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할로겐화합물 소화약제 저장량 산출 시 온도 계산
할로겐화합물 소화약제 저장량 산출시 근거가 되는 온도를 계산할 때 방호구역에 예상되는 최저 온도로 계산하는 이유를 알아보겠습니다.
할로겐화합물 소화약제의 특징
할론 1301로 대표되는 할론 소화약제는 소화효과는 우수하지만 오존층 파괴 등 환경적 문제로 인해 생산이 중단되었습니다. 현재는 선진국에서부터 할론 소화약제의 사용을 중단하고 할로겐화합물 및 불활성기체 소화약제로 대체되고 있습니다. 할로겐화합물 소화약제의 특징을 살펴보겠습니다. 할로겐화합물 소화약제는 불소, 염소, 브롬 또는 요오드 중 하나 이상의 원소를 포함하고 있는 유기화합물을 기본성분으로 하는 소화약제를 말합니다. 할로겐화합물 소화약제의 소화특성으로는 전기적으로 비전도성이므로 전기설비 및 통신설비가 있는 전산실, 서버실, 통제실 등에 사용하고 있습니다. 물이나 분말과 달리 휘발성이 있고 증발 후 잔여물을 남기지 않는 특성이 있어서 고가 제품을 전시하는 박물관 또는 전시실 등에서 사용하고 있습니다.
해당 방호구역의 예상 최소온도를 적용 이유
우리나라는 4계절이 존재하는데 그중 여름철 실내 온도는 35℃ 이상 상승하고 내부 냉방장치를 사용하는 경우 25℃를 유지합니다. 그러나 겨울철 실내 온도는 –10℃ 이하까지도 내려가며 난방 장치를 사용하는 경우 22℃를 유지합니다. 이렇듯 실내 온도는 일률적이지 않고 해당 방호구역의 용도와 특성에 따라 냉난방을 하기도 하고 그냥 실온으로 방치되기도 합니다. 그런데 할로겐화합물 소화약제는 소화약제 저장용기에 액화되어 보관되다가 방출되면서 기화하는 특징을 가집니다. 그래서 높은 온도에서는 약제가 쉽게 기화되고 활성도가 높아져 부촉매 효과를 빨리 실현할 수 있지만 온도가 낮을수록 그 효과를 빨리 기대하기 어렵기 때문입니다. 때문에 활성도가 낮은 만큼 많은 양의 소화약제가 필요합니다. 활성도가 가장 떨어지는 상태에서의 약제량을 저장해야 계절에 따른 실내 온도의 변화가 있더라도 소화효과가 제대로 발생할 수 있습니다.
최저 온도와 최고 온도 적용시 소화약제량의 변화
특정소방대상물에 HFC-227ea를 사용하는 경우 소화약제 저장량에 어떤 변화가 발생하는지 예시를 통해 알아보겠습니다. 해당 방호구역의 체적(V)이 1,000㎥이고, 설계농도(S)가 6.996%(소화농도 × 1.2), 선형상수를 구하기 위한 K1 = 0.1269, K2 = 0.0005이며, 실내 온도(t℃)가 겨울철에는 –10℃ 여름철에는 30℃까지 올라가는 곳이라고 가정하면 다른 변수는 HFC-227ea가 가지고 있는 특성에 따라 거의 확정적인데 변수가 있다면 해당 방호구역의 체적과 온도에 차이가 있다는 것을 알 수 있습니다. 해당 방호구역의 예상 최저온도를 적용하지 않고 다른 온도를 적용했을 때와 어떤 차이가 발생하는지 소화약제 량과 보유해야할 저장용기의 개수를 계산해보겠습니다. 먼저 선형상수(S)를 계산하고 선형상수를 구하는 공식 K1 + K2 × t℃를 사용해서 구하므로 먼저 방호구역의 예상 최저온도인 –10℃를 적용해보면 0.1269 + 0.0005 × -10 = 0.1219가 나온다. 이번에는 예상 최대온도인 30℃를 적용해보면 0.1269 + 0.0005 × 30 = 0.1419가 나옵니다. 선형상수가 분모에 해당하고 분자인 방호구역의 체적이 분자인데, 분모의 값이 작을수록 분자인 방호구역의 체적이 클수록 결과 값은 생각보다 크게 작용하게 될 것으로 봅니다. 먼저 최소 예상온도인 -10℃로 계산한 S = 0.1219를 적용했더니 소화약제 필요량은 617.08kg이 나왔습니다. 이를 저장용기 수로 환산하니 13.71로서 총 14병의 저장용기가 필요합니다. 이번에는 최고 예상온도인 30℃로 계산한 S = 0.1419를 적용했더니 소화약제 필요량은 530.11kg에 저장용기 수 11.78로 총12병이 필요한 것으로 나왔습니다. 저장용기 수에서 2병이 차이가 나게 됩니다. 저장용기 1병당 45kg의 약제를 저장하므로 결국 2병 × 45kg = 90kg으로 원칙적인 계산보다 90kg이 부족하게 설계되는 것을 알 수 있습니다. 소화실패로 이어질 확률이 큽니다.
최대 소화약제량일 때의 문제점 해결을 위한 과압배출구
위에서 온도가 최저로 떨어지는 겨울철에 필요한 소화약제의 저장용기가 14병이라고 계산했습니다. 그만큼 저장했을 때 만약 온도가 가장 높은 여름철 화재로 인해 14병이 모두 방사된다면 문제가 발생하지 않을까? 하는 문제점이 있을수 있습다. 12병이 필요한 여름철에 14병이 모두 방사되니 실내에 엄청난 과압이 발생할 것입니다. 그래서 필요한 것이 과압배출구입니다. 여름철에 필요한 소화약제의 양은 12병인데 최악의 상황을 대비해 저장하고 있는 소화약제 저장용기 수는 14병이므로, 방호구역에 발생하는 과압을 해결하기 위해 과압배출구를 설치하여 적절하게 배출해줘야 합니다.
결론
우리나라 계절의 특성상 실내의 온도가 변화하는 이유 때문에 소화약제량을 산정할 때는 실내에서 예상되는 최저 온도를 적용하여야 합니다. 가장 활성도가 낮은 상태에서 필요한 약제량을 저장해야 내부 온도가 변화하더라도 필요한 만큼의 약제량을 확보할 수 있기 때문입니다. 할로겐화합물 소화약제 및 불활성기체 소화약제 모두 소화약제량 산정을 위해 선형상수(S)를 구할 때는 방호구역에서 예상되는 최저 온도를 적용한다는 것을 잊지 말아야 합니다. 또한, 이 온도는 소화약제 저장용기실의 온도를 의미하는 것이 아니다는 것도 기억해야 합니다.