1. 어느 9층 백화점에 습식 스프링클러설비를 하려고 한다. 다음 조건을 참조하여 각 물음에 답하시오. [6점] ★★★★★
[조건]
① 최고위 헤드의 방사압은 0.11 [MPa]이다.
② 스프링클러 헤드의 오리피스 직경은 11 [㎜]이다.
③ 펌프 토출측으로 부터 최상단 스프링클러 헤드까지의 수직거리는 50 [m] 이다.
④ 연성계의 지시압은 300 [㎜Hg]이다.
⑤ 배관의 마찰손실수두는 펌프 토출측으로 부터 최상단 헤드까지 높이의 40 [%] 이다.
⑥ 기계효율 95 %, 수력효율 90 %, 체적효율 80 % 이다.
가. 펌프의 전양정 [m]을 구하시오.
나. 수원의 양 [㎥]을 구하시오.
다. 펌프의 축동력 [kW]을 구하시오.
[답안작성]
가. 펌프의 전양정 [m]
전양정 H = h1 + h2 + 10 [m]
실양정 h2 : 흡입양정 : (300 [㎜Hg] / 760 [㎜Hg] ) × 10.332 [m] = 4.078 [m]
토출양정 : 50 [m]
h2 = 4.078 m + 50 m = 54.078 [m]
마찰손실 양정 h1 = 50 m × 40% = 50 × 0.4 = 20 [m]
∴ 전양정 H = h1 + h2 + 11 = 20 m + 54.078 m + 11 m = 85.078 [m]
※ 스프링클러 헤드 의 방수압이 0.11[MPa] 이므로 이를 수두로 환산하면 11 [m]이다.
나. 수원의 양 [㎥]
※ 오리피스의 직경이 주어지면 다음식으로 구한다.
유량 Q=83.71 [ℓ/min] × 20 [min] × 30개 = 50,226 [ℓ] = 50.23 [㎥]
다. 펌프의 축동력 [kW]
전효율 η = 0.9 × 0.95 × 0.8 = 0684
[참고] 스프링클러설비의 수원의 양 (저수량) (폐쇄형 헤드를 사용하는 경우) (29층 이하)
※ 문제에서 방사압과 오리피스 직경이 주어진 경우
여기서, Q : 방수량 [ℓ/min]
D : 구경 (직경) [㎜]
P : 방수압(방사압) [MPa]
T : 방사시간 (29층 이하 : 20 [min])
N : 기준개수 (백화점(판매시설) : 30개)
▣ 폐쇄형 헤드의 설치장소별 기준 개수 (NFSC 103 제4조 ①, 1)
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설 치 장 소
|
기준개수
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⊙ 지하가
⊙ 지하역사
⊙ 지하층을 제외한 11층 이상 (아파트 제외)
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30 개
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||
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지하층을
제외한
10층 이하
|
공장 또는 창고 (특수가연물 저장 · 취급하는 것)
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근린생활시설, 판매시설
운수시설, 복합건축물
|
판매시설
복합건축물(판매시설이 설치된 경우)
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기 타
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20 개
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기 타
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헤드의 부착높이 8 m 이상
|
||
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헤드의 부착 높이 8 m 미만
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10 개
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|
아 파 트
|
|||
2. 지상 16층 짜리 어느 아파트에 스프링클러설비를 설치하려고 한다. 다음 조건을 이용하여 각 물음에 답하시오. (단, 층별
방호면적은 990 [㎡]로서 헤드의 방사압력은 0.1 [MPa]이다.) [6점] ★★★★★
[조건]
① 실양정 : 65 m
② 배관, 관부속품의 총 마찰손실수두 : 25 m
③ 배관내 유속 : 2 [m/sec]
④ 효율 : 60 %
⑤ 전달계수 : 1.1
가. 이 설비의 펌프 토출량 [ℓ/min]을 구하시오. (단, 헤드의 기준개수는 최대치를 사용할 것)
나. 이 설비가 확보하여야 할 수원의 양 [㎥]을 구하시오.
다. 가압송수장치의 축동력 [kW]를 구하시오.
[문제풀이]
가. 펌프의 토출량 [ℓ/min]
유량 Q = 80 [ℓ/min] × N = 80 [ℓ/min] ×10개 = 800 [ℓ/min]
나. 수원의 양 [㎥]
수원의 양 Q = 1.6 [㎥] × N = 1.6 [㎥] × 10 = 16 [㎥]
다. 가압송수장치의 축동력
전양정 H = h1 + h2 + 10 = 25 m + 65 m + 10 m = 100 m
3. 지하 1층, 지상 13층의 어느 건물에 있어서 11층 이상에 화재안전기준과 다음 조건에 따라 스프링클러설비를 설계하려
고 한다. 다음 각 물음에 답하시오. [12점] ★★★★★
[조건]
① 11층과 12층에 설치하는 폐쇄형 스프링클러 헤드의 수량은 각각 80개 이다.
