1. 다음은 옥내소화전 설비의 계통도이다. 조건을 참고하여 각 물음에 답하시오. [8점] ★★★★★
[조건]
① 펌프의 효율은 65 [%]이며 전달계수는 1.1 이다.
② 배관의 마찰손실수두는 소방호스의 마찰손실수두를 포함하여 39 [m]이며 실양정은 12 [m]이다.
가. 수원의 최소 유효저수량 [㎥]을 구하시오.
나. 펌프의 토출량 [ℓ/min]을 구하시오.
다. 펌프의 양정 [m]을 구하시오.
라. 펌프의 용량 [kW]을 구하시오.
[풀이]
가. 수원의 최소 유효저수량 [㎥]을 구하시오.
유효저수량 Q = 2.6 N = 2.6 [㎥] × 2개 = 5.2 [㎥]
※ 옥상수조가 설치되어 있으므로 옥상수원을 구하면
Q = 5.2 ㎥ × 1/3 = 1.733 [㎥]
[답] 5.2 [㎥] (옥상수원을 합한 수원의 최소 유효저수량 = 5.2 + 1.733 = 6.933 ≒ 6.93 [㎥]
나. 펌프의 토출량 [ℓ/min]을 구하시오.
Q = 130 [ℓ/min] × 2개 = 260 [ℓ/min]
다. 펌프의 양정 [m]을 구하시오.
전양정 H = h1 + h2 + h3 + 17 = 39 + 12 +17 = 68 [m]
= 소방호스마찰수두 + 배관 및 관부속품 마찰손실 수두+ 실양정 + 17
라. 펌프의 용량 [kW]을 구하시오.
[해설] 옥내 소화전설비의 저수량 · 토출량 · 전양정 · 펌프의 용량
가. 옥내소화전설비 수원의 양 (저수량) (29층 이하)
Q = 2.6 N [㎥]
여기서, Q : 수원의 양 [㎥]
N : 가장 많이 설치된 층의 소화전 개수 (최대 2개)
2.6 : 130[ℓ/min] (옥내소화전설비규정 방수량) × 20 [min] (소방대출동시간)
Q = 2.6 × 2 = 5.2 [㎥]
※ 옥내소화전설비 옥상 수원의 양 (저수량) (29층 이하)
Q = 2.6 N × 1/3
여기서, Q : 수원의 양 [㎥]
N : 가장 많이 설치된 층의 소화전 개수 (최대 2개)
2.6 : 130[ℓ/min](옥내소화전설비 규정 방수량) × 20 [min] (소방대출동시간)
1/3 : 옥상수조는 저수조의 1/3 용량
Q = 5.2 [㎥] × 1/3 = 1.733 [㎥]
※ 옥상 수원의 양은 저수조에서 산출한 유효수량의 1/3 이상을 옥상에 설치해야 한다.
나. 옥내 소화전설비의 토출량
Q = 130 [ℓ/min] × N [ℓ/min]
여기서, Q = 토출량 [ℓ/min]
N : 가장 많이 설치된 층의 소화전 개수 (최대 2개)
∴ Q = 130 [ℓ/min] × 2개 = 260 [ℓ/min]
다. 옥내 소화전설비의 전양정 (펌프 방식)
H = h1 + h2 + h3 + 17 [m]
여기서, H : 전양정 [m]
h1 : 소방호스의 마찰손실수두 [m]
h2 : 배관 및 관부속품의 마찰손실수두 [m]
h3 : 실양정 (흡입양정 + 토출양정) [m]
17 : 옥내소화전설비 규정방수압력의 환산 수두 [m] (0.17[MPa] → 약 17 [m])
⊙ h1 + h2 : 문제의 조건에서 39 [m]
⊙ h3 : 문제의 조건에서 12 [m]
∴ H = 39 [m] + 12 [m] + 17 [m] = 68 [m]
라. 전동기 (펌프)의 용량
여기서, P : 전동력 [kW], Q : 토출량(유량) [㎥/min]
H : 전양정 [m] k : 전달계수 η : 효율
※ 1 [㎥] = 1,000 [ℓ]
2. 11층 연면적 15,000[㎡] 업무용 건축물에 옥내소화전 설비를 국가화재안전기준에 따라 설치하려고 한다. 다음 조건을
참조하여 각 물음에 답하시오. [12점] ★★★★★
[조건]
① 펌프의 후드 밸브로 부터 11층 옥내소화전함 호스접결구까지의 마찰손실수두는 실양정의 25%로 한다.
