스프링클러설비 가압송수장치의 1분당 송수량 계산(제5조 제11호)

스프링클러설비 가압송수장치의 1분당 송수량

 

가압송수장치의 1분당 송수량

가. 수리계산 방법을 통한 가압송수장치의 송수량 계산

유수검지장치 이후 연결되는 배관은 다수의 가지배관으로 분기되고, 각 가지배관 마다 다수의 헤드가 설치된다. 그러므로 마찰손실수두 및 낙차 등에 따라 방수압력의 차이가 발생한다. 방수압력의 차이는 곧 방수량의 차이로 나타나게 되는데, 기준점은 가장 말단 헤드에서 방수압력 0.1Mpa 일 때 방수량이 80ℓ/min 이상이다. 그러므로 유수검지장치에 가까울수록 방수압력은 높아지고 방수량도 많아진다.

 

나. 스프링클러 헤드의 K-Factor

스프링클러 헤드에서의 방수량은 K-Factor라는 것과 연관된다. 화재안전기준에서 방수압력 0.1Mpa 일 때 방수량이 80ℓ/min 이상이라고 규정하였으므로 K-Factor는 80이 된다. 노즐에서의 방수량 구하는 공식에서 표준형 헤드 노즐의 호칭경은 15mm 이지만, 내경은 12.7mm 이므로 내경을 적용한다. 그러면 약 79.8이 나오는데 이를 K-Factor 80으로 적용하고 있는 것이다.

 

헤드의 K-Factor

Q : 헤드의 방수량(ℓ/min)

C : 유량계수(0.75)

d : 내경(12.7mm)

P : 방사압력(Mpa), 만약 kgf/㎠ 단위로 적용하면 √P로 계산하면 된다.

 

다. 방수압력의 변화와 방수량의 변화

스프링클러 헤드에서의 K-Factor를 80으로 적용한 상태에서 방수압력(P)이 변화하면 방수량(Q)이 달라진다. 가장 말단 헤드에서의 방사압력 0.1Mpa을 기준으로 계산하였을 때 방수량은 80ℓ/min가 된다. 그런데 말단 헤드의 직전 헤드부터는 마찰손실수두가 배관의 길이만큼 없어지므로 방수압력이 높아질 수 밖에 없다. 그러면 방수량은 방수압력의 제곱근 크기만큼 많아진다.

 

라. 가압송수장치의 송수량도 변화한다.

K-Factor 수리계산 방법을 통해 산출되는 헤드에서의 방수량은 방수압력이 다르므로 모두 다르다고 했다. 그러므로 기준개수의 헤드가 모두 개방된다는 가정하에서 계산된 방수량은 일정하지 않다. 왜냐하면 헤드까지 연결된 각 배관의 구경과 길이가 달라지므로 그에 따라 산출된 마찰손실수두가 헤드의 방수압력에 영향을 미치기 때문이다. 이렇게 달라지는 수리계산 방법은 가압송수장치의 송수량도 일정하지 않게 되는 결과를 초래하게 되었다.

간편한 계산방법을 도입

가. 수리계산 방법의 곤란성을 고려

제5조(가압송수장치) 제10호가 정확한 것은 사실이지만 너무 계산이 복잡하며 설치 현장 및 점검시 이를 증명하기도 곤란하다. 그래서 화재안전기준에서는 제5조(가압송수장치) 제11호를 이용하여 보다 간편하게 계산하고 적용할 수 있는 방법을 도입하였다.

 

나. 현장 적용성을 높인 규정

기준개수에 해당하는 모든 헤드 수에서 최소 0.1Mpa 이상의 방수압력으로 그리고 80ℓ/min의 방수량이 나온다는 가정을 일괄적으로 설정한 것이다. 그래서 기준개수 × 80ℓ/min의 방수량을 충족할 수 있는 수량을 가압송수장치의 송수량으로 규정한 것이다. 헤드마다 달라지는 방수압력 차이를 고려하지 아니하고 헤드에서의 방수성능 기준을 일괄 정하여 현장 적용성을 높이려고 하였다.

수원량을 정하는 규정에서 문제점이라고 생각되는 것

가. 수리 계산이 아닌 법규 계산

K-Factor가 80인 상태에서 0.1Mpa의 방수압력으로 말단 헤드에서 방수량이 80ℓ/min가 나온다면, 직전 헤드는 마찰손실수두가 빠지므로 방수압력이 높아지고 방수량도 많아진다. 기준개수 30개를 대상으로 수리계산을 하면 방수량은 더 많아지게 되는데, 화재안전기준에서는 더 늘어나는 방수량을 무시하고 일괄적으로 헤드마다 80ℓ/min의 방수량이 형성되는 것으로 규정하였다.

 

나. 최소 20분 분량의 방수량을 충족할 수 없다.

실제 기준개수의 헤드에서 방수에 소요되는 수량보다 더 적은 양이 수원량으로 저장되고 가압송수장치의 분당 방수량으로 규정되고 있는 것이다. 결국 이는 기준개수의 헤드에서 최소 20분 이상 방수해야하는 실제 수량에 미치지 못한다는 것이다.

 

다. 그러나, 기준개수의 헤드가 동시에 개방되는 것이 아니다.

스프링클러설비의 수원을 계산할 때 기준개수의 헤드에 1.6㎥를 곱한 양 이상이 되도록 하여야 한다고 하고 있다. 여기서 1.6㎥란 기준개수의 각 헤드에서 80ℓ/min의 방수량으로 20분 이상 방수될 수 있는 수량을 의미한다. 그런데 화재가 발생했다고 해서 기준개수의 헤드가 동시에 개방되는 것은 아니다. 처음에는 하나 또는 두개의 헤드가 개방된 후 화재가 확대되었을 때 기준개수만큼의 헤드가 개방되는 것이다.

 

라. 시각을 달리하면 부족한 수량이 아니다.

그러므로 각 화재마다 개방되는 스프링클러 헤드의 수가 몇개가 될 것인지 그리고 진행되는 화재의 확산 속도에 따라 어느 정도의 수량이 소모될지는 알 수 없다. 그래서 최악의 상황을 가정하여 기준개수의 헤드에 1.6㎥를 곱한 양 이상이라고 규정한 것이다.  즉 80ℓ/min의 방수량으로 20분 이상 방수될 수 있는 수량은 기준개수의 모든 헤드가 개방된다는 가정하에서는 20분만큼의 용량이 아니지만, 실제 화재 상황에서는 전체적으로 20분 이상의 수량이 될 수 있다. 

 

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