아낌없이 주는 나무

전기기사, 소방설비기사, 공조설비 등의 시험에서 단골로 출제되는 펌프 · 송풍기 · 배연기 등을 구동하는 전동기의 축동력을 구하는 식이 어떻게 유도되는지 알아 보자.

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전동기의 축동력을 구하라는 문제에서 축동력의 단위 출력을 W(kW)로 구하라고 제시하는데 여기서 W는 일률의 단위이다. 일률은 단위 시간당 일의 양을 표시하는 것을 일을 할 수 있는 능력의 크기를 말하며 일률의 단위 [J/s]를 말한다.

즉, W = J/s 이다.

물리에서 일이란 어떤 물체에 힘을 가하여 일정한 거리를 이동시키는 것을 말한다.

일이란 일 = 힘 × 거리를 말하며 기호로 표시하면 J = N · h 로 표시할 수 있다.

여기서 힘의 단위 N은 1㎡에 1㎏의 힘이 가해지는 것 ㎏/㎡를 나타태고 기호 h을 거리를 나타내고 미터단위계에서는 m로 나타낸다.

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이제 힘이라는 용어가 나오게 되는데 힘은 뉴톤의 제1 운동법칙에서 출발한다. 전에 게시물에서 이야기했듯이 뉴톤은 만물은 원래 상태를 유지하려는 경향이 있는데 이를 관성이라고 했다. 힘은 이러한 관성을 변화시키는 작용의 크기라고 하였다. 여기서 그 유명한 힘은 질량 × 가속도, 기호로는 F = ma 라는 식이 나오게 된다.

여기서, 질량(Mass)이란 관성의 크기를 나타내는 것이고, 가속도는 관성을 변화 정도를 나타내는 말이다. 따라서 질량(관성의 크기) × 가속도(관성의 변화정도)를 하면 관성을 변화시킨 작용력의 크기를 알 수 있게 된다. 질량(Mass)의 단위는 g, ㎏을 쓰고 가속도의 단위로는 m/s2을 쓴다.

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그런데, 펌프나 배연기, 송풍기 등은 지구에서 물이나 공기를 끌어 올리거나 배출하는 것으로 가속도는 지구의 중력속도를 사용하게 되고 기호로는 g라 하고 지구의 중력가속도는 9.8 m/s2​ 이다. 따라서 지구에서 일을 할 때 물체에 가해지는 힘, F = mg 로 나타낸다.

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이제 우리는 지구에서 일을 하기 위해 물체에 가는 힘이 F = mg 로 나타냄을 알았고 지구에서 중력가속도 g = 9.8 m/s2 임을 알고 있다. 이제 힘을 구하려면 질량(Mass)을 알려면 물체의 질량을 매번 측정해야 하는 번거로움이 있다. 질량을 나타내는 방법으로는 "질량 = 밀도 × 부피" 라는 방법이 있다. 밀도= 질량/부피 이므로 질량/부피 × 부피하면 질량이 되는 것은 당연하다. 펌프의 경우에는 물을 펌핑하는 것이므로 이 공식을 사용하는데 물의 밀도는 1㎥ =1,000㎏, 1ℓ = 1㎏, 1㏄ = 1g 이라는 것을 잘 알고 있기 때문이다.

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또한, 배연기, 송풍기는 공기를 배출하는 장치이므로 공기의 질량을 구하기 힘드므로 공기압을 수두로 측정하여 공기에 가해지는 힘과 질량 등을 표현하다. 여기서, 수두란 압력을 물의 높이로 표시한 것이다.

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지금까지 이야기한 내용을 정리해 보자.

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펌프의 축동력 구하는 식​

위식을 이용하여 물 1㎥를 1초 동안에 1m 높이로 끌어 올리는데 필요한 동력을 구하는 식을 미터 단위계 [MKS]로 나타내면 다음과 같다.​

위 식에서 일반적으로 펌프의 축동력 구하는 식은 다음과 같이 간략화하여 사용한다.​

펌프의 축동력을 구할 때 양수량을 분당 양수량 ㎥/min으로 제시할 때는 다음과 같이

나타낸다. 방법은 위식과 동일하며 물량 산정식을 ㎥/s로 변형하여 산정한다.​

송풍기, 배연기용 전동기의 축동력 구하는 식

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송풍기, 배연기에 쓰이는 전동기의 축동력에 대하여 알아 보자.

여기에는 까다로운 걸림돌이 있다. 바로 공기의 밀도의 문제이다. 공기의 밀도는 측정하기도 힘들고 그 숫자도 사용하기 힘들다. 이런 문제를 해결하기 위해 고안해 낸 것이 바로 공기의 압력 수두로 나타내는 것이다. 압력은 밀도, 중력가속도와 높이로 나타낼 수 있기 때문이다. 즉 공기 압력수두 P [Aq] = γ H = ρ · g · H 로 나타낼 수 있기 때문이다.

이제 축동력을 식으로 표현해 보자.​

여기서, 공기의 밀도는 매우 작기 때문에 ㎜Aq 단위로 산정을 하게 되며 이를 MKS 단위계로 변환을 하게 되는데 ㎜Aq = 9.8 gfm = 9.8/1,000 ㎏fm = 1/102 ㎏fm 가 된다.

또한 풍량이 분당 단위(㎥/min)로 주어지면 이는 초당 단위 (㎥/s)로 변환하여 주어야 하므로 60초로 나누어 주면 된다.

이제 송풍기, 배연기 등의 전동기 용량을 산정하는 식을 정리해 보자.​

종합해 보면 펌프용 전동기나 송풍기, 배연기용 전동기를 동력, 축동력을 구하는 식의 근본 원리는 같다는 것을 알 수 있다.

전동기 동력 P [W] = ρ · V · g · H / s

                              = ρ · g · V · H / s 이다.

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#축동력 #전동기 #출력 #운동법칙 #밀도 #비중량 #송풍기 #펌프 #배연기 #압력 #수두

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)

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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

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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

[해설] 방수량​

           여기서, Q : 방수량 [ℓ/min]

                        K : 방출계수

                        P : 방수압력 [MPa]

※ 방출계수

  ※ 문제에서 표준형 헤드를 설치하였으므로

2. 스프링클러설비의 오리피스 내경이 25[㎜]이고 방수량이 100[ℓ/min]일 때 방수압력 [MPa]은 얼마인가 ? [3점]

     ★★★★★

[문제풀이]​

3. 스프링클러설비의 스프링클러 헤드에서 방사되는 방수량 [ℓ/min]을 최소 방수량과 최대 방수량으로 구분하여 계산

     하시오. (단, 방출계수 K = 80 이고, 속도수두는 계산에 포함하지 않는다.) [4점] ★★★★★

  가. 최소 방수량                 나. 최대 방수량

[답안작성]

가. 최소 방수량​

나. 최대 방수량​

[해설] 방수량​

          여기서, Q : 방수량 [ℓ/min]

                       K : 방출계수

                        P : 방수압력 [MPa]

   ※ 스프링클러설비의 최소 방수압력 : 0.1 [MPa]

       스프링클러설비의 최대 방수압력 : 1.2 [MPa]

​

[참고] 각 설비별 방수압 · 방수량

[해설] 방수량​

가. 용량 유량 (체적유량)

 ▣ 스프링클러설비의 토출량 (유량)

    Q = 80 [ℓ/min] × N

     여기서, Q : 토출량(유량) [ℓ/min]

                  N : 기준개수 (각층 (세대)의 설치개수가 기준개수보다 작을 경우 설치개수를 적용)

  ⊙ 문제에서 백화점(판매시설)이므로 기준개수(N)는 위 표에 의해 30개 이다.

