본문내용
1. 소방설비기사 기계 개요
1.1. 스프링클러 설비
스프링클러 설비는 화재 발생 시 자동으로 작동하여 물을 분사함으로써 화재를 초기에 진압하는 소방시설이다. 스프링클러 설비의 주요 구성요소로는 스프링클러 헤드, 배관, 수원, 펌프 등이 있다.
스프링클러 헤드의 수는 정방향 배치와 장방향 배치 방식에 따라 계산할 수 있다. 정방향 배치의 경우 L=S=2Rcos45°의 공식을 적용하고, 장방향 배치의 경우 S=√(4R²-L²)와 L=2Rcos(θ)의 공식을 적용한다. 스프링클러 헤드의 설치기준은 설치장소에 따라 달리 적용되는데, 무대부나 특수가연물 저장 구역의 경우 수평거리 1.7m 이하, 기타 구조물은 2.1m 이하로 설치해야 한다. 랙크식 창고의 경우 높이 4m 이하마다 배치해야 한다.
스프링클러 설비의 토출량은 헤드 설치 개수(N)에 80을 곱하여 구한다. 단, 실제 설치 개수가 기준 개수보다 적은 경우에는 실제 설치 개수를 적용한다. 특정 소방대상물의 경우 헤드 부착높이에 따라 10개 또는 20개의 기준개수를 적용한다.
수원의 저수량은 폐쇄형 헤드의 기준개수(N)에 1.6을 곱하여 구한다. 29층 이하 건축물은 N×1.6m³, 30~49층 이하는 N×3.2m³, 50층 이상은 N×4.8m³의 공식을 적용한다.
전양정은 배관 및 부속품의 마찰손실수두(h1), 실양정(h2), 압력수두 10m를 합산하여 구한다. 상층부 헤드의 방사압력을 확인하여 이를 반영한다.
펌프의 동력은 토출량(Q), 전양정(H), 효율(η), 전달계수(K)를 이용하여 계산한다. 0.163QH/η×K의 공식을 활용한다.
간이스프링클러 설비는 일반적으로 토출량이 0.5N(N=2)으로 계산하며, 생활형 숙박시설이나 복합건축물의 경우 Q=1N(N=5)으로 산정한다.
1.2. 옥내소화전 설비
옥내소화전 설비는 소방설비 중 하나이다. 옥내소화전 설비의 토출량(유량)은 최대 5개의 소화전 개수에 130리터를 곱한 값이다. 즉, 옥내소화전 개수가 3개라면 토출량은 390리터(3개 x 130리터)가 된다.
옥내소화전 설비의 수원 저수량은 옥내소화전 개수에 따라 달라지는데, 30층 이하 건축물의 경우 최대 2개의 옥내소화전 개수에 2.6세제곱미터를 곱하여 계산한다. 30층 초과 50층 이하 건축물은 최대 5개의 옥내소화전 개수에 5.2세제곱미터를 곱하고, 50층 초과 건축물은 최대 5개의 옥내소화전 개수에 7.8세제곱미터를 곱하여 수원 저수량을 산출한다.
옥내소화전 설비의 전양정은 소화호스의 마찰손실 수두와 배관 및 관 부속품의 마찰손실 수두, 그리고 실양정을 모두 합산한 값에 17미터를 더하여 계산한다. 전동기의 용량은 토출량과 전양정을 이용하여 산출할 수 있다.
옥내소화전 설비의 성능시험 배관 방수량은 정격토출량의 150% 운전 시 정격토출압력의 65%로 계산할 수 있다. 정격토출량의 150% 운전 시 최소양정은 전양정에 0.65를 곱한 값이 된다.
옥내소화전 아래 배관의 최소구경은 주 배관 중 수직배관은 50mm, 펌프 토출측 주 배관은 100mm가 기준이다. 연결송구관인 방수구가 연결된 경우 100mm 이상으로 설치해야 한다.
