스프링클러소화설비

[REDSTONEDOOR]

스프링클러(Sprinkler)설비

1. 개 요

스프링클러설비는 1723년 영국의 화학자인 A. Godfrey에 의하여 만들어졌다. 이 설비는 단순히 물통과 도화선으로 구성되어 화재 시 화염이 도화선에 점화, 화약이 폭발하여 물통의 물이 방출되는 간이설비였다. 그 후 1874년 미국에서 오늘날과 같은 자동 스프링클러헤드가 개발되어 실용화되기에 이르렀다.

스프링클러설비는 폐쇄형 스프링클러헤드방식과 개방형 스프링클러헤드방식으로 대별되는데 폐쇄형방식은 습식, 건식, 준비작동식 등이 있으며 개방형방식은 대량의 물을 일시에 살수하여야 하는 장소에 설치하는 설비로서 일제살수식(Deluge system)이라고 한다.

2. 장․단점

가. 장점

     ◦ 초기 진화에 절대적인 효과가 있다.

     ◦ 소화제가 물이라서 값이 싸고 소화 후 복구가 용이하다.

     ◦ 감지부의 구조가 기계적이므로 오동작이나 오보가 없다.

     ◦ 조작이 간편하며 안전하다.

     ◦ 완전 자동으로 사람이 없는 야간이라도 자동적으로 화재를 감지하여 소화 및 경보를 해준다.

나. 단점

     ◦ 초기 시설비가 고가이다.

     ◦ 시공이 타 시설보다 복잡하다.

     ◦ 물로 인한 피해가 심하다.

3. 스프링클러설비 방식의 비교

표 1) 설비방식의 구성

방식  구분	습  식	건  식	준비작동식	일제살수식
1차측	가압수	가압수	가압수	가압수
2차측	가압수	압축공기	대기압	대기압
밸브 종류	자동경보밸브 (알람체크 밸브)	건식 밸브	준비작동 밸브	일제개방밸브 (델류즈밸브)
헤드 종류	폐쇄형 헤드	폐쇄형 헤드	폐쇄형 헤드	개방형 헤드

4. 스프링클러헤드

가.  표준형 헤드

 일반적으로 널리 사용하는 헤드로 RTI가 80∼350 열전도 계수(C) 값이 2.0 을 초과하지 않는 헤드

① 상향식

② 하향식

③ 측벽형

나. 건식스프링클러헤드

물과 오리피스가 배관에 의해 분리되어 동파를 방지할 수 있는 스프링클러헤드

다.  주거형스프링클러헤드

① 폐쇄형헤드의 일종으로 주거지역의 화재에 적합한 감도ㆍ방수량 및 살수분포를 갖는 헤드(간이형스프링클러헤드를 포함)

② RTI의 값은 50이하

라. 화재조기진압용스프링클러헤드

특정 높은 장소의 화재 위험에 대하여 조기에 진화할 수 있도록 설계된 스프링클러헤드

마.  라지드롭형스프링클러헤드(ELO)

① 동일조건의 수압력에서 큰 물방울을 방출하여 화염의 전파속도가 빠르고 발열량이 큰 저장창고 등에서 발생하는 대형화재를 진압할 수 있는 헤드

② 표준형 헤드로는 고강도 화재시 분사한 물방울이 강력한 화세를 뚫고 화염의 바닥에 침투할 수 없어 조기 진화 및 소화목적을 이룰 수 없다. 표준형보다 상대적으로 많은 양의 물이 화세에 침투하여 소화할 수 있도록 큰 물방울 입자를 방사하도록 개발된 헤드

③ 가지관 직경 : 32~mm 이상 50mm 이하

④ NFC에서는 건식 및 준비작동식에도 사용할 수 있도록 규정

바. 조기작동형스프링클러(ESFR)헤드

① 라지드롭 스프링클러를 보완하여 조기감지의 감도성능과 함께 화재초기 강력한 화세에 침투할 수 있도록 입자가 큰 물방울을 방사하도록 한 헤드

② 당해 층의 높이가 12.2m 이하일 것. 천정의 기울기는 1000분의 168을 초과하지 않을 것.

③ 습식배관으로만 설치하고 상시 보온이 되거나 얼지 않도록 할 것.

