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소방설비기사 소방기계시설 · 불활성기체 소화설비

Inert Gas Fire Suppression System

불활성 기체 소화 설비(IG-541 · IG-100 등)는 질소 · 아르곤 같은 기체를 방호 구역에 채워 산소 농도를 낮춰 불을 끈다. CO₂ 와 달리 사람에게 덜 위험하고 찌꺼기 · 온실 효과가 거의 없지만, 고압 용기가 많이 들어 저장 압력과 설계 농도를 따로 기억해야 한다. 약제량 계산과 함께 방출 뒤 사람을 대피시키고 남은 기체를 빼내는 절차도 봐요. 아래 표들은 약제 비교, 설계 농도 · 저장 압력, 약제량 식, 구성 기기, 약제 종류 · 방출 시간 · 안전 장치 순서로 이어져요.

도입: 공기 속 기체로 불을 끈다

💨 불활성 기체 소화의 원리
①불활성 기체 약제는 질소(N₂) · 아르곤(Ar) 같은 공기 속 기체로 만든다(IG-541 은 CO₂ 를 조금 섞는다)
②방호 구역에 방출하면 산소 농도가 21% 에서 12 ~ 14% 쯤으로 떨어진다(IG-541 설계 농도 36.5% 면 21 × 0.635 ≒ 13.3%)
③산소가 이만큼 줄면 대부분의 가연물이 더 타지 못해 질식으로 꺼진다
🌱 환경에 주는 영향
①ODP = 0(오존층 파괴 없음), GWP = 0(지구 온난화 기여 없음)
②공기 속에 있는 기체라 화학 반응 부산물 · 찌꺼기가 없다
③단점: 고압 용기가 많이 필요해 저장 공간이 크고 설비비가 높아요
🔬 질식 소화의 숫자
①공기 속 산소 농도: 약 21%(정상)
②산소 15% 이하: 대부분의 가연물이 타기 어렵다
③산소 12 ~ 14%: 불활성 기체 설계 농도에서 떨어지는 산소 농도예요

IG-541 · IG-100 · CO₂ 비교

불활성 기체 약제 비교

IG-541 vs IG-100 vs CO₂
구분IG-541IG-100 (N₂)CO₂
성분N₂ 52% + Ar 40% + CO₂ 8%N₂ 100%CO₂ 100%
소화 원리질식(O₂ 낮춤)질식(O₂ 낮춤)질식(O₂ 낮춤) + 냉각
설계 농도36.5~43.3%43.6~50.3%34~75%
ODP000
GWP001
저장 압력15/20/30 MPa15/20/30 MPa고압식 상온 약 6 MPa(용기 내압 시험 25 MPa) / 저압식 2.1 MPa(−18 ℃)
사람에게CO₂ 8% 가 호흡을 늘림질식 위험9% 넘으면 의식을 잃을 수 있음
찌꺼기없음없음없음
💡 IG-541 에 든 CO₂ 8% 의 효과
①IG-541 에 든 CO₂ 8% 가 혈중 CO₂ 농도를 조금 높인다
②숨 쉬는 중추가 반응해 호흡이 빨라지고, 산소가 줄어든 공기에서도 산소를 더 들이마신다
③그래서 CO₂ 소화 설비보다 사람에게 덜 위험해요

설계 농도와 저장 압력 기준

설계 농도

불활성 기체 설계 농도 기준
IG-541 표면 화재
일반 가연물(종이 · 목재)
36.5%
IG-541 심부 화재
면화 · 고무처럼 속까지 타는 것
43.3%
IG-100 표면 화재
질소 100% 라 설계 농도가 높음
43.6%
IG-100 심부 화재
약제가 많이 필요
50.3%
IG-55 (N₂50%+Ar50%)
섞는 비율에 따라 중간 특성
38.5~47.7%

저장 압력

저장 용기 압력
15 MPa (150 bar)
용기가 많아 저장실이 넓음
낮은 압력형
20 MPa (200 bar)
가장 흔함
표준형
30 MPa (300 bar)
용기가 적어 저장실을 줄임
높은 압력형