       Q = 80 [ℓ/min] × 30개 = 2.4 [㎥/min] = 2.4 [㎥/min] × 1[min] /60 [sec]  = 0.04 [㎥/sec]

나. 중력유량 [N/sec]

    G = Q · γ = A · v · γ [N/sec]

    여기서, G : 중량 유량 [N/sec]

                 Q : 용량유량(체적유량) [㎥/sec]

                  A : 단면적 [㎡] = (πd2/4) [㎡]

                  v : 유속 [m/sec]

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

                  d : 내경 [m]

      ∴ 중량유량 G = 0.04 [㎥/sec] × 9,800 [N/㎥] = 392 [N/sec]

​

6. 스프링클러설비가 설치된 어느 건물의 최고층 건물 높이가 80 [m]이고 헤드가 최고층 까지 설치되어 있다. 다음 조건을

    참조하여 충압펌프의 전동기 용량[kW]을 구하시오.  [4점] ★★★★

[조건]

  ① 펌프의 토출량은 150 [ℓ/min] 이다.

  ② 펌프의 효율은 65 % 이다.

  ③ 펌프의 전동기는 직결로 연결되어 있고 전달계수는 1.1 이다.

[문제 풀이]

  ▣ 충압펌프의 토출양정 H = 실양정 + 자연낙차압 보다 0.2 [MPa]

     ∴ 토출양정 H = 80 [m] + 20 [m] = 100 [m]​

[해설] 전동기 (펌프)의 용량

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

                        K : 전달계수,         η : 효율

 ▣ 충압펌프의 토출양정 (전양정) (H)

   ⊙ 충압펌프의 토출양정 = 최고위 살수장치(일제개방밸브의 경우는 그 밸브)의 자연압+ 0.2[MPa] 이므로

        0.1 [MPa] = 10 [m]로 환산하여 계산하면

  ① 건물 높이 80 [m]

  ② 0.2 [MPa] = 20 [m]

  ③ 충압펌프의 토출양정 (전양정) : 80 [m] + 20 [m] = 100 [m]

     ⊙ 토출량 (Q) : 150 [ℓ/min] = 0.15 [㎥/min]

     ⊙ 전달계수 : 1.1, 전효율 : 65 % = 0.65​

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

  ① 펌프의 토출압력은 그 설비의 최고위 살수장치 (일제개방밸브의 경우 그 밸브)의 자연압 모다 적어도 0.2 [MPa] 이

       더 크도록 하거나 가압송수장치의 정격토출압력과 같게 할 것.

  ② 펌프의 정격 토출량은 정상적인 누설량 보다 적어서는 아니되며, 스프링클러설비가 자동적으로 작동될 수 있는 충분한

       토출량을 유지할 것.

​

7. 어느 건물에 다음과 같이 스프링클러설비를 설치하였다. 조건을 참조하여 각 물음에 답하시오. [6점] ★★★★★

[조건]

  ① 화재시 개방되는 헤드수는 10개로 한다.

  ② 직관장의 길이는 70 [m]이다.

  ③ 배관상 마찰손실수두는 직관장 길이의 30 %로 한다.

  ④ 펌프모터 소요동력 계산식은 P(kW) = (0.163 QH / E) × k 로 한다.

  ⑤ 펌프의 효율은 60 %, 전동기 직결이며 전달계수 (k)는 1.1 이다.

가. 펌프의 최소 토출량 [ℓ/min]을 구하시오.

나. 전양정 [m]를 구하시오.

다. 펌프모터의 소요동력[kW]을 구하시오.

[문제풀이]

가. 펌프의 최소 유량 [ℓ/min]

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

나. 전양정

     H = h1 + h2 + 10 [m]

     h1 : 70 [m] × 30 [%] = 70 [m] × 0.3 = 21 [m]

     h2 : 25 [m]

   ∴ H = h1 + h2 + 10 [m] = 21 m + 25 m + 10 m = 56 [m]

다. 펌프의 소요동력 [kW]

[해설] 스프링클러설비의 토출량 · 전양정 · 펌프모터의 소요동력

 가. 스프링클러설비의 토출량

        Q = 80 [ℓ/min] × N

        여기서, Q : 토출량 (유량) [ℓ/min]

                     N : 기준개수 (각 층(세대)의 설치개수가 기준개수 보다 작을 경우 설치개수를 적용

   ⊙ 조건 ① 에서 화재시 개방되는 헤드 수가 10개 이므로 기준개수 (N)은 10개 이다.

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

나. 스프링클러설비의 전양정 (펌프방식)

      H = h1 + h2 + 10 [m]

      여기서, H : 전양정 [m]

                   h1 : 배관 및 관부속품의 마찰손실수두 [m]

                   h2 : 실양정 (흡입양정 + 토출양정) [m]

                   10 : 스프링클러설비 규정방수압력의 환산수두 [m] (0.1[MPa] → 약 10[m])

      ⊙ h1 : 조건 ③에서 배관상 마찰손실수두는 직관장 길이의 30[%]이므로 70[m] × 0.3 = 21 [m]이다.

      ⊙ h2 : 문제의 그림에서 25 [m] 이다. (흡입양정은 그림에 주어지지 않았으므로 무시한다.)

     ∴ H = 21 [m] + 25 [m] +10 [m] = 56 [m]

다. 펌프모터의 소요동력 (kW]​

[참고] 전동기(펌프)의 동력

  ① 수동력 P = 0.163 QH (효율(η) 및 전달계수(k)를 고려하지 않는 순수한 동력)

  ② 축동력 : 수동력에 효율(η)을 보정한 실질적인 동력​

  ③ 전동력 : 축동력에 전달계수 (K)를 고려한 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)

​

8. 7층 건물의 전 층에 스프링클러설비를 하려고 한다. 주어진 조건을 이용하여 화재안전기준에서 규정한 방수압력과

     방수량을 만족할 수 있도록 각 물음에 답하시오. [6점]  ★★★★★

[조건]

  ① 펌프로 부터 가장 멀리 떨어진 스프링클러 헤드까지의 배관길이는 70 [m]이다.

  ② 펌프는 전동기와 직결시켜 설치하며 동력 전달계수는 1.1 이다.

  ③ 펌프의 운전효율은 60 % 이다.

  ④ 배관의 마찰손실수두의 합계는 직관상의 30 %라고 가정한다.

  ⑤ 펌르의 실양정은 25 [m] 이다.

  ⑥ 분당 토출량 산출은 헤드가 10개 동시에 개방된 것으로 하여 산출한다.

가. 펌프의 토출량 [ℓ/min]은 ?

나. 펌프의 소요양정 [m]는 ?

다. 펌프모터의 소요동력 [kW]은 ?

[문제풀이]

가. 펌프의 토출량 [ℓ/min]

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

나. 펌프의 소요양정

    H = h1 + h2 + 10 [m]

    h1 : 70 [m] × 30 [%] = 70 [m] × 0.3 = 21 [m]

    h2 : 25 [m]

    ∴ H = h1 + h2 + 10 [m] = 21 m + 25 m + 10 m = 56 [m]

다. 펌프 모터의 소요동력 [kW]​

9. 18층 아파트에 습식 스프링클러설비를 하려고 한다. 실양정은 65 [m], 배관의 손실압력수두는 25 [m], 말단헤드에서의

     방사압력은 0.1 [MPa]이다. 다음 각 물음에 답하시오. (단, 펌프효율은 60 [%] 이다) [8점] ★★★★★

가. 전양정 [m]을 산출하시오.

나. 송수펌프의 최소 토출량 [ℓ/min]을 산출하시오.

다. 수원의 최소 저수량 [㎥]을 산출하시오.

라. 펌프의 축동력 [kW]을 산출하시오.

[문제 풀이]

가. 전양정 [m]

     H = h1 + h2 + 10 [m] = 25 [m] + 65 [m] + 10 [m] = 100 [m]

나. 송수펌프의 최소 토출량 [ℓ/min]

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

다. 수원의 최소 저수량 [㎥]

     Q = 80 [ℓ/min] × 20 [min] × N = 1.6 [㎥] × N = 1.6 [㎥] × 10 = 16 [㎥]

라. 펌프의 축동력​

10. 지상 16층 짜리 아파트에 스프링클러설비를 설치하려고 한다. 다음 조건을 이용하여 다음 각 물음에 답하시오.

