가스계 소화설비 약제저장량 관련 공식 정리

 

<가스계 소화약제 저장량>

 

1. 이산화탄소 소화설비

가. 전역방출방식

  ① 표면화재 (가연성 액체나 기체)

    ▣ 소화약제저장량 [㎏] = 방호구역체적 [㎥] × 소요약제량 [㎏/㎥] × 보정계수

                                            + 개구부 면적 [㎡] × 개구부 가산량 [㎏/㎡]

   ※ 소요약제량 및 개구부 가산량

방호구역 체적	소요약제량	최소저장량	개구부 가산량 (자동폐쇄장치 미설치시 적용)
45 ㎥ 미만	1 ㎏/㎥	45 ㎏	5 ㎏/㎡
45 ㎥ 이상 150 ㎥ 미만	0.9 ㎏/㎥
150 ㎥ 이상 1,450 ㎥ 미만	0.8 ㎏/㎥	135 ㎏
1,450 ㎥ 이상	0.75 ㎏/㎥	1,125 ㎏

  ② 심부화재

    ▣ 소화약제 저장량 [㎏] = 방호구역체적 [㎥] × 소요약제량 [㎏/㎥] + 개구부 면적 [㎡] × 개구부 가산량 [㎏/㎡]

소방대상물	소요약제량	개구부 가산량 (자동폐쇄장치 미설치시 적용)
⊙ 전기설비 (유압기기 제외) ⊙ 케이블실	1.3 ㎏/㎥	10 ㎏/㎡
⊙ 전기설비 (55㎥ 미만)	1.6 ㎏/㎥
⊙ 서고, 전자부품창고, 목재가공창고, 박물관	2.0 ㎏/㎥
⊙ 고무류, 면화류창고, 모피창고, 석탄창고,  집진설비	2.7 ㎏/㎥

 나. 국소 방출방식

구분	소방대상물	고압식	저압식
면적식	⊙ 윗면이 개방된 용기에      저장하는 경우 ⊙ 연소면이 한정되고 가 연물이       비산할 우려가 없는 경우	방호대상물의 표면적 [㎡] × 13 ㎏/㎡ × 1.4	방호대상물의 표면적 [㎡] × 13 ㎏/㎡ × 1.1
체적식	⊙ 기타	방호대상물의 체적 [㎥] × (8 - 6 (a/A)) ㎏/㎥ × 1.4	방호대상물의 체적 [㎥] × (8 - 6 (a/A)) ㎏/㎥ × 1.1

  ※ 여기서,

     a : 방호대상물 주위에 설치된 벽면적의 합계 [㎡] (0.6 m 이내에 설치된 설계벽, 누설되지 않는 벽면적)

     A : 방호공간 벽면적 (벽이 없는 경우에는 벽이 있는 것으로 가정한 부분의 면적)의 합계 [㎡] (전체 벽면적으로서 0.6 m

          이내에 벽이 있을 경우를 포함하며, 0.6m 이내에 벽이 없을 경우에는 가상의 벽이 있다고 가정한 벽면적의 합계)

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2. 할론 소화설비

가. 전역방출방식

  ▣ 소화약제 저장량 [㎏] = 방호구역체적 [㎥] × 소요약제량 [㎏/㎥] + 개구부 면적 [㎡]  × 개구부 가산량 [㎏/㎡]

※ 소요약제량 및 개구부 가산량

소방대상물	소요약제량	개구부 가산량 (자동폐쇄장치 미설치시 적용)
⊙ 차고, 주차장, 전기실, 전산실, 통신기기실, 함성수 지류	0.32 ㎏/㎥	2.4 ㎏/㎡
⊙ 사류, 면화류, 볏짚류, 목재가공품, 대팻밥, 나무부스러기 등	0.52 ㎏/㎥	3.9 ㎏/㎡

나. 국소방출방식

  ① 윗면이 개방된 용기, 연소면이 1면에 한정되고 가연물이 비산할 우려가 없는 경우

소화약제 종별	소화약제 저장량
할론 1301	방호대상물 표면적 × 6.8 ㎏/㎡ × 1.25
할론 1211	방호대상물 표면적 × 7.6 ㎏/㎡ × 1.1
할론 2402	방호대상물 표면적 × 8.8 ㎏/㎡ × 1.1

② 기타​

           여기서, Q : 방호공간 1 ㎥에 대한 할론 소화약제의 양 [㎏/㎥]

                        a : 방호대상물 주위에 설치된 벽면적의 합계 [㎡]

