아낌없이 주는 나무

Stress의 어원적 의미

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응력의 영어 표현인 Stress에 대해 알아보자. 이 말은 라틴어 'Strictus, Stringere'에서 유래했다고 했다고 하는데

라틴어로 '팽팽하게 죄다'라는 뜻이라고 한다. 어떤 물체에 외력을 가하면 변형 (Strain : 압박, 부담)이 발생한다.

이 변형에 맞서 원래 상태를 유지하기 위해 내부 상호간에 발생하는 하는 힘으로 '팽팽하게 죄는 힘'이 스트레스의

원래 의미이다.

우리가 스트레스를 받으면 근육이 긴장되고 뻣뻣해지는 느낌을 표현하기도 하는데 영어의 Stress가 외력에 대한

대항력으로 평형상태를 유지하려고 하는 내부의 저항력이라는 의미를 잘 나태내 주고 있는 것 같다.

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응력의 단위

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응력은 외력에 짝을 이루어 대응하는 힘이므로 단위는 뉴톤(N)이다. 어떤 물질을 외력이 작용했을 때 저항하는 능력이

다른데 이를 응력도라고 한다. 응력도는 힘을 단위 면적으로 나눈값 (N/㎟)이다.

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응력의 종류

탄성이 있는 어떤 물체에 힘을 가하여 잡아 당기면 늘어나고, 누르면 찌그러지며, 구부리면 휘어지고, 엇갈리게 누르면

비스듬히 미끄러진다. 외부의 힘이 작용하는 방식에 따라 이들을 인장, 압축, 힘, 전단력이라고 부른다.

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인장과 압축은 물체의 축방향으로 늘어나거나 압축하는 것으로 서로 반대방향의 축력(축방향력)이라 할 수 있고 휨이나

전단도 결국 내부에 인장과 압축이 복합적으로 작용하는 것이라고 볼 때 인장과 압축이 가장 기본적인 응력이라고 할 수

있다.

인장응력은 물체를 길이 방향으로 잡아 당기는 힘에 대응하는 저항력이다. 우리 주변에 거미줄에서 이러한 현상을 볼 수

있는데 거미줄은 인장응력도가 높은 물질로 구성되어 있어 자신의 부피보다 큰 물질을 지탱할 수 있다.

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압축응력은 물체에 수직방향으로 누르는 압력에 작용한다. 달걀이나 조개껍질에 외력에 대응하는 힘은 주로 압축응력에

대한 것이다.

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휨응력은 가로 놓은 물체를 누를 때 구부러지면서 발생한다. 내부공간을 육면체로 만들려면 대들보 처럼 가로로 놓이는

물체가 필요한데 이 대들보는 중력방향을 가로 질러서 놓이기 때문에 가운데가 구부러지게 된다. 휨 응력은 결국 압축과

인장이 복합적으로 작용하는 것이다.

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전단응력은 물체에 엇갈리게 누르는 힘이 작용할 때 발생한다. 두 철판을 볼트, 너트로 체결한 후 서로 엇갈리게 당기면

볼트에는 전단응력이 발생한다. 전단응력도 결국 압축과 인장이 복합적으로 작용한다고 할 수 있다.

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#응력 #압력 #인장응력 #전단응력 #스트레스 #변형 #저항력 #중량 #압축 #축동력

#평형 #뉴톤 #Newton #하중 #경로

1. 옥내 소화전설비

① 29층 이하

    Q = 130 ℓ/min × 20 min × N (가장 많이 설치된 층의 소화전 개수 : 최대 5개)

② 30층 이상 49층 이하

    Q = 130 ℓ/min × 40 min × N (가장 많이 설치된 층의 소화전 개수 : 최대 5개)

③ 50층 이상

    Q = 130 ℓ/min × 40 min × N (가장 많이 설치된 층의 소화전 개수 : 최대 5개)

  ※ 옥내 소화전 설비

       Q            ×             T            ×                      N

    130 ℓ/min           20 (29층 이하)                가장 많은 층 개수

                              40 (30~49층)                   최대 5개

                              60 (50층 이상)

   ※ 고층 건축물 : 30층 이상

       준초고층 건축물 : 31 ~ 49층

       초고층 건축물 : 50층 이상

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예제 ) 다음 건축물의 소방용수 수원의 양은 ?

  저수량 = 130 ℓ / min × 20 min × 3 = 7,800 ℓ = 7.8 ㎥

  ※ 옥상 수원의 양

      ⊙ 저수조 유효 산출수량 × 1/3

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2. 옥외 소화전 설비

      Q = 350 ℓ/min × 20 min × N ( 소화전 설치 개수 최대 2개)

       Q                   ×            T           ×               N

     350 ℓ/min                     20 min                    2개                    ∴ 7 ㎥, 또는 14㎥

   ※ 옥외 소화전은 1,2층을 방호를 목적으로 한다. (소방대 올 때 까지만)

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3. 스프링클러 설비

가. 폐쇄형 헤드 (시험에는 폐쇄형만 나왔음)

① 29층 이하

    Q = 80 ℓ/min × 20 min × N (기준개수 : 각층(세대)의 설치개수가 기준 개수보다 작을 경우 설치개수를 적용)

② 30층 이상 49층 이하

    Q = 80 ℓ/min × 40 min × N (기준개수 : 각층(세대)의 설치개수가 기준 개수보다 작을 경우 설치개수를 적용)

③ 50층 이상

    Q = 80 ℓ/min × 60 min × N (기준개수 : 각층(세대)의 설치개수가 기준 개수보다 작을 경우 설치개수를 적용)

▣ 폐쇄형 S.P. 설비

    Q                 ×              T           ×                      N

   80 ℓ/min                 20 (29층 이하)                  10개

                                 40 (30~49층)                     20개

                                 60 (50층 이상)                   30개

※ 폐쇄형 헤드의 설치장소별 기준 개수

[필기 예제] 30 개 : 지하가 (지하상가), 지하역사

                              11층 이상

                             특수가연물

                             판매시설

                             복합건축물 (판매시설이 있는 건물)