       [9점] ★★★★★

[조건]

① 실양정 : 70 [m]                          ② 배관, 관부속품의 총 마찰손실수두 : 27 [m]

③ 배관내 유속 : 2 [m/sec]             ④ 효율 : 65 [%]                      ⑤ 전달계수 : 1.1

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

나. 이 설비가 확보하여야 할 수원의 양 [㎥]을 구하시오.

다. 가압송수장치의 동력 [kW]을 구하시오.

라. 고가수조를 설치할 경우 필요한 설비 3가지를 쓰시오.

[문제풀이]

가. 펌프의 토출량 [ℓ/min]

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

나. 수원의 양

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

다. 가압송수장치의 동력

         H = h1 + h2 + 10 [m] = 27 m + 70 m + 10 m = 107 [m]​

라. 유량계수 K​

마. 방사압력 [MPa]과 방사량 [ℓ/min]

  ① 방사압력 : 0.1 [MPa] 이상              ② 방사량 : 80 [ℓ/min]

​

12. 지하 1층, 지상 8층의 어느 백화점 건물에 화재안전기준에 따라 스프링클러설비를 설치하려고 한다. 다음 조건을 참조

      하여 각 물음에 답하시오. [4점] ★★★★★

[조건]

  ① 펌프는 지하층에 설치되어 있고 펌프로 부터 최상층 스프링클러헤드까지의 수직거리는 50 m 이다.

  ② 배관 및 관부속품 마찰손실수두는 자연낙차의 20 %로 한다.

  ③ 펌프 흡입측 진공계의 눈금은 300 [㎜Hg]이다.

  ④ 각 층에 설치하는 헤드수는 70개 이다.

  ⑤ 모든 규격치는 최소치로 적용한다.

  ⑥ 펌프의 효율은 65 % 이다.

가. 펌프의 유량 [ℓ/min]을 구하시오.

나. 펌프의 축동력 [kW]를 구하시오.

  [답안작성]

가. 펌프의 유량 [ℓ/min]

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

나. 펌프의 축동력 [kW]을 구하시오.

    ① 전양정 H = h1 + h2 + 10 [m]

                    h1 (배관 및 관부속품 마찰손실수두) : 50 [m] × 0.2 = 10 [m]

                     h2 (실양정 = 흡입양정 + 토출양정)

         ⊙ 흡입양정 = (300 [㎜Hg] / 760 [㎜Hg]) × 10.332 [m] = 4.078 [m]

         ⊙ 토출양정 : 50 [m]

           ∴ h2 (실양정) = 4.078 + 50 = 54.078 [m]

     ② 전양정 H = h1 + h2 + 10 [m] = 10+ 54.078 + 10 = 74.078 [m]​

[해설] 스프링클러설비의 유량

※ 폐쇄형 헤드의 설치장소별 기준개수 (NFSC 103 제4조 ①, 1)

   ※ 교육 및 연구시설 기준개수 : 10개

​

13. 10층의 백화점 건물에 습식 스프링클러설비를 설치하려고 한다. 다음 조건을 참조하여 각 물음에 답하시오. [8점]

       ★★★★★

[조건]

  ① 펌프에서 교차배관까지의 수직거리는 45 [m]이다.

  ② 고가수조에서 교차배관까지의 수직거리는 5 [m]이다.

  ③ 배관 및 관부속품의 마찰손실수두는 실양정의 40 %로 본다.

  ④ 펌프 흡입측 진공계의 눈금은 400 [㎜Hg] 이다.

  ⑤ 펌프의 체적효율 0.95, 기계효율 0.9, 수력효율 0.8 이다.

  ⑥ 펌프의 전달계수는 1.1 이다.

가. 펌프의 토출량 [㎥/min]을 구하시오.

나. 펌프의 전양정 [m]을 구하시오.

다. 펌프의 전효율을 구하시오.

라. 펌프의 용량 [kW]을 구하시오.

[답안작성]

가. 펌프의 토출량 [㎥/min]을 구하시오.

    Q = 80 [ℓ/min] × N = 80 [ℓ/min] × 30개 = 2,400[ℓ/min] = 2.4 [㎥/min]

나. 펌프의 전양정 [m]

   ⊙ 흡입양정 = (400[㎜Hg] / 760 [㎜Hg]) × 10.332 [m] = 5.438[m]

   ⊙ 토출양정 = 45 [m]

       h2 = 흡입양정 + 토출양정 = 5.438 m + 45 m = 50.438 m

       h1 = 실양정 × 40 % = 50.438m × 0.4 = 20.175 [m]

       H = h1 + h2 + 10 = 20.175 m + 50.438 m + 10 m =80.613 ≒ 80.61 [m]

다. 펌프의 전효율

       η전효율 = η수력효율 × η체적효율 × η기계효율 = 0.8 × 0.95 × 0.9 = 0.68

라. 펌프의 용량 [kW]​

[참고] 스프링클러설비의 전양정 [펌프방식]

   H = h1 + h2 + 10

   여기서, H : 전양정 [m]

                h1 : 배관 및 관부속품의 마찰손실수두 [m]

                h2 : 실양정 (흡입양정 + 토출양정) [m]

                10 : 스프링클러설비 규정방수압력의 환산수두 (0.1 MPa → 약 10 [m])

 ⊙ h2 (실양정)

    ▶ 흡입양정 : 진공계의 눈금이 400[㎜Hg]이므로​

    ▶ 토출양정 : 펌프에서 교차배관까지의 수직거리 45 [m]

      ∴ h2 = 흡입양정 + 토출양정 = 5.438 m + 45 m = 50.438 m

  ⊙ h1 (배관 및 관부속품의 마찰손실수두) : 실양정의 40% 이므로

      h1 = 50.438 × 0.4 = 20.174 [m]

   ∴ 전양정 H = h1 + h2 + 10 =20.174 m + 50.437 m +10 m ≒ 80.61 [m]

​

14. 지상 15층의 아파트에 스프링클러설비를 설치하려고 한다. 다음 조건을 참조하여 각 물음에 답하시오. [10점]

       ★★★★★

[조건]

  ① 실양정은 65 [m] 이다.

  ② 배관 및 관부속품의 총마찰손실수두는 25 [m] 이다.

  ③ 펌프의 효율은 60 [%] 이다.

  ④ 전동기의 전달계수(k)는 1.1이다.

  ⑤ 배관의 유속은 2 [m/s]이다.

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

나. 이 설비가 확보하여야 할 수원의 양 [㎥]을 구하시오.

다. 가압송수장치의 축동력 [kW]을 구하시오.

라. 고가수조를 없애려고 할 때 설치하여야 할 장치 4가지와 교체하여야 할 수조를 쓰시오.

  ① 새로 설치해야 할 장치

  ② 교체해야 할 수조

[답안작성]

 가. 펌프의 토출량 [ℓ/min]

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

 나. 수원의 양 [㎥]

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

다. 가압송수장치의 동력 [kW]

  ① 전양정 : H = h1 + h2 + 10 = 25 m + 65 m + 10 m = 100 [m]​

라. 고가수조를 없앨 때의 작업

   ① 새로 설치해야 할 장치 : 급기관, 압력계, 안전장치, 자동식 공기압축기

   ② 교체하여야 할 수조 : 압력수조 또는 가압수조

​

[참고] 고가수조, 압력수조, 가압수조에 설치하여야 할 부속장치

15. 어느 백화점 건물의 9층에 습식 스프링클러설비를 설치하려고 한다. 다음 조건을 참조하여 각 물음에 답하시오.

       [14점] ★★★★★

[조건]

  ① 펌프에서 교차배관까지의 수직거리는 45 [m] 이다.

  ② 고가수조에서 교차배관까지의 수직거리는 5 [m]이다.

  ③ 배관 및 관부속품의 마찰손실수두는 실양정의 30 [%] 이다.

  ④ 펌프의 흡입측 진공계의 눈금은 450 [㎜Hg]이다.

  ⑤ 펌프의 체적효율은 0.95, 기계효율은 0.9, 수력효율은 0.8 이다.

  ⑥ 펌프의 전달계수는 1.1 이다.

