불꽃감지기 감지시간 산출 및 공칭 감시거리 선정방법

국가화재평가원

전성호 소장(소방기술사 / 소방시설관리사)

 

불꽃감지기 감지 원리

불꽃감지기는 화염 발생 시 생성되는 특정 물질로부터 방출되는 자외선(UV)과 적외선(IR)을 검출하여 화재를 감지하는 감지기입니다. 

화기작업과 태양광 등으로 인한 오작동을 줄이기 위하여 2~3가지 이상의 스펙트럼을 동시에 검출하여야만 화재로 인식하는 방식을 사용하고 있으며, 그러한 방식으로 인하여 UV/IR(자외선, 적외선) 또는 IR형(적외선 3파장) 불꽃감지기들이 주로 사용되고 있습니다.

 

불꽃감지기의 장, 단점

불꽃감지기는 다음과 같은 특징과 장점이 있습니다.

 

 1) 가연성 액체와 가스화재에 대한 반응성이 좋습니다.

 2) 공간을 바라보는 감지기로 타 감지기처럼 천정 높은 곳에 설치가 의무화되지 않습니다.

 3) 1개의 감지기로 넓은 구역을 감시할 수 있습니다.(장점이자 단점)

 4) 천정이 개방되어 열, 연기의 축적이 되지 않는 구역에도 설치가 가능합니다.

 5) 다양한 방폭형 불꽃감지기가 출시되어 있어 방폭장소 적용에 유리합니다.

다만, 다음과 같은 단점이 있으며, 이 단점들은 장점에 기인한 것도 있습니다.

 1) 구역을 바라보는 감지기로 연기, 열감지기에 발생하지 않는 사각지역이 발생할 수 있으며, 이 경우 감지기를 추가 설치해야 합니다.

 2) 화기작업에 대한 오작동을 많이 개선하긴 했으나, 상대적으로 다른 감지기에 비해 화기작업에 대한 비화재보에 취약합니다.

 3) FDS 화재시뮬레이션에서 감지시간을 계산할 수 없습니다. 연기나 열 감지기는 가능하나, 불꽃감지기 및 영상감지기의 계산이 어렵습니다.

 4) 1개의 감지기로 넓은 구역을 감시할 수 있어 감지기 숫자를 줄이기 위하여 공칭감시거리가 긴 것 만을 적용하는 설계로 인하여 오작동이 자주 발생할 수 있습니다.

    아래 그림처럼 감지기와의 거리가 가까울수록 감도가 높아지는데, 공칭 감시거리가 너무 긴 경우 먼 거리와 가까운 거리와의 감도차는 더욱 커지므로 가까운 거리의 감도는 더욱 예민해집니다.

 5) 가까운 거리일수록 작은 불꽃과 작은 움직임도 감지될 수 있으므로, 적정 거리(되도록 짧은)의 공칭 감시거리의 불꽃감지기를 사용하는 것이 비화재보를 줄일 수 있습니다.

 

불꽃감지기 감지시간 Tool 개발 배경

불꽃감지기의 감지시간을 계산할 수 있는 프로그램은 시중에 확인되지 않고 있으며, 더구나 국내 형식승인 기준에 맞춘 감지시간 Tool은 없는 것으로 판단됩니다.

감지시간을 추정할 수 있는 Tool의 부재로 화재, 피난 시뮬레이션 수행 후 결과 판단 시 피난안전시간 등의 선정이 어려우며, 자위소방대 대응인력의 도착시점과 도착 시 화재크기와 같은 대응에 필요한 필수적인 사항을 유추할 수 없어 대응력 확보와 수준을 목표하기가 매우 어렵습니다.

그러한 사유로 국가화재평가원에서 국내 형식승인 감도를 반영한 불꽃감지기 감지시간 및 공칭 감시거리 적정성 평가 Tool을 제작했습니다.

불꽃감지기(FD) 감지시간 Tool은 인터넷 Web에 오픈소스로 제공되어 있으며, Website에서 무료로 사용이 가능합니다.

 

Website 주소 : http://tool.kfsl.co.kr/index.php/login

  * Guest 로그인 -> 화재안전계산 Tool -> 소방전기설비 -> 불꽃감지기(FD) 감지시간

 

불꽃감지기 감지시간 Technical Data

아래 설명은 Tool의 제작에 사용된 기술적 요소와 전제들입니다.

