건식 스프링클러 설비의 Trip Time과 Transit Time

건식 스프링클러 설비의 특징

가. 건식 스프링클러 설비에서 존재하는 방수지연 현상

건식 스프링클러 설비는 방수지연 현상이 발생한다. 헤드가 화재의 열기를 감지하고 개방되었다고 해서 소화수가 바로 방사되는 구조가 아니다. 그 이유는 동결 방지를 위해 배관 내에 물 대신 압축공기가 들어 있기 때문이다. 개방된 헤드까지 들어찬 압축공기가 어느 정도 빠져나와야 헤드에서 물이 쏟아질 수 있다.

 

나. Trip Time과 Transit Time

얼마만큼 빨리 건식밸브의 클래퍼가 열려 소화수를 2차측 배관으로 방출하기 시작하는가, 그리고 소화수가 압축공기를 밀어내고 헤드에 도달할 수 있는가. 이 두 가지가 건식 스프링클러 시스템에서 방수지연 현상을 극복하기 위해 살펴보아 할 중요한 사항이다. 그래서 두 가지 용어가 등장하는데 Trip Time과 Transit Time이다. 이에 대해 알아보자.

 

건식밸브에서 방수 지연시간

Trip Time

가. Trip Time이란

헤드가 화재에 의해 감열되 개방되면 배관내의 압축되어 있던 공기가 빠져나가면서 감압되기 시작한다. 이에 2차측 배관의 압력이 감소되면 평형을 이루고 있던 압력이 저하되었으므로 1차측의 소화수 압력에 의해 건식밸브의 클래퍼가 개방된다. 클래퍼가 개방되어야 1차측의 소화수가 2차측 배관으로 넘어가 헤드로 이송될 수 있다.

이 과정에 걸리는 시간을 Trip Time 이라고 한다. 즉, Trip Time이란 헤드의 개방으로부터 배관이 감압되어 클래퍼가 개방되는 시점까지의 시간을 의미한다. 시작점은 헤드의 개방이며 기산점은 클래퍼의 개방 시점이다.

 

건식밸브의 클래퍼 개방 (출처 : 한국소방안전원)

나. Trip Time이 길어지는 이유

① 1차측 배관의 소화수 압력이 낮을수록 Trip 시간이 길어진다. 건식밸브의 클래퍼가 1차측과 2차측의 힘의 균형 또는 2차측이 더 압력이 높기 때문에 개방되지 않고 버티는 것이다. 그런데 1차측 압력이 2차측과의 힘의 균형에 대비해 현저히 낮으면 Trip 시간은 늦어질 수 밖에 없다.

② 2차측 배관에 설정된 공기압이 클수록 클래퍼가 개방되는 시간은 길어진다. 그만큼 공기가 배출되어서 압력이 많이 떨어져야 하기 때문이다.

③ 건식밸브 2차측에 Water Columning이 존재하기 때문이다. Water Columning은 응축수 때문에 발생하는 것인데, 이 물 기둥이 1차측과의 차압을 더 형성하면서 클래퍼가 쉽게 개방되지 못한다.

④ 2차측 배관의 내용적이 클수록 Trip Time은 길어진다. 압축공기가 내용적 부피만큼 많이 압축되어 있기 때문이다.

⑤ 헤드의 오리피스 구경이 적을수록 Trip Time이 길어진다. 헤드의 오리피스 구경은 배관 내 압축공기가 빠져나갈 수 있는 유일한 배출 통로이다. 그러므로 구경이 작다는 것은 압축공기가 배출될 수 있는 공간이 작다는 의미이므로 Trip 시간이 길어진다.

 

다. Trip Time을 줄이려면

Trip Time은 길어질수록 불리하다. 건식밸브의 클래퍼가 빨리 개방되어야 소화수가 방출되는 시간도 짧아지기 때문이다. 따라서 Trip Time이 최대한 짧아지도록 하는 것이 건식 스프링클러 설비의 핵심이기도 하다.

