[소방] ESFR 스프링클러 수원 계산문제 풀이

[소방] ESFR 스프링클러 수원 계산문제 풀이

창고에는 이렇게 가연물이 빼곡하다

1. 개요

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Early Supression Fast Response

조기개방형화재진압 헤드

ESFR 스프링클러 헤드는 가연물이 많고 화재하중이 높은 랙식 창고에 적용하기 위해 개발되었다. 창고는 가연물이 오밀조밀하게 쌓여있어 순식간에 화재가 커진다. 이런 창고화재에 대응하기 위해 ESFR 헤드는 조기반응형 + 큰 K-factor로 조합되었다. 조기반응형으로 열에 빠르게 반응하고, 헤드 개방시 많은 양의 물이 화점을 타격한다. 

 

여기서 주의할 점은, ESFR 헤드의 압력을 크게 하고 K-factor를 크게 할 수는 없는 것이다. 이는 운동량과 관계가 있다. 즉, 스프링클러 헤드에서 방사되는 물방울의 운동량에 따라 화점을 타격하여 가연물까지 물이 닿을 수 있냐는 것이다. 

질량 (물방울 질량은 직경에 반비례)	유속
$D_m=\frac{D^{2/3}}{P^{1/3}}$	$u=2\sqrt{\frac{P}{\rho }}$

스프링클러 헤드에서 압력이 크게 증가하면 미분무와 같이 미세한 입자로 방사된다. ESFR에서는 모멘텀의 크기도 중요하지만 물방울의 질량이 어느정도 받쳐줘야 물방울이 가연물 표면까지 도달할 수 있다. 

그래서 아래 2. 문제풀이 표에 "-" 으로 비어있는 이유이다. K-factor는 작아지는데 압력은 커지므로 미분무처럼 방사가 되어 화점까지 물방울이 도달하지 못하게 되는 것이다. 

 

쉽게 말해서, 모멘텀은 크지만 물방울이 미세해지기 때문에 물방울이 화열에 의해 금방 증발해 버린다. 이런 현상을 막기 위해 일정 이상의 K-factor가 필요하며, 상대적으로 낮은 K-factor에서는 고압으로 방사할 수 없게 된다. (물방울이 비산되어 화점을 타격할 수 없게 됨)

 

 

2. 문제풀이

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방사압력[Mpa]

최대층고[m]	최대저장높이	K=360 하향식	K=320 하향식	K=240 하향식	K=240 상향식	K=200 하향식
13.7	12.2	0.28	0.28	-	-	-
13.7	10.7	0.28	0.28	-	-	-
12.2	10.7	017	0.28	0.36	0.36	0.52
10.7	9.1	0.14	0.24	0.36	0.36	0.52
9.1	7.6	0.10	0.17	0.24	0.24	0.34

우측으로 갈 수록 방사압이 증가하고, 아래로 갈수록 방사압이 감소한다.

1) 우측으로 갈수록 방사압이 증가: K-factor가 작아지므로 화점까지 도달하기 위한 운동량을 위해 필요

2) 아래로 갈수록 방사압이 감소: 층고가 낮아지므로 굳이 큰 압력으로 방사할 필요가 없음

 

계산식: $Q = 60\cdot 12 \cdot K\sqrt{P}$ (Q: 수원의 양)

의미: 수리학적으로 가장 먼 가지배관 3개에 각각 4개의 스프링클러가 개방되었을 때 헤드선단의 압력이 최소방사압력 값 이상으로 60분간 방사 

 

문제조건에 따라 위 표를 바탕으로 K-factor, 층고가 주어지면 방사압력을 알 수 있다. K-factor와 방사압을 위 계산식에 대입하여 얼마만큼의 수원이 필요한지 계산할 수 있다.

 

3. 정리

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ESFR은 소방기술사 시험에 단골로 출제되는 문제다. ESFR의 특징뿐만 아니라 이렇게 수원의 양을 계산하라는 10점 문제도 충분히 나올 수 있다. 이때 필요한 게 위 표를 외우는 거다. 숫자가 너무 많아서 어지러운가? 너무 정확하게 쓸 필요 없다. 우측으로 갈수록 방사압력이 커지고 아래로 갈수록 방사압이 감소한다는 규칙만 알면 된다. 층고와 K-factor 값 정도만 외워주면 충분하다.