아낌없이 주는 나무

95. 다음 그림은 어느 폐쇄형 습식 스프링클러설비에 대한 가지배관의 최고 말단부를 나타낸 것이다. 다음 그림과 조건을

      참조하여 각 물음에 답하시오. [12점] ★★★★  최근 10여년간 출제되지 않았음 (다툼이 있는 문제)

[조건]

 ① 헤드의 설치도면

  ② 배관에 설치된 관부속품의 등가길이 [m]는 다음 표와 같다.

  ③ 호칭경에 따른 내경표는 다음 표와 같다.

  ④ 최종 헤드의 방사압력은 0.1 MPa 이다.

  ⑤ 배관 내의 유수에 따른 마찰손실압력은 하젠 - 윌리엄스의 공식을 적용하되, 계산의 편의상 공식은 다음과 같다고 가정

       한다.​

 여기서, △P : 배관의 길이 1m 당 마찰손실압력 [MPa]

                   Q : 배관 내의 유수량 [ℓ/min]

                   D : 배관의 내경 [㎜]

  ⑥ 회향식 배관의 마찰손실압력은 모두 같다고 가정한다.

  ⑦ 헤드는 모두 개방상태라고 가정한다.

  ⑧ 계산결과는 소수점 넷째자리에서 반올림하여 소수점 셋째자리까지 나타내시오.

​

가. 각구간별 (A→B, B→C, C→D, D→ 최종헤드) 배관의 마찰손실압력은 몇 [MPa]인가?

  ① A → B 구간 (구경 32A)

  ② B → C 구간 (구경 25A)

  ③ C → D 구간 (구경 25A)

  ④ D → 최종 헤드 구간 (구경 25A)

나. A점에서 최종 헤드까지의 총 손실압력은 몇 MPa인가 ?

다. D, C, B, A 점에서의 압력은 몇 [MPa]인가 ?

라. ㉠, ㉡, ㉢ 헤드에서의 방사압력은 몇 [MPa]인가 ?

​

[답안작성]

가. 각구간별 (A→B, B→C, C→D, D→ 최종헤드) 배관의 마찰손실압력은 몇 [MPa]인가?

  ① A → B 구간 (구경 32A)​

  ② B → C 구간 (구경 25A)​

  ③ C → D 구간 (구경 25A)​

  ④ D → 최종 헤드 구간 (구경 25A)

나. A점에서 최종 헤드까지의 총 손실압력은 몇 MPa인가 ?

   △P1~4 = 0.004 + 0.008 + 0.032 + 0.028 + (-0.002) = 0.07 [MPa]

다. D, C, B, A 점에서의 압력은 몇 [MPa]인가 ?

  ① D점에서의 압력 = 0.1 + 0.004 + (-0.002) = 0.102 MPa

  ② C점에서의 압력 = 0.102 + 0.008 = 0.11 MPa

  ③ B점에서의 압력 = 0.11 + 0.032 = 0.142 MPa

  ④ A점에서의 압력 = 0.142 + 0.028 = 0.17 MPa

라. ㉠, ㉡, ㉢ 헤드에서의 방사압력은 몇 [MPa]인가 ?

   ▣ 회향식 배관에서의 낙차의 환산수두압력 = 0.1 - 0.3 = - 0.2 m = - 0.002 MPa

  ① ㉠ 헤드에서의 방사압력 = 0.11 - 0.004 - (-0.002) = 0.108 MPa

  ② ㉡ 헤드에서의 방사압력 = 0.142 - 0.004 - (-0.002) = 0.14 MPa

  ③ ㉢ 헤드에서의 방사압력 = 0.17 - 0.004 - (-0.002) = 0.168 MPa

​

[해설] 폐쇄형 스프링클러설비 (개방상태)

 가. 배관의 마찰손실압력

  ㉠ 마찰손실압력 계산

   ▣ 마찰손실압력은 조건 ⑤의 하젠-윌리엄스 식을 적용한다.

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

                         Q : 배관 내의 유수량 [ℓ/min]

                         D : 배관의 내경 [㎜]

                         L : 배관의 길이 [m]

       ※ 배관길이를 적용할 것

  ㉡ 방수량 계산​

          여기서, Q : 방수량 (유수량) [ℓ/min]

                       K : 방출계수

                       P : 방사압력 [MPa]

   ⊙ 조건 ⑦에서 헤드는 모두 개방상태로 가정하여 계산한다.

