Fire Suppression) 특성

스프링클러 헤드의 화재 진압 특성은 화재 확산 방지 및 화재 제어를 넘어서서 불꽃을 완전하게 소화하는 것을 말한다. 스프링클러 헤드에서 방사된 소화수가 Fire Plume을 뚫고 가연물의 표면에 직접 침투하면서 연소하고 있는 불꽃을 소화한다. 가연물의 표면에 있는 화염을 제거함과 동시에 내부로도 침투하여 재발화를 막는 역할을 한다. 이는 방사압력, 물방울의 크기, 하방으로의 모멘텀 등에 의해 화염에 침투하는 ADD와 연관이 된다.

반응시간지수(RTI)

가. RTI의 개념

RTI(Response Time Index)는 반응시간지수라고 한다. 스프링클러 헤드가 개방에 필요한 열을 주위로부터 얼마나 빨리 받아들이는 가를 나타내는 특성값을 말한다. 즉, 스프링클러 헤드가 주위의 열기에 반응하는데 필요한 시간을 나타내는 지수로 이해하면 된다. 이를 헤드의 감열 민감도라고 설명하기도 한다.

 

나. RTI는 어떻게 구하는가?

 

RTI 계산 공식

다. 감열체의 시간지연상수(r)를 구해보자

 

감열체의 시간지연상수 구하는 법

라. RTI 값에 따른 헤드의 분류

RTI 값에 따라 헤드의 반응 시간이 달라진다. 이를 세 가지로 분류하고 있는데 다음과 같다. 헤드 감열체의 RTI 값이 낮아질수록 헤드가 화재의 열에 빨리 반응한다는 것을 의미한다. 그러므로 사람이 숙식하고 거주하는 거실에서는 RTI 값이 낮은 것을 설치한다.

① 표준 반응형 헤드 ; 80 ~ 350이하

② 특수 반응형 헤드 : 50 ~ 80 이하

③ 조기 반응형 헤드 : 50이하

 

 

ADD, RDD, 그리고 RTI와의 상관관계 검토

가. ESFR에서 조기진화를 위해서는 ADD가 커야 한다.

조기진압형 스프링클러 설비에서 화재를 진압하기 위해 필요한 살수밀도인 RDD는 화재 진압에 필요한 소화수의 양이라고 표현한다. 그러나 이는 필요한 수원량을 의미하는 것이고, 실제로는 이보다 더 많은 소화수가 쏟아져서 화염이 존재하는 가연물에 침투해야 하므로 ADD가 더 커야한다. 즉, ADD > RDD가 되어야 초기화재 대응에 유용하다.

 

나. 시간이 경과되어 화세가 강해지면 ADD는 줄어든다.

화재가 확대되면 화세는 더 거세지고 Fire Plume에 의한 부력이 더 강해진다. 헤드에서 방사되는 소화수는 Fire Plume의 부력에 의해 기화되거나 역으로 밀려올라가는 현상이 발생해 가연물에 실체 침투되는 ADD는 줄어들게 된다.

 

다. 화재가 확대되면 RDD가 더 커저야 한다.

시간이 경과되어 화재가 강해질수록 RDD는 더 커지게 된다. RDD는 화재 진압에 필요한 수원의 양과 관련이 있다. 화재의 경과 시간이 지속됨에 따라 화재가 확대되면, 화재가 확산된 가연물의 표면적 또한 넓어져 소화수량이 더 많이 필요하게 된다. 그러므로 이때는 ADD < RDD가 되어야 화재에 효과적으로 대응할 수 있게 된다.

 

ADD와 RDD의 상관관계 그래프

라. RTI 값이 낮은 스프링클러 헤드를 사용한다는 것은

RTI가 낮다는 것은 스프링클러 헤드가 열을 빠르게 감지하고 조기에 개방되는 특성을 가진다는 것을 의미한다. 초기에 헤드가 개방되면 ADD가 커진다. 아직은 화염이 거세게 성장하지 못했다는 것을 의미하므로 화염을 뚫고 가연물의 표면에 직접 침투하는 ADD가 커지게 된다.

그러나 RTI가 낮을수록 RDD는 낮아진다. 화재가 초기단계 이므로 화재에 확산된 가연물의 표면이 넓지 않다. 그래서 전체 필요한 소화수의 양은 줄어들게 된다. 따라서 RDD는 낮아지는 효과를 보인다.

 

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