옥내 소하전 설비 문제풀이 - 1

1. 다음의 도면은 어떤 소화설비 계통도의 일부분이다. 도면을 참조하여 각 물음에 답하시오. [10점] ★★★

 

가. 도면의 기호 ①은 체크밸브이다. 이것의 원래 고유 명칭을 쓰시오.

      스모렌스키 체크 밸브

나. 도면의 기호 ① 체크밸브의 주요 기능 2가지를 쓰시오. (단, 역류를 방지하는 기능은 제외한다.)

   ① 수격 방지 기능

   ② 바이패스 기능

다. 도면의 기호 ② 의 배관의 명칭과 구경은 몇 [㎜] 이상인지 쓰시오

   ① 명칭 : 순환배관

   ② 구경 : 20 [㎜] 이상

라. 도면의 기호 ③은 기동용 수압개폐장치이다. 이것의 다른 명칭을 쓰시오. 압력 챔버

마. 도면의 기호 ③의 용적은 몇 [ℓ]인지 쓰시오. 100 [ℓ] 이상

바. 도면의 기호 ④의 명칭을 쓰시오. 릴리프 밸브

사. 도면의 기호 ⑤의 명칭 및 유효수량은 몇 [ℓ] 이상이어야 하는지 쓰시오.

   ① 명칭 : 물올림 탱크

   ② 유효 수량 : 100[ℓ] 이상

​

[배관의 구경]

  ① 물올림장치의 급수배관 15 [㎜]

  ② 순환배관 20 [㎜]

  ③ 물올림 배관 25 [㎜]

  ④ 오버플로관 50 [㎜]

  ⑤ 옥내소화전 배관 중 주배관 수직배관 50 [㎜]

  ⑥ 연결송수관설비와 겸용할 때의 주 배관 100 [㎜]

  ⑦ 방수구로 연결되는 가지배관 : 65 [㎜]

     ※ 겸용을 하지 않을 때 : 40 [㎜]

  ⑧ 스프링클러설비에서 교차 배관 : 40 [㎜]

                                 수직배수배관 : 50 [㎜]

[해설] 소화설비 계통도의 부속품 명칭 등

 가. 스모렌스키 체크 밸브

   ▣ 리프트형 체크밸브 내에 디스크가 달려 있어 충격을 완화시키는 작용을 하는 체크밸브

 나. 스모렌스키 체크 밸브의 기능

   ① 역류방지 기능 : 유체의 흐름이 역류하면 자동적으로 밸브가 닫혀진다.

   ② 수격방지 기능 : 스모렌스키 체크밸브내에 스프링 및 완충깃이 설치되어 있어 수격작용(Water hammering)을 방지

                                   한다.

   ③ 바이패스 기능 : 평상시에는 체크밸브 기능 (역류방지 기능)을 하며 바이패스를 열어 주면 2차측 배관의 물을 1차측

                                 으로 흐르게 할 수 있어 배관의 유지 보수가 용이하여 주배관상에 주로 설치한다.

 다. 순환배관 (NFSC 102 제6조 ⑧)

  ▣ 가압 송수장치의 체절 운전시 수온의 상승을 방지하기 위하여 체크밸브와 펌프 사이에서 분기한 구경 20 [㎜] 이상의

        배관에 체절압력 미만에서 개방되는 릴리프 밸브를 설치하여야 한다.

 

라. 기동용 수압개폐장치

 ▣ 소화설비의 배관내 압력변동을 검지하여 자동적으로 펌프를 기동 및 정지시키는 것으로써 압력챔버 또는 기동용

      압력 스위치 등을 말한다.

 

① 기동용 수압개폐장치 (압력 챔버) 기능

  ㉠ 배관 내의 압력 저하시 주펌프의 자동 기동, 충압펌프의 자동기동 및 자동정지 (주펌프는 자동으로 정지되어서는

       아니된다)

  ㉡ 배관내의 수격작용 방지

  ㉢ 배관내의 순간적인 압력 변동으로 부터 안정적으로 압력 감지

② 기동용 수압개폐장치 (압력챔버), 물올림 장치 : 100 [ℓ] 이상

​

마. 물올림 장치의 설치기준 (수원의 수위가 펌프보다 낮은 위치에 있는 경우 (NFSC 102 제15조 ①, 11)

