스프링클러설비는 화재 발생 시 자동으로 물을 분사하여 초기 진압하는 중요한 소방설비입니다. 스프링클러가 효과적으로 작동하기 위해서는 충분한 수압과 물 공급이 필요합니다. 이를 위해 '가압송수장치(펌프)'가 필수적으로 설치되어야 합니다. 가압송수장치는 스프링클러설비에 필요한 물을 적정 수압으로 공급하는 역할을 합니다. 오늘은 스프링클러설비의 가압송수장치(펌프) 설치기준에 대해 자세히 알아보겠습니다.
2.2.1 전동기 또는 내연기관에 따른 펌프를 이용하는 가압송수장치는 다음의 기준에 따라 설치해야 한다. 다만, 가압송수장치의 주펌프는 전동기에 따른 펌프로 설치해야 한다.
가압송수장치는 소화수에 필요한 압력을 발생시키는 장치로, 소화수에 필요한 에너지를 가하는 방식에 따라서 다음과 같이 나뉜다. 기존에는 주펌프에 전동기방 식과 내연기관방식을 모두 적용할 수 있었으나, 가압송수장치지의 유지•관리 및 소화설비의 성능확보를 위하여 가압송수장치 중 주펌프는 전동기에 따른 펌프를 설치하도록 개정(2015. 1. 23.) 되었다. 가. 펌프(전동기)를 이용하는 가압송수장치 나. 고가수조의 자연낙차를 이용한 가압송수장치 다. 압력수조를 이용한 가압송수장치 라. 가압수조를 이용한 가압송수장치
가압송수장치는 소화수에 압력을 가하여 필요한 위치까지 송수하는 장치로, 소화수에 에너지를 가하는 장치이다. 종류로는 고가수조방식, 압력수조방식, 펌프방식, 가압수조방식이 있다. 이들 방식 중 전동기를 구동장치로 이용하는 “전동기구 동 소화펌프”가 가장 일반적으로 사용된다. 그러나 전기를 전원으로 사용하므로 전원에 이상이 있을 경우에는 펌프를 운전할 수 없는 문제점이 있다. 따라서, 이를 해결하기 위하여, 전원 이상 시에 비상전원을 공급할 수 있는 비상발전기를 별도로 설치하거나, 전원의 이상유무와 관계없이 축전지를 사용하여 항상 펌프를 기동 할 수 있는 내연기관(주로 디젤엔진)을 구동장치로 하는 디젤엔진구동 소화펌프가 설치된다. 펌프방식은 상대적으로 신뢰도가 낮고 많은 부대시설이 필요하다는 단점이 있으나 소요양정 및 토출량을 임의로 선정할 수 있으며 설치위치에 제한을 받지 않는 등의 큰 장점이 있다. 디젤엔진구동 소화펌프의 경우에는 유류저장탱크가 필요하며 지정수량이상의 위험물을 저장하는 경우에는 「위험물안전관리에 관 한 법률」에 적합하게 설치 및 유지•관리하여야 한다.
2.2.1.1 쉽게 접근할 수 있고 점검하기에 충분한 공간이 있는 장소로서 화재 및 침수 등의 재해로 인한 피해를 받을 우려가 없는 곳에 설치할 것
가압송수장치의 설치장소 스프링클러설비에 사용되는 가압송수장치는 성능시험, 보수 및 점검이 쉽도록 충분한 공간을 확보하여야 한다. 특히 화재 및 침수 등의 재해로 인한 피해가 없는 곳에 설치하여야 한다.
가. 화재로부터 안전한 공간 건물의 다른 부분과 방화구획이 되어야 하며, 펌프실 내에서도 화재의 발생 위험이 있는 장비나 공간으로부터 충분한 보호설비를 갖추어야 한다. 예를 들면, 일반급수펌프와 함께 설치할 경우, 일반급수펌프의 제어반과 급수펌프로부터 충분한 거리를 두고 이격설치 하는 것이 좋다. 특히, 제어반의 경우 화재위험성을 고려하여 일반 급수설비의 제어반과 소화펌프 전용제어반은 분리하는 것이 좋으며, 분리하기가 어려울 경우에는 제어반 화재 시 펌프의 제어반이 손상을 받지 않도록 충분한 내화성능을 가진 재료로 구획하거나 방호되어야 한다. 이를 고려하여 소화펌프 동력제어반의 외함을 두께 1.5 ㎜ 이상의 강판 및 식별이 용이하도록 앞면을 적색으로 설치하도록 규정하고 있다. 나. 침수의 위험성이 없는 장소 화재가 발생하면 어떠한 경우에도, 소화펌프는 기동되어 스프링클러설비에 물을 공급하여야 한다. 그러나 펌프실이 침수가 되면 소화펌프를 운전할 수 없게 되므로 소화실패의 원인이 된다. 소화펌프는 홍수 등의 자연재해가 발생 하여도 침수의 염려가 없는 장소에 설치하도록 하여야 한다. 고층건축물로서, 불가피하게 지하층에 소화펌프를 설치하는 경우에는 침수가 되지 않도록 충분한 배수시설이 설치되어야 한다. 특히, 펌프의 성능시험 시 펌프실 바닥으로 방류하도록 설치된 경우에는 펌프실내의 배수시설의 용량이 적어 배수가 원활하게 이루어지지 않는 경우가 발생한다. 펌프의 성능시험 시 배출되는 용량을 고려하여 충분한 배수용량을 갖추도록 하여야 한다.
