아낌없이 주는 나무

Darcy's Law : 달시의 법칙

​

1856년 프랑스인 다르시(H. Darcy)가 여과사(濾過沙)의 실험에서 발견한 법칙으로

한마디로 말하면 모래로 가득 채운 원통에 물을 통과시키는데 필요한 압력과 원통의 길이와의 관계를 나타내는 식을 말한다.

즉, 다공성 매질(모래)를 통과하는 수량(물의 양)이 압력과 원통의 길이에 따라 얼마나 달라 지는가를 나타내는 식이다.

​

다르시는 모래 내부에서 물의 움직임을 규명하기 위해 실험을 하였다.

시간(t) 동안 모래 단면적 A를 통하여 흐른 물의 체적(수량, Vol), 수두(水頭, h1과 h2)를 측정한 결과 물의 체적(수량, Vol)과 다른 요소들 사이에는 일정한 관계법칙이 있음을 발견하였다.

​

Darcy는 모래층을 통과하는 물의 유동을 연구하던 중에 모래층을 통과하는 물의 유량 Q는 모래층의 지점1의 수두 h1과 지점2의 수두 h2의 차에 비례하고, 1, 2 지점간의 거리 L에 반비례하며, 단면적 A와 매질의 성질에 따라 좌우되는 계수 K 즉, 수리전도도에 비례함을 알아 냈다.

다르시의 법칙은 다공성 매질을 통과하는 유체의 단위 시간당 유량과 유체의 점성, 유체가 흐르는 거리와 그에 따른 압력 차이 사이의 비례관계를 보여준다. 유체로 포화된 다공성 물질(多孔性物質) 매체 속을 통과하는 수량(水量)은 수두손실(水頭損失)에 비례하고 통과하는 매체의 거리에 반비례한다는 것을 보여준다.

유량 Q (㎥/s)는 매질의 투과율 (Permeability, K), 물이 흐르는 매질의 내부 단면적 A과 유체가 흐르는 두 점간 압력차이 (Pb - Pa)의 곱을 유체가 흐르는 길이(ℓ)로 나눈 것과 같다. 음의 기호는 압력이 낮아지는 방향으로 유체가 흐른다는 것을 의미한다.

여기서 투수계수는 유체의 점성, 매질의 특성 (흙 입자의 크기와 모양, 배열 상태, 포화도,

간극비 등)과 관련 되어 정해지는 값이다.

​

적용범위

​

다르시의 법칙은 유속이 느린 점성 흐름에 대해서만 유효한데 대부분의 흐름에는 다르시의 법칙을 적용할 수 있다. 일반적으로 레이놀즈 수가 1보다 작은 흐름은 층류이고 다르시의 법칙을 적용할 수 있으며 실험에 의하면 레이놀즈수가 약 10 정도인 흐름까지도 다르시의 법칙을 적용할 수 있다.

​

#달시 #다르시 #유체 #손실수두 #유량 #압력 #매질 #투과율 #단면적 #길이 #레이놀즈

[참고] 물분무소화설비 수원의 양

  ▣ 수원의 양 Q =  A · D · T [㎥]

     여기서 ,   Q : 수원의 양 [㎥]

                     A : 방호면적 [㎡]

                     D : 설계유량 [㎥/min, ℓ/min]

                     T : 방수시간 20 [min] : 소방대 출동시간

        ※ D값 : 큰절 (컨베이어밸트, 절연유봉입변압기) : 10원

                      특수강도 (특수가연물) : 10원

                      케찹(케이블트레이, 덕트) : 12원

                     주차비 (주차장, 차고) : 20원

           ◈ 특차 (특수가연물, 차고) : 제한규정 50 ㎡

​

1. 바닥면적이 150 ㎡ 인 어느 차고에 물분무소화설비를 설치하였다. 송수펌프의 토출량 [㎥/min]과 수원의 저수량 [㎥]은

    얼마인지 구하시오. [4점] ★★★★★

      가. 송수펌프의 토출량                나. 수원의 저수량

   [문제풀이]

     가. 송수펌프의 토출량

           Q = A · D = 150 ㎡ × 20 [ℓ/min · ㎡] = 3,000 [ℓ/min] = 3 [㎥/min]

     나. 수원의 저수량

           Q = A · D · T = 150 ㎡ × 20 [ℓ/min · ㎡] × 20[min] = 60,000 [ℓ] = 60 [㎥]

[해설] 물분무 소화설비의 수원의 양

​

2. 바닥면적이 100 ㎡인 어느 주차장에 물분무 소화설비를 설치하려고 한다. 수원의 저수량 [㎥]을 구하시오. [3점]

       ★★★★★

[문제풀이]

     수원의 양 : A · D · T = 100 ㎡ × 20 ℓ/min · ㎡ × 20 min = 40,000 ℓ = 40 ㎥

[해설] 물분무소화설비 수원의 양

  가. 물분무헤드 1개당 분당 방사량 [ℓ/min]을 구하시오.

  나. 방출계수 K값을 구하시오.

  다. 총 저수량 [㎥]을 구하시오.

[문제풀이]

  가. 헤드 1개당 분당 방사량 [ℓ/min]

        전체 헤드 방사량 Q = A · D = 100 [㎡] × 10 [ℓ/min · ㎡] = 1,000 [ℓ/min]

        헤드 1개당 방사량 Q1 = Q / 8개 = 1,000 [ℓ/min] / 8개 = 125 [ℓ/min]

  나. 방출계수 K값​

   다. 총 저수량 [㎥]

        Q = A · D · T = 100 ㎡ × 10 ℓ/min · ㎡ × 20 min = 20,000 [ℓ] = 20 [㎥]

​

4. 그림과 같이 바닥면이 자갈로 되어 있는 절연유 봉입변압기에 물분무소화설비를 설치하려고 한다. 물분무 소화설비의

     화재안전기준을 참조하여 각 물음에 답하시오. [6점]   ★★★★★

   가. 소화펌프의 최소 토출량 [ℓ/min]을 구하시오.

   나. 필요한 최소 수원의 양 [㎥]을 구하시오.

   다. 다음은 고압의 전기기기가 있는 장소의 물분무 헤드와 전기기기의 이격거리 기준이다.  표를 완성하시오.

[문제풀이]

 ※ 표면적 [㎡]

   ▣ 물분무소화설비 : 표면적 (바닥면적 제외 : 5면)

   ▣ 이산화탄소 소화설비 국소 방출 방식

     ⊙ 면적식 : 방호대상물의 표면적 × 13 × (1.4 or 1.1)

  ※ 이산화탄소 소화설비는 위 면(1면)만 대상이 된다.