  ① 물올림 탱크는 전용의 탱크를 설치할 것

  ② 탱크의 유효수량은 100 [ℓ] 이상으로 하되, 구경 15 [㎜] 이상의 급수배관에 따라 해당 탱크의 물이 계속 보급되도록

       할 것

 

2. 수원의 위치가 펌프보다 낮을 경우 꼭 필요한 설비 3가지를 쓰시오. [3점] ★★★

    ① 후드밸브      ② 진공계 또는 연성계     ③ 물올림장치

​

[해설] 수원의 수위가 펌프 보다 낮은 위치에 있는 경우 설치하는 것

 ① 후드밸브 : 수원의 수위가 펌프보다 낮은 경우에 설치하며 펌프 기동시 흡수관이 만수가 되도록 하며 여과 기능과 체크

                       (역류방지) 기능이 있다.

 ② 진공계 : 대기압 이하의 압력을 측정하는 계측기

 ③ 연성계 : 대기압 이상의 압력과 이하의 압력을 측정할 수 있는 계측기

 ④ 물올림장치 : 수원의 수위가 펌프보다 낮은 위치에 있는 경우 설치하며 펌프와 후드밸브 사이의 배관내에 항상 물을

                           공급하여 펌프가 물을 송수할 수 있도록 하는 장치

 

 

3. 다음 그림은 옥내 소화전 설비의 일부 도면이다. 도면을 보고 잘못된 점을 4가지 쓰고 올바른 방범을 쓰시오. [4점]

      ★★★★★

 

가. 잘못된 점

   ① 후드밸브가 없다.

   ② 진공계 자리에 압력계가 설치되어 있다.

   ③ 펌프 직후 체크밸브 직전에 토출측 압력계를 설치해야 한다.

   ④ 유량 조절밸브가 없다.

 

나. 올바른 방법

   ① 저수조에 후드밸브 설치

   ② 주펌프 및 충압펌프 흡입측 배관에 연성계 또는 진공계 설치

   ③ 주펌프 토출측 배관 압력계의 설치 위치를 체크밸브 이전 플랜지 가까운 곳에 설치

   ④ 주펌프 토출측 배관의 성능시험 배관에 유량 조절밸브 설치

 

4. 진공계, 연성계 및 압력계의 설치위치 및 측정범위를 쓰시오. [6점] ★★★★★

  ① 진공계

    ㉠ 설치위치 : 펌프의 흡입측

    ㉡ 측정범위 : 0 ~ 76 [㎝Hg]

  ② 연성계

    ㉠ 설치위치 : 펌프의 흡입측

    ㉡ 측정범위 : 0 ~ 76 [㎝Hg], 0.1 ~ 2 [MPa]

  ③ 압력계

    ㉠ 설치위치 : 펌프의 토출측

    ㉡ 측정범위 : 0.05 ~ 200 [MPa]

 

[해설] 진공계, 연성계, 압력계의 설치위치 및 측정범위

가. 진공계 ① 대기압 이하의 압력을 측정하는 계측기

                 ② 설치위치 : 펌프의 흡입측

                 ③ 측정범위 (계기눈금) : 0 ~ 76 [㎝Hg]

나. 연성계 ① 대기압 이하의 압력과 대기압 이상의 압력을 측정할 수 있는 계측기

                 ② 설치위치 : 펌프의 흡입측

                 ③ 측정범위 (계기눈금) : 0 ~ 76 [㎝Hg], 0.1 ~2 [MPa]

다. 압력계 ① 대기압 이상의 압력을 측정하는 계측기

                 ② 설치위치 : 펌프의 토출측

                 ③ 측정범위 (계기눈금) : 0.05 ~ 200 [MPa]

 

5. 어느 옥내소화전의 개폐밸브를 열고 유량과 압력을 측정하여 보니 다음 조건과 같았다.

