1. 다음 그림과 같이 고가수조 방식으로 스프링클러설비를 설치하였다. 각 물음에 답하시오. [10점] ★★★★★
가. 가장 높은 층의 말단 헤드 A까지의 낙차가 15m이고 배관의 마찰손실압력은 0.04[MPa] 일 때 방수압력 [MPa]을
구하시오.
나. (가)에서 A헤드의 방수압력이 0.12 [MPa]이 되게 하려면 수조는 기존의 높이 보다 몇 m 를 올려야 하는가 ? (단, 배관의
마찰손실압력은 0.04[MPa]는 일정하다.)
다. 고가수조에 설치하는 부속장치 및 배관 4가지만 쓰시오.
라. 고가수조방식 이외의 가압송수에 따른 분류 3가지를 쓰시오.
[참고] 수리계산
가. 폐쇄형
① 펌프방식 : 펌프방식은 스프링클러 헤드 하나만 개방되었다고 문제에 제시한다.
펌프의 공급압이 제시되며 공급압에서 수직거리, 관마찰손실수두를 차감하여 헤드의 압력수두를 구한다.
② 고가수조방식 : 고가수조방식에서는 수조에서 공급되는 공급압력에서 낙차수두를 차감하여 헤드에서의 압력수두를
구한다.
나. 개방형 (폐쇄형이지만 헤드가 모두 개방된 경우, 유량이 늘어날 경우)
▣ 개방형은 먼저 다음 두 수식을 써 놓고 수리계산을 한다.
[문제풀이]
가. 스프링클러 헤드의 방수압
방수압 = 수조방수압 - 낙차수두압 = 0.15[MPa] - 0.04[MPa] = 0.11 [MPa]
∵ 15 m = 0.15 [MPa]
나. 방수압력이 0.12[MPa]가 되려면 낙차수두를 얼마 높여야 하는가
방수압력 = 0.12[MPa] + 0.04 [MPa] = 0.16 [MPa]
높여야 할 수두 : 0.16 - 0.15 = 0.01 [MPa] 수두로 환산하면 1[m]
다. 고가수조의 부속장치 및 배관 4가지
① 수위계 ② 급수관 ③ 배수관 ④ 오버플루관
라. 가압송수방법
① 압력수조방식 ② 가압수조방식 ③ 펌프방식
[해설] 고가수조, 압력수조, 가압수조에 설치하여야 할 부속장치
|
고가수조
|
압력수조
|
가압수조
|
|
⊙ 수위계
⊙ 급수관
⊙ 배수관
⊙ 오버플루관
⊙ 맨홀
|
⊙ 수위계
⊙ 급수관
⊙ 배수관
⊙ 급기관
⊙ 압력계
⊙ 안전장치
⊙ 자동식공기압축기
⊙ 맨홀
|
⊙ 수위계
⊙ 급수관
⊙ 배수관
⊙ 급기관
⊙ 압력계
⊙ 안전장치
⊙ 맨홀
|
[참고] 가압송수장치
가. 고가수조방식 : 특정소방대상물의 옥상 또는 높은 지점에 수조를 설치하여 각 설비의 방수구에 규정방수압 및 규정
방수량을 얻는 방식
나. 압력수조방식 : 탱크의 ⅓은 자동식 공기압축기로 압축공기를, ⅔는 급수펌프로 물을 가압시켜 각 설비의 방수구에서
규정방수압력 및 규정방수량을 얻는 방식
다. 펌프방식 : 펌프의 가압에 의하여 각 설비의 방수구에서 규정방수압력 및 규정방수량을 얻는 방식
라. 가압수조방식 : 가압원인 압축 공기 또는 불연성 고압기체 (N2 등)에 의하여 각 설비의 방수구에서 규정 방수압력 및
규정 방수량을 얻는 방식
2. 폐쇄형 헤드를 사용한 스프링클러 설비에서 A점에 설치된 헤드 1개 만이 개방되었을 경우 A점에서의 헤드의 방사압력
은 몇 [MPa]인지 조건을 참조하여 구하시오. [10점] ★★★★★
[조건]
① 급수관 중 「H점」 에서의 가압수 압력은 0.15 [MPa]로 한다.
② 티 및 엘보는 직경이 다른 티 및 엘보는 사용하지 않는다.
③ 스프링클러헤드는 15 [A] 헤드가 설치된 것으로 한다.