② 펌프의 전달계수 K값은 1.1로 한다.
③ 각 층의 소화전은 5개씩이다.
④ 펌프의 체적효율(η1) 0.95 , 기계효율 (η2) 0.92, 수력효율 (η3) 0.83 이다.
⑤ 소방호스의 마찰손실수두는 7.8 [m] 이다.
가. 펌프의 최소 유량 [ℓ/min]을 구하시오.
나. 수원의 최소 유효 저수량 [㎥]을 구하시오.
다. 옥상에 설치할 고가수조의 용량 [㎥]을 구하시오.
라. 펌프의 총 양정 [m]을 구하시오.
마. 펌프의 축동력 [kW]를 구하시오.
바. 펌프의 모터동력 [kW]를 구하시오.
사. 소방호스 노즐에서 방수압 측정 방법시 측정기구와 측정방법을 쓰시오.
아. 소방호스 노즐의 방수압력이 0.7 [MPa] 초과시 감압방법 2가지를 쓰시오.
※ 고가수조는 펌프와 연결되지 않는다. 문제에 오류가 있다. 옥상수조라고 해야 맞는 것 같다. 옥상수조라고 생각하고
문제를 풀자.
[풀이]
가. 펌프의 최소 유량 [ℓ/min]을 구하시오.
Q = 130 [ℓ/min] × 2 = 260 [ℓ/min]
나. 수원의 최소 유효 저수량 [㎥]을 구하시오.
Q = 2.6 N = 2.6 [㎥] × 2 개 = 5.2 [㎥]
다. 옥상에 설치할 고가수조의 용량 [㎥]을 구하시오.
Q = 5.2 × 1/3 = 1.733 ≒ 1.73 [㎥]
라. 펌프의 총 양정 [m]을 구하시오.
전양정 H = h1 + h2 + h3 + 17
h1 : 7.8 [m], h2 : 39.5 × 0.25 = 9.875 [m]
h3 : 3 +5 + (3 × 10) + 15 = 39.5 [m]
∴ H = 7.8 + 9.875 + 39.5 + 17 = 74.176 ≒ 74.18 [m]
마. 펌프의 축동력 [kW]를 구하시오.
바. 펌프의 모터동력 [kW]를 구하시오.
사. 소방호스 노즐에서 방수압 측정 방법시 측정기구와 측정방법을 쓰시오.
① 측정기구 : 피토게이지 (방수압력 측정계)
② 측정방법 : 노즐선단에서 노즐구경(D)의 1/2 떨어진 지점에서 노즐선단과 수평하게 피토 게이지를 설치하여 게이지
상의 눈금을 읽는다.
아. 소방호스 노즐의 방수압력이 0.7 [MPa] 초과시 감압방법 2가지를 쓰시오.
① 감압밸브방식 ② 고가수조방식
[해설]
가. 옥내 소화전설비의 토출량
Q = 130 [ℓ/min] × N [ℓ/min]
여기서, Q = 토출량 [ℓ/min]
N : 가장 많이 설치된 층의 소화전 개수 (최대 2개)
∴ Q = 130 [ℓ/min] × 2개 = 260 [ℓ/min]
나. 옥내소화전설비 수원의 양 (저수량) (29층 이하)
Q = 2.6 N [㎥]
여기서, Q : 수원의 양 [㎥]
N : 가장 많이 설치된 층의 소화전 개수 (최대 2개)
2.6 : 130[ℓ/min] (옥내소화전설비규정 방수량) × 20 [min] (소방대출동시간)
Q = 2.6 × 2 = 5.2 [㎥]
다. 옥상에 설치된 고가수조(옥상수조)의 용량 (29층 이하)
Q = 2.6 N × 1/3
여기서, Q : 수원의 양 [㎥]
N : 가장 많이 설치된 층의 소화전 개수 (최대 2개)
2.6 : 130[ℓ/min] (옥내소화전설비규정 방수량) × 20 [min] (소방대출동시간)
∴ Q = 2.6 [㎥] × 2개 × 1/3 = 1.733 ≒ 1.73 [㎥]
※ 문제에서 옥상수조를 고가수조로 표현됨
라. 옥내소화전 설비의 전양정 (펌프방식)
H = h1 + h2 + h3 + 17 [m]
여기서, H : 전양정 [m]
h1 : 소방호스의 마찰손실수두 [m]
h2 : 배관 및 관부속품의 마찰손실수두 [m]