    이 소화전에서 유량을 200 [ℓ/min]으로 변경하려면 압력 [MPa]은 얼마가 되어야 하는지 조건을 참조하여 구하시오. [4점]

     ★★★★★

[조건]

  ⊙ 노즐에서의 압력 (P1) : 0.17 [MPa]

  ⊙ 노즐에서의 유량 (Q1) : 130 [ℓ/min]​

[해설] 옥내소화전의 유량 [참고] 유량 공식​

6. 어느 옥내소화전의 개폐밸브를 열고 유량과 압력을 측정하였더니 다음과 같았다. 이 소화전에서의 압력을 0.8 [MPa]로

       변경하면 방수량 [ℓ/min]은 얼마가 되어야 하는가 ?  [4점] ★★★★★

  ⊙ 노즐에서의 압력 (P1) : 0.4 [MPa]

  ⊙ 노즐에서의 유량 (Q1) : 200 [ℓ/min]​

7. 어느 소방대상물에 피토게이지로 옥내소화전 노즐의 방수압력을 측정한 결과 0.25 [MPa] 이었다. 이 때 옥내소화전

      노즐의 방수량 [ℓ/min]을 구하시오. [3점] ★★★★★​

[해설] 방수량

   Q = 2.086 d2 √P

    여기서, Q : 방수량 [ℓ/min]

                 d : 구경[㎜] (노즐구경 옥내소화전 13[㎜], 옥외소화전 19 [㎜]

                 P : 방수압력 [MPa]

​

8. 옥내소화전을 설치완료하고 최상층에 설치된 테스트 밸브측의 압력을 측정한 결과 0.4 [MPa] 이었다. 이 테스트 노즐의

     오리피스 구경이 15 [㎜] 이었다면 방수량 [ℓ/min] 은 얼마인가 ? (단, 노즐의 유출계수는 0.75 이다) [3점] ★★★★★​

[해설] 방수량​

여기서, Q : 방수량 [ℓ/min]

             Cv : 흐름계수 (유량계수)

              d : 구경 [㎜] (노즐구경 : 옥내소화전설비 13[㎜], 옥외소화전설비 19 [㎜]    P : 방수량 [MPa]

​

9. 옥내 소화전 노즐의 방수압력을 피토게이지 (Pito gauge)를 사용하여 측정하니 0.25 [MPa]이었다. 이 때 노즐을 통하여

    방수되는 물의 순간 유출속도 [m/s]를 구하시오.  (단, 중력가속도는 9.8 [m/s2]이다) [3점] ★★★​

[해설] 유출 속도 (토리첼리의 정리)​​

         여기서, v : 유속 [m/s],           g : 중력가속도 (9.8 [m/s2]),            H : 높이 [m]

                      P : 압력 [Pa, N/㎡],           γ : 물의 비중량 ( 9.8 [kN/㎥]

​

10. 옥내소화전 직사형 방사노즐에 피토관을 설치하여 압력을 측정하였더니 0.3 [MPa]이었다. 이 노즐을 통하여 방사되는

       물의 방사속도 [m/s]를 구하시오. (단, 노즐의 속도계수는 0.98 이다) [3점] ★★★★★​

[해설] 방사속도​

 압력 단위 환산

1 [atm]	760 [㎜Hg]	76 [㎝Hg]
101,325 [Pa]	101.325 [kPa]	0.101325 [MPa]
10,332[㎜Aq, ㎜H2O]	10.332[mAq, mH2O]	-
1.0332 [㎏f/㎠]	10,332 [㎏f/㎡]	-
1,013 [mbar]	1.013 [bar]	14.7 [psi]

​

11. 소화설비용 수평배관내의 평균 유속이 2.8 [m/s], 압력이 45.1 [kPa], 유량이 0.75 [㎥/s]이다. 손실수두를 무시할 경우

      필요한 소화수 펌프의 동력 [kW]을 구하시오.  (단, 펌프의 효율 및 전달계수는 무시한다) [4점] ★★★​

[해설] 전동기 (펌프)의 용량

가. 전동기 (펌프)의 용량​

           여기서, P : 전동력 [kW],           Q : 토출량 [㎥/min],

                        H : 양정 [m],                K : 전달계수,             η : 효율

나. 베르누이 방정식​

         여기서, H : 전수두, 전양정 [m],                    P : 압력 [kPa]

                      γ : 물의 비중량 (9.8[kN/㎥]              v : 유속 [m/s]

                      g : 중력가속도 (9.8 [m/s2])            △H : 마찰손실수두 [m]

 ※ 문제에서 수평배관이므로 수평배관은 위치수두(Z)가 모두 동일하므로 적용하지 않고 마찰손실수두도 언급이 없으므로

     적용하지 않는다.

