가스계 소화설비의 과압배출구 설계시 고려할 사항

가스계 소화설비에서 과압배출구를 설계하는 경우 고려해야 할 사항에 대해 알아보자.

과압배출구(Pressure Relief Vent) 필요성

가스계 소화설비 중 이산화탄소 소화설비나 할로겐화합물 및 불활성기체 소화설비의 경우에는 방사압력이 고압이어서 소화약제가 방사되고 나면 방호구역의 압력이 순간적으로 상승한다. 그러므로 가스계 소화설비를 사용하는 방호구역에 소화약제가 방출시 과압으로 인하여 구조물 등에 손상이 생길 우려가 있는 장소에는 과압배출구를 설치하여야 한다.

방호구역에 창문, 통기구, 댐퍼 등 내부에서 상승하는 압력이 빠져나갈 개구부가 있는 경우에는 과압배출구를 설치할 필요가 없다. 그러나 밀폐도가 높은 방호구역은 실내 압력 상승에 대비해서 과압배출구가 필수적으로 설치되어야 한다.

 

 

전역방출식 설비에서 소화약제 방출에 따른 실내 압력의 변화

가스계 소화설비 중 전역방출식을 설치한 이산화탄소 소화설비는 가연성액체 또는 가연성가스 등 표면화재인 경우에는 1분, 종이·목재·석탄·섬유류 등 심부화재인 경우에는 7분 이내에 소화약제가 방사되어야 한다. 할로겐화합물 소화약제는 10초, 불활성기체 소화약제는 A급 C급 화재에서는 2분, B급 화재에서는 1분 이내에 방호구역 각 부분에 최소설계농도의 95% 이상 해당하는 약제량이 방출되어야 한다.

 

소화약제 방출시 실내 압력 변화

방호구역에 이산화탄소 소화약제가 방출되는 경우 압력의 변화를 표시한 그래프이다. 가연성액체 또는 가연성가스 등의 표면화재를 가정하고 1분 이내 방출해야 하는 경우의 압력변화 그래프다. 이산화탄소 소화약제의 방출에 따라 1분 동안 지속적으로 내부 압력이 상승하게 된다. 내부에 발생한 과압이 개구부나 과압배출구를 통해 압력이 빠져나가면서 소화농도를 유지하는 시간 동안 일정 압력이 존재한다.

과압배출구 면적 산정

화재안전기준에 과압배출구의 면적을 산정하는 방법에 대해 언급되어 있지 않다. 수험서적과 기술토론 자료에서 NFPA의 과압배출구 면적 산정에 대한 공식이 기술되어 있다. 이산화탄소 소화설비에서의 과압배출구 면적 산정시 적용하는 P는 방호구역 허용 내압강도인데 경량 구조물은 1.2Kpa, 일반 구조물은 2.4Kpa, 콘크리트 구조물은 4.8Kpa을 적용한다고 되어있다.

 

과압배출구 면적 산정 공식

여기서 문제점으로 지적되는 것이 방호구역 허용 내압강도에 관한 사항이다. 우리나라에서 건물 허용 내압강도에 대해 시험을 통해 밝혀진 압력이 아닌 외국의 사례를 그대로 인용하면서 실제 허용 내압강도보다 훨씬 큰 수치를 적용하고 있다고 전문가들이 지적하고 있다. 허용 내압강도에 해당하는 P값을 크게 적용함으로써 결과적으로 과압배출구 면적이 작아지는 현상이 발생하고 있다는 것이다. 결국 내부에서 발생하는 압력을 충분히 배출하지 못하는 결과를 초래할 수도 있다.

각 방호구역 마다 건물의 구조가 다르고 사용하는 재료가 다르다. 그럼에도 획일적으로 허용 내압강도를 적용하면 오차가 발생할 여지가 충분하다. 그러므로 구조 및 사용 재료에 따라 방호구역의 허용 내압강도를 적용하는 것에 대해 실험을 통해 세분화할 필요가 있다. 그러면 가스계 소화설비에서 설치해야 하는 과압배출구의 면적이 보다 정확하게 산정될 것이라 본다.

최소 개방압력에서 개방되어야 할 과압배출구

얼마의 압력에서 개방되어야 하는가?

가. 최소 개방압력의 중요성

과압배출구의 최소 개방압력이 너무 낮으면 작은 압력 변화에도 과압배출구가 개방된다. 과압배출구가 너무 쉽게 개방되면 곧바로 소화약제의 누설로 이어져 화재진압에 필요한 소화농도를 유지할 수가 없다.

과압배출구의 최소 개방압력이 너무 높으면 방호구역의 압력이 터질 듯이 상승해야만 과압배출구가 개방된다. 과압배출구가 늦게 개방됨으로써 실내 압력이 계속 상승해 방호구역의 벽체나 문 등이 이 압력을 견디지 못하고 터져 나가버리는 결과를 초래할 수도 있다. 화재진압에 실패하고 화재를 인접실로 전파시킨다.

 

나. 방호구역 건물 구조의 허용압력보다 낮은 압력

과압배출구는 방호구역에 설치한 천장 또는 벽체가 견딜 수 있는 허용압력 보다 더 낮은 압력에서 개방되어야 한다. 벽체가 견딜 수 있는 허용압력까지 올라가면 건물 구조에 문제가 발생한다. 그러므로 특별한 규정은 없지만 건물 구조가 가진 허용압력의 80% 정도에서 개방될 수 있어야 건물 구조의 안전성을 담보할 수 있다

여기에는 천장과 벽체를 포함한 건물 구조 전체를 의미한다. 만약 천장과 벽 보다 출입문 또는 내화창문이 먼저 터져나갈 수도 있다. 그러므로 무조건 건물 천장이나 벽체의 허용압력을 의미하는 것이 아니라 가장 약한 부분이 견딜 수 있는 허용압력보다 낮아야 함을 의미한다.

 

다. 제조사에서 일률적 압력 산정에 대한 문제

한국소방산업기술원에서 KFI 인정을 받고자 하는 경우 제작 업체에서 필요한 최소 개방압력과 최소 폐쇄압력을 설정하여 작동시험을 한다. 과압배출구의 KFI 인정기준에서는 작동에 필요한 최소 개방압력을 50Pa로 규정하고 있는데 각 제조사 마다 다른 압력으로 설정하여 KFI 인정을 받는다.

소비자가 해당 방호구역 건물 구조의 허용압력을 알고 나서, 그 압력의 80%에 해당하는 제품을 생산한 제조사의 과압배출구를 설치하는 방법도 있다. 하지만 해당 방호구역의 건물 구조 허용압력이 얼마인지 알지 못하는 상태에서 각 제조사 마다 스스로 필요한 최소 개방압력과 최소 폐쇄압력을 설정하여 KFI 인정을 받는다는 것이다. 그러므로 KFI 인정을 받을 때 하나의 압력에 해당하는 제품을 만들지 말고 50Pa, 100Pa, 150Pa 형태로 압력을 설정하여 인정을 받기를 권장한다.

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