                 기타 : 8 [m] 이상 : 20개

                           8[m] 미만 : 10개

                아파트 : 10개

                공장, 창고 : 특수가연물 : 30개, 일반 20개

[실기 예제] 11층 이상 : 30개

                  판매시설 : 30개

                  복합건축물 (판매시설 있는 것) : 30개

                  아파트 : 10개

                  교육 연구시설 : 8 [m] 이상 : 20개

                                            8 [m] 미만 : 10개

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4. 드렌치 설비

Q = 80 ℓ/min × 20 min × N (최대 설치 층의 헤드 개수 (최대 방수구역 기준(1개 회로))

  ▣ 건물과 건물이 인접하여 있는 경우 화재가 인근 건물이 확산되는 것을 방지하기 위하여 건물 외부에 물을 분사하여

       차단막을 형성하는 것

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5. 간이 스트링클러 설비

① Q = 50 ℓ/min × 10 min × 2개

② 간이 스프링클러설비 설치대상인 근린생활시설, 생활형 숙박시설, 복합건축물

       Q = 80 ℓ/min × 20 min × 5개

③ 간이 스프링클러가 설치되는 특정 소방대상물에 부설된 주차장에 표준반응형 스프링클러헤드를

      사용할 경우 : 80 ℓ / min을 적용한다. 

  간이 S.P. 설비

         Q          ×           T           ×           N

     50 ℓ/min               10분                  2개              1[㎥]

     50 ℓ/min               20분                  5개              5[㎥]

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6. 화재 조기 진압용 스프링클러 설비 [필기만 출제]

  ※ 이는 래크식 창고에 설치한다.

          Q           ×               T          ×                 N

       K√10P                  60 min                      12개

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7. 물분무소화설비

     Q = A × Q1 × T

    여기서, Q : 저수량 [ℓ]

                 A : 바닥면적 또는 표면적 [㎡]

                Q1 : 표준방사량 (토출량) [ℓ/min · m]

                 T : 시간 [min] (20 min)

       Q      ×          T       ×             A

                       20[min]

▣ Q1 (표준방사량 (토출량))

  ※ 표시온도는 주위 온도에 따라 헤드의 표시온도가 결정된다.

#수원 #옥내소화전 #소화전 #스프링클러 #간이스프링클러 #초고층건축물 #고층건축물

#옥상수원 #저수조 #표준방사량 #토출량 #소화설비

1. 증기압, 증발, 비등

▣ 증기압 : 기체가 갖을 수 있는 액체에 대한 최적분율 또는 질량분율을 말한다.

▣ 액체가 기체로 변화하는 현상에는 증발과 비등이 있다.

위 그림의 왼쪽을 보면 물은 온도와 압력에 따라 고체, 액체, 기체의 형상을 보임을 알 수 있

다. 그림에서 1기압 상태에서 0[℃]까지는 물음 얼음(고체), 0 ~ 100 [℃]에서는 액체, 그

리고 100 [℃]를 넘은면 기체 상태에 있는 것을 알 수 있다.

증기압은 액체와 기체가 열적인 평형상태를 이루는 것을 말한다. 열적인 평형이란 위 그림

의 오른쪽 그림에서 나타내는데 예를 들어 액체인 물이 기체가 되기 위해서는 일정한 에너

지를 필요로 한다. 위 그림에서 100 [℃] 에서는 공기중에 100[kPa] 만큼의 수증기가 존

재할 수 있는 것을 알 수 있다. 이 때 온도를 50 [℃]로 낮추면 공기중에 20[kPa] 압력 만큼

의 수증기만 있을 수 있어 나머지 수증기는 물방울로 맺히게 된다. 위에서 증기압은 포화증

기압이라고 가정했을 때의 예이다.

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가. 증발(Evaporation)과 비등 (Boiling)

증기압에 대하여 이야기할 때 증발과 비등을 구분해야 한다. 액체가 기체가 되는 것은 증발

이나 비등이나 같다. 그러나 실제 물리적인 메카니즘은 다르다. 위 그림에서 보듯이 증발은

유체가 공기와 만나는 면에서 발생한다. 그러나 비등은 공기와 만나는 면 뿐만 아니라 유체

내부에서도 발생한다. ※ 위 그림에서 정수압은 물에 의한 수압을 말한다.

비등은 유체의 체적작용으로 유체 온도에 해당하는 포화증기압이 유체 압력과 같아져서 유

체 내부에서도 기포가 발생하게 된다.

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나. 낮은 온도에서 비등과 공동화 현상 (Low Pressure Boiling - Cavitation)

앞에서 온도를 낮추면 기체의 포화증기압이 낮아진다고 했다. 이번에는 압력을 낮추면 끓는

점이 낮아지게 된다. 즉, 낮은 온도에서도 비등(보일링)현상이 발생하게 된다. 대표적인 현

상이 공동화 현상 (Cavitation)을 들 수 있다. 예를 들면 관에서 프로펠러가 돌면 프로펠러

주변의 유속이 매우 빨라지게 된다. 이 때 베르누이 법칙에 의해 유속의 제곱에 비례하여

압력이 변하게 된다. 유속이 빨라지면 속도의 제곱에 비례하여 압력이 낮아진다. 압력이 떨

어지면 온도가 100[℃] 보다 낮음에도 유체 속에서 기포가 발생하는 공동화 현상 (Cavitaion) 현상이

발생하게 된다. 이 공동현상은 기기류에 매우 치명적이다. 속도가 높아지면서 발생한 기포는

다시 속도가 낮아지면 압력이 높아져서 기포가 존재할 수 없는 상황이 되게 되는데

이 때 기포는 뽀개지고 기포가 분열하게 되는데 기포가 뽀개지면서 매우 큰 충격에너지가 발생하게 된다.

위 그림의 오른쪽을 보면 유체에 Cavitation이 발생하여 그 충격으로 인해 강철로 만든 프로펠러(회전날개)가

파괴된 모습을 볼 수 있다. 이와 같이 기포는 기기에 매우 큰 충격을 주게 된다.

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2. 비열(Specific Heat)과 에너지 (Energy)

어느 평면에 수직으로 작용하는 힘을 면적으로 나눈 것을 압력이라고 하고 접선 방향으로

작용하는 힘 즉, 전단력을 면적으로 나눈 것을 전단응력이라고 한다.

