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1. 스프링클러설비의 종류

스프링클러 설비
⊙ 습식 스프링클러 설비
⊙ 건식 스프링클러 설비
⊙ 준비작동식 스프링클러 설비
⊙ 일제살수식 스프링클러 설비
⊙ 부압식 스프링클러 설비

◈ 스프링클러설비의 비교

 

1. 습식 스프링클러 설비

가압송수장치에서 폐쇄형 스프링클러 헤드 까지 배관 내에 항상 물가압되어 있다가 화재로 인한 열로 폐쇄형 스프링

     클러 헤드가 개방되면 배관 내에 유수가 발생하여 습식 유수검지장치가 작동하게 되는 스프링클러 설비

 

① 구성 요소

  ㉠ 수원    ㉡ 가압송수장치    ㉢ 배관 ㉣ 송수구    ㉤ 습식 유수검지장치 (알람체크밸브)   ㉥ 시험장치   ㉦ 헤드 (폐쇄형)

  ㉧ 제어반   ㉨ 전원   ㉩ 배선

[참고] 습식 스프링클러 설비의 작동 흐름도

 

 ② 알람체크밸브 (Alarm check valve)

 

  ㉠ 알람체크밸브 (자동경보밸브) : 폐쇄형 스프링클러 헤드가 개방되면 배관 내 유수발 생하여 작동하게 되어 1차측

                                                        가압수2차측으로 송수한다.

  ㉡ 압력스위치 : 알람체크밸브에 설치되어 헤드가 개방, 2차측으로 물이 송수되어 압력 스위치 내의 벨로스 (Bellows)가

                            가압되면 접점이 붙어 제어반에 신호를 보내는 스위치

  ㉢ 1차측 압력계 : 클래퍼 아래측, 즉 펌프측의 압력을 지시

  ㉣ 2차측 압력계 : 클래퍼 위측, 즉 헤드측의 압력을 지시

  ㉤ 배수밸브 : 알람체크밸브의 작동시험 및 2차측 배관의 청소 또는 수리 등이 필요할 때 개방하여 사용하는 밸브

  ㉥ 리타딩 챔버 : 누수로 인한 습식 유수검지장치의 오작동방지하기 위한 장치로서, 리타딩챔버의 역할(용도)

                             다음과 같다.

    ⊙ 습식 유수검지장치의 오작동 방지

    ⊙ 안전장치의 기능

    ⊙ 배관압력스위치소손방지

 

[참고] 리타딩챔버가 설치된 알람체크밸브에 비화재시 오보가 울릴 경우 점검사항

  ① 리타딩 챔버 상단에 설치된 압력스위치의 상태 점검

  ② 리타딩 챔버 상단에 설치된 압력스위치 배선의 누전 및 합선 상태 점검

  ③ 리타딩 챔버 오리피스의 상태 점검

 ③ 패들형 유수검지장치

  ㉠ 배관 내에 유체가 흐르면 패들(Paddle)이 움직여 접점이 붙어 제어반신호를 보내는 유수검지장치

 

  ㉡ 기능

    ⊙ 유수 경보 기능

    ⊙ 호칭구경에 관계없이 사용이 가능

[참고] 자동경보장치의 압력스위치와 압력 챔버의 압력스위치의 비교 - 6~7년에 한번

구 분
자동경보장치의 압력 스위치
압력챔버의 압력 스위치
설치목적
자동경보밸브의 작동신호를 감시
제어반에 보내 화재발생을 알리기위하여
배관내 압력변동을 감지하여 펌프를
기동 및 정지시키기 위하여
작동방법의
차이점
리타딩챔버 또는 압력스위치 내의
압력 증가시 접점이 붙어 작동
압력 챔버 내의 압력 저하시 접점이
붙어 작동
 

2. 건식 스프링클러설비

▣ 건식 유수검지장치 2차측에 압축공기 또는 질소 등의 기체로 충전된 배관에 폐쇄형 스프링클러 헤드가 부착된 스프링클

     러 설비로서, 폐쇄형 스프링클러 헤드가 개방되어 배관 내의 압축공기 등이 방출되면 건식 유수검지장치 1차측의 수압

     에 의하여 건식 유수검지장치가 작동하게 되는 스프링클러설비

 
 

 ① 구성요소

  ㉠ 수원      ㉡ 가압송수장치   ㉢ 배관    ㉣ 송수구    ㉤ 건식유수검지장치(드라이밸브)  ㉥ 시험장치   ㉦ 헤드 (폐쇄형)

  ㉧ 제어반   ㉨ 전원          ㉩ 배선

 

 ② 드라이밸브 (Dry valve)

 

  ㉠ 액셀레이터 (Accelerator), 익져스터 (Exhauster) : 긴급개방장치 (Quick opening device)를 말하며 드라이 밸브 개방시

        2차측 압축공기신속히 배출시켜 1차측 가압2차측에 신속히 송수하게 하는 기능을 한다.

  ㉡ 에어레귤레이터 (Air regulator) : 자동식 공기압축기일반 컴프레셔를 사용하는 경우 드라이 밸브와 공기공급관

                                                             사이에 설치하여 공기를 조절한다.

  ㉢ 로우알람밸브 (Low alarm switch) : 드라이밸브 2차측의 헤드 개방 또는 압축공기의 누설이 될 경우 경보하는 장치

       이다.

  ㉣ 자동식 공기압축기 (Auto type compressor) : 드라이밸브의 2차측 배관에 연결하여 2차측 배관의 압축공기를 채우는

       장치이다.

[참고] 건식 밸브의 클래퍼 상부에 일정한 수면을 유지하는 이유

  ① 클래퍼 2차측에 물을 채워둠으로서 클래퍼 쪽으로 작용하는 공기압력이 클래퍼에 수직으로 균일하게 작용하게 된다.

  ② 2차측 공기압, Priming water의 자체 중량, 클래퍼의 자체중량이 2차측에서 1차측으로 작용한다. 따라서 클래퍼 1차

       측, 2차측의 면적비 중 2차측 공기압을 받는 면적이 1차측 수압을 받는 면적보다 더 크므로 낮은 공기압으로도 파스칼

       의 원리에 의해 압력차를 유지하게 된다.

