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43

교시

<4 >

다음 문제 중 10문제를 선택하여 설명하시오. ( 10 )각 점

※

문제1) 소방설비에 적용되는 배선공사를 용도별로 분류하고 적용설비와 시공방법을 기술하시오.

소방설비에서 사용되는 상용전선 및 비상전원선 등 배선은 화재 시 일정시간까지 그 기능이 유 (1)

지 되어야 하므로 내화 내열조치가 필요하다, .

배선은 사용전선과 사용배관을 총칭하는 의미로서 동일한 종류의 전선을 사용하여도 그 사용 배 (2)

관에 따라 내화 및 내열 배선으로 구분할 수 있다.

내화전선의 성능 (1)

불꽃으로 시간 가열 시간 경과 후 허용전류 용량 의 를 연결하여 내화시

750±5℃ 3 , 12 3A fuse

험 전압을 가한 경우 fuserk 단선되지 않을 것 내화배선용 전선의 종류

(2)

가. 600V 2종 비닐절연전선 (HIV)

나 가교 폴리에틸렌 절연비닐 외장 케이블. (CV Cable) 다 클로로플렌 외장 케이블.

라 강대외장 케이블. 마. Bus _ Duct

바 알루미늄 피복 케이블. 사. CD 케이블

아 아이파론 절연전선. 자. 4불화 에틸렌 절연전선 차 실리콘 절연전선. 카 연피 케이블. 타. MI 케이블 하 내화 전선.

내화배선 공사방법 (3)

가. MI 케이블 내화전선, 공사방법에 따를 것 cable

나 기타 전선.

금속관, 2종금속제 가요전선관 합성수지관 공사,

①

매립시

②

내화구조에 25mm 이상 매립 노출 시

③

내화성능의 배선전용실 배선용 샤프트 피트 덕트 내 설치

- , , ,

서로 다른 배관과 이상 이격하거나

- 15cm

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다른 용도 전선직경의 1.5배 불연성 격벽 설치

내열전선의 성능 (1)

가. 816±10℃ 불꽃으로 20분간 가한 후 불꽃 제거 시 초 이내 자연 소화되고 연소길이 이하

10 , 180mm

나. KSF 2257의 내화시험방법으로 15분간 380℃까지 가열 시 연소길이 150mm 이하

내열배선에 사용하는 전선 (2)

내화배선용 사용전선과 동일 내열배선 공사방법

(3)

가. MI 케이블 내화전선 내열전선, , 공사법에 따를 것

cable 나 기타전선.

전선관 공사

①

금속관 금속제 가요전선관 금속 덕트

- , ,

케이블 공사 적용 시 불연성 덕트 내 설치에 한함 -

노출 공사

②

내화성능의 배선전용실 배선용 샤프트 피트 덕트에 설치

- , , ,

다른 설비 배선과 이상 이격

- 15cm

다른 설비 배선 사이에 배선직경의 1.5배 높 이의 불연성 격벽 설치ㅇ

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45 소방설비용 배선에는 내화배선 및 내열배선이 있으며

(1) ,

일반적 공통사항은 전원 공급부에는 내화배선을 적용하며 기기의 동작에 필요한 조작 배선에는

(2) ,

내열배선이 적용된다.

소방용설비에 배선의 방법을 구체적으로 명시한 목적은 화재로 인한 소방설비용 배선이 화염 및 (3)

화재 플럼에 의한 고열 환경에 노출되어도 일정시간 동안 기능을 유지하여 경보 및 피난 및 화, 활동이 지속될 수 있도록 하기 위해서 임.

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문제2) 최근 2006년 12월에 개정 고시된 옥내소화전설비의 화재안전기준에서 펌프를 이용한 가압송수장치의 설치기준을 기술하시오.

가압송수장치는 수계소화설비의 중요한 구성요소로서 물에 압력을 가하여 물을 송수하기 위한 (1)

장치를 말한다.