④ 최말단 가지배관 4개 헤드가 동시에 개방 시 선단 압력

- 천장높이 9.1m미만 : 0.35MPa 이상

- 천장높이 9.1~12.2m : 0.51 MPa 이상, 60분 이상

사.  플러쉬스프링클러헤드(Flush type sprinkler head)

부착나사를 포함한 몸체의 일부나 전부가 천정면 위에 설치되어 있는 스프링클러헤드

아.  리세스드스프링클러헤드(Recessed sprinkler head)

부착나사이외의 몸체 일부나 전부가 보호집안에 설치되어 있는 스프링클러헤드

자. 컨실드스프링클러헤드(Concealed sprinkler head)

리세스드스프링클러헤드에 덮개가 부착된 스프링클러헤드

차. 인랙스프링클러헤드(In-Rack sprinkler head = intermediate sprinkler head)

① 랙크식 창고에서 중간단에 설치.

② 상단 헤드의 살수에 의하여 하단 헤드 감열에 지장을 주지 않도록 보호 판을 설치한 헤드

5. 헤드의 표시사항

헤드에는 다음 사항을 보기 쉬운 부위에 잘 지워지지 아니하도록 표시하여야 한다. 다만, ②~④, ⑨~⑪은 포장 또는 취급설명서에 표시 가능

① 종  별

② 형  식

③ 형식승인번호

④ 제조번호 또는 로트번호

⑤ 제조년도

⑥ 제조업체명 또는 상호

⑦ 표시온도(폐쇄형헤드에 한한다)

⑧ 표시온도에 따른 다음표의 색표시(폐쇄형헤드에 한한다)

표 2) 헤드 표시온도 표시

유리벌브형		퓨지블링크형
표시온도( ℃)	액체의 색별	표시온도( ℃)	후레임의 색별
57 ℃	오렌지	77 ℃ 미만	색 표시 않함
68 ℃	빨  강	78 ℃ ～ 120 ℃	흰  색
79 ℃	노  랑	121 ℃ ～ 162 ℃	파  랑
93 ℃	초  록	163 ℃ ～ 203 ℃	빨  강
141 ℃	파  랑	204 ℃ ～ 259 ℃	초  록
182 ℃	연한자주	260 ℃ ～ 319 ℃	오렌지
227 ℃ 이상	검  정	320 ℃ 이상	검  정

⑨ 최고주위온도(폐쇄형헤드에 한한다)

⑩ 취급상의 주의사항

⑪ 품질보증에 관한 사항(보증기간, 보증내용, A/S방법, 자체검사필증 등)

6.  헤드의 방수량

헤드는 방수압력 0.1MPa(1㎏/㎠)에서 방수량 측정 시 다음 기준 적용

표 3) 헤드의 방수계수

호 칭	K	건식스프링클러의 K
10	57±3	57±5
15	80±4	80±6
20	115±6	115±9

7.  폐쇄형 스프링클러헤드(NFSC 103⑩)의 수평거리

표 4) 헤드의 수평거리

설치장소	설치기준
무대부	수평거리 1.7m 이하
기타구조	수평거리 2.1m 이하
내화구조	수평거리 2.3m 이하
랙크식 창고	수평거리 2.5m 이하
아파트	수평거리 3.2m 이하

8. 스프링클러헤드의 배치기준

가.  표시온도

표 5) 헤드의 표시온도

설치장소의 최고 주위온도	표시온도
39℃ 미만	79℃ 미만
39~64℃ 미만	79~121℃ 미만
64~106℃ 미만	121~162℃ 미만
106℃ 이상	162℃ 이상

나.  헤드의 유효반경

① 무대부, 특수가연물을 저장 또는 취급 :  수평거리 1.7m 이하

② 랙크식창고 : 수평거리 2.5m 이하

③ 아파트 : 수평거리 3.2m 이하

④ 기타 : 수평거리 2.1m이하(내화구조 : 2.3m이하)