  ③ 클래퍼에 틈새가 생겨 누수가 되면 드레인 밸브에서 물방울이 떨어지게 되므로 클래퍼의 완전 폐쇄 여부를 확인할 수

       있다.

  ④ 클래퍼 2차측의 공기압은 가압수 압력에 비해 약 1/5 정도이다. 따라서 화재시 약 10% 정도의 압력 감소로도 클래퍼가

       쉽게 개방된다.

  ⑤ 클래퍼 2차측에 낮은 공기압을 채워둠으로서 화재시 클래퍼를 신속하게 개방하여 소화할 수 있다.

[참고] 건식 스프링클러설비의 압축공기 공급장치 배관도

 

3. 준비작동식 스프링클러 설비

가압송수장치에서 준비작동식 유수검지장치 1차측까지 배관 내에 항상 물이 가압되어 있고 2차측에서 폐쇄형 스프링클

     러 헤드까지 대기압 또는 저압으로 있다가 화재발생시 감지기의 작동으로 준비작동식 유수검지장치가 작동하여 폐쇄형

      스프링클러 헤드까지 소화용수가 송수되어 폐쇄형 스프링클러 헤드가 열에 따라 개방되는 방식의 스프링클러 설비

 

 ① 구성요소

  ㉠ 수원    ㉡ 가압송수장치    ㉢ 배관    ㉣ 송수구    ㉤ 준비작동식 유수검지장치 (프리액션밸브)  ㉥ 감지기 ㉦ 기동장치    ㉧ 헤드 (폐쇄형)    ㉨ 제어반    ㉩ 전원    ㉪ 배선

[참고] 준비작동식 스프링클러설비의 작동 흐름도

 

 ② 프리액션밸브 (Preaction valve)

  ㉠ 슈퍼비죠리판넬 (Supervisory panel) : 전원램프, 밸브 개방 확인 램프, 밸브 주의 확인램프, 수동기동 스위치, 전화로

                                                                      구성

  ㉡ 솔레노이드 밸브 (Solenoid valve) : 감지기 또는 슈퍼비죠리판넬에서 수동기동시리액션밸브를 개방시키는 밸브

  ㉢ 감지기 (Detector) : 준비작동식 스프링클러 설비에서 경보프리액션밸브개방키는 역할을 한다.

 

 ③ 프리액션밸브의 종류 (10년에 한번 출제)

   ㉠ 전기식 : 준비작동식 밸브 클래퍼를 기준으로 1차측에는 가압수, 2차측에는 대기압태로 있다가 화재감지기가 동작

                      하면 솔레노이드 밸브작동하여 클래퍼가 열려 준비 작동식 밸브를 작동시키는 방식

   ㉡ 기계식 : 준비작동식 밸브 클래퍼를 기준으로 1차측에는 가압수, 2차측에는 대기압태로 있다가 화재감지가가 동작

                      하면 솔레노이드 밸브가 작동하여 중간 챔버 (다이어프램)실의 배수되고, 중간챔버 급수배관의 제한

                      오리피스로 인해 배수량이 급수량을 능가하여 중간챔버가 감압되어 압력균형이 깨져서 푸시로드 (push-rod)

                      가 래치 (latch)를 고정해제하여 클래퍼가 열려 준비작동식 밸브를 작동시키는 방식

   ㉢ 뉴메틱식 : 준비작동식 밸브 클래퍼를 기준으로 1차측에는 가압수, 2차측에는 대기압 상태로 있다가 감지기릴리즈

                      박스 (Release box)에 가압공기를 채워두고 에 의감지기공기팽창되면 동관을 통해 릴리즈 박스

                      공기팽창하여 이 팽창력의해 다이어프램작동 클래퍼가 열려 준비작동식 밸브를 작동시키는 방식

[참고] PORV (Pressure Operated Relief Valve) : 5년에 1번 출제

  ① 차압자동식 다이어프램 타입프리액션밸브자력에 의해 복구하려는 성질이 있으며 복구시 수격현상에 의해 밸브

       가 파손되어 소화에 지장을 가져온다. 따라서, 다이어프램의 수압을 배출하여 밸브의 폐쇄를 방지할 필요가 있다.

  ② PORV프리액션밸브 작동 후 다이어프램실로 1차측 가압수가 들어가 밸브가 폐쇄되는 것을 방지하기 위해 2차측

       가압수 압력으로 1차측과 다이어프램을 연결하는 배관을 차단하는 밸브를 말하며 압력에 의해 작동하는 압력제거

       밸브이다.

 

[참고] 스프링클러 설비의 차이점

 

가. 습식 스프링클러설비 · 건식 스프링클러설비의 차이점

습 식
건 식
① 습식 유수검지장치를 기준으로 1차측, 2차측 배관 내에
     가압수로 채워져 있다.
② 구조가 간단하다.
③ 2차측 배관에 보온이 필요하다.
④ 설비비가 저가이다.
⑤ 소화개시 시간이 빠르다.
⑥ 평상시 2차측 배관에 누수의 우려가 있다.
⑦ 알람체크밸브를 사용한다.
① 건식 유수검지장치를 기준으로 1차측에는 가압수,
     2차측에는 압축공기 또는 질
소 등으로 채워져 있다.
② 구조가 복잡하다.
③ 2차측 배관에 보온이 불필요하다.
④ 설비비가 고가이다.
⑤ 소화개시 시간이 느리다.
⑥ 평상시 2차측 배관에 누수의 우려가 없다.
⑦ 드라이밸브를 사용한다.

나. 습식 스프링클러설비와 준비작동식 스프링클러 설비의 차이점

습 식
준비 작동식
① 습식 유수검지장치를 기준으로 1차측, 2차측 배관 내에
     가압수로 채워져 있다.
② 구조가 간단하다.
③ 2차측 배관에 보온이 필요하다.
④ 설비비가 저가이다.
⑤ 소화개시 시간이 빠르다.
⑥ 평상시 2차측 배관에 누수의 우려가 있다.
⑦ 알람체크밸브를 사용한다. 
① 준비작동식 유수검지장치를 기준으로 1차측 배관 내에는
     가압수로 충수, 2차
측 배관내에는 대기압 상태로 되어 있다.
② 구조가 복잡하다.
③ 2차측 배관에 보온이 불필요하다.
④ 설비비가 고가이다.
⑤ 평상시 2차측 배관에 누수의 우려가 없다.
⑥ 기동장치로 감지기가 필요하다.
⑦ 프리액션밸브를 사용한다.

