아낌없이 주는 나무

Darcy's Law : 달시의 법칙

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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.

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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.

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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.

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적용범위

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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.

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

나. 이산화탄소 소화설비 전역방출방식의 소화약제 저장량 (심부화재)

   ▣ 소화약제 저장량 [㎏] = 방호구역 체적 [㎥] × 소화약제량 [㎏/㎥] + 개구부 면적[㎡] × 개구부 가산량 [㎏/㎡]

[참고] 전역방출방식

가. 이론 약제량 : 방호구역 체적 [㎥] × 소화약제량 [㎏/㎥] + 개구부 면적[㎡] × 개구부 가산량 [㎏/㎡]

   ※ 개구부 자동폐쇄장치 미설치시에 개구부 가산량을 적용한다.

   ※ 표면화재의 경우

      이론 약제량 : 방호구역 체적 [㎥] × 소화약제량 [㎏/㎥] × 보정계수 + 개구부 면적[㎡] × 개구부 가산량 [㎏/㎡]

      * 방호구역 체적에서 불연성 기둥, 벽, 보는 제외한다.

나. 실제 약제량​

                여기서, C : 충전비, G: 1병당 충전량, V : 방호체적

               충전비 C

                CO2 : 저압식 : 1.1 ~ 1.4

                           고압식 : 1.5 ~ 1.9

               할론 1301 0.9 ~ 1.6

                분말 0.8 이상

▣ 소화약제량 [㎏]

    ⊙ 이산화탄소 (CO2)

◈ 표면화재

◈ 심부화재

◈ 할론 소화설비 전역방출방식

▣ 개구부 가산량

      CO2 : 표면화재 : 5㎏/㎡

                심부화재 : 10 ㎏/㎡

      할론 : 차고, 주차장, 전기시설 : 2.4 ㎏/㎡

      특수가연물 : 2.6 ㎏/㎡

      분말 : 제1종 : 4.5 ㎏/㎡

                제2종 · 제3종 : 1.7 ㎏/㎡

                제4종 : 1.8 ㎏/㎡ ※ 4.5 - 1.7 = 1.8

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2. 이산화탄소 소화설비가 설치된 방호구역의 체적이 150 ㎥ 이고 소화약제 방출계수가 1.33 ㎏/㎥ 일 때 저장용기실에

     저장하여야 할 액체 저장용기수를 구하시오. (단, 저장용기의 내용적은 68 ℓ이고 충전비는 1.8 이다.) [3점] ★★★★★

[문제풀이]

  약제소요량 : 150 ㎥ × 1.33 ㎏/㎥ = 199.5 ㎏​

[해설] 저장용기수

가. 저장용기수 = 약제 소요량 / 1병당 충전량

나. 충전비

   ▣ 충전비 = 내용적 [ℓ] / 1병당 충전량 [㎏]

   ▣ C = V[ℓ] / G [㎏]

            여기서, C : 충전비 [ℓ/㎏], V : 내용적[ℓ], G : 1병당 충전량 [ℓ]

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3. 고압식 이산화탄소 소화설비에 있어서 분사헤드 1개의 유량이 2 [㎏/s]이다. 오리피스의 분구면적은 1 [㎠]이고, 분사

    헤드 오리피스의 구멍은 5개, 방사시간은 30초이다.

    이산화탄소의 양 [㎏]을 구하시오. [3점]

[계산과정]

       이산화탄소의 양 = 2[㎏/s] × 30 [s] × 1개 = 60 ㎏

[해설] 이산화탄소 (CO2)의 양

   이산화탄소 (CO2)의 양 = 유량 [㎏/s] × 방사시간 × 분사헤드 수

   ∴ 이산화탄소(CO2)의 양 = 2 ㎏/s × 30s × 1개 = 60㎏

  ※ 문제의 조건에서 분사헤드 개수가 주어지지 않았으므로 분사헤드 개수는 1개를 적용한다.

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4. 가로, 세로, 높이가 각각 12 m, 15m, 4m인 어느 전기실에 이산화탄소 소화설비가 작동하여 화재가 진압되었다. 주어진

     조건을 참조하여 다음 각 물음에 답하시오. [8점]  ★★★★★

[조건]

  ① 공기중 산소의 부피농도는 21 %이다.

  ② 대기압은 760 ㎜Hg이다.

  ③ 실내온도는 20 ℃ 이다.

  ④ 이산화탄소 방출 후 실내기압은 770 ㎜Hg이다.

  ⑤ 이산화탄소 분자량은 44이다.

  ⑥ R은 0.082로 계산한다.

  ⑦ 개구부에는 자동폐쇄장치가 설치되어 있다.

가. 이산화탄소 방출 후 산소농도를 측정하니 14 volume %였다. CO2 농도 [부피 %]를 구하시오.

나. 약제방출 후 전기실 내의 CO2 양은 몇 [㎏]인가 ?

다. 용기내에서 부피가 68 [ℓ]이고 약제충전비가 1.7인 CO2 저장용기를 몇 병을 설치하여야 하는가 ?

라. 다음은 이산화탄소 소화설비의 화재안전기준에서 정하는 이산화탄소 소화설비 분사헤드의 설치제외 장소 ( )안에 알맞

     은 말음 쓰시오.