위 그림에서 어떤 물체를 꺾었을 때 위 부분은 늘어났고 아래 부분은 수축하였다. 늘어난 부

분은 전단응력이 작용하여 Normal Stress가 발생했고 아래 부분은 수직압력이 작용했다

고 볼 수 있다.

위 그림 왼쪽은 실린더에 피스톤이 있는데 이 때는 평형상태에 있었다. 그런데 피스톤에

500[kg]을 올려 놓았다면 이 때의 압력은 500[kg] / 피스톤 단면적 이라고 할 수 있다.

오른쪽 그림은 4각형 모양의 물체에 수직방향도 아니고 접선방향도 아닌 방향으로 힘이

작용한 경우를 보여주고 있다. 위의 힘은 수직방향과 접선방향의 힘으로 구분할 수가 있는

데 이 힘을 면적으로 나누면 압력과 전단응력이 된다.

위 그림은 하천에 세워진 교각에 물의 흐름에 의한 영향을 보여주고 있다.

교각에는 물의 흐름에 의해 수직방향의 압력과 접선방향의 마찰력 즉, 전단응력이 함께

작용하게 된다.

압력은 어떤 면 A에 수직으로 작용하는 힘 F가 있다면 힘을 면적으로 나눈 것이다.

즉, 압력 P = F / A 이다.

절대압력은 압력이 "0"[Pa]에서 측정한 압력을 말하고

상대압력은 표준대기압 즉, 101,300 [Pa]에서 측정한 압력을 말한다.

따라서 상대압력이 절대압력보다 101,300 [Pa] 만큼 작게 된다.

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#증기압 #증발 #비등 #수증기 #압력 #온도 #공동현상 #Cavitation #비열 #잠열

#기화열 #에너지 #힘 #전단응력 #표준대기압 #절대압력 #상대압력

1. 옥내 소화전 설비 계통도

가. 부압방식 옥내 소화전

▣ 옥상수조 : 저수조 용량의 2/3 정도의 용량을 확보하고 있음

  ※ fool proof : 일반인도 화재발생시 당황하게 되는데 지능이 떨어지는 사람은 화재시 피난하지 않고 오히려 숨어 버린다. 

                         따라서 소방시설은 이런 사람들까지 배려하여 시설해야 한다.

  ※ fail proof : 실패하더라도 안전하게 다른 방법 찾을 수 있게 소방시설을 갖춘다.

                       피난시설의 양방향 확보, 7병 이상이면 2개 이상의 전자개방 밸브를 설치한다.

 ▣ Y형 스크레이너 : 여과기능과 이 물질 배출 기능이 있다.

 ▣ 급수배관 : 수원에서 방수구 까지의 배관 : 급수배관에서는 개폐표형 밸브를 달아야 한다.

    ⊙ OS & Y 밸브 : Outside Screw & Yoke Valve : 개폐표시형 밸브

▣ 압력계

⊙ 진공계 (흡입측) - Cm Hg : 흡입압력 측정

⊙ 연성계 (흡입측) - Cm Hg, MPa 흡입, 토출 압력 측정

⊙ 압력계 (토출측) - MPa 토출압력 측정

▣ 플랙시블 조인트 : 펌프가 작동할 때 진동을 흡수해 주는 연결관

   ※ 플랜지 이음 : 플랙시블 조인트로 연결하여 하는 방법

나. 정압방식 옥내 소화전

다. 성능시험 배관 (상세)

라. 송수구

  ▣ 옥내 소화전의 저수조는 화재발생시 소방대가 출동하기 전 초기 20분의 화재 진압을 위한 물량확보에 있으므로

       소방대가 출동했을 때는 소방자동차의 물 등으로 보충을 해야 하는데 이 때 송수관을 통해 저수조에 물의 확보하기

       위한 배관이다.

  ※ 버터 플라이 (Butterfly Valve)

 ▣ 펌프 흡입측에는 설치해서는 안된다.

   ⊙ 버터플라이 밸브는 난류가 발생하므로 흡입측에 설치해서는 안된다.

2. 배관의 종류 및 굵기

가. 물올림장치

   ▣ 급수배관 : 15 [㎜]

   ▣ 오버플로어 배관 : 50 [㎜]

   ▣ 물올림관 : 20 [㎜]

나. 순환배관 : 20 [㎜] 이상

다. 옥내 소화전 설비 주 배관충 수직배관 : 50 [㎜] 이상

라. 연결송수관 주 배관 : 100 [㎜] 이상

마. 방수구 배관

   ▣ 옥내 소화전 전용 : 40 [㎜]

   ▣ 연결송수관 겸용 : 65 [㎜]

바. 스프링클러 설비

   ▣ 교차배관 : 40 [㎜]

   ▣ 수직배관 : 50 [㎜]

   ▣ 급수배관의 최소 굵기 (가지배관) : 25 [㎜]

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#스프링클러설비 #물올림장치

【 장력이란 】

장력이란 분자 사이에는 서로 당기는 힘이 있는데 분자간 위치를 복원하려는 위치 에너지가 있는데 어떤 힘이 가해졌을 때 원상태로 복귀하려는 힘을 장력이라고 한다.

장력은 어떤 가해진 힘에 대한 반작용으로 발생하며 물리학에서는 장력은 힘은 아니지만 힘의 단위를 가지며 뉴턴으로

측정된다. 장력은 질량을 길이의 함수로 보았을 때 길이에 대하여 미분한 양이 된다. 연관된 개념으로 인장강도 (tensile strenth)가 있는데 이는 어떤 물질에 절단되도록 끌어 당겼을 때 견디는 최대 하중을 말한다.

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【 표면장력 】

표면장력은 액체의 표면이 스스로 수축하여 되도록 작은 면적을 취하려는 힘의 성질을 말하며 일종의 계면장력이다.

분자 사이에 작용하는 힘에 따라 분자가 서로 접촉하여 응축하려 하고 그 결과 표면적이 작은 원모양이 되려고 한다.

