소방설비기사 실기 - 유체 (2)

1. 옥외소화전설비

• 면적 : 120×50m², 2층 구조
• 층당 바닥면적 : 6,000m², 연면적 12,000m²

1) 특정소방대상물의 각 부분으로부터 하나의 호스접결구까지의 최대수평거리, 옥외소화전의 최소 설치개수

$수평거리:40m$

 

$설치개수:\frac{120\times 2+50\times 2}{40\times 2}=4.25\to 5개$

 

2) 펌프의 토출량

$Q=2\times 350L/min=700L/min$

 

3) 수원의 저수량

$수원의양=2\times 350L/min\times 20min=14000L=14m^3$

 

2. 주차장에 물분무소화설비 설치

• 면적 : 8×5m²

1) 펌프의 최소 토출량

$Q=40m^2\times 20L/m^2\cdot min=800L/min$

 

2) 수원의 양

$수원의양=800L/min\times 20min=16000L=16m^3$

 

3. 액화 이산화탄소

• 45kg 액화 이산화탄소가 20°C 표준대기압 상태에서 공간에 방출

1) 이산화탄소의 부피

$V=\frac{W\times R\times T}{P\times M}=\frac{45kg\times 0.0821\times 293K}{1\times 44}\approx 24.57m^3$

 

2) 방호구역체적이 90m³ 인 공간에 방출되었을 때, 이산화탄소의 농도

$농도=\frac{이산화탄소부피}{이산화탄소부피+방호구역체적}=\frac{24.57m^3}{24.57m^3+90m^3}\times 100\approx 21.45$

 

4. 제 3종 분말소화설비 설치

• 공간 : 10×20×4m³
• 방사헤드의 방출룰 : 20kg/min·개
• 전역방출방식이며 개구부는 없는 것으로 한다.
• 소화약제 산정 및 기타 사항은 국가화재안전기준에 따라 산정한다.

1) 저장에 필요한 제 3종 분말소화약제의 최소 양

$Q=V\times a\times C+A\times b=800m^3\times 0.36kg/m^3\times 1.0=288kg$

 

$V:방호구역체적,a:방호구역체적당소화약제량,C:보정계수,A:개구부면적,b:개구부가산량$

 

2) 설치에 필요한 방사헤드의 최소 개수

• 30초 이내에 방사되어야 한다.

 

$헤드개수=\frac{288kg}{20kg/s\cdot 개}\approx 28.8\to 29개$

 

3) 가압용가스에 질소를 사용하는 경우 질소가스의 양

$질소가스양=288kg\times 40L/kg=11520L$

 

5. 특정소방대상물에 옥외소화전이 7개 설치

1) 지하 수원의 양

$Q=N\times 350L/min\times T(min)=2\times 350\times 20=14000L=14m^3$

 

2) 펌프의 토출량

$Q=N\times 350L/min=2\times 350=700L/min=0.7m^3/min$

 

3) 옥외소화전 호스접결구 설치 관련하여 적으시오.

• 호스접결구는 지면으로부터의 높이가 0.5m 이상 1m 이하의 위치에 설치하고 특정소방대상물의 각 부분으로부터 하나의 호스접결구까지의 수평거리가 40m 이하가 되도록 설치해야 한다.

 

6. 포소화설비 설치

• 위험물의 옥외탱크에 I형 고정형 방출구로 포소화설비를 설치
• 탱크의 지름 : 12m
• 사용약제는 수성막포(6%)로 단위 포소화수용액의 양 ($Q_l$)은 2.27L/min·m², 방출시간 : 30분
• 보조포소화전은 1개가 설치되어 있다. (호스접결구의 수는 1개)
• 배관의 길이 (L) : 20m (포원액탱크에서 포방출구까지)
• 관내경 : 150mm, 기타의 조건은 무시

1) 포 원액량

• 고정포방출구 방출에 필요한 양
• $Q_1=A\times Q_l\times T\times S=\frac{\pi }{4}\times 12^2\times 2.27L/min\cdot m^2\times 30min\times 0.06\approx 462.1L$

 

• 보조 소화전 방출에 필요한 양
• $Q_2=N\times S\times 8000=1개\times 0.06\times 8000=480L$

 

• 가장 먼 탱크까지의 송액관에 필요한 양
• $Q_3=A\times L\times S\times 1000=\frac{\pi }{4}\times {0.15}^2\times 20m\times 0.06\times 1000\approx 21.2L$

 