옥내소화전 설치개수는 건물의 대각선 길이를 50미터로 나눈 값(절상)으로 결정한다.
1.3. 옥외소화전 설비
옥외소화전 설비는 건물 외부에 설치되어 화재 발생 시 소방대원이 소화활동을 수행할 수 있도록 지원하는 소방시설이다. 옥외소화전 설비의 주요 구성요소와 설계기준은 다음과 같다.
토출량(유량)은 최대 2개의 방수구에 350L/min씩 토출되도록 설계한다. 수원의 저수량은 방수구 개수(N)에 7m3를 곱하여 산출한다. 전양정은 소방호스의 마찰손실수두, 배관 및 관 부속품의 마찰손실수두, 실양정(흡입양정+토출양정)의 합계에 25m를 더하여 결정한다. 단, 정격 방수압력의 환산 수두값인 25m가 주어지지 않는 경우에는 0.25MPa로 적용한다.
옥외소화전의 설치개수는 건물의 둘레길이를 80m로 나누어 산출하되, 소수점 이하는 올림 처리한다. 이를 통해 건물의 외부에서 소화활동이 용이하도록 한다.
옥외소화전 설비는 화재 발생 시 소방대원의 신속하고 효과적인 현장 진압 활동을 보조하는 역할을 수행한다. 설계 기준에 따라 적정한 토출량과 수원의 저수량을 확보하고, 충분한 전양정을 갖추어 안정적인 방수가 가능하도록 해야 한다. 또한 건물 둘레를 고르게 감싸는 배치로 화재 진압의 접근성을 높이는 것이 중요하다.
1.4. 물 분무소화 설비
물 분무소화 설비는 화재 발생 시 물을 미세하게 분무하여 화재를 진압하는 소화설비이다. 물을 미세한 입자로 분무함으로써 전통적인 스프링클러 설비에 비해 향상된 소화 성능을 발휘할 수 있다.
물 분무소화 설비의 토출량은 방호대상물의 용도와 크기에 따라 결정된다. 소방대상물의 바닥면적, 화재위험 등을 고려하여 단위면적당 필요 토출량을 산정한다. 이를 통해 산정된 토출량에 해당 소방대상물의 바닥면적을 곱하여 전체 토출량을 계산한다.
수원의 양은 물 분무소화 설비의 전체 토출량에 방사시간을 곱하여 산출한다. 방사시간은 통상 20분으로 가정한다. 따라서 수원의 양 = 전체 토출량 × 20분이 된다.
물 분무소화 설비는 특히 콘베이어 벨트, 절연유 봉입 변압기, 특수가연물 저장·취급소 등의 소방대상물에 적용된다. 이러한 장소에서는 높은 화재위험성으로 인해 보다 효과적인 소화 성능이 요구되기 때문이다.
1.5. 포 소화 설비
<포 소화 설비>
포 소화 설비는 발연성 화재와 유류화재 진압에 효과적인 소화설비이다. 포소화 설비는 소화약제의 저장방식에 따라 고정포 방출구 방식과 포헤드 및 포워터 스프링클러 방식으로 구분된다. 고정포 방출구 방식은 포 소화약제를 탱크에 저장하고 필요 시 포 소화약제를 방출하는 방식이며, 포헤드 및 포워터 스프링클러 방식은 흐름식으로 포 혼합수를 공급하여 포헤드나 포워터 스프링클러에서 방출하는 방식이다.
포소화 설비의 소화약제량(Q)은 포소화 약제 저장량(Q1) + 보조포소화전의 소화약제량(Q2) + 배관보정 양(Q3)으로 산출한다. 포소화 약제 저장량(Q1)은 탱크의 액표면적(A)에 단위 포소화 수용액의 양(Q)과 방사시간(T) 및 사용농도(S)를 곱하여 구한다. 보조포소화전의 소화약제량(Q2)은 보조포소화전의 개수(N)에 사용농도(S)와 보조포소화전 1개의 소화약제량을 곱하여 구한다. 배관보정 양(Q3)은 배관의 길이(L)와 단면적(A)을 고려하여 구한다.