그 원인으로 물속의 액체 분자들은 모든 방향으로 다른 분자들을 서로 당기게 되는데, 이에 의하여 물속 분자간에는

알짜힘이 "0"이 된다. 그런데 표면에 있는 분자는 일부 방향으로만 당겨지게 되고 힘의 알짜 힘이 "0"이 아닌 상황이

발생하여 표면 장력이 발생하게 된다.

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1. 표면장력 (Surface tension)

표면장력은 분자들의 응집력에 의해 발생하게 되는데 물(유체) 속에서는 물분자의 응집력 이 모든 방향으로 발생하므로

힘이 모두 상쇄되지만 물이 공기와 접하는 부분에서는 수직 방향에서는 공기의 압력과 물의 압력차이로 힘을 받게 되고

접하는 면의 접선 방향은 물 분자간의 응집력만 받게 되므로 이를 표면장력이라고 하며 이는 표면장력을 최소화하려고

구 모양을 취하게 된다. 표면장력은 단위를 힘(N/m)으로 나타내며 기호로는 시그마(σ)로 나타내며 힘은 F = ma 으로 나타내며 힘을 질량과 가속도와 연관이 있다. 또한 표면장력은 단위 길이당 힘을 말하는 것으로 길이와도 연관이 있다.

표면장력은 온도와도 연관이 있다. 온도가 높아지면 분자운동이 활발해 지므로 응집력이 떨

어지게 되는데 표면장력은 응집력으로 발생하므로 온도가 높으면 표면장력은 감소한다.

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▣ 표면장력 계산의 예

아래 그림은 작은 물방울의 단면을 나타낸다. 물방울은 물의 내부압력 (internal pressure, Pi)와 외부 공기의 압력(External

pressure, Pe)의 차이 △P 에 의하여 물방울이 확산되려는 힘을 받게 된다. 물방울이 형성되는 것은 이와같이 물방울 내외

부의 압력차이 △P 에 대한 반작용인 표면장력 σ 가 평형상태를 이루기 때문에 형성되는 것이다. 이 때 물방울의 내외부

압력차이는 압력의 개념이 단위 면적에 가해지는 힘을 나타내므로 물방울 구의 단면적에 힘이 가해지게 되며 구의 단면적

은 πr2이 된다. 표면장력은 구 원의 둘레에 작용하므로 2πr 에 작용하게 된다. 따라서 다음과 같은 식이 성립하게 된다.

2. 모세관 현상 (Capillary action)

앞에서 물 분자간에는 응집력이 작용한다고 했다. 같은 물질간의 분자간에 상호 끌어당기는 힘을 응집력이라고 하고 다른

물질간에 서로 당기는 힘을 부착력이라고 한다. 유체표면에서 유체간에 끌어 당기는 힘을 표면장력이라고 했는데 이들

표면장려과 응집력, 부착력이 상호작용하여 발생하는 현상으로 가르다란 관을 따라 유체가 따라 올가가는 현상을 말한다.

물의 경우에는 아래 왼쪽 그림과 같이 물의 비중력 보다 유리관에 부착력이 더 커서 유리관 위로 올가게 되고 (액체와 유리관 접착력 > 액체의 비중력(응집력)) 표면장력이 위쪽 방향으로 발생하므로 물을 끌어 올리게 되며 상승 높이는 표면장력의

힘과 (2πrσcosθ) 그로 인해 딸려 올라간 물의 무게 (γπr2h)가 평형을 이루는 지점까지가 된다.

수은은 유리관에 부착하려는 힘보다 응집력이 더 큰다. 유리벽 사이의 부착력이 수은 내부의 응집력 보다 작게 된다.

이로 인해 관 내부 주변의 표면이 아래로 향하게 되고 표면장력은 아래로 작용하게 되어 수은을 아래로 끌어 내래게 된다. 이때에도 표면장력에 의해 표면이 낮아진 액체의 부피에 해당하는 무게 만큼 위로 작용하는 부착력과 표면장력이 균형을

이루는 높이 만큼 낮아지게 된다.

3. 접촉각 (Contact angle)

공기중에 떠 있는 액체는 표면장력에 의해 구형태를 취하려고 하지만, 액체와 공기, 물체의 표면과 같이 3상이 만나게 되는

경우, 액체와 물체의 표면의 부착력(Adhesive force)과 액체의 응집력과의 관계에 따라 액체, 공기와 물체 표면 사이에 일정

한 각이 만들어 진다.

이것을 접촉각이라고 하며 접촉각은 물체 및 액체의 종류(성질), 표면의 상태(오염도) 등에 따라 달라진다.

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일반적인 표면에 대하여 물의 접촉각은 θ < π /2 이며, 이 경우 물은 잘 젖는 (wetting) 액체라고 한다. 반면에 수은은 접촉각

이 θ > π /2 로 non-wetting 액체라고 할 수 있다. 하지만 표면이 물을 잘 부착시키지 않는 소수성(Hydrophobic surface)

성질을 갖고 있다면, 이 경우엔 물도 θ > π /2 의 접촉각을 가질 수 있다. 방수 기능이 있는 등산복이나 우비에 물방울이

잘 달라붙지 않고 물방울처럼 맺혀 있다가 톡톡 털어내면 떨어지는 원리가 바로 기능성 원단 (소수성)을 사용했기 때문

이다. 이와는 반대로 물이 잘 부착되는 표면을 친수성(Hydrophilic surface)라고 한다.

#접촉각 #표면장력 #계면장력 #장력 #모세관현상 #친수성 #소수성 #응집력 #부착력

1. 표면장력

위 그림에서 수도꼭지에 물방울이 붙어 있고 물에 소금장이가 떠 있고 클립이 유류에 떠있으며

잎새에 물방울이 붙어 있는 것을 볼 수 있다. 어떻게 이런 일들이 발생할 수 있을까 ?

이런 현상은 액체와 기체간 또는 액체가 다른 물질과 만났을 때 나타나는 표면장력 때문에

발생한다. 위 그림 오른쪽을 보면 물분자들을 나타낸다. 물분자 위쪽으로는 공기와 접촉면

이 있다. 분자와 분자 사이에는 끌어 당기는 힘이 있다. 끌어 당기는 힘에는 같은 분자끼리

끌어 당기는 응집력과 다른 분자끼리 끌어 당기는 부착력이 있다. 물분자는 균일하게 분포되어 있어서

물분자의 경우 사방에서 균일한 힘이 작용하여 힘의 평형을 이루지만 물과 공기가 만나는 면에서는

물분자의 끌어 당기는 힘이 커서 힘의 불균형이 발생한다.

