초기 화재 진압을 위해 사용되는 스프링클러(sprinkler) 설비는 스프링클러헤드의 형태에 따라 살수 분포가 달라진다. 화점의 발생 위치는 특정하기 어려우므로 스프링클러의 살수범위(spray coverage)가 넓게 퍼지는 형태가 되는 것이 확률적으로 가장 큰 효율성을 가진다. 본 연구에서는 EDISON_전산열유체 시스템의 다상유동 해석자를 활용하여 스프링클러헤드의 형태에 따라 살수각과 국부 유동장을 분석하였다. 3차원 형상을 가지는 스프링클러헤드 형상을 2차원 단면으로 나누어 해석하였으며 프레임(frame)과 반사판(deflector)의 형상에 따른 유동장의 변화를 살펴보았고 살수각(spray angle)을 정량적으로 나타내었다. 최종적으로 최대 최소의 살수각을 갖는 2차원 스프링클러헤드를 형상화하였고 이를 중첩하여 살수 범위를 넓게 갖는 스프링클러헤드를 3차원 모델링하였다.
스프링클러 소화설비는 화재가 발생하였을 때 자동적으로 감열, 작동하여 초기화재 진압을 목적으로 하는 소화설비로서 소화특성은 화재발생으로부터 소화가 시작되는 화재감지특성과 화재제어 및 진압에 대한 방사특성1) 으로 FRS2) 3)와 FMRC4)에서는 열응답의 민감도를 나타내는 반응시간지수(RTI)의 측정방법과 이론을 제시하였다. 반응시간지수는 스프링클러헤드의 작동에 필요한 충분한 열을 주위로부터 얼마나 빠른 시간내에 흡수 할 수 있는지를 나타내는 특성치로서 가열공기의 온도 및 속도에 의해 결정되며 값이 적을수록 헤드가 조기에 작동하게 된다. (중략)
건물에 고정적으로 설치되어서 초기에 화재를 자동으로 감지하여 화재의 확산을 제어하거나 소화를 하는 기능을 가진 시스템 중에 가장 널리 쓰여지고 있는 것이 스프링클러시스템이다. 스프링클러시스템은 1723년 영국의 Ambrose Godfrey에 의하여 개발되었는데 이때는 단순히 물통과 도화선으로 구성되어 화재시 화염이 도화선에 인화되면 화약이 폭발하여 물통의 물이 방출되어 소화되는 간이설비였다. 그 후 계속 개발되어 1852년에 오늘날과 유사한 스프링클러시스템이 영국에서 개발되었다. 자동스프링클러헤드는 1864년에 영국의 Stuart Harrison에 의해서 발명되었으나 실용화되지 못하였고 1874년 미국의 Henry Parmelee에 의해서 오늘날과 같은 자동스프링클러헤드가 개발되고 1878년 Providence Steam & Gas(현재의 Grinnell)사에서 생산하여 실용화되었으며 1885년 건식 시스템이 개발되어 동결 문제가 근본적으로 해결되면서 오늘날의 현대적인 스프링클러설비에 이르게 되었다.(중략)
연구목적: 본 연구는 스프링클러설비 소화성능 향상을 위해 국내 NFSC 103 스프링클러헤드 살수장애 방지 기준의 문제점을 검토하고 이의 개선방안을 도출함으로서 화재 시 국민의 생명과 재산 보호에 기여하는 것을 목적으로 한다. 연구방법: 국내 NFSC 103 스프링클러헤드 살수장애 방지 기준의 문제점과 이의 개선방안을 도출하고자 소방선진국인 미국 화재방호협회(NFPA) 최신 스프링클러 설치기준인 2019년판 NFPA 13 의 스프링클러헤드 살수장애 방지 기준을 국내 화재안전기준 NFSC 103과 비교 연구하였다. 연구결과: 국내 NFSC 103 살수장애 방지 기준은 살수장애 개념조차도 정의되어 있지 않고 있을 뿐만 아니라 측벽형 스프링클러 헤드 살수장애 기준 부재, "3배 이격" 기준의 "높이" 기준 부재 등 다수의 상세기준에서 많은 보완 및 개선이 필요함이 연구결과 확인되었다. 결론: 국내 NFSC 103 살수장애 방지 기준은 살수장애의 개념적 정의 도입, 측벽형 스프링클러 헤드 살수장애 방지기준 추가, 장애구조물 사용실태를 고려한 헤드 추가기준 마련, 장애물 "높이"를 고려한 "3배 이격" 거리 기준 보완, 살수패턴을 반영한 살수장애 방지기준 상세화 등 의 개선을 통하여 소방선진국과 동등 수준 이상으로의 화재안전기준 선진화를 도모하고 이를 통하여 스프링클러 설비의 소화성능에 대한 신뢰성을 증진시켜 나가야 한다.
본 연구에서는 스프링클러 헤드의 해석모델을 통해 화재성장모드별 스프링클러 작동시 연층기류의 열유동조건을 파악하고자 한다. 화원은 최대발열량 3 MW의 시간제곱의 화재성장을 가정하였다. 시험대상 스프링클러헤드는 작동온도 65~105 ℃, RTI 25~171 m1/2s1/2 범위의 표준형과 조기반응형 8종을 대상으로 한다. 연층기류의 온도와 감열부의 온도차는 화재성장이 느리고 스프링클러 헤드의 RTI값이 작을수록 감소하는 경향을 보였다. 스프링클러 헤드 작동 순간의 연층 기류 온도와 속도조건은 전체적으로 시험기준의 범위와 비교적 잘 일치하고 있으나 저성장 화재에서는 최저시험기준 이하의 온도와 속도조건에서 작동이 이루어질 수 있음을 파악하였다. 본 연구는 스프링클러 헤드의 작동에 대한 기초연구로서 시험기준의 신뢰성을 향상시키는데 기여할 수 있다.
랙크식 창고 내에는 화재하중이 높은 물품이 수직으로 조밀하게 적재되어 있어 창고의 내부에서 화재가 발생되는 경우 현재의 스프링클러설비에 의해 유효하게 소화되기 어렵다. 이에 본 연구에서는 실물 규모의 랙크 구조물을 구축하고, 구조물 내부의 스프링클러헤드 종류 및 배치에 따른 화재실험을 통해 스프링클러설비에 의한 소화유효성을 확인하였다. 본 연구를 통하여 랙크식 창고의 내부의 화재를 유효하게 진압하기 위해서는 방수량 115 LPM 이상의 스프링클러헤드를 사용해야 하며, 동 스프링클러헤드를 높이 기준이 아닌 랙크 각 단마다 설치해야하고, 각 단의 가연물더미의 대각선 모서리 위치에 설치될 필요가 있다는 것을 알 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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