2.2.1.2 동결방지조치를 하거나 동결의 우려가 없는 장소에 설치할 것
가압송수장치(펌프 등)는 항상 내부에 소화용수가 충만되어 있으므로 동결이 되지 않는 장소에 설치하거나 동절기에는 동결되지 않도록 하기 위하여 항상 일정 온도를 유지할 수 있도록 난방, 보온 또는 전열전선(Heating Cable)설치 등의 조치가 필요하다. 특히 건물내부의 지하층이 아닌 옥외에 별도의 펌프실을 만드는 경우에는 보온에 특히 유의하여야 한다. 또한 펌프실은 적절한 조명과 보온, 배수 시설 그리고 통풍이 고려되어야 한다.
2.2.1.3 펌프는 전용으로 할 것. 다만, 다른 소화설비와 겸용하는 경우 각각의 소화설비의 성능에 지장이 없을 때에는 그렇지 않다.
다른 소화설비와 겸용하는 경우 단서 조항에서, 스프링클러설비, 옥내소화전설비, 포소화설비 등 여러 가지의 소화설비가 설치될 경우 각 설비별로 펌프를 설치하게 되면 펌프가 설치되는 공간도 많이 필요하게 되며 관리 대상이 증가되어 효율적이지 못하기 때문에 1대( 또 는 예비펌프를 포함하여 2대)를 설치하고 이를 겸용할 수 있도록 하였다. 이 경우는 화재발생 시에 1개 이상의 소화설비가 동시에 사용되더라도 필요한 소화유량 및 방수압력이 확보되어야 한다.
※ NFPA 기준 : 각 소화설비별로 전용 소화펌프를 두지 않고, 소화설비용 전용으로 소화펌프를 설치하도록 규정하고 있다.
2.2.1.4 펌프의 토출 측에는 압력계를 체크밸브 이전에 펌프 토출 측 플랜지에서 가까운 곳에 설치하고, 흡입 측에는 연성계 또는 진공계를 설치할 것. 다만, 수원의 수위가 펌프의 위치보다 높거나 수직회전축펌프의 경우에는 연성계 또는 진공계를 설치하지 않을 수 있다.
1.게이지(gauge)압력(“양의 계기압”과 “음의 계기압”) 측정압력이 대기압보다 높은 경우, 대기압을 제외한 “계측기 지시압력(계기압)” 을 계기압(게이지압력)이라고 한다. 측정압력이 대기압보다 낮은 경우는, 계기압은 압력이 대기압 보다 낮은 정도(진공도)를 지시하게 되는데 이 값이 “음의 계기압” 이 된다.
2.펌프의 압력계 설치 가. 펌프의 토출측에 설치하며, 펌프의 토출압력을 나타낸다. 나. 펌프의 토출측에 설치하는 압력계는 토출측의 체크밸브 이전에 설치 하도록 한다. 가장 바람직한 위치는 펌프의 토출측 플랜지에서 가장 가까운 곳에 설치하는 것이다. 왜냐하면, 압력계의 설치목적은 설치된 펌프 자체의 성능을 시험하고 확인하는 것이기 때문이다. 체크밸브의 이후에 압력계를 설치하면, 측 정압력에 체크밸브를 통한 압력손실이 포함되므로, 펌프의 성능을 정확하게 측정할 수 없다. 3. 진공계 및 연성계의 설치 펌프의 흡입측에 설치하여 펌프의 흡입압력을 나타낸다(0~760㎜Hg). 연성계는 압력(+)과 진공(-)압을 모두 측정할 수 있는 계기를 말한다. 펌프와 수조수위의 높이차는 연성계 눈금을 통해 알수 있으며 적정한 진공도를 초과하는 경우 흡입관로 내부의 이물질 퇴적 등 관로 내부 이상여부를 확인하여야 한다. 뿐만아니라 설치초기의 진공도와 비교함으로서 경년변화에 따라 흡입관 내부의 건전성도 판단할 수 있다. 펌프의 위치가 수원의 수위보다 아래 있는 경우에는 펌프의 흡입측에는 정압이 걸리므로 진공계나 연성계가 필요치 아니하며, 펌프의 임펠러가 수조 속에 잠기는 수직회전축펌프(Vertical pump)를 설치하는 경우에는 흡입측에 진공계 또는 연성계를 설치할 수 없는 구조이기 때문에 단서조항을 마련하였다.
2.2.1.5 펌프의 성능은 체절운전 시 정격토출압력의 140 %를 초과하지 않고, 정격토출량의 150 %로 운전 시 정격토출압력의 65 % 이상이 되어야 하며, 펌프의 성능을 시험할 수 있는 성능시험배관을 설치할 것. 다만, 충압 펌프의 경우에는 그렇지 않다.
펌프의 성능을 측정을 하기 위한 성능시험배관 스프링클러설비의 가압송수장치(펌프)의 성능을 현장에서 정기적 또는 필요시 확인할 수 있도록 하기 위한 것이다. 정기적으로 펌프의 체절운전점(유량 0), 정격 점(유량 100%), 과부하점(유량 150%)에서의 유량과 토출압력을 측정하여 펌프특성 곡선의 이상유무를 판단하기 위한 것이다. 성능시험배관의 분기위치는 펌프의 토출측 개폐밸브 이전에서 분기하여 설치하되, 펌프의 무부하, 정격부하, 과부하 운전시 성능을 쉽게 확인 할 수 있어야 한다. 즉, 측정한 결과치를 설치시의 펌프 특성곡선과 비교하여 펌프특성의 적정성여 부를 검토할 수 있도록 하기위한 것이다. 충압펌프는 설치 목적이 배관 누수 시 압력강하로 인한 스프링클러설비 펌프의 잦은 기동을 방지하고, 배관 내 소화용수의 압력을 요구되는 일정한 압력으로 유지하기 위한 것으로, 충압펌프의 용량은 배관의 누설량만 충족시키면 되기 때문에 스프링클러설비의 설계유량과는 관계가 없다. 따라서 충압펌프의 경우에는 성능시험배관이 필요하지 아니하다.
