소방펌프의 진화

사실 진화라고 얘기 하기에는 특별한 기술은 아니지만 기존의 일반적인 소방펌프의 다양화라는 측면이라 할 수 있겠습니다.

 

근래들어 초고층건물이 많이 들어서면서 수계소화설비의 배관구성이 매우 까다로워진 측면이 많습니다. 가장 어려운 과제는 펌프의 압력을 저층부터 고층까지 어떻게 적절하게 배분하는가에 대한 문제의 고민이 많아졌습니다.

 

소화설비의 경우 유량변동의 폭이 커 소유량에서는 토출압력이 높아져 배관의 사용압력을 초과하는 문제의 해결을 위해 감압밸브를 설치하거나 고층부와 저층부를 분리하기도 하고 혹은 펌프를 일정구간 마다 별도로 배치하는 등 많은 기술을 동원하고 있습니다. 결국은 배관망이 복잡해져 설치비용의 증가는 물론 신뢰성 측면에서도 좋지 않은 결과를 가져올 수 있습니다.

 

이러한 문제의 해결을 위해 다양한 소방펌프에 대해 소개하고자 합니다. 다음의 1번과 2번 펌프는 NFPA 20에 정식으로 규정되어 있습니다.

 

1. Self-Regulating Variable Speed Fire Pump(가변속도 소방펌프)

 

Variable speed fire pump controller

 

특별피난계단의 가변RPM 급기송풍기와 유사한 소방펌프로 볼 수 있습니다. 소유량시 기존펌프의 경우 체절압력 근처까지 상승하지만 모터 회전수를 조절하여 압력상승없이 안정적으로 공급할 수 있겠습니다. 회전수를 조절하는 것이므로 특별한 기술은 필요없을듯 합니다. 아마도 토출압력이 정격압력을 초과하지 않고 일정하도록 RPM을 제어하는 방식으로 보입니다.

 

다음은 전통적인 소방펌프와 가변속도 소방펌프를 비교한 기술적 문서입니다. 출처는 호주의 펌프업체 같습니다.

 

VSD( Variable Speed Drive) 소방 펌프: 미래의 화재 방지 기술

• 정의: VSD 소방 펌프는 화재 방지 시스템의 정확한 수요에 맞춰 펌프 속도를 조절하는 "자동 변속기"와 같습니다. 이는 "고정 속도로 작동하는 자동차"와 같은 전통적인 펌프와 대조됩니다.
• 핵심 주장: VSD 소방 펌프는 "화재 방지의 미래"이며, "장기적으로 상당한 비용 절감과 골칫거리를 줄일 수 있습니다."

에너지 효율성: 비용 절감 및 환경 보호

• 문제점: 전통적인 펌프는 "수요가 낮을 때에도 종종 최대 속도로 작동하여 상당한 양의 전기를 낭비"합니다.
• VSD 솔루션: VSD는 "시스템 수요에 정확하게 맞춰 펌프 속도를 조절하여" 이러한 낭비를 제거합니다.
• 절감 효과: VSD 소방 펌프는 "전통적인 펌프에 비해 에너지 소비를 최대 40%까지 줄일 수 있습니다." 이는 호주와 같이 에너지 비용이 높은 지역에서 "연간 수만 달러에 달하는 상당한 절감 효과"를 가져올 수 있습니다.

신뢰성 향상 및 수명 연장

• 문제점: 고정 속도 펌프는 "필요하지 않을 때에도 지속적으로 최대 속도로 작동하여" 마모가 심하고 수명이 단축됩니다.
• VSD 솔루션: VSD는 "수요가 낮을 때 펌프가 낮은 속도로 작동하도록 하여" 마모를 줄입니다. 이는 모터 및 기타 부품의 스트레스를 줄여 수명을 연장하고 유지보수 필요성을 줄입니다.
• 이점: "더 긴 수명은 장기적으로 펌프 교체 횟수를 줄여 비용을 절감합니다."

강화된 시스템 보호: 수격 현상 방지

• 문제점: 전통적인 펌프는 펌프가 갑자기 시작되거나 멈출 때 "배관을 통해 충격파를 보내는" "압력 서지(수격 현상)"를 유발할 수 있습니다. 이는 "파이프, 밸브 및 기타 구성 요소를 손상시켜 값비싼 수리 및 잠재적인 시스템 고장"을 초래할 수 있습니다.
• VSD 솔루션: VSD는 "펌프의 부드럽고 제어된 시작 및 정지"를 제공하여 압력 서지를 제거하고 시스템 손상을 방지합니다.

소음 및 진동 감소

• 문제점: 고정 속도 펌프는 "시끄럽고 과도하게 진동하여" 불쾌한 작업 환경을 조성할 수 있습니다.
• VSD 솔루션: VSD는 "고정 속도 펌프보다 더 조용하고 부드럽게 작동합니다." 모터 속도를 조절하여 "소음과 진동을 크게 줄여" 더욱 편안하고 생산적인 작업 환경을 조성합니다.

시스템 설계 간소화

• 문제점: 전통적인 소방 펌프 시스템은 종종 압력을 유지하기 위해 "복잡한 압력 조절 밸브(PRV) 및 조키 펌프"를 필요로 합니다.
• VSD 솔루션: VSD는 펌프 속도를 조절하여 시스템 압력을 정밀하게 제어할 수 있으므로 "PRV 및 조키 펌프의 필요성을 제거합니다." 이는 시스템 설계를 간소화하고 설치 비용을 줄입니다.

 

2. Multistage Multiport Pump(다단 다포트 펌프)

 

 

국내에서 흔히 사용하는 다단펌프와 같은 구조인데 토출포트를 단별로 여러개 설치한 구조입니다. 각 단들이 직렬로 구성되어 있어 토출포트마다 유량은 변동없이 토출압력만 달라지게 됩니다. 따라서 고층부와 저층부 등 감압밸브 없이 하나의 펌프로 독립적인 배관을 구축할 수 있는 장점이 있습니다.

 

3. 플랫 H-Q커브 펌프

 

10여년 전에 실제 현장에 설치를 해보았던 펌프인데, 정격압력과 체절압력이 거의 동일한 H-Q Curve를 가진 펌프였습니다. 즉 헤드 1개 작동시와 헤드30개 작동시의 토출압력 변동이 거의 없는 특징을 가졌습니다. 회전수가 특이한것이 일반적인 4극 모터가 아닌 2극 모터로 정격회전수가 3500RPM 이었습니다.

 

[결론]

소방펌프는 사용유량의 범위가 넓어 안정적인 송수를 위해 최대한 H-Q Curve를 평탄하게 요구하고 있음에도 다양한 조건에 적용하기에 많은 애로점이 있습니다. 건물의 유형도 다양하고 초고층건물도 많이 세워지고 있어 다양한 기능의 펌프를 기술적으로로 활용하는 것도 엔지니어링의 발전에 도움이 될 것으로 생각합니다. 특히 초고층빌딩에는 배관망 구축의 한계를 상당부분 해소시켜줄 것으로 판단됩니다.