급수배관의 구경을 수리계산으로 산정한다.
가. 수리계산(Hydraulic calculation method) 결과값의 목표
급수배관의 구경을 산정할 때 수리계산을 통해 한다는 것은 헤드 선단에서 0.1Mpa 이상 1.2Mpa 이하의 방수압력이 형성되도록 하며, 0.1Mpa의 방수압력을 기준으로 하였을 때 80ℓ/min 이상의 방수량이 나오도록 설계한다는 것이다. 이 의미는 가압송수장치가 작동되어 정격토출압력과 정격토출량으로 송수할 때, 모든 스프링클러 헤드에서 최소한의 방수압력과 방수량이 형성될 수 있도록 하는 급수배관의 구경을 산정한다는 것이다.
나. 하젠윌리암스(Hazen Williams) 공식 적용
① 배관의 마찰손실 수두를 적용하기 위해 하젠윌리암스 공식을 사용한다. Darcy Weisbach 공식보다 Hazen Williams 공식을 사용하는 이유는 대상이 비압축성 유체인 물이며 온도나 점성을 고려해야 할 필요가 없기 때문이다.
② 규약배관 방식에서는 헤드에서 일률적으로 0.1Mpa의 방수압력과 이에 따라 80ℓ/min의 방수량이 형성되는 것으로 본다. 하지만 하젠윌리암스 공식을 적용함으로써 각 헤드마다 배관 및 관이음쇠에서의 마찰손실을 적용한 방수압력을 각각 다르게 구할 수 있게 된다.
다. 급수배관의 관경을 구하는 공식
급수배관의 관경을 구하는 것은 Q = AV라는 기본 공식에서 출발한다. 여기서 배관의 단면적 A = (ℼd^2)/4 이므로 이를 대입하면 아래와 같은 공식이 형성된다. 여기에서 우리가 알고자 하는 것은 급수배관의 관경(d) 이므로, 이에 맞게 공식을 재편성한다.
라. 급수배관의 관경을 구할 때 주의할 점
다만, 주의할 것은 여기서 전체에 적용해야 하는 단위이다. 유량 즉 토출량 Q는 단위가 ㎥/s 이다. 대부분 방수량이 ℓ/min으로 주어지기 때문에 이에 대한 단위환산을 한 후 적용하여야 한다. 그리고 유속 V는 단위가 m이다. 이는 그대로 적용하면 된다. 그리고 마지막으로 주의할 것으로 배관의 관경(d)의 단위는 미터(m)이다. 그래서 최종 답을 구한 후 문제에서 요구하는 단위를 살펴보아야 한다. 문제에서 관경을 mm로 구하라고 하면 반드시 단위환산을 해주어야 한다.
급수배관의 유속을 제한하고 있다.
가. 급수배관의 유속 제한
수리계산을 통해 급수배관의 구경을 산정할 때 가지배관의 유속은 6m/s, 그 밖의 배관에 해당하는 나머지 급수배관들의 유속은 10m/s를 초과하지 않아야 한다. 가지배관이 아닌 그 밖의 배관이라 함은 펌프의 토출측 주배관, 수직배관, 수평주행배관, 교차배관 등이 해당된다.
나. 급수배관의 유속을 제한하는 이유
배관 내에서의 동일한 유량에서 유속이 빨라진다는 의미는 배관의 단면적 즉 배관의 구경이 작아진다는 것을 의미한다. 결국 급수배관의 유속을 제한하고 있는 이유는 급수배관의 구경이 너무 작아지는 것을 방지하려는 것이다. 그럼으로서 배관 내에서의 와류를 최소화시키고 층류 흐름을 만들어 마찰저항을 줄이려는 의도이다. 또한 수격 현상을 최소화시켜 배관 및 관이음쇠 등의 안정성을 유지하려는 것이다.
수리계산 방식으로 급수배관의 관경을 산정하는 이유
가. 필요 배관을 정확하게 산정할 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 요구되는 관경을 정확하게 산정할 수 있다.
나. 경제성 원리에 맞는다.
이는 규약배관 방식에 비해 더 경제적임을 의미한다. 규약배관 방식에서는 헤드 수에 따라 배관의 구경이 정해지지만, 수리계산 방식을 적용하면 배관의 구경이 더 세분화되는 것이므로 경제적으로 배관을 적용할 수 있다.
다. 의무적으로 수리계산을 통해 급수배관의 관경을 산정해야 하는 경우가 있다.
화재안전기술기준에서는 규약배관 방식으로 급수배관의 관경을 적용하는 것을 허용하고 있다. 그러나 의무적으로 수리계산 방법을 통해 급수배관의 관경을 산정해야 하는 경우가 두가지 있다. ① 폐쇄형 헤드를 설치하는 경우 100개 이상의 헤드를 담당하는 급수배관(또는 밸브)의 구경을 100mm로 할 경우에는 수리계산을 통하여 제8조 제3항에서 규정한 배관의 유속에 적합하여야 한다. ② 그리고 개방형 헤드를 설치하는 경우 하나의 방수구역이 담당하는 헤드의 개수가 30개를 초과할 때에도 수리계산 방법에 의하여 급수배관의 구경을 산정하여야 한다.
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
끝까지 읽어 주셔서 감사 드립니다.
글 내용 중에 제가 잘못 생각하고 있는 부분이 있거나,
더 좋은 의견이 있으시면, 댓글로 저를 일깨워 주시면 감사하겠습니다.
'스프링클러설비' 카테고리의 다른 글
| 천장과 반자 사이에 헤드를 병행 설치할 때 급수배관의 구경 적용 (12) | 2023.02.09 |
|---|---|
| 폐쇄형 헤드 수에 따라 급수배관의 구경을 산정하는 규약배관 방식 (4) | 2023.02.08 |
| 급수배관의 관경을 구하는 규약배관 방식과 수리계산 방식 (6) | 2023.02.06 |
| 급수배관의 개폐밸브는 개폐표시형으로 해야 한다. (2) | 2023.02.02 |
| 스프링클러설비의 급수배관은 전용으로 설치해야 한다. (16) | 2023.02.01 |