수용액의 양은 포소화 약제 저장량(Q1)에 보조포소화전의 수용액량과 원액량을 더하여 구한다. 원액의 양은 총 수용액량에 원액농도를 곱하여 구한다.
포소화 설비의 토출량은 고정포 방출구의 토출량과 보조포소화전의 토출량을 합한 것이다. 고정포 방출구의 토출량은 방출구 개수(N')에 단위 포소화 수용액의 양(Q)을 곱하여 구한다. 보조포소화전의 토출량은 보조포소화전 개수(N)에 단위 포소화 수용액의 양(Q)을 곱하여 구한다.
포소화 설비의 펌프 동력은 토출량(Q)과 전양정(H)을 고려하여 계산한다. 전양정(H)은 방출구의 설계압력 수두(h1), 배관의 마찰손실수두(h2), 소방호스의 마찰손실수두(h3), 낙차(h4) 등을 고려하여 구한다.
1.6. 이산화탄소소화 설비
이산화탄소소화 설비는 화재 시 이산화탄소를 방출하여 질식 및 냉각 효과로 화재를 진압하는 소화설비이다. 이산화탄소소화 설비에는 표면화재 대응용과 심부화재 대응용 두 가지 시스템이 있다.
표면화재 약제량은 방호구역체적(㎥) × 약제량(㎏/㎥) × 보정계수 + 개구부면적(㎡) × 개구부 가산량(㎏/㎡)으로 계산한다. 방호구역체적이 45㎥ 미만이면 약제량은 1.0㎏/㎥, 45~150㎡ 미만이면 0.9㎏/㎥, 150~1,450㎡ 미만이면 0.8㎏/㎥, 1,450㎡ 이상이면 0.75㎏/㎥를 적용한다. 개구부 가산량은 자동폐쇄장치가 없는 경우 5㎏/㎡이다.
심부화재 약제량은 방호구역체적(㎥) × 약제량(㎏/㎥) + 개구부면적(㎡) × 개구부 가산량(㎏/㎡)으로 계산한다. 전기설비, 케이블실은 약제량 1.3㎏/㎥, 박물관, 목재가공품창고 등은 2.0㎏/㎥, 고무류, 모피창고 등은 2.7㎏/㎥를 적용한다. 개구부 가산량은 자동폐쇄장치가 없는 경우 10㎏/㎡이다.
이산화탄소 소화약제 저장용기의 1병당 실제 저장량은 내용적(L) / 충전비(㎏/L)로 계산한다. 저장용기의 병수는 총 소화약제량 / 1병당 저장량으로 구한다. 방사량은 1병당 저장량 × 병수 / 헤드수 / 약제방출시간(분)으로 계산한다.
CO2 방출 가스량은 이상기체 상태방정식(PV=WRT)을 활용하여 구할 수 있다. 국소방출방식의 저장량은 방호공간체적, 벽면적, 약제량 등을 고려하여 결정한다. CO2 농도는 21-산소농도(%)로, CO2 방출량은 21-산소농도 / 산소농도 × 방호구역체적으로 계산한다.
또한 할로겐화합물 및 불활성기체 소화설비의 경우, 비용, 소화성능, 인체독성, 환경영향 등의 구비조건을 만족해야 하며, 수동식 기동장치는 방호구역마다 설치해야 한다. 저장용기의 약제량은 5% 이상 손실되거나 압력이 10% 이상 감소하면 재충전해야 한다.
1.7. 할론 소화 설비
할론 소화 설비는 할론 소화약제를 사용하여 화재를 진압하는 설비이다. 할론 소화설비는 소화약제의 특성상 인체에 대한 독성이 낮고 전기설비에 적합하다는 장점이 있다. 할론 소화설비에는 다음과 같은 특징이 있다.