h3 : 실양정 (흡입양정 + 토출양정) [m]
17 : 옥내소화전설비 규정방수압력의 환산 수두 [m] (0.17[MPa] → 약 17 [m])
⊙ h1 : 조건 ⑤ 에서 7.8 [m]
⊙ h2 : 조건 ① 에서 실양정의 25[%]이므로 39.5 [m] × 0.25 = 9.87 [m]
⊙ h3 : P1 소화주펌프의 후드밸브로 부터 최상층 호스접결구까지의 수직거리 이므로
3[m] + 5 [m] + 3 [m] × 10개층 + 1.5 [m] = 39.5 [m]
∴ H = 7.8 [m] + 9.875 [m] + 39.5 [m]+ 17 [m] =74.175 ≒ 74.18 [m]
마. 펌프의 축동력
여기서, P : 전동력 [kW], Q : 토출량(유량) [㎥/min] H : 전양정 [m] η : 효율
바. 전동기(펌프)의 용량
여기서, P : 전동력 [kW], Q : 토출량(유량) [㎥/min] H : 전양정 [m] k : 전달계수 η : 효율
사. 옥내소화전설비의 방수압 및 방수량 측정방법
① 방수압력
⊙ 노즐선단에서 노즐구경(D)의 1/2 떨어진 지점에서 노즐 선단과 수평하게 피토게이지 (방수압력 측정계)를 설치하여
게이지상의 눈금을 읽는다.
② 방수량 측정
⊙ 피토게이지 (방수압력 측정계) 상의 눈금을 읽은 후 다음 공식에 대입하여 구한다.
여기서, Q : 방수량 [ℓ/min]
d : 구경 [㎜] (노즐구경 : 옥내소화전설비 13 [㎜], 옥외소화전 19 [㎜]
P : 방수압력 [MPa]
아. 감압장치의 종류
① 감압밸브 방식
⊙ 배관 도중에 감압밸브를 설치하여 감압하는 방식
② 고가수조방식
⊙ 건물의 옥상에 고가수조를 설치하고 저층부에 대하여 0.7[MPa]를 초과하지 않는 범위내에서 가압송수펌프 없이
자연 낙차를 이용하여 사용하는 방식
③ 전용배관 방식
⊙ 설치시스템 (System)을 고층부와 저층부로 분리한 후 주배관 및 펌프 등을 각각 별도로 구분하여 설치하는 방식
④ 중계펌프 (Booster pump) 방식
⊙ 건물의 중간 층에 중계펌프 (Booster pump) 및 중간수조를 별도로 설치하는 방식
⑤ 감압용 오리피스 방식
⊙ 호스접결구인 앵글밸브의 인입구측에 오리피스를 설치하는 방식
3. 어느 건물에 옥내소화전설비를 다음 조건과 화재안전기준에 따라 설치하려고 한다.
그림을 참조하여 각 물음에 답하시오. [18 점] ★★★★★
[조건]
① P1 : 옥내 소화전 펌프
② P2 : 집수용 양수 펌프
③ 펌프의 후드밸브로 부터 6층 옥내 소화전함 호스접결구 까지의 마찰손실 및 저항손실 수두는 실양정의 30 [%]로 한다.
④ 펌프의 체적효율은 0.95, 기계 효율은 0.85, 수력효율은 0.8 이다.
⑤ 각 층 마다 옥내소화전은 3개씩 설치되어 있다.
⑥ 소방호스의 마찰손실수두는 7 [m]이다.
⑦ 전달계수는 1.1 이다.
가. 펌프의 최소유량은 몇 [ℓ/min]인지 구하시오.
나. 수원의 최소 유효저수량은 몇 [m]인지 구하시오.
다. 펌프의 양정은 몇 [m]인지 구하시오.
라. 펌프의 전효율을 구하시오.
마. 펌프의 수동력, 축동력, 모터동력은 각각 몇 [kW]인지 구하시오.
① 수동력 ② 축동력 ③ 모터동력
바. 6층의 옥내소화전에 지름이 40 [㎜]인 소방호스끝에 구경 13 [㎜]인 노즐이 부착되어 있다. 이 때 유량 130 [ℓ/min]을
대기중에 방사할 경우 다음 각 물음에 답하시오.
① 소방호스의 평균 유속[m/s]을 구하시오
② 소방호스에 부착된 방수노즐의 평균유속[m/s]을 구하시오.