다. 건식 스프링클러설비와 준비작동식 스프링클러설비의 차이점

건 식
준비 작동식
① 건식 유수검지장치를 기준으로 1차측 배관 내에는
     가압수로 충수, 2차측에는
배관 내 압축공기 또는
     질소 등으로 채
워져 있다.
② 기동장치로 감지기가 필요없다.
③ 드라이 밸브를 사용한다.
① 준비작동식 유수검지장치를 기준으로 1차측 배관 내에는
     가압수로 충수, 2차
측 배관내에는 대기압 상태로 되어 있다.
② 기동장치로 감지기가 필요하다.
③ 프리액션밸브를 사용한다.

4. 일제 살수식 스프링클러 설비 ★★

 

가압송수장치에서 일제개방밸브 1차측까지 배관 내에 항상 물이 가압되어 있고 2차측에서 개방형 스프링클러 헤드까지

     대기압으로 있다가 화재발생시 자동감지장치 또는 수동식 기동장치의 작동으로 일제 개방밸브가 개방되면 스프링클러

     헤드까지 소화용수가 송수되는 방식의 스프링클러 설비

  ※ 무대부, 연소할 우려가 있는 개구부

 

① 구성요소

  ㉠ 수원    ㉡ 가압송수장치    ㉢ 배관    ㉣ 송수구    ㉤ 일제개방밸브 (델루지밸브)   ㉥ 감지기 ㉦ 기동장치

  ㉧ 헤드 (개방형)    ㉨ 제어반   ㉩ 전원    ㉪ 배선

② 델루지밸브 (Deluge valve)

  ㉠ 가압개방식 : 화재감지기 또는 수동스위치를 조작하여 전자개방밸브를 개방시키거나 수동개방밸브를 개방하면

                           가압수가 중간챔버를 가압하여 경보델루지밸브가 개방하는 방식

  ㉡ 감압개방방식 : 화재감지기 또는 수동스위치를 조작하여 전자개방밸브를 개방시키거나 수동개방밸브를 개방하면

                            가압수가 중간챔버를 감압하여 경보델루지 밸브가 개방하는 방식

 

5. 부압식 스프링클러설비

▣ 가압송수장치에서 준비작동식 유수검지장치의 1차측 까지는 항상 정압의 물이 가압2차측 폐쇄형 스프링클러

     헤드까지는 소화수가 부압으로 되어 있다가 화재시 감지기의 작동에 의해 정압으로 변하여 유수가 발생하면 작동하는

      스프링클러 설비

 

① 구성요소

  ㉠ 수원    ㉡ 가압송수장치    ㉢ 진공펌프    ㉣ 배관    ㉤ 송수구  ㉥ 준비작동식 유수검지장치 (프리액션밸브)

  ㉦ 감지기    ㉧ 기동장치    ㉨ 헤드 (폐쇄형)  ㉩ 제어반   ㉪ 진공제어반   ㉫ 전원    ㉬ 배선

② 부압식 스프링클러설비의 효과

  ㉠ 스프링클러설비 오작동시 소화수 방출에 의한 수손피해방지한다.

  ㉡ 배관 등의 부식으로 인한 소화수 방출사고예방한다.

  ㉢ 지진 등의 외력으로 인한 배관 이탈에 따른 소화수 방출사고를 예방한다.

  ㉣ 기존 준비작동식 스프링클러설비에서 습식 스프링클러설비대체할 경우 공기배출시간제거되어 초기 진화능력

       우수해진다.

③ 부압식 스프링클러설비 오작동시 작동 흐름

 

④ 부압식 스프링클러설비 오작동시 작동 설명

  ㉠ 스프링클러 헤드 파손

  ㉡ 공기 흡입

  ㉢ 2차측 압력 상승

  ㉣ 진공 스위치 작동

  ㉤ 스프링클러 설비 배관 고장 신호 표시 및 경보

  ㉥ 진공밸브 개방 제어

  ㉦ 연속공기흡입 (진공스위치 연동)

⑤ 부압식 스프링클러설비 화재시 작동 흐름

 

⑥ 부압식 스프링클러 설비 화재시 작동 설명

   ㉠ 화재 발생

   ㉡ 화재감지기 작동 (화재표시 → 화재예고신호 → 화재판정 → 화재방송)

   ㉢ 진공펌프 작동 정지 제어

   ㉣ 진공스프링클러설비 제어부 화재신호 (화재판정 후 → 화재신호 송출)

   ㉤ 기동제어 (솔레노이드 밸브 개방)

   ㉥ 프리액션밸브 개방으로 2차측으로 소화수 유입 (2차측 부압 → 정압 가압)

   ㉦ 유수검지스위치 (압력스위치) 작동

   ㉧ 유수검지신호를 감시제어반(수신부)에 송출 (감시제어반(수신부) 작동 표시)

   ㉨ 폐쇄형 헤드 개방

   ㉩ 소화

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1. 교육연구시설(연구소)로서 다음 조건에- 따라 각 물음에 답하시오. (12점) ★★★★★

[조건]

① 건물의 층별 높이는 다음과 같으며 지상층은 모두 창문이 있는 건축물이다.

구분
지하2층
지하1층
지상1층
지상2층
지상3층
지상4층
지상5층
층높이m
5.5
4.5
4.5
4.5
4.0
4.0
4.0
반자높이
m
5.0
4.0
4.0
4.0
3.5
3.5
3.5
바닥면적
2,500
2,500
2,000
2,000
2,000
1,800
900

② 지상1층에 있는 국제회의실은 바닥으로 부터 반자(헤드 부착면)까지의 높이가 8.5[m] 이다.