첫째, Soaking time이 있다. Soaking time은 할론을 고농도로 장시간 방사하여 심부화재에 소화가 가능한 시간을 의미한다. 이는 할론 소화설비의 중요한 특성이다.
둘째, 전역방출방식 분사헤드의 설치기준은 방사된 소화약제가 방호구역의 전역에 균일하게 신속히 확산될 수 있도록 하고, 할론2402를 방출하는 분사헤드는 무상으로 분무되어야 하며, 기준저장량의 소화약제를 10초 이내에 방사할 수 있어야 한다.
셋째, 할론 소화약제의 구성원소는 탄소, 플루오르, 브롬이며, 상온에서 기체인 할론1301은 염소계통의 유독가스를 발생하지 않는다. 가압용 가스용기에는 질소가스가 충전되며, 압력은 21℃에서 2.5MPa 또는 4.2MPa로 조정할 수 있다.
넷째, 할론 소화설비의 가압식 저장용기에는 2.0MPa 이하의 압력으로 조정할 수 있는 압력 조정 장치를 설치하여야 한다. 또한 하나의 구역을 담당하는 소화약제 저장용기의 소화약제량의 체적합계보다 그 소화약제 방출시 방출경로가 되는 배관의 내용적이 1.5배 이상일 경우 해당 방호구역에 대한 서리를 별도 독립방식으로 하여야 한다.
이처럼 할론 소화 설비는 화재진압에 효과적이지만 환경에 미치는 영향을 고려하여 점차 대체 설비로 교체되고 있는 추세이다.
1.8. 할로겐화합물 및 불활성 기체
할로겐화합물 및 불활성기체 소화약제는 소화성능이 우수하고 인체에 대한 독성이 낮으며 오존파괴지수와 지구온난화지수가 낮아 환경친화적인 것이 특징이다. 이러한 소화약제는 주로 할론, 할로겐화합물, 이산화탄소, 질소가스 등이 있다.
할로겐화합물 및 불활성기체 소화설비의 수동식 기동장치는 해당 방호구역마다 설치되어야 하며, 조작부는 바닥으로부터 0.8m 이상 1.5m 이하의 위치에 설치해야 한다. 또한 전기를 사용하는 기동장치에는 전원표시등을 설치해야 한다.
할로겐화합물 및 불활성기체 소화약제 저장용기의 약제량과 압력 상태를 정기적으로 점검하여 약제량 손실이 5% 이상, 압력 손실이 10% 이상인 경우 재충전하거나 저장용기를 교체해야 한다. 다만 불활성기체 소화약제 저장용기의 경우 압력 손실이 5% 이상인 경우 재충전하거나 저장용기를 교체해야 한다.
할로겐화합물 소화약제는 화재 발생 시 신속한 소화를 위해 10초 이내에 95% 이상이 방출되어야 한다. 이는 소화 시 발생하는 유독가스의 발생량을 줄이기 위함이다. 또한 할론 소화약제는 오존층 파괴와 지구온난화에 영향을 미치므로 점차 사용이 금지되고 있다.
할론 소화설비의 전역방출방식 분사헤드는 소화약제가 방호구역 전역에 균일하게 신속히 확산되도록 하고, 10초 이내에 기준저장량의 소화약제를 방사할 수 있어야 한다. 또한 할론 소화약제는 상온에서 기체이며 염소계통의 유독가스를 발생하지 않는 특성을 가지고 있다.
이처럼 할로겐화합물 및 불활성기체 소화설비는 환경친화적이며 신속한 소화 능력을 갖추고 있지만, 유독가스 발생 및 오존층 파괴, 지구온난화 등의 문제로 인해 점차 사용이 제한되고 있다. 따라서 이러한 소화설비의 구축 및 관리에 있어 관련 법규와 기준을 철저히 준수해야 할 것이다.