       ※ 직류 티 · 분류(측류) 티

   ⊙ 조건 ⑧ 에서 계산결과는 소수점 넷째자리에서 반올림하여 소수점 셋째자리까지 나타낸다.

 ④ D → 최종헤드 구간 (호칭구경 : 25A)

   ◈ 방출계수 (K)

   ⊙ K (방출계수) : 조건에 주어지지 않았지만 스프링클러헤드의 호칭구경이 15A이므로 K = 80을 적용한다.

   ⊙ 조건 ④ 에서 최종 헤드의 방사압력(P)은 0.1 MPa 이다.

   ⊙ 구경이 25A이므로 조건 ③ 에서 내경 (d)은 28 ㎜ 이다.

   ⊙ 배관길이 (L) - 직관 : 0.1m + 0.05m + 0.3 m = 0.45 m

                             - 관부속품 ▶ 90° 엘보(25A) : 2개 × 0.9 m = 1.8 m

                                               ▶ 리듀셔 (25 × 15A) : 1개 × 0.54 = 0.54 m

           L = 0.45 m + 1.8 m + 0.54 m = 2.79 m

  ㉠ 유수량 (Q1)​

  ㉡ 마찰손실압력 (△P1)

      ⊙ 유수량 (Q) = Q1 = 80 [ℓ/min]

 ③ C → D 구간 (호칭구경 : 25A)

   ⊙ 유수량 (Q) = Q1 = 80 [ℓ/min]

   ⊙ 구경이 25A이므로 조건 ③ 에서 내경 (d)은 28 ㎜ 이다.

   ⊙ 배관길이 (L) - 직관 : 3.5 m

                             - 관부속품 ▶ 분류티(25A) 1개 × 1.5 m = 1.5 m

        L = 3.5 m + 1.5 m = 5m 

     ※ C → D 구간에 헤드가 설치되어 있지 않으므로 유수량 (Q)은 최종 헤드의 80 ℓ/min 이다.

 ② B → C 구간 (호칭구경 : 25A)

   ⊙ 방사압력 (P) = P + △P1 + △P2 - △P1 = 0.1MPa + 0.004MPa + 0.008MPa - 0.004MPa

    ※ 헤드 2개의 유수량 : 최종 헤드의 유수량 + ㉠ 헤드의 유수량 이므로 ㉠ 헤드측의 회향식 배관의 마찰손실압력

          (0.004MPa)을 감한다.

    ※ 헤드 ㉠, ㉡, ㉢ 는 위치수두가 같으므로 압력은 동일하다. 다만, 유수량은 각 헤드마다 유출되므로 더해 주어야 한다.

        양쪽 가지배관으로 나누어 지는 경우 분기점에서 압력은 동일하고, 유수량은 2배가 되는 원리와 같다.

   ⊙ 구경이 25A 이므로 조건 ③ 에서 내경 (d)은 28 ㎜ 이다.

   ⊙ 배관길이 (L) - 직관 : 3.5 m

                             - 관부속품 - 분류티 : 25 A 1개 × 1.5 m = 1.5 m

         L = 3.5 m + 1.5 m = 5m

   ㉠ 유수량 (Q2)​

   ㉡ 마찰손실압력 (△P3)

    ⊙ 유수량 (Q) = Q1 + Q2 = 80 ℓ/min + 83.1384 ℓ/min​

  ① A → B 구간 (호칭구경 : 32A)

    ⊙ 방사압력 (P) = P + △P1 + △P2 + △P3 - △P1 = 0.1 MPa + 0.004 MPa + 0.008 MPa + 0.032 MPa - 0.004 MPa

      ※ 헤드 3개의 유수량 : 최종 헤드의 유수량 + ㉠ 헤드의 유수량 + ㉡ 헤드 유수량이므로 ㉡ 헤드측의 회향식 배관의

                                          마찰손실압력 (0.004MPa)을 감한다.

      ※ 헤드 ㉠, ㉡, ㉢ 는 위치수두가 같으므로 압력은 동일하다. 다만, 유수량은 각 헤드마다 유출되므로 더해 주어야 한다.

          양쪽 가지배관으로 나누어 지는 경우 분기점에서 압력은 동일하고, 유수량은 2배가 되는 원리와 같다.

    ⊙ 구경이 32A 이므로 조건 ③ 에서 내경 (d)은 36 ㎜ 이다.    