가압송수장치는 고가수조방식 압력수조방식 펌프방식이 있는데 전동기의 구동에 의한 펌프방식

(2) , ,

이 가장 일반적이다.

펌프방식은 주로 임펠러의 원심력에 의해 물에 압력과 속도에너지를 부여하여 배관에 보내는 역 (3)

할을 한다.

전동기 또는 내연기관에 따른 펌프를 이용하는 가압송수장치는 다음의 기준에 따라 설치하여야 한다.

쉽게 접근할 수 있고 점검하기에 충분한 공간이 있는 장소로서 화재 및 침수 등의 재해로 인 (1)

한 피해를 받을 우려가 없는 곳에 설치할 것.

동결방조치를 하거나 동결의 우려가 없는 장소에 설치할 것

(2) .

(3) 소방대상물의 어느 층에 있어서도 당해 층의 옥내소화전 개 이상 설치된 경우에는(5 5개의 옥내 소화전 을 동시에 사용할 경우 각 소화전의 노즐선단에서의 방수압력이) 0.17 ㎫(호스릴옥내소화 전설비의 경우에는 0.25 ㎫ 이상이고 방수량이, 130 /min(ℓ 호스릴옥내소화전설비의 경우에는 60ℓ 이상이 되는 성능의 것으로 할 것 다만 하나의 옥내소화전을 사용하는 노즐선단에서의

/min) . ,

방수압력이 0.17 ㎫을 초과할 경우에는 호스접결구의 인입측에 감압장치를 설치하여야 한다. 펌프의 토출량은 옥내소화전이 가장 많이 설치된 층의 설치개수 옥내소화전이 개 이상 설치

(4) ( 5

된 경우에는 5 )개 에 130[l/min]를 곱한 양 이상이 되도록 할 것. 펌프는 전용으로 할 것

(5) .

펌프의 토츨측에는 압력계를 체크밸브 이전에 펌프토출측 플랜지 가까운 곳에 설치하고 흡입

(6) ,

측에는 연성계 또는 진공계를 설치할 것.

가압송수장치에는 정격부하운전시 펌프의 성능을 시험하기 위한 배관을 설치할 것

(7) .

가압송수장치에는 체절운전시 수온의 상승을 방지하기 위한 순환배관을 설치할 것

(8) .

기동장치로는 기동용수압개폐장치 또는 이와 동등 이상의 성능이 있는 것을 설치할 것

(9) .

기동용수압개폐장치 압력챔버 를 사용할 경우 그 용적은 이상의 것으로 할 것

(10) ( ) 100[l] .

수원의 수위가 펌프보다 낮은 위치에 있는 경우에는 물올림장치를 설치할 것

(11) .

(12) 기동용수압개폐장치를 기동장치로 사용할 경우에는 다음의 각목의 기준에 따른 충압펌프를 설 치할 것 다만 옥내소화전이 각층에. , 1개씩 설치된 경우로서 소화용 급수펌프로도 상시 충압 이 가능하고 다음 가목의 성능을 갖춘 경우에는 충압펌프를 별도로 설치하지 아니할 수 있다.

가 펌프의 토출압력은 그 설비의 최고위 호스접결구의 자연압보다 적어도. 0.2 ㎫이 더 크도록 하거나 가압송수장치의 정격토출압력과 같게 할 것

내연기관을 사용한 경우의 설치기준 국가화재안전기준 참조

(13) ( )

가압송수장치에는 옥내소화전펌프 라고 표시한 표지를 할 것

(14) “ ” .

가압송수장치가 기동이 된 경우에는 자동으로 정지되지 아니하도록 할 것

(15) .

소화주펌프의 자동정지는 문제가 있어서 의 규정과 같이 수동으로 정지되도록 년

- NFPA 2006

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47 월에 개정되었다

12 .

국제미터협약이 체결되어 각종 단위를 표기함에 있어 단위의 사용 권고에 따라 이를 개선함

(1) SI .