④ 직관 마찰손실 (100 m 당)
단위 : ㎜
|
유 량
|
25 A
|
32 A
|
40 A
|
50A
|
|
80 [ℓ / min]
|
39.82
|
11.38
|
5.40
|
1.68
|
(A점에서의 헤드 방수량은 80 [ℓ/min]으로 계산한다.)
⑤ 관이음쇠 마찰손실에 해당하는 직관길이
|
구 분
|
25 A
|
32 A
|
40 A
|
50 A
|
|
엘보 (90˚)
|
0.90
|
1.20
|
1.50
|
2.10
|
|
리듀셔
|
(25×15A)
|
(32×25A)
|
(40×32A)
|
(50×40A)
|
|
0.54
|
0.72
|
0.90
|
1.20
|
|
|
티 (직류)
|
0.27
|
0.36
|
0.45
|
0.60
|
|
티 (분류)
|
1.50
|
1.80
|
2.10
|
3.00
|
(단, 방사압력 선정에 필요한 계산과정은 상세히 명시하고 방사압력을 소수점 4자리까지 구하고 소수점 4자리 미만은
삭제한다.)
[문제풀이]
구간, 구경, 유량, 직관 및 등가길이, 마찰손실/100, 마찰손실수두 순으로 정리한다.
펌프식 헤드방출압력 : 펌프 토출압 - 낙차수두 - 마찰손실수두
▣ H점 에서의 압력 : 0.15 [MPa]
[배관 및 관부속품 마찰손실수두]
|
구간
|
호칭
구경 A
|
유량
[ℓ/min]
|
직관 및 등가길이
|
마찰손실수두
|
|
H-G
|
50
|
80
|
⊙ 직관길이 : 3 m
⊙ 관부속품
⊙ 티 (직류) : 1개 × 0.6 = 0.6 m
⊙ 리듀셔(50×40A):1개 × 1.2 = 1.2m
⊙ 소계 : 4.8 m
|
4.8 × 1.68 / 100
= 0.0806 m
|
|
G-E
|
40
|
80
|
⊙ 직관길이 : 3 + 0.1 = 3.1 m
⊙ 관부속품
⊙ 엘보(90˚) : 1개 ×1.5 = 1.5 m
⊙ 티 (분류) : 1개 × 2.1 = 2.1 m
⊙ 리듀셔(40×32A):1개 × 0.9 = 0.9m
⊙ 소계 : 7.6 m
|
7.6 × 5.4/100
= 0.4104 m
|
|
E-D
|
32
|
80
|
⊙ 직관길이 : 1.5 m
⊙ 관부속품
⊙ 티 (직류25×25×25A) :
1개 × 0.36 = 0.36 m
⊙ 리듀셔(32×25A):1개 × 0.732 = 0.72m
⊙ 소계 : 2.58 m
|
2.58×11.38/100
=0.2936 m
|
|
D-A
|
25
|
80
|
⊙ 직관길이 2 + 2+ 0.1+0.1 + 0.3 = 4.5m
⊙ 직류티(25×25×25A)1개 ×0.27=0.27m
⊙ 엘보( 90˚) 3개 × 0.9 = 2.7m
⊙ 리듀셔 (25×15A) : 1개 × 0.54 = 0.54 m
⊙ 소계 8.01 m
|
8.01×39.82/100
=3.1895
|
|
합 계
|
3.9741m
|
|||
△P : 낙차환산압력 + 배관 및 관부속품의 마찰손실 환산압력
낙차 : 0.1+ 0.1 - 0.3 = -0.1 [m]
△P = -0.1 + 3.7941 = 3.8941 [m] = 0.03894 [MPa]
∴ 헤드의 방수압력 P = 0.15 - 0.0387 = 0.113 [MPa]
3. 폐쇄형 헤드를 사용한 스프링클러설비에서 A점에 설치된 헤드 1개만이 개방되었을 경우 다음 각 물음에 답하시오.
(단, 주어진 조건을 적용하여 계산하고, 설비 도면의 길이 단위는 [㎜]이다.) ★★★★★
[조건]
① 급수관 중 「H점」 에서의 가압수 압력은 0.15[MPa]로 계산한다.
② 엘보는 배관지름과 동일한 지름의 엘보를 사용하고 티의 크기는 다음 표와 같다. 관경의 축소는 리듀셔만을 사용한다.
|
지점
|
C지점
|
D지점
|
E지점
|
G지점
|
|
티의 크기
|
25A
|
32A
|
40A
|
50A
|
③ 스프링클러 헤드는 「15A」 헤드가 설치된 것으로 한다.