가. 펌프의 토출량 [㎥/min]을 구하시오. (단, 스프링클러는 최대 기준개수 이상 설치되는 것으로 한다.)

나. 펌프의 전양정[m]을 구하시오.

다. 펌프의 전효율을 구하시오.

라. 펌프의 수동력은 몇 [kW]인가 ?

마. 펌프의 축동력은 몇 [kW]인가 ?

바. 펌프의 모터동력은 몇 [kW]인가 ?

사. 폐쇄형 스프링클러헤드의 선정은 설치장소의 최고 주위온도와 선정된 헤드의 표시온도를 고려하여야 한다. 다음 표의

      설치장소의 최고 주위온도에 대한 표시온도 [℃] ①, ② 를 쓰시오.

[문제 풀이]

가. 펌프의 토출량 [㎥/min]

      Q = 80 [ℓ/min] × N = 80 [ℓ/min] × 30개 = 2,400 [ℓ/min] = 2.4 [㎥/min]

나. 펌프의 전양정 [m] H = h1 + h2 + 10

     h2 : 흡입양정 : (450[㎜Hg] / 760 [㎜Hg]) × 10.332 [m] = 6.118 [m]

            토출양정 : 45 [m]

        ∴ h2 = 6.118 m + 45 m = 51.118 [m]

      h1 : 배관 및 관부속품의 마찰손실수두

      h1 = h2 × 30[%] = 51.118 × 0.3 = 15.335 [m]

     ∴ H = h1 + h2 + 10 = 15.335 m + 51.118 m + 10 m = 76.453 ≒ 76.45 [m]

다. 펌프의 전효율 [η]

       η전효율 = η수력효율 × η체적효율 × η기계효율 = 0.8 × 0.95 × 0.9 = 0.684 ≒ 0.68

라. 펌프의 수동력 [kW]

      Q = 0.163QH = 0.163 × 2.4[㎥/min] × 76.45 [m] = 29.907 ≒ 29.91 [kW]

마. 펌프의 축동력 [kW]​

바. 펌프의 모터동력 [kW]​

사. 최고 주위온도 및 표시 온도

       ① 79 ℃ 이상 121 ℃ 미만                        ② 121 ℃ 이상 162 ℃ 미만

[참고] 폐쇄형 스프링클러헤드의 표시 온도

16. 다음 그림 및 조건을 참조하여 각 물음에 답하시오. (단, 이 건물은 판매시설이 설치된 복합건축물이다.)

       [6점] ★★★★★

[조건]

  ① 건물은 9층 건물이다.

  ② 배관의 마찰손실은 흡입 및 토출 실양정의 32 [%] 이다.

  ③ 진공계 지시압은 325 [㎜Hg], 대기압은 0.101325 [MPa]이다.

  ④ 기계효율 95%, 수력효율 90%, 체적효율 85 % 이다.

  ⑤ 최고위 헤드의 방사압은 0.1 [MPa] 이상이다.

가. 펌프의 전양정 [m]을 구하시오.

나. 수원의 양 [㎥]을 구하시오. (단, 스프링클러 헤드는 해당 층에 30개 이상 기준이고 옥

내 소화전은 각 층별로 1개 설치기준이다.)

다. 펌프의 축동력 [kW]을 구하시오.

[문제 풀이]

 ※ 옥내소화전과 스프링클러설비가 겸용으로 설치된 경우

   ⊙ 수원의 양과 토출량 : 옥내 소화전 값 + 스프링클러설비 값

   ⊙ 전양정은 스프링클러설비와 옥내소화전설비 중 큰 값을 적용한다.

​

가. 펌프의 전양정 [m]

   ① 스프링클러설비의 전양정 (펌프방식) : H = h1 + h2 + 10

       h2 : 흡입양정 = (325[㎜Hg] / 760 [㎜Hg]) × 10.332 [m] = 4.418 [m]

              토출양정 = 45 [m]

      ∴ h2 = 4.418 m + 45 m = 49.418 [m]

      h1 = 49.418 × 0.32 = 15.814 [m]

      ∴ H = h1 + h2 + 10 = 15.814 m + 49.418 m + 10 m = 75.232 ≒ 75.32 [m]

② 옥내 소화전설비의 전양정 : H = h1 + h2 + 10

     h2 : 흡입양정 = (325[㎜Hg] / 760 [㎜Hg]) × 10.332 [m] = 4.418 [m]

            토출양정 = 45 [m]

     ∴ h2 = 4.418 m + 45 m = 49.418 [m]

     h1 = 49.418 × 0.32 = 15.814 [m]

   ∴ H = h1 + h2 + 17 = 15.814 m + 49.418 m + 17 m = 82.232 ≒ 82.23 [m]

   ∴ 옥내소화전설비의 전양정 82.23 [m]를 적용한다.

나. 수원의 양

  ① 스프링클러설비 수원의 양

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

      옥상 수조가 설치되어 있으므로

       Q = 48 [㎥] × 1/3 = 16 [㎥]

       (옥상수조와 합한 수원의 양) : 48 [㎥] + 16 [㎥] =64 [㎥]

  ② 옥내 소하전설비의 수원의 양

        Q = 2.6 [㎥] × N = 2.6 [㎥] × 1개 = 2.6 [㎥]

        옥상수조가 설치되어 있으므로

         Q = 2.6 [㎥] × 1/3 = 0.867[㎥]

        (옥상수조와 합한 수원의 양) : 2.6 [㎥] + 0.867 [㎥] = 3.467 ≒ 3.47 [㎥]

     ▣ 수원의 양 (스프링클러설비 + 옥내소화전설비) : 64 ㎥ + 3.47 ㎥ =67.47 [㎥]

다. 펌프의 축동력 [kW]

  ① 스프링클러설비의 토출량 [㎥/min]

      Q = 80 [ℓ/min] × N = 80 [ℓ/min] × 30개 = 2,400 [ℓ/min] = 2.4 [㎥/min]

  ② 옥내 소화전 설비의 토출량 [㎥/min]

      Q = 130 [ℓ/min] × N = 130 [ℓ/min] × 1개 = 130 [ℓ/min] = 0.13 [㎥/min]

  ③ 전체 토출량 : Q = 2.4 [㎥/min] + 0.13 [㎥/min] = 2.53 [㎥/min]

  ④ 전효율 η = 0.9 × 0.85 × 0.95 = 0.726​

   토출양정 : 45 [m]

    ∴ h2 = 4.758 m + 45 m = 49.758 [m]

    ⊙ h1 : 45 m × 0.2 = 9 [m]

         ∴ 전양정 H = h1 + h2 + 10 = 9 m + 49.758 m + 10 m = 68.758 ≒ 68.75 [m]

나. 수원의 유효수량 [㎥]

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

다. 펌프의 체절압력 [kPa]​

      ∴ 펌프의 체절압력 = 674.323 × 1.4 = 944.052 ≒ 944.05 [kPa]

라. 펌프의 축동력

     유량 Q = 80 [ℓ/min] × N = 80 [ℓ/min] × 30개 = 2,400 [ℓ/min] = 2.4 [㎥/min]​

#축동력 #스프링클러설비 #체절압력 #진공계 #압력계 #토출량 #가압수조 #고가수조

#압력수조 #안전장치 #표시온도 #가압송수장치 #손실수두 #충압펌프 #중량유량

#체적유량 #방수량 #방사량 #실양정

[해설] 옥외소화전설비의 유량 · 전양정 · 전동기의 동력

 가. 옥외소화전설비의 토출량 (유량)

    Q = 350 [ℓ/min] × N

    여기서, Q : 토출량(유량) [ℓ/min]

                 N : 옥외소화전 설치 개수 (최대 2개)

       ∴ Q = 350 [ℓ/min] × 2개 = 700 [ℓ/min]

나. 옥외 소화전설비의 전양정 (펌프방식)

      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 규정 방수압력의 환산수두 [m] (0.25 MPa → 약 25m)

     ⊙ 문제에서 h1 + h2 = 16 [m] 이다.