를 로 를 로 를 를

-“1.7 / ”㎏ ㎠ "0.17MPa" “2.5 / ”㎏ ㎠ "0.25MPa” “7 / ”㎏ ㎠ “0.7MPa”, “2 / ”㎏ ㎠ 로 개정함

“0.2MPa” .

화재시 기동된 가압송수장치가 송수 중에 자동으로 정지되어 화재진화에 지장을 초래하는 사례 (2)

가 있어 자동정지 되지 않도록 함

기동용 수압개폐장치의 설정방법은 에 의한 방식과 일본식이 있으며 국내법규에는 설정방

(1) NFPA

법이 명문화되어 있지 않다.

의 경우 충압펌프의 정지점이 체절압력 최소정수압으로 배관내의 압력을 항상 체절압력

(2) NFPA +

이상으로 유지하고 있어 유지관리상 유리하고 주펌프의 정지는 수동으로 정지 하도록 규정되어 있다.

따라서 국내에서도 주펌프를 수동으로 정지하도록 년 월에 국가화재안전기준이 개정되

(3) , 2006 12

었다.

또한 단위를 에서 로 개정하였다

(4) , ㎏ ㎠/ MPa .

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문제3) 이산화탄소소화설비의 구성요소 원리 수동조작방법을 기술하시오, , .

(1) CO₂ 소화설비는 화재시 액상으로 저장되는 CO₂가스가 기화하면서 질식소화와 줄 톰슨효과에 의- 한 냉각소화를 이용한 것이다.

(2) CO2약제는 무색무취 비전도성 가스로서 액화가 용이한 불연성 가스이다.

(3) CO₂소화약제는 자체 증기압이 높으며 화재심부까지 침투가 용이하고 전기부도체이므로 C급 화 재에 이용이 가능하다.

소화 후 잔존물이 없어 전산실 등 정밀장치의 소화에 효과적이다

(4) .

지금까지 소규모 건물에는 주로 고압식

(5) CO₂소화설비가 설치되었으나 원자력발전소 화력발전소,

등 대규모 시설에는 저압식 설비가 경제적이다.

저압식설비가 외국에서는 많이 시공되고 있으며 최근 국내에서도 일부 시공되고 있다

(6) .

공기 중의 산소농도는 이며 화재시에 가연물에

(1) 21% CO2약제를 방출하여 산소농도를 15%이하로

하여 질식소화를 하는 것이 CO2소화설비의 주 소화효과이다.

또한

(2) , CO2약제가 방출될 때 줄 톰슨효과에 의해 주위의 열을 흡수하므로 냉각소화효과도 부수적- 으로 있다.

(3) CO2소화약제는 대기압 및 상온에서는 기체상태로 존재하나 냉각에 의해 쉽게 액화되며 용기에 저장시에는 액상으로 보관한다.

고압식 의 구성

(1) System

소화약제의 저장용기 1)

기동장치 자동식기동장치 수동식기동장치

2) - ,

제어반 및 화재표시반 3)

배관 4)

선택밸브 5)

분사헤드 6)

자동식 기동장치의 화재감지기 7)

음향경보장치 8)

자동폐쇄장치 9)

저압식 의 구성요소

(2) System

저장용기 냉동기 시스템, , Control Valve(Tank shut-off Valve, 주 Valve, 선택 Valve), 배관 헤다 파이프

( : SCH 80, Branch Pipe : SCH40)

화재의 발생을 감지시스템의 고장이나 감지기의 작동 이전에 사람이 발견하였을 경우에 수동조 (1)

작함의 기동스위치를 누르면 해당구역에 싸이렌이 울리고 CO2제어반에서 일정시간이 경과된 후 에 저장용기를 개방한다.

방호구역이 개 이상인 경우에는 화재 발생구역의 선택밸브를 개방하여 둔다

(2) 1 .