​

 가. 소화펌프의 최소 토출량 [ℓ/min]

      토출량 Q = A · D =[ (3×5)+(5×1.8)×2+(3×1.8)×2] ㎡ × 10 ℓ/min·㎡  = 438 [ℓ/min]

 나. 필요한 최소 수원의 양 [㎥]

      수원의 양 Q = A · D · T = 438 [ℓ/min] × 20 [min] = 8,760 [ℓ] = 8.76 [㎥]

 다. 표 작성 : ① 70 ② 210

      ※ 표 보는 법

        ⊙ 끝자리 반올림 66 → 70

                                    77 → 80

                                    110 → 110

                                    154 → 150

                                    220 → 210

                                    275 → 260

​

5. 바닥면이 자갈로 되어 있는 절연유 보입 변압기에 물분무 소화설비를 설치하려고 한다. 물분무 소화설비의 화재안전기

     준을 참조하여 각 물음에 답하시오. (단, 절연유 봉입 변압기는 가로 5 m, 폭 3m, 바닥면에서 높이 1.9 m, 바닥면에서

     갈 높이는 0.4 m 이다.)   [8점] ★★★★★

  가. 소화펌프의 최소 토출량 [ℓ/min]

       Q = A · D =[ (3×5)+(5×1.5)×2+(3×1.5)×2] ㎡ × 10 ℓ/min·㎡ = 390 [ℓ/min]

  나. 필요한 최소 수원의 양 [㎥]

       Q = A · D · T = 390 [ℓ/min] × 20 [min] = 7,800 [ℓ] = 7.8 [㎥]

[해설] 물분무 소화설비

  ▣ 소화펌프의 최소 토출량

​

6. 다음 표는 고압의 전기기기가 있는 장소의 물분무헤드의 이격거리이다. 빈칸에 알맞은 답을 쓰시오. [5점] ★★★★★

[답안작성]

    ① 80          ② 150          ③ 180          ④ 210             ⑤ 260

  ※ 표 보는 법

     ⊙ 끝자리 반올림 66 → 70

                                 77 → 80

                                110 → 110

                                154 → 150

                                 220 → 210

                                 275 → 260

​

7. 물분무 소화설비 배수설비의 설치기준을 4가지 쓰시오. [4점] ★★★

[답안작성]

  ① 차량이 주차하는 장소의 적당한 곳에 높이 10 ㎝ 이상의 경계턱으로 배수구를 설치할 것

  ② 배수구에는 새어나온 기름을 모아 소화할 수 있도록 길이 40 m 이하 마다 집수관, 소화피트 등 기름분리장치를 설치할

        것

  ③ 차량이 주차하는 바닥은 배수구를 향하여 2/100 이상의 기울기를 유지할 것

  ④ 배수설비는 가압송수장치의 최대 통수능력의 수량을 유효하게 배수할 수 있는 크기 및 기울기로 할 것

[해설] 물분무 소화설비 배수설비의 설치기준 (NFSC 104 제11조)

  ① 차량이 주차하는 장소의 적당한 곳에 높이 10 ㎝ 이상의 경계턱으로 배수구를 설치할 것

  ② 배수구에는 새어나온 기름을 모아 소화할 수 있도록 길이 40 m 이하 마다 집수관, 소화피트 등 기름분리장치를 설치할

        것

  ③ 차량이 주차하는 바닥은 배수구를 향하여 2/100 이상의 기울기를 유지할 것

  ④ 배수설비는 가압송수장치의 최대 통수능력의 수량을 유효하게 배수할 수 있는 크기 및 기울기로 할 것

[참고] 물분무소화설비

  ▣ 스프링클러소화설비에서의 물방울 보다 작은 물입자에 운동량 (Momentum)을 주어 화원에 침투하여 소화하거나 방호

       대상물의 상부 · 하부 또는 측면에도 물을 분사하여 표면을 보호하는 설비

​

8. 다음은 물분무소화설비의 배수설비의 설치기준이다. ( )안에 알맞은 말을 쓰시오. [3점] ★★★★★

  가. 차량이 주차하는 장소의 적당한 곳에 높이 ( ① ) ㎝ 이상의 경계턱으로 배수구를 설치 할 것

  나. 배수구역에는 새어 나온 기름을 모아 소화할 수 있도록 깊이 ( ② ) m 이하마다 집수관, 소화피트 등 기름분리장치를

        할 것

  다. 차량이 주차하는 바닥은 배수구를 향하여 ( ③ ) 이상의 기울기를 유지할 것

  [답안작성]      ① 10            ② 40              ③ 2/100

[해설] 물분무설비 배수설비의 설치기준 (NFSC 104 제 11 조)

  ① 차량이 주차하는 장소의 적당한 곳에 높이 10 ㎝ 이상의 경계턱으로 배수구를 설치할 것

  ② 배수구에는 새어나온 기름을 모아 소화할 수 있도록 길이 40 m 이하 마다 집수관, 소화피트 등 기름분리장치를 설치할

       것

  ③ 차량이 주차하는 바닥은 배수구를 향하여 2/100 이상의 기울기를 유지할 것

  ④ 배수설비는 가압송수장치의 최대 통수능력의 수량을 유효하게 배수할 수 있는 크기 및 기울기로 할 것

​

9. 수리계산으로 배관의 유량과 압력을 해석할 때 동일한 지점에서 서로 다른 2개의 유량과 압력이 산출될 수 있으며 이런

    경우 유량과 압력을 보정해 주어야 한다. 그림과 같이 6개의 물분무헤드에서 소화수가 방출되고 있을 때 다음 조건을

     참고하여 각 물음에 답하시오. [10점] ★★★★

[조건]

   ① 각 헤드의 방출계수는 동일하다.

   ② A지점 헤드의 방출량은 60 ℓ/min이고 방수압은 350 kPa이다.

   ③ 각 구간별 배관의 길이와 안지름은 다음과 같다.

  ④ 직관 이외의 배관부속품의 마찰손실은 무시한다.

  ⑤ 배관의 마찰손실은 다음 식에 따른다.​

  가. A지점에서 시작하여 유량과 마찰손실을 구하시오.

  나. D지점ㅇ의 유량과 압력이 A지점의 유량 및 압력과 동일하다고 가정하였다. D지점 헤드에서 시작하여 유량과

        마찰손실을 구하시오.

  다. A~C 경로에서의 C점과 D~C경로에서의 C지점의 유량과 압력이 다르다. 유량과 압력을 보정해야 하는데 이 경우에

       D지점 헤드의 유량은 얼마로 보정해야 하는지 구하시오.

  라. D지점의 유량을 보정한 후 C지점의 유량과 압력을 구하시오.

​

[ 문제풀이]

  ▣ 먼저 K값을 구한다.​

  가. A지점에서 시작하여 유량과 마찰손실을 구하시오.

    ① A ~ B 구간의 마찰손실​

    ② B지점의 압력 : P = 350 + 29.29 = 379.29 [kPa]

    ③ B헤드의 유량​

    ④ B~C 구간의 유량 : 60 + 62.46 = 122. 46 [ℓ/min]

    ⑤ B ~ C 구간의 마찰손실압력

    ⑥ C지점의 압력 : 350 + 29.29 + 16.47 = 395.76 [kPa]

  나. D지점ㅇ의 유량과 압력이 A지점의 유량 및 압력과 동일하다고 가정하였다. D지점 헤드에서 시작하여 유량과 마찰

        손실을 구하시오.

    ① D ~ C 구간의 유량 : 60 ℓ/min

    ② D~C 구간의 마찰손실압력​

    ③ C지점의 압력 : 350 + 14.64 = 364.64 [kPa]

    ④ C지점의 유량 : 60 [ℓ/min]

  다. A~C 경로에서의 C점과 D~C경로에서의 C지점의 유량과 압력이 다르다. 유량과 압력을 보정해야 하는데 이 경우에

       D지점 헤드의 유량은 얼마로 보정해야 하는지 구하시오.

    ① D지점의 보정 유량을 위한 압력 보정

         D지점 보정압력 = A~C 경로에서 산출한 C지점 압력 - C~D구간의 마찰손실 압력 = 395.76 - 14.64 = 381.12 [kPa]​

  라. D지점의 유량을 보정한 후 C지점의 유량과 압력을 구하시오.

