보구조 천장에서 스프링클러 살수장애의 기술적 이해

스프링클러 설치시 가장 까다로운 것 중의 하나가 살수장애를 고려하는 것인데 보구조 천장을 기준으로 설명해보겠습니다.

 

살수장애와 항상 충돌하는 개념이 헤드의 신속한 작동을 위한 천정이격거리입니다. 보로인한 살수장애를 피하기위해 헤드를 천장에서 지나치게 이격시키게 되면 천정열기류 범위를 벗어나 감열지연 문제가 발생하는 것입니다. 이 두 개념은 서로 충돌하는 것으로 엔지니어들에게 항상 고민의 대상이 됩니다. 그렇다면 살수장애와 신속한 감열 둘 중 어느것이 더 중요한가? 라는 물음에 NFPA 13에서는 스프링클러의 종류에 따라 약간씩 다른 늬앙스로 답하고 있습니다. 결론적으로 코드의 내용을 근거로 이해하기에는 물방울의 침투성능이 보다 중요한 CMSA, ESFR 스프링클러를 설치하는 저장창고의 경우 살수장애를 더 엄격하게 적용하고 있으며 우리가 흔히 설치하는 표준분무형스프링클러의 경우 신속한 작동에 좀 더 무게를 주고 있는 것으로 보입니다.

 

NFPA 13의 정의에 천장구조에 대해 살수장애구조와 살수비장애구조로 나누고 있습니다. 이것을 나누는 이유는 스프링클러 배치시 헤드의 천장이격거리기준(300mm이하)을 살수비장애구조와 분리하기 위한 것이며, 살수장애구조에서는 헤드의 천장이격거리를 최대 550mm 까지 허용하고 있습니다. 즉 살수장애구조에서만 550mm 기준 적용이 가능한 것입니다. 국내기준의 경우 살수장애와 살수비장애구조를 구분하지 않고 550mm 기준을 적용하는것이 다른 점이라 할 수 있습니다. 살수장애구조는 보와 보사이의 간격이 2.3m 이하로 규정하고 있습니다. 2.3m를 초과하는 경우는 살수비장애구조로 규정합니다. 따라서 살수비장애구조에서는 최대 550mm 기준을 적용하지 않고 300mm 기준을 적용해야 합니다.

 

살수장애구조는 보와 보사이가 비교적 좁게 형성된 구조로서 열기류의 이동을 방해하는 측면이 있으나 열기류가 보 포켓 내부에 축적되는 효과도 있어 스프링클러의 감열에 도움이 되는 측면도 있습니다. 이런 이유로 ESFR의 경우 1994년판? 까지는 설치천장의 구조를 살수장애구조로 제한하였으나 이후 수많은 시험을 통해 물입자가 큰 스프링클러의 경우 살수장애를 최소화하는 것이 성능확보에 더 유리하다는 것을 확인하고 1999년판 이후에서는 기준을 삭제하였다고 밝히고 있습니다. 이러한 열축적에 의한 이점을 고려하여 살수장애구조에서는 천정 이격거리를 550mm까지 이격하여도 감열시점의 적정성을 확보할 수 있었던 것으로 추정해봅니다.

 

다음은 NFPA13의 살수장애구조에서 표준분무형스프링클러에 대한 설치방법을 설명하고 있습니다.

 

 

 

그림(3)의 경우와 같이 살수장애가 필연적으로 발생하는 구조에서는 보와 보사이의 구획(Bay) 마다 스프링클러를 설치해야 합니다. 이는 살수장애보다 감열을 우선으로 적용한 것으로, 화염침투능력이 그다지 중요하지 않은 일반공간의 화재특성을 고려한 것으로 보입니다.

 

위의 기준을 정리하면 다음과 같습니다.

 

1. 보와 보사이 간격이 2.3m 이하인 경우, 원칙은 천정에서 300mm 이내에 헤드를 배치해야 하지만, 천장에서 최대한 550mm까지 이격할 수 있다. 다만 보하단 아래로 150mm 이상 떨어져서는 안되며, 살수장애 없이 배치해야 한다.

2. 천장에서 550mm 이격하여도 살수장애가 발생한다면 신속한 감열을 우선하여 천장에서 300mm 이내에 배치해야 한다.

3. 보와 보사이 간격이 2.3m를 초과하는 살수비장애구조인 경우에는 무조건 천정에서 300mm 이내에 배치해야 한다.

 

저장창고(적재물의 높이가 높은) 용도로 사용하는 입자가 굵은 스프링클러인 CMSA나 ESFR은 그림(3)과 같은 경우의 배치를 허용하지 않습니다. 그런 경우에는 임시천정을 설치하여 보의 깊이를 낮추거나 보의 하단부에 보조스프링클러를 추가로 설치하는 등의 대안을 요구하고 있습니다. 이는 물방울의 입자크기가 클수록 살수장애의 영향을 더 많이 받기 때문이고 그로인한 침투능력 저하로 화세제어/소화 성능에 악영향이 미치기 때문으로 추정해봅니다.