③ 운동량에 의해 생기는 반발력 [N]을 구하시오 (단, 운동량만 고려할 것)
사. 노즐에서 방수압력이 0.7 [MPa]을 초과할 경우 감압방식 3가지를 쓰시오.
아. 봉상방수인 경우 노즐 선단에서 방수압 측정방법을 쓰시오.
[답안 작성]
가. 펌프의 최소유량은 몇 [ℓ/min]인지 구하시오.
Q = 130 [ℓ/min] × 2개 = 260 [ℓ/min]
나. 수원의 최소 유효저수량은 몇 [m]인지 구하시오.
Q = 2.6 N = 2.6 × 2 = 5.2 [㎥]
옥상수조가 설치되어 있으므로 옥상 수원을 구하면
5.2 [㎥] × 1/3 = 1.733 [㎥]
답 : 5.2 [㎥] (옥상수원을 합한 수원의 최소 수량) = 5.2+1.733 =6.933 ≒6.93[㎥]
다. 펌프의 양정은 몇 [m]인지 구하시오.
전양정(전수두) H = h1 + h2 + h3 + 17 [m]
h1 : 7 [m]
h2 : 21.8 [m] × 0.3 = 6.54 [m]
h3 : 0.8 [m] + 1 [m] + (3×6) [m] + 2 [m] = 21.8 [m]
∴ H = 7 [m] + 6.54 [m] + 21.8 [m] + 17 [m] = 52.34 [m]
라. 펌프의 전효율을 구하시오.
η전효율 = η수효율 × η체적효율 × η기계효율 = 0.8 × 0.95 × 0.85 = 0.646 ≒ 0.65
마. 펌프의 수동력, 축동력, 모터동력은 각각 몇 [kW]인지 구하시오.
① 수동력 P = 0.163 × 0.26 × 52.34 =2.218 ≒ 2.22 [kW]
바. 6층의 옥내소화전에 지름이 40 [㎜]인 소방호스끝에 구경 13 [㎜]인 노즐이 부착되어 있다. 이 때 유량 130 [ℓ/min]을
대기중에 방사할 경우 다음 각 물음에 답하시오.
① 소방호스의 평균 유속[m/s]을 구하시오
② 소방호스에 부착된 방수노즐의 평균유속[m/s]을 구하시오.
③ 운동량에 의해 생기는 반발력 [N]을 구하시오 (단, 운동량만 고려할 것)
반발력 F = ρ Q (v2 -v1) [N]
F = 1,000[㎏/㎥] × 0.13 [㎥]/(1/60)[s] × (16.32 - 1.72) [m/s] =31.633 = 31.63 [㎏·m/s2 = N]
[해설] 운동량에 의한 반발력
반반력 F = ρ · Q (v2 - v1) [N]
여기서, ρ : 물의 밀도 (1,000[㎏/㎥]
Q : 유량 [㎥/s]
v1 : 소방호스의 유속 [m/s]
v2 : 노즐의 유속 [m/s]
사. 노즐에서 방수압력이 0.7 [MPa]을 초과할 경우 감압방식 3가지를 쓰시오.
① 감압밸브 방식 ② 고가수조방식 ③ 전용배관방식
아. 봉상방수인 경우 노즐 선단에서 방수압 측정방법을 쓰시오.
⊙ 노즐 선단에서 노즐 구경 (D)의 1/2 떨어진 지점에서 노즐선단과 수평되게 피토게이지 (방수압력 측정계)를 설치
하고 게이지상 눈금을 읽는다.
4. 그림과 같은 옥내소화전 설비를 화재안전기준과 다음 조건에 의해 설치하려고 한다. 각 물음에 답하시오. [8점]
★★★★★
[조건]
① P1 : 옥내 소화전 펌프
② P2 : 집수용 양수 펌프
③ 펌프의 후드밸브로 부터 9층 옥내소화전함 호스접결구까지의 마찰손실 및 저항손실수두는 실양정의 25 [%]로 한다.
④ 펌프의 효율은 65 [%] 이다.
⑤ 각 층 마다 옥내소화전은 2개 씩 설치되어 있다.
⑥ 소방호스의 마찰손실수두는 7.8 [m] 이다.
가. 펌프의 최소 유량은 몇 [ℓ/min]인지 구하시오.
나. 수원의 최소 유효 수량은 몇 [㎥]인지 구하시오.
다. 펌프의 양정은 몇 [m]인지 구하시오.