③ 지하 2층 물탱크실의 저수조는 바닥으로 부터 3m 높이에 후드밸브 (foot)가 위치해 있으며 이 높이까지 물은 상시 가득

     차 있다. 저수조는 일반 급수용과 소방용을 겸용으로 사용하며 내부크기는 가로 8m, 세로 5m, 높이 4m이다.

④ 스프링클러 헤드 설치시 반자 (헤드 부착면) 높이는 위 표에 따른다.

⑤ 배관 및 관부속의 마찰손실수두는 실양정의 30 % 이다.

⑥ 펌프의 효율은 60 %, 전달계수는 1.1 이다.

⑦ 산출양은 최소치를 적용한다.

⑧ 기타 조건은 소방관련법령 및 화재안전기준에 따른다.

   가. 이 건물에서 스프링클러설비를 설치하여야 하는 층과 그 이유를 설명하시오.

   나. 일반 급수펌프의 송수구와 소화펌프의 흡수구 사이의 수직거리 [m]를 구하시오.

   다. 옥상수조를 설치할 경우 옥상수조에 보유하여야 할 최소 저수량 [㎥]을 구하시오.

   라. 소방펌프의 정격토출량 [ℓ/min]을 구하시오.

   마. 소방펌프의 전양정 [m]을 구하시오.

   바. 소방펌프의 전동기 동력 [kW]을 구하시오.

[문제풀이]

가. 스프링클러설비를 설치해야 하는 층과 그 이유

   ① 설치해야 하는 층 : 지하2층, 지하1층, 지상 4층

   ② 이유 : 교육연구시설 (연구소)의 경우 지하층 · 무창층 또는 층수가 4층 이상인 층으로서 바닥면적이 1,000㎡ 이상인

                  층에는 스프링클러설비를 설치해야 한다.

나. 일반펌프 송수구와 소방펌프 흡수구 사이의 거리 [m]

   Q = 1.6 [㎥] × N = 1.6 [㎥] × 10개 = 16 [㎥]

    저수조 수원 Q = 8 m × 5 m × h, 16 = 8 × 5 × h, h = 16 / 40 = 0.4 [m]

  ※ 일반 급수펌프의 흡수구(후드밸브)와 소방펌프의 흡수구(후드밸브) 사이의 수직거리 [m]를 구하라는 의미는 스프링

       클러설비 수원의 양 (저수량)의 수원의 높이[m]를 구하라는 것이다.

 

다. 옥상 수조의 최소 보유량 [㎥]

     유량 Q = 저수조 수원 [㎥] × ⅓ = 16 ㎥ × 1/3 = 5.333 ㎥ = 5.33 ㎥

라. 소방펌프의 정격 토출량 [ℓ/min]

     유량 Q = 80 [ℓ/min] × N = 80 [ℓ/min] × 10 개 = 800 [ℓ/min]

마. 소방펌프의 전양정 [m] H = h1 + h2 + 10

         h2 (실양정) = (5.5 - 3 + 0.4) + (4.5 × 3) + 4 + 3.5 = 23.9 [M]

         h1 (배관 및 관부속품 마찰손실) = 실양정 × 30% = 23.9 × 0.3 = 7.17 m

         ∴ 전양정 [m] = 7.17 m + 23.9 +10 = 41.07

 

바. 전동기의 전동력 [kW]

2. 스프링클러설비에서 수원의 유효수량 중 ⅓ 이상을 옥상에 설치하지 않아도 되는 경우를 5가지만 쓰시오.

   ① 지하층만 있는 건축물

   ② 고가수조를 가압송수장치로 설치하는 스프링클러설비

   ③ 고압수조를 가압송수장치로 설치하는 스프링클러설비

   ④ 수원이 건축물의 최상층에 설치된 헤드 보다 높은 경우

   ⑤ 건축물의 높이가 지상으로 부터 10 [m] 이하인 경우

[해설] 수원의 유효수량 중 ⅓ 이상을 옥상에 설치하지 않아도 되는 경우 [NFSC 103 제4조]

  ① 지하층만 있는 건축물

  ② 고가수조를 가압송수장치로 설치한 스프링클러설비

  ③ 수원이 건축물의 최상층에 설치된 헤드 (옥내소화전 설비의 경우에는 방수구) 보다 높은 위치에 있는 경우

  ④ 건축물의 높이가 지표면으로 부터 10 [m] 이하인 경우

  ⑤ 주펌프와 동등 이상의 성능이 있는 별도의 펌프로서 내연기관의 기동과 연동하여 작동되거나 비상원원을 연결하여

       설치한 경우

  ⑥ 가압수조를 가압송수장치로 설치한 스프링클러설비

[주의] 수원의 유효수량 중 1/3 이상을 옥상에 설치하지 않아도 되는 경우

   ⊙ 옥내 소화전 : 최상층에 설치된 방수구

   ⊙ 스프링클러설비 : 최상층에 설치된 헤드

3. 어느 건물에 가압송수장치로 압력수조를 설치한 스프링클러 설비가 설치되어 있다. 압력 수조와 최상층 말단 헤드까지

    의 수직 높이는 40m이고 압력수조 체적의 ⅔가 물로 채워져 있을 때 수조내 요구되는 공기압력 (게이지 압력) [MPa]을

     구하시오. (단, 수조의 체적은 100 [㎥], 최상층 말단 헤드에서의 방수압력은 0.11 [Mpa], 대기압은 0.1 [MPa] 이고, 배관

      의 마찰손실은 무시한다. [4점] ★

[문제풀이]

  ⊙ 필요한 압력 P = P1 + P2 + 0.1 = 0 + 0.4 + 0.11 = 0.51 [MPa]

[해설] 압력수조내 공기의 압력

가. 압력수조내 공기의 압력

      여기서, Po : 압력수조내 공기의 압력 [MPa]

                   V : 압력수조의 체적 [㎥]

                   Va : 압력수조내 공기의 체적 [㎥]

                    P : 필요한 압력 [MPa]

                   Pa : 대기압 [MPa]

 나. 필요한 압력

         P = P1 + P2 + 0.1

        여기서, P : 필요한 압력 [MPa]

                    P1 : 배관 및 관부속품의 마찰손실압력 [MPa]

                    P2 : 낙차의 환산수두압력 [MPa]

                    0.1 : 스프링클러설비 규정 방수압력 [MPa]

  ① 필요한 압력

    ㉠ P1 (배관 및 관부속품의 마찰손실압력) : 문제의 단서에서 배관의 마찰손실은 무시한다 하였으므로 0 [MPa]이다.