② 수직배관의 내경은 150 [㎜] 이고 높이는 40 m이다.
③ 펌프의 후드밸브로 부터 최상층 스프링클러 헤드 까지의 실고는 50 m이다.
④ 수직배관의 마찰손실수두를 제외한 펌프의 후드밸브로 부터 최상층 즉, 가장 먼 스프링클러헤드까지의 마찰 및
저항손실수두는 15 m이다.
⑤ 모든 규격치는 최소량을 적용한다.
⑥ 펌프의 효율은 60 % 이다.
가. 펌프의 최소유량 [ℓ/min]을 구하시오.
나. 수원의 최소유효수량 [㎥]을 구하시오.
다. 수직배관에서의 마찰손실수두 [m] 를 구하시오. (단, 수직배관은 직관으로 간주. Darcy-Weisbach의 식을 사용하며
마찰손실계수는 0.02 이다.)
라. 펌프의 최소 양정 [m]을 구하시오.
마. 펌프의 축동력 [kW]을 구하시오.
바. 불연재료로 된 천장에 헤드를 다음 그림과 같이 정방형으로 배치하려고 한다. A 및 B의 최대길이를 구하시오.
(단, 건물은 내화구조이다.)
가. 펌프의 최소 유량 [ℓ/min]
유량 Q = 80 [ℓ/min] × N = 80 [ℓ/min] × 30개 = 2,400 [ℓ/min]
나. 수원의 최소 유효수량 [㎥]
최소 유량 Q = 1.6 [㎥] × N = 1.6 [㎥] × 30 개 = 48 [㎥]
다. 마찰손실수두 [m] (Darcy-Weisbach 식 이용)
라. 펌프의 최소 양정 : H = h1 + h2 + 10
h1 = 15 m + 1.4 m = 16.4 [m]
h2 = 50 [m]
∴ 전양정 H = h1 + h2 + 10 = 16.4 m + 50 m +10 = 76.4 [m]
마. 펌프의 축동력
바. 정방향 헤드의 설치 간격
① 헤드간 간격
간격 S = 2 R cos 45˚ = 2 × 2.3 [m] × cos 45˚ = 3.25 [m]
② 벽과의 간격
D = S/2 =3.25/2 =1.625 ≒ 1.63 [m]
[참고] 스프링클러헤드 정방형 설치 간격
▣ 정방형 설치간격
S = 2 R cos 45˚ [m]
L = S : 수평거리, 배관 간격 [m]
R : 수평거리
⊙ 가로개수 : 실가로길이 (30m) ÷ (2 R cos 45°)
⊙ 세로개수 : 실세로길이 (20m) ÷ (2 R cos 45°)
※ R 값
⊙ 무대부, 특수가연물 : 1.7 m 이내
⊙ 비내화구조 : 2.1 m 이내
⊙ 내화구조 : 2.3 m 이내
⊙ 일반래크식 창고 : 2.5 m 이내
⊙ 아파트, 공동주책 : 3.2 m 이내
⊙ 포설비는 무조건 : 2.1 [m] 이내
[참고] 스프링클러 헤드의 배치기준
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설 치 장 소
|
배치기준 (R)
|
|
⊙ 무대부
⊙ 특수가연물을 저장 또는 취급하는 장소 (래크식 창고 포함)
|
수평거리 1.7 m 이하
|
|
⊙ 기타 구조
|
수평거리 2.1 m 이하
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⊙ 내화구조
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수평거리 2.3 m 이하
|
|
⊙ 래크식 창고 (일반물품)
|
수평거리 2.5 m 이하
|
|
⊙ 공동주택(아파트) 세대내의 거실
|
수평거리 3.2 m 이하
|
※ 포 소화설비는 무조건 : 2.1 m 이하
▣ 문제의 단서에서 내화구조이므로 수평거리 (R)는 2.3 m 이하이다.
① A의 최대길이 : S = 2 R cos 45° = 2 × 2.3 × cos 45˚ = 3.25 m
② B의 최대길이 : ½ S = ½ × 3.25 = 1.625 m ≒ 1.63 m
4. 지하 2층, 지상 15층인 어느 건물에 다음과 같은 조건으로 스프링클러설비를 설계하려고 한다. 각 물음에 답하시오.
[8점] ★★★★★
[조건]
① 건축물은 내화구조이며 지상층 (지상 1층 ~ 지상 15층)의 평면도는 다음과 같다.
② 펌프의 후드밸브로 부터 최상층 헤드까지의 실양정은 40 m 이며 배관의 마찰손실과 관부속품에 대한 마찰손실의 합은
12 m 이다.
③ 펌프의 효율은 65 % 이며 펌프의 동력전달계수의 여유율은 10 % 이다.