  ㉠ 방제실, 제어실 등 사람이 상시 근무하는 장소

  ㉡ 니트로셀룰로오스, 셀룰로이드 제품 등 ( ① ) 을 저장 · 취급하는 장소

  ㉢ 나트륨, 칼륨, 칼슘 등 ( ② )을 저장 · 취급하는 장소

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

[문제풀이]

가. CO2 농도 [부피 %]​

나. 약제 방출 후 전시실의 CO2의 양 [kg]​

방출후 대기압 : 770 ㎜Hg / 760 ㎜Hg = 1.013 atm

다. 설치해야 할 CO2 저장용기수​

라. ( ) 채우기 : 이산화탄소 소화설비 분사헤드의 설치제외 장소

  ㉠ 방제실, 제어실 등 사람이 상시 근무하는 장소

  ㉡ 니트로셀룰로오스, 셀룰로이드 제품 등 ( ① 자기연소성 물질 ) 을 저장 · 취급하는 장소

  ㉢ 나트륨, 칼륨, 칼슘 등 ( ② 활성금속물질 )을 저장 · 취급하는 장소

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

[참고]

※ 이산화탄소설비의 분사헤드 설치제외장소 [NFSC 106 제11조)

  ① 방제실, 제어실 등 사람이 상시 근무하는 장소

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

  ③ 나트륨, 칼륨, 칼슘 등 활성금속물질을 저장 · 취급하는 장소

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

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5. 다음은 이산화탄소 소화설비의 전역방출방식에 있어서 표면화재 방호구역의 소화약제 저장량에 대한 표이다. ( ) 안에

    적당한 수치를 쓰시오. [7점] ★★★

[답안작성]   ① 1   ② 0.9   ③ 0.8   ④ 0.75   ⑤ 45   ⑥ 135   ⑦ 1,125

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[해설] 이산화탄소 소화설비 전역방출방식의 소화약제 저장량

가. 표면화재

   ▣ 소화약제저장량 [㎏] = 방호구역체적 [㎥] × 소요약제량 [㎏/㎥] × 보정계수 + 개구부  면적 [㎡] × 개구부 가산량 [㎏/㎡]

※ 소요약제량 및 개구부 가산량

나. 심부화재

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

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5. 다음 도면과 같이 4개의 방호구역에 전역방출방식의 이산화탄소 소화설비를 하려고 한다. 다음 도면과 조건을 참조하여

    각 물음에 답하시오. [11점] ★★★★★

[조건]

 ① 실의 층고는 3m 이다.

 ② 전기실과 모피창고에는 가로 1m × 세로 2m의 개구부가 각각 1개씩 설치되어 있다. (자동 폐쇄장치 미설치)

 ③ 저장용기의 내용적은 68 ℓ이며 충전비는 1.5 이다.

 ④ 전기실과 케이블실은 동일한 방호구역으로 설계되어 있다.

 ⑤ 소화약제의 방출시간은 7분이다.

 ⑥ 각 실에 설치하여야 할 헤드의 방사량은 각 헤드 1개당 10 kg/min 으로 한다.

가. 모피창고의 소화약제량 [㎏]을 구하시오.

나. 1병의 저장용기에 충전되는 약제량 [㎏]을 구하시오.

다. 저장용기실에 설치하여야 할 저장 용기의 수를 구하시오.

라. 설치하여야 할 선택밸브의 수는 몇 개인가 ?

마. 모피창고에 설치하여야 할 헤드 수를 구하시오. (단, 실제 방출되는 병수로 계산하시오)

바. 서고의 선택밸브 직후 주배관의 유량 [㎏/min]을 구하시오.

[문제풀이]

가. 모피창고의 소요약제량 [㎏]

   ※ 화재유형에 대한 언급이 없으므로 심부화재를 적용한다.

 ⊙ 모피창고의 소화약제량 : 2.7 ㎏/㎥

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

      소화약제 저장량 [㎏] =(10 m × 3m × 3m) × 2.7 [kg/㎥] + (1m×2m) × 10 [㎏/㎡]  = 263 ㎏

[참고] 방출시간 (s·min)

[전역방출방식]

  CO2 소화설비 : 표면화재 : 1분 (60초)

                            심부화재 : 7분 (420초)

  할론소화설비 : 무조건 10초

  분말소화설비 : 무조건 30초

  할로겐화합물 및 불활성기체 소화설비

             ⊙ 할로겐화합물 : 10초

             ⊙ 불활성기체 소화설비 - A,C급 화재 : 2분 (120초)

                                                      B급화재 : 1분 (60초)

[국소방출방식]

   ⊙ 할론 소화설비 : 10초

   ⊙ 기타 소화설비 : 30초 ​

나. 1병당 충전약제량 [㎏]​

다. 저장용기수

  ① 모피창고 : 263 ㎏/45.33 ㎏ = 5.801 ≒ 6병

  ② 서고

      ▣ 소화약제 저장량 = 방호구역체적 [㎥] × 소화약제량 [㎏/㎥]  = (10m×7m×3m) × 2 [㎏/㎥] = 420 ㎏

      ▣ 저장용기수 = 소화약제 저장량 [㎏] ÷ 1병당 충전약제량 [㎏] = 420 ㎏ ÷ 45.33 ㎏  = 9.265 ≒ 10병

  ③ 전기실

      ▣ 소화약제량 = (8×6×3)×1.3 = 207.2 [㎏]

  ④ 케이블실

      ▣ 소화약제량 = (2×6×3)×1.3 = 45.8 [㎏]

※ 전기실과 케이블실은 동일한 방호구역이므로​

    ∴ 각 실중 최고 저장용기수인 서고의 10병을 선택한다.

라. 선택밸브의 수

  ▣ 3개 (각 방호구역별 선택밸브 1개이며, 전기실과 케이블실은 같은 방호구역으로 설정)

마. 모피창고에 설치해야 할 헤드 수​

바. 서고 선택밸브 직 후의 주배관 유량 [㎏/min]​

나. 충전비​

            여기서, C : 충전비 [ℓ/㎏], V : 내용적 [ℓ], G : 1병당 충전량 [㎏]

다. 헤드의 개수​

라. 선택밸브 직후의 유량​

6. 어떤 사무소 건물의 지하층에 있는 발전기실 및 축전지실에 전역방출방식의 이산화탄소 소화설비를 설치하려고 한다.

