펌프 선정시 수리학적으로 가장 먼 구역은?

단순하게 소방펌프로 부터 가장 먼 구역으로 생각할 수 있으나 각 구역이 살수밀도(수평거리?)와 기준방수면적(기준갯수)이 다른 구역이 있을 경우에는 물리적으로 먼곳으로만 결정할 수 없습니다.

 

예를 들어 주상복합건물의 경우 높은 곳(양정이 높은)의 주거공간은 기준갯수가 10개지만 지하주차장의 경우 양정은 낮지만 기준갯수가 커 유량은 커지기 때문에 수리학적으로 어느 구역이 가장 불리한지는 단순히 판단하기에는 어렵습니다. 또 공장과 같은 산업시설의 경우 양정은 거의 비슷하지만 스프링클러 방호구역간 살수밀도와 기준방수면적이 상이한 곳이 많아 이 또한 쉽게 결정하기 어렵습니다.

 

NFPA 13에서는 스프링클러의 공급수원이 각각의 설계 구역의 소요유량을 만족하는지를 증명하는 자료를 요구하는데 이를 N185 그래프를 통해 증명하도록 하고 있습니다.

 

N185 양식

 

N185 그래프는 x축의 유량을 일정한 간격으로 나타내지 않고 앞단위 유량에 1.85승을 하여 펌프 등의 가압급수원의 H-Q 곡선과 시스템수요곡선을 직선으로 표현할 수 있도록 만든 양식입니다. 이는 펌프 양정을 결정하는 마찰손실이 유량의 1.85승에 비례하기 때문에 유량의 간격을 조정하여 직선으로 만들 수 있기 때문입니다. 따라서 이 양식은 직관적으로 공급과 수요의 적정성을 한눈에 확인이 가능합니다. NFPA13에서는 공급을 Supply라고 하며 수요를 Demand 라고 표현합니다. 

 

NFPA에서는 스프링클러의 급수원을 다양하게 사용하도록 하고 있습니다. 특히 공공상수도를 적극적으로 사용하고 있어 국내와 같이 반드시 소방펌프가 필요한 것은 아닙니다. N185 양식을 설명하기 위해 급수원은 소방펌프로 가정하고 설명하겠습니다.

 

 

위의 N185 양식에서 Zone1,2,3 의 스프링클러 방호구역에 필요한 펌프용량을 수리계산을 통해 산정한 결과를 양식에 점으로 찍습니다. 여기에서 소화전(Hose streams)은 스프링클러 유량에 소화전을 위한 추가 유량을 의미하며 Zone1,2는 이를 포함하여 계산한 것이며 Zone3는 수리계산시 추가 유량을 반영하지 않고 N185양식에서 소화전유량을 반영한 것입니다. NFPA13에서는 일반적으로 Zone3와 같이 추후 별도로 유량만 반영하는 것을 인정하고 있습니다. 단 국내의 경우 소화전펌프를 대부분 별도로 설치하므로 스프링클러 소요유량만 계산하면 됩니다.

 

파란선은 소화펌프의 H-Q 곡선을 직선화 한 것입니다. 위 양식에서는 Zone2의 수리계산 값을 기준으로 펌프의 정격양정과 유량을 결정한 것이며, 체절압력은 140% 양정의 65%에서 150% 유량점을 연결한 것입니다. 만일 기존의 펌프가 있거나 시상수도를 이용한다면 위의 파란선과 다른 형태가 될 것입니다. 

 

판단기준은 위의 양식에서 Zone1,3는 파란선 아래에 있으므로 Zone2의 결과를 펌프로 선정할 경우 만족할 수 있다고 판단하게 됩니다. 추후 증설 등의 추가 방호구역이 발생할 경우에도 위 양식을 통해 공급유량의 적정여부를 판단할 수 있습니다.

 

각 Zone의 소요직선을 연장하여 급수곡선과 만나는 점이 실제운전점입니다. Zone1을 예를 들면 필요한 유량인 5136 L/min이지만 실제 펌프 운전시 6000 L/min 이상 공급된다는 의미입니다. Zone3의 경우에는 소화전유량을 수리계산시 반영하지 않았기 때문에 실제 운전점은 대략적인 추정값 정도로만 판단하면 될 것입니다.

 

마지막으로 각 Zone의 소요직선의 출발점이 Zone1,3은 2bar에서 시작하고 Zone2는 4bar에서 시작합니다. 이는 펌프에서 최종 스프링클러 헤드까지의 낙차압력으로 Zone1,3은 20m, Zone2는 40m 라는 의미입니다. 시작점의 의미는 펌프의 토출압력이 낙차압력보다 커져야 비로소 유량이 흐르기 때문입니다.

 

N185 양식은 수계소화설비 설계시 수리역학적으로 가장 먼 방호구역을 결정하는데도 필요한 판단 양식이므로 엔지니어들의 좋은 도구가 되기를 바랍니다.