가. 성능시험배관의 유량계 1) 차압식 유량계의 측정원리는 관로상의 오리피스를 통과하는 유체의 압력차 이를 측정하여 이를 유량으로 환산하여 계산하는 방식이다. 그림에서 오리 피스 전단부와 후단부의 압력차이가 후로트를 밀어 올리게 되고 밀어 올리 는 높이의 정도가 유량의 차이가 된다
2) 유량계를 통과하는 수류는 정확한 유량을 측정하기 위하여 난류가 아닌 층류상태가 되어야 한다. 따라서, 유체가 안정적인 층류를 형성하기 위하여 유량계의 전후에 충분한 길이의 직관부가 요구된다. 이는 유량계 제조업체 별로 다르나, 일반적으로 유량계의 전단에 성능시험배관 구경의8 배, 유량계의 후단에 성능시험배관 구경의 5배 정도의 직관부를 확보하는 것이 권 장된다. 3) 여러 대의 펌프가 있을 경우의 유량계 설치는 다음과 같이 구성한다.
나. 성능시험배관의 구경 성능시험배관의 구경은 펌프의 토출배관의 구경보다 약간 적거나 동일하게 선정하며, 측정하고자하는 유량범위에 따라, 또는 유량계의 제조사에 따라 배관의 구경은 약간의 차이가 있을 수 있다. 또한, 다음의 유량산정공식에 따라 성능시험 배관의 구경을 산출하여 적용할 수 있다. 다만, 산출된 구경보다 큰 배관의 구경을 사용하여야한다.
2.2.1.6 가압송수장치에는 체절운전 시 수온의 상승을 방지하기 위한 순환배관을 설치할 것. 다만, 충압펌프의 경우에는 그렇지 않다.
순환배관 펌프가 소화용수가 방출되지 않는 상태로 운전(체절운전)을 오래하게 되면 내부 온도의 상승으로 인하여 유체가 증발하여 기포를 형성하게 되며, 이 기포가 펌프 내부의 높은 압력지역에 도달하면 기포가 파괴되면서 소음과 진동이 수반되고 기 포가 파괴되면서 임펠러나 케이싱에 국부적인 손상을 초래하게 된다(Cavitation 공 동현상). 이를 방지하기 위하여 순환배관을 통하여 물을 순환시키거나 릴리프밸브를 설치하여 일정량의 물을 배출시켜 펌프내부의 온도가 상승하는 것을 방지한다. 체절운전은 스프링클러설비가 작동하면 소화용수가 개방된 스프링클러헤드를 통하여 방사되므로 발생할 경우가 없지만, 정기적인 점검을 위하여 펌프를 운전 시에는 소화용수의 방출이 없으므로 발생한다. 대부분의 경우 순환배관을 설치하여 물을 순환시키는 방식보다는 배관에 릴리프 밸브를 설치하여 물을 방출시키는 간단한 방식이 주로 채택되고 있다. 릴리프밸브의 설정값은 펌프의 체절운전시의 최대토출압력 근처에서 밸브가 개방되어 토출 되도록 설정하는 것이 무난하다. 릴리프 밸브의 검사는 펌프를 체절압력에서 릴리 프밸브가 개방된 후 30분 이상 운전하면서, 릴리프밸브로부터 토출되는 소화용수의 온도가 손을 대어서 뜨겁다는 것이 느껴지지 않도록 토출량이 충분하여야 한다.
가. 순환배관 체크밸브와 펌프사이에서 분기하여 구경(호칭지름)이 20㎜ 이상인 배관을 설치한다. 순환배관에는 절대로 개폐밸브로 설치하여서는 아니된다.
나.릴리프밸브 체절압력 미만에서 작동하도록 개방 압력을 조절한다. 「소방용밸브의 성능 인증 및 제품검사의 기술기준」(소방청 고시 제2018-25호)에 의하여 제품승 인 및 제품시험에 합격한 제품의 사용을 권장한다.
2.2.1.7 기동장치로는 기동용수압개폐장치 또는 이와 동등 이상의 성능이 있는 것을 설치할 것
2.2.1.8 기동용수압개폐장치 중 압력챔버를 사용할 경우 그 용적은 100 L 이상의 것으로 할 것
1. 기동용수압개폐장치(압력챔버) 압력챔버를 기동용수압개폐장치로 사용하는 경우 압력챔버의 용량이 최소 100ℓ 이상으로, 배관내의 압력을 감지하여 충압펌프 또는 가압송수장치(펌프)를 기동시 키는 역할을 한다.
가. 압력챔버 1) 압력챔버의 기능 가) 펌프의 자동기동 및 정지 압력챔버에 부착된 압력스위치로 관로와 연결된 챔버내부의 수압력변화 를 검출하여 전동기를 기동 또는 정지시키는 역할을 한다. 나) 압력변화의 완충 배관에 직접압력스위치를 부착하여도 펌프를 자동 기능시킬 수 있으나 이 경우 배관 내부에서 순간적으로 변하는 모든 압력변화가 그대로 전 달되어 기동 및 정지를 반복적으로 하게 되는 부작용이 발생된다. 압력 챔버는 챔버 상부에 압축공기가 충전되어 있다. 이 공기가 압축 또는 팽창하면서 관내의 급격한 압력변화를 흡수•완충 한다. 즉, 배관내 수압 의 변화가 미소하게 감소할 경우 챔버내 압축공기가 팽창하게 되며 미 소하게 증가할 경우는 챔버내 압축공기가 압축되어 이를 흡수하게 된다. 다) 압력변화에 따른 설비의 보호 펌프 기동시 토출압의 변화에 대하여, 압력챔버 상부의 공기가 완충역활을 하게 되어 주변기기의 충격과 손상을 방지 한다.
