최소차압 40pa의 압력, 출입문을 개방하는 110N 은 얼마의 힘인가?

NFPA에서는 출입문을 개방하는 힘으로 133N 이하일 것을 규정하고 있으나, 호주・싱가포르・뉴질랜드 등은 110N 이하로 규정하고 있다. 우리나라도 제연설비가 작동한 제연구역에 연결되는 출입문을 개방하는 힘은 110N 이하여야 한다고 규정하고 있다. 그렇다면 110N 이라는 것은 어느 정도의 힘을 말하는 것인지 알아보자.

 

제연구역의 출입문을 개방하는데 필요한 힘은 110N 이하여야 한다.

1. 압력의 단위인 파스칼(Pascal, pa)

가. 압력의 단위 환산

파스칼은 압력의 단위이다. 압력이란 단위 면적당 작용하는 수직 방향의 힘으로 정의된다. 표준대기압인 1기압(atm)은 다음과 같은 압력으로 표현된다.

① 101,325pa = 101.325Kpa = 0.101325Mpa

② 1.0332kgf/㎠ = 10,332kgf/㎡

③ 10,332mmH2O = 10.332mH2O

④ 1,013mb(밀리바) = 1.013bar(바) = 14.7psi(프사이)

⑤ 760mmHg(수은주 밀리미터) = 1N/㎡ = 1.013kg/㎡ 등으로 표시된다.

 

 

나. 1pa은 얼마의 압력으로 환산할 수 있을까?

대기압인 1atm = 101,325pa = 1.0332kgf/㎠와 같은 압력이다. 그러면 1pa은 몇 kgf/㎠ 인가를 알아보자. 계산해 보면 0.0000101969kgf/㎠에 해당한다는 것을 알 수 있다. 그러나 이는 너무 작은 수치라 의미가 없다. 그러므로 단위면적을 ㎠에서 ㎡로 변환시키면 0.101969kgf/㎡에 해당한다.

 

1pa의 압력

 

다. 이를 바탕으로 출입문에 가해지는 압력을 알아보자.

우리가 알고자 하는 것은 최소차압인 40pa의 압력이다. 1대기압인 1atm = 101,325pa = 1.0332kgf/㎠와 같은 압력이다. 그러므로 pa과 kgf/㎠는 같은 압력의 단위이므로 환산이 가능하다. 제연구역과 옥내간의 차압이 40Pa일 때 출입문에 단위면적당 가해지는 압력을 환산해 보자.

 

라. 40pa은 얼마의 압력으로 볼 수 있나?

40pa/101,325pa × 1.0332kgf/㎠ = 0.0004078kgf/㎠이 나온다. kgf/㎠를 kgf/㎡ 단위로 환산하면 4.078kgf/㎡ 가 되므로 대략 4kgf/㎡로 볼 수 있다. 즉, 40pa의 차압은 출입문의 단위면적 1㎡당 4kgf의 힘이 가해지는 것으로 해석할 수 있다. 만약 제연구역에 설치된 출입문의 크기가 0.9m × 2.1m 라면 출입문의 전체 면적이 1.89㎡에 해당하므로 해당 출입문에 가해지는 압력은 4kgf/㎡ × 1.89㎡ = 7.56kgf가 된다.

 

40pa의 힘을 환산

2. 뉴턴(N)이라는 단위의 이해

가. 힘의 단위인 뉴턴(N)

뉴턴(N)은 힘의 단위이다. 뉴턴은 질량이 1kg인 물체를 가속도 1㎨로 움직이게 하는 힘이다. 그래서 1N = 1kg × 1㎨ 으로 표현한다. 즉, 뉴턴(N)은 질량 1kg에 가속도 1m/㎨을 곱한 값이다. 뉴턴(N)은 힘의 단위이기 때문에 이를 질량의 단위인 kg으로 단위변환을 할 수는 없다.

 

나. kgf와 kg의 변환

kgf는 킬로그램힘이라 하고 읽을 때는 킬로그램포스(kg force)라고 읽기도 한다. 이는 1kg 질량인 물체가 받는 중력의 크기를 말한다. 중량 1kgf = 질량 1kg × 9.8㎨(중력가속도)로 표현한다. kgf는 힘의 단위이므로 N으로 단위변환을 할 수 있지만, kg으로는 단위변환을 할 수 없다. kg은 질량의 단위이기 때문이다.

 

다. kgf와 N의 변환

중량 1kgf = 질량 1kg × 9.8㎨(중력가속도)라고 했다. 그런데 질량 1kg에 가속도 1m/㎨을 곱한 값을 뉴턴(N)이라고 했다. 따라서 1kgf = 9.8N이 되고, 이 등식을 뉴턴을 기준으로 한다면 1N = 1/9.8kgf 즉, 1N이 0.102kgf에 해당한다. 

 

 

3. 110N은 얼마의 힘인가?

1kgf = 9.8N이라는 공식에서 출발한다. 그러므로 1N = 1/9.8kgf = 0.102kgf의 힘이라는 것으로 해석되는데, 우리가 알고자 하는 것은 110N이라는 힘의 크기이다. 따라서 1N이 0.102kgf일 때 110N은 몇 kgf인가? 이 공식을 통해 풀어보면 χ = 11.22kgf이 나온다. 즉, 110N 이라는 힘은 11.22kgf으로 표현할 수 있다. 11.22kg인 질량의 물체가 받는 중력, 즉 11.22kg의 물체에 지구의 중력가속도(9.8㎨)가 더해진 때의 힘을 말한다.

 

110N의 힘의 크기

 

 

110N 이하가 되도록 하는 차압

가. 110N 이하의 힘이 되도록 하기 위해서는 상호간의 차압이 중요하다.

110N 이하의 힘으로 출입문을 개방하기 위해서는 부속실 내부와 거실과의 차압이 어느 정도 이하여야 할까?상호간의 차압이 클수록 출입문을 개방하기 위한 힘은 더 커지게 될 것이다. 결국 110N 이하의 힘보다 더 중요한 것은 상호간의 차압일 수 있다. 

 

나. 110N 이하가 되도록 하기 위한 차압은 70Pa 이하

이때 상호간 차압은 70Pa 이상 차이가 나서는 안된다는 것을 의미한다. 즉 부속실과 거실간의 차압이 70Pa 이상 차이가 나면 출입문을 개방하는데 필요한 힘은 110N 이상의 힘이 필요해진다는 것이다.  따라서 부속실 제연설비를 설계할 때는 차압이 70Pa 이상 차이가 나지 않도록 급기풍량을 유지하는 것이 중요하다. 그런데 실제 성능설계를 할때에는 부속실과 거실 상호간의 차압이 60Pa 이하가 되도록 설계한다.

 

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