    ① 보정 후 C지점 유량 : A~C 지점 유량 + D~C지점 보정 유량

          122.46 ℓ/min + 62.61 ℓ/min = 185.07 ℓ/min

    ② 보정 후 C지점 압력

        ㉠ 보정 후 D지점 압력 : A~C경로의 C지점 압력 - C~D 경로 마찰손실압력 :  395.76 - 14.64 = 381.12 [kPa]

        ㉡ 보정후 C~D구간 마찰손실 ​

        ㉢ 보정 후 C지점의 압력 : 381.12 + 15.843 = 396.963 [kPa]

​

#물분무소화설비 #펌프 #특수가연물 #방호면적 #토출량 #변압기 #절연유 #방출계수

#이산화탄소 #헤드 #수원 #배수구 #스프링클러 #운동량 #모멘텀 #momentum

#마찰손실 #방수압 #유량 #보정

1. 다음은 어느 일제개방형 스프링클러설비의 계통도를 나타내는 Isometric Diagram 이다. 이 설비가 작동되었을 경우

     조건을 참조하여 다음 표를 완성하시오. [10점]  ★★★★★

[조건]

  ① 설치된 개방형 헤드의 방출계수(K)는 100 이다.

  ② 살수시 최저방수압이 걸리는 헤드에서의 방수압은 0.1 [MPa]이다. (각 헤드의 방수압이 같지 않음을 유의할 것)

  ③ 배관의 내경은 32 ㎜ 로 일정하다.

  ④ 배관내의 유수에 따른 마찰손실압력은 하젠 - 윌리엄스의 공식을 적용하되, 계산의 편의상 공식은 다음과 같다고

        가정한다.​

      여기서, △P : 배관의 길이 1m당 마찰손실압력 [MPa]

                     Q : 배관내의 유수량 [ℓ/min]

                     d : 배관의 내경 [㎜]

  ⑤ 헤드번호 ① ~ ④ 의 배관부속 및 밸브류의 등가길이는 3 m 이다.

  ⑥ 마찰손실압은 소수점 넷째자리에서 반올림하여 셋째자리까지 구하시오.

                                                                      [마찰손실압 및 유량 작성 표]

[문제풀이]

  ※ 개방형, 일제살수식의 문제에서는 먼저 다음 2개식을 써 놓고 시작한다.​

  [답안작성]​

[해설] 개방형 스프링클러설비

 가. 마찰손실압력 계산

   ▣ 마찰손실압력은 하젠 - 윌리엄스의 식을 적용한다.​

           여기서, △P : 배관의 1m당 마찰손실압력 [MPa]

                         Q : 유량 [ℓ/min]

                         C : 배관의 조도,        d : 배관의 내경,            L : 배관의 길이 [m]

  나. 양수량 (유량) 계산​

        여기서, △P : 배관의 길이 1m당 마찰손실압력 [MPa]

                     Q : 배관내의 유수량 [ℓ/min],              C : 배관의 조도

                     d : 배관의 내경 [㎜],                           L : 배관의 길이 [m]

  ② 배관의 호칭구경과 내경은 같다고 한다.

  ③ 관부속 마찰손실은 고려하지 않는다.

  ④ 헤드는 개방형이고 조도(C)는 120이다.

  ⑤ 배관의 관경 ㎜은 15, 20, 25, 32, 40, 50, 65, 80, 100 으로 한다.

가. ㉠ B ~ 사이의 마찰손실압력 [MPa]을 구하시오.

      ㉡ B헤드에서의 방사량 [ℓ/min]을 구하시오.

나. ㉠ C~B 사이의 마찰손실압력 [MPa]을 구하시오.

      ㉡ C헤드에서의 방사량 [ℓ/min]을 구하시오.

다. D점에서의 압력 [MPa]을 구하시오.

라. ② 지점의 배관내 유량 [ℓ/min]을 구하시오.

마. ② 지점의 배관 최소관경을 화재안전기준에 따른 배관내 유속에 따라 관경 [㎜]를 선정하시오.

[문제풀이]

  ※ 가지배관에서 양쪽으로 갈라지는 경우

   ① 유량은 2배가 된다.

   ② 압력은 그대로 이다.

[답안작성]

가. ㉠ B ~ 사이의 마찰손실압력 [MPa]을 구하시오.​

    ㉡ B헤드에서의 방사량 [ℓ/min]을 구하시오.​

나. ㉠ C~B 사이의 마찰손실압력 [MPa]을 구하시오.​

    ㉡ C헤드에서의 방사량 [ℓ/min]을 구하시오.​

다. D점에서의 압력 [MPa]을 구하시오.​

라. ② 지점의 배관내 유량 [ℓ/min]을 구하시오.

      유량 : (80+82.37+90.86) × 2 = 506.46 [ℓ/min]

마. ② 지점의 배관 최소관경을 화재안전기준에 따른 배관내 유속에 따라 관경 [㎜]를 선정하시오.​

3. 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.

[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]

​

4. 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 마찰손실은 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 ?​

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 ?​

#스프링클러설비 #스프링클러 #일제개방형 #Isometric #Diagram #하젠 #윌리엄스

#마찰손실압력 #밸브 #유량 #유수량 #직경 #내경 #개방형 #폐쇄형 #수리계산

#속도수두

1. 폐쇄형 헤드를 사용한 스프링클러설비 끝부분의 배관중 K점에 필요한 압력수의 수압을 다음 조건을 이용하여 구하시오.

      [11점] ★★★★★

[조건]

① 직관 마찰손실수두 (100m당)

                                                                                                                                                                  (단위 : m)

② 관이음쇠 및 마찰손실에 해당하는 직관길이

   ※티는 직류티만 사용한다.

  ③ 헤드 나사는 PT ½ (15A) 기준으로 한다.

  ④ 헤드 방사압은 0.1 [MPa] 기준으로 한다.

  ⑤ 수압산정에 필요한 계산과정을 상세히 명시할 것

   ※ 위 표는 별도로 작성한다.

 가. 배관 및 관부속품의 마찰손실수두 [m]를 구하시오

 나. 위치수두 [m]를 구하시오.

 다. F점에 필요한 압력 P [MPa]를 구하시오. (단, 소수점 세째자리까지 구하여 답하시오.)

[문제풀이]

 가. 배관 및 관부속품의 마찰손실수두 [m]

   ∴ h1 = 2.29 + 3.41 + 5.77 + 1.8 = 13.27 m

 나. 위치수두 [m]

     h2 = 0.1 + 0.1 - 0.3 = - 0.1

다. F지점의 방수압은 ?

    P = 0.1327 [MPa] + (-0.001[MPa]) + 0.1 [MPa] = 0.2317 ≒ 0.232 [MPa]

[해설] 폐쇄형 스프링클러설비

   필요한 압력

    P = P1 + P2 + 0.1 [MPa]

        여기서, P : 필요한 압력 [MPa]

                     P1 : 배관 및 관부속품 마찰손실수두압 [MPa]

                     P2 : 낙차의 환산수두압 [MPa]

                     0.1 : 스프링클러설비 규정 방수압력 [MPa]

가. 배관 및 관부속품의 마찰손실수두 (h1)

[조건]

① 마찰손실수두 (100m 당)

② 관 이음쇠 및 마찰손실에 해당하는 직관길이

③ 헤드 나사는 PT ½ (15A) 기준으로 한다. (리듀서를 적용한다.)

④ 수압산정에 필요한 계산과정을 상세히 명시할 것.

​

가. 배관 마찰손실수두[m]를 구하시오. (단, 다음의 표에 따라 각 구간의 소요수두를 구하고 이를 합산하여 총 마찰손실수두

      를 구한다.)

나. 헤드선단의 낙차수두 [m]를 구하시오.

다. 헤드선단의 최소 방수압력 [MPa]을 구하시오.

라. K점의 최소 요구 압력 [KPa]을 구하시오.