2) 압력 챔버의 규격 가) 압력챔버의 체적 압력챔버는 내용적이 100ℓ, 200ℓ 2가지가 있으며 검정기준에는 100ℓ 이 상의 경우는 100ℓ 단위로 하여 체적의 제한이 없다. 챔버의 체적이 문제 가 될수 있는 것은 펌프의 토출량이 큰 경우인데 용량에 비례하여 압력 챔버나 챔버인입배관이 조정되어야 하나 설계시 대부분 챔버의 인입배 관을 25mm로 적용하므로 대용량의 펌프 기동시 주배관의 토출압력이 챔버내의 압력스위치에 즉시 대응하지 못하는 사례가 발생할 수 있으므 로 토출량이 큰 대용량의 펌프의 경우는 200ℓ 이상의 챔버를 사용하여 야 한다. 그러나 국내와 일본의 경우에만 압력챔버방식이 적용되고 있 으므로 체적과 관련된 더 이상의 자료가 없는 실정이다. 나) 압력챔버의 호칭압력 압력챔버의 압력은 챔버의 호칭압력이 1MPa의 경우 설비의 사용압력은 1MPa 미만이며, 챔버의 호칭압력이 2MPa인 경우는 설비의 사용압력이 1MPa 이상 2MPa 미만으로 검정기준에 규정하고 있다. 사용압력에 대 한 용어의 정의는 없으나 일반적으로 펌프가 발휘할 수 있는 최고의 압 력인 체절압력으로 적용하도록 한다. 사용압력의 적용은 압력챔버 이외 펌프토출측에 설치하는 배관이나 각종 부속류에 대해서도 동일하게 적용하여야 한다.
나. 압력챔버에 사용되는 압력스위치(스프링식) 1) 유체의 압력을 스위치 내 스프링의 탄성을 이용하여 감지하고 펌프의 기동 신호를 발생시키는데 이용하는 방식으로 주로 저압에서 사용된다. 2) 눈금표시부에는 압력범위(Range)와 차압(Diff)의 압력표시부가 있는데표시의 압력지침은 상단부의 조정나사에 의하여 상하로 이동시켜 조절할 수 있도 록 되어있다. 3) 압력챔버에 사용되는 압력스위치는「소방용 압력스위치 성능인증 및 제품검 사의 기술기준」(소방청 고시 제2017-1호)에 의거 제품승인 및 제품시험에 합격한 제품을 사용하여야 한다.
다. 기동용 압력스위치 기동용 압력스위치는 미국을 비롯한 유럽국가에서 펌프를 작동 또는 정지 시키는데 사용하는 것으로 그 사양은 NFPA 20(Centrifugal Fire Pumps) 7-5 에 기술되어 있다. 다음 그림은 국내에서 개발하여 사용중인 제품의 외관과 내부이다. 이 제품은 작동 또는 정지점 근처에서 발생하는 스위치의 단락현상을 전자석을 이용하여 해결하였고, 브르돈관 방식이다.
또한 이러한 제품을 펌프의 기동용수압개폐장치로 사용하도록 되어 있어 압력챔버와 동등이상의 성능을 갖는 제품을 사용토록 하기 위해 이에 필요한 성능시험기술기준을 마련하여 시행하고 있다.
라. 안전 밸브와 릴리프밸브 1) 안전밸브 가) 압력챔버의 안전밸브는 호칭압력과 호칭압력의 1.3배의 압력범위내에서 작동되어야 한다. 나) 호칭압력의 2배에 해당하는 압력을 수압력으로 5분간 가하는 시험에서 물이 새거나 현저한 변형이 생기지 아니하여야 한다. 2) 압력챔버 상부에는 반드시 안전밸브를 설치해야한다. 릴리프밸브는 작동압 력의 설정을 임의로 변경할 수 있으나 이에 비하여 안전밸브는 작동압력이 고정되어 있는 구조이다.
2.2.1.9 수원의 수위가 펌프보다 낮은 위치에 있는 가압송수장치에는 다음의 기준에 따른 물올림장치를 설치할 것
2.2.1.9.1 물올림장치에는 전용의 수조를 설치할 것
2.2.1.9.2 수조의 유효수량은 100 L 이상으로 하되, 구경 15 ㎜ 이상의 급수배관에 따라 해당 수조에 물이 계속 보급되도록 할 것
물올림장치 펌프의 설치위치가 수원보다 높은 경우에는 펌프 및 흡입측 배관에 상시 물을 보급할 수 있도록 물올림장치를 설치하여야 한다. 물올림장치는 펌프의 위치가 수 원의 위치보다 높을 경우에 한하여 설치한다. 물올림장치(탱크)는 펌프 흡입배관에 물을 공급하는 것이 목적이지만 펌프의 토출측 배관에 연결 한다. 물올림장치는 물올림탱크, 배수관, 오버플로우용배수관, 물올림관, 감수경보장치, 물올림 탱크에 물을 자동적으로 보급할 수 있는 장치 등으로 구성된다.
가.물올림장치의 구비요건 1) 펌프 전용의 물올림탱크를 설치한다. 2) 물올림탱크의 용량은 100ℓ 이상으로 한다. 3) 물올림탱크에는 감수경보장치(레벨스위치, 플로트스위치 등) 및 물올림탱크로 물을 자동으로 공급하는 장치 등을 설치하여야 한다. 4) 감수경보는 비정상으로 물이 감해진 경우에 작동되며, 경보장치는 중앙제어실 등 항상 사람이 상주하는 장소에 설치하여야 한다.
※ 일본 호수(呼水)장치라고 하며 호수조(물올림탱크), 오버플로우관, 배수관, 감수경보 장치 등으로 구성되어 있다. 호수조의 용량은 100ℓ 이상으로 하되 후드밸브의 호칭경이 150mm 이하인 경우는 50ℓ 이상으로 할 수 있도록 하고 있다.