따라서 힘의 불균형을 최소화하기 위해 물은 표면을 구 형태로 만들게 된다.

그럼 지구 위에서 물방울은 완벽한 구의 형태를 이룰까 ?

아니다. 표면장력의 불균형으로 물방울이 구형태를 이룰려고 하지만 지구의 중력에 의해

완벽한 구 모양을 이룰 수 없다.

표면 장력은 σ 로 나타내는데

σ = 경계면의 힘 / 경계면의 길이

즉, 시그마(σ)는 경계면에 작용하는 힘을 경계면의 길이로 나누어 준 것이다.

응집력은 같은 물질이 끌어당기는 힘 (Cohesive Force)라고 하고 부착력은 다른 물질이

서로 끌어 당기는 힘 (Adhesive Force)라고 한다.

딱풀은 종이와 다른 물질을 붙이는 것으로 부착력을 이용하는 것이다. 위 그림에서 물방울

이 거미줄에 붙어 있는 것을 볼 수 있는데 이는 거미줄과 물방울에 작용하는 부착력이 물방

울에 작용하는 중력보다 크기 때문이다. 그림 아래에서 블록을 물에 적은 땅에 놓으면 불록

위로 물이 스며드는 것을 볼 수 있는데 이러한 현상은 물과 블록의 입자간의 부착력으로

발생한다.

위 그림에서 처럼 나뭇잎 위에 물방울이 만들어 지는 것은 물 내부의 압력과 공기의 압력 그

리고 물 표면의 표면장력에 의해서 만들어 진다. 오른쪽 그림의 붉은 색을 물이라고 가정하

면 물방울 내의 압력과 공기에 의한 압력의 차이를 △P라고 하고 경계면에서 작용하는 힘을

Fσ 표면장력이라고 하면 표면장력과 물방울의 내외부의 압력차이에 의해 물방울의 크기가

결정되게 된다.

표면장력과의 힘의 평형에 의해 물방울이 만들어 지므로 Fσ = σL =△PA라고 할 수 있다.

△PA에는 경계면에서 압력차를 나타내는데 A는 단면적을 나타낸다. 즉, 압력은 면적에

대한 개념이므로 힘의 차이를 나타내는 특정 구의 단면적을 말한다. 또한 σ 는 표면장력을

나타내는데 물질마다 다르다. 여기서는 물의 표면장력을 말하며 L은 물방울 구의 원주를

말한다. 따라서 L = 2πr 로 나타낼 수 있고 A = πr2 이다. 따라서 △P = 2σ / r 이 된다.

이 식의 의미는 압력의 차이는 물방울의 크기와 반비례하게 된다. 따라서 지표면에서의

물방울은 커지고 높은 곳에서의 물방울은 작아지게 된다.

이 때 표면장력 σ 는 온도에 따라 변화하게 된다. 아래 그림의 그래프는 물의 표면장력과 온

도와의 관계를 보여주고 있다.

위 그림은 거품 기포의 표면장력을 나타내는데 기포(거품)의 경우에는 표면장력이 2개가

작용한다. 즉 기포의 물은 내부와 공기 및 외부의 공기와의 표면장력이 발생하게 되어

△P = 2 σ / r 이란 식이 성립하게 된다.

따라서 기포가 물방울 보다 커지게 된다.

위 그림은 물이 접촉하는 물질이 친수성인지, 소수성인지를 구별하는 것인데, 위 그림 위 왼

쪽에는 연꽃잎에 물방울은 구의 형태를 이룰려고 하며 연꽃잎은 대표적인 소수성 물질이다.

그런데 물방울은 연꽃잎과 닿는 면적이 넓어져 접촉각 즉 바닥면선과 물의 접선이 만나는

각이 둔가 90 ˚ 를 넘게 된다. 그런데 친수성 물질에 물방울을 놓으면 접촉각이 예각 90˚

보다 작게 된다. 이와같이 친수성과 소수성이 나타나는 원인은 물이 갖고 있는 극성 때문이

다. 물분자는 산소원자 1개와 수소원자 2개가 결합한 형태인데 수소원가 2개가 한쪽에

치워쳐 붙어 있어서 물분자는 극성을 띠게 되는데 수소원자가 있는 곳이 플러스(+)가 되고

수소원자가 없는 곳이 마이너스(-)가 된다. 자동차 서리제거제 티타늄 다이옥사이드는

대표적인 친수성 물질이다. 유리는 소수성 물질이라서 물을 뿌리면 물방울이 땡그르르 떨어

지는데 티타늄 다이옥사이드를 뿌리면 친수성 물질이라서 유리표면에 달라붙어 서리를 제

거 하게 된다.

​

2. 모세관 현상 (capillary action)

위 그림은 모세관 작용에 대한 그림이다.

물은 지구상에 있는 액체 중에서 용해력이 매우 높은 물질중 하나다. 이런 용해작용에 의하

여 식물들이 땅속에서 물이 각종 미네랄을 녹여서 미네랄을 함유하고 있으면 이 물을 뿌리

를 통해서 흡수하여 영양분을 흡수하게 된다. 위 그림의 가운데 부분은 유리관 2개가 물에

꼽혀 있는데 작은 유리관의 물이 더 높이 올라가 있는 것을 볼 수 있다. 실제로 유리관 속에

도 중력이 작용하므로 유리관 밖에 있는 물과 수면이 같아야 하는데 유리관 표면과 물의

상호작용에 의해서 작은 유리관의 물이 높이 올라가게 된다.

유리관의 관표면과 물이 올라가 있는 부분을 확대하여 보면 물의 입자들이 있는 것을 볼 수

있다. 검은 색 구가 유리의 고체 입자이고 노란색 구가 물의 액체입자이다. 유리 분자와 물

간에는 부착력이 작용하고 물분자 상호간에는 응집력, 그리고 물분자와 공기사이에는 표면

장력이 작용한다. 모세관 작용은 이와같은 부착력, 응집력, 표면장력에 의해 발생한다.