    ㉡ P2 (낙차의 환산수두압) : 압력수조와 최상층 말단 헤드까지의 수직높이는 40 [m]이므로 0.1 [MPa] = 10 [m]로 환산

                                                  하여 계산하면 40 m는 0.4[MPa]이다.

    ㉢ 문제의 단서에서 최상층 말단헤드에서의 방수압력이 0.11 [MPa]이라고 주어졌으므로 스프링클러설비 규정방수압력

         의 0.1 [MPa]이 아닌 0.11 [MPa]을 적용한다.

     ∴ 필요한 압력 = 0 [MPa] + 0.11 [MPa] = 0.51 [MPa]

  ② 압력수조내 공기의 압력

    ㉠ V (압력수조의 체적) : 문제의 단서에서 100 [㎥]이다.

    ㉡ Va (압력수조내 공기의 체적) 문제에서 수조내의 체적의 2/3를 물로 채워두고 있으므로 수조내 공기의 체적은

          1/3 × 100 [㎥]이다.

    ㉢ Pa (대기압) : 문제의 단서에서 0.1 [MPa] 이다.

    ∴ 압력수조내 공기의 압력

[참고] 스프링클러설비 가압송수장치

  가. 고가수조방식

       H = h1 + 10 [m]

       여기서, H : 필요한 낙차 [m]

                    h1 : 배관 및 관부속품 마찰손실 수두 [m]

                    10 : 스프링클러설비 규정 방수 압력의 환산 수두 (0.1 [MPa] → 약 10[m])

  나. 압력수조방식

      P = P1 + P2 + 0.1

      여기서, P : 필요한 압력 [MPa]

                   P1 : 배관 및 관부속품의 마찰손실압력 [MPa]

                   P2 : 낙차의 환산수두압력 [MPa]

                   0.1 : 스프링클러설비 규정 방수압력 [MPa]

  다. 펌프 방식

        H = h1 + h2 + 10 [m]

       여기서, H : 전양정 [m]

                    h1 : 배관 및 관부속품 마찰손실 수두 [m]

                    h2 : 실양정 (흡입양정 + 토출양정) [m]

                    10 : 스프링클러설비 규정 방수 압력의 환산 수두 (0.1 [MPa] → 약 10[m])

  라. 가압수조방식

4. 습식 스프링클러설비의 가압송수장치로서 압력수조를 설치한 경우 압력수조내에 유지시켜 주어야 할 공기의 최소압력

     (게이지 압력)을 다음 조건을 참조하여 계산하시오.  [4점] ★

[조건]

  ① 대기압은 0.1[MPa] (절대압력)이다.

  ② 압력수조의 송수구와 헤드간의 배관 마찰손실은 무시한다.

  ③ 압력수조의 송수구는 최고위 스프링클러헤드와 같은 높이에 있으며 수조내의 수면과 송수구간 낙차는 무시한다.

  ④ 수조내에는 항상 내용량의 2/3에 해당하는 물을 채워두고 있다.

  ⑤ 수조로 부터 가장 먼 거리에 있는 헤드의 개방시 방수압은 최소한 0.1[MPa] (게이지 압력)이 되어야 한다.

  ⑥ 공기의 분자운동은 이상기체의 성질을 따른다고 한다.

[문제풀이]

  ⊙ 필요한 압력 P = P1 + P2 + 0.1 = 0 + 0 + 0.1 = 0.1 [MPa]

[해설] 압력수조내 공기의 압력

가. 압력수조내 공기의 압력

   여기서, Po : 압력수조내 공기의 압력 [MPa]

                V : 압력수조의 체적 [㎥]

                Va : 압력수조내 공기의 체적 [㎥]

                P : 필요한 압력 [MPa]

                Pa : 대기압 [MPa]

나. 필요한 압력

      P = P1 + P2 + 0.1

      여기서, P : 필요한 압력 [MPa]

                   P1 : 배관 및 관부속품의 마찰손실압력 [MPa]

                   P2 : 낙차의 환산수두압력 [MPa]

                   0.1 : 스프링클러설비 규정 방수압력 [MPa]

5. 다음 그림과 같이 내용적 3 [㎥]의 압력수조에 물을 채우고 하부에 방출계수가 80인 스프링클러헤드를 설치하였다.

    이 때 압력수조의 압력계는 0.5 [MPa]을 나타내고 있다. 만약, 스프링클러헤드가 개방되어 물이 1 [㎥] 방출되는 순간에

    방사되는 물의 양[ℓ/min]은 얼마인가 ? (단, 헤드와 수조간의 마찰손실은 무시하는 것으로 하고 대기압은 0.1 [MPa] (절대

    압력)이다.) [4점] ★

 

[문제풀이]

  절대압력 = 대기압 + 계기압력 = 0.1 MPa + 0.5 MPa = 0.6 MPa

  보일의 법칙 : P1 · V1 = P2 · V2, 0.6 × ⅓ = P2 × ⅔, P2 = 0.2 × 3/2 = 0.3 MPa

  게이지 압력 : 절대압력 - 대기압력 = 0.3 MPa - 0.1 MPa = 0.2 MPa

[해설] 방사량

가. 방사량

         여기서, Q : 방사량 [ℓ/min]

                      K : 방출계수

                      P : 방사압력 [MPa]

나. 보일의 법칙 : 압력과 부피는 반비례한다.

        P1 · V1 = P2 · V2

       여기서, P1, P2 : 절대압력 [MPa], V1, V2 : 부피 [㎥]

다. 절대압

       절대압력 = 대기압력 + 게이지압력

  ① 절대압력 = 0.1 [MPa] + 0.5 [MPa] = 0.6 [MPa]

  ② 스프링클러헤드가 개방되어 물이 1 [㎥] 방출되면

      ㉠ 물 : ⅔ → ⅓ 이 된다.            ㉡ 공기 : ⅓ → ⅔ 가 된다.