[참고] 전동기(펌프)의 동력​

          여기서,   P : 전동력[kW],       Q : 토출량 (유량) [㎥/min]          H : 전양정(전수두) [m]

                         K : 전달계수 (전동기 직결 펌프 : 1.1, 기타펌프(내연기관(엔진)펌프) : 1.15~1.2)

                         η : 전효율 ( η전효율 = η수력효율 × η체적효율 × η기계효율)

   ※ 축동력 K

       ① 전달계수 (K) : 적용안함

       ② 여유율, 여유계수 : 적용

​

12. 옥내 소화전이 2개소 설치되어 있고 수원의 공급은 모터펌프로 한다. 수원으로 부터 가장 먼 소화전의 앵글밸브까지의

      요구되는 수두가 29.4 [m]라고 할 때, 펌프 모터의 용량은 몇 [kW] 이상이어야 하는가 ? (단, 호스 및 배관의 마찰손실수

       두는 3.6 [m] 이고, 펌프의 효율은 0.6 이며, 전동기에 적합한 것으로 한다) [4점] ★★★★★

   유량 Q = 130 [ℓ/min] × 2개 = 260 [ℓ/min] = 0.26 [㎥/min]

   전수두 H = 3.6 [m] + 29.4 [m] + 17 [m] = 50 [m]

   전달계수 : 1.1, 효율 η : 0.6​

※ 옥내 소화전의 전양정

   전양정 H = h1 + h2 + h3 + 17 [m]

   전양정 = 실양정 + 마찰손실환산수두 + 호스손실환산수두 + 17

   * 실양정 = 흡입양정 + 토출양정

[해설] 전동기(펌프)의 용량

가. 전동기(펌프)의 용량​

          여기서, P : 전동력 [kW],                 Q : 토출량(유량) [㎥/min]

                       H : 전양정(전수두) [m]         K : 전달계수,         η : 전효율

나. 옥내소화전설비의 전양정 (펌프방식)

   전양정 H = h1 + h2 + h3 + 17 [m]

    여기서, H : 전양정 [m]

                 h1 : 소방호스의 마찰손실환산수두 [m]

                 h2 : 배관 및 관 부속품의 마찰손실수두 [m]

                 h3 : 실양정 (흡입양정 + 토출양정) [m]

                 17 : 옥내소화전설비 규정방수압력의 환산수두 [m] (0.17MPa → 약 17[m])

​

13. 옥내소화전의 설치개수가 지하 1층 2개소, 1층, 2층, 3층, 4층 까지 각 4개소, 5층, 6층에 각 3개소, 옥상층에는 시험용

      옥내소화전을 설치하였다. 본 건축물의 층고는 28 [m] (지하층은 제외한다), 소화펌프의 흡입고 1.5 [m], 직관의 마찰

      손실 6 [m], 호스의 마찰손실 6.5 [m], 이음쇠 밸브류 등의 마찰손실 8 [m]일 때 다음 각 물음에 답하시오. (단, 지하층의

       층고는 3.5 [m] 이고 기타사항은 무시한다.)  [9점] ★★★★★

  가. 수원의 용량 [㎥]을 구하시오. (단, 수원의 15 [%]를 가산한 양으로 한다.)

  나. 옥내소화전 가압송수장치(펌프)의 토출량 [㎥/min]을 구하시오. (단, 토출량은 안전율 15 [%]를 가산한 양으로 한다.)

  다. 펌프를 지하층에 설치한 경우 펌프의 양정을 구하시오.

  라. 가압송수장치(펌프)의 전동기 용량 [kW]을 구하시오. (단, 효율은 0.6, 전달계수 1.1 이다.)

[풀이]

  가. 수원의 용량 [㎥]을 구하시오. (단, 수원의 15 [%]를 가산한 양으로 한다.)

        Q = 2.6 [㎥] × 2개 × 1.15 = 5.98 [㎥]

  나. 옥내소화전 가압송수장치(펌프)의 토출량 [㎥/min]을 구하시오. (단, 토출량은 안전율 15 [%]를 가산한 양으로 한다.)

        Q = 130 [ℓ/min] × 2개 × 1.15 = 299 [ℓ/min] = 0.299 [㎥/min] ≒ 0.3 [㎥/min]

  다. 펌프를 지하층에 설치한 경우 펌프의 양정을 구하시오.

