급수배관의 관경을 구하는 규약배관 방식과 수리계산 방식

1. 규약배관 방식

가. 규약배관 방식이란

규약배관 방식(Pipe Schedule Method)이란 담당하는 헤드 수에 따라 급수배관의 구경이 결정되는 방식이다. 또는 설치하고자 하는 급수배관의 구경에 따라 담당할 수 있는 헤드의 개수를 제한하여 설치하도록 하여 설계하는 방식이다. 이는 모든 헤드에서의 방수압력과 유량은 균등하다는 가정하에 적용되는 방식이다.

 

나. 소규모 건축물의 설계에서 사용한다.

일반적으로 스프링클러설비의 급수배관의 구경을 산정할 때는 화재안전성능기준과 화재안전기술기준에 따른 규약배관 방식을 적용한다.  대규모의 건물과 달리 소규모 건물에서는 자재에 대한 경제적 차이가 크게 발생하지 않으므로 적용하는 추세다. 급수배관의 구경은 표 2.5.3.3의 기준에 따라 쉽게 적용할 수 있기 때문이다. 

 

다. 스프링클러헤드 수별 급수배관의 구경 적용표

 

헤드 수별 급수관의 구경 표

헤드 수별 급수배관의 구경을 적용할 때는 먼저 폐쇄형 헤드와 개방형 헤드를 사용하는 때로 구분한다. 그리고 폐쇄형 헤드를 사용하는 경우라도 일반적인 경우와, 무대부 또는 특수가연물을 사용하는 경우, 그리고 동일한 급수배관으로 반자 아래와 반자 속에 동시에 헤드를 설치하고자 하는 경우인가를 구분한다. 또한, 개방형 헤드를 설치하는 때에는 하나의 방수구역이 담당하는 설치된 헤드 수가 30개 이하인 경우에만 규약배관 방식을 적용하도록 하였다.

2. 규약배관 방식을 적용할 때의 장단점

가. 비숙련자도 쉽게 적용할 수 있다.
스프링클러설비의 배관을 설계할 때 그리고 적용할 때 쉽게 배관의 구경을 산정할 수 있다. 이는 설계하는 기술자도, 현장에 시공하는 기술자도, 관리를 하는 점검업자도, 허가 및 조사 업무를 담당하는 소방공무원도 쉽게 적용할 수 있는 장점이 있다.

 

나. 헤드를 증설해야 하는 경우에서도 여유가 있다.

설치된 7개의 폐쇄형 헤드를 담당하는 경우 급수배관의 구경은 50mm 이다. 폐쇄형 헤드이고 설치된 헤드 수가 10개 이하이므로 구경 50mm 이상의 배관을 사용하면 된다. 그런데 헤드 수를 하나 증설해야 할 필요가 있을 때 배관의 구경은 여전히 50mm를 사용하면 된다. 50mm 구경의 급수배관은 최대 10개 까지의 헤드를 감당 가능하기 때문이다. 이렇게 설계 및 시공 이후 나중에 방호구역의 일부 구획을 통해 헤드의 수가 변하더라도 여유분을 가질 수 있게 된다.

 

다. 경제성이 떨어진다.

이는 반대로 규약배관의 단점이 될 수 있다. 헤드 수에 대비하여 여유율이 너무 과다하다는 것이다. 아파트와 같이 동일한 구경의 배관이 반복적으로 많이 설치되어야 하는 경우에는 경제성 측면에서 손해가 되는 것이다.

3. 수리계산 방식

가. 수리계산 방식이란

수리계산 방식(Hydraulic Calculation Method)이란 급수배관의 구경을 산정할 때 일일이 수리계산을 통해 한다는 것이다. 헤드 선단에서 0.1Mpa 이상 1.2Mpa 이하의 방수압력이 형성되고, 0.1Mpa의 방수압력을 기준으로 하였을 때 80ℓ/min 이상의 방수량이 형성될 수 있도록 배관의 구경을 결정하는 것이다.

 

나. 수리계산을 통한 급수배관의 구경 산정

이 의미는 가압송수장치가 설치되어 정격토출압력과 정격토출량으로 송수할 때, 스프링클러 헤드에서 앞에서 설명한 방수압력과 방수량이 형성될 수 있도록 급수배관의 구경을 결정한다는 것이다. 즉 급수배관의 구경은 최종적으로 헤드에서의 정격 방수압력과 방수량을 형성하는데 알맞은 크기가 얼마인지를 수리계산을 통해 얻고자 하는 것이다.

 

다. 수리배관 방식에 적용되는 것들

① 배관의 마찰손실수두를 구하기 위해 하젠윌리암스 방정식을 사용한다. 이를 통해 헤드에서의 정확한 방수압력을 산출할 수 있다.

 

하젠윌리암스 공식

② 급수배관의 구경을 구하는 공식을 적용한다. 헤드에 따라 배관에 흐르는 유량과 유속을 적용하여 급수배관의 구경을 정한다.

 

수리계산방식을 통한 급수배관 관경 산정

4. 수리계산 방식을 적용할 때의 장단점

가. 수리계산을 통해 정확한 관경을 계산할 수 있다.

수리계산을 한다는 것은 펌프의 실제 정격토출압력에 따른 헤드의 방수량을 적용할 수 있다는 것이다. 무조건 80ℓ/min을 일괄적으로 적용하는 것이 아닌, 하젠윌리암스 공식을 통한 마찰손실수두 계산, K-Factor와 헤드의 방수압력에 따른 방수량을 적용할 수 있다는 것이다. 그러므로 헤드에서의 실제 방수량에 따라 배관 및 관이음쇠 등의 마찰손실에 따라 요구되는 관경을 정확하게 산정할 수 있다.

 

나. 경제성의 원리에 적합하다.

이는 규약배관 방식에 비해 더 경제적임을 의미한다. 규약배관 방식에서는 헤드 수에 따라 배관의 구경이 정해지지만, 수리계산 방식을 적용하면 배관의 구경이 더 세분화되는 것이므로 경제적인 배관을 적용할 수 있다.

 

다. 결국 호칭경으로 적용한다.

수리계산 방식으로 급수배관의 관경을 산정하면 거의 정확하게 산정된다. 그런데 문제는 계산된 관경이 생산되거나 시중에 판매되지 않고 있다는 것이다. 결국 시중에 유통되는 호칭경으로 설치해야 한다. 수리계산 결과 배관의 구경이 42.34mm가 나왔다 하더라도 정확하게 맞는 배관이 없으므로 시중에 유통되고 있는 호칭경 50A 배관을 사용해야 한다는 것이다.

 

라. 헤드가 증설되는 경우 재설계를 해야한다.

스프링클러 헤드가 증설되면 가지배관 전체의 구경을 다시 계산해야 한다. 최초 설치된 헤드의 방수압력과 방수량에 따라 수리계산을 통해 배관의 구경을 정했는데, 헤드가 하나 증설됨으로써 헤드의 방수량이 모두 달라지고 그에 따라 가지배관의 각각의 구경 크기가 달라져 버리기 때문이다.

 

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