                        A : 방호공간의 벽면적의 합계 [㎡]

                        X,Y : 수치

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3. 할로겐 화합물 및 불활성기체 소화설비

  ① 할론겐 화합물 소화약제​

         여기서, W : 소화약제의 무게 [kg]

                      V : 방호구역의 체적 [㎥]

                      S : 소화약제별 선형상수 [㎥/㎏] 표로 주어짐

                     C : 체적에 따른 소화약제의 설계농도 : 설계농도 = 소화농도 × 안전계수

                             (A,C급 : 1.2, B급 : 1.3) (문제에서 주어짐)

                      t : 방호구역의 최소 예상온도 [℃]

  ② 불활성기체 소화약제​

     여기서, X : 공간체적당 더해진 소화약제의 부피 [㎥/㎥]

                  S : 소화약제별 선행상수 [㎥/㎏]

                  Vs : 20 ℓ에서 소화약제의 비체적 [㎥/㎏],   (20℃ 에서는 Vs / S = 1 이 된다.)

                  Vs = (K1+K2 × 20 ℃) : 체적에 따른 소화약제의 설계 농도 [%]

                                                       설계농도 = 소화농도 × 안전계수 (A,C급 : 1.2, B급 : 1.3)

                   t : 방호구역의 최소 예상온도 [℃]

                   V : 방호구역의 체적

   ※ NFTC 107 A 2.7.3 : 배관의 구경은 해당 방호구역에 할로겐 화합물 소화약제는 10초 (불활성기체 소화약제는 A·C급

                                       화재 2분, B급 화재 1분)이내에 방호구역 각 부분의 최소 설계농도의 95% 이상에 해당하는 약제

                                       량이 방출되도록 할 것

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4. 분말소화설비

가. 전역방출방식

  ▣ 소화약제 저장량 [㎏] = 방호구역체적 [㎥] × 소요약제량 [㎏/㎥] + 개구부 면적 [㎡]  × 개구부 가산량 [㎏/㎡]

※ 소요약제량 및 개구부 가산량

소화약제의 종별	소요약제량	개구부 가산량 (자동폐쇄장치 미설치시 적용)
제1종 분말	0.6 ㎏/㎥	4.5 ㎏/㎡
제2종, 제3종 분말	0.36 ㎏/㎥	2.7 ㎏/㎡
제4종 분말	0.24 ㎏/㎥	1.8 ㎏/㎡

나. 국소방출방식

  ① 윗면이 개방된 용기, 연소면이 1면에 한정되고 가연물이 비산할 우려가 없는 경우

소화약제의 종류	소화약제 저장량
제1종 분말	방호대상물 표면적 [㎡] × 8.8 ㎏/㎡ × 1.1
제2종 · 제3종 분말	방호대상물 표면적 [㎡] × 5.2 ㎏/㎡ × 1.1
제4종 분말	방호대상물 표면적 [㎡] × 5.6 ㎏/㎡ × 1.1

  ② 기타​

            여기서, Q : 단위 체적당 소화약제의 양 [㎏/㎥]

                         a : 방호대상물의 주변에 설치된 벽면적의 합계 [㎡]

                         A : 방호공간의 벽면적의 합계 [㎡]

                          X, Y : 수치

[참고] 방호공간

  ▣ 방호대상물의 각 부분으로 부터 0.6 m의 거리에 둘러 쌓인 면적

 

    ※ 호스릴 이산화탄소 설비

       ▣ 하나의 노즐에 대하여 90 ㎏ 미만으로 할 것

[참고] 최소 소화농도 · 최소 설계 농도

  ① 최소 소화농도 (이론 농도)​

            여기서, CO2 : CO2의 농도 [%]

                          O2 : 가스방출 후 O2 농도 → 15% 이하시 이론적인 소화 가능

  ② 최소(표준) 설계 농도 : 여유율 20%를 가산

            ∴ CO2 [%] = 28% × 1.2 = 34 %

▣ 가연성 액체 또는 가연성 가스의 소화에 필요한 설계농도 (NFTC 106 표 2.2.1.1.2)

방호대상물	설계농도 [%]
수소 (HYdrogen)	75
아세틸렌 (Acethylene)	66
일산화탄소 (Cartbonmonoxide)	64
산화에틸렌 (Ethylene Oxide)	53
에틸렌 (Ethylene)	49
에탄 (Ethane)	40
석탄가스, 천연가스 (Coal, Natural gas)	37
사이클로 프로판(Cyclo propane)	37
이소 부탄 (Iso butane)	36
프로판 (Propane)	36
부탄 (Butane)	34
메탄 (Methane)	34