      P1 · V1 = P2 · V2 이므로

       0.6 MPa × ⅓ = P2 × ⅔, P2 = 0.3 [절대압]

       게이지 압력 = 절대압력 - 대기압력 = 0.3 MPa - 0.1 MPa = 0.2 MPa

  ③ 물 1 ㎥이 방출되는 순간에 방사되는 물의 양 (방사량)

6. 펌프의 흡입측 배관에 버터플라이 밸브를 사용하면 안되는데 이유를 2가지를 쓰시오.  [4점] ★★★★★

  ① 물의 유체저항이 매우 커서 원활한 흡입을 방해하여 유효흡입양정이 감소되어 공동현상이 발생할 우려가 있다.

  ② 펌프 가동중에 순간적인 조작을 할 경우 수격현상이 발생할 우려가 있다.

7. 다음 그림을 참조하여 충압펌프의 정격토출압력 [MPa]을 구하시오. [4점] ★★★

 

[답안작성]

   충압펌프 토출압력 = 자연낙차압력 + 0.2 [MPa] = 0.1 MPa + 0.2 MPa = 0.3 MPa

[해설] 스프링클러설비 충압펌프의 정격토출압력

   충압펌프의 정격 토출압력 = 최고위 살수장치 (일제개방밸브의 경우는 그 밸브)의 자연압 + 0.2 [MPa] 이상이므로

    0.1 [MPa] = 10 [m]로 환산하여 계산하면 자연압(펌프로 부터 일제 개방밸브까지의 수직거리) : 10 m = 0.1 MPa

  ∴ 충압펌프의 정격토출압력 P = 0.1 MPa + 0.2 MPa = 0.3 [MPa] 이상

 

[참고] 스프링클러설비 충압펌프의 설치기준 (기동용 수압개폐장치를 기동장치로 사용할 경우에 설치)

  ① 펌프의 토출압력은 그 설비의 최고위 살수장치 (일제 개방밸브의 경우는 그 밸브)의 자연압 보다 적어도 0.2 [MPa]이

       더 크도록 하거나 가압송수장치의 정격 토출압력과 같게 할 것.

  ② 펌프의 정격토출량은 정상적인 누설량 보다 적어서는 아니되며, 스프링클러설비가 자동적으로 작동할 수 있도록 충분

       한 토출량을 유지할 것

8. 다음 그림은 스프링클러설비의 계통도이다. 그림을 보고 ㉠ ~ ㉣ 배관의 명칭을 각각 쓰시오.

 

[답안작성]

   ㉠ 주배관 (입상배관)      ㉡ 수평주행배관        ㉢ 교차배관          ㉣ 가지배관

 

[해설] 스프링클러설비의 배관 계통도

 

  ① 주배관 : 각 층을 수직으로 관통하는 수직 배관

  ② 급수배관 : 수원 및 옥외 송수구로 부터 스프링클러헤드에 급수하는 배관

  ③ 수평주행배관 : 교차배관으로 물을 공급하는 배관

  ④ 교차배관 : 직접 또는 수직배관을 통하여 가지배관에 급수하는 배관

  ⑤ 가지배관 : 스프링클러헤드가 설치되어 있는 배관

  ⑥ 수직배수배관 : 유수검지장치 또는 일제개방밸브가 설치된 층마다 물을 배수하는 수직 배관

9. 다음 그림은 스프링클러설비의 배관 일부를 나타낸 것이다. 각 물음에 답하시오.  [6점] ★★★★★

 가. 수리계산시 ① 부분의 배관 구경 [㎜]의 최소값을 구하시오.

 나. 수리계산시 ② 부분의 배관 구경 [㎜]의 최소값을 구하시오.

    ※ 스프링클러설비 유속

     ① 가지배관 : 6 [m/s] 이하

     ② 기타배관 : 10 [m/s] 이하

       ⊙ 제연설비 흡입측 : 15 [m/s] 이하

       ⊙ 제연설비 배출측 : 20 [m/s] 이하

       ⊙ 옥내 소화전 : 4 [m/s] 이하

[답안작성]

가. ①의 배관 구경 [㎜]

    Q = A · v = (π · d2/4) × v [㎥/s]

나. ② 의 구경 [㎜]

[참고] 각 설비별 유속 · 풍속

구 분
유속
풍속
옥내소화전설비 (토출측 주배관)
4 m/s 이하
-
스프링클러설비
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
-

※ 관의 호칭 구경 (호칭경)

호칭구경A
25
32
40
50
65
80
90
100
125
150
200

10. 다음 그림은 스프링클러설비의 배관 일부를 나타낸 것이다. 각 물음에 답하시오.  [6점] ★★★★★

 

  가. 수리계산시 ① 부분의 배관 구경 [㎜]의 최소값을 구하시오.

  나. 수리계산시 ② 부분의 배관 구경 [㎜]의 최소값을 구하시오.

[답안작성]

  가. ①의 배관 구경 [㎜]

      Q = A · v = (π · d2/4) × v [㎥/s]

     [답] 24.16 [㎜] (호칭구경의 경우 25 [㎜]를 선정한다.)

나. ② 의 구경 [㎜]

   답 : 26.46 [㎜], 관의 호칭경은 32 [㎜]이나 교차배관의 최소구경은 40 [㎜] 이상이므로 40 [㎜]를 선정한다.

11. 스프링클러설비에는 소방대 연결송수구설비를 함께 설치하게 한다. 그 이유는 무엇 때문인지 2가지만 쓰시오 [4점]

       ★★★★★

[답안]

   ① 특정소방대상물의 자체 수원의 저수량이 부족할 때 소방차에서 물을 공급받기 위하여

   ② 가압송수장치 등의 고장시 소방차에서 물을 공급받기 위하여

[해설] 송수구

  가. 송수구 : 소화설비에 소화용수를 보급하기 위하여 건물 외벽 또는 구조물의 외벽에 설치하는 관

  나. 송수구의 설치 목적

    ① 특정소방대상물의 자체 수원의 저수량이 부족할 때 소방차에서 물을 공급받기 위하여

    ② 가압송수장치 등의 고장시 소방차에서 물을 공급받기 위하여

12. 다음은 습식 스프링클러설비와 건식 스프링클러 설비의 송수구 주위 배관을 나타낸 그림이다. 체크밸브, 게이트 밸브,

       자동배수밸브 및 배관을 추가하여 그림을 완성하시오. (단, 도시기호를 참조한다) [8점] ★★★

 

[답안작성]

 

[해설] 스프링클러설비 송수구 배관도

 

※ 건식 스프링클러설비는 2차측이 공기로 채워져 있으므로 1차측에 송수구를 연결한다.

