스프링클러설비의 배관 방식과 교차배관 및 가지배관에 헤드, 청소구, 개폐밸브 설치 기준 (NFTC 103)
엔지니어관리자2025. 1. 1. 22:53
스프링클러 설비는 화재 발생 시 자동으로 물을 분사하여 초기 화재를 진압하거나 확산을 방지하는 중요한 소방 설비입니다. 스프링클러 시스템의 효율적인 작동을 위해서는 배관 방식과 관련 부속품이 적절하게 설치되어야 합니다. 특히, 교차배관과 가지배관의 설치 기준 및 헤드, 청소구, 개폐밸브의 위치 설정은 매우 중요한 요소입니다. 이번 글에서는 스프링클러 설비의 배관 방식과 그에 따른 주요 설치 기준에 대해 알아보겠습니다.
1.가지배관 가. 토너먼트(Tournament) 배관방식의 제한 토너먼트배관방식은 헤드 각각의 헤드(노즐)에 이르는 경로가 모두 동일하게 배관하는 방식으로 마찰손실이 동일해 모든 헤드에서 균일한 압력으로 균일하게 약제를 방출할 수 있는 장점이 있다. 방호공간 내의 균일한 소화약제의 농도를 조성하기 위하여 각각의 분사헤드에서 균일한 방사압력으로 소화약 제가 방출되는 것이 요구되는 가스계•분말소화설비 등에서 사용되고 있다. 그러나 트리배관(가지배관방식)에 비해 관부속품 수가 많아지므로 마찰손실 이 증가하여 스프링클러설비에는 이를 금지하고 있다.
스프링클러설비의 경우에는 트리방식(가지배관방식)으로 배관을 하여야 하며, 이 방식에 의하면 마찰손실 차이에 의하여 헤드별 방수량이 다소 다를 수는 있으나 차이가 크지는 않다. 건축물의 보 등이 있는 구조에서 상향식스프링클러헤드를 설치할 경우 가지 배관에 설치되는 상향배관(sprig up)(가지배관과 스프링클러헤드까지의)이 너 무 길게 되어 마찰손실이 크게 된다.
교차배관 헤드 설치 기준
2.5.9.2 교차배관에서 분기되는 지점을 기점으로 한쪽 가지배관에 설치되는 헤드의 개수(반자 아래와 반자 속의 헤드를 하나의 가지배관 상에 병설하는 경우에는 반자 아래에 설치하는 헤드의 개수)는 8개 이하로 할 것. 다 만, 다음 각 기준의 어느 하나에 해당하는 경우에는 그렇지 않다.
2.5.9.2.1 기존의 방호구역 안에서 칸막이 등으로 구획하여 1개의 헤드를 증설하는 경우
2.5.9.2.2 습식스프링클러설비 또는 부압식 스프링클러설비에 격자형 배관방식(2 이상의 수평주행배관 사이를 가지배관으로 연결하는 방식을 말한다)을 채택하는 때에는 펌프의 용량, 배관의 구경 등을 수리학적으로 계산한 결과 헤드의 방수압 및 방수량이 소화목적을 달성하는 데 충분하다고 인정되는 경우
한쪽 가지배관에 설치할 수 있는 스프링클러헤드 개수 규약배관방식(별표 1)에 의하여 배관구경을 산정하는 경우 한쪽 가지배관에 설치되는 스프링클러헤드의 개수를 8개 이하로 제한하고 있으며, 이는 가지배관의 구경이 커질 경우 가지배관으로 인한 살수장애 초래 및 배관의 길이가 길 경우 배 관의 손실압력이 증가하므로 이로 인하여 압력이 과도하게 감소되지 않도록 하기 위함으로 해석된다.
가. 가지배관의 헤드 설치 수 완화 기존의 방호구역 안에서 칸막이 등으로 구획하여 1개의 스프링클러헤드를 증설하는 경우에는 9개까지 허용된다.