오른쪽 그림을 보면 물이 올라간 물량의 중력은 물의 부피 × 비중량 으로 나타낼 수 있고

표면장력은 관의 둘레에 접촉각의 코사인값에 의해 구할 수 있다.

이 힘이 같을 때까지 물이 올라가게 된다.

위 그림은 물에 유리관을 꼽은 경우와 수은에 유리관을 꼽은 경우를 비교한 것이다. 물은

유리관을 통해 올라가고 수은은 오히려 내려간다. 이러한 현상은 왜 일어나는가 ?

이는 응집력과 부착력은 질량과 관련이 있는데 물의 경우에는 물의 응집력 보다 유리의 부

착력이 크고, 수은의 경우에는 수은의 응집력이 유리의 부착력 보다 크기 때문에 이러한 현

상이 발생한다.

위 그림에서는 육면체에 형성되는 거품이 평면이 되는 것을 보여 준다.

그런데 왜 구가 되지 않고 평면이 되는 걸까 ? 평면은 구의 지름이 ∞인 경우를 말한다.

반지름r이 무한대 이면 압력차는 "0"이 된다. 즉, 육면체 거품의 안과 밖의 압력차가 없기

때문에 표면이 평면이 되는 것이 가능해지는 것이다.

​

#유체 #유체역학 #표면장력 #응집력 #부착력 #물 #수은 #구 #물방울 #압력

1. 옥내 소화전 설비

옥내 소화전 설비를 알아 보기 전에 우선 계통도를 보면서 작동 상황 등을 알아 보자.

위 그림은 부압방식의 펌프로 운용되는 옥내소화전 설비의 계통도를 나타낸다.

옥내 소화전함에는 그림 아래에서 보듯이 호스릴과 방수구 밸브가 있다. 소화전을 운용하기

위해 방수구 밸브를 열면 호스릴을 통해 물이 방출되는데 물의 방출로 인하여 펌프의 2차측

관의 압력이 낮아 진다. 관의 압력이 낮아지면 압력챔버의 압력스위치가 개방되고 이를 수

신기에 전달하면 수신기에서 펌프모터의 제어반에 신호를 주어 펌프가 기동하게 된다.

​

가. 소화전의 부속품 (펌프)

① 부압방식

  ▣ 수원이 펌프 보다 낮은 위치에 있다. 펌프에 압력이 (-)로 걸린다.

     ※ 펌프에 물이 채워져 있어야만 펌핑을 할 수 있다.

② 정압방식

  ▣ 수원이 펌프 보다 높은 위치에 있다. 펌프에 압력이 (+)로 걸린다.

​

【 NPSH 】 (유효 흡입 양정)

​

※ 양정과 같은 말이 수두이며 단위는 [m] 이다.

         1[atm] = 760 [㎜Hg] = 10.332 [mAq (H2O)]

                    = 0.101325 [MPa] = 101,325 [Pa]

​

[단위 환산의 예] 102,576 [Pa]의 수두는 얼마인가 ?​

[예제 2] 아래 그림과 같이 100 [m] 높이의 B지점에서 물을 부어 채웠을 때 A지점에서의 수압은 몇 MPa 인가 ?

[문제풀이]​

[예제3] 그림과 같은 관의 마찰손실 수두는 몇 [mAq (H2O)] 인가 ?

[문제풀이]​

【 NPSH(유효흡입양정)】

▣ 유효 흡입 양정은 펌프가 어느 정도의 양정까지 펌핑을 할 수 있는가를 나타낸다.

▣ 흡입양정은 펌핑을 해야 하는 필요 양정을 말한다.

  ※ 부압방식 : 압력이 펌프에 마이너스(-)로 걸리는 펌핑방식이다.

      정압방식 : 압력이 펌프에 플러스(+)로 걸리는 펌핑방식이다.

      따라서 부압방식과 정압방식에 따라 펌프의 압력산정 방식이 달라지게 된다.

​

#옥내소화전설비 #소화전 #압력챔버 #유효흡입양정 #부압방식 #정압방식

#단위환산 #수두 #마찰손실 #체크밸브 #양정 #펌핑 #수신기 #제어반

1. 소방시설의 종류

 가. 경보설비 : 소리로 경보하는 설비 (전기설비)

 나. 소화설비 : 소화기구, 자동소화장치, 옥내소화전, 옥외소화전, 스프링클러설비 등, 물 분무등 소화설비

 다. 피난구조설비 : 유도등, 유도표지 등 (전기설비), 피난기구, 인명구조기구

 라. 소화활동설비 : 소방대가 사용하는 설비, 비상콘센트, 무선통신보조설비 (전기설비) 제연설비, 연결송수관설비,

       연결살수설비, 연소방지설비

 마. 소화용수설비 : 상수도소화용수설비, 소화수조 및 저수조

​

Chapter 1. 소화설비

1. 소화설비의 정의

  ▣ 물, 그 밖의 소화약제를 사용하여 소화하는 기계 · 기구 또는 장비

​

2. 소화설비의 구성도

가. 소화기구

  ① 소화기 : 수동식 소화기를 줄여 소화기라고 한다.

  ② 자동확산소화기 : 주로 주방이나 보일러실에 설치

  ③ 간이소화용구 : 에어로졸식 소화용구, 투척용 소화용구 및 소화약제 외의 것을 이용한 간이 소화용구

                                (마른 모래, 팽창질석, 팽창질석진주암)

나. 자동소화장치 ★

  ① 주거용 주방자동소화장치 (필기시험에 나옴)

  ② 상업용 주방자동소화장치         ③ 캐비닛형 자동소화장치    ④ 가스 자동소화장치 ⑤ 분말 자동소화장치

  ⑥ 고체에어로졸 자동소화장치

​

다. 옥내 소화전설비 (호스릴 옥내소화전설비를 포함)

라. 스프링클러설비 등

  ▣ 스프링클러설비, 간이스프링클러설비 (캐비닛형 간이스프링클러설비를 포함), 화재조기 진압용 스프링클러 설비

마. 물분무등 소화설비

  ▣ 물분무소화설비, 미분무소화설비, 포소화설비, 이산화탄소 소화설비, 할론소화설비, 할로겐 화합물 및 불활성기체

       소화설비, 분말 소화설비, 강화액 소화설비, 고체 에어로졸 소화설비

​

3. 소화기구 및 자동소화장치

가. 설치대상 (화재예방, 소방시설 설치유지 및 안전관리에 관한 법률 시행령 [별표5])

나. 소화기의 분류

【 소화기구 】

  ① 소화기

  ② 자동확산소화기

  ③ 간이소화용구 : 에어로졸식 소화용구, 투척용 소화용구 및 소화약제 외의 것을 이용한 간이 소화용구

다. 소화능력단위에 의한 분류 ★★★

  ※ 소형 : 소화능력단위 : 1단위 이상

       대형 : A급 : 10단위 이상, B급 20단위 이상

        * 대형은 바퀴와 운반대가 달려 있다.