  ① 접속위치

    ㉠ 건식 스프링클러설비 : 1차측 (송수구 배관을 통하여 2차측 압축공기가 빠져나갈 우려가 있다.

    ㉡ 습식, 준비작동식, 일제살수식 스프링클러설비 : 2차측 (신속한 소화와 신뢰성을 높이기 위하여)

  ② 게이트밸브 설치위치 (밸브 기준)

      모두 1차측 (밸브의 교환, 수리 또는 헤드의 교환시 가압수의 송수를 막기 위하여)

  ③ 체크밸브 및 자동배수 밸브 설치 위치

      송수구의 가까운 부분에 자동배수밸브 (또는 직경 5 ㎜의 배수공) 및 체크밸브를 설치한다.

  ④ 위 배관도는 하나의 밸브가 설치된 경우이며 다수의 밸브가 설치된 경우 송수구 배관의 접속위치는 다수의 밸브에

        하나의 송수구 배관을 1차측에 연결하여 접속한다.

 

13. 스프링클러설비의 화재안전기준상 스프링클러설비의 송수구 설치기준 5가지만 쓰시오. [8점] ★

  ① 송수구는 소방차가 쉽게 접근할 수 있는 잘 보이는 곳에 설치하되 화재층으로 부터 지면으로 떨어지는 유리창 등이

        송수구 및 그 밖의 소화작업에 지장을 주지 아니하는 장소에 설치할 것

  ② 구경 65 ㎜ 의 쌍구경으로 할 것

  ③ 송수구에는 그 가까운 곳의 보기 쉬운 곳에 송수압력범위를 표시한 표지를 할 것

  ④ 지면으로 부터 0.5 m 이상 1 m 이하의 위치에 설치할 것

  ⑤ 송수구에는 이 물질을 막기 위한 마개를 씌워야 한다.

[추가] ⑥ 폐쇄형 스프링클러헤드를 사용하는 스프링클러 설비의 송수구는 하나의 층의 단면적이 3,000 ㎡ 를 넘을 때 마다

              1개 이상 (5개를 넘을 경우 5)을 설치할 것

  ⑦ 송수구의 가까운 부분에 자동배수밸브 (또는 직경 5 ㎜ 의 배수공) 및 체크밸브를 설치할 것. 이 경우 자동배수밸브는

       배관만의 물이 잘 빠질 수 있는 위치에 설치하되, 배수로 인하여 다른 물건 또는 장소에 피해를 주지 아니하여야 한다.

14. 스프링클러설비에서 수조의 후드밸브로 부터 헤드까지의 배관상에 설치되는 개폐밸브에는 탬퍼스위치 (Tamper

       switch)를 설치하여야 한다. 이 탬퍼스위치의 기능과 설치위치를 4가지를 쓰시오. [6점] ★★★★

    가. 기능                   나. 설치 위치

  [답안 작성]

 가. 기능 : 급수배관에 설치하여 급수를 차단할 수 있는 개폐밸브에는 그 밸브의 개폐상태를 감시제어반에서 확인하는

                  기능

 나. 설치위치

   ① 주펌프 흡입측 급수배관에 설치된 개폐표시형 밸브

   ② 주펌프 토출측 급수배관에 설치된 개폐표시형 밸브

   ③ 옥상수조측 급수배관에 설치된 개폐표시형 밸브

   ④ 유수검지장치 및 일제개방밸브 1차측 개폐표시형 밸브

[해설] 탬퍼스위치 (Tamper Switch : TS]

 가. 탬퍼스위치 (Tamper switch : TS) : 급수배관에 설치되어 급수를 차단할 수 있는 개폐밸브에 그 밸브의 개폐상태를

        감시제어반에서 확인할 수 있도록 한 급수개폐밸브작동 표시 스위치

 나. 탬퍼스위치의 설치 장소

   ① 주펌프 흡입측 급수배관에 설치된 개폐표시형 밸브

   ② 주펌프 토출측 급수배관에 설치된 개폐표시형 밸브

   ③ 옥상수조측 급수배관에 설치된 개폐표시형 밸브

   ④ 유수검지장치 및 일제개방밸브 1차측 개폐표시형 밸브

   ⑤ 준비작동식 유수검지장치 및 일제개방밸브 2차측 개폐표시형 밸브

   ⑥ 지하수조 및 저수조 측 급수배관에 설치된 개폐표시형 밸브

   ⑦ 송수구로 부터 주배관에 이르는 연결배관측 개폐표시형 밸브 (설치된 경우)

 

15. 스프링클러설비의 배관방식 중 그리드(Grid) 방식과 루프방식(Loop)을 그리고 간단히 설명하시오. [6점] ★★★★★

   ① 그리드 방식            ② 루프 방식

[답안 작성]

   ① 그리드 방식 : 평행한 교차배관 사이에 많은 가지배관을 연결한 배관 방식으로 미작동 가지배관은 교차배관 사이의

                              물 이송을 보조한다.

 

  ② 루프방식 : 작동중인 스프링클러 헤드에 2 이상의 배관에서 소화수가 공급되도록 여러개의 교차배관이 서로 접속되어

                         있는 배관방식으로 가지배관은 서로 접속되어 있지 않다.

 

[참고] 스프링클러 가지배관 방식

  1. 트리방식

  2. 루프방식

  3. 격자(그리드) 방식

 

[해설] 스프링클러설비의 가지배관 방식

가. 트리 (Tree) 배관방식

  ① 각 헤드까지 단일 방향으로 유수되는 배관방식 (주배관 → 수평주행배관 → 교차배관 → 가지배관)

  ② 하나의 배관에서 여러개의 배관을 분기시킨다.