⑤ 측벽형헤드간 거리

- 설치폭 4.5m 이내 : 3.6m 이하 한쪽 벽에 일렬

- 폭 4.5~8m 이내 : 3.6m 이하, 양쪽 벽에 일렬, 마주보는 헤드가 나란히꼴

⑥ ESFR헤드

- 방호면적 : 7.4~9.3㎡ 이하

- 가지배관 헤드사이의 거리 : 천장높이가 9.1m 미만 - 2.4~3.7m 이하, 천장높이 9.1~ 12.2m 이하 - 3.1m 이하

다.  NFC 참조

① 위험등급, 살수밀도, 방호면적, 최대배치거리 등에 의하여 헤드를 배치

② 조절판(baffle) 스프링클러헤드 사이의 이격거리가 1.8m 이내인 경우 인접 스프링클러 가 물에 젖어 적동의 지연 및 제약(skipping 현상)을 받게 되므로 이곳에는 조절판(baffle)을 설치

라.   랙크식 창고의 헤드 설치 높이(NFSC 103⑩)

① 특수가연물 : 4m 이하

② 기타 : 6m 이하

9.  스프링클러헤드 설치장소(NFSC 103⑩)

① 보일러실

② 복도

③ 슈퍼마켓

④ 소매시장

⑤ 위험물 취급장소

⑥ 특수가연물 취급장소

10. Skipping현상(Cold Soilding)

가.  개요

① 스프링클러설비에서 발생되는 현상

② 화재발생시 초기에 개방된 스프링클러헤드로부터 방사된 물이 주변 헤드에 직접 적셔지거나 또는 방사된 많은 물방울들이 화재 시 발생되는 열기류에 의하여 동반 상승되어 인근에 근접한 헤드에 부착하여, 열적축적온도에 의하여 개방되는 스프링클러헤드의 퓨지블링크(감열부)를 냉각

③ 주변 헤드의 개방을 지연시키거나 미개방되도록 함

나.  원인

 가. 스프링클러헤드가 상호간 너무 인접해 있을 경우

- 이 경우는 주택형 스프링클러헤드의 경우에 많이 발생

 나. 폐쇄형헤드 간 설치거리가 1.8m이내인 경우

다. 대책

① 헤드간의 거리가 너무 가까워도 좋은 것만은 아니며 최소한 1.8m이상 되도록 설치

Skipping현상 방지를 위한 헤드 간격(S)

-  NFPA : S = 1.8m 이상 유지

- FM   :  S = 2.1m 이상 유지

- IRI   :  S = 2.4m 이상 유지

② 이미 1.8m이내에 헤드가 설치된 경우는 헤드와 헤드사이에 차폐판(Baffle Plate)을 설치

③ 스프링클러헤드가 드렌처헤드로부터(수막설비) 1.8m 이내에 설치된 경우

가. 먼저 작동된 드렌처헤드의 방사된 물로 인하여 주변에 설치된 폐쇄형 스프링클러헤드에 적셔져서 Skipping현상 발생

나. 개방형인 드렌처헤드를 Recessed baffle pocket내에 설치하여, 드렌처헤드의 방사된 물이 주변헤드를 적시지 않도록 한다.

④ 랙크식창고와 같이 헤드가 수직상태로 여러 개가 설치된 경우, 아래 부분에 설치된 헤드는 상부에 설치된 헤드로부터 방수된 물에 의하여 적셔져서 하부의 헤드가 터지지 않거나, 헤드와 화점 간의 거리가 너무 멀어서 작동지연이 발생

- In-Rack 스프링클러헤드 설치 : 상부 스프링클러헤드로부터 방수되는 물로 인한 영향을 받지 않도록 헤드 윗부분에 보호판이 부착된 In-Rack헤드를 설치

- 화재조기진압형헤드(ESFR : Early Suppression Fast Response Head) 설치 : ESFR헤드는 화재 초기에 작동될 수 있도록 빠른응담의 감도성능(RTI=28√m․sec)과 화재발생초기에 강력한 화세를 침투할 수 있도록 입자가 큰 물방울(오리피스 직경 17.8mm)을 방사하는 특성. 이러한 특성 때문에 천장높이가 13.7m이하인 랙크식창고의 경우 ESFR헤드를 설치 시에는 다단이 아닌 천장에만 설치하므로 인해서 Skipping현상을 방지

⑤ 화열의 상승기류로 이해서 스프링클러헤드에서 방수되는 물이 상부로 상승되면서 주변의 헤드를 적셔서 헤드를 냉각시키는 경우 Skipping현상 발생