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49 저장용기의 개방으로 인하여

(3) CO2소화약제가 해당구역으로 방출되면서 압력스위치가 작동하여 방 출표시등을 점등시키고 가스방출압력으로 개구부를 폐쇄하며 소화를 한다.

기동방식에는 수동기동방식과 자동기동방식이 있으며 자동기동방식은 자동화재탐지설비와 연동 (1)

하여 가스를 방출하는 방식으로 전기식 기계식 가스압식이 있다, , . 수동기동방식

(2)

직접 수동방식

①

CO₂ 용기밸브를 직접 수동으로 개방하는 방식으로서 가장 단순한 설비이다.

원격 수동방식

②

용기밸브를 원격조작으로 개방하는 방식으로서 화재를 발견하는 경우 조작자 또는 관리자 등, 에 의해 조작이 용이한 위치에 기동용 조작함을 설치하고 이 조작함의 조작에 의하여 용기밸브

또는 기동용기 가 개방되어 가스를 방출하도록 하는 방식이다

( ) .

전기적 원격수동방식

③

기동장치에 전기를 사용하는 것으로서 조작함 등에 부착된 누름버튼에 의하여 용기밸브를 개방 하는 방식이다.

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문제4) 유체유동시 마찰손실에 큰 영향을 미치는 점성계수( )μ 의 차원을 구하 고,

h

d ․ ^v2

2g식에 의한 실험결과 증명된 내용에 대하여 기술하시오.

의 점성법칙 (1) Newton

유체의 전단응력은 점성계수와 속도구배에 비례한다.

즉, τ = μ△v

△y = μdv

dy [전단저항= 점성× 상대속도

유체층의　두께] 이다. 여기서, τ : 전단응력 또는 전단저항

μ : 점성계수 dv

dy : 속도구배 또는 전단변형율 점성계수의 단위

(2)

공학단위 : 1P = 1g/cm s = 1dyne s/ㆍ ㆍ ㎠ = 1

98kgfㆍ ㎡s/

단위

SI : N s/ㆍ ㎡ = (N/㎡ ㆍ) s = Pa sㆍ 점성계수 의 차원

(3) ( )μ

(N/㎡ ㆍ) s =

kg m s²

m² × s = kg m

s² m² × s = kg

s m = kg m⁻¹ s⁻¹ 즉 차원은, [ML^-1 T^-1]이다.

h_L= λ ℓ d

v² 2g

의 식 (1) Darcy-Weisbach

유체가 배관내를 흐를 때 마찰손실을 구하는 이론식은 여러 가지가 있으나 일반적으로 배관의 1)

마찰 계산에서 Darcy-Weisbach의 식을 이용한다. 실험에 의하면 손실수두는 속도수두

2) (v²

2g 와 배관길이) (L)에 비례하고

관경(d)에 반비례한다 이때 비례상수를. λ 관마찰계수 라 하면 다음과 같은( ) Darcy-Weisbach의 공식이 된다.

h_L= λ ℓ d

v² 2g

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51 층류에서의 관마찰계수

(2)

층류는 유체 층간에 미끄러짐이 있을 뿐 질서정연하게 흐르는 흐름이며 이에 비해 난류는 유

1) ,

체입자가 불규칙한 흐름으로 인하여 무질서하게 흐르는 흐름이다.

단면이 일정한 원형배관에서의 수 에 의한 실험결과

2) Reynold (Re)

층류 : Re < 2100

천이흐름 : 2100<Re<4000 난류 : Re > 4000

수평 원형배관에서 비압축성유체가 정상류로 흐르는 층류의 경우에는 이를 수리적으로 계산하 3)

면 마찰계수 λ = 67

Re 가 된다.

난류에서의 관마찰계수 (3)

층류에서의 마찰계수

1) (λ 는 오직) Re와 배관의 형태에 의해서만 결정되며 배관의 조도와는 무관 하다 이는 층류의 경우 유속이 포물선형태가 되어 배관벽 부근에서는 속도가 매우 느린 관계. 로 속도에 별로 영향을 미치지 않기 때문이다.