④ 100m당 직관의 마찰손실수두 (단, A점에서의 헤드방수량은 80 [ℓ/min]으로 계산한다.
|
유량
|
25A
|
32A
|
40A
|
50A
|
|
80 [ℓ/min]
|
39.82
|
11.38
|
5.40
|
1.68
|
⑤ 관이음쇠 마찰손실에 적용하는 직관길이 (등가길이)
|
구 분
|
25 A
|
32 A
|
40 A
|
50 A
|
|
엘보 (90˚)
|
0.90
|
1.20
|
1.50
|
2.10
|
|
리듀셔
|
(25×15A)
|
(32×25A)
|
(40×32A)
|
(50×40A)
|
|
0.54
|
0.72
|
0.90
|
1.20
|
|
|
티 (직류)
|
0.27
|
0.36
|
0.45
|
0.60
|
|
티 (분류)
|
1.50
|
1.80
|
2.10
|
3.00
|
⑥ 가지배관 말단 (B지점)과 교차배관 말단 (F지점)은 엘보로 한다.
⑦ 관경이 변하는 관부속품은 관경이 큰 쪽으로 손실수두를 계산한다.
⑧ 중력가속도는 9.8[m/s2)으로 한다.
⑨ 구간별 관경은 다음 표와 같다.
|
구간
|
관 경
|
|
A ~ D
|
25 A
|
|
D ~ E
|
32 A
|
|
E ~ G
|
40 A
|
|
G ~ H
|
50 A
|
가. A ~ H 까지의 전체 배관의 마찰손실수두 [m]를 구하시오. (단, 직관 및 관이음쇠를 모두 고려하여 구하고 소수점이하
4째자리까지 구하시오. 소수점 4째자리 미만은 삭제)
나. H 와 A 사이의 위치 수두차 [m]를 구하시오.
다. A 헤드에서의 방사압력 [kPa]를 구하시오.
[문제풀이]
가. A ~ H까지의 배관의 마찰손실수두 [m]
|
구간
|
호칭
구경 A
|
유량
[ℓ/min]
|
직관 및 등가길이
|
마찰손실수두
|
|
H-G
|
50
|
80
|
⊙ 직관길이 : 3 m
⊙ 관부속품
⊙ 티 (직류) : 1개 × 0.6 = 0.6 m
⊙ 리듀셔(50×40A):1개 × 1.2 = 1.2m
⊙ 소계 : 4.8 m
|
4.8 × 1.68 / 100= 0.0806 m
|
|
G-E
|
40
|
80
|
⊙ 직관길이 : 3 + 0.1 = 3.1 m
⊙ 관부속품
⊙ 엘보(90˚) : 1개 ×1.5 = 1.5 m
⊙ 티 (분류) : 1개 × 2.1 = 2.1 m
⊙ 리듀셔(40×32A):1개 × 0.9 = 0.9m
⊙ 소계 : 7.6 m
|
7.6 × 5.4/100= 0.4104 m
|
|
E-D
|
32
|
80
|
⊙ 직관길이 : 1.5 m
⊙ 관부속품
⊙ 티 (직류25×25×25A) :
1개 × 0.36 = 0.36 m
⊙ 리듀셔(32×25A):1개 × 0.732 = 0.72m
⊙ 소계 : 2.58 m
|
2.58×11.38/100=0.2936 m
|
|
D-A
|
25
|
80
|
⊙ 직관길이 2 + 2+ 0.1+0.1 + 0.3 = 4.5m
⊙ 직류티(25×25×25A)1개 ×0.27=0.27m
⊙ 엘보( 90˚) 3개 × 0.9 = 2.7m
⊙ 리듀셔 (25×15A) : 1개 × 0.54 = 0.54 m
⊙ 소계 8.01 m
|
8.01×39.82/100=3.1895
|
|
합 계
|
3.9741m
|
|||
나. H와 A사이의 위치수두차 [m]를 구하시오.
▣ 위치수두차 : 0.1 + 0.1 - 0.3 = - 0.1 [m]
다. A헤드 에서의 방사압력 [kPa]
⊙ H지점에서의 압력 : 0.15[MPa] = 150 [kPa]
⊙ H와 A 사이의 손실수두 : - 0.1 +3.9741 = 3.8741 [m]
⊙ H와 A 사이의 압력차 : △P = 1,000 × 9.8 × 3.8741 = 37,966.18 [N/㎡] = 37,966.18 [Pa] = 37.966 [kPa]
∴ A헤드 에서의 방사압력 : P = 150 - 37.966 = 112.034 ≒ 112.03 [kPa]
4. 다음 그림은 어느 스프링클러설비의 Isometric Diagram 이다. 이 도면과 주어진 조건에 의해 헤드 A만이 개방되었을 때
실제 방수압과 방수량을 구하시오. [10점] ★★★★★
※ ( )안은 배관의 길이 [m] 이다.