가. 전체 지상층에 설치하여야 할 스프링클러 헤드 개수는 정방향으로 배치할 경우 몇 개인가 ?
나. 소화수 공급 입상배관의 배관 구경은 호칭경으로 몇 [㎜]로 하여야 하는가 ? (단, 배관내측 유속은 4 [m/s]이하이다.)
다. 펌프의 전양정 [m]은 얼마인가 ?
라. 펌프의 전동력 [kW]은 얼마인가 ?
[문제풀이]
가. 스프링클러설비 헤드의 수
▣ 설치간격 S = 2 R cos 45 ° = 2 × 2.3 m × cos 45° = 3.252 [m]
⊙ 가로 설치개수 : 30 ÷ 3.252 = 9.225 ≒ 10 개
⊙ 세로 설치개수 : 20 ÷ 3.252 = 6.45 ≒ 7 개
⊙ 한 층의 설치 개수 : 10개 × 7개 = 70 개
⊙ 전체 지상층 헤드 설치 개수 = 70 개 × 15층 = 1,050 개
나. 배관의 호칭 구경
① 유량 Q = 80 [ℓ/min] × 30 개 = 2,400 [ℓ/min]
② 유량 Q = A · v = (π/4 ×d2) · v
∴ 호칭구경은 125 [㎜] 를 선정한다.
다. 펌프의 전양정 [m]
전양정 H = h1 + h2 + 10 = 12 m + 40 m + 10 m = 62 m
라. 펌프의 전동력 [kW]
5. 어느 백화점 건물의 8층에 그림과 같이 습식 스프링클러설비를 설치하려고 한다. 다음 그림 및 조건을 참조하여
각 물음에 답하시오. [20점] ★★★★★
※ 위 그림에서 스프링클러 헤드의 가지배관이 막혀 있으므로 전체 헤드수는 8개이다.
만약 가지배관이 물결 모양이면 생략한 것이므로 헤드 개수는 기준개수를 적용한다.
※ 낙차압력에는 토출양정에 옥상수조압 5 [m]을 더하고 토출양정에는 더하지 않는다.
[조건]
① 펌프에서 최고위 말단 헤드까지의 배관 및 부속류의 총 마찰손실은 펌프 자연낙차압의 40% 이다.
② 펌프의 진공계 눈금은 550 [㎜Hg]이다.
③ 펌프의 체적효율 (ηv)은 0.95, 기계효율(ηm)은 0.95, 수력효율 (ηh)은 0.75 이다.
④ 전동기 전달계수 (여유계수)는 1.1 이다.
⑤ 표준대기압 상태이다.
가. 주펌프의 양정 [m]을 구하시오.
나. 주펌프의 토출량 [ℓ/min]을 구하시오.
다. 주펌프의 전효율 [%]을 구하시오.
라. 주펌프의 수동력 [kW], 축동력 [kW], 전동력 [kW]을 구하시오.
① 수동력 ② 축동력 ③ 전동력
마. 건식 스프링클러설비일 경우 A의 말단시험배관 설치방법을 그림으로 나타내시오.
바. 배관의 신축이음 종류를 5가지 쓰시오.
사. 다음의 소방용 탄소강관의 명칭을 쓰시오.
|
관의 종류
|
개관 명칭
|
KS 규격
|
|
SPP
|
①
|
KS D 3507
|
|
SPPS
|
②
|
KS D 3562
|
|
SPPH
|
③
|
KS D 3564
|
|
SPHT
|
④
|
KS D 3570
|
아. 유량이 80 [ℓ/s]이고 ⓒ관의 마찰손실은 3 [m]이며, ⓑ관의 유량이 20 [ℓ/s]일 때, ⓒ관의 유량 [ℓ/s]과 직경 [㎜]을
구하시오. (단, 하젠-윌리엄스의 공식을 사용하고 조도는 100 이다.)
① 유량 ② 직경
[문제풀이]
가. 주펌프의 양정 [m] H = h1 + h2 + 10
h1 = 자연낙차압 (40 m + 5 m) × 40 % = 45 × 0.4 = 18 [m]
※ 자연낙차압에는 옥상수조압 5 [m]를 적용한다.
h2 : 흡입양정 : (550[㎜Hg] / 760 [㎜Hg]) × 10.332 m = 7.477 [m]
토출양정 : 40 m
∴ h2 = 7.477 m + 40 m = 47.477 m
∴ 전양정 H = h1 + h2 + 10 = 18 m + 47.477 m +10 = 75.477 ≒ 75.48 [m]
나. 펌프의 토출량 [ℓ/min]
Q = 80 [ℓ/min] × N = 80 [ℓ/min] × 8 = 640 [ℓ/min]
※ 스프링클러설비의 가지배관이 막혀 있으므로 헤드의 개수는 8개이다. 만약에 가지배관의 끝부분이 물결처리
되었다면 생략한 것이므로 기준개수를 적용한다.
