스프링클러설비 기출문제풀이 9 - 소방기계 실기

102. 다음 그림은 일제개방형 스프링클러설비의 계통을 나타내는 Isometric Diagram이다. 이 설비가 작동되었을 경우

        유량, 구간손실, 손실계 등을 조건을 참조하여 수리계산하여 산출하시오 [12점] ★★★★

 

[조건]

  ① 개방형 헤드 A의 유량은 100 ℓpm, 방수압은 0.25 MPa 이다.

  ② 배관 부속 및 밸브류의 마찰손실은 무시한다.

  ③ 수리계산시 속도수두는 무시한다.

  ④ 필요압은 노즐에서의 방사압과 배관 끝에서의 압력을 별도로 구한다.

구간	유량 ℓ/min	길이 m	1m당 마찰 손실[MPa]	구간손실 [MPa]	낙차 [m]	손실계 [MPa]
헤드A	100	-	-	-	-	0.25
A ~ B	100	1.5	0.02	0.03	0	①
헤드 B	②	-	-	-	-	-
B ~ C	③	1.5	0.04	④	0	⑤
헤드 C	⑥	-	-	-	-	-
C ~ ㉡	⑦	2.5	0.06	⑧	0	⑨
㉡ ~ ㉠	⑩	14	0.01	⑪	-10	⑫

[문제풀이]

  ① A ~ B 손실계 : 0.25 + 0.03 = 0.28 [MPa]

  ② 헤드 B의 유량 [ℓ/min]​

  ③ B~C 유량 : 100 + 105.83 = 205.83 [ℓ/min]

  ④ B~C 구간손실 : 1.5 × 0.04 = 0.06 [MPa]

  ⑤ B~C 손실계 : 0.25 + 0.03 + 0.06 = 0.34 [MPa]

  ⑥ 헤드 B의 유량 [ℓ/min]​

  ⑦ C ~ ㉡ 유량 : 205.83 + 116.62 = 322.45 [ℓ/min]

  ⑧ C ~ ㉡ 구간손실 : 2.5 × 0.06 = 0.15 [MPa]

  ⑨ C ~ ㉡ 손실계 : 0.34 + 0.15 = 0.49 [MPa]

  ⑩ ㉡ ~ ㉠ 유량 : 322.45 × 2 = 644.9 [ℓ/min]

  ⑪ ㉡ ~ ㉠ 구간손실 : 14 × 0.01=0.14 [MPa]

  ⑫ ㉡ ~ ㉠ 손실계 : 0.49 + 0.14 - 0.1(10m) = 0.53 [MPa]

 

 

[해설] 개방형 스프링클러설비​

            여기서, Q : 유량 (방수량) [ℓ/min], K : 방출계수, P : 방수압 [MPa]

 

Ⅰ. 헤드 A

구간	유량[ℓpm]	길이 [m]	1m당 마찰 손실[MPa]	구간손실 [MPa]	낙차 [m]	손실계 [MPa]
헤드A	100 (조건① 유량)	-	-	-	-	0.25 (조건① 방수압)

 

Ⅱ. A~B 구간

 

Ⅲ. 헤드 B

⊙ 방출계수 (K)​

⊙ 방수압 (손실계압) P : 0.28 MPa

Ⅳ. B ~ C 구간

Ⅴ. 헤드 C

Ⅵ. C ~ ㉡ 구간

Ⅶ. ㉡ ~ ㉠ 구간

  ※ 낙차의 환산수두압 [MPa] :  10 m = 0.1 MPa 로 환산하여 계산하면  낙차 - 10 m = - 0.1 MPa

103. 다음 그림은 폐쇄형 스프링클러설비를 나타낸 것이다. 조건을 참조하여 각 물음에 답하시오. [12점] ★★★★★

  [조건]

  ① H-1 헤드 : 방수량 (80 ℓ/min), 방수압력 (0.1 MPa)

  ② 헤드간의 방수압력 차이는 0.01 MPa (단, 헤드와 가지배관 사이의 배관에서의 마찰손 실은 무시한다.)

  ③ A ~ B 구간의 마찰손실압력은 0.04 MPa 이다.

 

  가. A지점의 필요 최소 압력은 몇 [MPa]인가 ?

  나. 각 헤드 (H-1 ~ H-5)에서의 방수량은 몇 [ℓ/min] 인가 ?

  다. A ~ B 구간에서의 유량은 몇 [ℓ/min]인가 ?

  라. A ~ B 구간에서의 최소 내경은 몇 [m]인가 ?

 

[문제풀이]

 가. A지점의 필요 최소 압력은 몇 [MPa]인가 ?

    P = 0.1 (0.01 × 4) + 0.04= 0.18 [MPa]

나. 각 헤드 (H-1 ~ H-5)에서의 방수량은 몇 [ℓ/min] 인가 ?

   ㉠ 방출계수 (K)​

   ㉡ 각 헤드에서의 방수량​

  다. A ~ B 구간에서의 유량은 몇 [ℓ/min]인가 ?

     ▣ 80 + 83.9 + 87.64 + 91.21 + 94.66 = 437.41 [ℓ/min]

  라. A ~ B 구간에서의 최소 내경은 몇 [m]인가 ?