          ∴ H = 16 m + 37 m + 25 m = 78 m

다. 전동기의 용량​

  여기서, P : 전동력 [kW]

               Q : 토출량(유량) [㎥/min]

               H : 전양정 [m]

                k : 전달계수, η : 효율

       토출량 Q = 700 [ℓ/min] = 0.7 [㎥/min] 이므로​

※ 1 ㎥ = 1,000 [ℓ/min]

[참고] 전동기 (펌프)의 동력

  ① 수동력 P = 0.163 QH (효율(η) 및 전달계수(k)를 고려하지 않는 순수한 동력)

  ② 축동력 P = 0.163 QH / η (수동력에 효율(η)을 보정한 실질적인 동력)

  ③ 전동력 P = 0.163 QH / η × k (축동력에 전달계수(k)를 고려한 동력

      여기서, P : 전동력 (kW)

                   Q : 토출량 (유량) [㎥/min]

                   H : 전양정 (전수두) [m]

                    k : 전달계수 (전동기 직결 펌프 : 1.1, 기타 펌프(내연기관(엔진) 1.15 ~ 1.2)

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

​

2. 어느 소방대상물에 옥외소화전 5개를 화재안전기준과 다음 조건에 따라 설치하고자 한다. 각 물음에 답하시오. [6점]

      ★★★★★

[조건]

  ① 펌프에서 첫번째 옥외소화전까지의 직관길이는 150 [m]이고 관내경은 100 [㎜]이다.

  ② 모든 규격치는 최소량을 적용한다.

     가. 수원의 최소 유효저수량 [㎥]은 얼마인가 ?

     나. 펌프의 최소유량 [㎥/min]은 얼마인가 ?

     다. 직관부분에서의 마찰손실수두[m]는 얼마인가 ? (단, Darcy-Weisbach)의 식을 사용하고 마찰계수는 0.02이다.)

[문제풀이]

  가. 수원의 최소 유효수량 [㎥]

         350 [ℓ/min] × 20 [min] × 2개 = 7 × 2 = 14 [㎥]

  나. 펌프의 최소유량 [㎥/min]

         350 [ℓ/min] × 2개 = 700 [ℓ/min] = 0.7 [㎥/min]

  다. 직관부분에서의 마찰손실수두 [m] (Darcy - Weisbach)​

[해설] 옥내 소화전설비 수원의 양 · 토출량 · 마찰손실수두

  가. 옥외 소화전설비 최소 수원의 양 (저수량)

       Q = 7 N [㎥]

       여기서, Q : 수원의 양 [㎥]

                    N : 옥외 소화전 설치개수 (최대 2개)

                    7 : 350 [ℓ/min](옥외소화전 규정방수량) × 20 min (소방대출동시간)

  나. 옥외소화전설비의 최소 토출량 (유량)

       Q = 350 [ℓ/min] × N

       여기서, Q : 토출량 (유량) [ℓ/min]

                    N : 옥외소화전 설치 개수 (최대 2개)

          ∴ Q = 350 [ℓ/min] × 2개 = 700 [ℓ/min] = 0.7 [㎥/min]

              ※ 1 [㎥] = 1,000 [ℓ]

다. 마찰손실수두

  ① 달시 - 웨버의 식​

여기서, H : 마찰손실수두 [m]

             f : 마찰손실계수

             ℓ : 배관의 길이 [m]

             v : 유속 [m/s]

             g : 중력가속도 (9.8 [m/s2])

             D : 관의 내경 [m]

  ② 유량

        Q = A · v [㎥/s]

        여기서, Q : 유량 (방수량) [㎥/s]

                      A : 단면적 [㎡] (πd2/4 [㎡])

                      v : 유속 [m/s]

                      d : 내경 [m]​

    ※ 100 [㎜] =0.1 [m]

​

3. 다음 그림을 보고 각 물음에 답하시오. [4점] ★★★★

  가. 옥외소화전에서 방사거리가 16 [m]일 경우에 유량 [㎥/s]을 구하시오.

  나. 화재안전기준에 따른 방수량으로 방사될 경우 방출된 물이 지면에 도달하는 거리 x를 구하시오.

[문제풀이]

 가. 방사거리 16[m]일 때 유량 [㎥/s]

  <관내부에서 유량 · 유속을 구하는 식>​

   여기서, Q : 유량 (방사량) [㎥/s]

                 A : 단면적 [㎡] = (πd2/4) [㎡]

                 v : 유속 [m/s]

                 d : 내경 [m] = 65 [㎜] = 0.065 [m]

 <관 밖에서 공기중에서 유속을 구하는 식>​

나. 기준방사량이 방사될 때 도달거리 [m]​

[해설] 옥외 소화전설비의 유량 · 방출된 물이 지면에 도달한 거리

 가. 옥외 소화전 설비의 유량​

    여기서, Q : 유량 (방사량) [㎥/s]

                 A : 단면적 [㎡] = (πd2/4) [㎡]

                 v : 유속 [m/s]

                 d : 내경 [m]

  ⊙ A (단면적) : 옥외소화전의 호스접결구는 65 [㎜] 이므로 (π × 0.0652 [㎡])

  ⊙ 유속 v [m/s]​

        여기서, v : 유속 [m/s]

                     s : 유체가 x 방향 (수평)으로 이동한 거리 [m]

                     t : g 방향 (수직)으로 중력 가속도에 따른 이동 시간 [s]

                     h : g 방향(수직)의 낙하거리 [m]

                     g : 중력 가속도 (9.8 [m/s2])

    ⊙ S (유체가 x방향(수평)으로 이동한 거리) : 16 [m]

    ⊙ h (g 방향(수직)의 낙하거리) : 0.8 [m]

    ⊙ g (중력가속도) : 9.8 [m/s2]​

나. 방출된 물이 지면에 도달한 거리 [m]​

      여기서, x : 방출된 물이 지면에 도달한 거리 [m]

                   v : 유속 [m/s]

                   h : g 방향 (수직)의 낙하거리 [m]

                   g : 중력가속도 [m/s2]

   ⊙ 배관 토출 속도 v [m/s]

  ⊙ h ( g 방향(수직)의 낙하거리) : 0.8 [m]

  ⊙ g (중력가속도) : 9.8 [m/s2]​

4. 상수도시설이 없는 지역에 2층인 120 [m] × 50 [m] 규모로 옥외 소화전설비를 설치하려고 한다. 다음 물음에 답하시오.

     [6점] ★★★

  가. 옥외 소화전 개수를 구하시오.

  나. 펌프의 최소 유량 [ℓ/min]은 얼마인가 ?

  다. 수원의 최소 유효저수량 [㎥]은 얼마인가 ?

[문제 풀이]

  ▣ 옥외소화전간 수평거리는 40 [m]인데 양쪽으로 수평거리 40 [m]의 간격을 유지하므로 실제 소화전설치 간격은 80 [m]

       당 1개가 된다.

가. 옥외 소화전 설치개수​

 나. 펌프의 최소 유량

     최소 유량 : 350 [ℓ/min] × 2개 = 700 [ℓ/min]

다. 최소 유효 수량

  최소 유효 수량 Q = 7 × N = 7 × 2 = 14 [㎥]

[해설] 옥외 소화전 설비

  가. 옥외 소화전 개수

    ① 옥외 소화전 설비 배관 등의 설치기준 (NFSC 109 제16조)

       ㉠ 호스접결구는 지면으로 부터 높이가 0.5 [m] 이상 1 [m] 이하의 위치에 설치하고 특정소방대상물의 각 부분으로

            부터 하나의 호스접결구까지의 수평거리가 40 [m] 이하가 되도록 하여야 한다.

       ㉡ 호스는 구경 65 [㎜] 의 것으로 하여야 한다.

    ② 옥외 소화전 개수​

     ※ 수평거리 간격이 40 [m] 이므로 설치간격은 80 m 당 1개이므로 80 [m]로 나눈다.