  ③ 스프링클러설비에서 가장 많이 이용되는 배관방식이다.

 

나. 루프(Loop) 배관방식

  ① 작동중인 스프링클러헤드의 2 이상의 배관에서 소화수가 공급되도록 여러개의 교차 배관이 서로 접속되어 있는 배관

        방식으로 가지배관은 서로 접속되어 있지 않다.

  ② 장점

    ㉠ 격자(Grid) 배관 방식에 비해 수리계산이 쉽다.

    ㉡ 릴리프 밸브의 설치 규정이 없다.

    ③ 단점 : 헤드별로 동일한 압력 분포를 가지지 못한다.

 

다. 격자 (Grid) 배관 방식

  ① 평행한 교차배관 사이에 많은 가지배관을 연결한 배관방식으로 미작동 가지배관은 교차 배관 물 이송을 보조한다.

  ② 장점

    ㉠ 유수의 흐름이 분산되어 압력손실이 작다.

    ㉡ 배관 도중에의 막힘 또는 수리에도 대처가 가능하다.

    ㉢ 설비의 증설 · 변경이 용이하다.

    ㉣ 헤드별로 고른 압력 분포를 가진다.

    ㉤ 한쪽 가지배관의 헤드수 (8개) 제한이 없다.

  ③ 단점

    ㉠ 수리계산이 복잡하여 컴퓨터 프로그램으로 설계해야 한다.

    ㉡ 배관의 체적이 커짐에 따라 배관내의 공기량이 많아져 소화수의 이송 및 방사가 지연되므로 건식 및 준비작동식 스프

         링클러설비에는 적용할 수 없다.

    ㉢ 배관내의 공기 배출 및 열팽창으로 인한 압력변동을 배출하기 위하여 릴리프 밸브를 설치해야 한다.

 

16. 스프링클러 설비의 배관방식 중 트리(Tree)방식과 격자(Grid)방식이 있다. 이 두 방식을 비교하여 설명하고 격자 (Grid)

      방식의 문제점을 화재안전기준에 의하여 쓰시오.  [6점] ★★★★★

  ① 트리방식 : 각 헤드까지 단일 방향으로 유수되는 배관방식 (주배관 → 수평주행배관 → 교차배관 → 가지배관)

  ② 격자방식 : 평행한 교차배관 사이에 많은 가지배관을 연결한 배관방식으로 미작동 가지배관은 교차배관 사의의

                         물 이송을 보조한다.

  ③ 격자방식의 문제점 : 배관의 체적이 커짐에 따라 배관내의 공기량이 많아져 소화수의 이송 및 방사가 지연된다.

17. 스프링클러 설비의 가지배관에 대한 다음 각 물음에 답하시오. [6점] ★★★★★

  가. 배관방식을 토너먼트 방식으로 하지 않는 이유 2가지를 쓰시오.

  나. 토너먼트 방식이 적용되는 소화설비 4가지를 쓰시오.

[답안작성]

  가. 토너먼트 방식을 이용하지 않는 이유 2가지

    ① 유체의 마찰손실이 크기 때문에 규정방수량 및 방수압력을 유지하기 곤란하므로

    ② 수격작용에 의한 배관 등의 파손을 방지하기 위하여

  나. 토너먼트 방식이 적용되는 소화설비 4가지

    ① 이산화탄소 소화설비

    ② 할론 소화설비

    ③ 할로겐 화합물 및 불활성기체 소화설비

    ④ 분말 소화설비

 

  ※ 토너먼트 방식은 수계 소화설비에는 적용할 수 없지만 압축공기포 소화설비에는 사용해야 하는 의무사항이다.

  ※ 토너먼트 방식

    ① 유리한 설비 : 이산화탄소, 할론, 분말, 할로겐 화합물 및 불활성기체 소화설비, 압축공기포 소화설비

    ② 적용설비 : 이산화탄소, 할론, 분말, 할로겐 화합물 및 불활성기체 소화설비

    ③ 꼭 해야 할 소화설비 : 압축 공기포 소화설비

18. 스프링클러 설비에 있어서 폐쇄형 헤드를 설치한 경우 헤드의 방수상태 확인을 위해 꼭 해야 하는 장치의 명칭 및 구성

       요소를 쓰고 그 장치를 설치하는 이유를 간단히 쓰시오 [6점] ★★★★★

   ① 명 칭            ② 구성요소            ③ 설치장소

[답안 작성]

   ① 명칭 : 시험장치

   ② 구성요소 : ㉠ 압력계     ㉡ 개폐밸브      ㉢ 개방형 헤드

   ③ 설치이유 : ㉠ 유수검지장치의 기능(성능) 확인

                         ㉡ 규정 방수량 및 방수압력 확인

[해설] 시험장치

  가. 시험장치 : 유수검지장치의 성능을 시험하는 장치

 

나. 시험배관의 설치 목적

   ① 유수검지장치의 기능 (성능) 확인

   ② 규정 방수량 및 방수압 확인

   ③ 음향경보장치의 작동 확인

   ④ 제어반의 화재표시등 및 밸브개방표시등 점등 확인

   ⑤ 펌프의 자동기동 확인

19. 스프링클러설비의 가지배관상에 헤드를 부착하는 경우 필요한 관부속품의 명칭 및 규격을 쓰시오. [4점] ★★★★★

[답안]

 가. 관부속품의 명칭

   ① 상향식 또는 하향식의 경우 : 티, 니플, 리듀셔

   ② 회향식의 경우 : 티, 니플, 엘보, 리듀셔

나. 관부속품의 규격

  ① 상향식 또는 하향식의 경우

       ▣ 티 (25A × 25 A × 25 A), 니플 (25 A), 리듀셔 (25A × 15A)

  ② 회향식의 경우

       ▣ 티 (25A × 25 A × 25 A), 니플 (25A), 엘보 (25 A × 15 A), 리듀셔 (25 A × 15 A)

[해설] 스프링클러설비의 가지배관 헤드 설치시 필요한 부속품

  가. 상향식 또는 하향식의 경우

 

  나. 회향식의 경우

 

[참고] 관부속품 (관 이음쇠)

 

 

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