▣ 대형소화기의 소화약제 충전량 (소화기의 형식승인 및 제품검사기술기준 제10조) ★★

② 가압식 소화기

   소화약제의 방출원이 되는 가압가스를 소화기 본체 용기와는 별도의 전용용기 (소화기 가압용 가스용기)에 충전하여

   장치하고 소화기 가압용 가스의 작동 봉판을 파괴하는 등의 조작에 의하여 방출되는 가스의 압력으로 소화약제를

   방사하는 방식의 소화기

​

마. 가스계 소화기 (이산화탄소 · 할론 · 할로겐 화합물 및 불활성기체 소화기) ★★★

  ① 방사후 이 물질로 인한 피해를 방지한다.

  ② 가스계 소화기의 적용 장소

      ㉠ 전기설비 ♣      ㉡ 케이블실         ㉢ 전산실      ㉣ 통신실 ♣          ㉤ 서고            ㉥ 박물관

      ㉦ 석탄창고          ㉧ 면화류 창고    ㉨ 주차장      ㉩ 인화성 액체     ㉪ 가연성 고체

      ㉫ 가연성 액체      ㉬ 가연성 가스 ♣

​

바. 소화기의 설치기준 ★★★

1) 소화기의 설치기준 (NFSC 101 제4조 ① 4)

   ① 각 층 마다 설치하되 특정소방대상물의 각 부분으로 부터 1개의 소화기 까지의 보행거리가 소형소화기의 경우에는

        20 [m] 이내 (대형소화기 : 30 [m] 이내)가 되도록 배치 할 것

   ② 특정소방대상물의 각 층이 2 이상의 거실로 구획된 경우에는 바닥면적이 33[㎡] 이상으로 구획된 각 거실 (아파트의

        경우에는 각 세대)에도 배치할 것

​

▣ 각종 설비 등의 설치 거리 ★★★

  ※ ① 연소방지설비 방수구의 살수구역 안내 표지 : 1 [m] 이내

      ② 제수구, 흡수관 투입구 (소방차가 쉽게 접근할 수 있는 위치) : 2 [m] 이내

​

  ※ 암기법 : 10 배 , 호스릴 15 (할론 호스릴 20 [m]

                    옥내 소화전 방수구 25 [m]

                    연결 송수관 방수구 50 [m] - 지하가, 바닥면적 3.000 [㎡] 이상 25 [m]

                    옥외 소화전 : 40 [m]

                     상수도 : 140 [m]

2) 주거용 주방자동 소화 장치의 설치기준 (NFSC 101 제4조 ② 1) ★★★

  ① 소화약제 방출구는 환기구 (주방에서 발생하는 열기류 등을 밖으로 배출하는 장치)의 청소부분과 분리되어 있어야

       하며 형식승인 받은 유효 설치 높이 및 방호 면적에 따라 설치할 것

  ② 감지부는 형식 승인 받은 유효한 높이 및 위치에 설치할 것

  ③ 차단장치(전기 또는 가스)는 상시 확인 및 점검이 가능하도록 설치할 것

  ④ 가스용 주방자동 소화장치를 사용하는 경우 탐지부는 수신부와 분리하여 설치하되, 공기보다 가벼운 가스를 사용하는

       경우에는 천장면으로 부터 30 [㎝] 이하의 위치에 설치하고 공기보다 무거운 가스를 사용하는 장소에는 바닥면으로

        부터 30 [㎝] 이하의 위치에 설치할 것

  ⑤ 수신부는 주위의 열기류 또는 습기 등과 주위 온도에 영향을 받지 아니하고 사용자가 상시 볼 수 있는 장소에 설치할

       것

※ 주거용 : APT, 30층 이상의 오피스텔 모든 층

        ※ 전기용에는 탐지부가 없다.

​

▣ 상업용 주방 자동소화장치의 설치기준 (NFSC 101 제4조 ② 2)

  ⊙ 소화장치는 조리기구의 종류별로 성능인증 받은 설계메뉴얼에 적합하게 설치할 것

  ⊙ 감지부는 성능인증 받은 유효 높이 및 위치에 설치할 것

  ⊙ 차단장치 (전기 또는 가스)는 상시 확인 및 점검이 가능하도록 설치할 것

  ⊙ 후드에 방출되는 분사헤드는 후드의 가장 긴 변의 길이까지 방출될 수 있도록 방출 방향 및 거리를 고려하여 설치할 것

  ⊙ 덕트에 방출되는 분사 헤드는 성능인증 받은 길이 이내로 설치할 것

▣ 주거용 자동 소화장치 탐지부의 설치기준 (가스용 주방 자동소화장치를 사용하는 경우)  ★★★

   ⊙ LNG (메탄 (CH4) : 액화 천연 가스

   ⊙ LPF (프로판 (C3H8), 부탄 (C4H10) ) 액화 석유 가스

​

3) 소화기의 감소기준

  ▣ (지하층을 제외한 11층 이상의 부분, 근린생활시설, 위락시설, 문화 및 집회시설, 운동시설, 판매시설, 숙박시설,

        노유자 시설, 의료시설, 아파트, 업무시설 (무인 변전소 제외) 방송통신시설, 교육연구시설, 항공기 및 자동차 관련

         시설, 운수시설, 관광휴게 시설은 제외)

4) 대형 소화기의 면제 기준

  ▣ 옥내 소화전 설비, 옥외 소화전설비, 스프링클러설비, 물분무 등 소화설비를 설치하는 경우 (해당 설비의 유효 범위

       안의 부분)

​

5) 소화약제 외의 것을 이용한 간이 소화용구의 능력단위 (NFSC 101 [별표2]) ★★★

▣ 이산화탄소 또는 할로겐 화합물을 방사하는 소화기구 (자동확산소화기를 제외한다)는 지하층이나 무창층 또는 밀폐된

     거실로서 그 바닥면적이 20 [㎡] 미만의 장소에는 설치 할 수 없다. 다만, 배기를 위한 유효한 개구부가 있는 장소인 경우

     에는 그러하지 아니하다.