  나. 옥외 소화전설비의 최소 토출량 (유량)

     Q = 350 [ℓ/min] × N

     여기서, Q : 토출량 (유량) [ℓ/min]

                 N : 옥외 소화전 설치 개수 (최대 2개)

     ∴ Q = 350 [ℓ/min] × 2개 = 700 [ℓ/min]

  다. 옥외 소화전 최소 수원의 양 (저수량)

      Q = 7 · N [㎥]

      여기서, Q : 수원의 양 [㎥]

                   N : 옥외 소화전 설치개수 (최대 2개)

                   7 : 350[ℓ/min] (옥외소화전의 규정방수량) × 20[min] (소방대 출동시간)

        ∴ 최소 수원의 양 Q = 7 × 2 = 14 [㎥]

​

5. 특수가연물을 저장 · 취급하는 공장에 옥외 소화전설비를 설치하려고 한다. 각 물음에 답하시오. [3점] ★★★★

      자주 출제 됨

  가. 옥외 소화전이 7개 설치된 때에는 옥외 소화전함을 몇 개 이상 설치하여야 하는가 ?  7개

  나. 옥외 소화전이 11개 이상 30개 이하 설치된 때에는 몇 개 이상의 소화전함을 각각 분산하여 설치하여야 하는가 ? 11개

  다. 옥외 소화전이 37개 설치된 경우 옥외 소화전함은 몇 개 이상 설치하여야 하는가 ?  13개

 [해설] 옥외 소화전함의 설치기준 (NFSC 109 제7조 ①)

  ① 설치거리 : 옥외소화전으로 부터 5 [m] 이내의 장소에 소화전함을 설치하여야 한다.

  ② 옥외 소화전함 설치개수

[정압 및 방사압]

※ 방사압력은 소화전의 노즐 캡을 열고 소화전 본체 직근에서 측정한 residual pressure 를 말한다.

가. 다음은 동수경사선 (hydraulic gradient line)을 작성하기 위한 과정이다. 주어진 자료를 활용하여 표의 빈곳을 채우시오.

      (단, 계산과정을 쓰시오.)

  (단, 기준 elevation 으로 부터의 정압은 0.586 [MPa]로 본다.)

​

나. 상기 "가"항에서 완성된 표를 자료로 하여 답안지의 동수 경사선과 Pipe profile을 완성하시오.

[문제풀이]

  ㉠ 펌프로 부터 각 소화전까지의 마찰손실 : 정압 - 방사압력

  ㉡ 소화전간의 배관 마찰손실은 우측 소화전 마찰압 - 좌측 소화전 마찰압

  ㉢ gauge elevation = 기준정압 (0.586[MPa]) - 정압

  ㉣ 경사선의 elevation = 방사압력 + gauge elevation

 [답안작성]

   ① 0.557 - 0.49 = 0.067

   ② 0.517 - 0.379 = 0.138

   ③ 0.572 - 0.296 = 0.276

   ④ 0.552 - 0.069 = 0.483

   ⑤ 0.138 - 0.067 = 0.071

   ⑥ 0.414 - 0.276 = 0.138

   ⑦ 0.483 - 0.414 = 0.069

   ⑧ 0.586 - 0.572 = 0.014

   ⑨ 0.586 - 0.552 = 0.034

   ⑩ 0.379 + 0.069 = 0.448

   ⑪ 0.172 + 0 = 0.172

   ⑫ 0.069 +0.034 = 0.103

나. 상기 "가"항에서 완성된 표를 자료로 하여 답안지의 동수 경사선과 Pipe profile을 완성하시오.

#옥외소화전 #소화전함 #양정 #수두 #유속 #토출량 #유량 #전동기 #소화전 #방수압

#전달계수 #축동력 #수동력 #전동력 #수력효율 #체적효율 #기계효율 #마찰손실수두

#다르시 #바이스바흐 #중력가속도

1. 수면이 펌프보다 1[m] 낮은 지하수조에서 0.3[㎥/min]의 물을 이송하는 원심펌프가 있다. 흡입관과 토출관의 구경이

     각각 100 [㎜]이고, 토출관의 압력계가 0.1[MPa]을 가리키고 있을 때 이 펌프에 공동현상이 발생하는지 여부를 판별

     하시오. (단, 흡입측 손실수두는 0.5 [m], 흡입측 배관의 속도 수두는 무시하고, 대기압은 표준대기압, 물의 온도는

      20[℃], 이 때의 포화 수증기압은 2,340 [Pa], 비중량은 9,800[N/㎥]이고 필요흡입양정은 11 [m]이다. [5점] ★★★★★​

           NPSHav = Ha - Hh - Hf - Hv [m]

           NPSHav = 10.339 - 1 - 0.5 - 0.218 = 8.601 ≒ 8.6 [m]

            ∴ NPSHav (8.6[m]) < NPSHre (11 [m]) 이므로 공동현상이 발생한다.

​

[해설] NPSH (흡입양정) : Net Positive Suction Head

 가. 공동현상 발생 조건

   ① 공동현상 발생한계 : NPSHav = NPSHre

   ② 공동현상이 발생하지 않음 : NPSHav > NPSHre

   ③ 펌프설계시 여유 : NPSHav > NPSHre × 1.3

​

2. 다음 조건을 참조하여 해발 1,000[m] 에 설치된 펌프에 공동현상이 발생하는지 여부를 판정하시오. (단, 중력가속도는

    반드시 9.8 [m/s2]을 적용한다. [5점] ★★★★★

[조건] ① 배관의 마찰손실수두 : 0.7 [m]

         ② 해발 1,000[m] 에서의 대기압 : 0.901 × 105 [Pa]

         ③ 해발 0[m] 에서의 대기압 : 1.033 × 105 [Pa]

         ④ 물의 증기압 : 2.334 × 103 [Pa]

         ⑤ 필요흡입양정은 4.5 [m] 이다.​

       NPSHav = Ha - Hh - Hf - Hv [m]

       NPSHav = 9.193 - 4 - 0.7 - 0.238 = 4.255 ≒ 4.26 [m]

        ∴ NPSHav (4.26[m]) < NPSHre (4.5 [m]) 이므로 공동현상이 발생한다.

​

[해설] NPSH (흡입양정) : Net Positive Suction Head

 ▣ 공동현상 발생 조건

   ① 공동현상 발생한계 : NPSHav = NPSHre

   ② 공동현상이 발생하지 않음 : NPSHav > NPSHre

   ③ 펌프설계시 여유 : NPSHav > NPSHre × 1.3

​

3. 흡입측 배관의 마찰손실수두가 2[m]일 때 공동현상이 일어나지 않는 수원의 수면으로 부터 소화펌프까지의 설치 높이는

    몇 [m] 미만으로 하여야 하는지 구하시오. (단, 펌프의 필요흡입수도 (NPSHre)는 7.5 [m], 흡입관의 속도수두는 무시하고

     대기압은 표준 대기압, 물의 온도는 20 [℃], 이 때의 포화 수증기압은 2,340[Pa], 비중량은 9,800 [N/㎥] 이다)

     [4점] ★★​

※ 공동현상 발생 한계 조건 : NPSHav = NPSHre [m]

                                             NPSHav = Ha - Hh - Hf - Hv = NPSHre [m]

                                              Hh = Ha - Hf - Hv - NPSHre [m]

                                                    = 10.339 - 2 - 0.238 - 7.5 = 0.601 ≒ 0.6 [m]

​

​

[해설] NPSH (흡입양정) : Net Positive Suction Head

 가. 공동현상 발생 한계 조건

   ① 공동현상 발생한계 : NPSHav = NPSHre

   ② 공동현상이 발생하지 않음 : NPSHav > NPSHre

   ③ 펌프설계시 여유 : NPSHav > NPSHre × 1.3

 나. NPSHav (수면이 펌프보다 낮을 경우)

    NPSHav = Ha - Hh - Hf - Hv [m] 유효흡입양정 : NPSHav = available

     여기서, NPSHav : 유효흡입양정 [m]

                  Ha : 대기압 환산수두 [m]

                  Hh : 낙차압력환산수두 [m] (흡입 : - , 압입 : +)