       전양정 H = h1 + h2 + h3 + 17 [m]

                      = 6.5 [m] + (6+8) [m] + (28 + 1.5 + 3.5) [m] + 17[m] = 70.5 [m]

  라. 가압송수장치(펌프)의 전동기 용량 [kW]을 구하시오. (단, 효율은 0.6, 전달계수 1.1 이다.)​

[해설] 옥내소화전설비의 수원의 양 · 토출량 · 전양정 · 전동기 용량

 가. 옥내 소화전 설비의 수원의 양 (저수량) (29층 이하)

     Q = 2.6 N ← Q = 130 [ℓ/min] × 20 [min] (소방대 출동시간)

     여기서, Q : 수원의 양 [㎥]

                  N : 가장 많이 설치된 층의 소화전 개수 (최대 2개)

                  2.6 : 130 [ℓ/min] (옥내소화전설비 규정 방수량) × 20 [min] (소방대 출동시간)

      ∴ Q = 2.6 × 2개 × 1.15 = 5.98 [㎥/min]

         ※ 문제의 단서에서 수원의 15 [%]를 가산한 양으로 한다 하였으므로 1.15를 곱한다.

나. 옥내소화전설비의 토출량

      Q = 130 [ℓ/min] × N

      여기서, Q : 토출량 [ℓ/min]

                    N : 가장 많이 설치된 층의 소화전 개수 (최대 2개)

      ∴ Q = 130 [ℓ/min] × 2개 × 1.15 = 299[ℓ/min] = 0.299[㎥/min] = 0.3 [㎥/min]

​

※ 가압송수장치 :  ① 펌프    ② 고가수조방식    ③ 압력수조방식    ④ 가압수조방식

※ 1. 문제의 단서에서 토출량은 안전율 15%를 가산한 양으로 한다 하였으므로 1.15를 곱한다.

    2. 1 [㎥] = 1,000 [ℓ]

​

다. 옥내 소화전 설비의 전양정 (펌프방식)

      전양정 = H = h1 + h2 + h3 + 17 [m]

       여기서, H : 전양정 [m]

                    h1 : 소방호스의 마찰손실환산수두 [m]

                    h2 : 배관 및 관 부속품의 마찰손실수두 [m]

                    h3 : 실양정 (흡입양정 + 토출양정) [m]

                    17 : 옥내소화전설비 규정방수압력의 환산수두 [m] (0.17MPa → 약 17[m])

   h1 : 문제에서 6.5 [m] 이다.

   h2 : 문제에서 직관의 마찰손실 6 [m] + 이음쇠, 밸브류 등의 마찰손실 8 [m] = 14 [m] 이다.

   h3 : 문제에서 펌프의 흡입고 (흡입양정) 1.5 [m],

           토출양정 : 지하층의 층고 3.5 [m] + 지하층의 제외한 층고 28 [m] = 31.5 [m]

   ∴ 전양정 H = 6.5[m] +(6+8)[m] + (1.5+3.5+28) [m] + 17[m] = 70.5 [m]

 

라. 전동기(펌프)의 용량​

여기서, P : 전동력 [kW], Q : 토출량(유량) [㎥/min]

            H : 전양정(전수두) [m] K : 전달계수, η : 전효율​

14. 어느 소방대상물에 옥내소화전을 설치하고자 한다. 소화전 설치수가 지하 1층 1개소,  1~4층까지 각 4개소씩, 5층, 6층

       에 각 3개소, 옥상층에는 시험용 소화전을 설치하였다. 본 방호대상물의 층고가 28 [m] (지하층은 제외), 가압펌프의

       흡입고 1.5 [m], 직관의 마찰손실 6 [m], 호스의 마찰손실 6.5 [m], 이음쇠, 밸브류 등의 마찰손실이  8[m]일 때 다음

       각 물음에 답하시오. (단, 지하층의 층고는 3.5 [m]이고, 기타 주어지지 않은 조건은 무시한다.) [8점] ★★★★★

  가. 전용 수원의 용량 [㎥]을 구하시오. (단, 전용 수원은 15 [%]를 가산한 양으로 한다.