- 스프링클러헤드에서 방수되는 물방울의 크기를 크게 해서 화염을 침투하여 소화가 가능하도록 Large Drop 스프링클러헤드 사용

- Large Drop 스프링클러헤드

      Ｏ K facter = 160~167

      Ｏ Ø(오리피스구경) = 16.3mm

라.  ESFR 스프링클러시스템 수원의 기준

수원의 양(㎥) = 20.3√p × 헤드 12개 × 60분

이 때 압력 P(MPa)은 다음 표와 같다

표 7) 천장 높이에 따른 방수 압력(MPa)

천장 높이(m)	압력 P(MPa)
천정높이 ＜9.1	0.35
9.1＜ 천장높이 ＜12.2	0.51

11. 리타딩챔버(Retarding chamber)

① 작동 원리 : 알람밸브에 연결된 리타딩챔버는 알람밸브의 클래퍼가 조금만 열려도 압력수가 흘러 들어가게 되는데 이때 그림의 오리피스(orifice)에서 소량의 물은 자동적으로 배수되며, 일시에 많은 물이 유입되어 용량전체가 포화되게 되면 상단부의 압력스위치나 워터모터공으로 압력수가 전달된다. 리타딩챔버는 이러한 동작과정 중간에 설치되어 작동을 지연

② 용량 : 약 1리터

③ 오작동(오보)방지(약 20초 정도 지연 후 압력스위치 작동)

④ 순간압력변동 방지 역할

⑤ 배관 및 압력스위치의 손상보호

12. 압력스위치

① 위치 : 리타딩챔버 상단 또는 알람밸브와 직접 연결

② 원리 : 가압수가 압력스위치에 도달하면 압력스위치의 벨로우즈를 가압하여 접점을 이루어서 회로를 연결시킴으로써 수신부에 화재표시 및 경보 발령

③ 재질 : 벨로우즈는 고무튜브나 알루미늄튜브형식

④ 방식

- 제어반의 펌프 및 수신반과 연결되어 펌프를 직접 가동시키는 방식

- 작동에 의하여 경보와 제어반에 화재표시만 되게 하고 펌프의 기동 자체는 배관 내의 감압에 의하여 기동용 수압개폐장치에 의한 작동으로 하는 방식(주로 사용)

13. 유수검지장치

유수검지장치란 습식유수검지장치, 건식유수검지장치, 준비작동식유수검지장치를 말하며, 본체  내의 유수현상을 자동적으로 검지하여 신호 또는 경보를 발하는 장치

※ 패들형 유수검지장치

① 배관 내에 패들을 부착시켜 유수에 의하여 패들의 위치가 변동됨에 따라 접점을 이루면 회로가 연결되고 경보가 발령되어 유수 신호를 보냄

② 경보지연장치가 없다.

14. 건식설비의 가스배출 가속장치

가.  급속개방장치 (QOD, Quick Opening Device) 설치 여부 (NFPA 13 Handbook, 2007 Edition, p. p.165, A.7.2.3.1)

① 500 gal 이하 : 무조건 QOD 불필요

② 500~750 gal: 60초 이내 방수 안 되는 경우에  QOD 필요(설치 시  60초 이내 방수 여부상관 없음)

③ 750 gal 이상: 60초 이내 무조건 방수 되게끔 QOD를 통한 조절 필요, 그래도 안될 시 배관용적 재설계

나.  종류

Quick Opening Device에는 가속기(Accelerator)와 공기배출기(Exhauster)의 2가지가 있으며, 스프링클러 헤드가 1~2개 개방되어 배관 내 압력이 다소 낮아 졌을 때 가동 된다.

① 액셀러레이터(가속기, Accelerator)

헤드 작동에 따라 건식밸브 2차측의 공기압력이 셋팅 압력보다 낮아졌을 때 가속기가 작동하여 2차측의 압축공기 일부를 클래퍼 1차측 중간챔버로 보내어 건식밸브가 신속히 개방되도록 함

② 익저스터(공기배출기, Exhauster)

헤드의 작동에 따라 건식밸브 2차측의 공기압력이 셋팅 압력보다 낮아졌을 때 공기배출기가 작동하여 2차측의 압축공기가 대기 중으로 빠르게 배출되도록 함

15. 개방형설비의 방수구역(NFSC 103⑦)

① 하나의 방수구역은 2개층에 미치지 아니하여야 한다.

② 방수구역마다 일제개방밸브를 설치하여야 한다.