 

5. 기동장치 (NFSC 106. 2. 3)

가. 수동식 기동장치

   ① 전역방출방식은 방호구역 마다, 국소방출방식은 방호대상물 마다 설치할 것

   ② 해당 방호구역의 출입구 부근 등 조작하는 자가 쉽게 피난할 수 있는 장소에 설치할 것

   ③ 기동장치의 조작부는 바닥으로 부터 높이 0.8m 이상 1.5m 이하의 위치에 설치하고 보호판 등에 따른 보호장치를 설치

        할 것

   ④ 기동장치에는 그 가까운 곳의 보기 쉬운 곳에 '이산화탄소 소화설비 기동장치'라고 표시한 표지를 할 것

   ⑤ 전기를 사용하는 기동장치에는 전원 표시등을 설치할 것

   ⑥ 기동장치의 방출용 스위치는 음향경보장치와 연동하여 조작할 수 있는 것으로 할 것

        ※ 가스계 소화설비의 음향 경보는 1분 이상 지속되도록 할 것

나. 자동식 기동장치

   ① 자동식 기동장치는 수동으로도 기동할 수 있는 구조로 할 것

   ② 전기식 기동장치로서 7병 이상의 저장용기를 동시에 개방하는 설비는 2병 이상의 저장용기에 전자개방밸브를 부착할

         것

   ③ 기계식 기동장치는 저장용기를 쉽게 개방할 수 있는 구조로 할 것

     ※ 수동식 기동장치 부근에는 소화약제 방출을 지연시킬 수 있는 비상스위치를 설치할 것

     ※ 분말 소화설비의 가압용 가스용기 : 분말 소화설비 가압용 가스용기를 3병 이상 설치하는 경우에는 2개 이상의 용기

           에 전자밸브를 부착하여야 한다.

▣ 가스 압력식 기동용 가스용기의 기준

구 분	기준
충전압력 [21℃ 기준]	6 MPa 이상
내용적	5 ℓ
내압시험 압력	25 MPa 이상
안전장치 작동 압력	내압시험압력의 0.8 ~1 (내압시험압력) 이하  : 20 ~ 25 MPa

▣ 이산화탄소 소화설비의 충전비

저장용기

⊙ 저압식 : 1.1 ~ 1.4 이하 ⊙ 고압식 : 1.4 ~ 1.9 이하

 

 

[전자개방밸브의 설치 (가스압력식)]

​

6. 배관 등 (NFTC 106. 2. 5)

가. 배관의 설치기준

  ① 배관은 전용으로 할 것

  ② 강관 · 동관의 배관과 배관부속은 다음 표에 따른다.

구 분		설치조건
강관 (압력배관용 탄소강관)	고압식	스케줄 80 이상 (호칭구경 20㎜ 이하 : 스케줄 40 이상)
	저압식	스케줄 40 이상
동관 (이음이 없는 동 및 동합금관)	고압식	16.5 MPa 이상
	저압식	3.75 MPa 이상
배관 부속	고압식	1차측 : 4 MPa 이상 2차측 : 2 MPa 이상
	저압식	2 MPa 이상

나. 토너먼트 배관 방식

  ① 소화약제 방출시 배관내의 마찰손실을 일정하게 유지하기 위한 방식

 

  ② 토너먼트배관방식 (균배배관) 방식의 적용 설비

     ㉠ 이산화탄소 소화설비

     ㉡ 할론소화설비

     ㉢ 할로겐화합물 및 불활성기체 소화설비

     ㉣ 분말소화설비

     ㉤ 압축공기포 소화설비

​

7. 선택밸브

가. 선택밸브의 설치기준 (NFTC 106.2.6)

   ① 방호구역 또는 방호대상물 마다 설치할 것

   ② 각 선택밸브에는 그 담당 방호구역 또는 방호대상물을 표시할 것

 

   나. 선택밸브 설치위치

 

   ▣ 소화약제의 저장용기와 선택밸브 사이의 집합관에는 수동잠금밸브를 설치하되 선택밸브 직전에 설치할 것. 다만,

        선택밸브가 없는 설비의 경우에는 저장용기실 내에 설치하되 조작 및 점검이 쉬운 위치에 설치해야 한다.