​

[답안작성]

가. 배관의 마찰손실수두 [m]

나. 헤드 선단의 낙차수두 [m]

     헤드선단의 낙차수두 : 0.1 + 0.1 - 0.3 = - 0.1 m

다. 헤드의 방수압력 : 0.1 [MPa]

라. K지점의 방수압력 [kPa]

    ▣ 마찰손실압력수두 h1 = 2.29 + 3.41 + 7.03 + 2.94 = 15.67 m

    ▣ 낙차수두 h2 = - 0. 1 m

    ▣ 방수압력수두 H = 15.67 + (- 0.1) + 10 = 25.57 m

    ∴ 방수압력 P = 0.1567 + (-0.001) + (0.1) = 0.2557 [MPa] = 255.7 [kPa]

[해설] 폐쇄형 스프링클러 설비

  필요압력

    P = P1 + P2 + 0.1 [MPa]

    여기서, P : 필요한 압력 [MPa]

                 P1 : 배관 및 관부속품 마찰손실수두압 [MPa]

                 P2 : 낙차의 환산수두압 [MPa]

                 0.1 : 스프링클러설비 규정 방수압력 [MPa]

​

3. 폐쇄형 헤드를 사용한 스프링클러설비 끝 부분의 배관 중 K점에 필요한 압력수의 수압을 다음 조건을 이용하여

     구하시오. [10점] ★★★★★

[조건]

  ① 직관 마찰손실수두 [10m당]

                                                                                                                                                                  (단위 : m)

  ② 관이음쇠 및 마찰손실에 해당하는 직관 길이

   ※ 티는 직류티만 사용한다.

  ③ 헤드의 나사는 PT ½ (15A) 기준으로 한다.

  ④ 헤드 방사압은 0.1 [MPa] 기준으로 한다.

  ⑤ 수압산정에 필요한 계산과정은 상세히 명시할 것

  ※ 위 표는 별도로 작성한다.

  가. 배관 및 관부속품의 마찰손실수두 [m]를 구하시오.

  나. 위치수두 [m]를 구하시오.

  다. K점에 필요한 압력 P [MPa]를 구하시오. (단, 소수점 셋째 자리까지 구하여 답하시오.)

[답안작성]

  가. 배관 및 관부속품의 마찰손실수두 [m]

    마찰압력손실수두 h1 = 22.86+34.15+57.33+18.02 = 132.71 m

나. 위치수두 h2 = 0.1 + 0.1 + (-0.3) = - 0.1 m

다. K점에 필요한 압력 [MPa]

    필요한 압력 P = 1.3271 + ( - 0.001) + 0.1 = 1.4261 ≒ 1.42 [MPa]

​

4. 다음 그림과 같이 폐쇄형 헤드를 사용한 스프링클러설비의 말단 배관 중 K점에 필요한 압력수의 수압을 조건을 참조하

     여 구하시오. [12점] ★★★★★

[조건]

  ① 직관의 마찰손실수두 (100m당)

                                                                                                                                                         (단위 : m)

  ② 관이음쇠 및 마찰손실에 해당하는 직관 길이

  ③ 관이음쇠 및 마찰손실에 해당하는 직관길이 산출시 호칭구경 큰 쪽에 따른다.

  ④ 직류방향과 분류방향이 같은 크기의 분류량(구경)일 때 티는 직류로 계산한다.

  ⑤ 헤드 나사는 ½ (15A) 기준으로 한다.

  ⑥ 헤드방사압은 0.1 [MPa] 기준으로 한다.

가. 수압산정에 필요한 계산과정을 상세히 명시하여 다음표를 작성하시오.

  나. 위치수두 [m]를 구하시오.

  다. 방사요구압력수두 [m]를 구하시오.

  라. 총소요수두 [m]와 K점에 필요한 방수압 [MPa]을 구하시오.

    ① 총 소요수두를 구하시오.

    ② K점에 필요한 방수압을 구하시오.

[답안작성]

  가. 수압산정에 필요한 계산과정 표로 작성

  나. 위치수두 [m]

    ▣ 위치수두 h2 = 0.1 + 0.1 - 0.3 = - 0.1 [m]

  다. 방사요구압력수두 [m] : 10 [m] ☜ 0.1 [MPa] 환산수두

  라. 총소요수두[m]와 K점에 필요한 방수압 [MPa]

   ① 총소요수두 [m]

     ㉠ 마찰손실수두 h1 = 2.29 + 3.41 + 7.03 + 2.94 = 15.67 m

     ㉡ 위치수두 h2 : - 0.1 m

     ∴ 총소요수두 H = h1 + h2 + 10 = 15.67 + (-0.1) + 10 = 25.57 m

  ② K점에 필요한 방수압 [MPa]

     P = 0.1567 + (-0.001) + 0.1 = 0.2567 ≒ 0.26 [MPa]

[해설] 폐쇄형 스프링클러설비

  필요한 압력 P = P1 + P2 + 0.1 [MPa]

            여기서, P : 필요한 압력 [MPa]

                        P1 : 배관 및 관부속품 마찰손실수두압 [MPa]

                        P2 : 낙차의 환산수두압 [MPa]

                        0.1 : 스프링클러설비 규정 방수압력 [MPa]

  ▣ 배관 및 관부속품 마찰손실수두 (h1)

5. 다음 도면과 주어진 조건을 참고하여 각 물음에 답하시오. [16점] ★★★★★

          (출제 안된지 10년 넘었음)

[조건]

  ① 주어지지 않은 조건은 무시할 것

  ② 직류 Tee 및 리듀서는 무시할 것

  ③ 다음의 하젠 - 윌리엄스의 공식을 이용할 것​

          여기서, △Pm : 배관 1m당 마찰손실압력 [MPa]

                        Q : 유량 [ℓ / min]

                        C : 조도 [120]

                         D : 관경 [㎜]

  ① 배관의 호칭구경별 안지름은 다음과 같다.

                                                           < 배관의 호칭구경별 안지름 [㎜]>

[조건]

  ① 관이음쇠 및 밸브류 등의 마찰손실에 상당하는 직관의 길이는 다음과 같다.

                                          <관이음쇠 및 밸브류 등의 마찰손실에 상당하는 직관 길이 [m]>

가. 각 배관의 관경에 따라 다음 빈칸을 채우시오.

나. 다음 표 안의 ( )안을 채우시오.

  다. A점 헤드에서 고가수조까지의 낙차 [m]를 구하시오.

  라. A점 헤드의 분당 방수량 [ℓ/min]을 구하시오. (단, 방출계수는 80이다.)

[답안작성]

  가. 각 배관의 관경에 따른 상당관길이 [m

나. 다음 괄호안을 채우시오

  다. A점 헤드에서 고가수조까지의 낙차 [m]

      h2 = 45 - 2 - 0.6 - 1.2 = 41.2 m

라. A점 헤드의 분당 방수량 [ℓ/min]을 구하시오. (단, 방출계수는 80이다.)​

#스프링클러 #헤드 #방수압 #마찰손실수두 #고가수조 #낙차 #위치수두 #리듀서 #엘보

#분류티 #직류티 #알람체크밸브 #체크밸브 #개폐밸브 #관이음쇠 #마찰손실

1. 어느 9층 백화점에 습식 스프링클러설비를 하려고 한다. 다음 조건을 참조하여 각 물음에 답하시오. [6점] ★★★★★

[조건]

  ① 최고위 헤드의 방사압은 0.11 [MPa]이다.

  ② 스프링클러 헤드의 오리피스 직경은 11 [㎜]이다.

  ③ 펌프 토출측으로 부터 최상단 스프링클러 헤드까지의 수직거리는 50 [m] 이다.

  ④ 연성계의 지시압은 300 [㎜Hg]이다.

  ⑤ 배관의 마찰손실수두는 펌프 토출측으로 부터 최상단 헤드까지 높이의 40 [%] 이다.

  ⑥ 기계효율 95 %, 수력효율 90 %, 체적효율 80 % 이다.

가. 펌프의 전양정 [m]을 구하시오.

나. 수원의 양 [㎥]을 구하시오.

다. 펌프의 축동력 [kW]을 구하시오.

