옥외 소화전설비 실기 문제 풀이

▣ 옥외 소화전은 건물 밖에서 소화수를 방사하는 설비로서 1,2층을 소방대상으로 하므로 특정소방대상물이 30층 이상이

      되더라도 기준개수 2개는 변하지 않는다.

  ※ 옥외소화전 : Q × T × N = 350 [ℓ/min] × 20 [min] × N

         * 기준개수 : 2개

​

1. 어느 소방대상물에 옥외 소화전 3개를 설치하였으며 펌프의 실양정은 37 [m] 이었다. 또한 배관의 마찰손실과 관부속품,

     소방호스의 마찰손실수두의 합의 16 [m]이며, 송수펌프의 효율이 60 [%]인 것을 사용하였을 때 다음 각 물음에 답하시

     오. [6점]  ★★★★★

 가. 펌프의 유량 [ℓ/min]을 구하시오.

 나. 펌프의 전양정 [m]을 구하시오.

 다. 펌프에 필요한 전동기의 동력 [kW]을 구하시오. (단, 전달계수는 1.1 이다)

 

[문제풀이]

 가. 펌프의 유량 [ℓ/min]

      유량 Q = 350 × 2 = 700 [ℓ/min]

 나. 펌프의 전양정

      전양정 H = h1 + h2 + h3 + 25 [m]  = 16 + 37 + 25 = 78 [m]

 다. 전동기의 동력 [kW]​

[해설] 옥외소화전설비의 유량 · 전양정 · 전동기의 동력

 가. 옥외소화전설비의 토출량 (유량)

    Q = 350 [ℓ/min] × N

    여기서, Q : 토출량(유량) [ℓ/min]

                 N : 옥외소화전 설치 개수 (최대 2개)

       ∴ Q = 350 [ℓ/min] × 2개 = 700 [ℓ/min]

나. 옥외 소화전설비의 전양정 (펌프방식)

      전양정 H = h1 + h2 + h3 + 25 [m]

      여기서, H : 전양정 [m]

                   h1 : 소방호스의 마찰손실수두 [m]

                   h2 : 배관 및 관부속품의 마찰손실수두 [m]

                   h3 : 실양정 (흡입양정 + 토출양정) [m]

                  25 : 옥외소화전설비 규정 방수압력의 환산수두 [m] (0.25 MPa → 약 25m)

     ⊙ 문제에서 h1 + h2 = 16 [m] 이다.

          ∴ H = 16 m + 37 m + 25 m = 78 m

다. 전동기의 용량​

  여기서, P : 전동력 [kW]

               Q : 토출량(유량) [㎥/min]

               H : 전양정 [m]

                k : 전달계수, η : 효율

       토출량 Q = 700 [ℓ/min] = 0.7 [㎥/min] 이므로​

※ 1 ㎥ = 1,000 [ℓ/min]

[참고] 전동기 (펌프)의 동력

  ① 수동력 P = 0.163 QH (효율(η) 및 전달계수(k)를 고려하지 않는 순수한 동력)

  ② 축동력 P = 0.163 QH / η (수동력에 효율(η)을 보정한 실질적인 동력)

  ③ 전동력 P = 0.163 QH / η × k (축동력에 전달계수(k)를 고려한 동력

      여기서, P : 전동력 (kW)

                   Q : 토출량 (유량) [㎥/min]

                   H : 전양정 (전수두) [m]

                    k : 전달계수 (전동기 직결 펌프 : 1.1, 기타 펌프(내연기관(엔진) 1.15 ~ 1.2)

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

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2. 어느 소방대상물에 옥외소화전 5개를 화재안전기준과 다음 조건에 따라 설치하고자 한다. 각 물음에 답하시오. [6점]

      ★★★★★

[조건]

  ① 펌프에서 첫번째 옥외소화전까지의 직관길이는 150 [m]이고 관내경은 100 [㎜]이다.

  ② 모든 규격치는 최소량을 적용한다.

     가. 수원의 최소 유효저수량 [㎥]은 얼마인가 ?