나. 격자형 배관방식을 채택할 경우 습식스프링클러 및 부압식 스프링클러설비에 격자형 배관방식을 채택하는 때에는 하나의 가지배관에 설치되는 스프링클러헤드의 수량에는 제한을 받지 않으나 소방대상물의 형상, 배관의 구성, 수리계산의 결과 등에 따라 제한을 받는다. 배관 내에 공기가 채워지는 건식스프링클러설비, 화재감지와 동시에 방수되지 않는 준비작동식 스프링클러설비의 경우에는 방출시간지연 때문에 격자형 배관방식을 적용할 수 없으며 습식스프링클러설비에만 적용할 수 있다. 1) 습식스프링클러설비 및 부압식 스프링클러설비의 격자형 배관(Gridded system) 설치 가) 2개의 평행하는 교차배관사이에 여러 개의 가지배관이 연결되며, 스프링 클러헤드까지 소화용수가 공급되는 경로가 여러 개이다. 나) 유수의 흐름이 분산되어 압력손실이 적고 공급압력 차이를 줄일 수 있다. 다) 수리계산 시 컴퓨터 수리계산프로그램을 사용하여야 한다. 라) 격자형 배관속에 존재하는 공기로 인한 압력 상승 시 과압의 방출을 위한 릴리프밸브를 유수검지장치 2차 측에 설치하여야 한다.
다. 루프(Loop) 형 스프링클러 배관방식 루프형 스프링클러설비(Looped Sprinkler System)는 가지배관에 물을 공급하는 수평주행배관 또는 교차배관이 루프형상을 가지며, 개방된 스프링클러헤드에 둘 이상의 경로를 통하여 물이 공급된다. 나뭇가지(Tree) 형 배관방식보다 여러 가지 유리한 수력특성을 가지고 있다. 나뭇가지형 배관방식은 하나의 교차배관에 여러 개의 가지배관이 설치된 것으로 개방된 스프링클러헤드에 한 개의 경로로만 물을 공급하는 가장 단순한 스프링클러 배관방식이다. 루프형 배관방식의 수리계산은 격자형 배관방식에 비하여 복잡하지 않으며 습식, 건식 및 준비작동식 스프링클러 설비에 적용이 가능하다.
신축배관 길이 제한
2.5.9.3 가지배관과 헤드 사이의 배관을 신축배관으로 하는 경우에는 소방청장이 정하여 고시한 「스프링클러설비 신축배관의 성능인증 및 제품검사의 기술기준」에 적합한 것으로 설치할 것. 이 경우 신축배관의 설치길이는 2.7.3의 거리를 초과하지 않아야 한다.
1.신축배관의 길이 제한 신축배관의 길이를 “방호대상물의 각 부분으로부터 하나의 스프링클러헤드까지의 수평거리이내”로 제한함으로써 신축 배관을 지나치게 길게 설치하는 것을 방지하 기 위한 것이다. 신축배관은 가지배관에 헤드를 접속할 때 공사의 편리성과 효율성을 위하여 도입한 것이었으나, 아파트의 경우 입상관에 접속구를 만든 후 이곳에서 헤드 말단까지 전체구간을 신축배관으로 시공하는 잘못된 적용 사례가 발생하고 있어 길이의 제한이 필요하게 되었다. 신축배관의 길이가 너무 길면 굴곡 부위 등으로 인해 배관의 마찰손실이 크게 증가하게 되며 이로 인해 유수의 흐름을 방해받을 우려가 있다. 헤드에서 안정적인 방사압을 확보하기 위해서는 가지배관에서 헤드를 접속하는 헤드접속구간에 대해서만 이를 사용하고 가지배관 구간에는 사용해서는 아 니 된다.
2. 신축배관의 성능인증 및 제품검사의 기술기준 「스프링클러설비신축배관 성능인증 및 제품검사의 기술기준」(소방청고시 제2017-1호 <2017. 7. 26.>)참조
교차배관 설치 기준
2.5.10 교차배관의 위치·청소구 및 가지배관의 헤드설치는 다음의 기준에 따른다.