라. 펌프의 축동력은 몇 [kW]인지 구하시오.
[답안 작성]
가. 펌프의 최소 유량은 몇 [ℓ/min]인지 구하시오.
Q = 130 [ℓ/min] × 2개 = 260 [ℓ/min]
나. 수원의 최소 유효 수량은 몇 [㎥]인지 구하시오.
Q = 2.6 N = 2.6 × 2 = 5.2 [㎥]
옥상수조가 설치되어 있으므로 옥상 수원을 구하면
5.2 [㎥] × 1/3 = 1.733 [㎥]
답 : 5.2 [㎥] (옥상수원을 합한 수원의 최소 수량) = 5.2+1.733 =6.933 ≒ 6.93[㎥]
다. 펌프의 양정은 몇 [m]인지 구하시오.
전양정(전수두) H = h1 + h2 + h3 + 17 [m]
h1 : 7.8 [m]
h2 : 35.5 [m] × 0.25 = 8.875 [m]
h3 : 1 [m] + 1 [m] + (3.5× 9) [m] + 2 [m] = 35.5 [m]
∴ H = 7.8 [m] + 8.875 [m] + 35.5 [m] + 17 [m] = 69.175 ≒ 69.18 [m]
라. 펌프의 축동력은 몇 [kW]인지 구하시오.
5. 다음은 7층 건물에 설치한 옥내소화전설비의 계통도이다. 다음의 각 물음에 답하시오. [12점] ★★★★★
[조건]
① 배관의 마찰손실수두는 40 [m] (소방호스, 관부속품 마찰손실 수두 포함)이다.
② 펌프의 효율은 60 [%] 이다.
③ 펌프의 여유율은 10 [%] 이다.
가. A ~ B의 명칭을 쓰시오.
A : 소화수조 B : 기동용 수압스위치 C : 수격방지기 D : 옥상수조 E : 발신기세트 (옥내소화전 내장형)
나. D에 보유하여야 할 최소 유효 저수량 [㎥]을 구하시오.
Q = 2.6 N = 2.6 × 2개 = 5.2 [㎥]
5.2 [㎥] × 1/3 = 1.733 [㎥]
다. B의 주된 기능을 쓰시오.
▣ 배관내 압력저하시 주펌프의 자동기동, 층압펌프의 자동기동 및 자동정지
라. C의 설치 목적을 쓰시오.
▣ 배관내 수격현상을 방지한다.
마. E의 문의 면적은 얼마 이상이어야 하는가 ? 0.5 [㎡]
바. 펌프의 전동기 용량 [kW]은 얼마 이상이어야 하는가 ?
Q = 130 [ℓ/min] × 2개 = 260 [ℓ/min]
H = 40 +17 = 47 [m]
[해설] 옥내소화전 설비
① 소화수조 : 소화설비에 필요한 수원을 유효수량이상 저장한다.
② 기동용 수압개폐장치 : 소화설비의 배관내 압력변동 등을 검지하여 자동적으로 펌프를 기동 및 정지시키는 것으로서
압력 챔버 또는 기동용 압력스위치 등을 말한다.
※ 기동용 수압개폐장치의 기능
㉠ 배관의 압력 저하시 주펌프의 자동기동, 충압펌프의 가동기동 및 자동정지 (주펌프는 자동으로 정지되어서는
아니된다.)
㉡ 배관내의 수격작용 방지
㉢ 배관내의 순간적인 압력변동으로 부터 안정적으로 압력 감지
③ 수격방지기 : 펌프가 작동 정지할 때 배관 내의 물이 유속변화가 커서 수격현상이 일어 날 수 있으며 이러한 유속변화
를 흡수하여 배과내 수격현상을 방지하는 기능을 하는 기구
④ 옥상수조 : 소화설비에 필요한 수원의 유효수량의 1/3 이상을 저장한다.
⑤ 발신기세트 (옥내소화전 내장형)
㉠ 함의 재질 : - 강판 및 강재 : 두께 1.5 [㎜] 이상
- 합성수지재 : 두께 4 [㎜] 이상
㉡ 문의 면적 : 0.5 [㎡] 이상 (짧은 변의 길이가 500 [㎜] 이상)
#기동용수압개폐장치 #수격방지기 #소화수조 #펌프 #옥상수조 #발신기세트
#방수량 #방수압력 #노즐 #소화호스 #옥내소화전 #전동력 #감압밸브 #체크밸브