공장 및 창고에서 표시온도가 121℃ 이상인 헤드를 사용하는 이유

폐쇄형 스프링클러 헤드는 주위의 최고온도에 따라 헤드가 가지는 표시온도를 사용하는 것이 일반적이다. 그럼에도 불구하고 공장과 창고에 폐쇄형 스프링클러 헤드를 설치하는 경우에는 주위의 평상시 최고온도와 상관없이 121℃ 이상의 것으로 하도록 하고 있다. 그 이유가 무엇일까? 여기에 대한 이해를 위해서는 스프링클러 헤드의 감지특성과 방사특성을 알아야 한다.

스프링클러 헤드의 감지특성과 방사특성

가. 감지특성

스프링클러 헤드의 감지특성이라 함은 화재가 발생한 순간에서부터 소화수가 방출되는 순간까지 얼마나 빠르게 작동하는가를 의미한다. 여기에는 반응시간 지수인 RTI가 관련되는데 감열 개방에 필요한 열을 주위로부터 얼마나 빠른 시간에 흡수하는가에 대한 특성값을 말한다. 또한, 전도열손실계수라 하여 헤드가 흡수한 열량 중 배관이나 물을 통하여 손실되는 열량에 대한 특성값도 작용한다.

 

나. 방사특성

스프링클러 헤드의 방사특성은 방호대상물에 대한 제어와 진압에 관한 특성을 의미한다. 먼저 화재제어 특성은 소화수가 방출됨으로 인해 열방출률(HRR)을 감소시키고 더 이상의 화재 확산을 억제시키며, 구조물 붕괴를 예방하고, 천정부의 뜨거운 가스 온도를 낮춰주는 역할을 하는 것을 말한다. 두 번째로 화재진압 특성은 물방울의 크기와 낙차 강도에 따라 실제 화재에 침투되는 침투력이 증가되어야 하고, 그 물방울이 Fire plume에 의한 엄청난 부력에도 불구하고 연소 표면까지 도달하여야 하며, 이로 인해 화재성장을 억제하고 화재를 진압함과 동시에 나아가 재발화를 방지하는 효과까지를 의미한다.

감지특성과 방사특성을 가진 스프링클러 헤드

법령을 검토해 보면

스프링클러설비의 화재안전기준(NFSC 103) 제10조(헤드) 제6항을 살펴보자.

폐쇄형 스프링클러 헤드는 그 설치장소의 평상시 최고 주위온도에 따라 다음 표에 따른 표시온도의 것으로 설치하여야 한다. 다만, 높이가 4m 이상인 공장 및 창고(랙크식 창고를 포함한다)에 설치하는 스프링클러 헤드는 그 설치장소의 평상시 최고 주위온도에 관계없이 표시온도 121℃ 이상의 것으로 할 수 있다.

 

평상시 최고 주위온도에 따라 설치해야 할 헤드 표시온도

개방형 스프링클러설비의 경우에는 주위의 표시온도를 고려할 필요가 없다. 감지기가 작동하면 일제개방밸브가 작동하면서 해당 방수구역에 전체적으로 소화수가 쏟아질 것이기 때문이다. 그러나 폐쇄형 스프링클러설비의 경우에는 사정이 다르다. 해당 방호구역 내의 온도에 따라 헤드의 감열온도를 다르게 조정해야 한다.

예를들어 평상시 최고 주위 온도가 80℃ 정도인 공장이라면 통상적으로 열기를 발생시키고 있는 곳일 것이다. 그런데 헤드의 표시온도가 79℃ 미만인 헤드를 설치하면 무조건 작동하는 결과를 초래한다. 반대로 헤드의 표시온도가 162℃ 이상인 것을 설치하면 화재가 한참 진행되어 Fire plume에 의한 열기가 천장에 한참 쌓여야만 헤드가 작동될 것이므로 늦게 감응하는 결과를 초래한다.

 

화재가 발생해서 헤드가 개방되는 시간이 짧을수록 좋다. 이 글의 윗부분을 다시 살펴보면 이러한 특성을 스프링클러 헤드의 감지특성이라고 하였다.

그런데 높이가 4m 이상인 공장과 창고는 평상시 최고 주위온도와 상관없이 표시온도를 121℃ 이상인 것으로 설치하게 하고 있다. 표시온도가 낮은 헤드를 설치하거나 조기반응형 헤드를 설치하게 되면 천정에 집약되는 Fire plume에 의한 열기로 여러 개의 헤드가 동시에 개방될 것이기 때문이다.

 

공장 및 창고의 천장에 설치하는 스프링클러 헤드

헤드의 표시온도를 121℃ 이상으로 정한 이유는?

스프링클러설비의 화재안전기준에서 공장 및 창고의 경우에는 헤드의 표시온도를 왜 121℃ 이상으로 했을까? 많은 사람들이 헤드가 많이 개방되면 좋은 것 아니냐는 의문을 갖는다. 맞는 말이다. 하지만 우리가 생각하지 못한 부분이 있기 때문이다. 무엇인지 그 이유를 살펴보자.

 

가. 불필요한 수손피해 예방

천장에 퍼지는 열기에 의해 화재 발생지역에만 헤드가 개방되는 것이 아니라 천장에 있는 대부분의 헤드가 개방되어 버린다면 화재로 인한 피해뿐만 아니라 엄청난 수손피해도 감수해야 한다.

 

나. 스프링클러 헤드의 고유특성 유지 실패

스프링클러 헤드에는 고유특성이 있다고 했다. 글 윗부분에서 감지특성과 방사특성을 언급했다. 기준 개수 이상의 헤드가 개방되는 경우에는 소화펌프에서 분당 설계유량 이상의 유량이 방사되어야 한다. 폐쇄형 헤드를 설치하는 경우 특수가연물을 저장하는 공장 및 창고의 경우에는 30개의 헤드를, 특수가연물을 저장하지 않는 공장과 창고의 경우에는 20개의 헤드를 기준 개수로 삼고 있다.

만약 실제 설치된 헤드는 40개인데 기준 개수가 20개인 경우라면, 최대 20개 이상 헤드가 개방되지 않아야 소화펌프가 그 능력을 제대로 발휘할 수 있다. 그런데 천정에 축척되는 열기에 의해 30개 이상의 헤드가 동시에 개방되는 경우 소화펌프는 한계를 느끼게 될 것이고 각 헤드에서 방사되는 분당 방수량 역시 80LPM에 도달하지 못하게 된다. 그렇게 되면 각 헤드에서 방출되는 소화수는 필요한 만큼의 방사압을 유지하지 못해 각 헤드가 담당해야 할 부분에 충분히 방사되지 못하고 사각지대를 형성하게 된다. 화재제어와 진압을 위해서는 헤드의 방사특성에 해당하는 감지특성도 중요하지만 방사특성도 중요하다.

 

다. 수원의 양 부족현상 발생

게다가 보유하고 있는 스프링클러 수원의 양도 문제가 된다. 수원의 보유량은 개방되는 헤드 20개를 기준 개수로 하여 20분 동안 사용할 수 있는 양을 축적하고 있는데 한꺼번에 30개 이상이 개방되는 경우라면 소방대가 도착해서 충분히 소화활동을 개시할 수 있는 시간 이전에 수원이 고갈되어 버리는 현상이 발생할 수 있다. 이는 곧 화재진압의 실패로 이어지는 결과가 나타나게 된다. 그러므로 4m를 넘는 공장이나 창고에서는 헤드를 가급적 높은 121℃ 이상의 표시온도로 유지하고 있는 것이다.

 

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끝까지 읽어 주셔서 감사 드립니다.

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