                  Hf : 흡입측 마찰손실 압력 수두 [m]

                  Hv : 포화수증기압 환산 수두 [m]

 다. 압력

      압력 P = γ · H = ρ · g · H [N/㎡]

      여기서, P : 압력 [Pa = N/㎡]

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

                   H : 높이 (수두) [m]

                   ρ : 물의 밀도 (1,000[㎏/㎥] = 1,000 [N·s2/m4])

                     g : 중력가속도 (9.8 [m/s2])

※ 압력단위 환산

4. 운전중인 펌프의 압력계를 측정한 결과, 흡입측 진공계의 눈금이 150 [㎜Hg], 토출측 압력계는 0.29 [MPa] 이었다. 이 펌

     프의 전양정 [m]을 구하시오. (단, 토출측 압력계는 흡입측 진공계 보다 50 [㎝] 높은 곳에 설치되어 있고 흡입측과 토출

     측의 직경은 동일하다) [ 5점 ] ★★★★★

  [풀이] 낙차 수두 : 50 [㎝] = 0.5 [m]​

∴ 펌프의 전양정 = 진공계(연성계)와 압력계 높이차 + (압력계 환산수두 + 진공계 환산 수두) [m]

                      H : 0.5 + (29.57 - (-2.039)) = 32.109 ≒ 32.11 [m]

※ 전양정 H = h1 + h2 + h3 + 17 [m]

                   = 실양정 + 배관마찰손실 + 호스의 마찰손실

   ⊙ 옥내소화전 17 [m]

   ⊙ 옥외소화전 25 [m]

   ⊙ 스프링클러설비 10 [m]

​

[해설] 펌프의 전양정

  ▣ 펌프의 전양정 = 진공계와 압력계의 높이차 + (펌프 토출측 압력계 지시값의 환산수두 - (- 펌프 흡입측 진공계(연성계)

                                   지시값의 환산수두)

  ※ 압력계, 진공계(연성계)의 지시치는 배관 마찰손실수두, 호스의 마찰손실 수두 등이 모두 포함된 값이다.

​

※ 압력단위 환산

5. 양정이 50 [m], 토출량이 900 [ℓ/min]인 펌프가 운전하고 있을 때 펌프의 전력계가 17 [kW]로 표시되었다. 이 때, 펌프의

     회전수가 1,800 [rpm] 이었다가 펌프의 회전수가 1,400 [rpm]으로 바뀐 경우 펌프의 토출량 [ℓ/min]을 구하시오. [4점]

     ★★★★★​

[해설] 펌프의 상사 법칙

가. 유량 : 회전수에 비례 및 관경의 세제곱에 비례​

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

             N2 : 변경 후 회전수 [rpm]                N1 : 변경 전 회전수 [rpm]

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

나. 양정 : 회전수 및 관경의 제곱에 비례

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

             N2 : 변경 후 회전수 [rpm]           N1 : 변경 전 회전수 [rpm]

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

다. 축동력 : 회전수 세제곱 및 관경의 오제곱에 비례​

[해설] 펌프의 상사법칙

가. 유량 : 회전수에 비례 및 관경의 세제곱에 비례​

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

             N2 : 변경 후 회전수 [rpm]                  N1 : 변경 전 회전수 [rpm]

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

나. 양정 : 회전수 및 관경의 제곱에 비례​

[해설] 펌프의 상사법칙

가. 양정 : 회전수 및 관경의 제곱에 비례​

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

             N2 : 변경 후 회전수 [rpm]              N1 : 변경 전 회전수 [rpm]

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

나. 축동력 : 회전수 세제곱 및 관경의 오제곱에 비례​

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

             N2 : 변경 후 회전수 [rpm]              N1 : 변경 전 회전수 [rpm]

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

​

8. 관내에서 발생하는 공동현상 (Cavitation)의 발생원인과 방지대책을 각각 4가지씩 쓰시오. [4점] ★★★★★

 가. 발생원인

   ① 펌프의 흡입수두(양정)이 클 경우

   ② 펌프의 설치 위치가 수면보다 높을 경우

   ③ 펌프의 마찰손실이 클 경우

   ④ 펌프의 임펠러 속도가 클 경우

나. 방지대책

   ① 펌프의 흡입수두(양정)을 작게 한다.

   ② 펌프의 설치위치를 수면 보다 낮게 한다.

   ③ 펌프의 마찰손실을 작게 한다.

   ④ 펌프의 임펠러 속도를 작게 한다.

【 해설 】 공동현상 : Cavitation

가. 공동현상 : 펌프 흡입측 배관 내의 물의 정압이 기존의 증기압 보다 낮아져 기포가 발생하여 물의 흡입되지 않는 현상을

                        말한다.

나. 공동현상 발생 원인

   ① 펌프의 흡입 수두 (양정)이 클 경우

   ② 펌프의 설치 위치가 수면 보다 높을 경우

   ③ 펌프의 마찰 손실이 클 경우

   ④ 펌프의 임펠러의 속도가 큰 경우

   ⑤ 펌프 흡입측 배관의 구경이 작은 경우

   ⑥ 배관내의 수온이 높을 경우

   ⑦ 배관내의 물의 정압이 기존의 증기압 보다 낮은 경우

다. 공동현상 방지대책

   ① 펌프의 흡입수두(양정)을 작게 한다.

   ② 펌프의 설치위치를 수면 보다 낮게 한다.

   ③ 펌프의 마찰손실을 작게 한다.

   ④ 펌프의 임펠러의 속도를 작게 한다.

   ⑤ 펌프 흡입측 배관의 구경을 크게 한다.

   ⑥ 양흡입 펌프를 사용한다.

   ⑦ 배관내의 물의 정압이 기존의 증기압 보다 높게 한다.

라. 발생 현상

   ① 펌프의 임펠러를 소손시킨다.            ② 소음과 진동이 발생한다.

   ③ 펌프의 성능이 저하된다.                   ④ 배관의 부식을 초래한다.

​

9. 관내에서 발생하는 공동현상 (Cavitation)의 압력관점에서의 발생원인 1가지와 방지대책 4가지를 쓰시오 [5점]

      ★★★★★

가. 발생원인 : 압력관점에서의 발생원인 : 배관 내의 물의 정압이 기존의 증기압 보다 낮아지면 발생한다.

나. 방지대책

   ① 펌프의 흡입(양정)을 작게 한다.

   ② 펌프의 설치위치를 수면보다 낮게 한다,

   ③ 펌프의 마찰손실을 작게 한다.

   ④ 펌프의 임펠러 속도를 작게 한다.

[해설] 공동현상 방지대책

   ① 펌프의 흡입수두(양정)을 작게 한다.

   ② 펌프의 설치위치를 수면 보다 낮게 한다.

   ③ 펌프의 마찰손실을 작게 한다.

   ④ 펌프의 임펠러의 속도를 작게 한다.

   ⑤ 펌프 흡입측 배관의 구경을 크게 한다.

   ⑥ 양흡입 펌프를 사용한다.

   ⑦ 배관내의 물의 정압이 기존의 증기압 보다 높게 한다.

​

10. 다음은 공동현상의 방지대책에 관한 사항이다. ( )안에 작게, 크게, 빠르게, 느리게 중 알맞은 말을 선택하여 쓰시오.

        [3점] ★★★★★

  가. 펌프의 유효흡입수두 (NPSHav)를 (크게) 한다.

  나. 펌프의 흡입양정을 유체의 압력보다 (크게) 한다.

  다. 펌프의 임펠러 회전수를 (느리게) 한다.

[해설] 공동현상 방지대책

   ① 펌프의 흡입수두(양정)을 작게 한다.

   ② 펌프의 설치위치를 수면 보다 낮게 한다.

   ③ 펌프의 마찰손실을 작게 한다.

   ④ 펌프의 임펠러의 속도를 작게 한다.

   ⑤ 펌프 흡입측 배관의 구경을 크게 한다.

   ⑥ 양흡입 펌프를 사용한다.