    ⊙ 배관길이 (L) - 직관 : 3.5 m

                             - 관부속품 - 분류티 : 32 A 1개 × 1.8 m = 1.8 m

                             - 리듀셔 (32A × 25A) : 1개 × 0.72 m = 0.72 m

               L = 3.5 m + 1.8 m + 0.72 m = 6.02 m

   ㉠ 유수량 (Q3)​

  ㉡ 마찰손실압력 (△P4)

    ⊙ 유수량 (Q) = Q1 + Q2 + Q3 = 80 ℓ/min + 83.1384 ℓ/min + 94.6572 ℓ/min​

  ② 배관에 설치된 관부속품의 등가길이 [m]는 다음 표와 같다.

  ③ 호칭경에 따른 내경표는 다음 표와 같다.

  ④ 최종 헤드의 방사압력은 0.1 MPa 이다. (단, 방출계수 K는 80이다.)

  ⑤ 배관 내의 유수에 따른 마찰손실압력은 하젠 - 윌리엄스의 공식을 적용하되, 계산의 편의상 공식은 다음과 같다고 가정

        한다.​

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

                           Q : 배관 내의 유수량 [ℓ/min]

                           D : 배관의 내경 [㎜]

  ⑥ 회향식 배관의 마찰손실압력은 모두 같다고 가정한다.

  ⑦ 헤드는 모두 개방상태라고 가정한다.

  ⑧ 배관내의 낙차는 모두 무시한다.

  ⑨ 계산결과는 소수점 넷째자리에서 반올림하여 소수점 셋째자리까지 나타내시오.

​

가. 각구간별 (A→B, B→C, C→D, D→ 최종헤드) 배관의 마찰손실압력은 몇 [MPa]인가?

   ① A → B 구간 (구경 32A)

   ② B → C 구간 (구경 25A)

   ③ C → D 구간 (구경 25A)

   ④ D → 최종 헤드 구간 (구경 25A)

나. A점에서 최종 헤드까지의 총 손실압력은 몇 MPa인가 ?

다. D, C, B, A 점에서의 압력은 몇 [MPa]인가 ?

라. ㉠, ㉡, ㉢ 헤드에서의 방사압력은 몇 [MPa]인가 ?

​

[답안작성]

가. 각구간별 (A→B, B→C, C→D, D→ 최종헤드) 배관의 마찰손실압력은 몇 [MPa]인가?

  ① A → B 구간 (구경 32A)​

  ② B → C 구간 (구경 25A)​

  ③ C → D 구간 (구경 25A)​

  ④ D → 최종 헤드 구간 (구경 25A)​

나. A점에서 최종 헤드까지의 총 손실압력은 몇 MPa인가 ?

   △P1~4 = 0.003 + 0.008 + 0.032 + 0.024 = 0.067 [MPa]

다. D, C, B, A 점에서의 압력은 몇 [MPa]인가 ?

   ① D점에서의 압력 = 0.1 + 0.003 = 0.103 MPa

   ② C점에서의 압력 = 0.103 + 0.008 = 0.111 MPa

   ③ B점에서의 압력 = 0.111 + 0.032 = 0.143 MPa

   ④ A점에서의 압력 = 0.143 + 0.024 = 0.167 MPa

라. ㉠, ㉡, ㉢ 헤드에서의 방사압력은 몇 [MPa]인가 ?

   ① ㉠ 헤드에서의 방사압력 = 0.111 - 0.003 = 0.108 MPa

   ② ㉡ 헤드에서의 방사압력 = 0.143 - 0.003 = 0.14 MPa

   ③ ㉢ 헤드에서의 방사압력 = 0.167 - 0.003 = 0.164 MPa

​

[해설] 폐쇄형 스프링클러설비 (개방상태)

가. 배관의 마찰손실압력

  ㉠ 마찰손실압력 계산

    ▣ 마찰손실압력은 조건 ⑤의 하젠-윌리엄스 식을 적용한다.

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

                         Q : 배관 내의 유수량 [ℓ/min]

                         D : 배관의 내경 [㎜]

                         L : 배관의 길이 [m]

        ※ 배관길이를 적용할 것

  ㉡ 방수량 계산

            여기서, Q : 방수량 (유수량) [ℓ/min]

                          K : 방출계수

                          P : 방사압력 [MPa]

   ⊙ 조건 ⑦에서 헤드는 모두 개방상태로 가정하여 계산한다.