다. 주펌프의 전효율 (η)
전효율 η = η수력효율 × η체적효율 × η기계효율 = 0.75 × 0.95 × 0.95 = 0.67687
라. 펌프의 수동력[kW], 축동력[kW], 전동력 [kW]은 ?
① 수동력 P =0.163 QH = 0.163 × 0.64 × 75.48 = 7.784 ≒ 7.87 [kW]
마. 건식 스프링클러설비일 경우 A의 말단시험배관 설치방법을 그림으로 나타내시오.
바. 배관의 신축이음의 종류
① 슬리브형 이음 ② 벨로스형 이음 ③ 루프형 이음 ④ 스위블형 이음 ⑤ 볼 조인트
사. 소방용 탄소강관
① 배관용 탄소강관 ② 압력배관용 탄소강관 ③ 고압배관용 탄소강관 ④ 고온배관용 탄소강관
아. 유량 [ℓ/s] 및 직경 [㎜]
① 유량
전체 유량 = ⓑ 관 유량 + ⓒ 관 유량
ⓒ 관 유량 = 전체 유량 - ⓑ 관 유량 = 80 [ℓ/s] - 20 [ℓ/s] = 60 [ℓ/s]
② 직경 [㎜]
㉠ △P (마찰손실압력) : 문제에서 3 [m]로 제시되었으므로 0.1[MPa] = 10 [m]로 환산하면 0.03 [MPa]이다.
㉡ Q (유량) : ① 에서 구한 값 60 [ℓ/s]이다.
㉢ C (조도) : 문제의 단서에서 100 이다.
㉣ L (배관의 길이) : 문제의 그림에서 300 [m] 이다.
※ 하젠-윌리엄스의 마찰손실압력 산정식
여기서, △P : 마찰손실압력 [MPa]
Q : 유량 [ℓ/min]
C : 관의 조도
D : 관의 내경 [㎜]
L : 관의 길이 [m]
※ 등가길이 (L)을 적용할 것
[참고] 시험장치 설치 기준
① 습식스프링클러설비 및 부압식 스프링클러설비에 있어서는 유수검지장치 2차측 배관에 연결하여 설치하고 건식
스프링클러설비인 경우 유수검지장치에서 가장 먼 거리에 위치한 가지배관의 끝으로 부터 연결하여 설치할 것.
유수검지장치 2차측 설비의 내용적이 2,840[ℓ]를 초과하는 건식 스프링클러설비의 경우 시험장치 개폐밸브를 완전
개방후 1분 이내에 물이 방사되어야 한다.
② 시험장치 배관의 구경은 25 [㎜] (화재조기진압용 스프링클러설비 : 32 [㎜]) 이상으로 하고 그 끝에 개폐밸브 및 개방형
헤드 또는 스프링클러 헤드와 동등한 방수성능을 가진 오리피스를 설치할 것. 이 경우 개방형 헤드는 반사판 및 프레임
을 제거한 오리피스만으로 설치할 수 있다.
③ 시험배관의 끝에는 물받이 통 및 배수관을 설치하여 시험중 방사된 물이 바닥에 흘러 내리지 아니하도록 할 것 (목욕
실, 화장실 또는 그 밖의 곳으로서 배수처리가 쉬운 장소에 시험배관을 설치한 경우는 제외)
[참고] 배관용 강관의 종류
① 배관용 탄소강관 (SPP, KS D 3507) : 1.2 MPa 이하, 350 ℃ 이하에서 사용
② 압력배관용 탄소강관 (SPPS, KS D 3564) : 1.2~10 MPa 이상, 350 ℃ 이하에 사용
③ 고압배관용 탄소강관 (SPPH, KS D 3564) : 10 MPa 이상, 350℃ 이하에 사용
④ 저온배관용 탄소강관 (SPLT, KS D 3569) : 0℃ 이하에 사용
⑤ 고온배관용 탄소강관 (SPHT, KS D 3570) : 350℃ 이상에 사용
⑥ 배관용 스테인리스강관 (STS-TP KS D 3576) : 내식용 · 저온용 · 고온용 등에 사용
[참고] 배관용 강관의 종류
|
관의 종류
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개관 명칭
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KS 규격
|
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SPP
|
배관용 탄소강관
|
KS D 3507
|
|
SPPS
|
압력배관용 탄소강관
|
KS D 3562
|
|
SPPH
|
고압배관용 탄소강관
|
KS D 3564
|
|
SPHT
|
고온배관용 탄소강관
|
KS D 3570
|
|
SPLT
|
저온배관용 탄소강관
|
KS D 3569
|
|
STS-TP
|
배관용스테인리스 강관
|
KS D 3576
|
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