소요 약제량 산정

불활성 기체 약제량
X = 2.303 × VsS × log 100100 - C
X: 방호 구역 1 m³ 당 약제 부피(m³/m³), Vs: 20 ℃ 에서 약제 비체적(m³/kg), S: 방호 구역 최저 온도에서 비체적(m³/kg), C: 설계 농도(%). 전체 약제량은 X × 방호 구역 부피
저장 용기 수
저장 용기 수 N = 전체 약제 부피 ÷ (용기 1개 충전량)
20 MPa 용기 1개(68 L) ≒ 질소 약 10.6 m³(15 ℃, 1기압으로 환산)
📦 저장 공간 문제
①불활성 기체는 고압 기체로 저장하므로 같은 소화 능력에 용기가 많이 든다
②IG-541 로 100 m³ 를 설계 농도 36.5% 로 채우려면 약제 약 45 m³(X ≒ 0.45)가 들어, 1개 10.6 m³ 로 보면 용기 다섯 개쯤이 필요하다
③저장 용기실이 크므로 건축 설계 때 미리 협의해요

구성 기기와 설치 기준

구성 기기

불활성 기체 소화 설비 구성 기기
저장 용기
이음매 없는 고압 용기, 내압 시험 합격품
68L, 15/20/30 MPa
집합관(매니폴드)
함께 방출하기 위한 집합 배관
용기를 한데 연결
선택 밸브
여러 구역 가운데 불이 난 구역을 고름
방호 구역마다 1개
분사 헤드
A · C급 2분, B급 1분 안에 최소 설계 농도의 95% 방출(할로겐화합물보다 느림)
360° 방사형
압력 스위치
방출 확인 신호 → 방출 표시등 점등
배관 압력 감지
과압 배출구(릴리프)
압력이 갑자기 오르는 것을 막아 벽체 보호
방호 구역 벽
🔧 설치할 때 따질 것
①과압 배출구: 방호 구역 안 압력이 벽체가 견디는 값을 넘지 않게 넓이를 셈한다
②방호 구역 밀폐: 개구부는 자동으로 닫히고 환기 장치는 함께 멈춘다
③저장 용기실: 55 ℃ 이하로 유지하고 직사광선을 막고 환기를 확보해요

불활성 기체 종류별 특성

IG 종류

불활성 기체 약제 종류
IG-541
가장 흔하다. CO₂ 8% 가 호흡을 늘려 사람에게 가장 덜 위험
N₂ 52% + Ar 40% + CO₂ 8%
IG-100 (N₂)
순수 질소. 가장 단순하지만 설계 농도가 높아 약제가 많이 든다
N₂ 100%
IG-55
중간 특성. 유럽에서 많이 씀
N₂ 50% + Ar 50%
IG-01 (Ar)
순수 아르곤. 공기보다 약 1.4배 무거움
Ar 100%

방출 시간 비교

가스계 소화 약제 방출 시간 비교
약제방출 시간비고
할로겐화합물(HFC-227ea 등)10초 이내빨리 방출, 과압에 주의
CO₂1분(표면) / 7분(심부)표면 · 심부 화재로 나눔
불활성 기체(IG-541 등)A · C급 2분, B급 1분 이내고압 기체라 천천히 방출
분말30초 이내가압식 · 축압식 같음
📋 어디에 고를까
①IG-541: 전산실 · 통신실 · 미술관. 사람에게 덜 위험하고 환경 영향이 없다
②IG-100: 설비를 단순하게 하고 싶을 때. 순수 질소만 쓴다
③공통: ODP 0, GWP 0 이라 환경 규제에서 가장 자유로워요

안전 장치

불활성 기체 소화 설비 안전 장치
방출 지연 장치
전역 방출 때 사람이 피할 시간을 확보
20초 이상
음향 경보 장치
방호 구역 안팎에서 함께 경보
방출 전 경보
방출 표시등
방출 중 켜져 들어가지 못하게 함
출입구에 설치
자동 폐쇄 장치
댐퍼 · 도어 클로저와 연동
개구부 · 환기구
비상 조명
정전 때 피난 경로 확보
방호 구역 안

정리

불활성 기체 약제량 식
X = 2.303 × VsS × log 100100 - C
1 m³ 당 약제 부피 X = 2.303 × (Vs / S) × log[100 / (100 − C)], 전체 약제량 = X × 방호 구역 부피
🎯 시험에서 묻는 것
①IG-541 은 N₂ 52% + Ar 40% + CO₂ 8% 이고, CO₂ 가 호흡을 늘려 사람에게 덜 위험하다
②ODP 0, GWP 0 으로 환경 영향이 가장 작은 가스계 약제다
③설계 농도: IG-541 표면 36.5% · 심부 43.3%, IG-100 표면 43.6%
④방출 시간: A · C급 2분, B급 1분 이내로, 할로겐화합물(10초)보다 느리다
⑤저장 공간이 크므로 30 MPa 고압형을 쓰면 용기 수와 공간을 줄일 수 있어요
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