     ※ 직류 티 · 분류(측류) 티

  ⊙ 조건 ⑨ 에서 계산결과는 소수점 넷째자리에서 반올림하여 소수점 셋째자리까지 나타낸다.

 ④ D → 최종헤드 구간 (호칭구경 : 25A)

    ⊙ K (방출계수) : 조건 ④의 단서에서 80 이다.

    ⊙ 조건 ④ 에서 최종 헤드의 방사압력(P)은 0.1 MPa 이다.

    ⊙ 구경이 25A이므로 조건 ③ 에서 내경 (d)은 28 ㎜ 이다.

    ⊙ 배관길이 (L) - 직관 : 0.1m + 0.05m + 0.3 m = 0.45 m

                             - 관부속품 ▶ 90° 엘보(25A) : 2개 × 0.9 m = 1.8 m

         L = 0.45 m + 1.8 m = 2.25 m

  ㉠ 유수량 (Q1)​

  ㉡ 마찰손실압력 (△P1)

    ⊙ 유수량 (Q) = Q1 = 80 [ℓ/min]​

  ③ C → D 구간 (호칭구경 : 25A)

      ⊙ 유수량 (Q) = Q1 = 80 [ℓ/min]

      ⊙ 구경이 25A이므로 조건 ③ 에서 내경 (d)은 28 ㎜ 이다.

      ⊙ 배관길이 (L) - 직관 : 3.5 m

                               - 관부속품 ▶ 분류티(25A) 1개 × 1.5 m = 1.5 m

        L = 3.5 m + 1.5 m = 5m

      ※ 헤드가 개방상태이므로 분류 T가 된다.​

    ※ C → D 구간에 헤드가 설치되어 있지 않으므로 유수량 (Q)은 최종 헤드의 80 ℓ/min 이다.

  ② B → C 구간 (호칭구경 : 25A)

    ⊙ 방사압력 (P) = P + △P1 + △P2 - △P1 = 0.1MPa + 0.003MPa + 0.008MPa - 0.003MPa

   ※ 헤드 2개의 유수량 : 최종 헤드의 유수량 + ㉠ 헤드의 유수량 이므로 ㉠ 헤드측의 회향식 배관의 마찰손실압력

                                        (0.003MPa)을 감한다.

   ※ 헤드 ㉠, ㉡, ㉢ 는 위치수두가 같으므로 압력은 동일하다. 다만, 유수량은 각 헤드마다 유출되므로 더해 주어야 한다.

       양쪽 가지배관으로 나누어 지는 경우 분기점에서 압력은 동일하고, 유수량은 2배가 되는 원리와 같다.

   ⊙ 구경이 25A 이므로 조건 ③ 에서 내경 (d)은 28 ㎜ 이다.

   ⊙ 배관길이 (L) - 직관 : 3.5 m

                             - 관부속품 - 분류티 : 25 A 1개 × 1.5 m = 1.5 m

         L = 3.5 m + 1.5 m = 5m

 ㉠ 유수량 (Q2)​

   ㉡ 마찰손실압력 (△P3)

       ⊙ 유수량 (Q) = Q1 + Q2 = 80 ℓ/min + 83.1384 ℓ/min​

  ① A → B 구간 (호칭구경 : 32A)

    ⊙ 방사압력 (P) = P + △P1 + △P2 + △P3 - △P1 = 0.1 MPa + 0.003 MPa + 0.008 MPa + 0.032 MPa - 0.003 MPa

    ※ 헤드 3개의 유수량 : 최종 헤드의 유수량 + ㉠ 헤드의 유수량 + ㉡ 헤드 유수량이므로 ㉡ 헤드측의 회향식 배관의

                                         마찰손실압력 (0.003MPa)을 감한다.

    ※ 헤드 ㉠, ㉡, ㉢ 는 위치수두가 같으므로 압력은 동일하다. 다만, 유수량은 각 헤드마다 유출되므로 더해 주어야 한다.

        양쪽 가지배관으로 나누어 지는 경우 분기점에서 압력은 동일하고, 유수량은 2배가 되는 원리와 같다.

   ⊙ 구경이 32A 이므로 조건 ③ 에서 내경 (d)은 36 ㎜ 이다.

