근린생활시설에 장방형으로 헤드를 설치하는 경우 헤드수 산정

<문제>

지하 3층, 지상 15층, 내화구조로 설치된 근린생활시설에 준비작동식 스프링클러설비를 설치하고자 한다. 스프링클러설비 헤드는 각 층마다 가로열이 긴 장방형으로 설치하고자 하며, 설치각도(Θ) = 30°로 하고자 한다. 지상 3층에 설치해야 하는 최소 헤드 수를 산정하시오.

 

<조건>

지하 1층 ~ 지하 3층 : 주차장

지상 1층 ~ 15층 : 근린생활시설

층별 면적

  - 지하 1층 ~ 지하 3층 : 5,000㎡ (가로 100m × 세로 50m)

  - 지상 1층 ~ 지상 5층 : 4,000㎡ (가로 80m × 세로 50m)

  - 지상 6층 ~ 지상 15층 : 2,500㎡ (가로 50m × 세로 50m)

1. 장방형 헤드의 배치

가. 방호구역에 헤드를 배치하는 방법

① 방호구역에 헤드를 배치하는 방법은 정방형 배치방법, 장방형 배치방법, 사다리꼴 배치방법이 있다. 대부분의 경우에는 정방형 배치방법을 사용하여 헤드를 배치하지만, 건물의 형상에 따라 장방형 배치를 사용하기도 한다.

② 정방형 배치방법은 헤드가 가로 및 세로의 길이가 같도록 정사각형으로 배치하는 방법을 말한다. 이에 비해 장방형 배치방법은 헤드간 거리 중 가로 또는 세로 중 하나의 거리가 더 긴 직사각형 모양의 배치 방법을 말한다.

 

나. 장방형 헤드를 배치하는 경우 헤드간 거리 산정 방법

① 정방형 배치는 설치각도가 45°로 일정하여 헤드간 거리 = 2 × r × cos45° 공식을 적용한다.

② 그런데 장방형 배치는 가로열과 세로열의 설치각도가 달라지기 때문에 가로열과 세로열이 다른 공식을 사용한다. 만약 가로열의 설치각도(Θ)를 35°로 한다고 하면 가로열의 헤드 간격 = 2 × r × cos35°를 사용하고, 세로열의 헤드간격은 2 × r × sin35°를 적용한다.

 

다. 수평거리 r값

① 위 공식에는 수평거리에 해당하는 r값이 적용되어야 한다. 수평거리는 방호구역의 각 부분으로부터 하나의 헤드까지의 거리를 말하는 것이다. 이를 다시 말하면 헤드의 반지름을 의미한다고 생각해도 된다. 헤드에서 수평거리 r값에 해당하는 반지름으로 컴퍼스를 돌렸을 때 방호구역의 모든 부분이 포함되어야 한다고 말이다.

② 스프링클러설비의 화재안전기술기준(NFTC 103) 2.7.3을 참조하면, 해당 특정소방대상물은 내화구조로 되어 있는 근린생활시설이므로 수평거리 r = 2.3m를 적용한다.

2. 장방형 배치에서 가로열 헤드 수 산정

가. 장방형 헤드간 간격 산정방법

지상 3층은 가로가 80m이고 세로가 50m이다. 이곳에 가로열이 긴 장방형으로 헤드를 설치하고자 하며 설치각도(Θ)를 30°로 적용할 것이므로, 가로열의 헤드 간격을 계산하는 공식은 2 × r × cos30°를 적용한다. 그러면 세로열의 헤드 간격은 2 × r × sin30°를 적용하면 된다.

 

나. 가로열 헤드 간격을 먼저 산정한다.

가로열에 설치해야 하는 헤드 수를 알기 위해서는 가로열에 설치하는 헤드간의 간격을 먼저 알아야 한다. 가로열의 헤드 간격을 계산하는 공식은 2 × r × cos30°를 적용한다. 그리고 r에 해당하는 수평거리(방호구역의 각 부분에서 헤드와의 거리)는 해당 건물이 내화구조이므로 2.3m를 적용한다.

 

다. 가로열의 헤드 수

가로열의 헤드 간격은 2 × r × cos30° = 2 × 2.3m × cos30° = 3.98m이다. 즉 가로열에는 3.98m마다 헤드가 하나씩 설치되어야 방호구역의 가로열 전체를 담당할 수 있다는 의미이다. 그러므로 가로열의 헤드 수는 방호구역의 가로 길이 80m를 대상으로 산정하여야 하므로 이를 3.98m로 나누어준다. 그러면 가로열의 헤드 수 = 80m/3.98m = 20.1개 → 최소 21개 이상을 설치하여야 된다.

3. 장방형 배치에서 세로열 헤드 수 산정

가. 세로열의 헤드 간격 구하는 공식

이제 지상 3층에 대하여 세로열의 헤드 수를 산정해 보자. 헤드를 장방형으로 배치하는 경우 세로열의 헤드 간격은 설치각도가 30°이므로 2 × r × sin30°를 적용한다고 했다. 그리고 수평거리 r 값은 내화구조이므로 동일하게 2.3m를 적용한다.

 

나. 세로열의 헤드 수

세로열의 헤드 배치 간격 = 2 × 2.3m × sin30° = 2.3m이다. 즉 세로열에는 2.3m마다 헤드가 하나씩 설치되어야 방호구역의 세로열 전체를 담당할 수 있다는 의미이다. 그러므로 세로열의 헤드 수는 방호구역의 세로 길이 50m를 대상으로 산정하여야 하므로 이를 2.3m로 나누어준다. 그러면 세로열의 헤드 수 = 50m/2.3m = 21.74개 → 22개 이상을 설치하여야 된다.

4. 지상 3층의 헤드 수

문제는 지상 3층에 스프링클러 헤드를 장방형으로 설치하고자 하는 경우 필요한 헤드 수를 산정하라고 하였다. 따라서 지상 3층에 설치하여야 하는 최소 헤드 수는 = 가로열 21개와 세로열 22개를 곱하면 된다. 따라서 21개 × 22개 = 462개가 지상 3층에 설치하여야 할 최소 헤드 수가 된다.

 

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