     화재안전기준과 다음 조건에 의하여 각 물음에 답하시오.  [15점] ★★★★★

 ① 소화설비는 고압식으로 한다.

 ② 발전기실의 크기 : 가로 5m × 세로 8m × 높이 4 m

 ③ 발전기실 개구부의 크기 : 1.8 m × 3m × 2개소 (자동폐쇄장치 설치)

 ④ 축전지실 크기 : 가로 4m × 세로 5m × 높이 4m

 ⑤ 축전지실 개구부의 크기 : 0.9 m × 2 m × 1개소 (자동폐쇄장치 미설치)

 ⑥ 가스용기 1병당 충전량 : 45 ㎏

 ⑦ 가스저장용기는 공용으로 한다.

 ⑧ 가스량은 다음 표를 이용하여 산출한다.

    ※ 개구부의 가산량은 5 ㎏/㎡ 으로 한다.

  ⑨ 본 화재는 표면화재를 기준으로 한다.

가. 각 방호구역별로 필요한 가스용기의 병수는 몇 병인가 ?

   ① 발전기실              ② 축전지실

나. 집합장치에 필요한 가스용기의 병수는 몇 병인가 ?

다. 각 보호구역별 선택밸브 개폐 직후의 유량은 몇 [㎏/s]인가 ?

   ① 발전기실             ② 축전지실

라. 저장용기의 내압시험압력은 몇 [MPa]인가 ?

마. 다음 각 물음에 답하시오.

   ① 이산화탄소 소화약제 저장용기의 선택밸브 또는 개폐밸브 사이에 내압시험압력 (    )에서 적응하는 안전장치를

        설치하여야 한다. ( )안에 알맞은 말을 쓰시오.

   ② 저장용기의 선택밸브 또는 개폐밸브 사이의 안전장치의 작동압력 [MPa]을 구하시오.

 바. 분사헤드의 방출압력은 21℃ 에서 몇 [MPa] 이상이어야 하는가 ?

 사. 음향경보장치는 약제 방사 개시 후 몇 분 동안 경보를 계속할 수 있어야 하는가 ?

 아. 각 방출구역에 필요한 음향경보장치는 각각 몇 개씩 인가 ?

 자. 가스용기의 개방밸브는 작동방식에 따라 3가지로 분류되는데 그 각각의 명칭을 쓰시오.

[문제풀이]

 가. 방호구역별 가스용기의 개수

   ① 발전기실

      ▣ 소화약제 저장량 = 방호구역 체적 [㎥] × 소화약제량 [㎏/㎥] = (5m × 8 m × 4m) ×  0.9 [㎏/㎥] = 128 ㎏

       ※ 최소 약제 저장량 135 ㎏ 을 선정한다.    

       ∴ 가스 저장용기수 = 소화약제 저장량 [㎏] ÷ 1병당 충전약제량 [㎏]  = 135 ㎏ ÷ 45 ㎏ = 3병

  ② 축전지실

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

           소화약제 저장량 [㎏] = (4m × 5m × 4 m) × 0.9 [㎏/㎥] + (0.9m × 2m) × 5 [㎏/㎡]  = 81 ㎏

             ∴ 가스 저장용기수 = 81 ㎏ / 45 ㎏ = 1.8 ≒ 2병

 나. 집합장치에 필요한 가스용기의 수 : 3병 (최대 방호구역의 병수)

 다. 각 방호구역별 선택밸브 직후의 유량 [㎏/S]

     ① 발전기실

           ▣ 선택밸브 개방 직후의 유량 = (45㎏ × 3병) ÷ 60초 = 4.25 [㎏/s]

     ② 축전지실

           ▣ 선택밸브 개방 직후의 유량 = (45㎏ × 2병) ÷ 60초 = 1.5 [㎏/s]

라. 저장용기의 내압시험압력 : 25 [MPa] 이상

마. 각 물음에 답하시오.

   ① 0.8배

   ② 안전장치의 작동압력 = 25 [MPa] × 0.8 = 20 [ㅡㅖㅁ]

바. 분사헤드 방출압력 : 2.4 [MPa]

사. 음향장치 경보시간 : 1분 이상

아. 각 방호구역별 음향경보장치의 수 : 각각 1개씩

자. 가스용기 개방밸브의 작동방식

   ① 전기식     ② 기계식       ③ 가스압력식

[해설]

가. 선택밸브 개방직후의 유량​​

나. 설비별 약제방사시간

[참고] CO2 소화설비의 압력 기준

7. 다음의 조건을 참조하여 이산화탄소 소화설비에 대한 각 물음에 답하시오. [14점]

 [조건]

  ① 소방대상물의 천장까지의 높이는 4m이다.

다. 각 방호구역별 약제 저장용기수

 ① 통신기기실

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

         소화약제 저장량 [㎏] = (3m × 2m × 4 m) × 1.6 [㎏/㎥] = 38.4 ㎏

         저장용기수 = 소화약제 저장량 [㎏] ÷ 1병당 약제 충전량 [㎏] = 37.4㎏ ÷ 45.03 ㎏  = 0.852 ≒ 1병

  ② 전기실

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

          소화약제 저장량 [㎏] = (11.5m × 10m × 4 m) × 1.3 [㎏/㎥] = 598 ㎏

          저장용기수 = 소화약제 저장량 [㎏] ÷ 1병당 약제 충전량 [㎏] = 598㎏ ÷ 45.03 ㎏ = 13.28 ≒ 14병

  ③ 면화류 창고

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

          소화약제 저장량 [㎏] = (4m × 8m × 4 m) × 2.7 [㎏/㎥] = 345 ㎏

          저장용기수 = 소화약제 저장량 [㎏] ÷ 1병당 약제 충전량 [㎏] = 345㎏ ÷ 45.03 ㎏  = 7.674 ≒ 8병

 라. 선택밸브의 개수 : 2개 (각 방호구역별 1개)