[해설] 폐쇄형 스프링클러설비

 가. A지점의 압력

    A지점 압력 = H-1 헤드 (말단헤드)의 방수압력 + 헤드간의 방수방수압력차 + A~B구간의 마찰손실압력

     ∴ A지점의 압력 = 0.1 MPa + (0.01 MPa × 4개소) + 0.04 MPa = 0.18 MPa

 

  나. 각 헤드 (H-1 ~ H-5)에서의 방수량​

   여기서, Q : 유량 (방수량) [ℓ/min], K : 방출계수, P : 방수압 [MPa]

     ⊙ H-1 헤드에서의 방수량 Q1 = 80 ℓ/min

     ⊙ H-1 헤드에서의 방수압력 P1 = 0.1 MPa​

  각 헤드간 방수압력 차이가 0.01 MPa 이므로 각 헤드(H-1~H-5)에서의 방수량을 구하면​

 

  다. A~B 구간에서의 유량

      A~B구간에서의 유량 = H-1 ~ H-5 에서의 방수량의 합

     ∴ A~B 구간에서의 유량 = 80 ℓ/min + 83.9 ℓ/min + 87.64 ℓ/min + 91.21 ℓ/min + 94.66 ℓ/min = 437.41 ℓ/min

  라. A~B구간에서의 최소 내경 [m]

    ① 유량​

   ② 각 설비별 유속 · 풍속

구 분		유속	풍속
옥내소화전설비 (토출측 주배관)		4 m/s 이하	-
스프링클러 설비	가지 배관	6 m/s 이하	-
	기타 배관	10 m/s 이하	-
제연설비	예상제연구역에 공기가 유입되는 순간의 풍속	-	5 m/s 이하
	흡입측 풍도	-	15 m/s 이하
	배출측 풍도	-	20 m/s 이하
	유입 풍도	-

    ⊙ 유량 Q = 437.41 ℓ/min = 0.4374 ㎥/min × 1 min / 60 s

    ⊙ 유속(v) : 스프링클러설비 가지배관의 유속은 6 m/s 이하 이다.​

104. 다음 그림은 폐쇄형 스프링클러 설비를 나타낸 것이다. 조건을 참조하여 각 물음에 답하시오. [9점] ★★★★★

 [조건]

   ① H1 헤드 : 방수량 (80 ℓ/min), 방수압력 (0.1 MPa)

   ② H1 ~ H5 각 구간별 압력손실은 0.02 MPa 이다.

   ③ A ~ B 구간의 압력손실은 0.03 MPa 이다.

 

  가. A지점의 필요 최소 압력은 몇 [MPa]인가 ?

  나. A ~ B 구간에서의 유량은 몇 [ℓ/min]인가 ?

  다. A ~ B 구간의 최소 관경 [㎜]을 구하시오.

[답안작성]

 가. A지점의 필요 최소 압력은 몇 [MPa]인가 ?

   ▣ A지점에서의 압력 : H1 헤드에서의 압수압 + (헤드간 압력손실)

        H5 = 0.1 MPa + (0.02 MPa × 4곳) = 0.18 MPa

 나. A ~ B 구간에서의 유량은 몇 [ℓ/min]인가 ?

   ㉠ 방출계수 (K)​

㉡ 각 헤드에서의 방수량​

     ∴ A ~ B 구간에서의 유량 = 80 + 87.635 + 94.657 + 101.192 + 107.331 = 470.815 ≒ 470.82 [ℓ/min]

 다. A ~ B 구간의 최소 관경 [㎜]을 구하시오.​

        답 : 40.81 ㎜ (호칭구경을 요구하면 50 ㎜ 를 선정한다.

[해설] 폐쇄형 스프링클러설비

 가. A지점의 압력

    ▣ A지점의 압력 = H1 헤드 (말단헤드)의 방수압력 + 헤드간의 압력손실차

       ∴ A지점의 압력 = 0.1 MPa + (0.02 MPa × 4개소) = 0.18 MPa

 

  나. A ~ B 구간에서의 유량 (방수량)​

          여기서, Q : 유량 (방수량) [ℓ/min], K : 방출계수, P : 방수압 [MPa]

   ⊙ H1 헤드에서의 방수량 Q1 = 80 ℓ/min

   ⊙ H1 헤드에서의 방수압력 P1 = 0.1 MPa​

H1~H5 각구간별 압력손실은 0.02 MPa이므로 각 헤드(H1~H5)에서의 방수량을 구하면  

 다. A~B 구간에서의 유량 (방수량)

   ▣ A ~ B 구간에서의 유량 = H1 ~ H5 각 헤드의 방수량의 합

     ∴ A ~ B 구간에서의 유량 = 80 ℓ/min + 87.635 ℓ/min + 94.657 ℓ/min + 101.192 ℓ/min + 107.331 ℓ/min

                                              = 470.815 ℓ/min ≒ 470.82 ℓ/min

 라. A ~ B 구간의 최소 관경 [㎜]

   ① 유량

   ② 각 설비별 유속 · 풍속

구 분		유속	풍속
옥내소화전설비 (토출측 주배관)		4 m/s 이하	-
스프링클러 설비	가지 배관	6 m/s 이하	-
	기타 배관	10 m/s 이하	-
제연설비	예상제연구역에 공기가 유입되는 순간의 풍속	-	5 m/s 이하
	흡입측 풍도	-	15 m/s 이하
	배출측 풍도	-	20 m/s 이하
	유입 풍도	-

   ⊙ 유량 Q = 470.82 ℓ/min = 0.47082 ㎥/min × 1 min / 60 s

   ⊙ 유속(v) : 스프링클러설비 가지배관의 유속은 6 m/s 이하 이다.​

                (호칭구경일 경우 50 ㎜ 를 선정한다)

   ※ 문제에서 최소 관경을 구하라 하였으므로 호칭구경이 아닌 실제(이론) 계산값으로 답안을 작성하며, 호칭구경도 같이

        표기할 것

​

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