스프링클러 헤드의 살수밀도 구하는 방법

살수밀도를 알기 위해서는 방호면적을 알아야 한다.

가. 방호면적(포용면적)

방호면적이란 스프링클러 헤드 하나가 방호하는 면적을 말한다. 그런데 여기서 방호면적이란 우리가 생각하는 원의 모양이 아닌 사각형 모양이다. 다시 말하면 헤드를 중심으로 수평거리로 둘러쌓인 면적을 말하는 것이 아니라, 헤드와 헤드 그리고 가지배관과 가지배관으로 연결된 사이의 면적을 말한다. 헤드간의 거리와 가지배관과의 거리를 곱한 값을 방호면적(포용면적)이라 한다. 더 이해하기 쉽게 말하면 인접하는 헤드 4개를 직선으로 연결한 면적이라고 생각하면 된다.

 

스프링클러 헤드의 방호면적

나. 방호면적을 구해야 하는 이유

방호면적을 먼저 구하는 이유는 살수밀도를 구하기 위해서 이다. 스프링클러 헤드의 분당 방수량은 80ℓ인데, 이 만큼의 방수량이 어느 정도의 방호면적에 방수되는 가를 알아야 하기 때문이다. 결국 살수밀도는 방수량(ℓ/min)/방호면적(㎡)이라 할 수 있다.

 

다. 방호면적은 헤드의 배치방법에 따라 달라진다.

방호면적 즉 포용면적은 헤드간 거리 × 가지배관간 거리라고 했다. 스프링클러 헤드의 배치방법은 크게 세 가지가 있는데, 대부분의 경우 정방형 배치 또는 직사각형의 배치를 사용한다. 이중에 직사각형 배치보다는 정방형 배치가 헤드간 거리 또는 가지배관간 거리가 길어서 방호면적이 더 넓게 적용된다.

 

라. 살수밀도는 방호면적에 영향을 받는다.

방호면적이 더 넓다는 것은 곧 살수밀도가 낮아지는 것을 의미한다. 그 이유는 정방형 배치의 경우 동일한 방수량이 직사각형 배치보다 더 넓은 방호면적에 쏟아져야 하기 때문이다. 반대로 직사각형 배치는 방호면적이 상대적으로 작기 때문에 동일한 양의 방수량이라도 더 밀도있게 방수된다고 보면 된다.

헤드의 살수밀도를 구해보자.

화재안전기준에서의 규정에 따라 내화구조의 최대 수평거리인 2.3m로 계산해 보자. 조건은 정방형으로 헤드를 배치한다는 가정으로 스프링클러 헤드의 살수밀도를 구하는 방법이다.

 

가. 헤드간 거리

정방형으로 헤드를 배치하는 경우 헤드간 간격을 구해보자.

L = 2r cos45 = 2 × 2.3 × cos45° = 3.25m

이는 헤드간의 거리가 상하좌우 모두 3.25m라는 것을 의미한다. 그러므로 헤드간 거리는 곧 가지배관과의 거리와 같은 의미이다.

 

나. 헤드 1개의 방호면적

방호면적은 사각형으로 표현한다고 했다. 인접하는 헤드 4개 사이의 면적 즉, 헤드간 거리 × 가지배관간 거리라고 했다. 따라서 방호면적 = 3.25m × 3.25m = 10.56㎡이 된다. 이는 헤드간 거리와 가지배관간 거리가 같으므로 순서에 상관없이 서로 곱해주면 된다.

 

다. 살수밀도

살수밀도는 분당 방수량(ℓ/min)/방호면적(㎡) 이므로, 살수밀도 = 80lpm/10.56㎡ = 7.58ℓ/min/㎡가 된다. 방호면적 1㎡에 분당 7.58ℓ가 방수된다는 의미이다.

직사각형(장방형) 배치의 경우 살수밀도 구하는 방법

헤드를 직사각형으로 배치한다고 가정하고, 스프링클러 헤드의 살수밀도를 구하는 방법이다. 여기서도 화재안전기준에서의 내화구조 최대 수평거리인 2.3m로 계산해보자

 

가. 대각선 거리

헤드를 직사각형으로 배치하는 경우에는 먼저 헤드간의 대각선 거리를 구해야 한다.

대각선 거리 X = 2r = 2 × 2.3m = 4.6m

 

나. 헤드간 거리

헤드간 거리는 내화구조의 최대 수평거리 2.3m와 관계가 있다. 가장 모서리 부분의 헤드가 포용하는 수평거리 2.3m를 참조하여 다음 헤드가 나머지 부분을 포용할 수 있도록 원을 그리면 헤드간 거리를 알 수 있다. 원을 그려보니 헤드간 거리를 3.9m로 적용하면 모든 부분이 포함되므로 헤드간 거리를 3.9m로 한다.

 

다. 가지배관간 거리

헤드간 거리를 3.9m로 적용하였으므로 이제는 가지배관간 거리를 알아보아야 한다. 이때는 피타고라스의 정리를 이용하면 된다.

 

직사각형에서 변의 길이를 구하는 방법

위 공식에 따라 c값을 구하면 된다. a = 2r을 적용하면 되고, b는 헤드간 거리인 3.9m를 적용한다. 그러면 c값인 가지배관의 거리는 2.4m가 나온다.

 

라. 기타 방법

시험문제 출제에서는 각도를 정해주거나, 최대 개수와 최소 개수를 구하도록 하는 경향이 있다. 그러므로 가로간의 거리는 각도에 따라 2r cos30°~60°, 세로간의 거리는 2r sin30°~60°로 계산하여도 된다.

 

마. 살수밀도

만약 헤드간 거리를 3.9m 가지배관간 거리를 2.4m로 하는 경우 방호면적 = 3.9m × 2.4m = 9.36㎡가 된다. 따라서 살수밀도 = 80lpm/9.36㎡ = 8.55ℓ/min/㎡가 된다.

 

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