 마. 집합관의 용기수 : 15병 (최대 방호구역의 병수)

 바. 소화약제의 유량 속도​

[해설] 이산화탄소 소화설비 (전역방출방식)

 가. 이산화탄소 소화설비 전역방출방식 소화약제 저장량 (심부화재)

    ※ 이산화탄소 (CO2) 소화설비의 체적 1㎥ 당 소요약제량 및 개구부 가산량 (심부화재)

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

※ 설비별 약제방사시간

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8. 다음 조건을 참조하여 이산화탄소 설비에 대한 다음 각 물음에 답하시오. [12점]  ★★★★★

[조건]

  ① 소방대상물의 천장까지의 높이는 3[m]이고 방호구역의 크기와 용도는 다음과 같다.

  ② 소화약제는 고압저장방식으로 하고 충전량은 45 ㎏ 이다.

  ③ 약제방출방식은 전역방출방식이다.

  ④ 개구부의 가산량 10 [㎏/㎡], 헤드의 방사율은 1.3 [㎏/㎟·분·개] 이다.

  ⑤ 주어진 조건외에는 소방법규 및 화재안전기준에 따른다.

가. 각 방호구역에 대한 약제저장량 [㎏]을 구하시오.

  ① 통신기기실          ② 서고                 ③ 면화류 창고

나. 각 방호구역별 약제 저장용기 병의 개수를 구하시오

  ① 통신기기실          ② 서고                ③ 면화류 창고

다. 집합관의 용기수는 몇 병인가 ?

라. 기동용기는 몇 병이 필요한가 ?

마. 통신기기실 헤드의 방사압력은 몇 [MPa]이어야 하는가 ?

바. 약제 방출 후 경보장치의 작동시간은 ?

사. 약제의 유량 속도 [㎏/s]를 구하시오.

아. 서고의 헤드수를 14개로 할 때 헤드의 분구 면적 [㎟]을 구하시오.

[문제풀이]

 가. 각 방호구역별 약제 저장량 [㎏]

   ① 통신기기실

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

          소화약제 저장량 [㎏] = (12m × 10m × 3 m) × 1.3 [㎏/㎥] = 408 ㎏

   ② 서고

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

          소화약제 저장량 [㎏] = (20m × 10m × 3 m) × 2 [㎏/㎥] + (2m × 2m) × 10 [㎏/㎡]  = 1,240 ㎏

   ③ 면화류 창고

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

          소화약제 저장량 [㎏] = (32m × 10m × 3 m) × 2.7 [㎏/㎥] = 2,592 ㎏

  나. 각 방호구역별 약제 저장용기 병의 개수

   ① 통신기기실

       가스저장용기수 = 소화약제 저장량 [㎏] ÷ 1병당 저장량 [㎏] = 408 [㎏] ÷ 45[㎏]  = 9.066 ≒ 10병

   ② 서고

      가스저장용기수 = 소화약제 저장량 [㎏] ÷ 1병당 저장량 [㎏] = 1,250 [㎏] ÷ 45[㎏]  = 27.777 ≒ 28병

   ③ 면화류 창고

      가스저장용기수 = 소화약제 저장량 [㎏] ÷ 1병당 저장량 [㎏] = 2,592 [㎏] ÷ 45[㎏]  = 57.6 ≒ 58병

  다. 집합관의 용기수는 몇 병인가 ? 58병 (최대 방호구역의 가스용기수)

  라. 기동용기는 몇 병이 필요한가 ? 2병 (저장용기수가 7병 이상일 경우 2병 이상)

  마. 통신기기실 헤드의 방사압력은 몇 [MPa]이어야 하는가 ? 2.1 [MPa]

  바. 약제 방출 후 경보장치의 작동시간은? 1분 이상

  사. 약제의 유량속도 [kg/s]를 구하시오.​

  아. 서고의 헤드 수를 14개로 할 때 헤드의 분구 면적 [㎟]을 구하시오.

9. 다음 조건과 같은 크기의 어느 4개실에 이산화탄소 소화설비를 설치하려고 한다. 조건을 참조하여 다음 각 물음에

    답하시오. [8점] ★★★★★

[조건]

① 방호구역의 기준

  ② 표면화재를 기준으로 보정계수는 1이다.

  ③ 각실에 설치된 분사헤드 1개의 방사량은 1.16 ㎏/㎟·min 이며 방출시간은 1분이내이다.

  ④ 저장용기는 45 kg이다.

가. 각 실에 필요한 소화약제의 양 [kg]을 구하시오.

  ① A실

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

         소화약제 저장량 [㎏] = (18m × 18m × 5 m) × 0.75 [㎏/㎥] = 1,620[㎥] × 0.75  = 1,215 ㎏

  ② B실

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

          소화약제 저장량 [㎏] = (11m × 7m × 6 m) × 0.8 [㎏/㎥] = 462[㎥] × 0.8[㎏/㎥]  = 369.6 ㎏

  ③ C실

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

         소화약제 저장량 [㎏] = (5m × 8m × 4 m) × 0.8 [㎏/㎥] = 160[㎥] × 0.8[㎏/㎥]  = 128 ㎏

  ④ D실

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

         소화약제 저장량 [㎏] = (5m × 3m × 3 m) × 0.9 [㎏/㎥] = 45 [㎥] × 0.9[㎏/㎥]  = 40.5 ㎏

 나. 집합관의 저장용기수를 구하시오.