     나. 펌프의 최소유량 [㎥/min]은 얼마인가 ?

     다. 직관부분에서의 마찰손실수두[m]는 얼마인가 ? (단, Darcy-Weisbach)의 식을 사용하고 마찰계수는 0.02이다.)

[문제풀이]

  가. 수원의 최소 유효수량 [㎥]

         350 [ℓ/min] × 20 [min] × 2개 = 7 × 2 = 14 [㎥]

  나. 펌프의 최소유량 [㎥/min]

         350 [ℓ/min] × 2개 = 700 [ℓ/min] = 0.7 [㎥/min]

  다. 직관부분에서의 마찰손실수두 [m] (Darcy - Weisbach)​

[해설] 옥내 소화전설비 수원의 양 · 토출량 · 마찰손실수두

  가. 옥외 소화전설비 최소 수원의 양 (저수량)

       Q = 7 N [㎥]

       여기서, Q : 수원의 양 [㎥]

                    N : 옥외 소화전 설치개수 (최대 2개)

                    7 : 350 [ℓ/min](옥외소화전 규정방수량) × 20 min (소방대출동시간)

  나. 옥외소화전설비의 최소 토출량 (유량)

       Q = 350 [ℓ/min] × N

       여기서, Q : 토출량 (유량) [ℓ/min]

                    N : 옥외소화전 설치 개수 (최대 2개)

          ∴ Q = 350 [ℓ/min] × 2개 = 700 [ℓ/min] = 0.7 [㎥/min]

              ※ 1 [㎥] = 1,000 [ℓ]

다. 마찰손실수두

  ① 달시 - 웨버의 식​

여기서, H : 마찰손실수두 [m]

             f : 마찰손실계수

             ℓ : 배관의 길이 [m]

             v : 유속 [m/s]

             g : 중력가속도 (9.8 [m/s2])

             D : 관의 내경 [m]

  ② 유량

        Q = A · v [㎥/s]

        여기서, Q : 유량 (방수량) [㎥/s]

                      A : 단면적 [㎡] (πd2/4 [㎡])

                      v : 유속 [m/s]

                      d : 내경 [m]​

    ※ 100 [㎜] =0.1 [m]

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3. 다음 그림을 보고 각 물음에 답하시오. [4점] ★★★★

 

  가. 옥외소화전에서 방사거리가 16 [m]일 경우에 유량 [㎥/s]을 구하시오.

  나. 화재안전기준에 따른 방수량으로 방사될 경우 방출된 물이 지면에 도달하는 거리 x를 구하시오.

[문제풀이]

 가. 방사거리 16[m]일 때 유량 [㎥/s]

  <관내부에서 유량 · 유속을 구하는 식>​

   여기서, Q : 유량 (방사량) [㎥/s]

                 A : 단면적 [㎡] = (πd2/4) [㎡]

                 v : 유속 [m/s]

                 d : 내경 [m] = 65 [㎜] = 0.065 [m]

 <관 밖에서 공기중에서 유속을 구하는 식>​

나. 기준방사량이 방사될 때 도달거리 [m]​

[해설] 옥외 소화전설비의 유량 · 방출된 물이 지면에 도달한 거리

 가. 옥외 소화전 설비의 유량​

    여기서, Q : 유량 (방사량) [㎥/s]

                 A : 단면적 [㎡] = (πd2/4) [㎡]

                 v : 유속 [m/s]

                 d : 내경 [m]

  ⊙ A (단면적) : 옥외소화전의 호스접결구는 65 [㎜] 이므로 (π × 0.0652 [㎡])

  ⊙ 유속 v [m/s]​

        여기서, v : 유속 [m/s]

                     s : 유체가 x 방향 (수평)으로 이동한 거리 [m]

                     t : g 방향 (수직)으로 중력 가속도에 따른 이동 시간 [s]

                     h : g 방향(수직)의 낙하거리 [m]

                     g : 중력 가속도 (9.8 [m/s2])