1.9. 분말소화 설비
분말소화 설비는 분말약제를 이용하여 화재를 진압하는 소화설비이다. 분말약제는 가연성 액체 및 가스화재, 전기화재, 금속화재 등 다양한 종류의 화재에 효과적으로 작용할 수 있다. 따라서 분말소화 설비는 화재 초기 진압에 있어 매우 효과적으로 활용된다.
분말약제 저장량은 방호구역 체적 × 약제량(kg/m³) + 개구부면적 × 개구부 가산량(kg/m²)의 공식에 따라 산정한다. 사용되는 분말약제의 종류에 따라 약제량이 달라지며, 자동폐쇄장치 설치 여부에 따라 개구부 가산량이 달라진다.
분말약제가 방출되는 헤드 개수는 소화약제량(kg) / (방출률(kg/s) × 방사시간(s))의 공식을 사용하여 계산한다. 방사시간은 전역방출방식의 경우 30초 이내, 국소방출방식의 경우 30초 이내로 규정되어 있다.
분말소화 설비에는 정압작동장치가 설치된다. 이는 저장용기의 내부압력이 설정압력에 도달하면 주밸브를 개방하여 약제가 방출되도록 하는 장치이다. 정압작동장치는 압력스위치 방식, 가압용 가스 방식 등이 있다.
또한 분말약제는 수분 흡수로 인한 비누화 현상이 발생할 수 있다. 이는 에스테르가 알칼리에 의해 가수분해 되어 알코올과 산의 염이 생성되는 현상이다. 비누화 현상이 발생하면 소화 성능이 저하되므로 주의가 필요하다.
위와 같이 분말소화 설비는 다양한 화재에 대응할 수 있는 장점이 있지만, 정압작동장치와 비누화 현상 등의 특성을 고려하여 설치 및 관리가 이루어져야 한다.
1.10. 연소방지설비 (지하구)
연소방지설비(지하구)는 지하 인공구조물로서 폭이 1.8m 이상이고 높이가 2m 이상이며 길이가 50m 이상인 경우 설치되어야 한다. 연소방지설비의 교차배관 최소구경은 40mm이다.
연소방지설비의 살수구역은 환기구 사이의 간격이 700m 이하마다 또는 환기구 등을 기준으로 1개 이상 설치하되, 하나의 살수구역의 길이는 3m 이상으로 해야 한다. 살수구역수는 {환기구 사이의 간격(m)} 나누기 700m(절상)로 계산한다.
연소방지설비의 헤드는 천장 또는 벽면에 설치해야 하며, 연소방지설비 전용 헤드의 경우 헤드 간의 수평거리는 2m 이하, 스프링클러 헤드의 경우 1.5m 이하로 설치해야 한다. 연소방지설비 전용 헤드를 사용할 경우 배관 구경은 32mm, 40mm, 50mm, 65mm, 80mm 중 선택할 수 있다.
연소방지설비의 헤드수는 벽면 살수구역의 경우 벽면개수 × 길이방향개수 × 살수구역수로 계산하고, 천정 살수구역의 경우 천장면개수 × 길이방향개수 × 살수구역수로 계산한 후 작은 값을 선정한다. 헤드 간 배치 시 전용 헤드는 S=2Rcos45°, 스프링클러 헤드는 S=1.5m 이하로 한다.
1.11. 연결송수관 설비
가압송수장치의 최소높이는 70m 이상으로 설치한다. 이는 소방차량에 공급되는 수압만으로는 규정 방수압력을 유지하기 어려워 가압송수장치를 설치하는 것이다.
가압송수장치의 흡입측에 연성계 또는 진공계를 설치하지 않아도 되는 경우는 수원의 수위가 펌프 위치보다 높은 경우와 수직회전축 펌프를 사용하는 경우이다.
11층 이상 건축물의 방수구는 단독형으로 설치할 수 있는데, 아파트의 용도로 사용되는 층이거나 스프링클러설비가 유효하게 설치되어 있고 방수구가 2개소 이상 설치된 경우에 해당한다.
습식 설비는 지면으로부터의 높이가 3...
