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가스계 소화설비 배관(토너먼트 배관 설치 이유)
가스계 소화설비의 배관을 토너먼트 배관으로 하는 이유에 대해서 알아보겠습니다.
토너먼트 배관이란?
가. 토너먼트 배관 방식
스포츠 경기에서의 토너먼트 대진 방식은 각각의 2팀이 경기하여 그 경기에서 이긴 팀이 다음 라운드에 진출하고, 다른 2팀의 경기에서도 이긴 팀이 다음 라운드에서 서로 만나 대진하는 방식을 의미합니다. 이렇게 두 팀의 경기에서 이긴 하나의 팀을 결정하는 방식인데, 이를 역 방향으로 배관을 그려보면 하나의 배관에서 T자형 엘보우를 통해 두 개의 배관으로 갈라지는 현상을 유추해 낼 수 있습니다. 방호구역의 가장 중심까지 배관이 설치되고, 그 중심에서 배관이 T자 모양으로 갈라진 후 양 방향이 모두 동일한 거리에서 또 다시 양 옆으로 갈라지는 H자 형태의 배관 방식을 의미합니다.
나. 토너먼트 배관으로 설치해야 하는 소화설비
토너먼트 배관으로 설치해야 하는 소화설비를 살펴보면 먼저 물분무등 소화설비 중에서 이산화탄소 소화설비, 할론 소화설비, 할로겐화합물 및 불활성기체 소화설비, 분말소화설비가 있습니다. 포소화설비 중에서는 압축공기포 소화설비가 해당합니다.
토너먼트 배관으로 해야 하는 이유
가. 방호구역의 전역에 동일한 방사압력으로 소화약제를 균등하게 방사하기 위함 전역방출방식의 가스계 소화설비 분사헤드에 관한 설치방법에 대한 규정을 살펴보면 방사된 소화약제가 방호구역의 전역에 신속히 확산될 수 있도록 하고 있습니다. 압축공기포 소화설비에서는 소화약제가 균일하게 방출되는 등거리 배관구조로 할 것을 규정하고 있습니다. 가스계 소화약제는 30초에서 1분 정도의 짧은 시간 내 방호구역에 방사됩니다. 이 규정들의 의미는 소화약제가 방호구역의 전 구역에서 동시에 방사되어서 실내의 소화농도를 일정하고도 짧은 시간 내 동시에 달성하려는 의도입니다. 헤드까지 이르는 배관의 길이가 같으므로 방사 압력을 동일하게 유지할 수 있다는 장점이 있습니다. 방호구역의 모든 영역에서 소화농도를 달성하여 화재가 동시에 진압되고 재발화가 되지 않도록 하는 것을 추구합니다.
나. 배관 내의 흐름이 2상계 흐름이므로 마찰 손실을 동일하게 유지
가스계 소화약제는 저장용기에 있을 때는 압력으로 압축된 상태이므로 액화된 상태로 저장됩니다. 그리고 화재로 인해 방출이 시작되면 배관을 타고 가면서 기화가 시작되는데 완전 기화된 상태는 아니고 액상과 기상이 함께 섞인 채로 이동하는 2상계 흐름(Two Phase Flow)을 보입니다. 물이나 기체 등 동일한 물질이면 동일한 마찰 손실이 발생하지만 가스계 소화약제의 특성상 2상계 흐름이어서 배관의 구경과 길이에 따른 마찰 손실을 계산하기 쉽지 않습니다. 그러므로 갈라지는 양쪽 배관의 길이를 같게 하여, 모든 방향에서 동일한 마찰 손실이 발생하도록 유도하는 것입니다.