   ① A실

     가스저장용기수 = 소화약제 저장량 [㎏] ÷ 1병당 저장량 [㎏] = 1,215 [㎏] ÷ 45[㎏]  = 47병

   ② B실

     가스저장용기수 = 소화약제 저장량 [㎏] ÷ 1병당 저장량 [㎏] = 408 [㎏] ÷ 45[㎏]  = 8.213 ≒ 9병

   ③ C실

     가스저장용기수 = 소화약제 저장량 [㎏] ÷ 1병당 저장량 [㎏] = 128 [㎏] ÷ 45[㎏]  = 2.844 ≒ 3병

   ④ D실

     가스저장용기수 = 소화약제 저장량 [㎏] ÷ 1병당 저장량 [㎏] = 40.5 [㎏] ÷ 45[㎏] = 0.9 ≒ 1 병

​

  다. 기동용기는 몇 병이 필요한가 ? 2병 (7병 이상시 2병 이상)

​

#이산화탄소 #CO2 #소화설비 #가스용기 #방출량 #충전량 #충전비 #유량 #유속

#소화약제 #전역방출방식 #국소방출방식 #선택밸브 #특수가연물

1. 다음의 도면은 어떤 소화설비 계통도의 일부분이다. 도면을 참조하여 각 물음에 답하시오. [10점] ★★★

가. 도면의 기호 ①은 체크밸브이다. 이것의 원래 고유 명칭을 쓰시오.

      스모렌스키 체크 밸브

나. 도면의 기호 ① 체크밸브의 주요 기능 2가지를 쓰시오. (단, 역류를 방지하는 기능은 제외한다.)

   ① 수격 방지 기능

   ② 바이패스 기능

다. 도면의 기호 ② 의 배관의 명칭과 구경은 몇 [㎜] 이상인지 쓰시오

   ① 명칭 : 순환배관

   ② 구경 : 20 [㎜] 이상

라. 도면의 기호 ③은 기동용 수압개폐장치이다. 이것의 다른 명칭을 쓰시오. 압력 챔버

마. 도면의 기호 ③의 용적은 몇 [ℓ]인지 쓰시오. 100 [ℓ] 이상

바. 도면의 기호 ④의 명칭을 쓰시오. 릴리프 밸브

사. 도면의 기호 ⑤의 명칭 및 유효수량은 몇 [ℓ] 이상이어야 하는지 쓰시오.

   ① 명칭 : 물올림 탱크

   ② 유효 수량 : 100[ℓ] 이상

​

[배관의 구경]

  ① 물올림장치의 급수배관 15 [㎜]

  ② 순환배관 20 [㎜]

  ③ 물올림 배관 25 [㎜]

  ④ 오버플로관 50 [㎜]

  ⑤ 옥내소화전 배관 중 주배관 수직배관 50 [㎜]

  ⑥ 연결송수관설비와 겸용할 때의 주 배관 100 [㎜]

  ⑦ 방수구로 연결되는 가지배관 : 65 [㎜]

     ※ 겸용을 하지 않을 때 : 40 [㎜]

  ⑧ 스프링클러설비에서 교차 배관 : 40 [㎜]

                                 수직배수배관 : 50 [㎜]

[해설] 소화설비 계통도의 부속품 명칭 등

 가. 스모렌스키 체크 밸브

   ▣ 리프트형 체크밸브 내에 디스크가 달려 있어 충격을 완화시키는 작용을 하는 체크밸브

 나. 스모렌스키 체크 밸브의 기능

   ① 역류방지 기능 : 유체의 흐름이 역류하면 자동적으로 밸브가 닫혀진다.

   ② 수격방지 기능 : 스모렌스키 체크밸브내에 스프링 및 완충깃이 설치되어 있어 수격작용(Water hammering)을 방지

                                   한다.

   ③ 바이패스 기능 : 평상시에는 체크밸브 기능 (역류방지 기능)을 하며 바이패스를 열어 주면 2차측 배관의 물을 1차측

                                 으로 흐르게 할 수 있어 배관의 유지 보수가 용이하여 주배관상에 주로 설치한다.

 다. 순환배관 (NFSC 102 제6조 ⑧)

  ▣ 가압 송수장치의 체절 운전시 수온의 상승을 방지하기 위하여 체크밸브와 펌프 사이에서 분기한 구경 20 [㎜] 이상의

        배관에 체절압력 미만에서 개방되는 릴리프 밸브를 설치하여야 한다.

라. 기동용 수압개폐장치

 ▣ 소화설비의 배관내 압력변동을 검지하여 자동적으로 펌프를 기동 및 정지시키는 것으로써 압력챔버 또는 기동용

      압력 스위치 등을 말한다.

2. 수원의 위치가 펌프보다 낮을 경우 꼭 필요한 설비 3가지를 쓰시오. [3점] ★★★

    ① 후드밸브      ② 진공계 또는 연성계     ③ 물올림장치

​

[해설] 수원의 수위가 펌프 보다 낮은 위치에 있는 경우 설치하는 것

 ① 후드밸브 : 수원의 수위가 펌프보다 낮은 경우에 설치하며 펌프 기동시 흡수관이 만수가 되도록 하며 여과 기능과 체크

                       (역류방지) 기능이 있다.

 ② 진공계 : 대기압 이하의 압력을 측정하는 계측기

 ③ 연성계 : 대기압 이상의 압력과 이하의 압력을 측정할 수 있는 계측기

 ④ 물올림장치 : 수원의 수위가 펌프보다 낮은 위치에 있는 경우 설치하며 펌프와 후드밸브 사이의 배관내에 항상 물을

                           공급하여 펌프가 물을 송수할 수 있도록 하는 장치

3. 다음 그림은 옥내 소화전 설비의 일부 도면이다. 도면을 보고 잘못된 점을 4가지 쓰고 올바른 방범을 쓰시오. [4점]

      ★★★★★

가. 잘못된 점

   ① 후드밸브가 없다.