[답안작성]

 가. 펌프의 전양정 [m]

    전양정 H = h1 + h2 + 10 [m]

    실양정 h2 : 흡입양정 : (300 [㎜Hg] / 760 [㎜Hg] ) × 10.332 [m] = 4.078 [m]

                       토출양정 : 50 [m]

                h2 = 4.078 m + 50 m = 54.078 [m]

     마찰손실 양정 h1 = 50 m × 40% = 50 × 0.4 = 20 [m]

   ∴ 전양정 H = h1 + h2 + 11 = 20 m + 54.078 m + 11 m = 85.078 [m]

     ※ 스프링클러 헤드 의 방수압이 0.11[MPa] 이므로 이를 수두로 환산하면 11 [m]이다.

나. 수원의 양 [㎥]

   ※ 오리피스의 직경이 주어지면 다음식으로 구한다.​

   유량 Q=83.71 [ℓ/min] × 20 [min] × 30개 = 50,226 [ℓ] = 50.23 [㎥]

다. 펌프의 축동력 [kW]​

   전효율 η = 0.9 × 0.95 × 0.8 = 0684

[참고] 스프링클러설비의 수원의 양 (저수량) (폐쇄형 헤드를 사용하는 경우) (29층 이하)

   ※ 문제에서 방사압과 오리피스 직경이 주어진 경우​

      여기서, Q : 방수량 [ℓ/min]

                  D : 구경 (직경) [㎜]

                  P : 방수압(방사압) [MPa]

                  T : 방사시간 (29층 이하 : 20 [min])

                   N : 기준개수 (백화점(판매시설) : 30개)

▣ 폐쇄형 헤드의 설치장소별 기준 개수 (NFSC 103 제4조 ①, 1)

​

2. 지상 16층 짜리 어느 아파트에 스프링클러설비를 설치하려고 한다. 다음 조건을 이용하여 각 물음에 답하시오. (단, 층별

     방호면적은 990 [㎡]로서 헤드의 방사압력은 0.1 [MPa]이다.) [6점] ★★★★★

[조건]

  ① 실양정 : 65 m

  ② 배관, 관부속품의 총 마찰손실수두 : 25 m

  ③ 배관내 유속 : 2 [m/sec]

  ④ 효율 : 60 %

  ⑤ 전달계수 : 1.1

가. 이 설비의 펌프 토출량 [ℓ/min]을 구하시오. (단, 헤드의 기준개수는 최대치를 사용할 것)

나. 이 설비가 확보하여야 할 수원의 양 [㎥]을 구하시오.

다. 가압송수장치의 축동력 [kW]를 구하시오.

[문제풀이]

  가. 펌프의 토출량 [ℓ/min]

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

  나. 수원의 양 [㎥]

        수원의 양 Q = 1.6 [㎥] × N = 1.6 [㎥] × 10 = 16 [㎥]

  다. 가압송수장치의 축동력

       전양정 H = h1 + h2 + 10 = 25 m + 65 m + 10 m = 100 m​

가. 펌프의 최소 유량 [ℓ/min]

      유량 Q = 80 [ℓ/min] × N = 80 [ℓ/min] × 30개 = 2,400 [ℓ/min]

나. 수원의 최소 유효수량 [㎥]

      최소 유량 Q = 1.6 [㎥] × N = 1.6 [㎥] × 30 개 = 48 [㎥]

다. 마찰손실수두 [m] (Darcy-Weisbach 식 이용)​

라. 펌프의 최소 양정 : H = h1 + h2 + 10

           h1 = 15 m + 1.4 m = 16.4 [m]

           h2 = 50 [m]

         ∴ 전양정 H = h1 + h2 + 10 = 16.4 m + 50 m +10 = 76.4 [m]

마. 펌프의 축동력

바. 정방향 헤드의 설치 간격

    ① 헤드간 간격

         간격 S = 2 R cos 45˚ = 2 × 2.3 [m] × cos 45˚ = 3.25 [m]

    ② 벽과의 간격

          D = S/2 =3.25/2 =1.625 ≒ 1.63 [m]

​

[참고] 스프링클러헤드 정방형 설치 간격

  ▣ 정방형 설치간격

      S = 2 R cos 45˚ [m]

      L = S : 수평거리, 배관 간격 [m]

             R : 수평거리

  ⊙ 가로개수 : 실가로길이 (30m) ÷ (2 R cos 45°)

  ⊙ 세로개수 : 실세로길이 (20m) ÷ (2 R cos 45°)

※ R 값

   ⊙ 무대부, 특수가연물 : 1.7 m 이내

   ⊙ 비내화구조 : 2.1 m 이내

   ⊙ 내화구조 : 2.3 m 이내

   ⊙ 일반래크식 창고 : 2.5 m 이내

   ⊙ 아파트, 공동주책 : 3.2 m 이내

   ⊙ 포설비는 무조건 : 2.1 [m] 이내

​

[참고] 스프링클러 헤드의 배치기준

※ 포 소화설비는 무조건 : 2.1 m 이하

  ▣ 문제의 단서에서 내화구조이므로 수평거리 (R)는 2.3 m 이하이다.

    ① A의 최대길이 : S = 2 R cos 45° = 2 × 2.3 × cos 45˚ = 3.25 m

    ② B의 최대길이 : ½ S = ½ × 3.25 = 1.625 m ≒ 1.63 m

​

4. 지하 2층, 지상 15층인 어느 건물에 다음과 같은 조건으로 스프링클러설비를 설계하려고 한다. 각 물음에 답하시오.

    [8점] ★★★★★

[조건]

  ① 건축물은 내화구조이며 지상층 (지상 1층 ~ 지상 15층)의 평면도는 다음과 같다.

   ∴ 호칭구경은 125 [㎜] 를 선정한다.

다. 펌프의 전양정 [m]

      전양정 H = h1 + h2 + 10 = 12 m + 40 m + 10 m = 62 m

라. 펌프의 전동력 [kW]​

5. 어느 백화점 건물의 8층에 그림과 같이 습식 스프링클러설비를 설치하려고 한다. 다음 그림 및 조건을 참조하여

      각 물음에 답하시오. [20점] ★★★★★

※ 위 그림에서 스프링클러 헤드의 가지배관이 막혀 있으므로 전체 헤드수는 8개이다.

     만약 가지배관이 물결 모양이면 생략한 것이므로 헤드 개수는 기준개수를 적용한다.

※ 낙차압력에는 토출양정에 옥상수조압 5 [m]을 더하고 토출양정에는 더하지 않는다.

​

[조건]

  ① 펌프에서 최고위 말단 헤드까지의 배관 및 부속류의 총 마찰손실은 펌프 자연낙차압의 40% 이다.

  ② 펌프의 진공계 눈금은 550 [㎜Hg]이다.

  ③ 펌프의 체적효율 (ηv)은 0.95, 기계효율(ηm)은 0.95, 수력효율 (ηh)은 0.75 이다.

  ④ 전동기 전달계수 (여유계수)는 1.1 이다.

  ⑤ 표준대기압 상태이다.

가. 주펌프의 양정 [m]을 구하시오.

나. 주펌프의 토출량 [ℓ/min]을 구하시오.

다. 주펌프의 전효율 [%]을 구하시오.

라. 주펌프의 수동력 [kW], 축동력 [kW], 전동력 [kW]을 구하시오.

   ① 수동력       ② 축동력         ③ 전동력

마. 건식 스프링클러설비일 경우 A의 말단시험배관 설치방법을 그림으로 나타내시오.

바. 배관의 신축이음 종류를 5가지 쓰시오.

사. 다음의 소방용 탄소강관의 명칭을 쓰시오.

