옥내소화전설비에서 고가수조의 자연낙차수두 구하기

문제의 제기

가. 질문 사항
하나의 층마다 옥내소화전 방수구는 2개씩 설치되어 있다. 옥내소화전설비의 수원으로 고가수조를 사용할 때, 고가수조에 필요한 자연낙차 수두(m)를 구하시오

고가수조 배관 계통도

나. 고가수조를 활용한 옥내소화전설비의 설계
① 옥내소화전설비 최상층 방수구의 설계 방수량 : 130ℓ/min 이상, 최상층 방수구의 방수압력 : 0.17Mpa 이상
② 각 방수구마다 15m 길이의 마제호스 2본을 사용한다. 또한 호스 100m당 마찰손실수두는 다음과 같다.

구분	40mm		50mm		65mm
	마호스	고무내장호스	마호스	고무내장호스	마호스	고무내장호스
130ℓ/min	26m	12m	7m	3m	-	-
350ℓ/min	-	-	-	-	10m	4m

③ 직관 100m당 마찰손실수두

구 분	130(LPM)	260(LPM)	390(LPM)
40mm	14.7m
50mm	5.1m	18.4m
65mm	1.72m	6.2m	13.2m

④ 관 부속품의 등가길이(m). 단, 레듀샤 및 문제 조건에서 주어지지 않는 것에 대해서는 계산에서 제외한다.

관 경	90° 엘보	45° 엘보	분류 T	직류 T	게이트밸브	앵글밸브	체크밸브
32mm	1.2	0.72	1.8	0.36	0.24	5.4	2.5
40mm	1.5	0.9	2.1	0.45	0.3	6.5	3.1
50mm	2.1	1.2	3.0	0.6	0.39	8.4	4.0
65mm	2.4	1.5	3.6	0.75	0.48	10.2	4.6

문제의 이해

가. 고가수조의 자연낙차를 구하는 공식
옥내소화전설비에서 고가수조를 사용할 경우, 고가수조에 필요한 자연낙차(m) = h1 + h2 + 17m이다. h1은 소방호스의 마찰손실수두이고, h2는 배관의 마찰손실수두이다. 그런데 h2를 배관의 마찰손실수두라고 표현하고 있지만, 사실은 직관의 길이와 관 부속품의 등가길이를 마찰손실수두로 표현한 것이다. 그러므로 고가수조에 필요한 자연낙차 = 소방호스의 마찰손실수두(h1) + 배관의 마찰손실수두(직관의 길이 + 관 부속품의 등가길이)(h2) + 17m 라고 보면 된다.

나. 배관의 구경마다 마찰손실수두를 달리 계산한다.
직관의 마찰손실수두는 배관의 구경과 감당하는 방수량에 따라 달라진다. 그러므로 배관의 구경 및 담당하는 방수량이 달라질 때마다 직관의 마찰손실수두를 각각 계산해 주어야 한다.

 

 

소방호스의 마찰손실수두(h1)

소방호스는 각 방수구에 마호스 2본을 사용하는데, 하나의 호스가 15m 이므로 총 30m가 된다. 조건을 참조하면, 옥내소화전 방수구는 40mm이고 방수량은 130ℓ/min으로 설계한다고 했다. 따라서 소방호스가 100m일때 마호스의 등가길이는 26m에 해당한다. 이를 참조하여 계산하면, 소방호스의 마찰손실수두(m)는 26m/100m × 30m = 7.8m 이다.

구분	40mm		50mm		65mm
	마호스	고무내장호스	마호스	고무내장호스	마호스	고무내장호스
130ℓ/min	26m	12m	7m	3m	-	-
350ℓ/min	-	-	-	-	10m	4m

배관의 마찰손실수두(h2)

가. 65mm 배관
① 65mm 직관의 길이
그림에서 65mm 배관으로 사용하는 부분은 수직배관이다. 그런데 방수구의 높이가 0.7m 이므로, 나머지 높이를 모르는 부분을 Xm 라고 하자. 그러면 65mm 배관 중 직관의 총 길이는 Xm + 0.7m 이다.

② 65mm 배관에 설치된 관 부속품의 등가길이
해당 배관에는 게이트밸브 하나와 분류 T 하나가 설치되어 있다. 그러므로 관 부속품의 마찰손실수두 = 게이트 밸브 + 분류 T = 0.48m + 3.6m = 4.08m이다.

관 경	90° 엘보	45° 엘보	분류 T	직류 T	게이트밸브	앵글밸브	체크밸브
32mm	1.2	0.72	1.8	0.36	0.24	5.4	2.5
40mm	1.5	0.9	2.1	0.45	0.3	6.5	3.1
50mm	2.1	1.2	3.0	0.6	0.39	8.4	4.0
65mm	2.4	1.5	3.6	0.75	0.48	10.2	4.6

③ 65mm 배관의 전길이
65mm 배관의 전길이 = 직관의 길이 + 관부속품의 등가길이 = (Xm + 0.7m) + 4.08m이다. 미지수 Xm는 여기서 해결하지 말고 그대로 가지고 가면 된다. 그러면 Xm + 4.15m가 된다.