    ⊙ S (유체가 x방향(수평)으로 이동한 거리) : 16 [m]

    ⊙ h (g 방향(수직)의 낙하거리) : 0.8 [m]

    ⊙ g (중력가속도) : 9.8 [m/s2]​

나. 방출된 물이 지면에 도달한 거리 [m]​

      여기서, x : 방출된 물이 지면에 도달한 거리 [m]

                   v : 유속 [m/s]

                   h : g 방향 (수직)의 낙하거리 [m]

                   g : 중력가속도 [m/s2]

   ⊙ 배관 토출 속도 v [m/s]

  ⊙ h ( g 방향(수직)의 낙하거리) : 0.8 [m]

  ⊙ g (중력가속도) : 9.8 [m/s2]​

4. 상수도시설이 없는 지역에 2층인 120 [m] × 50 [m] 규모로 옥외 소화전설비를 설치하려고 한다. 다음 물음에 답하시오.

     [6점] ★★★

 

  가. 옥외 소화전 개수를 구하시오.

  나. 펌프의 최소 유량 [ℓ/min]은 얼마인가 ?

  다. 수원의 최소 유효저수량 [㎥]은 얼마인가 ?

[문제 풀이]

  ▣ 옥외소화전간 수평거리는 40 [m]인데 양쪽으로 수평거리 40 [m]의 간격을 유지하므로 실제 소화전설치 간격은 80 [m]

       당 1개가 된다.

가. 옥외 소화전 설치개수​

 나. 펌프의 최소 유량

     최소 유량 : 350 [ℓ/min] × 2개 = 700 [ℓ/min]

다. 최소 유효 수량

  최소 유효 수량 Q = 7 × N = 7 × 2 = 14 [㎥]

[해설] 옥외 소화전 설비

  가. 옥외 소화전 개수

    ① 옥외 소화전 설비 배관 등의 설치기준 (NFSC 109 제16조)

       ㉠ 호스접결구는 지면으로 부터 높이가 0.5 [m] 이상 1 [m] 이하의 위치에 설치하고 특정소방대상물의 각 부분으로

            부터 하나의 호스접결구까지의 수평거리가 40 [m] 이하가 되도록 하여야 한다.

       ㉡ 호스는 구경 65 [㎜] 의 것으로 하여야 한다.

    ② 옥외 소화전 개수​

     ※ 수평거리 간격이 40 [m] 이므로 설치간격은 80 m 당 1개이므로 80 [m]로 나눈다.

  나. 옥외 소화전설비의 최소 토출량 (유량)

     Q = 350 [ℓ/min] × N

     여기서, Q : 토출량 (유량) [ℓ/min]

                 N : 옥외 소화전 설치 개수 (최대 2개)

     ∴ Q = 350 [ℓ/min] × 2개 = 700 [ℓ/min]

  다. 옥외 소화전 최소 수원의 양 (저수량)

      Q = 7 · N [㎥]

      여기서, Q : 수원의 양 [㎥]

                   N : 옥외 소화전 설치개수 (최대 2개)

                   7 : 350[ℓ/min] (옥외소화전의 규정방수량) × 20[min] (소방대 출동시간)

        ∴ 최소 수원의 양 Q = 7 × 2 = 14 [㎥]

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5. 특수가연물을 저장 · 취급하는 공장에 옥외 소화전설비를 설치하려고 한다. 각 물음에 답하시오. [3점] ★★★★

      자주 출제 됨

  가. 옥외 소화전이 7개 설치된 때에는 옥외 소화전함을 몇 개 이상 설치하여야 하는가 ?  7개

  나. 옥외 소화전이 11개 이상 30개 이하 설치된 때에는 몇 개 이상의 소화전함을 각각 분산하여 설치하여야 하는가 ? 11개

  다. 옥외 소화전이 37개 설치된 경우 옥외 소화전함은 몇 개 이상 설치하여야 하는가 ?  13개

 [해설] 옥외 소화전함의 설치기준 (NFSC 109 제7조 ①)

  ① 설치거리 : 옥외소화전으로 부터 5 [m] 이내의 장소에 소화전함을 설치하여야 한다.