  나. 옥내 소화전 가압 송수장치의 펌프 토출량 [㎥/min]을 구하시오. (단, 토출량은 안전율 15%를 가산한 양으로 한다.)

  다. 가압송수장치를 지상 1층에 설치할 경우 펌프의 양정 [m]을 구하시오.

  라. 가압송수장치와 전동기 용량 [kW]을 구하시오. (단, 효율은 0.6, 전달계수는 1.1 이다)

[풀이]

  가. 전용 수원의 용량 [㎥]을 구하시오. (단, 전용 수원은 15 [%]를 가산한 양으로 한다.

        Q = 2.6 [㎥] × 2개 × 1.15 = 5.98 [㎥]

  나. 옥내 소화전 가압 송수장치의 펌프 토출량 [㎥/min]을 구하시오. (단, 토출량은 안전율 15%를 가산한 양으로 한다.)

       Q = 130 [ℓ/min] × 2개 × 1.15 = 299 [ℓ/min] = 0.299 [㎥/min] ≒ 0.3 [㎥/min]

  다. 가압송수장치를 지상 1층에 설치할 경우 펌프의 양정 [m]을 구하시오.

        전양정 H = h1 + h2 + h3 + 17 [m]

                        = 6.5 [m] + (6+8) [m] + (28 + 1.5 ) [m] + 17[m] = 67 [m]

  라. 가압송수장치와 전동기 용량 [kW]을 구하시오. (단, 효율은 0.6, 전달계수는 1.1 이다) ​

[해설] 옥내소화전설비의 수원의 양 · 토출량 · 전양정 · 전동기 용량

 가. 옥내 소화전 설비의 수원의 양 (저수량) (29층 이하)

     Q = 2.6 N ← Q = 130 [ℓ/min] × 20 [min] (소방대 출동시간)

     여기서, Q : 수원의 양 [㎥]

                  N : 가장 많이 설치된 층의 소화전 개수 (최대 2개)

                  2.6 : 130 [ℓ/min] (옥내소화전설비 규정 방수량) × 20 [min] (소방대 출동시간)

  ∴ Q = 2.6 × 2개 × 1.15 = 5.98 [㎥/min]

     ※ 문제의 단서에서 수원의 15 [%]를 가산한 양으로 한다 하였으므로 1.15를 곱한다.

 

나. 옥내소화전설비의 토출량

    Q = 130 [ℓ/min] × N

      여기서, Q : 토출량 [ℓ/min]

                   N : 가장 많이 설치된 층의 소화전 개수 (최대 2개)

   ∴ Q = 130 [ℓ/min] × 2개 × 1.15 = 299[ℓ/min] = 0.299[㎥/min] = 0.3 [㎥/min]

​

 ※ 가압송수장치 :   ① 펌프    ② 고가수조방식    ③ 압력수조방식    ④ 가압수조방식

 ※ 1. 문제의 단서에서 토출량은 안전율 15%를 가산한 양으로 한다 하였으므로 1.15를 곱한다.

     2. 1 [㎥] = 1,000 [ℓ]

​

다. 옥내 소화전 설비의 전양정 (펌프방식)

   전양정 = H = h1 + h2 + h3 + 17 [m]

       여기서, H : 전양정 [m]

                    h1 : 소방호스의 마찰손실환산수두 [m]

                    h2 : 배관 및 관 부속품의 마찰손실수두 [m]

                    h3 : 실양정 (흡입양정 + 토출양정) [m]

                    17 : 옥내소화전설비 규정방수압력의 환산수두 [m] (0.17MPa → 약 17[m])

          h1 : 문제에서 6.5 [m] 이다.

          h2 : 문제에서 직관의 마찰손실 6 [m] + 이음쇠, 밸브류 등의 마찰손실 8 [m] = 14 [m] 이다.

          h3 : 문제에서 펌프의 흡입고 (흡입양정) 1.5 [m],

                 토출양정 : 지하층의 제외한 층고 28 [m] = 31.5 [m]

    ∴ 전양정 H = 6.5[m] +(6+8)[m] + (1.5+28) [m] + 17[m] = 67 [m]

 

라. 전동기(펌프)의 용량 ​

         여기서, P : 전동력 [kW],                  Q : 토출량(유량) [㎥/min]

                     H : 전양정(전수두) [m]          K : 전달계수,                η : 전효율​

 

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