   ⑦ 배관내의 물의 정압이 기존의 증기압 보다 높게 한다.

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11. 수격작용에 의한 압력상승을 방지하기 위한 조치를 3가지만 쓰시오. [3점] ★★★★

   ① 배관의 유속을 작게 한다.

   ② 배관의 구경을 크게 한다.

   ③ 펌프의 토출측 가까운 곳에 밸브를 설치한다.

[해설] 수격작용 (Water Hammering)

가. 수격현상 (Water Hammering) : 배관내의 물의 흐름에서 급격한 밸브를 개폐하였을 경우 일어나는 충격현상을 말한다.

나. 수격현상의 발생원인

   ① 급격히 밸브를 개폐할 경우

   ② 정상운전시 유체의 압력 변동이 있을 경우

   ③ 펌프가 갑자기 정지한 경우

다. 수격현상의 방지대책

   ① 배관내의 유속을 낮게 한다.

   ② 배관의 구경을 크게 한다.

   ③ 펌프 토출측 가까운 곳에 밸브를 설치한다.

   ④ 조압 수조 (Surge Tank)를 설치한다.

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

   ⑥ 플라이 휠 (Fly wheel)을 설치한다.

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12. 펌프에서 발생하는 현상 중 맥동현상 (Surging)에 대하여 간단히 설명하고, 그 방지대책을 5가지를 쓰시오. [6점]   

      ★★★★

가. 맥동현상 : 유량이 단속적으로 변하여 펌프 흡입측 및 토출측에 설치된 진공계(연성계) 및 압력계가 흔들리고 진동과

                       소음이 발생하여 펌프의 토출유량이 변하는 현상을 말한다.

나. 방지대책

   ① 운전점을 고려하여 적정한 펌프를 선정한다.

   ② 배관 도중에 불필요한 수조를 설치하지 않는다.

   ③ 배관내의 기체를 없앤다.

   ④ 유량조절밸브를 배관 중 수조의 전방에 설치한다.

   ⑤ 회전자나 안내깃의 형성치수를 바꾸고 그 특성을 변화시킨다.

[해설] 맥동현상 (Surging)

가. 맥동현상 (Surging) : 유량이 단속적으로 변하여 펌프 흡입측 및 토출측에 설치된 진공계(연성계) 및 압력계가 흔들리고

                                       진동과 소음이 발생하며 펌프의 토출유량이 변하는 현상을 말한다.

나. 맥동현상의 발생원인

   ① 펌프의 성능곡선이 산모양이고 운전점이 그 정상부일 일 것

   ② 배관 도중에 수조가 있을 경우

   ③ 배관내 기체 상태의 부분이 있을 경우

   ④ 유량조절밸브가 배관 중 수조의 후방에 있을 경우

다. 맥동현상의 방지대책

   ① 운전점을 고려하여 적합한 펌프를 선정한다.

   ② 배관도중에 불필요한 수조를 설치하지 않는다.

   ③ 배관내의 기체를 없앤다.

   ④ 유량조절밸브를 배관 중 수조의 전방에 설치한다.

   ⑤ 회전자나 안내깃의 형상수치를 바꾸어 그 특성을 변화시킨다.

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13. 다음 표에 있는 혼합물의 연소상한계(UFL)와 연소하한계(LFL)를 구하고 폭발가능 여부를 판단한 뒤 그 이유를 쓰시오.

       (단, 연소상한계 및 연소하한계 계산시 계산과정을 쓰시오.) [5점] ★★★★★

가. 연소상한계 나. 연소하한계 다. 폭발가능 여부 판단

[풀이]

가. 연소상한계​

나. 연소하한계​

다. 폭발가능여부

  ① 연소(폭발) 범위 : 2.81 ~ 12.57 [%]

  ② 혼합가스의 농도 : 35 [%]

  ③ 연소(폭발) 범위가 연소범위 밖에 있으므로 폭발하지 않는다.

[해설] 르 샤틀리에 공식​

여기서, U(L) : 혼합가스의 연소(폭발) 상 · 하한계

             V1, V2, V3, V4, V5 : 연소(폭발)가스의 부피비율 (조성농도)

             U1(L1), U2(L2), U3(L3), U4(L4), U5(L5) : 연소(폭발)가스의 상 · 하한계

   ※ 공기는 가연성 가스가 아니므로 적용하지 않는다.

가. 연소상한계 (UFL)

  전체 혼합 가스의 조성농도(100%) - 공기의 조성농도 (65%) = 공기를 제외한 혼합가스 조성농도 (35%)​

나. 연소하한계​

다. 폭발가능 여부

  ① 연소(폭발) 범위 : 2.81 ~ 12.57 [%]

  ② 혼합가스의 농도 : 35 [%]

  ③ 연소(폭발)범위가 연소범위 밖에 있으므로 폭발하지 않는다.

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14. 화재하중의 정의를 설명하고 그 관계식에 대하여 쓰시오. [5점] ★★

  가. 화재하중 : 거실 내 단위 면적당 가연물의 양을 말하며 화재하중이 클수록 실내 발열량이 높아지며 연소시간이

                         길어진다.

  나. 관계식

여기서, Q : 화재하중 [㎏/㎡]                  Gi : 가연물의 양 [㎏]

             Hj : 가연물의 단위 중량당 발열량 [kcal/㎏]

             H : 목재의 단위 중량당 발열량 [4,500 [kcal/㎏]

             A : 화재실의 바닥면적 [㎡]

            ∑Q : 화재실내 가연물의 전체 발열량 [kcal]

[해설] 화재하중

 가. 화재하중 : 거실 내 단위 면적당 가연물의 양을 말하며 화재하중이 클수록 실내 발열량이 높아지며 연소시간이

                        길어진다.

 나. 관계식​

여기서, Q : 화재하중 [㎏/㎡]                       Gi : 가연물의 양 [㎏]

             Hj : 가연물의 단위 중량당 발열량 [kcal/㎏]

             H : 목재의 단위 중량당 발열량 [4,500 [kcal/㎏]

             A : 화재실의 바닥면적 [㎡]

             ∑Q : 화재실내 가연물의 전체 발열량 [kcal]

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15. 다음은 소화배관에 대한 내용이다. ( )안에 적합한 숫자 또는 단어를 쓰시오.  [4점] ★★

   소화배관에 사용하는 탄소강관 이음쇠 중에서 배관의 분해 · 수리 · 교체 등을 편리하게 하기 위하여 사용하는 것으로

   일반적으로 호칭경 65 A 이상의 용접이음에는 ( ① )이(가) 사용되고 호칭경 50 A 이하의 나사이음에는 ( ② )이(가)

   주로 사용된다.

 [풀이]   ① 플랜지        ② 유니온

  ※ 관경 65 A 이상에서는 플랜지를 써서 용접을 하고 50 A이하에서 나사이음을 하며 유니온 결합을 한다.

[해설] 소화 배관 이음 방법

 가. 플랜지(Flange) : 배관의 분해 · 교환 · 증설 또는 수리를 용이하게 하기 위해 사용하는 것으로 일반적으로 호칭경

                                   65 A 이상의 용접이음이나 압력이 높은 경우에 사용한다.

 나. 유니온(Union) : 배관의 분해 · 교환 · 증설 또는 수리를 용이하게 하기 위하여 사용하는 것으로 일반적으로

                                  호칭경 50 A 이하의 나사이음에 사용한다.

16. 다음은 배관용 강관의 규격을 표시하는 일반적인 표시법이다. 조건을 보고 다음 각 물음에 답하시오. [3점] ★

   [조건] 상표, KS 기호, SPPS - S.H - 1995. 3, 100 - A × ( ) × 6

  가. SPPS 는 어떤 종류의 강관인가 ? 압력 배관용 탄소강관

  나. 위 조건의 ( ) 속에 들어 갈 내용은 무엇인가 ? 스케줄 번호

  다. S.H가 뜻하는 것은 무엇인가 ? 열간 가공 이음매 없는 관

[해설] 배관용 강관의 표시방법

   가. 나. 다. 배관용 강관의 표시법