 

 1) 불꽃감지기의 감지시간과 감지시점의 화재크기를 구하기 위한 Tool로써 NFPA 72의 산식 등을 사용하였으며, 불꽃감지기 감도 특성치 적용에 KFI 형식승인 기준을 반영

 2) NFPA 72 B.5.2.4 Calculate Detector Response to Design Fire 의 산식을 적용하여 감지시간 산정

 3) 구역의 예상화재의 화염면적을 산정 및 추정하여, 형식승인 감도 값 도달 여부를 판정하여 감지시간으로 산출(공칭거리와 설치된 감지기<->화재와의 거리에 대한 화염면적 비교 등

 4) 불꽃감지기의 감지는 화재강도가 변수가 아니라, 보이는 화염의 크기가 변수이므로, 동일 화재라 하더라도 불꽃감지기가 바라보는 화염의 면적이 큰 방향(아래 그림 참조)이 감지가 빠릅니다. 아래 그림은 동일한 직사각형 Pool 화재이지만 불꽃감지기 시야의 화염면적이 클 수록(오른쪽) 감지가 빠릅니다.

 5) 감지기 특성치는 "감지기의 형식승인 및 제품검사의 기술기준"의 불꽃감지기 부분 참조 (감지 감도와 비화재보 관련 평가이므로 작동 시험과 부작동 시험의 시험 조건과 특성값을 사용하여 평가)

 6) 형식승인 시험조건이 가장 이상적인 감도 조건으로 가정하고 구역의 화재 조건과 비교하여 평가합니다.

 7) 실제 화원과의 거리보다 너무 긴 공칭거리의 FD를 사용하여 설치 개수를 줄여 설치되는 경우가 종종 확인되고 있어, 공칭거리 적정도 평가와 비화재보 방지 평가를 평가항목으로 도입했습니다. 공칭거리 적정도는 50% 이상인 경우, 비화재보 방지 적정도는 40% 이상인 경우 적정하다고 판단되나, 객관적 근거는 약합니다.

 8) 산식 및 산정 과정에서 불분명한 부분은 보수적으로 해석합니다.

 9) 공기의 불투명도는 시험조건과 같다고 전제합니다.

10) Pool Fire 이외의 화재에서는 9초 이내에 감지하더라도 9초로 합니다.(부작동시험 참조)

 

불꽃감지기 감지시간 Tool 설명서 – Data 입력

1) 구역 조건을 입력하는 것으로서, 불꽃감지기 설치 위치와 구역 내 예상되는 화재 성장속도를 선택합니다.

 2) 불꽃감지기의 성능과 화염정보를 입력하는 항목입니다.

 3) 마킹들은 입력값을 선택하거나 정할 때 도움을 주기 위한 안내 글로써 다양한 기술적 정보를 포함하고 있습니다.

 4) 입력항 3)은 직접 입력하지 않으면 형식승인 시험조건이 반영되며, 방유제 등의 폭을 직접 입력할 수 있으나, 과도하게 크게 입력 시 감지시간이 현저히 빨라질 수 있습니다.

 5) 입력항 4)은 실제 감지시간에 중요한 항목으로, 구역 내 주요 예상화재 지점으로부터 불꽃감지기까지의 직선거리를 직접 기입합니다.

 

불꽃감지기 감지시간 Tool 설명서 – 결과 산출

 1) 결과값은 다양한 비교를 한 눈에 보기 위하여 5개까지 결과 표시가 가능(위 그림은 2개까지 산출)하며, 최종적으로 PDF로 저장 및 인쇄가 가능하도록 했습니다.

 2) 위 결과에서 보듯이 같은 화재라도 공칭 감시거리가 클(90m > 60m) 경우 감도가 예민하여 더 빠른 감지가 가능합니다.

 3) 하지만 그 감지시간 차이가 크지 않고, 화염과 감지시 간의 실제 거리가 50m이므로, 공칭 감시거리 60m를 적용하는 것이 비화재보를 줄일 수 있고 형식승인 조건에 의거한 정확한 감지가 가능할 것으로 판단됩니다.

 4) 불꽃감지기 감지시간 Tool은 피난시간 계산, 비상대응팀 대응시간과 화재크기 목표 설정 등에 사용될 수 있으며, 프리액션 밸브 설비에는 헤드 개방 전 밸브가 작동하는지 및 헤드 작동 전 소화수가 헤드에 도달할 수 있는지 등을 다른 프로그램과 조합하여 사용이 가능합니다.

 5) 프로그램은 회원가입 없이 사용 가능합니다. 독자들께서는 Website에 접속하셔서 여러 입력값을 변형시키면서 하다 보면 불꽃감지기의 이해도가 높아지지 않을까 생각됩니다.

 6) 아무쪼록, 사업장의 화재안전과 화재, 피난시뮬레이션에 도움이 되길 바랍니다.

 

 

-본 칼럼은 국가화재안전저널 제 26호에 기고된 글입니다.