수계 소화설비에서 펌프의 대수 분할(직렬 또는 병렬 연결)

펌프의 직렬 분할(직렬 연결) 이유

가. 펌프를 직렬 분할하는 이유

수계 소화설비의 펌프를 적용함에 있어 펌프를 직렬로 분할하여 사용하는 이유는 특정소방대상물의 층수가 높은 고층건축물에서 수계 소화설비를 안전하게 운용하기 위해 사용한다. 즉 고층건축물에서 고양정의 펌프가 필요한 경우에 저양정의 펌프를 직렬로 분할 설치하여 고양정이 달성되도록 하는 것이다. 이러한 펌프의 직렬 분할 방식은 연결송수관설비에서 흔히 볼 수 있다.

 

나. 고층건축물에서 주로 사용된다.

예를 들어 층수가 높은 건축물을 고층부와 저층부로 나누어 펌프를 나누어 설치하는 것을 펌프의 직렬 분할이라 한다. 고층건축물이나 초고층건축물인 경우 건물의 중간에 피난안전구역을 설정하게 하고 있다. 그래서 피난안전구역이 있는 층에 펌프를 설치하여 저층부 펌프에서 밀어주는 압력을 다시 부스팅시켜 고층부의 방수압력을 담당한다.

 

 

 

다. 최종 목적은 최상층 방수구에서 최소 방수압력을 충족해야 한다.

이렇듯 건물의 층수가 높아질수록 상층부의 방수압력을 충족하기 위해서는 고양정의 펌프가 필요하게 된다. 왜냐하면 최상층 옥내소화전설비의 방수구나 스프링클러 헤드에서도 최소 방수압력 이상이 형성되어야 하기 때문이다. 펌프의 역할은 저층부에서 최대 방수압력이 넘지 않도록 하는 것이 아니라, 최상층 방수구나 헤드에서도 최소 방수압력 이상의 압력을 형성시키는 것이다.

 

라. 저층부가 받는 압력 하중을 감소시키려는 것이다.

최상층 방수구의 방수압력을 만족시키려다 보니 반대로 고양정의 펌프로 인해 저층부에서는 엄청난 압력이 형성되게 된다. 펌프의 고양정 압력 뿐만아니라 건물의 층수에 따른 물기둥의 압력이 저층부의 방수구로 고스란히 전해지기 때문이다. 그래서 이를 해결하는 방법으로 지하층에 설치된 펌프는 저층부를 담당하고, 건물의 중간층 부분에 설치한 펌프는 고층부를 담당하도록 하는 것이다.

 

주펌프 및 보조펌프가 있는 경우 펌프를 분할 적용하는 것이다.

펌프의 병렬 분할(병렬 연결) 이유

가. 펌프를 병렬 분할하는 이유

펌프가 담당해야 할 정격토출량이 큰 경우에 이를 나누기 위해 펌프를 병렬 분할하는 것이다. 이는 층수가 높은 건물이라기 보다는 면적이 넓은 대규모 건물의 경우에서 적용된다. 면적이 넓을수록 펌프의 양정보다는 정격토출량이 커지기 때문이다.

 

나. 펌프에 필요한 정격토출량은 정해져 있다.

특히 스프링클러설비에서 폐쇄형 헤드를 사용하는 경우 하나의 방수구역에서 최대 폐쇄형 헤드의 최대 개방수량은 30개로 설정하고 있다. 그러므로 펌프는 최대 30개의 폐쇄형 헤드가 개방될 것을 조건으로 정격토출량이 산정된다. 그러면 헤드 하나당 최소 80ℓ/min이 필요하므로, 정격토출량은 80ℓ/min × 30개 = 2,400ℓ/min이 된다. 즉 해당 펌프는 일단 기동하면 2,400ℓ/min의 토출량을 토출하는 것이다.

 

다. 정격토출량 대비 초기 방수량이 작은 경우에 필요하다.

① 그런데 화재 초기에는 화재가 발생한 지점의 헤드 하나 또는 두 개가 개방된다. 그러면 실제 개방된 헤드에서 방수되는 수량은 80ℓ/min이다. 겨우 80ℓ/min의 방수량을 위해 2,400ℓ/min의 토출량을 갖는 펌프가 기동되는 것이다.

② 이때 2,400ℓ/min의 펌프를 동작시키기 위해 전원이 공급되어 기동부하가 걸리고, 배관 및 부속설비들에는 곧 펌프의 체절압력에 가까운 상황이 전달되는 것이다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 펌프를 2대로 병렬 분할하면 각 펌프 하나당 1,200ℓ/min의 정격토출량을 갖게 되는 것이므로 과도한 기동부하가 투입되지 않도록 할 수 있고, 배관 및 부속설비에서의 수격 압력을 감소시킬 수 있게 되는 것이다.

 

라. 정격토출량의 크기에 따라 펌프가 순차적 기동

그리고 화재가 확산되어 헤드가 순차적으로 계속 개방되는 경우에는 병렬 연결되어 있는 펌프가 기동하도록 하면 된다. 그러면 주펌프가 작동한 후 15개 이상의 폐쇄형 헤드가 개방되어 1,200ℓ/min 이상의 토출량이 필요할 때, 보조펌프가 기동하도록 운영하는 것이다.

 

 

펌프를 분할하여 설치하는 경우의 양정 및 토출량

가. 현실에서 양정과 토출량이 2배가 되는 것이 아니다.

양정이 동일한 펌프 2대를 직렬 연결했다고 해서 양정이 2배가 되지는 않는다. 또한 펌프 2대를 병렬로 연결했다고 해서 토출량 역시 2배가 되지 않는다. 그 이유는 유체가 배관을 통과하는 것이므로, 유체의 흐름 속도가 빨라지는 만큼 그리고 통과하는 유량이 많아지는 만큼 배관 내부에서의 마찰손실이 증가하여 양정 및 토출량은 약 1.5배 정도가 향상된다고 한다.

 

나. 펌프 선정시 여유율을 반영해야 한다.

그러므로 펌프를 직렬 또는 병렬로 연결하여 설치하는 경우 실제 형성되는 양정이나 토출량은 설치되는 펌프의 H-Q 곡선에서 찾아야 한다. 따라서 펌프를 직렬 분할 또는 병렬 분할하여 설치하는 경우에는 필요한 양정 또는 토출량 이상의 여유율 적용하여 펌프를 선정하여야 한다.

 

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