2.2.1.10 가압송수장치의 정격토출압력은 하나의 헤드선단에 0.1 ㎫ 이상 1.2 ㎫ 이하의 방수압력이 될 수 있게 하는 크기일 것
1.가압송수장치의 정격토출압력 가. 헤드선단의 압력 헤드의 방사압이 높을수록 방사량이 증가하게 되므로 일반적으로 소화작업 에 효과적일 수 있다. 그러나 방사압력이 지나치게 높을 경우는 디프랙타에 부딪힌 물방울의 크기가 작아지게 되어 화심속으로 침투할수 없는 조건이 된다. 디프랙타에 부딪혀 낙하하는 물방울의 평균직경은 방사압이 높을수록 작아지기 때문이다. 물방울의 크기가 작아지면 화염침투능력이 떨어지며 이로 인하여 화면에 침투하는 유효수량이 감소하게 된다. 표준형스프링클러헤 드의 경우, 방수압력이 0.7㎫(7㎏/㎠)이상이 되면 살수분포가 좁아지며 물방 울의 입자가 미세하게 되어 화원에 침투하기 전에 증발할 우려가 있다. 실험을 통하여 알려진 바에 의하면 화재를 소화할 수 있는 가장 적정한 압력범위는 0.1MPa이상 1.2MPa까지로 이를 스프링클러설비의 “토출압력범위” 로 정한 것이다. 따라서 펌프의 체적압력이 1.2MPa을 초과할 경우는 감압조치를 하여야 하며 특히 헤드가 1～2개만 작동될 경우는 펌프는 거의 체절운 전상태가 되며 이 경우 저층부에서 과압이 발생 할 우려가 높다.
나. 펌프의 선정 펌프는 헤드에서 소화에 필요한 충분한 유량을 충분한 압력으로 송수 할수 있는 성능을 갖춰야 한다. 토출유량(최소)은 기준개수의 모든 헤드에서 80lpm을 방수함을 기준으로 하며 토출압력(최소)은 건축물의 높이에 유동시 의 마찰손실 값과 잔류압(스프링클러설비의 경우 0.1MPa)을 합산해 구한다. 가압송수장치에 표시된 토출압력은 스프링클러설비의 기준개수의 모든 헤드 에서 당해 설계유량 이상의 유량을 송수할 수 있어야한다.
2.2.1.11 가압송수장치의 송수량은 0.1 ㎫의 방수압력 기준으로 80 L/min 이상의 방수성능을 가진 기준개수의 모든 헤드로부터의 방수량을 충족시킬 수 있는 양 이상의 것으로 할 것. 이 경우 속도수두는 계산에 포함하지 않을 수 있다.
2.2.1.12 2.2.1.11의 기준에도 불구하고 가압송수장치의 1분당 송수량은 폐쇄형스프링클러헤드를 사용하는 설비의 경우 2.1.1.1에 따른 기준개수에 80 L를 곱한 양 이상으로 할 수 있다.
1.소화펌프의 성능 결정(방수압력, 방수량) 가압송수장치(펌프)의 유량은 기준개수에 해당하는 모든 스프링클러헤드의 유량을 충족하여야 한다. 가지배관 상에 설치된 헤드(기준개수)는 각각 위치에 따라 마찰손실 값의 차이로 인하여 방사압력이 다르며 따라서 방수량도 다르다. 그러나 기준개수의 모든 헤드에서, 방수압력 0.1㎫(1㎏/㎠)기준, 방수량 80ℓ/min 이상이 되어야 한다는 의미이다. 그러므로 각 헤드(기준헤드)의 방수량을 모두 합한 양이 급수량이므로 헤드별 방수량을 계산해야하는 복잡한 계산이 요구된다. 그러나 제11 호에서 “기준개수에 80ℓ를 곱한 양 이상으로도 할 수 있다.”로 규정하여 단순화 하였다. 헤드의 기준개수는 10개, 20개, 30개의 3종류로 구분되고 모든 소방대상물은 용도에 불문하고 3가지의 기준개수 중 어느 하나에 해당하도록 규정하고 있다. 가압 송수장치(펌프) 1분당 송수량은 폐쇄형스프링클러헤드를 사용하는 경우, 기준개수 에 80ℓ을 곱한 양 즉, 기준개수가 10개이면 800ℓ/min 이상, 기준개수가 20개이면 1,600ℓ/min 이상, 기준개수가 30개이면 2,400ℓ/min 이상이 되도록 하면 된다. 화재 시 헤드 개방수량이 기준개수보다 적으면 유량이 펌프의 정격유량 보다 적으므로 헤드의 방사압력은 상승하게 되며 기준개수를 초과하여 개방될 경우 헤드의 방사 압은 정격토출압력 보다 낮게 된다.