   ⊙ 배관길이 (L) - 직관 : 3.5 m

                            - 관부속품 - 분류티 : 32 A 1개 × 1.8 m = 1.8 m

                        L = 3.5 m + 1.8 m = 5.3 m

    ㉠ 유수량 (Q3)​

    ㉡ 마찰손실압력 (△P4)

       ⊙ 유수량 (Q) = Q1 + Q2 + Q3 = 80 ℓ/min + 83.1384 ℓ/min + 94.6572 ℓ/min​

 나. A점에서 최종 헤드까지의 총 손실압력 (P1~4)

    P1~4 = △P1 + △P2 + △P3 + △P4

     ∴ P1~4 = 0.003MPa + 0.008 MPa + 0.0032 MPa + 0.0024 MPa = 0.067 MPa

 다. D, C, B, A 점에서의 압력

    ⊙ 조건 ⑧에서 낙차는 모두 무시하므로 적용하지 않는다.

  ① D점에서의 압력 = P + △P1 = 0.1 MPa + 0.003 MPa = 0.103 MPa  

  ② C점에서의 압력 = D 점에서의 압력 + △P2  = 0.103 MPa + 0.008 MPa = 0.111 MPa

  ③ B점에서의 압력 = C 점에서의 압력 + △P3  = 0.111 MPa + 0.032 MPa = 0.143 MPa

  ④ D점에서의 압력 = B 점에서의 압력 + △P2  = 0.143 MPa + 0.024 MPa = 0.167 MPa

 라. ㉠, ㉡, ㉢ 에서의 방사압력

   ⊙ 조건 ⑧에서 낙차는 모두 무시하므로 적용하지 않는다.

   ⊙ 조건 ⑥에서 회향식 배관의 마찰손실압력은 모두 같다고 가정하므로 회향식 배관에서의 마찰손실압력은 가. ④에서

        구한 값 0.003 MPa 이다.  

  ① ㉠ 헤드에서의 방사압력 = C 점에서의 압력 - 회향식 배관에서의 마찰손실압력

                                              = 0.111 MPa - 0.003 MPa = 0.108 MPa

  ② ㉡ 헤드에서의 방사압력 = B 점에서의 압력 - 회향식 배관에서의 마찰손실압력

                                              = 0.1423 MPa - 0.003 MPa = 0.14 MPa

  ③ ㉢ 헤드에서의 방사압력 = A 점에서의 압력 - 회향식 배관에서의 마찰손실압력

                                              = 0.167 MPa - 0.003 MPa = 0.164 MPa

​

#스프링클러설비 #개방형 #마찰손실수두 #방수량 #유수량 #배관 #마찰손실압력

#회향식 #리듀셔 #헤드 #폐쇄형 #직류티 #분류티

1. 다음 그림은 어느 옥내소화전설비의 계통을 나타내는 Isometric Diagram이다. 이 옥내 소화전설비에서 펌프의 소요

     정격토출량이 200 [ℓ/min]이라면 다음 조건을 참조하여 각 물음에 답하시오. [11점] ★★★★★

  ④ 배관의 마찰손실압력은 다음 식에 따른다고 가정한다.

나. 앵글밸브에서의 마찰손실 압력 [kPa]​

     ※ 위 식에서 ℓ은 조건의 옥내소화전 앵글밸브의 40 [㎜]의 등가길이 10 m를 적용한다.

 ▣ 직접 kPa 단위로 계산하는 방법​

다. 앵글밸브 ↔ 펌프 토출구 까지 배관의 등가길이 [m]

 ▣ 등가길이 = 직관길이 + 관부속품 등가길이

   ① 직관의 길이 : 6[m ] +3.8 [m] + 3.8 [m] + 8[m] = 21.6 [m]

   ② 관부속품 등가길이

     ㉠ 체크밸브 1개 × 5 [m] = 5 [m]

     ㉡ 개폐밸브 1개 × 1 [m] = 1 [m]

     ㉢ 90˚ 엘보 1개 × 1 [m] = 1 [m]

           소계                            7 [m]

   ∴ 등가길이 = 21.6 [m] + 7 [m] = 28.6 [m]

라. 앵글밸브 ↔ 펌프 토출구까지의 마찰손실압력 [kPa]​

※ 직접 계산하는 방법​

마. 펌프의 동력 [kW] ​

   H = h1 + h2 + h3 + 17 [m]

    h1 = 2.25 [m]

    h2 = 5.44[kPa] + 4.86 [kPa] = 10.3 [kPa] = 1.03 [m]

    h3 = 6 [m] + 3.8 [m] + 3.8 [m] =13.6 [m]

    H = 2.25 + 1.03 + 13.6 + 17 = 33.88 [m] = 0.3388 [MPa]​

바. 옥내 소화전 (Ⅲ)을 조작하여 방수했을 대 방수량을 q [ℓ/min]라고 할 때 각 물음에 답하시오.