③ 하나의 방수구역을 담당하는 헤드의 개수는 50개 이하로 하여야 한다.(단, 2개 이상의 방수구역으로 나눌 경우에는 25개 이상)

④ 일제개방밸브의 설치위치는 제6조제4호의 기준에 따르고, 표지는 “일제개방밸브실” 표시

16. 안전밸브(Safety valve, Relief valve)

① 릴리프밸브              

가. 기능 : 설정 압력에서 압력수(壓力水)  방출

나. 설치목적 : 펌프의 체절운전 시 압력수를 방출하여 펌프 및 설비를 보호하기 위해서 설치한다. 설정

상단부의 조절볼트를 이용하여 현장 상황에 맞게 조정

- 조절볼트를 조이면(오른쪽으로 돌림) → 릴리프밸브 작동압력이 높아짐

- 조절볼트를 풀면(왼쪽으로 돌림) → 릴리프밸브 작동압력이 낮아짐

17. 앵글밸브(Angle valve) : 소화전 방수구

18. 체크밸브(Check valve)의 종류

일명 역지밸브라고 하며 유수의 거꾸로 흐름을 방지, 한쪽방향으로만 흐르도록 함

① 스모렌스키체크밸브(Smorensky check valve) : 바이패스밸브가 있어 필요시 펌프 측에 진공압력이 발생하면 진공상태를 풀어줄 수도 있고, 펌프 토출측 배관의 배수(2차 압력 퇴수) 가능

② 웨이퍼체크밸브(Wafer check valve)

③ 스윙체크밸브(Swing check valve)

④ 후드밸브(Foot valve)

19. 탬퍼스위치(Tamper switch)

① 밸브의 개폐상태를 중앙감시반에서 감시하기위해 개폐표시형밸브(OS &Y valve)에 설치하는 것으로서 밸브가 정상상태로 개·폐되어 있지 않은 경우 중앙감시반에서 회로별로 경보를 발할 수 있도록 설치

② 탬퍼 스위치의 필요성

가. 소화시스템에 사용되는 개폐표시형 밸브(OS & Y Gate Valve)는 상시 개방상태로 되어 있어야 화재시 소화용수를 원활히 공급할 수 있으나, 때로는 밸브가 폐쇄되어 있어서 소화용수 공급이 차단되어 소화에 실패할 우려가 있다

나. 이러한 불상사를 방지하기 위해서 수신기나 감시제어반에서 상시 밸브의 개폐상태를 확인할 수 있도록 하는 것이 안전한데 이를 위해 설치하는 것이 탬퍼스위치이다

③ 설치위치

가. 소화수조로부터 펌프 흡입측 배관에 설치한 개폐밸브

나. 주펌프 및 충압펌프의 흡입측 개폐밸브

다. 주펌프 및 충압펌프의 토출측 개폐밸브

라. 스프링클러설비 옥외 송수관에 설치하는 개폐표시형밸브

마. 유수검지장치 및 일제개방밸브의 1차측 및 2차측 개폐밸브

바. 고가수조와 스프링클러설비의 입상관과 연결된 부분의 개폐밸브

④ 탬퍼 스위치 설치기준

가. 급수개폐밸브가 잠길 경우 탬퍼스위치의 동작으로 인하여 감시제어반 또는 수신기에 표시되어야 하며 경보음을 발할 것

나. 탬퍼스위치는 감시제어반 또는 수신기에서 동작의 유무확인과 동작시험, 도통시험을 할 수 있을 것

다. 급수개폐밸브의 작동표시 스위치에 사용되는 전기배선은 내화전선 또는 내열전선으로 설치할 것

20. 가지배관(NFSC 103⑧)

가.  가지배관의 배열

① 토너먼트(tournament)방식이 아닐 것

② 교차배관에서 분기되는 지점을 기점으로 한쪽 가지배관에 설치되는 헤드의 개수(반자 아래와 반자속의 헤드를 하나의 가지배관 상에 병설하는 경우에는 반자 아래에 설치하는 헤드의 개수)는 8개 이하

③ 예외

- 기존의 방호구역 안에서 칸막이 등으로 구획하여 1개의 헤드를 증설하는 경우

- 습식스프링클러에 격자형 배관방식(2 이상의 수평주행배관 사이를 가지배관으로 연결하는 방식을 말한다)을 채택하는 때에는 펌프의 용량, 배관의 구경 등을 수리학적으로 계산한 결과 헤드의 방수압 및 방수량이 소화목적을 달성하는 데 충분하다고 인정되는 경우.

