국가화재평가원

전성호 원장 소방기술사 / 소방시설관리사

 

과압 발생

 

1.가스계 소화설비의 약제가 방호구역에 방사되면 순간적인 구역내 급격한 압력 상승이 발생되며,

2.상승 압력이 방호구역내의 강도가 가장 약한 구획 구조물 창문 등 의 강도를 초과할 경우  파손으로 이어질 수 있습니다.

3.구획의 파손은 약제 농도를 저감 시키고 파손된 구획으로 인한 개구부로 열, 연기를 확대시킬 수 있습니다.

4.이러한 과압이 예상되는 소화 가스약제로는 CO2, 불활성 기체, HFC-23 등이 해당됩니다.

방호구역 과압 해소 관련 화재안전기술기준

 

1.그러므로. 방호구역 내 과압을 해소할 수 있는 배출구가 필요하며, 화재안전기술기준 내 아래와 같은 조항이 있습니다.

2.기술기준에는 과압배출구 설치의무 조항은 있으나, 과압배출구의 설치 위치, 확보 면적, 작동 압력 등의 구체적인 기술 조건은 별도로 두고 있지 않으므로 설계자 또는 엔지니어가 기술적 근거와 명분이 있는 방식으로 과압배출구 면적과 위치, 작동압력 등을 설정하여야 합니다.

 

 

과압 배출구 면적 산정 원리

 

1.밀폐구역의 압력이 상승하지 않게 하려면 들어오는 기체의 부피만큼 동일한 부피를 배출해주면 압력은 상승하지 않습니다.

2.같은 원리로, 특정 압력을 초과하여 상승하는 것을 막으려면 특정 압력에 도달 후 그 이상 압력이 상승하지 않을 만큼 배출해주면 압력상승은 멈추거나 완화됩니다.

3.그러므로, 과압 배출구 면적산정은 배출유량과 밀접한 관계를 가지며 다음의 상관 관계를 통하여 산출 될 수 있습니다.

4.배출 유량 Q ㎥/s =A ㎡ x V m/s 산식에서 방호구역이 특정 과압에 도달 후 과압 배출구로 흘려보내는 혼합 기체 유량 Q가 얼마여야 하는지가 방호구역 과압 방어에서 가장 중요한 산정 요소이며, Q는 배출 면적 A 의 크기에 좌우되므로 과압 배출구 면적 A 를 얼마로 하여야 하는지가 결국 우리가 구하고 싶은 최종 결과값 입니다.

5.면적 A를 구하기 위하여 다음과 같은 상관관계 산식이 도출 됩니다.

6.여기서 분자 Q는 방호구역으로 들어오는 약제 체적유량 질량유량 x 비체적 으로 산정할 수 있고

7.분모인 유속 V는 구획과 외부와의 압력 차이인 Δp를 통해서 구할 수 있으며, 여기서 Δp 를 과압  한계 값 제일 강도가 약한 구획 부재 으로 설정할 경우 면적 A에서 Δp의 압력 차이로 나가는 혼합기체가 배출 되는 경우,  Δp 이상의 압력이 형성되지 않게 되는 원리입니다.

 

과압배출구 면적 산출 산식

 

1.위의 원리를 이용하여 산식을 유도하면

2.여기서
분모의 

ρ 의분모의 √ρ  의 ρ는 약제와 공기의 혼합기체 밀도를 의미하므로 분모를 간단하게 정리 하기 위하여 ρ 를 비체적으로 대체하고,  개구부의 형상에 따른 유동계수를 반영하면  최종적으로 아래와 같은 과압배출구 면적 산식을 도출할 수 있습니다.

3.위의 산식의 원리와 산출 방식은 유럽 보험협회 기준인 CEA4045 와 CEA4008의 과압 배출구 관련 수식과 동일한 것을 확인하였으므로 CEA기준을 참조 또는 참고하여도 좋을 것 같습니다.

4.아래는 CEA 기준에 인용되고 있는 산식이며 기본 원리는 식1, 식2 와 동일합니다.

 

과압배출구 면적 계산