   ② 진공계 자리에 압력계가 설치되어 있다.

   ③ 펌프 직후 체크밸브 직전에 토출측 압력계를 설치해야 한다.

   ④ 유량 조절밸브가 없다.

나. 올바른 방법

   ① 저수조에 후드밸브 설치

   ② 주펌프 및 충압펌프 흡입측 배관에 연성계 또는 진공계 설치

   ③ 주펌프 토출측 배관 압력계의 설치 위치를 체크밸브 이전 플랜지 가까운 곳에 설치

   ④ 주펌프 토출측 배관의 성능시험 배관에 유량 조절밸브 설치

4. 진공계, 연성계 및 압력계의 설치위치 및 측정범위를 쓰시오. [6점] ★★★★★

  ① 진공계

    ㉠ 설치위치 : 펌프의 흡입측

    ㉡ 측정범위 : 0 ~ 76 [㎝Hg]

  ② 연성계

    ㉠ 설치위치 : 펌프의 흡입측

    ㉡ 측정범위 : 0 ~ 76 [㎝Hg], 0.1 ~ 2 [MPa]

  ③ 압력계

    ㉠ 설치위치 : 펌프의 토출측

    ㉡ 측정범위 : 0.05 ~ 200 [MPa]

[해설] 진공계, 연성계, 압력계의 설치위치 및 측정범위

가. 진공계 ① 대기압 이하의 압력을 측정하는 계측기

                 ② 설치위치 : 펌프의 흡입측

                 ③ 측정범위 (계기눈금) : 0 ~ 76 [㎝Hg]

나. 연성계 ① 대기압 이하의 압력과 대기압 이상의 압력을 측정할 수 있는 계측기

                 ② 설치위치 : 펌프의 흡입측

                 ③ 측정범위 (계기눈금) : 0 ~ 76 [㎝Hg], 0.1 ~2 [MPa]

다. 압력계 ① 대기압 이상의 압력을 측정하는 계측기

                 ② 설치위치 : 펌프의 토출측

                 ③ 측정범위 (계기눈금) : 0.05 ~ 200 [MPa]

5. 어느 옥내소화전의 개폐밸브를 열고 유량과 압력을 측정하여 보니 다음 조건과 같았다.

    이 소화전에서 유량을 200 [ℓ/min]으로 변경하려면 압력 [MPa]은 얼마가 되어야 하는지 조건을 참조하여 구하시오. [4점]

     ★★★★★

[조건]

  ⊙ 노즐에서의 압력 (P1) : 0.17 [MPa]

  ⊙ 노즐에서의 유량 (Q1) : 130 [ℓ/min]​

[해설] 옥내소화전의 유량 [참고] 유량 공식​

6. 어느 옥내소화전의 개폐밸브를 열고 유량과 압력을 측정하였더니 다음과 같았다. 이 소화전에서의 압력을 0.8 [MPa]로

       변경하면 방수량 [ℓ/min]은 얼마가 되어야 하는가 ?  [4점] ★★★★★

  ⊙ 노즐에서의 압력 (P1) : 0.4 [MPa]

  ⊙ 노즐에서의 유량 (Q1) : 200 [ℓ/min]​

7. 어느 소방대상물에 피토게이지로 옥내소화전 노즐의 방수압력을 측정한 결과 0.25 [MPa] 이었다. 이 때 옥내소화전

      노즐의 방수량 [ℓ/min]을 구하시오. [3점] ★★★★★​

[해설] 방수량

   Q = 2.086 d2 √P

    여기서, Q : 방수량 [ℓ/min]

                 d : 구경[㎜] (노즐구경 옥내소화전 13[㎜], 옥외소화전 19 [㎜]

                 P : 방수압력 [MPa]

​

8. 옥내소화전을 설치완료하고 최상층에 설치된 테스트 밸브측의 압력을 측정한 결과 0.4 [MPa] 이었다. 이 테스트 노즐의

     오리피스 구경이 15 [㎜] 이었다면 방수량 [ℓ/min] 은 얼마인가 ? (단, 노즐의 유출계수는 0.75 이다) [3점] ★★★★★​

[해설] 방수량​

여기서, Q : 방수량 [ℓ/min]

             Cv : 흐름계수 (유량계수)

              d : 구경 [㎜] (노즐구경 : 옥내소화전설비 13[㎜], 옥외소화전설비 19 [㎜]    P : 방수량 [MPa]

​

9. 옥내 소화전 노즐의 방수압력을 피토게이지 (Pito gauge)를 사용하여 측정하니 0.25 [MPa]이었다. 이 때 노즐을 통하여

    방수되는 물의 순간 유출속도 [m/s]를 구하시오.  (단, 중력가속도는 9.8 [m/s2]이다) [3점] ★★★​

[해설] 유출 속도 (토리첼리의 정리)​​

         여기서, v : 유속 [m/s],           g : 중력가속도 (9.8 [m/s2]),            H : 높이 [m]

                      P : 압력 [Pa, N/㎡],           γ : 물의 비중량 ( 9.8 [kN/㎥]

​

10. 옥내소화전 직사형 방사노즐에 피토관을 설치하여 압력을 측정하였더니 0.3 [MPa]이었다. 이 노즐을 통하여 방사되는

       물의 방사속도 [m/s]를 구하시오. (단, 노즐의 속도계수는 0.98 이다) [3점] ★★★★★​

[해설] 방사속도​

 압력 단위 환산

​

11. 소화설비용 수평배관내의 평균 유속이 2.8 [m/s], 압력이 45.1 [kPa], 유량이 0.75 [㎥/s]이다. 손실수두를 무시할 경우