① 소방호스의 마찰손실압력을 표현 [kPa]

  ※ 조건 ② 에서 마찰손실압력(△P)은 유량 (q)의 제곱에 정비례한다고 하였다.​

② 앵글밸브에서의 마찰손실압력을 표현 [kPa]

  ※ 조건 ② 에서 마찰손실압력(△P)은 유량 (q)의 제곱에 정비례한다고 하였다.​

※ 하젠 - 윌리엄스식을 이용하면​

③ 앵글밸브 (Ⅲ) ↔ 펌프 토출구까지의 마찰손실 압력 표현 [kPa]​

등가길이 (L) = 직관길이 + 관부속품 등가길이

        ㉠ 직관길이 : 6 [m] + 8 [m] = 14 [m]

        ㉡ 관부속품 등가길이

           ⓐ 체크밸브 1개 × 5 m  = 5 [m]

           ⓑ 개폐밸브 1개 × 1 m  = 1 [m]

           ⓒ 분류티 1개 × 4 m      = 4 [m]

                소계                          10 [m]

   ∴ 등가길이 = 14 m + 10 m = 24 [m]​

④ 관창선단의 방수압 · 방수량​

※ 방수량을 구하려면 먼저 방수압력(P)를 구해야 한다.

     방수압력 P = 펌프토출압력 - 낙차수두압력 - 마찰손실압력 (h1 + h2)

     펌프 토출압력 : 0.3388 [MPa]

     낙차손실압력 (△h) : 0.06 [MPa]

     호스마찰손실압력 (h1) : 13.31 × 10-4q2 [MPa]

     배관 및 관부속품 마찰손실 (h2) : 3.22 ×10-4 + 2.41×10-4 [MPa]  = 5.63 × 10-4 q2[MPa]

          P = 0.3388 [MPa] - 0.06[MPa] - (5.63+13.31) × 10-4 q2 [MPa] = 0.2788 - 18.94 × 10-4q2 [MPa]​

   ▣ 방수압​

2. 다음 그림은 어느 옥내 소화전설비의 계통도를 나타내는 Isometric Diagram이다. 이 옥내 소화전 설비에서의 펌프의

    소요정격 토출량이 200 [ℓ/min]이라면 다음의 조건을 참조하여 각 물음에 답하시오. [11점] ★★★★★

[조건]

  ① 옥내 소화전 [Ⅰ] 에서 관창선단의 방수압과 방사량은 0.17[MPa], 130[ℓ/min]이다.

  ② 호스의 길이 100 [m]당 130 [ℓ/min]의 유량으로 마찰손실수두는 15 [m]이고, 마찰손실의 크기는 유량의 제곱에

       비례한다.

  ③ 각 밸브 및 관부속품에 대한 등가길이는 다음 표와 같다.

  ④ 배관의 마찰손실압력은 다음 식에 따른다고 가정한다.​

    여기서, △Pm : 배관 1[m] 당 마찰손실압력 강하 [kPa/m]

                  Q : 유량 [ℓ/min]

                  C : 관의 조도 (120)

                  D : 관의 내경 [㎜] (50 ㎜ 배관의 경우 : 53 ㎜, 40 ㎜ 배관의 경우 : 40 ㎜)

  ⑤ 펌프의 양정력은 토출량의 대소에 관계없이 일정하다고 가정한다.

  ⑥ 물음의 정답을 산출할 때 펌프흡입측의 마찰손실수두, 정압, 동압 등은 일체 계산에 포함시키지 아니한다.

가. 최고위 옥내소화전 앵글밸브의 호스접결구에서 관창선단까지의 마찰손실수두 [m]를 구하시오.

나. 최고위 옥내소화전 앵글밸브에서의 마찰손실압력 [kPa]를 구하시오.

다. 최고위 옥내소화전 앵글밸브 인입구로 부터 펌프 토출구 까지의 총 등가길이 [m]를 구하시오.

라. 최고위 옥내소화전 인입구로 부터 펌프 토출구까지의 마찰손실압력[kPa]을 구하시오.

마. 펌프의 전동기 소요동력은 몇 [kW]인가 ? (단, 효율은 0.6이며, 축동력 계수는 1.1 이다.)