​

▣ 물분무 등 소화설비

   ① 물분무 소화설비    ② 미분무 소화설비    ③ 포소화설비    ④ 이산화탄소 소화설비   ⑤ 할론소화설비

   ⑥ 할로겐 화합물 및 불활성기체 소화설비    ⑦ 분말 소화설비 ⑧ 강화액 소화설비    ⑨ 고체 에어로졸 소화설비

​

6) 특정 소방대상물별 소화기구의 능력단위 기준 (NFSC 101 [별표3]) ★★★

    ※ 주로 실기 시험에 나오는 것

      ⊙ 능력단위를 산출한 후에 소화기 개수를 산정한다.

   ※ 암기법    위락시설               : 1단위 / 30 [㎡]

                     공,집,관,문,의,장    : 1단위 / 50 [㎡]

                     기타                        : 1단위 / 100 [㎡]

           * 내화구조는 2배를 한다.

예제) 판매시설 1,000 [㎡] 의 경우 소화능력 단위는 ?

           1,000 / 100 = 10단위

             ⊙ 3단위 소화기를 사용하는 경우 소화기 개수는 ? 10 ÷ 3 ≒ 4개

예제 실기) 다음과 같은 위락시설의 소화능력 단위는 ?

[참고] 소화기간의 거리, 방의 넓이에 따라 소화기 설치개수가 달라질 수 있다.

7) 부속용도별로 추가해야 할 소화기구 및 자동소화장치 (NFSC 101 [별표 4]) ★★

[예제] 다음과 같은 주차장과 보일러실의 소화기 설치 개수는 ?

▣ 자동확산소화기의 설치 ★

​

사. 소화기의 형식 승인 및 제품 검사의 기술 기준

  1) 소화기의 방사성능 시험 (소화기의 형식 승인 및 제품검사의 기술기준 제19조) ★

    ① 방사조작완료 즉시 소화약제를 유효하게 방사할 수 있어야 한다.

    ② 소화기의 방사시간은 20 ± 2 [℃] 온도에서 8초 이상이어야 하고 사용상한온도, 20 ± 2[℃]의 온도, 사용하한온도에서

         각각 설계값의 ±30 [%] 이내이어야 한다.

   ③ 방사거리가 소화에 지장없을 만큼 길어야 한다.

   ④ 충전된 소화약제의 용량 또는 중량의 90[%] 이상이 방사되어야 한다. (90[%] 이상이어야 방사성능시험 합격)

2) 사용온도범위 (소화기의 형식승인 및 제품검사의 기술기준 제36조) ★★

3) 소화기의 표시사항 (소화기의 형식승인 및 제품검사의 기술기준 제38조)

   ① 종별 및 형식    ② 형식승인번호♣     ③ 제조년월 및 제조번호 ♣   

   ④ 제조업체명 또는 상호, 수입업체명 (수입품에 한함)  ⑤ 사용온도 범위 ♣    ⑥ 소화능력단위

   ⑦ 충전된 소화약제의 주성분 및 중량     ⑧ 총 중량    ⑨ 소화약제 형식번호    ⑩ 취급상 주의사항

   ⑪ 사용방법   ⑫ 품질보증에 관한 사항   ⑬ 용기, 밸브, 호스, 소화약제, 주원료에 대한 원산지

        (비치장소 X)

4) 자동차용 소화기 (소화기의 형식승인 및 제품검사의 기술기준 제9조)

  ① 강화액 소화기 (안개모양으로 방사되는 것)

  ② 포소화기   ③ 이산화탄소 소화기    ④ 할로겐 화합물 소화기    ⑤ 분말 소화기

​

아. 소화기구의 소화약제별 적응성 (NFSC 101 [별표1]) - 개정

주) "●" 의 소화약제별 적응성은 「화재예방, 소방시설 설치 유지 및 안전관리에 관한 법률」 제36조에 의한 형식승인 및

      제품검사의 기술기준에 따라 화재 종류별 적응성에 적합한 것으로 인정되는 경우에 한한다.

  ※ 전기실에 적응성이 없는 것 ? 마른 모래, 팽창 질석, 팽창 진주암

​

【 참고 】 위험물의 소화방법 ★★★

  1. 제1류 위험물 (산화성 고체)

       ▣ 다량의 물로 냉각 소화 (무기과산화물은 물과 반응하므로 마른 모래로 질식 소화)

  2. 제2류 위험물 (가연성 고체)

     ① 적린, 유황 : 물로 냉각 소화

     ② 황화린 : 마른 모래 또는 CO2 로 질식 소화

     ③ 철분, 마그네슘, 금속분 : 마른 모래 또는 금속화재용 소화약제로 질식 소화

3. 제3류 위험물 (금수성 물질, 자연발화성 물질)

   ▣ 마른 모래, 팽창질석, 팽창 진주암 또는 금속화재용 소화약제로 질식 소화 (금속 칼륨 (K)은 적절한 소화수단이 없으나

        팽창질석, 팽창 진주암 또는 금속화재용 소화약제로 연소확대 방지

  ※ 제5류 위험물이 나온면 물이 가능하나 물을 많이 뿌리고 자연진화될 때 까지 기다린다.

​

#소화기구 #불활성기체 #소화약제 #소화기 #소화전 #스프링클러 #자동확산소화기

#에어로졸 #전기화재 #유류화재 #이산화탄소 #할론 #방수구 #방출구 #탐지부

#감지부 #수신기 #분말소화기 #강화액 #형식승인 #방사거리