2. 소화에 필요한 방수량 스프링클러설비의 소화능력은 단위면적당 살수밀도에 근거한다. 일정한 살수밀도에서 소화되지 않던 화재가 살수밀도를 약간 증가시키면 화재효과가 증가하는 화재실험결과로 인하여 동일한 면적에 보다 큰 살수밀도를 주기 위하여 다양한 스프링클러헤드가 개발•사용되고 있다. “스프링클러헤드의 살수밀도”란 최악의 조건(가압송수장치로부터 가장 먼 가지 배관)에 설치된 스프링클러헤드의 방수압력을 기준으로 살수되는 방사량을 말하며 살수밀도가 클수록 소화효과가 증대된다. 이러한 이유로 스프링클러설비에서는 균일한 방사압력이 아닌 말단에 설치된 스 프링클러헤드보다는 가압송수장치에 근접할수록 방사압력 및 방수량이 증가하는 end head pressure 개념을 채택하고 있다. 즉 스프링클러설비의 효율성은 소화용 수를 절감하는 데 있는 것이 아니라 얼마나 빨리 소화하여 화재로 인한 피해를 최소화하는 데 있다. 3.소화펌프의 설치시 유의사항 가.공동현상 펌프가 공동현상(캐비테이션)등의 장애를 일으키지 않고 운전되는 데는 펌프의 순수흡입수두(Net Positive Suction Head)에 대한 검토가 있어야 한다. 공동현상은 임펠러 부위에서 발생하는 이상현상으로 이로 인해 펌프흡입이 불 가능해지기도 한다. 펌프내부에서 소규모로 진행되는 공동현상도 소음과 진동을 일으키며 펌프의 성능을 현격하게 저하시키거나 펌프를 손상시킨다. 펌프나 관로 상에서 국부적으로 압력강하가 일어나 액체의 포화증기압 보다 낮아지면, 순간적으로 액체가 증발(팽창)하여 기화(기포형성)되는데, 이후 유체이동에 따라 압력이 회복되면 곧 액화 되면서 부피가 급감하게 된다. 이 기포의 생성과 소멸이 이루어지는 짧은 시간동안에 국부적으로 충격력이 발생하며 임펠러를 손상시켜 내부 부식을 유발시키기도 하고 영역이 커지면 성능 저하가 일어난다. 고온수의 경우 포화증기압이 상대적으로 높으므로 캐비테이션의 발생에 특히 유의하여야 하며, 액화가스의 이송시 등의 경우에도 이러한 현상에 유의 하여야 한다.
나. 공동현상의 방지 1) 개요 (1) 순수흡입수두(Net Positive Suction Head) 펌프의 순수 흡입수두는 유체가 흡입배관 및 부속을 지나 펌프의 임펠 러 “eye"속으로 흐르게 하는 압력수두를 말한다. 이 값은 수원이 펌프보 다 아래에 있을 경우 “대기압 - 낙차”이며, 수원이 펌프보다 위에 있을 경우에는 “대기압 + 정압”이 된다. 펌프흡입측 플랜지의 펌프운전 시의 압력계눈금은 수원이 펌프보다 아래에 있을 경우 (-)가 되지만 절대압력으로 환산하면 (+)가 되기 때문 에 NPSH (Net Positive Suction Head)라고 한다. 이 NPSH는 펌프설치 조건(낙차)과 관련되어 있음을 알수 있다. (2) 순수유효흡입수두(NPSH-Available : NPSH-Av) 펌프 이외의 “펌프의 흡입조건” 즉, 유체의 포화증기압, 낙차, 흡입배관의 마찰손실 등에 따라 정해지는 값으로, 대기압에서 이러한 장애요인 을 뺀 값을 “순수유효흡입수두(NPSH-Available : NPSH-Av)”라고 한다. (3) 순수필요흡입수두(NPSH Required : NPSH-Re) 공동현상을 일으키지 않고 운전하는데 있어서 펌프가 필요로 하는 순수 흡입수두를 “순수필요흡입수두(NPSH Required : NPSH-Re)”라고 하고 “흡입능력”을 나타내며, 이 값은 펌프의 부하(송출유량)에 따라 변한다.
2) 공동현상의 방지 가) 개요 펌프가 유체를 계속해서 이송하기 위해서는 “대기압 - 흡입시의 장애요인 ≥ NPSH-Re”의 조건이 성립하여야 한다.
또한, 펌프의 공동현상(Cavitation) 없이 펌프를 운전하기 위해서는 NPSH-Av ≥ NPSH-Re x 1.3 이 되도록 권장하고 있다. 따라서, 펌프의 원 활한 흡입을 위해서는 가급적 NPSH-Av 값을 크게 확보하여야 한다. 수원이 펌프보다 위에 있을 경우에는 Hs는 (+)의 값을 가지므로 흡입에 도움이 되나 수원이 펌프보다 낮은 위치에 있는 경우 NPSH-Av 값을 크게 하기 위해서 ①물탱크 내의 온도를 낮게 유지하여 포화증기압 (-) Pvp를 줄이거나 ②펌프의 설치위치를 가급적 낮게 하여 (-) Hs값을 줄이 거나 ③흡입배관의 구경을 크게 하여 (-) Hf 값을 줄인다. (※펌프의 흡입 배관의 구경을 토출측 구경보다 1단계 또는 2단계 크게 하는 이유이다.) 또 ④흡입배관의 길이를 가급적 짧게 하여 (-) Hf 값을 줄인다. 흡입배관 마찰손실 계산 시의 유량은 펌프의 최대유량 (정격토출량의 150%)을 기준으로 한다. 소화펌프는 최대유량에서도 흡입 및 토출이 가 능하여야 하기 때문이다. 만일, NPSH-Av 값이 NPSH-Re x 1.3 값보다 적을 경우에는 펌프의 형 태를 수평원심식 펌프에서 수직터빈식 펌프로 교체하는 것도 좋은 선택 이다. 수직펌프의 경우, 임펠러가 물속에 잠기고, 흡입배관이 없어, Hs = 0, Hf = 0이 된다.
나) 설치계산(예)
20℃에서의 포화증기압을 0.0025 ㎫(0.025㎏/㎠), 흡입배관의 마찰손실 을 0.003㎫(0.03㎏/㎠)이라 하면, 펌프제조업체의 성능곡선으로부터, 정격유량에서 NPSHR = 3.0m, 최대유 량에서 NPSHR = 4.0m이라고 하면 이 펌프를 사용할 경우에는 정격유량의 110% 이상에서는 흡입이 불가능하며 펌프의 공동현상이 발생할 수 있다.
수평식 펌프 대신 수직펌프를 설치할 경우에는 펌프제조업체의 성능곡선으로부터 정격유량에서 NPSHR = 4.2m, 최대유량에 서 NPSH-Re = 6.5 m 라고 하면 펌프의 최대유량에서도 흡입이 가능하며 펌프의 공동현상이 발생하지 않는다.