① 1차측과 2차측의 힘의 균형을 최대한 맞추어야 한다. 그래야 2차측 배관의 압력이 감소되자마자 건식밸브가 평형을 깨고 열릴 수 있다. 건식밸브의 힘의 균형에 응용되는 것이 파스칼(Pascal)의 원리이다. 1차측 배관의 압력은 높고 면적은 작게, 2차측 배관은 압력은 낮지만 면적을 넓게 유지하여 서로 힘의 평형을 유지하는 방법을 사용한다.

② 힘의 균형에 방해되는 것을 제거해야 한다. 힘의 균형을 유지한다고 하지만 사실은 차압이 형성된다. 클래퍼의 자체 무게와 Priming Water 그리고 Water Columning 이 존재하기 때문에 2차측의 압력이 더 높게 형성된다. 이중에 Water Columning은 형성되지 않도록 조치해야 하고 또한 주기적인 체크를 통해 신속하게 제거되어야 한다. 그래서 힘의 균형을 넘어 차압이 과도하게 형성되지 않도록 해야 한다.

③ Trip Time이 빨라지도록 유도하기 위해서는 Quick Opening Device가 필요하다. 클래퍼의 개방을 도와주는 장치로는 Accelerator가 있다. 2차측 배관의 공기압의 변화를 감지하여 2차측의 공기를 건식밸브 중간챔버로 보내 클래퍼가 빨리 개방되도록 한다.

 

건식밸브에 설치되는 엑셀레이터 (출처 : Atom 엔지니어링)

Transit Time 

가. Transit Time이란

Transit Time을 소화수 이송시간이라고 표현한다. 건식밸브의 클래퍼가 개방된 후 1차측 배관의 소화수가 2차측 배관으로 방출되어 배관을 타고 흐르게 된다. 하지만 소화수는 2차측 배관에 남아있는 압축공기가 저항 역할을 하기 때문에 쉽사리 헤드에 도달하지 못한다. 배관에 잔류된 공기를 밀어 내면서 개방된 헤드까지 도달해야 드디어 방수가 이루어지는 것이다. 그래서 Transit Time은 클래퍼 개방으로부터 헤드에서 소화수가 방사되는데 까지 걸리는 시간을 의미하는 것이다.

 

나. Transit Time이 길어지는 이유

① 1차측 배관의 수압이 낮으면 Transit Time이 길어진다. 1차측 배관의 소화수 수압이 낮으면 클래퍼가 열린 이후라도 2차측의 공기를 밀어내는 힘이 약하게 작용할 수밖에 없다. 따라서 1차측 소화수의 압력이 소화수 이송시간에 영향을 준다.

② 2차측 배관의 공기압이 높으면 Transit Time이 길어진다. 압축 공기의 공기압이 높을수록 소화수가 흐르는데 있어 저항이 강하게 작용하기 때문에 시간이 소요된다.

③ 2차측 배관의 내용적이 클수록 Transit Time이 길어진다. 2차측 배관의 내용적의 크기는 공기가 가득찬 공간이기도 하지만, 소화수가 일일이 채워나가야 할 공간이기도 하다. 따라서 내용적이 클수록 소요시간도 길어진다.

④ 헤드의 오리피스 구경이 작을수록 Transit Time이 길어진다. 압축공기가 빠져나갈 공간이 적다는 것은 압축공기가 배출되는 시간이 소요된다는 것과 같다. 결국 소화수 흐름에 저항 역할을 하는 압축공기가 늦게 배출될수록 소화수 이송시간도 길어진다.

 

다. Transit Time을 줄이려면

① 앞에서 설명한 파스칼의 원리를 잘 이용하여야 한다. 1차측의 압력은 높게 유지하고 2차측의 압력은 낮게 유지하되 상호간의 면적비를 조절하여 힘의 균형을 맞추는 것이다. 그래서 1차측 소화수의 높은 압력으로 2차측 배관의 압축공기를 밀어 내는 힘이 필요하다.

② 배관 내의 압축공기를 빨리 배출시켜 주는 것이 필요하다. 이에 필요한 장치가 익져스터(Exhauster) 이다. 헤드의 개방으로 인한 배관의 압력 변화를 감지하여 배출구를 열어줌으로써 배관내의 압축공기가 대기중으로 빠르게 배출될 수 있도록 하는 장치이다. 익져스터는 2차측 배관 내의 공기 압력을 감소시켜 Transit Time을 줄여줄 수 있다.

 

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