그러나 난류에서는 속도가 벽 근처에서도 매우 빠르기 때문에 배관의 조도가 속도에 영향을 주 2)

므로 관마찰계수(λ 는 조도와도 관계가 된다) . 따라서 난류의 경우 관의 조도로 인하여

3) λ는 실측에 의해 구하여야 하며 여러 실험식이 있으나

보통 다음의 식을 이용하여 산출한다.

λ = 0.0055 [1 + (2000

d + 10⁶ Re )

1 3

여기서, : 절대조도(m) 배관직경 d : (m)

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문제5) 전기실의 크기가 가로 35m, 세로 30m, 높이 7m인 방호공간에

청정약제소화설비론 아래 조건에 따라 설치할 경우 다음 문제의 답을 기술하시오.

조건

< >

의 설계농도는 임

1) HCFC Blend A 8.5%

용기는 용 임

2) HCFC Blend A 68ℓ 50㎏

용기는 용 로 적용

3) IG-541 80ℓ 12㎥

의 설계 농도는 로 한다

4) IG-541 37% .

의

5) HCFC Blend A K₁= 0.2413, K₂= 0.00088임

방사시 온도는 상온 을 기준으로 한다

6) (20℃) .

기타 조건은 무시한다

7) .

의 약제량 과 최소 약제 저장용기수는 몇 병인가

1) HCFC Blend A ( )㎏ ?

의 최소 약제용기수는 몇 병인가

2) IG-541 ?

적용 (1)

방호구역에 가스계 소화약제를 방사시 방호구역내의 누설부위를 통해서 유출되는 공기 및 소화약 제가 없는 것으로 보는 것을 무 유출이라 하는데 Halon, Halon carbon등 무유출이 되는 약제 산 정에 적용된다.

공식 (2)

W= V S

C

100−C

여기서, W(kg) : 소요 약제량 방호구역의 체적 V(㎥) :

비체적

S( /kg) :㎥ (Specific Volume),

S = K +K ×t(℃), 여기서, K , K 는 선형상수 방호구역의 최소 예상 온도

t : (℃)

설계농도 소화농도 에 안전계수 급 급 를 곱한 값 C(Vol%) : , (%) (A,C 1.2, B 1.3)

적용 (1)

약제가 고농도로 방사되면 약제의 체적이 커지고 약제의 압력으로 공기가 외부로 자연스럽게 누 출되는 것을 자유유출이라 하는데 CO₂소화설비나 불활성 가스등 자유유출이 되는 약제 산정에 적용된다.

공식 (2)

X = 2.303 (V_S

S )log ( 100 100−C )

여기서, X : 공간체적당 더해진 소화약제의 부피 (m³/m³) 체적에 따른 소화약제의 설계농도

C : (Vol%)

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53 방호구역의 최소예상온도

t : ( )℃

V_s : 20℃에서 소화약제의 비체적( /kg)㎥ 소화약제별 선형상수

S : (k₁+k₂×t)[ /kg]㎥

의 약제량 과 최소약제 저장 용기수 (1) HCFC Blend A (kg)

약제량 1) (kg)

W = V S

C

100−C

여기서, V(m³) : 35m × 30m × 7m = 7350[m³]

S = K +K ×t( ) = 0.2413 +(0.00088×20) = 0.2589℃ 이므로

C(Vol%) : 8.5 W = V

S

C

100 − C = 7350

0.2589× 8.5

100−8.5 = 2637.26[kg]

저장 용기수 (2)

2637.26[kg] ÷ 50[kg] = 52.745 따라서, 53병을 설치한다.