아. 유량이 80 [ℓ/s]이고 ⓒ관의 마찰손실은 3 [m]이며, ⓑ관의 유량이 20 [ℓ/s]일 때, ⓒ관의 유량 [ℓ/s]과 직경 [㎜]을

      구하시오. (단, 하젠-윌리엄스의 공식을 사용하고 조도는 100 이다.)

   ① 유량               ② 직경

​

[문제풀이]

 가. 주펌프의 양정 [m] H = h1 + h2 + 10

       h1 = 자연낙차압 (40 m + 5 m) × 40 % = 45 × 0.4 = 18 [m]

      ※ 자연낙차압에는 옥상수조압 5 [m]를 적용한다.

       h2 : 흡입양정 : (550[㎜Hg] / 760 [㎜Hg]) × 10.332 m = 7.477 [m]

              토출양정 : 40 m

       ∴ h2 = 7.477 m + 40 m = 47.477 m

       ∴ 전양정 H = h1 + h2 + 10 = 18 m + 47.477 m +10 = 75.477 ≒ 75.48 [m]

 나. 펌프의 토출량 [ℓ/min]

       Q = 80 [ℓ/min] × N = 80 [ℓ/min] × 8 = 640 [ℓ/min]

    ※ 스프링클러설비의 가지배관이 막혀 있으므로 헤드의 개수는 8개이다. 만약에 가지배관의 끝부분이 물결처리

        되었다면 생략한 것이므로 기준개수를 적용한다.

다. 주펌프의 전효율 (η)

       전효율 η = η수력효율 × η체적효율 × η기계효율 = 0.75 × 0.95 × 0.95 = 0.67687

라. 펌프의 수동력[kW], 축동력[kW], 전동력 [kW]은 ?

   ① 수동력 P =0.163 QH = 0.163 × 0.64 × 75.48 = 7.784 ≒ 7.87 [kW]​

마. 건식 스프링클러설비일 경우 A의 말단시험배관 설치방법을 그림으로 나타내시오.

바. 배관의 신축이음의 종류

   ① 슬리브형 이음       ② 벨로스형 이음           ③ 루프형 이음           ④ 스위블형 이음          ⑤ 볼 조인트

사. 소방용 탄소강관

   ① 배관용 탄소강관    ② 압력배관용 탄소강관      ③ 고압배관용 탄소강관      ④ 고온배관용 탄소강관

아. 유량 [ℓ/s] 및 직경 [㎜]

  ① 유량

     전체 유량 = ⓑ 관 유량 + ⓒ 관 유량

     ⓒ 관 유량 = 전체 유량 - ⓑ 관 유량 = 80 [ℓ/s] - 20 [ℓ/s] = 60 [ℓ/s]

② 직경 [㎜]

    ㉠ △P (마찰손실압력) : 문제에서 3 [m]로 제시되었으므로 0.1[MPa] = 10 [m]로 환산하면 0.03 [MPa]이다.

    ㉡ Q (유량) : ① 에서 구한 값 60 [ℓ/s]이다.

    ㉢ C (조도) : 문제의 단서에서 100 이다.

    ㉣ L (배관의 길이) : 문제의 그림에서 300 [m] 이다.​

※ 하젠-윌리엄스의 마찰손실압력 산정식​

​

#배관용탄소강관 #압력배관용탄소강관 #시험장치 #축동력 #전동력 #슬리브형 #벨로스형 #루프형 #스위블형 #볼조인트 #수평거리 #수직배관 #정방형 #스프링클러 #헤드

#오리피스 #저수량 #실양정 #마찰손실 #후드밸브 #토출량

1. 펌프의 흡입이론에서 볼 때 물을 흡입할 수 있는 이론 최대 높이 [m]를 구하시오. (단, 대기압은 760 [㎜Hg], 수은의 비중

     량은 133,280[N/㎥], 물의 비중량은 9,800[N/㎥]이다) [4점] ★★★★

[풀이]​

[해설] 이론 최대 높이 (이론 흡입 수두 (양정))

          P = γ1·H1 = γ2 · H2 [Pa = N/㎡]

          여기서, P : 압력 [Pa = N/㎡]

                       γ1 : 수은의 비중량 (133,280[N/㎡] = 133.28 [kN/㎡])

                       H1 : 수은의 높이 (수두) [m]

                       γ2 : 물의 비중량 (9,800 [ N/㎡] = 9.8 [kN/㎡])

                       H2 : 물의 높이 (수두) [m]

​

[관련 문제] 옥외소화전의 전동력을 구하시오.

   ① 옥외소화전은 5개 설치되었다.

   ② 실양정은 20 [m] 이다.

   ③ 호스길이는 25 [m] 이다. (호스 마찰손실 수두는 호스길이 100[m]당 4[m]이다)

   ④ 배관 및 배관의 마찰손실수두 : 10 [m]이다.

   ⑤ 펌프의 효율 50은 [%] 이고 전달계수는 1.1 이다.

   ⑥ 관창에서의 방수압은 : 29 [mAq]이다.

   ⑦ 주어진 조건외에는 다른 값은 무시한다.

[문제풀이]​

   방수량 Q : 옥외 소화전 350 [ℓ/min]의 최대 2개 까지 적용하므로 350 [ℓ/min] × 2 = 700 [ℓ/min] = 0.7 [㎥/min]

   전양정 H = h1 + h2 + h3 + 25 [m]

    여기서, H : 전양정 [m]

                 h1 : 소방호스의 마찰손실수두 [m]

                 h2 : 배관 및 관부속품의 마찰손실수두 [m]

                 h3 : 실양정 (흡입양정 + 토출양정) [m]

                 25 : 옥외소화전설비 규정방수 압력의 환산수두 [m] (0.25 [MPa] ⇒ 25[m])

                  ∴ H = 25 × (4/100) +10 + 20 + 29 = 60 [m]​

[관련 문제 2] 송풍기의 동력 [kW]을 구하시오.

   ⊙ 총 누설량 : 2.1 [㎥/s]

   ⊙ 총 보충량 : 0.75 [㎥/s]

   ⊙ 송풍기의 효율 : 50 [%]

   ⊙ 송풍기의 압력 : 1,000 [Pa]

   ⊙ 전달계수 : 1.1

   ⊙ 송풍기 풍량의 여유율 : 15 [%]

[풀이]​

   풍량 Q = (총 누설량 + 총 보충량) × 여유율 = (2.1+0.75) × 1.15 = 3.227 [㎥/s]​

2. 제연설비의 공기 유입 덕트내에 분당 180 [㎥]의 공기가 유입될 때 그림 "A, B, C" 각 부분에서의 이론 공기 유속 [m/s]을

      구하시오. (단, 덕트내의 마찰손실은 무시한다) [6점] ★★★★★

   단면적 : A = 120 × 70 [㎠]

                B = 120 × 60 [㎠]

                C = 120 × 50 [㎠]​

3. 그림과 같이 배관을 통하여 할론 1301의 정상흐름(steady flow)이 일어나고 있다. 이 흐름이 1차원 유동이라고 할 때 ②

    지점에서의 할론 1301의 밀도 [g/㎥]를 구하시오. (단, ①, ② 지점에서의 내부 단면적의 직경은 50[㎜]와 25[㎜]이다.

    [4점] ★★★★★

  [풀이]

   질량유량 M = ρ1 · A1 · v1 = ρ2 · A2 · V2 [㎏/㎥]​

4. 온도 20 [℃], 압력 196.14 [kPa]인 공기가 안지름 150 [㎜]인 배관을 1.5 [㎏/s]로 유동하고 있다. 유동을 균일 분포 유동으

    로 가정할 때, 유속 [m/s]을 구하시오. (단, 공기의 기체상수 R = 0.287 [kJ/㎏·K]로 한다. [4점] ★★★

[풀이]​

5. 물이 매초 당 3,00 [N]으로 내경 300[㎜]인 소화배관을 통하여 흐르고 있다. 다음 각 물음에 답하시오. [5점] ★★★★★

  (1) 소화배관내 물의 평균 유속 [m/s]을 구하시오.