      필요한 소화수 펌프의 동력 [kW]을 구하시오.  (단, 펌프의 효율 및 전달계수는 무시한다) [4점] ★★★​

[해설] 전동기 (펌프)의 용량

가. 전동기 (펌프)의 용량​

           여기서, P : 전동력 [kW],           Q : 토출량 [㎥/min],

                        H : 양정 [m],                K : 전달계수,             η : 효율

나. 베르누이 방정식​

         여기서, H : 전수두, 전양정 [m],                    P : 압력 [kPa]

                      γ : 물의 비중량 (9.8[kN/㎥]              v : 유속 [m/s]

                      g : 중력가속도 (9.8 [m/s2])            △H : 마찰손실수두 [m]

 ※ 문제에서 수평배관이므로 수평배관은 위치수두(Z)가 모두 동일하므로 적용하지 않고 마찰손실수두도 언급이 없으므로

     적용하지 않는다.

[참고] 전동기(펌프)의 동력​

          여기서,   P : 전동력[kW],       Q : 토출량 (유량) [㎥/min]          H : 전양정(전수두) [m]

                         K : 전달계수 (전동기 직결 펌프 : 1.1, 기타펌프(내연기관(엔진)펌프) : 1.15~1.2)

                         η : 전효율 ( η전효율 = η수력효율 × η체적효율 × η기계효율)

   ※ 축동력 K

       ① 전달계수 (K) : 적용안함

       ② 여유율, 여유계수 : 적용

​

12. 옥내 소화전이 2개소 설치되어 있고 수원의 공급은 모터펌프로 한다. 수원으로 부터 가장 먼 소화전의 앵글밸브까지의

      요구되는 수두가 29.4 [m]라고 할 때, 펌프 모터의 용량은 몇 [kW] 이상이어야 하는가 ? (단, 호스 및 배관의 마찰손실수

       두는 3.6 [m] 이고, 펌프의 효율은 0.6 이며, 전동기에 적합한 것으로 한다) [4점] ★★★★★

   유량 Q = 130 [ℓ/min] × 2개 = 260 [ℓ/min] = 0.26 [㎥/min]

   전수두 H = 3.6 [m] + 29.4 [m] + 17 [m] = 50 [m]

   전달계수 : 1.1, 효율 η : 0.6​

※ 옥내 소화전의 전양정

   전양정 H = h1 + h2 + h3 + 17 [m]

   전양정 = 실양정 + 마찰손실환산수두 + 호스손실환산수두 + 17

   * 실양정 = 흡입양정 + 토출양정

[해설] 전동기(펌프)의 용량

가. 전동기(펌프)의 용량​

          여기서, P : 전동력 [kW],                 Q : 토출량(유량) [㎥/min]

                       H : 전양정(전수두) [m]         K : 전달계수,         η : 전효율

나. 옥내소화전설비의 전양정 (펌프방식)

   전양정 H = h1 + h2 + h3 + 17 [m]

    여기서, H : 전양정 [m]

                 h1 : 소방호스의 마찰손실환산수두 [m]

                 h2 : 배관 및 관 부속품의 마찰손실수두 [m]

                 h3 : 실양정 (흡입양정 + 토출양정) [m]

                 17 : 옥내소화전설비 규정방수압력의 환산수두 [m] (0.17MPa → 약 17[m])

​

13. 옥내소화전의 설치개수가 지하 1층 2개소, 1층, 2층, 3층, 4층 까지 각 4개소, 5층, 6층에 각 3개소, 옥상층에는 시험용

      옥내소화전을 설치하였다. 본 건축물의 층고는 28 [m] (지하층은 제외한다), 소화펌프의 흡입고 1.5 [m], 직관의 마찰

      손실 6 [m], 호스의 마찰손실 6.5 [m], 이음쇠 밸브류 등의 마찰손실 8 [m]일 때 다음 각 물음에 답하시오. (단, 지하층의

       층고는 3.5 [m] 이고 기타사항은 무시한다.)  [9점] ★★★★★

  가. 수원의 용량 [㎥]을 구하시오. (단, 수원의 15 [%]를 가산한 양으로 한다.)

  나. 옥내소화전 가압송수장치(펌프)의 토출량 [㎥/min]을 구하시오. (단, 토출량은 안전율 15 [%]를 가산한 양으로 한다.)

  다. 펌프를 지하층에 설치한 경우 펌프의 양정을 구하시오.

  라. 가압송수장치(펌프)의 전동기 용량 [kW]을 구하시오. (단, 효율은 0.6, 전달계수 1.1 이다.)

[풀이]

  가. 수원의 용량 [㎥]을 구하시오. (단, 수원의 15 [%]를 가산한 양으로 한다.)

        Q = 2.6 [㎥] × 2개 × 1.15 = 5.98 [㎥]

  나. 옥내소화전 가압송수장치(펌프)의 토출량 [㎥/min]을 구하시오. (단, 토출량은 안전율 15 [%]를 가산한 양으로 한다.)

        Q = 130 [ℓ/min] × 2개 × 1.15 = 299 [ℓ/min] = 0.299 [㎥/min] ≒ 0.3 [㎥/min]

  다. 펌프를 지하층에 설치한 경우 펌프의 양정을 구하시오.