바. 옥내소화전 (Ⅲ)을 조작하여 방수했을 때 방수량을 q[ℓ/min]라고 할 때 다음 각 물음에 답하시오.

 ① 해당 옥내소화전 앵글밸브의 호스접결구에서 관창선단까지의 마찰손실압력[Pa]은 어떤 식으로 표현되는가 ?

 ② 해당 옥내 소화전 앵글밸브에서의 마찰손실압력 [Pa]은 어떤 식으로 표현되는가 ?

 ③ 해당 옥내 소화전 앵글밸브 인입구로 부터 펌프 토출구까지의 마찰손실압력 [Pa]은 어떤식으로 표현되는가 ?

 ④ 해당 관창선단의 방수압 [MPa]과 방수량 [ℓ/min]을 각각 구하시오.

[답안작성]

가. 소방호스의 마찰손실수두 [m]​

나. 앵글밸브에서의 마찰손실압력 [kPa]​

※ 위 식에서 ℓ은 조건의 옥내소화전 앵글밸브의 40 [㎜]의 등가길이 10 m를 적용한다.

다. 앵글밸브 ↔ 펌프 토출구까지 배관의 등가길이 [m]

 ▣ 등가길이 = 직관길이 + 관부속품의 등가길이

   ① 직관의 길이 : 6 [m] + 3.8 [m] + 3.8 [m] + 8 [m] = 21.6 [m]

   ② 관부속품의 등가길이

      ㉠ 체크밸브 1개 × 5 [m]        = 5 [m]

      ㉡ 개폐밸브 1개 × 1 [m]       = 1 [m]

      ㉢ 90˚ 앵글밸브 1개 × 1 [m] = 1 [m]

              소계                                  7[m]

   ∴ 등가길이 = 21.6 + 7 = 28.6 [m]

라. 앵글밸브 ↔ 펌프 토출구까지의 마찰손실압력 [kPa]​

마. 펌프의 동력 [kW]​

       전양정 H = h1 + h2 + h3 + 17 [m]

       호스마찰손실수두 h1 : 2.25 [m]

       배관 및 관부속품 마찰손실수두 h2 : 0.544 + 0.486 = 1.03 [m]

       실양정 h3 : 6 m + 3.8 m + 3.8 m =13.6 [m]

         ∴ 전양정 = 2.25 + 1.03 + 13.6 + 17 =33.88 [m]​

바. 옥내소화전 (Ⅲ)을 조작하여 방수했을 때 방수량을 q[ℓ/min]라고 할 때 다음 각 물음에 답하시오.

① 소방호스의 마찰손실압력을 표현 [Pa]

   ※ 조건②에서 마찰손실압력(△P)은 유량(q)의 제곱에 정비례한다고 하였다.​

② 앵글밸브에서의 마찰손실압력 표현 [Pa]

  ※ 조건②에서 마찰손실압력(△P)은 유량(q)의 제곱에 정비례한다고 하였다.​

  ※ 하젠 - 윌리엄스식을 이용하면​

③ 앵글밸브 (Ⅲ) ↔ 펌프 토출구 까지의 마찰손실압력 표현 (kPa)​

 ▣ 등가길이 = 직관길이 + 관부속품 등가길이

  ① 직관길이 : 6 [m] + 8 [m] = 14 [m]

  ② 관부속품 등가길이

    ㉠ 체크밸브 1개 × 5 m = 5 m

    ㉡ 개폐밸브 1개 × 1 m = 1 m

    ㉢ 분류티 1개 × 4 m = 4 m

         소계                       = 10 m

    ∴ 등가길이 : 14 m + 10 m = 24 [m]​

④ 관창선단의 방수압[MPa] · 방수량 [ℓ/min]

  ※ 방수량을 계산하기 위하여 우선 방수계수 K를 먼저 구한다.​

  ※ 방수량을 구하기 전에 펌프 토출 방수압력을 이용하여 관창선단의 방수압력식을 구해 보자.