2.2.1.13 2.2.1.11의 기준에도 불구하고 가압송수장치의 1분당 송수량은 2.1.1.2의 개방형스프링클러 헤드수가 30개 이하의 경우에는 그 개수에 80 L를 곱한 양 이상으로 할 수 있으나 30개를 초과하는 경우에는 2.2.1.10 및 2.2.1.11에 따른 기준에 적합하게 할 것
1.개방형스프링클러헤드 가압송수장치의 1분당 송수량 가. 30개 이하의 개방형 스프링클러헤드를 설치하는 경우 1) 송수량 = 방수구역 내의 모든 스프링클러헤드 개수 x 80ℓ/min 2) 개방형스프링클러헤드의 방수압력 범위 : 0.1㎫(1㎏/㎠) ～ 1.2㎫(12㎏/㎠)
나.30개를 초과하는 개방형 스프링클러헤드를 설치하는 경우 개방형 스프링클러헤드의 설치개수가 30개를 초과하는 경우 : 1) 송수량 = 방수구역 내의 모든 스프링클러헤드 개수 x 80ℓ/min Q = N × 80ℓ/min 이상 Q : 가압송수장치의 송수량 (ℓ/min) N : 개방형스프링클러헤드 설치개수 (개) ( N > 30)
2) 개방형스프링클러헤드의 방수압력 범위 : 0.1㎫(1㎏/㎠) ～ 1.2㎫(12㎏/㎠)
2.2.1.14 기동용수압개폐장치를 기동장치로 사용할 경우에는 다음의 기준에 따른 충압펌프를 설치할 것
2.2.1.14.1 펌프의 토출압력은 그 설비의 최고위 살수장치(일제개방밸브의 경우는 그 밸브)의 자연압보다 적어도 0.2 ㎫이 더 크도록 하거나 가압송수장치의 정격토출압력과 같게 할 것
2.2.1.14.2 펌프의 정격토출량은 정상적인 누설량보다 적어서는 안 되며, 스프링클러설비가 자동적으로 작동할 수 있도록 충분한 토출량을 유지할 것
충압펌프 충압펌프는 배관내의 압력변동에 따라, 주 펌프가 빈번하게 운전되는 것을 방지 하고, 배관내의 압력을 항상 일정하게 유지시켜 스프링클러설비가 항상 정상적으로 동작할 수 있는 상태를 유지할 수 있도록 해준다.
가.충압펌프의 토출압력은 다음 중의 한 가지 방법으로 결정한다. 1) 소방대상물의 가장 높은 곳에 설치된 살수장치 + 0.2㎫(2㎏/㎠) 예를 들어 살수장치가 20m 높이에 설치되어 있으면, 충압펌프의 토출압력은 0.2㎫ + 0.2㎫ = 0.4㎫가 된다. 이 방식은 국내에서 보편적으로 사용해 오고 있는 방법이다. 고층건축물로서, 충압펌프의 토출압력이 주펌프의 토출압력에 근접하면 문제가 없으나, 저층건축물 (공장, 창고 등의 산업시설 및 저층건축물)로서 소화설비의 즉각적인 사용을 위하여 소화설비의 배관 시스템을 일정압력(0.7～1.1㎫)이상으로 유지하고자 할 경우에는 이러한 요구조건을 충족시킬 수 없는 한계를 가지고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 가압송수장치(주 펌프)의 정격토출압력과 동일하게 충압펌프의 토출압력을 선정한다. 2) 가압송수장치(주 펌프)의 정격토출압력과 같게 한다. 이는 NFPA 13 기준에서 채택하고 있는 방법을 도입한 것이다. 배관내의 압력을 요구되는 압력수준으로 항상 유지할 수 있어 화재발생 시 즉각적인 대처가 가능하며 배관 내 누수가 발생할 경우 즉시 충압펌프가 기동될 수 있다.
나. 충압펌프의 토출량 충압펌프의 토출량을 산정하는 명확한 기준은 없다. 소화배관의 지하매설배관으로 회주철관을 사용하고 “접합방법이(배관의 한쪽 끝이 확관되어 있고 확관 된 곳에 배관을 삽입하는 Bell & Spigot” 접합방법 또는 메카니칼 접합 방법을 사용하고 있는 미국의 경우에는, 10분 이내의 허용 누설량과 3.8ℓ/min 중 큰 값을 충압펌프의 토출량으로 채택하고 있다(NFPA 20 / A.5.24 참조). 그러나 근래에는 배관접합기술의 발전으로 신설되는 설비의 경우 정상적인 누설량은 사실상 예측하기가 쉽지 않다. 국내의 경우는 관행적으로 60ℓ/min으로 적용하고 있으며 스프링클러의 경우 헤드1개의 방사량인 80ℓ/min이므로 헤드1개가 이 보다 작은 값이므로 적용 하여도 무방하다. 따라서 초고층빌딩이나 초대형공장과 같이 배관의 체적이 매우 큰 플랜트시설은 예외로 하고 일반건축물의 경우 충압펌프의 토출량을 60ℓ/min으로 적용하여도 문제는 없다. 산업플랜트 분야의 경우에는 지하매설배관의 부식 등을 고려하여 보편적으로 채택되고 있는 방법은 가압송수장치 토출량의 약 1～3 %를 충압펌프의 토출량으로 정하기도 한다.
