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소방설비기사 실기 · 시스템 설계와 계산

System Design & Calculation

소방 기계 설비의 설계 계산은 수원량 · 유량 · 펌프 양정 · 배관 마찰 손실 · 펌프 동력을 하나로 이어서 푸는 일이다. 수원량과 펌프 양정이 맞지 않으면 맨 위층 노즐에서 법이 정한 방수압과 방수량이 나오지 않는다. 배관 구경을 어떻게 잡느냐에 따라 마찰 손실이 달라지고, 그 차이가 펌프 동력과 공사비로 이어져요. 건물 층수 슬라이더(한 층 3 m)와 마찰 손실 슬라이더를 옮기면 그림 오른쪽의 실양정 · 마찰 손실 · 방수압 수두와 그 합인 전양정이 함께 바뀐다.

펌프 양정(H) 계산

15층
10 m
펌프 전양정 식
H = hs + hf + hp
H: 전양정(m), hs: 실양정(높이 차), hf: 마찰 손실 수두, hp: 노즐 방수압을 수두로 바꾼 값(옥내 소화전 0.17 MPa ≒ 17 m)
💡 양정 계산에서 볼 것
①h_s 는 수조 물 표면에서 맨 위층 방수구까지의 높이 차다
②h_f 는 배관 길이 · 구경 · 유량에 따라 커지는 마찰 손실이에요
③h_p 는 노즐에서 필요한 최소 방수압을 수두로 바꾼 값이다
④실무에서는 이 합에 여유를 조금 더 얹기도 해요

유량과 수원량 정하기

유량 · 수원량

설비별 기준 유량과 수원량
옥내 소화전
수원: 130 × 2 × 20분 = 5,200 L(29층 이하)
130 L/min × 최대 2개
스프링클러
기준 개수 10 · 20 · 30, 20분 동안
80 L/min × 기준 개수
물분무
대상마다 L/min · m² 값이 정해져 있다
바닥 1 m² 당 방수량 × 방호 면적
옥외 소화전
수원: 350 × 2 × 20분 = 14,000 L
350 L/min × 최대 2개
수원량 식
Qw = N × q × T
Qw: 수원량(L), N: 기준 개수, q: 기준 유량(L/min), T: 방수 시간(min)

배관 마찰 손실 계산

하젠-윌리엄스 식
ΔP = 6.053 × 104 × L × Q1.85C1.85 × D4.87 [MPa]
ΔP: 마찰 손실 압력(MPa · 1 MPa 는 약 100 m 수두), Q: 유량(L/min), C: 조도 계수(흑관 습식 120), D: 관 안지름(mm), L: 배관 길이(m)

배관 구경

설비별 최소 배관 구경
설비수직 · 주 배관가지 배관
옥내 소화전수직 배관 50A 이상(연결 송수관 겸용 100A)40A 이상(호스릴 25A)
스프링클러헤드 수에 따른 구경표를 따름25A 이상
연결 송수관100A 이상-
⚠️ 마찰 손실을 줄이는 방법
①배관 구경을 키운다. 마찰 손실은 d^{4.87}에 반비례한다
②배관 길이를 줄인다. 곧게 가는 길이 유리하다
③밸브 · 이음쇠의 등가 길이를 빠뜨리지 않고 더한다
④고리 모양(loop) 배관은 물이 두 갈래로 흘러 한쪽으로만 가는 배관보다 손실이 작아요

수조와 펌프 고르기

수조 · 펌프

수조와 펌프를 고르는 기준
수조 용량
소화용으로 따로 확보하고, 다른 설비와 같이 쓰면 더한다
Q_w × 1.0 이상
펌프 토출량
기준 개수 × 기준 유량에 여유를 둔다
Q(L/min)
펌프 양정
h_s + h_f + h_p + 여유
H(m)
충압 펌프
배관 압력을 늘 채워 두어 주펌프가 쓸데없이 기동하지 않게 한다
적은 양을 토출
펌프 축동력
P = 0.163 × Q × Hη
P: 축동력(kW), Q: 유량(m³/min), H: 양정(m), η: 펌프 효율(0.6 ~ 0.8)

정리

기계 설비 설계의 세 가지 계산
① 양정 H = hs + hf + hp ② 수원량 Qw = N × q × T ③ 축동력 P
양정 · 유량 · 동력을 구해야 펌프와 수조를 고를 수 있어요
🎯 실기에서 묻는 것
①전양정 식 H = h_s + h_f + h_p 에서 각 항이 무엇인지
②설비별 기준 유량과 기준 개수: 옥내 소화전 130 L/min · 최대 2개, 스프링클러 80 L/min · 기준 개수
③하젠-윌리엄스 식의 변수와 조도 계수 C
④수원량 = 기준 개수 × 기준 유량 × 방수 시간
⑤충압 펌프는 배관 압력을 늘 채워 주펌프의 쓸데없는 기동을 막아요
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