       관창선단 압력 = 펌프 토출압력 - 낙차수두(△h) - 마찰손실압력 (h1 + h2)

      ㉠ 펌프토출압력 : 33.88 [m] =0.3388 [MPa]

      ㉡ 낙차수두 (△h) : 6 [m] = 0.06 [MPa]

      ㉢ 호스마찰손실압력 (h1) : 1.331 × 10-6 q2[MPa]

      ㉣ 배관 및 관부속품 마찰손실 압력 (h2) : 0.322×10-6 q2 + 0.241 ×10-6 q2 = 0.563 × 10-6 q2

      ㉤ 관창선단압력 P = 0.3388-0.06 - (1.331+0.563) × 10-6 q2 = 0.2788 - 1.894 × 10-6 q2​

   ▣ 방수압​

3. 다음 그림은 어느 옥내소화전설비의 계통을 나타내는 구조도 (Isometric Diagram)이다. 이 옥내소화전설비에서 펌프의

     정격토출량이 200 [ℓ/min]이라면 다음 조건을 참조하여 각 물음에 답하시오. [11점] ★★★★★

나. 앵글밸브에서의 마찰손실압력 [kPa]​

    ※ 위 식에서 길이(L)는 앵글밸브의 등가길이를 적용한다.

다. 앵글밸브 ↔ 펌프토출구까지 배관의 등가길이 [m]

  ▣ 배관의 등가길이 = 직관길이 + 관부속품의 등가길이

   ① 직관의 길이 = 6 m + 3.8 m + 3.8 m + 8 m = 21.6 [m]

   ② 관부속품의 등가길이

     ㉠ 체크밸브 1개 × 5 m = 5 m

     ㉡ 개폐밸브 1개 × 1m = 1 m

     ㉢ 엘보 1개 × 1 m        = 1 m

           소계                           7 m

   ∴ 배관의 등가길이 : 21.6 + 7 = 28.6 [m]

라. 앵글밸브 ↔ 펌프토출구 까지의 마찰손실압력 [kPa]​

   ※ 길이 L 의 '다'에서 구한 배관의 등가길이를 적용한다.

마. 펌프의 동력 [kW]​

▣ 전양정 H = h1 + h2 + h3 + 17 [m]

    호스마찰손실수두 (h1) : 2.25 [m]

    배관 및 관부속품 마찰손실수두 (h2) : (5.39+4.82)kPa =10.21 [kPa]=1.021 m

    실양정 (h3) : 6 + 3.8 + 3.8 = 13.6 [m]

      ∴ 전양정 : 2.25 + 1.021 + 13.6 + 17 = 33.87 [m]​

바. 옥내소화전 (Ⅲ)을 조작하여 방수했을 때 방수량을 q [ℓ/min]라고 할 때 다음 각 물음에 답하시오.

 ① 옥내소화전 소방호스의 마찰손실압력을 표현 [Pa]

    ※ 문제의 조건에서 마찰손실압력은 유량의 제곱에 비례한다고 하였다.​

② 앵글밸브에서의 마찰손실압력을 표현 [Pa]​

  ※ 하젠 - 윌리엄스식을 이용하면​

③ 앵글 밸브(Ⅲ) ↔ 펌프 토출구 까지의 마찰손실압력 [Pa]​

  ▣ 등가길이 L : 직관의 길이 + 관부속품의 마찰 등가길이 [m]

   ㉠ 직관의 길이 : 6 m + 8 m = 14 [m]

   ㉡ 관부속품의 등가길이

     ⓐ 체크 밸브 1개 × 5 m = 5 [m]

     ⓑ 개폐 밸브 1개 × 1 m = 1 [m]

     ⓒ 분류티 1개 × 4 m      = 4 [m]

           소계                        10 [m]

   ∴ 배관의 등가길이 : 14 + 10 = 24 [m]​

④ 관창선단의 방수압[MPa] · 방수량 [ℓ/min]

   ※ 방수량을 계산하기 위하여 우선 방수계수 K를 먼저 구한다.​

   ※ 방수량을 구하기 위해 관창선단의 압력식을 먼저 구한다.

  ▣ 관창선단 압력 = 펌프토출압력 - 낙차수두 - 마찰손실압력 (h1+h2)

   ㉠ 펌프토출압력 : 33.87[m] =0.3387 [MPa]

   ㉡ 낙차수두 : 6 [m] = 0.06 [kPa]

   ㉢ 호스마찰손실수두 (h1) : 1.33 × 10-6q2 [MPa]

   ㉣ 배관 및 관부속품 마찰손실(h2) : (0.32 + 0.24) ×10-6 q2 [kPa]

      ∴ 관창선단압력 = 0.3387 - 0.06 - 1.33 × 10-6 - 0.56 × 10-6 q2 [kPa] = 0.2787 - 1.89 × 10-6 q2 [kPa]​

   ▣ 방수압 [kPa]​

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