​

8. 분사헤드 (NFTC 106. 2. 7)

가. 전역방출방식

   ① 방사된 소화약제가 방호구역의 전역에 균일하게 신속히 확산할 수 있도록 할 것

   ② 분사헤드의 방사압력이 2.1 MPa (저압식 : 1.05 MPa) 이상으로 할 것

나. 국소방출방식​

   ① 소화약제의 방사에 따라 비산하지 아니하는 장소에 설치할 것

   ② 이산화탄소 소화약제의 저장량은 30초 이내에 방사할 수 있는 것으로 할 것

다. 호스릴 방식

   ① 방호대상물의 각 부분으로 부터 하나의 호스릴접결구 까지의 수평거리가 15 m 이하가 되도록 할 것

   ② 노즐은 20℃ 에서 하나의 노즐마다 60 ㎏/min 이상의 소화약제를 방사할 수 있는 것으로 할 것

   ③ 소화약제 저장용기는 호스릴을 설치하는 장소 마다 설치할 것

   ④ 소화약제 저장용기의 개방밸브는 호스의 설치장소에서 수동으로 개폐할 수 있는 것으로 할 것

   ⑤ 소화약제 저장용기의 가장 가까운 곳의 보기 쉬운 곳에 표시등을 설치하고 호스릴 이산화탄소 소화설비가 있다는

        뜻을 표시할 표지를 할 것

​

9. 이산화탄소 소화설비의 분사헤드 설치 제외 장소 (NFTC 106. 2. 8)

   ① 방재실, 제어실 등 사람이 상시 근무하는 장소

   ② 니트로셀룰로오스, 셀룰로이드 제품 등 자기연소성 물질을 저장 · 취급하는 장소

   ③ 나트륨, 칼륨, 칼슘 등 활성 금속물질을 저장 · 취급하는 장소

   ④ 전시장 등의 관람을 위하여 다수인이 출입 · 통행하는 통로 및 전시장 등

​

10. 음향경보장치의 설치기준 (NFTC 106.2.10)

   ① 수동식 기동장치를 설치한 것은 그 기동장치의 조작과정에서, 자동식 기동장치를 설치한 것에 있어서는 화재감지기와

        연동하여 자동으로 경보를 발하는 것으로 할 것

   ② 소화약제의 방사개시 후 1분 이상 경보를 계속할 수 있는 것으로 할 것

   ③ 방호구역 또는 방호대상물이 있는 구획안에 있는 자에게 유효하게 경보할 수 있는 것으로 할 것

​

11. 자동폐쇄장치 (NFTC 106. 2. 11)

   ① 환기장치를 설치한 것에 있어서는 이산화탄소가 방사되기 전에 해당 환기장치가 정지할 수 있도록 할 것

   ② 개구부가 있거나 천장으로 부터 1 [m] 이상의 아랫부분 또는 바닥으로 부터 해당 층의 높이의 ⅔ 이내의 부분에 통기구

        가 있어 이산화탄소의 유출에 따라 소화효과를 감소시킬 우려가 있는 것에 있어서는 이산화탄소가 방사되기 전에

        해당 개구부 및 통기구를 폐쇄할 수 있도록 할 것

   ③ 자동폐쇄장치는 방호구역 또는 방호대상물이 있는 구획의 밖에서 복구할 수 있는 구조로 하고 그 위치를 표시하는

        표지를 할 것

     ※ 피스톤 릴리저 : 소화가스 방출시 소화가스가 누설될 수 있는 급배기 댐퍼, 환기 팬 등에 설치하여 소화가스의 압력을

                                   이용하여 개구부를 자동적으로 폐쇄시키기 위한 장치

​

12. 배출설비 (NFTC 106. 2. 13)

   ▣ 이산화탄소 소화설비의 배출설비 설치대상 : ① 지하층 ② 무창층 ③ 밀폐된 거실 : 질식의 우려가 있기 때문에 배출

                                                                              설비를 설치해야 한다.