수계소화설비를 토너먼트 배관으로 하지 않는 이유
가. 제일 먼저 발생하는 문제점이 수격 현상입니다. 헤드를 향해 배관 내부를 달려가는 물이 T자 형태로 막히는 부분에서 강하게 압력을 발생시킵니다. 이 수격 현상에 의한 물의 충격은 배관과 행거에 직접적인 손상을 줍니다. 처음 배관을 설치한 때에는 문제가 발생하지 않지만 세월이 흘러 건물이 노후되고 배관이나 행거 그리고 부속품에도 산화반응을 통한 녹이 슬었을 경우에는 배관 또는 부속품의 파손이 발생한다. 그러면 헤드나 방수구까지 물이 .전달되지 못하여 소화실패 현상이 발생합니다.
나. 마찰손실
토너먼트 배관은 직선 활주로가 아닙니다. 헤드나 방수구에 이르기 까지 계속 미로 방식의 도로입니다. 이런 도로에서는 자동차가 수많은 커브를 틀기위해 속도를 감속하고 브레이크를 밟아야 합니다. 자동차의 속도가 떨어지는 이유입니다. 배관에서의 물도 마찬가지입니다. 직선으로 달려가던 소화수가 T자 엘보우에 막혀서 다시 양 옆으로 갈라질 때 마찰손실이 발생합니다. 결국 헤드에 이를 때는 처음 출발한 압력보다 훨씬 낮아진 압력으로 도달하기 때문에 적정 방사압을 발휘할 수 없게 됩니다.
다. 건물의 형태가 토너먼트 배관을 설치하기에 적정하지 않을 수 있기 때문
가스계 소화설비를 설치해야 하는 방호구역은 토너먼트 방식의 배관을 설치해야 하므로 처음부터 가급적 정사각형 또는 직사각형의 구조로 설계를 합니다. 그렇다고 수계 소화설비를 설치해야 하는 모든 건물을 정사각형 또는 직사각형의 구조로 설계할 수 없는 노릇입니다. 다양한 형태의 건물 내부 구조 때문에 토너먼트 배관 방식 대신 트리형 배관을 사용하는 것이 설계와 설치에 있어 훨씬 유리합니다.
트리형 배관과 토너먼트 배관의 차이점 비교
가. 티(Tee)에 의한 분기와 마찰손실 트리형 가지배관 방식은 가지 배관에 티(Tee) 하나당 1개의 헤드가 설치됩니다. 그러나 토너먼트 배관 방식에서는 모든 배관들이 티를 통해 분기되므로 수많은 헤드와 연결이 됩니다. 배관에서 티의 사용이 많을수록 배관에서의 마찰 손실은 증가합니다. 그래서 마찰손실은 토너먼트 배관 방식이 훨씬 큽니다.
나. 헤드 방사량과 방사압의 균일성
트리형 가지배관 방식에서는 펌프로부터 가장 먼 헤드가 법정 방사량과 방사압을 충족해야 합니다. 그리고 펌프에 가까워질수록 방사량과 방사압이 증가하는 현상을 보입니다. 그러나 토너먼트 배관 방식은 모든 헤드에서의 방사량과 방사압이 균일하게 설정됩니다. 그러므로 방사압과 방사량의 균일성은 토너먼트 방식이 훨씬 좋습니다.
다. 설계 및 현장 시공의 용이성
건축물의 구조가 정사각형 또는 직사각형만 존재하는 것이 아닙니다. 이는 토너먼트 배관 방식을 적용하는 경우에 가장 취약하게 됩니다. 수계 소화설비의 경우에는 트리형 가지배관을 사용하므로 헤드 몇 개만을 따로 길게 뺄 수 있지만 토너먼트 배관 방식에서는 설계하기가 어렵습니다. 헤드 근처에 장애물이 있을 때도 문제가 발생합니다. 트리형 가지배관 방식에서는 장애물의 가지배관을 연장하거나 상부 또는 하부에 헤드를 추가로 설치하는 것도 가능하지만, 토너먼트 배관 방식은 장애물이 있을 경우 균등한 배관 설계가 쉽지 않습니다. 그러므로 설계 및 현장 시공의 용이성은 트리형 배관 방식이 좋습니다.