Isometric 계통도 (축적없음)
[조건]
① 펌프의 양정은 토출량에 관계없이 일정하다. (펌프의 토출압 = 0.3 [MPa])
② 헤드의 방출계수는 90 이다.
③ 배관의 마찰손실은 하젠 - 윌리엄스의 공식을 적용하되 계산의 편의상 다음식과 같다고 가정한다.
여기서, △P : 배관 1[m] 당 마찰손실압력 [MPa]
Q : 배관내의 유수량 [ℓ/min]
d : 배관의 안지름 [㎜]
④ 배관의 호칭구경별 안지름은 다음과 같다.
|
호칭구경
|
25 A
|
32 A
|
40 A
|
50 A
|
65 A
|
80 A
|
100 A
|
|
내경
|
28 ㎜
|
37 ㎜
|
43 ㎜
|
54 ㎜
|
69 ㎜
|
81 ㎜
|
107 ㎜
|
⑤ 배관부속 및 밸브류의 등가길이 [m]는 다음 표와 같으며 다음 표에 없는 부속 및 또는 밸브류의 등가길이는 무시한다.
|
호칭구경
배관부속
|
25 ㎜
|
32 ㎜
|
40 ㎜
|
50 ㎜
|
65 ㎜
|
80 ㎜
|
100 ㎜
|
|
90˚엘보
|
0.8
|
1.1
|
1.3
|
1.6
|
2.0
|
2.4
|
3.2
|
|
티(측류)
|
1.7
|
2.2
|
2.5
|
3.2
|
4.1
|
4.9
|
6.3
|
|
게이트밸브
|
0.2
|
0.2
|
0.3
|
0.3
|
0.4
|
0.5
|
0.7
|
|
체크밸브
|
2.3
|
3.0
|
3.5
|
4.4
|
5.6
|
6.7
|
8.7
|
|
알람밸브
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
|
8.7
|
⑥ 배관의 마찰손실, 등가길이, 마찰손실압력은 호칭구경 25ф 와 같이 구하도록 한다.
가. 다음 표의 빈칸을 채우시오.
|
구간
|
배관의 마찰손실
[MPa/㎡]
|
등가길이 [m]
|
마찰손실 압력
[MPa]
|
|
|
25 ф
|
△P=2.41 ×10^3×Q^2
|
⊙ 직관길이 : 2+2 = 4 m
⊙ 90° 엘보 : 1개 × 0.8 = 0.8 m
⊙ 소계 : 4.8 m
|
1.162× 10^-6 × Q^2
|
|
|
32ф
|
|
|
|
|
|
40 ф
|
|
|
|
|
|
50 ф
|
|
|
|
|
|
65 ф
|
|
|
|
|
|
100 ф
|
|
|
|
|
나. 배관의 총 마찰손실압력 [MPa]을 구하시오.
다. 실층고의 환산수두 [M]를 구하시오.
라. A점의 방수량 [ℓ/min]을 구하시오. (단, 소수점 넷째자리에서 반올림하며 소수점 이하 자리를 구하시오.)
[답안작성]
가. 빈칸을 채우시오.
나. 배관의 총 마찰손실압력 [MPa]
▣ 1.162×10-6×Q2+6.008×10-5×Q2+1.686×10-7×Q2+1.814×10-8×Q2+ 2.664×10-8×Q2+5.494×10-9×Q2
=1.44×10-6×Q2 [MPa]
다. 실층고의 환산수두 : 0.2+0.3+0.6+3+0.15 = 4.45 [m]
라. A점의 방수압 P = 0.3-0.0445 - 1.44 × 10-6 × Q2 = 0.256 × 1.44 × 10-6 × Q2
#직관길이 #마찰손실수두 #수리계산 #압력수두 #실층고 #스프링클러 #폐쇄형 #개방형
#엘보 #리듀셔 #직류티 #분류티 #방수압 #환산수두 #구경 #유량 #가압송수장치
#급수관 #배수관 #안전장치 #맨홀
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