       전양정 H = h1 + h2 + h3 + 17 [m]

                      = 6.5 [m] + (6+8) [m] + (28 + 1.5 + 3.5) [m] + 17[m] = 70.5 [m]

  라. 가압송수장치(펌프)의 전동기 용량 [kW]을 구하시오. (단, 효율은 0.6, 전달계수 1.1 이다.)​

여기서, P : 전동력 [kW], Q : 토출량(유량) [㎥/min]

            H : 전양정(전수두) [m] K : 전달계수, η : 전효율​

14. 어느 소방대상물에 옥내소화전을 설치하고자 한다. 소화전 설치수가 지하 1층 1개소,  1~4층까지 각 4개소씩, 5층, 6층

       에 각 3개소, 옥상층에는 시험용 소화전을 설치하였다. 본 방호대상물의 층고가 28 [m] (지하층은 제외), 가압펌프의

       흡입고 1.5 [m], 직관의 마찰손실 6 [m], 호스의 마찰손실 6.5 [m], 이음쇠, 밸브류 등의 마찰손실이  8[m]일 때 다음

       각 물음에 답하시오. (단, 지하층의 층고는 3.5 [m]이고, 기타 주어지지 않은 조건은 무시한다.) [8점] ★★★★★

  가. 전용 수원의 용량 [㎥]을 구하시오. (단, 전용 수원은 15 [%]를 가산한 양으로 한다.

  나. 옥내 소화전 가압 송수장치의 펌프 토출량 [㎥/min]을 구하시오. (단, 토출량은 안전율 15%를 가산한 양으로 한다.)

  다. 가압송수장치를 지상 1층에 설치할 경우 펌프의 양정 [m]을 구하시오.

  라. 가압송수장치와 전동기 용량 [kW]을 구하시오. (단, 효율은 0.6, 전달계수는 1.1 이다)

[풀이]

  가. 전용 수원의 용량 [㎥]을 구하시오. (단, 전용 수원은 15 [%]를 가산한 양으로 한다.

        Q = 2.6 [㎥] × 2개 × 1.15 = 5.98 [㎥]

  나. 옥내 소화전 가압 송수장치의 펌프 토출량 [㎥/min]을 구하시오. (단, 토출량은 안전율 15%를 가산한 양으로 한다.)

       Q = 130 [ℓ/min] × 2개 × 1.15 = 299 [ℓ/min] = 0.299 [㎥/min] ≒ 0.3 [㎥/min]

  다. 가압송수장치를 지상 1층에 설치할 경우 펌프의 양정 [m]을 구하시오.

        전양정 H = h1 + h2 + h3 + 17 [m]

                        = 6.5 [m] + (6+8) [m] + (28 + 1.5 ) [m] + 17[m] = 67 [m]

  라. 가압송수장치와 전동기 용량 [kW]을 구하시오. (단, 효율은 0.6, 전달계수는 1.1 이다) ​

[해설] 옥내소화전설비의 수원의 양 · 토출량 · 전양정 · 전동기 용량

 가. 옥내 소화전 설비의 수원의 양 (저수량) (29층 이하)

     Q = 2.6 N ← Q = 130 [ℓ/min] × 20 [min] (소방대 출동시간)

     여기서, Q : 수원의 양 [㎥]

                  N : 가장 많이 설치된 층의 소화전 개수 (최대 2개)

                  2.6 : 130 [ℓ/min] (옥내소화전설비 규정 방수량) × 20 [min] (소방대 출동시간)

  ∴ Q = 2.6 × 2개 × 1.15 = 5.98 [㎥/min]

     ※ 문제의 단서에서 수원의 15 [%]를 가산한 양으로 한다 하였으므로 1.15를 곱한다.

나. 옥내소화전설비의 토출량

    Q = 130 [ℓ/min] × N

      여기서, Q : 토출량 [ℓ/min]

                   N : 가장 많이 설치된 층의 소화전 개수 (최대 2개)

   ∴ Q = 130 [ℓ/min] × 2개 × 1.15 = 299[ℓ/min] = 0.299[㎥/min] = 0.3 [㎥/min]

​

 ※ 가압송수장치 :   ① 펌프    ② 고가수조방식    ③ 압력수조방식    ④ 가압수조방식

 ※ 1. 문제의 단서에서 토출량은 안전율 15%를 가산한 양으로 한다 하였으므로 1.15를 곱한다.

     2. 1 [㎥] = 1,000 [ℓ]

​

다. 옥내 소화전 설비의 전양정 (펌프방식)

   전양정 = H = h1 + h2 + h3 + 17 [m]

       여기서, H : 전양정 [m]

                    h1 : 소방호스의 마찰손실환산수두 [m]

                    h2 : 배관 및 관 부속품의 마찰손실수두 [m]

                    h3 : 실양정 (흡입양정 + 토출양정) [m]

                    17 : 옥내소화전설비 규정방수압력의 환산수두 [m] (0.17MPa → 약 17[m])

          h1 : 문제에서 6.5 [m] 이다.

          h2 : 문제에서 직관의 마찰손실 6 [m] + 이음쇠, 밸브류 등의 마찰손실 8 [m] = 14 [m] 이다.

          h3 : 문제에서 펌프의 흡입고 (흡입양정) 1.5 [m],

                 토출양정 : 지하층의 제외한 층고 28 [m] = 31.5 [m]

    ∴ 전양정 H = 6.5[m] +(6+8)[m] + (1.5+28) [m] + 17[m] = 67 [m]

라. 전동기(펌프)의 용량 ​

         여기서, P : 전동력 [kW],                  Q : 토출량(유량) [㎥/min]

                     H : 전양정(전수두) [m]          K : 전달계수,                η : 전효율​

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Darcy's Law : 달시의 법칙

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

한마디로 모래로 가득 채운 원통에 물을 통과시키는데 필요한 압력과 원통의 길이와의 관계를 나타내는 식이다.

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

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달시는 모래 내부에서의 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(Vol)과 다른 요소들 사이에는 관계법칙이 있음을 발견했다.

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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.

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적용범위

다르시의 법칙은 유속이 느린 점성 흐름에 대해서만 유효한데 대부부느이 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.

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