나. 가지배관을 신축배관으로 하는 경우

① 최고 사용압력은 1.4MPa 이상이어야 한다.

② 최고 사용압력의 1.5배 수압에서 변형ㆍ누수되지 않아야 한다.

※ 배관의 크기 결정요소 : 물의 유속

21. 배관의 구경 및 행거(NFSC 103⑧)

가.  배관 구경

① 교차배관 : 40mm 이상

② 수직배수배관 : 50mm 이상

나. 행가의 설치

① 가지배관 : 3.5m 이내마다 설치

② 교차배관

③ 수평주행배관

④ 헤드와 행가 사이의 간격 : 8cm 이상

※ 시험배관 : 유수검지장치(유수경보장치)의 기능점검

22. 설치높이(소화설비)

가.  바닥으로부터 높이 0.5~1m 이하

① 연결송수관설비의 송수구

② 연결살수설비의 송수구

③ 소화용수설비의 채수구

나. 바닥으로부터 높이 0.8~1.5m 이하

① 제어밸브

② 유수검지장치

③ 일제개방밸브

다. 바닥으로부터 높이 1.5m 이하

① 옥내소화전설비의 방수구

② 호스릴함

③ 소화기

23. 시험밸브(습식)

① 개폐밸브(25mm)

② 압력계

③ 개방형스프링클러헤드 또는 오리피스(15mm)

④ 설치 : 배수 가능한 곳 또는 배수배관 연결

41. 배관 등

41-1 C값과 관의 두께

① 각종 손실수두표를 이용할 경우 C값은 원칙적으로 120을 기준

② C값이 이와 다른 경우는 Conversion factor를 수두값에 곱하여 변환된 값을 적용

(예) C=100으로 스프링클러설비를 적용할 경우 환산계수는 0.713이므로 4 in 90° 표준 엘보의 경우 등가길이가 10ft 이므로 10ft × 0.713 = 7.13ft로 등가길이를 적용

표 8) C의 Conversion factor (NFPA 13 Table 6-4.3.2)

C 값	100	120	130	140	150
환산계수	0.713	1.00	1.16	1.33	1.51

③ 또한 스프링클러설비에서 NFPA 13 Table 6-4.3.1(표 3-1)의 경우는 Sch40을 기준으로 한 것으로 다른 배관일 경우는 관경별  Conversion factor인 k를 등가길이에 곱하여 변환된 값으로 적용

관경별 Conversion factor

(예) 4 in 90° 표준형 엘보의 경우 표 3-1에서 10ft 이나 Sch10 강관의 등가길이로 환산하면 ft 로 적용

      ☞ 강관의 치수는 NFPA 13 Table A-2-3.2 참조

41-2 C factor

① C값은 무차원의 수 - 배관의 재질, 상태에 따라 다르며, 이를 마찰손실계수(Friction loss coefficient, 유량계수 또는 粗度계수)라 함

② 배관의 재질이나 상태에 따라서 C값이 변화하며 C값이 작아지면 손실압력이 증가하며 C값이 커지면 손실압력이 감소

③ 경년(經年)변화에 따라 C값이 감소하게 되며 강관보다 동관이나 스테인레스관의 경우는 C값이 증가

④ Hazen-Williams의 식을 적용할 경우 유량, 배관의 내경 및 길이등은 사전에 알 수 있는 값이나 C factor에 대해서는 무차원의 數로 배관의 재질, 상태, 경년(經年)에 따라 Table을 이용하여야 하며 NFC에서는 배관의 재질에 따라 아래의 표를 제시

표 9) Hazen-Williams C 값  (NFPA 13 Table 6-4.4.5)

아연도금관(백관)	흑강관		동관/스텐레스관/PVC관
	습식/일제살수식	건식/준비작동식
120	120	100	150

⑤ C값은 원칙적으로 신규건물은 C = 140을 기준으로 하나, 경년변화를 감안하여 설계 시에는 일반적으로 C = 120으로 적용

⑥ 시스템별로 C값이 다를 경우 Conversion factor(환산계수)를 이용하여 각 수두값을 변환시켜 사용