• 포 원액량$Q=Q_1+Q_2+Q_3=462.1L+480L+21.2L=963.3L$

 

2) 수원의 양

• $Q_1=A\times Q_l\times T\times S=\frac{\pi }{4}\times 12^2\times 2.27L/min\cdot m^2\times 30min\times 0.94\approx 7239.8L$

 

• $Q_2=N\times S\times 8000=1개\times 0.94\times 8000=7520L$

 

• $Q_3=A\times L\times S\times 1000=\frac{\pi }{4}\times {0.15}^2\times 20m\times 0.94\times 1000\approx 332.2L$

 

• $Q=Q_1+Q_2+Q_3=7239.8L+7520L+332.2L=15092L=15.92m^3$

 

7. 거실에 제연설비를 설치

• 거실의 바닥면적 : 390m²
• 덕트의 길이 : 80m, 단위 길이 당 덕트 저항 : 1.96Pa/m
• 배기구 저항 : 78Pa, 배기그릴 저항 : 29Pa, 부속류의 저항 : 전체 덕트 저항의 50%
• 배출기는 다익형 팬이다.
• 송풍기 효율 : 50%, 전달계수 : 1.1

1) 예상제연구역에 필요한 배출량

• 390m²×1m³/m²·min×60min/hr=23400m³/hr

 

2) 송풍기에 필요한 정압

• 송풍기에 필요한 저항 = 덕트저항 + 배기구저항 + 배기그릴저항 + 부속류저항
• 80m × 1.96Pa/m ×+ 78Pa + 29Pa + 0.5 × (80m × 1.96Pa/m) = 342.2Pa

 

3) 송풍기의 전동기동력 (kW)

$Q=\frac{390m^2\times 1m^3/m^2\cdot min}{60s/min}=6.5m^3/s$

 

$P_t=\frac{342.2Pa}{101.325Pa}\times 10.332mmAq\approx 34.89mmAq$

 

$P(kW)=\frac{Q\times P_T}{102\times \eta }=\frac{6.5m^3/s\times 34.89mmAq}{102\times 0.5}\times 1.1\approx 4.89kW$

 

8. 펌프의 공동현상

• 흡입되는 유량 (Q) : 0.3m³/min
• 표준대기압
• 흡입양정 ($H_z$) : 1m
• 흡입측 배관의 마찰손실수두 ($H_f$) : 0.5m
• 펌프의 필요 흡입수두 : 11m
• 물의 온도 : 20°C, 포화수증기압 ($P_v$) : 2340Pa
• 물의 비중량 ($\gamma$) : 9789N/m³

1) 수원의 수위가 펌프보다 낮을 때 펌프에 공동현상이 일어나지 않도록 하려면 수원의 수면으로부터 펌프까지의 설치높이는 몇 m 이하로 해야 하는가?

$유효흡입양정=H_a-H_z-H_f-H_v=\frac{P_a}{\gamma }-H_z-H_f-\frac{P_v}{\gamma }$

 

$유효흡입양정=10.332m-1m-0.5m-\frac{2.34kPa}{9789N/m^3}\approx 8.59m$

 

$8.59m<11m\to 공동현상발생$

 

9. 옥내소화전 설치

• 6층 건물
• 소방용 호스의 마찰손실수두 ($h_1$) : 7.8m
• 배관 마찰손실수두 ($h_2$) : 8m
• 최고위 옥내소화전 낙차 ($h_3$) : 24m
• 펌프의 효율 : 55%, 동력전달계수 : 1.1

1) 수원의 양 (옥상수조의 수원 제외)

$Q=2.6m^3\times 2=5.2m^3$

 

2) 펌프의 전양정

$전양정(H)=h_1+h_2+h_3+17m=7.8m+8m+24m+17m=56.8m$

 

3) 펌프의 토출량

$Q=N\times 130L/min(N=최대2개)$

 

$Q=2\times 130L/min=260L/min$

 

4) 펌프의 동력

$P=\frac{\gamma \times Q\times H\times K}{\eta }=\frac{9.8\times 0.004m^3/s\times 56.8m\times 1.1}{0.55}\approx 4.82kW$

 

10. 소화기구의 능력단위

1) 숙박시설의 바닥면적이 500m² 일 때, 소화기구의 능력단위

$능력단위=\frac{500m^2}{100m^2}=5단위$

 