의 최소약제 용기수 (3) IG-541

약제량 1)

X = 2.303 (V_S

S )log ( 100 100−C ) 여기서, C : 37%

V_s : 20℃에서 소화약제의 비체적(m /kg) 소화약제별 선형상수

S : (K +K ×t)[m³/kg]

V_s : 가 20℃에서 소화약제의 비체적이므로 V_s의 값은 S의 값과 같게 된다. 따라서,

X = 2.303 (V_S

S )log ( 100

100−C ) ⁼ 2.303log ( 100 100 − C )

= 2.303log ( 100

100 − 37 ) = 0.462 (m³/m³) 0.462 (m³/m³) × 7350[m³] = 3395.7[m³] 최소약제 용기수

2)

3395.7[m³] ÷ 12[m³] = 282.975 따라서, 283병을 설치한다.

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문제6) 다음과 같은 배관 Network에서 유량 2,000 lpm인 방수총을 사용할 경우, A B 구간의 마찰손실을 구하시오.

단 공식은

( , Hazen & William

P = 6.17 10

Q

C

D

폐회로 배관망에서의 유체역학적 원칙 (1) loop

유입점과 유출점의 유량은 동일하다.

①

Q_A= Q₁+ Q₂+ Q₃^{B (질량보존의 법칙)} 각 경로별 마찰손실은 동일하다.

②

ΔP₁= ΔP₂= ΔP₃ (에너지보존의 법칙) 의 마찰손실계산식 (2) Hazen-Williams

P = 6.17 10⁵ Q^1.85

C^1.85 D^4.87 L 여기서, P : 마찰손실압력(kgf/ )㎠

유량 Q : ( pm)ℓ

조도계수 C :

관의 내경 D : (mm)

전체 배관의 길이 직관장 부속 밸브의 등가관장

L : (m) (= + ㆍ )

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55

경로 ① 경로 ②

유량 Q₁=? Q₂^=?

조도계수 C₁=100 C₂⁼¹⁰⁰

관의 내경 D₁=204.6mm D₂=204.6mm 배관길이 L₁=(200+10.7+1.2+4+4+1.2+10.7)m

=231.8m

L₂=(180+10.7+1.2+4+4+1.2+10.7)m

=211.8m

유량 관계 (1)

Q₁+ Q₂= 2, 00 0lpm 마찰손실압력 관계 (2)

P₁= P₂이므로

6.17 10⁵ Q₁^1.85

C₁^1.85 D ^4.87₁ L₁= 6.17 10⁵ Q₂^1.85

C₂^1.85 D ^4.87₂ L₂ 여기서, C₁= C₂, D₁= D₂이므로 정리하면₩

Q₁^1.85 L₁= Q₂^1.85 L₂

Q₁^1.85 231.8m = Q₂^1.85 211.8m

Q₁^1.85= 211.8

231.8 Q₂^1.85 양변에 1

1.85 승 하면 Q₁ = 0.9524Q₂ 유량 계산

(3)

Q₁+ Q₂= 2, 000lpm Q₁= 0.9524Q₂이므로 0.9524Q₂+ Q₂= 2, 000lpm (0.8524 + 1 )Q₂= 2, 000lpm

Q₂= 2000

1.8524lpm = 1079.68lpm

Q₁= 2, 000lpm − 1079.68lpm = 920.32lpm

마찰손실 계산 (4)

경로 1) ①

P₁= 6.17 10⁵ Q₁^1.85

C₁^1.85 D^4.87₁ L₁

= 6.17 10⁵ 920.32^1.85

100^1.85 204.6^4.87 231.8

= 0.0484[kgf/ ]㎠

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경로 2) ②

P₂= 6.17 10⁵ Q₁^1.85

C₂^1.85 D^4.87₂ L₂

= 6.17 10⁵ 1079.68^1.85

100^1.85 204.6^4.87 211.8

= 0.0594[kgf/㎠]

상기와 같이 계산한 결과 A-B 구간의 마찰손실은 0.0594[kgf/㎠]]이다