2.5.10.1 교차배관은 가지배관과 수평으로 설치하거나 또는 가지배관 밑에 설치하고, 그 구경은 2.5.3.3에 따르되, 최소구경이 40 ㎜ 이상이 되도록 할 것. 다만, 패들형 유수검지장치를 사용하는 경우에는 교차배관의 구경과 동일하게 설치할 수 있다.
1. 가지배관 가. 가지배관의 분기 가지배관은 교차배관의 상부에서 분기하거나 측면에서 분기한다. 나. 가지배관의 설치 가지배관은 노출되거나 은폐되어야 하며 매립되어서는 아니 된다. 평상시 물이 채워져 있지 아니한 스프링클러설비의 경우에도 배관의 상태를 점검할 수 있어야 하기 때문이다(건식스프링클러설비의 가지배관의 경우 물이 채워져 있지 않으나 배관 내 공기 채움으로 인한 부식이 습식스프링클러 설비보 다 빠르게 진행된다).
2.교차배관 가. 교차배관의 구경 교차배관의 최소구경은 40㎜ 이상으로 하며, 패들형 유수검지장치를 사용하는 경우에는 교차배관과 같은 구경과 같게 할 수 있다. 나. 교차배관과 가지배관 교차배관을 가지배관 밑에 설치하는 것은 ①교차배관 내에 축척되는 이물질이 가지배관상의 헤드 작동을 방해할 우려에 대비하고 ②유수검지장치의 배수관으로 설비의 물을 배수할 경우 교차배관을 통해서 행하기 위해서이다. 이를 위해 종전까지는 가지배관을 교차배관 위쪽에만 설치하도록 규정하고 있었으나, 가지배관이 교차배관보다 관경이 적으므로 가지배관을 교차배관 측면에서 분기하여도 교차배관의 하단이 가지배관의 하단보다 아래쪽에 위치하게 되므로 이물질 퇴적 및 배수에 별다른 문제점이 없다고 판단하여 측면분기도 허용되었다.
청소구 설치
2.5.10.2 청소구는 교차배관 끝에 40 ㎜ 이상 크기의 개폐밸브를 설치하고, 호스접결이 가능한 나사식 또는 고정 배수 배관식으로 할 것. 이 경우 나사식의 개폐밸브는 옥내소화전 호스접결용의 것으로 하고, 나사보호용의 캡으로 마감해야 한다.
청소구 교차배관 끝에 구경 40㎜의 옥내소화전방수구를 설치하고 캡으로 마감하여 소방호스와 연결이 가능하게 하거나 개폐밸브를 설치하고 고정식 배수배관을 연결하여 배수하기 쉽도록 하여야 한다.
※ 수격방지기의 설치 수격이란 “유체가 배관 내를 흐르다가 펌프의 갑작스러운 정지나 밸브의 급속한 차단 등으로 갑자기 정지하게 되면, 되돌아 나오려는 힘과 계속적으로 흐르는 힘이 맞부딪힐 때 층격파가 발생 (물의 운동에너지가 충격에너지로 전환되어)하며 굉음과 커다란 진동을 수반하는 현상을 말한다. 스프링클러설비의 배관계통을 크게 2구간으로 나누어 보면 구간 1(펌프와 유수검지장치의 제어밸브 구간), 구간 2(유수검지장치의 제어밸브와 스프링클러헤드까지 의 구간)로 볼 수 있다. 구간 1에서는 제어밸브가 갑자기 닫힐 경우 수격이 발생할 수 있으나 스프링클러헤드가 개방되면 물의 흐름이 막히지 않는 구간 2에서는 수격이 전혀 발생하지 않는다. 구간 1에서의 수격을 방지하기 위해서 제어밸브의 개방시간이 짧은 레버형 버터플 라이밸브의 사용을 금지하고 있으며 반드시 개폐표시형 밸브( OS& Y Gate Valve 또는 열림, 닫힘 표시기 부착 Gear Operated Butterfly Valve)를 사용하도록 하고 있다. 이 경우 개방시간은 약 20초～1분 정도 소요된다. 제어밸브의 개방시간이 5초 이상이면 수격은 발생하지 않는다(Fire Protection Handbook 9th Ed. 10-95 참 조). 또한, 펌프를 기동 하였다가 정지할 경우 되돌아오는 물의 충격파로부터 펌프를 보호하기 위하여 펌프의 토출 측 체크밸브는 수격방지용 체크밸브를 설치하여 야 한다.