  (2) 소화배관 내 물의 평균유속을 9.7 [m/s]으로 할 경우 소화배관의 관경 [m]을 구하시오.

[풀이]​

  (2) 계산기의 Solve 기능을 활용하여 풀어 보자.​

6. 내경이 80[㎜]인 옥내 소화전 설비의 배관에 유량이 390 [ℓ/min]으로 흐르고 있다. 

    다음 각 물음에 답하시오. [6점] ★★★★★

  (1) 배관내의 평균유속 [m/s]을 구하시오.

  (2) 질량 유량 [㎏/s]을 구하시오.

  (3) 중량 유량 [N/s]을 구하시오.​

7. 옥내 소화전 방수구에 직경 15[㎜]의 오리피스를 설치하였다. 압력이 0.5[MPa]일 경우 방수량 [ℓ/min] 은 얼마인가 ? (단,

    오리피스 계수는 0.75 이다) [6점] ★★★​

※ 유량계수(오리피스계수, 흐름계수 등)이 주어지면 2.086 ÷ 0.99 = 2.107 값을 적용, 이 때 C = 0.99

     2.086은 유량계수가 적용된 값이다.

     2.107은 유량계수가 적용되지 않은 값이다.

     유량계수 값이 주어지면 2.107값을 적용하고 그렇지 않으면 2.086를 적용한다.

       ⊙ 유량계수값이 주어지지 않을 경우 : 2.086

       ⊙ 유량계수값이 주어지는 경우 : 2.107

[관경을 구할 때]​

   ※ 방수량 산정식​

   여기서, Q : 방수량 [ℓ/min]

               C : 흐름계수 (유량계수, 오리피스 계수)

               D : 구경(직경) [㎜]

                  - 노즐구경 : 옥내소화전설비 : 13 [㎜]

                                      옥외 소화전 설비 : 19 [㎜]

               P : 방수압 [MPa]

​

#방수압 #체적유량 #질량유량 #중량유량 #흡입양정 #실양정 #비중량 #밀도 #마찰손실

#양정 #수두 #제연설비 #소화전

1. 베르누이 정리​

여기서, H : 전수두 [m]

             P1, P2 : 압력 [Pa = N/㎡]

             γ : 물의 비중량 (9,800 [N/㎥] = 9.8 [kN/㎥] = 0.0098 [MN/㎥]

             v1, v2 : 속도 [m/s]

             g : 중력가속도 (9.8 [m/s2]

             Z1, Z2 : 위치 수두 [m]

​

2. 토리첼리의 정리

  ▣ 토리첼리의 정리는 위 베르누이의 정리에서 속도수두에 관한 사항이다.​

여기서, v : 유속 [m/sec]

            g : 중력가속도 (9.8 [m/s2]

           H : 높이 [m]

           γ : 물의 비중량 (9,800 [N/㎥])

           ρ : 물의 밀도 (1,000[㎏/㎥])

           P : 압력 [Pa = N/㎡]

​

3. 관의 상당길이 = 등가길이 = 직관장

  ▣ 관의 부속 등의 마찰손실을 동일 구경의 배관의 길이로 환산한 값​

여기서, H : 마찰손실수두 [m]

              f : 마찰손실계수

              ℓ : 배관의 길이 [m]

              v : 유속 [m/s]

              g : 중력가속도 (9.8 [m/s2])

              D : 배관의 직경 [m]

​

5. 하젠-윌리엄스의 식

  ▣ 하젠-윌리엄스의 공식은 관의 마찰압력 손실수두와 조도(관의 거칠기), 관의 직경, 유량 등과의 관계를 나타낸 식이다.​

여기서, △P : 마찰손실압력 [MPa]

              C : 조도 (거칠기)

              D : 배관의 내경 [㎜]

              Q : 유량 [ℓ/min]

              L : 배관의 길이 [m]

   ※ 10^7 이면 마찰손실 압력의 단위는 [kPa]이 된다.

​

6. 병렬관로

▣ 베르누이의 정리에 따라 배관의 입구 부분에서의 에너지는 어떠한 경로로 흘러 가더라도 배관의 출구 부분에 전달되며

     실제 유체 이므로 손실되는 에너지 또한 동일하게 볼 수 있다. (경로가 다르더라도 출발점의 유체의 총에너지와 도착점

      의 유체의 총에너지는 같으므로 경로가 다르더라도 에너지 손실량은 같다) 따라서, 각 병렬관로에서의 마찰손실은 경

      로와 관계없이 동일하다. (△P1 = △P2)

   Q = Q1 + Q2

  여기서, Q : 유량 [㎥/s]

               Q1 : 병렬관로 1에서의 유량 [㎥/s]

               Q2 : 병렬관로 2에서의 유량 [㎥/s]

  ※ 하젠-윌리엄스의 식으로 구하라고 하지 않으면 달시-웨버의 식으로 구한다.

       기본이 달시-웨버의 식이다.

​

7. 노즐의 플랜지 볼트에 작용하는 힘 (반발력)

 ① 플랜지 볼트에 작용하는 힘 

 여기서, F : 플랜지볼트에 작용하는 힘 [N]

              γ : 물의 비중량 (9,800 [N/㎥])

              Q : 유량 [㎥/s]

              A1 : 소방호스의 단면적 ((πd2)/4 [㎡])

              A2 : 노즐의 단면적 ((πd2)/4 [㎡])

              g : 중력가속도 (9.8 [m/s2])

​

 ② 노즐에 걸리는 반발력 (운동량에 따른 반발력)​

 여기서, F : 노즐에 걸리는 반발력 (운동량에 따른 반발력[N])

              ρ : 물의 밀도 (1,000 [N·s2/m4])

              Q : 유량 [㎥/s]

              v1 : 소방호스의 유속 [m/s]

              v2 : 노즐의 유속 [m/s]

​

 ③ 노즐을 수평으로 유지하기 위한 힘​

여기서, F : 노즐을 수평으로 유지하기 위한 힘 [N]

             ρ : 물의 밀도 (1,000 [N·s2/m4])

             Q : 유량 [㎥/s]

             v2 : 노즐의 유속 [m/s]

​

 ④ 노즐에 작용하는 반동력​

  여기서, R : 노즐에 작용하는 반동력 [N]

               P : 방수압력 [MPa]

               D : 노즐 구경 [m]

​

 ※ 플랜지에 작용하는 힘 (계산기에 안들어 가는 경우 해결방안)​

 ※ 1번 공식 다른 방법​

8. 펌프의 분류

 ▣ 원심펌프의 종류 (소방에서는 원심펌프만 사용)

   ① 볼류트 펌프 : 안내깃이 없다. 저가, 저양정 고유량, P↓, Q↑

   ② 터빈펌프 : 안내깃이 있다. 고가, 고양정 저유량, P↑, Q↓

​

9. 펌프의 직렬 및 병렬 운전

   ▣ 펌프를 직렬운전하면 양정이 커지고 토출량은 그대로 이다.

   ▣ 펌프를 병렬운전하면 양정은 그대로이고 토출량은 늘어난다.

​

10. 실제흡입수두 (NPSH)

 ① 유효흡입수두 (NPSHav ⇒ NPSH available)

   ⊙ 펌프설비에서 얻어지는 이용 가능한 유효흡입양정 (펌핑 안해도 사용할 수 있는 수두)​

  여기서, NPSHav : 유효흡입수두 [m]

               Ha : 대기압의 환산수두 [m]

               Hf : 마찰손실의 환산수두 [m]

               Hv : 포화증기압의 환산수두 [m]

               Hh : 낙차의 환산수두 [m] (부압 : -, 정압 : +)

 ② 필요흡입수두 [NPSHre] : 펌프에서 임펠러 입구까지 유입된 물은 임펠러에서 가압되기 직전에 압력강하가 발생한다.