  ② 옥외 소화전함 설치개수

옥외 소화전 설치 개수	옥외 소화전함 설치 개수
10개 이하	소화전마다 5 m 이내의 장소에 1개 이상 설치
11개 ~ 30 개	11개 이상의 소화전함을 각 분산하여 설치
31개 이상	소화전 3개 마다 1개 이상의 소화전함을 설치

▣ 옥외 소화전 37개 설치시 : 옥외 소화전이 31개 이상 설치되어 있으므로 옥외소화전 3개 마다 소화전함 1개 이상을 설치

     해야 한다.

  37 개 / 3개 = 12.333 개 ≒ 13 개 (소수점 이하는 절상한다)

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6. 다음은 어느 건물에 설치된 지하매설 소화용 배관도이다. "가" ~ "마"까지의 각각의 옥외 소화전의 측정 수압이 다음

     표와 같을 때 각 물음에 답하시오. [10점] ★★★★★

 

[정압 및 방사압]

위치 압력	가	나	다	라	마
정압	0.557	0.517	0.572	0.586	0.552
방사압	0.49	0.379	0.29	0.172	0.069

※ 방사압력은 소화전의 노즐 캡을 열고 소화전 본체 직근에서 측정한 residual pressure 를 말한다.

가. 다음은 동수경사선 (hydraulic gradient line)을 작성하기 위한 과정이다. 주어진 자료를 활용하여 표의 빈곳을 채우시오.

      (단, 계산과정을 쓰시오.)

항목 소화전	구경 [㎜]	실관장 [m]	흡입압력 [MPa]		펌프로 부터 각소화전까지의 전마찰 손실[MPa]	소화전간의 배관 마찰손실 [MPa]	gauge elevation [MPa]	경사선의 elvation [MPa]
			정압	방사압력
가	-	-	0.557	0.49	①	-	0.029	0.519
나	200	277	0.517	0.379	②	⑤	0.069	⑩
다	200	152	0.572	0.296	③	0.138	⑧	0.31
라	150	133	0.586	0.172	0.414	⑥	0	⑪
마	200	277	0.552	0.069	④	⑦	⑨	⑫

  (단, 기준 elevation 으로 부터의 정압은 0.586 [MPa]로 본다.)

​

나. 상기 "가"항에서 완성된 표를 자료로 하여 답안지의 동수 경사선과 Pipe profile을 완성하시오.

 

[문제풀이]

  ㉠ 펌프로 부터 각 소화전까지의 마찰손실 : 정압 - 방사압력

  ㉡ 소화전간의 배관 마찰손실은 우측 소화전 마찰압 - 좌측 소화전 마찰압

  ㉢ gauge elevation = 기준정압 (0.586[MPa]) - 정압

  ㉣ 경사선의 elevation = 방사압력 + gauge elevation

 [답안작성]

   ① 0.557 - 0.49 = 0.067

   ② 0.517 - 0.379 = 0.138

   ③ 0.572 - 0.296 = 0.276

   ④ 0.552 - 0.069 = 0.483

   ⑤ 0.138 - 0.067 = 0.071

   ⑥ 0.414 - 0.276 = 0.138

   ⑦ 0.483 - 0.414 = 0.069

   ⑧ 0.586 - 0.572 = 0.014

   ⑨ 0.586 - 0.552 = 0.034

   ⑩ 0.379 + 0.069 = 0.448

   ⑪ 0.172 + 0 = 0.172

   ⑫ 0.069 +0.034 = 0.103

 

나. 상기 "가"항에서 완성된 표를 자료로 하여 답안지의 동수 경사선과 Pipe profile을 완성하시오.

 

#옥외소화전 #소화전함 #양정 #수두 #유속 #토출량 #유량 #전동기 #소화전 #방수압

#전달계수 #축동력 #수동력 #전동력 #수력효율 #체적효율 #기계효율 #마찰손실수두

#다르시 #바이스바흐 #중력가속도