※ 스프링클러설비의 유수검지장치 2차측 배관의 곡관부에서 발생하는 힘은 수격 (Water Hammer)이 아닌 추력 (thrust Force)으로 추력으로부터 배관을 보호하기 위해서는 수격방지기를 설치해야 하는 것이 아니라 곡관부 부근의 배관에 클램프 등의 지지를 적합하게 하여야 한다.
※ 위와 같은 사유로 스프링클러설비기준(소방법령, 화재안전기준, NFPA 13 기준 및 타 국제기준)에서 수격방지기의 설치기준이 언급되지 않고 있다.
가지배관에 하향식헤드 설치
2.5.10.3 하향식헤드를 설치하는 경우에 가지배관으로부터 헤드에 이르는 헤드접속배관은 가지배관 상부에서 분기할 것. 다만, 소화설비용 수원의 수질이 「먹는물관리법」 제5조에 따라 먹는물의 수질기준에 적합하고 덮개가 있는 저수조로부터 물을 공급받는 경우에는 가지배관의 측면 또는 하부에서 분기할 수 있다.
하향형 스프링클러헤드의 설치 가지배관의 측면 또는 하부에서 분기하여 하향형 스프링클러헤드를 설치하는 경우에 배관 내의 이물질이 스프링클러헤드 부분으로 모여 스프링클러헤드의 오리피스가 폐쇄될 우려가 있으므로 하향형 스프링클러헤드를 설치하는 경우에는 가지배 관으로부터 스프링클러헤드에 이르는 헤드 접속배관은 가지배관 상부에서 분기하여 설치토록 하고 있다.
이러한 배관방식을 회향식배관(Return-Bend)이라고 한다. 다만, 스프링클러설비용 수원의 수질이 먹는물 관리법 제5조의 규정에 따라 먹는 물의 수질기준에 적 합하고 덮개가 있는 저수조로부터 물을 공급받는 경우에는 가지배관의 측면 또 는 하부에서 분기할 수 있도록 하고 있다. 측면 또는 하부에서 분기하면 가지배관과 천장간격을 좁혀 반자의 높이를 높일 수 있는 이점이 있다. 먹는물의 수질기준에 적합한 경우라 함은, 「먹는물관리법」에서 정한 수질기준인 미생물, 무기물질, 유기물질, 소독제, 소독부산물질, 심미적 영향물질, 방사능의 기 준을 의미하나 소화용수로서의 먹는물 수질기준을 인용한 취지는 소화수가 수조로부터 배관 및 스프링클러헤드를 통하여 방사될 때 스프링클러헤드의 오리피스에 장애를 일으키는 이물질의 유입을 방지하기 위한 것이다. 먹는물 수질기준에 적합하게 관리하기 위한 방법을 화재안전기준에서 정하고 있지 않으나 다음과 같은 방법 등을 통하여 관리가 가능할 것이다. 1. 소화수조와 생활용수수조를 겸용으로 사용 2. 년 2회 이상 수조내부의 청소 3. 월 1회 충압펌프 등을 이용한 수원 저수량의 15~20% 주기적 교체 4. 수조의 수질관리를 위한 별도의 정수장치 설치 5. 콘크리트수조인 경우에는 수질에 영향을 미치지 않는 재질로 마감