다. 충압펌프의 기동 및 정지압력 1) 충압펌프의 토출압력이 소방대상물의 가장 높은 곳에 설치된 살수 장치보다 0.2㎫(2㎏/㎠) 높은 경우, 가) 충압펌프의 정지압력 : 릴리프밸브의 세팅압력보다 약간 적게 (릴리프밸브의 세팅압력 - 0.05㎫(0.5㎏/㎠)) 나) 충압펌프의 기동압력 : 충압펌프의 정지압력 - (0.1～0.3㎫(1～3㎏/㎠))
※ 주펌프 흡입측의 최소정압은 주펌프의 중심축보다 상부에 소화수조가 있는 경우로서 소화수조의 최저수면과 주펌프의 중심축까지의 낙차를 말한다. 충압펌프의 기동압력 = 충압펌프의 정지압력 - 0.07 ㎫(0.7㎏/㎠) ※ 실제 현장 적용 시에는 약 0.1 ㎫(1.0㎏/㎠) 정도로 맞추면 된다.
2.2.1.15 내연기관을 사용하는 경우에는 다음의 기준에 적합한 것으로 할 것
2.2.1.15.1 제어반에 따라 내연기관의 자동기동 및 수동기동이 가능하고, 상시 충전되어 있는 축전지설비를 갖출 것
2.2.1.15.2 내연기관의 연료량은 펌프를 20분 이상 운전할 수 있는 용량일 것
1. 내연기관을 사용하는 경우 가. 스프링클러설비의 가압송수장치로 내연기관(주로 디젤엔진을 사용)을 사용하 는 경우에 기동용수압개폐장치를 이용하여 자동기동이 되도록 하고, 또한 제 어반 (펌프실의 제어반 및 화재 수신반)에서도 유사시 수동으로 기동할 수 있어야 하며, 기동 시에는 제어반에서 펌프가 기동 되었는지 여부를 확인할 수 있어야 한다. 나. 또한, 항상 내연기관 구동 펌프가 기동될 수 있도록 축전지는 상시 충전할 수 있는 구조의 축전지설비를 갖추어야 한다.
2. 내연기관의 연료량 건물규모에 따라 충분한 화재진압시간을 확보하기 위하여 층수별 내연기관의 연료량 확보량을 달리 규정하였다.
2.2.1.16 가압송수장치에는 “스프링클러소화펌프”라고 표시한 표지를 할 것. 이 경우 그 가압송수장치를 다른 설비와 겸용하는 때에는 그 겸용되는 설비의 이름을 표시한 표지를 함께 해야 한다.
가압송수장치의 표시 가압송수장치에는 “스프링클러펌프”라고 표시한 표시를 하여야 하며, 다른 소화 설비 (예: 옥내소화전설비 또는 포소화설비)와 겸용으로 사용할 경우에는 “옥내소 화전설비” 또는 “포소화설비펌프”도 함께 부착한다.
2.2.1.17 가압송수장치가 기동이 된 경우에는 자동으로 정지되지 않도록 할 것. 다만, 충압펌프의 경우에는 그렇지 않다.
1. 가압송수장치의 기동은 기동용 수압개폐장치에 의하여 자동으로 이루어 지지만 “정지”는 수동에 의하도록 하여 소화가 진행 중인 때 펌프가 정지되는 일이 없도록 한 규정이다. 폐쇄형 스프링클러헤드가 부착된 설비의 가압송수장치는 “기준개수(10개, 20개, 30개)”를 기준으로 하여 분당 토출량이 정해진다. 그러나 실제 소화 시 개방되는 스프링클러헤드는 기준개수 보다는 아주 적은 1~4개 정도이므로 펌프는 거의 체 절운전에 가깝게 운전된다고 할 수 있다. 그림에서 볼 수 있는 것과 같이 주펌프 가 자동으로 정지하는 경우는, 정지점이 헤드가 1개 개방될 때의 압력 보다 낮게 설정되면, 화재로 인하여 헤드로 물이 방수되고 있는 상황(화재초기, 헤드 1개 개 방 시)에서 주펌프가 “기동” “정지”반복하는 상황이 될 수 있다. 이것은 바람직하 지 현상이다. 펌프가 “자동정지 되지 못하도록” 함으로서 이러한 현상을 방지할 있게 되었다. 그러나 오작동 등으로 인해 주펌프가 기동된 경우에는 장시간동안 운전이 계속될 수 있는 단점이 있다. 이러한 상황에 대처 할 수 있는 대안으로, 충압펌프의 정지 점을 주펌프의 체절압력점 이상으로 하고, 주펌프의 정지점을 “주펌프의 체절압력 보다는 높고 충압펌프의 정지점 보다는 낮게”설정하여, 충압펌프의 작동으로 주펌 프가 정지되도록 하는 방안이 있다. 이것은 전체배관에 상대적으로 고압이 걸리는 문제점이 따르기도 하므로 배관계획 시에 고려하여야 한다.
2. NFPA code에 의한 압력설정방법은 다음과 같다. 충압펌프의 정지점을 주펌프의 체절압력으로 함으로서 상시에 관로에는 높은 압력이 걸려 있게 된다. 가.충압펌프의 정지점 : 주펌프의 체절압력+최소정수압 “최소정수압”은 흡입측에 걸리는 압력을 말하는 것으로, “주펌프의 체절압력 +최소정수압”으로 한 것은 수도배관이나 높은 수조에 흡입관이 연결되는 경우 이 압력을 합하여 정지점으로 설정하도록 하여 어떤 경우라도 “주펌프의 체절압력”이상에서 충압펌프의 정지점이 설정되도록 한 것이다. 나. 충압펌프의 작동점 : 충압펌프의 정지점 -10psi 다. 주펌프의 작동점 : 충압펌프의 작동점 -5psi 라. 예비펌프 작동 : 주펌프 작동점 -10ps
2.2.1.18 가압송수장치는 부식 등으로 인한 펌프의 고착을 방지할 수 있도록 다음의 기준에 적합한 것으로 할 것. 다만, 충압펌프는 제외한다.