11. 랙식 창고에 라지드롭형 스프링클러헤드 설치

• 공간 : 15×26×8m³ 인 특수가연물을 저장하는 랙식창고
• 스프링클러헤드를 정방형으로 설치

1) 다른 소방시설의 설치를 고려하지 않을 때, 설치해야 할 헤드의 최소개수

• 특수가연물이므로 수평거리(R) : 1.7m
• 헤드간격 (S) = $2Rsin45\approx 2.4m$

 

• 가로 헤드 수 : $\frac{15m}{2.4m}\approx 6.25\to 7개$

 

• 세로 헤드 수 : $\frac{26m}{2.4m}\approx 10.83\to 11개$

 

• 열 헤드 수 : $\frac{8m}{3m}\approx 2.7\to 3개$

 

• 최소 헤드 개수 : 7×11×3 = 231개

 

12. 완강기 설치

• 지상 10층인 사무실 건물
• 주요구조부가 내화구조이고, 직통계단인 피난계단이 2 이상 설치되어 있다.
• 각 사무실은 구획되어 있다.
• 각 층의 바닥면적은 4000m² 이다.

1) 설치해야 하는 완광기의 개수

• 피난기구의 개수 : $\frac{4000m^2}{1000m^2}\times 8층\times \frac{1}{2}=16개$

 

13. 거실 제연설비

• 덕트길이 : 165m
• 덕트저항 : 0.2mmAq/m
• 배기구저항 : 7.5mmAq
• 배기그릴저항 : 3mmAq
• 관 부속품 저항 : 덕트저항의 55%
• 펌프의 효율 : 50%, 전달계수 : 1.1
• 유량 : 15.28m³/s

1) 전동기 동력

• $P_t=0.2mmAq/m\times 165m+7.5mmAq+3mmAq+0.2mmAq/m\times 165m\times 0.55=61.65mmAq$

 

• $P(kW)=\frac{Q\times P_T}{102\times \eta }=\frac{15.28m^3/s\times 61.65mmAq}{102\times 0.5}\times 1.1\approx 20.31kW$

 

14. 소화기구

• 주요구조부는 내화구조이고 실내마감은 난연재료이다.
• 지상 1층 : 단설 유치원
• 지상 2 ~ 3층 : 한의원
• 각 층의 바닥면적 : 1200m²
• 각 층에 A급 3단위 소화기를 화재안전기준에 맞게 설치한다.
• 간이 소화용구는 A급 1단위를 설치하고 간이 소화용구는 지상 1층에만 설치하며, 지상 1층 소화기 소화능력단위의 1/2로 한다.
• 소화기구 외의 타 소화설비 및 부속용도별 추가해야 하는 소화기구는 제외한다.

1) 각 층 별 소화기 소화능력단위

• 지상 1, 2, 3층 : $N=\frac{1200m^2}{2\times 100}=6단위$

 

2) 지상 1층 단설 유치원에 설치해야 하는 간이소화용구의 개수

• $\frac{6단위}{2}=3개$

 

3) 지상 2 ~ 3 층 한의원에 설치해야 하는 소화기의 개수

• 각 층에 A급 3단위 소화기로 설치하므로 4개

 

4) 간이소화용구의 종류

• 에어로졸식 소화용구
• 투척용 소화용구
• 소공간용 소화용구
• 소화약제 외의 것을 이용한 간이소화용구

 

15. 소화약제

• 방호구역의 체적 : 500m³
• 할론 1301 분자량 : 148.9kg/kmol
• 실내온도 : 15°C
• 실내압력 : 1.2atm
• 소화약제를 방사하기 전과 후의 대기구성은 동일하다.

1) 전역방출방식의 할론1301 소화약제를 방사 후 방호구역 내 산소농도가 15% 이다. 할론1301의 소화약제의 양을 구하시오.

• 방출소화약제량 (m³) = $\frac{21-O_2}{O_2}\times 방호구역체적=\frac{21-15}{15}\times 500\approx 200m^3$

 

• $W=\frac{P\times V\times M}{R\times T}=\frac{1.2atm\times 200m^3\times 148.9kg/kmol}{0.0821\times 288K}\approx 1513.12kg$

 

16. 스케줄 수

• 강관의 인장강도 : 200N/mm²
• 안전율 : 4
• 최고사용압력 : 4MPa

1) 배관의 스케줄 수를 계산하시오.

• 재료의 허용응력 = $\frac{인장강도}{안전율}=\frac{200\times 10^6}{4}N/m^2=50MPa$

 

• 스케줄 수=$\frac{사용압력}{재료의허용응력}\times 1000=\frac{4MPa\times 1000}{50MPa}=80$