호스릴 옥내소화전설비 계산문제 풀이(정격토출압력, 노즐 방수량)

 지하 1층, 지상 5층의 업무시설용 건축물에 호스릴 옥내소화전설비가 설치되어 있다. 각 층마다 호스릴 옥내소화전설비의 방수구가 하나씩 설치되어 있다. 수조는 지하 1층에, 펌프는 수조 옆에 설치되어 있다.

 

<조건>

① 펌프로부터 최상층 방수구까지의 높이는 22m 이다.

② 배관 및 관 부속품의 마찰손실수두는 실양정의 30%를 적용한다.

③ 호스릴의 마찰손실은 100m당 22m이다. 호스릴의 구경은 25mm이며, 전체 길이는 50m이다.

④ 최상층 호스릴의 노즐 선단에서 방수압력이 0.21Mpa, 방수량이 150ℓ/min이 나오도록 설계하고자 한다.

⑤ 펌프의 효율은 기계효율 80%, 수력효율 85%, 체적효율 90%이다.

⑥ 전달계수는 1.1을 적용한다.

 

 

펌프의 정격토출압력(Mpa)을 구하시오.

가. 펌프의 전양정

① 실양정(h1) : 펌프부터 최상층 호스릴 방수구까지의 높이가 22m이므로 실양정은 22m를 적용한다.

② 배관 및 관 부속품의 마찰손실수두(h2) : 배관 및 관 부속품의 마찰손실수두는 실양정의 30%를 적용할 것이므로 실양정 × 30% = 22m × 30% = 6.6m이다.

③ 호스릴의 마찰손실수두(h3) : 호스릴의 마찰손실수두는 100m일 때 22m이다. 그런데 하나의 호스릴 길이가 50m이므로 마찰손실수두는 = 22m/100m × 50m = 11m이다.

④ 전양정(H)

전양정(H) = h1 + h2 + h3 + 21m = 실양정 + 배관 및 관 부속품의 마살손실수두 + 호스릴의 마찰손실수두 + 21m = 22m + 6.6m + 11m + 21m = 60.6m

 

화재안전기준에서는 방수압력이 0.17Mpa 이상이므로 전양정 계산식의 마지막 부분에17m를 적용하면 된다. 그러나 여기서 17m가 아닌 21m를 적용한 이유는, 조건 ④에서 최상층 호스릴의 노즐 선단에서 0.21Mpa이 나오도록 설계한다고 하였기 때문이다. 따라서 방수압력 0.21Mpa을 환산하여 21m가 적용된 것이다.

 

나. 정격토출압력(Mpa)

호스릴 옥내소화전설비에 필요한 전양정이 60.6m이다. 따라서 펌프의 정격토출압력은 0.606Mpa 이상이 나와야 한다. 그러므로 펌프의 명판에 정격토출압력이 0.606Mpa 이상인 것을 사용하면 된다.

수직배관의 최소 구경(mm)을 구하시오.

가. 법규 기준(규약 배관)

호스릴 옥내소화전설비의 주배관중 수직배관의 구경은 옥내소화전설비의 화재안전기준(NFSC 102) 제6조(배관) 제6항에 의거 최소 32mm 이상이 되어야 한다. 이를 법규에 정해진 규약배관이라고 표현한다.

 

호스릴옥내소화전설비 수직배관의 구경

 

나. 수리 계산

① 그런데 여기서는 일단 수리계산을 해봐야 한다. 수직배관의 구경(D)을 구하기 위해서는 유속(V)와 토출량(Q)이 필요하다. 토출량을 구하는 공식 Q = AV에서 출발한다. 여기서 배관의 단면적 A = (πD^2)/4 이므로 이를 대입하면 구경인 D(m)를 구할 수 있다.

② 토출량 Q는 조건 ④에서 방수량이 150ℓ/min이 되도록 설계한다고 했으므로, 이를 ㎥/s로 환산하면 0.15㎥/60s = 0.0025㎥/s가 된다.

③ 주배관의 구경은 유속이 초속 4m 이하가 되어야 하므로 V = 4m/s를 대입한다.

 

계산결과 D = 0.0282가 나왔는데, 여기서 구경의 단위는 m 이다. 그러므로 문제에서 요구하는 mm로 환산하면 28.22mm가 된다.

 

다. 정답 적용

문제에서 규약기준 또는 수리계산 등 아무런 말이 없으면 두 가지를 모두 계산하여 설명한 다음, 가장 큰 것을 적용해야 한다. 그러므로 수리계산에서는 28.22mm 이지만 화재안전기준에 의거 수직배관의 구경은 32mm 이상이어야 한다.

전동기의 동력(Hp)을 구하시오.

가. 전동기의 동력(kw)

 

전동기 동력 계산

H : 전양정(m) = 60.6m

r : 물의 비중량(kgf/㎥) = 1,000kgf/㎥

Q : 토출량(㎥/s) = 150ℓ/min = 0.15㎥/60s

η : 펌프의 효율 = 기계효율 80% × 수력효율 85% × 체적효율 90% = 61.2%

K : 전달계수(여유율) = 1.1

 

나. Kw를 Hp로 단위환산

전동기의 동력이 2.67kw로 산출되었다. 그런데 문제에서는 Kw가 아닌 Hp으로 답하라고 했으므로 단위환산을 해야 한다. 단위환산에 있어 0.746kw가 1Hp(마력)이다. 그리고 1Kw = 1.34Hp로 환산할 수 있다. 그러므로 2.67kw는 3.58Hp에 해당한다.

 

1Kw : 1.3Hp = 2.67Kw : XHp,

X = 3.5778Hp = 3.58Hp

  

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