​

13. 안전시설 등 (NFTC 106. 2. 16)

  ① 소화약제 방출시 방호구역 내와 부근에 가스방출시 영향을 미칠 수 있는 장소에 시각경보장치를 설치하여 소화약제가

        방출되었음을 알도록 할 것

  ② 방호구역의 출입구부근 잘 보이는 장소에 약제 방출에 다른 위험 경고표지를 부착할 것

 

[참고] 토너먼트 배관 (균배배관) 방식

   ① 소화약제 방출시 배관내의 마찰손실을 일정하게 유지하기 위한 배관방식

 

[참고] 이산화탄소 소화설비 관련식

 

가. 이산화탄소 (CO2) 농도​

           여기서, CO2 : 이산화탄소 (CO2) 농도 [%]

                         O2 : 가스방출 후 O2 농도 [%]

※ 설비별 약제 방사시간

구 분		할로겐화합물 및 불활성기체 소화설비		할론 소화설비	분말소화설비	이산화탄소 소화설비
		할로겐 화합물	불활성 기체			표면화재	심부화재
전역 방출 방식	기타 특정소방 대상물	10초 이내 (최소 설계 농도의 95% 이상 방사)	A·C급 화재: 2분 B급화재 :1분 (최소 설계농도의 95% 이상 방사) ​	10초이내	10초이내	1분이내	7분이내 (설계농도가 2분이내에 30% 도달)
	위험물 제조소등	​	​	30초이내	30초이내	60초이내	60초이내
국소 방출 방식	기타 특정소방 대상물	​	​	10초이내	30초이내	30초이내	30초이내
	위험물 제조소등	​	​	30초이내	30초이내	30초이내	30초이내

  ※ 약제 방출시간 [S, min]

        CO2 : - 표면화재 : 1분

                   - 심부화재 : 7분 (2분이내 설계농도 30% 도달)

        할론 : 10초 (무조건)

        분말 : 30초 (무조건)

         할로겐화합물 · 불활성기체 : 할로겐화합물 : 10초

         불활성기체 : A·C급 화재 : 2분

         B급 화재 : 1분

나. 방출가스량​

            여기서, V : 방출가스량 [㎥], O2 : 가스방출후 산소(O2) 농도 [%]

      ※ 방출가스량 [㎥] = 소화약제량 × 비체적 [㎥/㎏]

 

다. 이상기체 상태방정식

    ▣ 아보가드로 법칙 (1 [kmol]은 0 ℃, 1atm, 22.4 ㎥)에 따라 보일-샤를의 법칙이 PV / T = R (일정) 하다면 이상기체 상태

          방정식을 다음과 같이 적용할 수 있으며 기체의 분자량에 따라 기체상수는 달라질 수 있다.​

          여기서, P : 절대압력 (Pa = N/㎡), V : 체적 [㎥],

                       n : 몰수 [kmol], T : 절대온도 [K=273+℃]

                       R=PV/nT : 일반기체상수 (8,313.85 : N·m/kmol · K)

                        R : R/M : 기체상수 (N·m/㎏, kJ/㎏·K)

                        (1J=1N·m)

             ※ 이상기체상태방정식 PV=(W/M)RT =WRT으로 밀도를 구할 수 있다.​

 

라. 헤드의 분구 면적​​

마. 헤드(오리피스)의 등가 분구면적​​

바. 분사헤드 개수​

사. 소화약제 유량 속도​​

 

아. 선택밸브 직후 (개방 직후)의 유량

자. 개방밸브 직후의 유량​​

차. 하나의 분사헤드에 대한 방사량 (방출유량)

하나의 분사헤드에 대한 방사량 [㎏/s]​​

 

카. 액화 CO2의 증발량​

           여기서, Q : 액화 CO2의 증발량 [㎏]

                        W : 배관의 중량 [㎏]

                        C : 배관의 비열 [kcal/㎏·℃]

                        t1 : 방출전 배관의 평균온도 [℃]

                        t2 : 방출하는 동안 배관의 평균온도 [℃]

                       H : 액화 CO2의 증발잠열 [kcal/㎏]

타. 이산화탄소 설비 과압배출구의 면적​​

         여기서, A : 과압배출구의 면적 [㎟]

                      Q : 이산화탄소의 유량 [㎏/min]

                       P : 방호구역내 구조물의 허용압력 [㎏/㎠] [kPa]

       ※ 방호구역 구조물의 허용압력 [P]

구조	P
경량 구조물	1.2 kPa
일반 구조물	2.4 kPa
둥근 구조물	4.8 kPa

   ※ 이너젠 [G-54] 설비의 과압 배출구 면적​

        여기서, A : 과압 배출구의 면적 [㎡]

                    Q : 이너젤 유량 [㎥/min]

                    P : 방호구역내 구조물의 허용압력 [㎏/㎡]

  ※ 방호구역 내 구조물의 허용압력 P

구 조	P
경량 구조물	10 ㎏/㎡
블록 마감	5 ㎏/㎡
철근 콘크리트 벽	100 ㎏/㎡
부재의 종류를 알 수 없는 일반적인 건축물	49 ㎏/㎡

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