④ 65mm 배관의 마찰손실수두
하나의 층을 담당하는 방수구가 총 두 개이므로 260ℓ/min를 담당한다. 65mm 배관은 100m당 마찰손실수두가 6.2m이다. 그러므로 전길이가 Xm + 4.15m인 경우의 마찰손실수두는 = (Xm + 4.15m)/100m × 6.2m = 0.062Xm + 0.257m이다.

구 분	130(LPM)	260(LPM)	390(LPM)
40mm	14.7m
50mm	5.1m	18.4m
65mm	1.72m	6.2m	13.2m

나. 50mm 배관
① 50mm 직관의 길이
문제의 그림에서 수직배관에서 분기된 배관부터 50mm 배관이다. 이 50mm 배관의 직관 길이는 18m 이다. 맨 끝의 방수구인 ①번 방수구 까지의 마찰손실수두를 구하는 것이므로 50mm 배관에서 ②번 방수구로 이어지는 가지배관은 계산할 필요가 없다.

② 50mm 배관에 설치된 관 부속품의 등가길이
50mm 배관에는 직류 T 하나가 설치된다. 그러므로 50mm 배관에 설치된 분류 T의 마찰손실수두는 0.6m이다.

관 경	90° 엘보	45° 엘보	분류 T	직류 T	게이트밸브	앵글밸브	체크밸브
32mm	1.2	0.72	1.8	0.36	0.24	5.4	2.5
40mm	1.5	0.9	2.1	0.45	0.3	6.5	3.1
50mm	2.1	1.2	3.0	0.6	0.39	8.4	4.0
65mm	2.4	1.5	3.6	0.75	0.48	10.2	4.6

③ 50mm 배관의 전길이
50mm 배관의 전길이 = 직관의 길이 + 관 부속품의 등가길이 = 18m + 0.6m = 18.6m 이다.

④ 50mm 배관의 마찰손실수두
담당하는 방수구가 총 두 개이므로 260ℓ/min를 담당하는 50m배관은 100m당 마찰손실수두가 18.4m이다. 그러므로 전길이가 18.6m인 경우의 마찰손실수두는 = 18.6m/100m × 18.4m = 3.42m이다.

다. 40mm 배관
① 40mm 직관의 길이
최상층 맨 마지막 방수구인 ①번 방수구는 40mm 배관으로 설치되어 있다. 따라서 직관의 길이 = 18m + 높이 0.7m = 18.7m에 해당한다.

② 40mm 배관에 설치된 관 부속품의 등가길이
40mm 배관에는 90°엘보 하나와 앵글밸브 하나가 설치되어 있다. 따라서 40mm 배관의 관 부속품의 등가길이 = 90°엘보 + 앵글밸브 = 1.5m + 6.5m = 8m 이다.

관 경	90° 엘보	45° 엘보	분류 T	직류 T	게이트밸브	앵글밸브	체크밸브
32mm	1.2	0.72	1.8	0.36	0.24	5.4	2.5
40mm	1.5	0.9	2.1	0.45	0.3	6.5	3.1
50mm	2.1	1.2	3.0	0.6	0.39	8.4	4.0
65mm	2.4	1.5	3.6	0.75	0.48	10.2	4.6

③ 40mm 배관의 전길이
40mm 배관의 전길이 = 직관의 길이 + 관 부속품의 등가길이 = 18.7m + 8m = 26.7m 이다.

④ 40mm 배관의 마찰손실수두
130ℓ/min를 담당하는 40m배관은 100m당 마찰손실수두가 14.7m이다. 그러므로 전길이가 26.7m인 경우의 마찰손실수두는 = 26.7m/100m × 14.7m = 3.93m이다.

구 분	130(LPM)	260(LPM)	390(LPM)
40mm	14.7m
50mm	5.1m	18.4m
65mm	1.72m	6.2m	13.2m

고가수조가 가져야 할 자연낙차수두(m)

가. 호스의 마찰손실수두(h1) : 7.8m

나. 배관의 마찰손실수두(h2)
65mm 배관 + 50mm 배관 + 40mm 배관 = (0.062Xm + 0.257m) + 3.42m + 3.93m = 0.062Xm + 7.61m

다. 고가수조의 자연낙차수두
고가수조에 필요한 자연낙차(Xm) = h1 + h2 + 17m = 소방호스의 마찰손실수두 + 배관의 마찰손실수두 + 17m = 7.8m + (0.062Xm + 7.61m) + 17m

고가수조 자연낙차수두

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