                                               이 때 해당하는 수두가 필요흡입수두[NPSHre]이다.

    ㉠ 펌프제작시 결정되는 고유값으로 설계에 의해 변하지 않는다.

    ㉡ NPSHre 가 클수록 펌프의 흡입능력은 떨어진다.

    ㉢ NPSHre 의 크기는 펌프의 토출량 증가에 따라 커진다. 따라서, 설계시 최대 운전점인 150 [%] 토출량을 적용한다.

  ※ NPSH 계산시 주의할 점

   ⊙ 마찰손실수두 : 정격토출량의 150 [%]를 적용 (최대 운전상태를 적용)

   ⊙ 필요흡입수두(NPSHre) : 비속도 계산시 150 [%] 토출량의 회전수, 유량 및 양정을 적용 (최대 운전상태의 펌프 진공도

                                                를 산출)

​ ③ 공동현상 발생한계 조건

   ㉠ 발생한계 : NPSHav = NPSHre

   ㉡ 발생안함 : NPSHav > NPSHre

   ㉢ 펌프설계시 : NPSHav ≥ NPSHre

11. 동력공식

  ① 동력 P = γ · Q · H 에서 Q의 단위 [㎥/s]

  ② 동력 P = 0.163 Q · H 에서 Q의 단위 [㎥/min]

    ※ 물의 비중량 γ = 9.8 [kN/㎥], 유량 Q [㎥/min]을 대입하면​

    ㉠ 1 [hp] : 0.746 [kW]

    ㉡ 1[ps] : 0.735 [kW]

   ※ 전효율 = 수력효율 × 체적효율 × 기계효율

​

12. 펌프의 동력​

   여기서, P : 동력 [kW], H : 전양정 [m], Q : 유량 [㎥/min], η : 효율, k : 전달계수

      ④ 팬의 동력

  여기서, P : 동력 [kW]

              PT : 전압 [㎜Aq=㎜H2O]

              Q : 풍량 [㎥/min], [1㎥/min × 1 [min] / 60 [sec]]

              η : 전효율

              k : 전달계수

​

13. 상사법칙

 ① 유량 : 펌프의 유량은 회전수에 비례하고 관경의 세제곱에 비례한다.​

  여기서, Q1 : 변경 전 유량 [ℓ/min],           Q2 : 변경 후 유량 [ℓ/min]

              N1 : 변경 전 회전수 [rpm],          N2 : 변경 후 회전수 [ℓ/rpm]

              D1 : 변경 전 관경 [㎜],                D2 : 변경 후 관경 [[㎜]

​

 ② 양정 : 펌프의 양정은 회전수 및 관경의 제곱에 비례한다.​

  여기서, H1 : 변경 전 양정 [m],               H2 : 변경 후 양정 [m]

              N1 : 변경 전 회전수 [rpm],        N2 : 변경 후 회전수 [ℓ/rpm]

              D1 : 변경 전 관경 [㎜],              D2 : 변경 후 관경 [[㎜]

​

 ③ 축동력 : 펌프의 축동력은 회전수의 세제곱 및 관경의 오제곱에 비례한다.​

  여기서, P1 : 변경 전 축동력 [kW],              P2 : 변경 후 축동력 [kW]

              N1 : 변경 전 회전수 [rpm],             N2 : 변경 후 회전수 [ℓ/rpm]

              D1 : 변경 전 관경 [㎜],                   D2 : 변경 후 관경 [[㎜]

​

14. 펌프의 이상현상

가. 공동현상 (Cavitation)

  1) 공동현상 (cavitaion) : 펌프흡입측 배관 내의 물의 정압이 기존 증기압 보다 낮아져 기포가 발생되어 물이 흡입되지

                                            않는 현상을 말한다.

  2) 공동현상의 발생원인

    ① 펌프의 흡입수두(양정)이 큰 경우

    ② 펌프의 설치 위치가 수면 보다 높은 경우

    ③ 펌프의 마찰손실이 클 경우

    ④ 펌프의 임펠러 속도가 클 경우

    ⑤ 펌프흡입측 배관의 구경이 작을 경우

    ⑥ 배관내의 수온이 높을 경우

    ⑦ 내관내의 물의 정압이 기존의 증기압 보다 낮을 경우

  3) 공동현상 방지 대책

    ① 펌프의 흡입수두(양정)을 작게 한다.

    ② 펌프의 설치위치를 수면보다 낮게 한다.

    ③ 펌프의 마찰손실을 작게 한다.

    ④ 펌프의 임펠러 속도를 작게 한다.

    ⑤ 펌프 흡입측 배관의 구경을 크게 한다.

    ⑥ 양 흡입펌프를 사용한다.

    ⑦ 배관내의 물의 정압이 기존의 증기압 보다 높게 한다.

  4) 발생현상

    ① 펌프의 임펠러를 소손시킨다.

    ② 소음과 진동이 발생한다.

    ③ 펌프의 성능이 저하된다.

    ④ 배관의 부식을 초래한다.

​

나. 수격현상 (Water hammering)

  1) 수격현상 (Water hammering) : 배관내의 물의 흐름에서 급격히 밸브를 개폐하였을 경우 발생하는 충격현상을 말한다.

  2) 수격현상의 발생 원인

    ① 급격하게 밸브를 개폐할 경우

    ② 정상 운전시 유체의 압력 변동이 있을 때

    ③ 펌프를 갑자기 정지할 때

  3) 수격현상 방지대책

    ① 배관내의 유속을 낮게 한다.

    ② 배관의 구경을 크게 한다.

    ③ 펌프 토출측 가까운 곳에 밸브를 설치한다.

    ④ 조압수조 (Surge tank)를 설치한다.

    ⑤ 수격방지기 (Water hammering cushion) 또는 에어챔버 (Air chamber)를 설치 한다.

    ⑥ 플라이 휠 (Fly wheel)을 설치한다.

​

다. 맥동현상 (Surging)

  1) 맥동현상 (Surging) : 유량이 단속적으로 변하여 펌프 흡입측 및 토출측에 설치된 진공계(연성계) 및 압력계가 흔들리

                                         고 진동과 소음이 발생하여 펌프의 토출유량이 변하는 현상을 말한다.

  2) 맥동현상 발생원인

    ① 펌프의 성능곡선이 산 모양이고 운전점이 그 정상부에 있을 경우

    ② 배관 도중에 수조가 있을 경우

    ③ 배관내 기체 상태의 부분이 있을 경우

    ④ 유량조절밸브가 배관 중 수조의 후방에 위치해 있을 경우

  3) 맥동현상 방지 대책

    ① 운전점을 고려하여 적정한 펌프를 선정한다.

    ② 배관도중에 불필요한 수조를 설치하지 않는다.

    ③ 배관내 기체를 없앤다.

    ④ 유량조절밸브를 배관 중 수조의 전방에 설치한다.

    ⑤ 회전차나 안내깃의 형상치수를 바꾸어 그 특성을 변화시킨다.

​

5. 르 샤틀리에 공식

  ▣ 르 샤틀리에 공식은 혼합가스의 폭발 가능성을 측정하는 지표이다.

  여기서, U (L) : 혼합가스의 연소(폭발) 상 · 하한계

              V1, V2, V3 : 연소(폭발) 가스의 부피 비율 (조성농도)

              U1 (L1), U2 (L2), U3 (L3) : 연소(폭발) 가스의 상 · 하한계

​

16. 스케줄 수 (Schedule No.)