화재수신기·감지기

왜 배우는가: 자동화재탐지설비는 화재를 초기에 자동으로 알려 인명과 재산을 보호하는 핵심 설비이며, 화재수신기와 감지기의 종류와 동작원리는 1교시 용어 문제와 4교시 논술 문제에 반복해 출제된다. 감지기를 열·연기·불꽃으로 나누는 기준을 알아야 설계와 답안 분류가 정확해진다.

출제 이력: 제117회 4교시 3번, 제92회 1교시 3번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

자동화재탐지설비의 감지기는 열·연기·불꽃·가스 등 화재 현상을 검출해 수신기에 신호를 보내는 장치다.

• 자동화재탐지설비
• 감지기
• 수신기
• 열감지기
• 연기감지기
• 불꽃감지기
• 아날로그식감지기
• 초미립자감지기

2. 개념 풀이

쉽게 말하면 감지기는 불이 났다는 흔적을 사람보다 먼저 잡아내는 센서이고, 수신기는 그 신호를 모아 경보를 울리고 어디에서 났는지 표시하는 두뇌다. 자동화재탐지설비는 감지기, 발신기, 수신기, 음향장치, 전원, 배선으로 구성된다.

정식 정의로 말하면 감지기는 화재에 의해 발생하는 열, 연기, 불꽃 또는 이들의 복합 현상을 감지하여 수신기에 화재신호를 발신하는 장치다. 수신기는 감지기나 발신기의 신호를 받아 화재 발생을 표시하고 경보를 발하며, 중계기를 통해 연동 제어 신호를 내보내는 장치다.

• 열감지기: 감지소자의 온도 변화를 이용한다. 정온식과 차동식(Rate-of-Rise)이 대표적이다. 열감지기는 열이 감지소자에 전달되는 데 지연(열지연)이 있다.
• 연기감지기: 연소 생성물인 연기 입자를 이용한다. 이온화식과 광전식이 대표적이다.
• 불꽃감지기: 화염에서 나오는 자외선(UV)이나 적외선(IR)을 검출한다. 연기나 열이 발생하기 전 불꽃 자체를 감지하므로 개방된 대공간이나 고위험 장소에 쓴다.
• 아날로그식감지기: 감지 신호를 연속적인 값으로 내보내고, 수신기가 그 값을 기준치와 비교해 화재 여부와 농도 단계를 판단한다. 감지 값을 디지털 정보로 변환해 전송하는 방식이므로 신호 상태를 단계별로 읽을 수 있다.
• 초미립자감지기: 연소 초기에 생기는 초미립자를 흡입하여 분석하는 감지기다. 공기흡입형 연기감지기가 대표적이다.

아날로그 신호는 특정 범위 안의 어떤 값이든 가질 수 있다. 이진 신호는 전압 존재와 전압 없음 두 상태만 가진다. 이 차이가 아날로그식감지기를 이해하는 출발점이다.

3. 등장 배경과 필요성

초기 자동화재탐지설비는 감지기가 작동하면 단순히 회로가 닫히는 방식이었다. 이 방식은 어느 감지기가 작동했는지 구분하기 어렵고, 오작동 원인을 판단하기도 힘들었다. 건축물이 대형화하고 용도가 복잡해지면서 화재 위치를 정확히 알리고 감지 성능을 세밀하게 관리할 필요가 커졌다.

또 연소 초기에는 열이나 가시적인 연기보다 미세한 입자와 복사 에너지가 먼저 발생한다. 기존 열감지기만으로는 이 단계를 놓치기 쉬웠다. 이에 따라 연기 입자를 분석하는 감지기, 불꽃의 자외선·적외선을 검출하는 감지기가 등장했다.

감지 방식이 다양해지면 설치 장소에 맞는 감지기를 고르는 기준도 필요해진다. 천장이 높은 공간에는 열 확산이 느리므로 광전식 연기감지기나 불꽃감지기가 적합하다. 주방처럼 연기와 수증기가 생기는 곳에는 열감지기를 쓴다. 이런 선택 기준이 감지기 분류 체계의 배경이다.

4. 구성요소·원리·절차

자동화재탐지설비의 감지기는 화재에 따른 열·연기·불꽃·복사에너지를 전기적 신호로 바꾸어 수신기에 전달하는 장치다. 감지 대상 물리량에 따라 열식, 연기식, 복합식, 불꽃식으로 나뉜다. 각 형식은 신호를 만드는 방식이 달라 설치 장소와 오동작 요인이 다르다.

표의 원리는 감지기가 주변 환경 변화를 한 가지 물리량으로 바꾸는 과정이다. 열식은 온도 변화가 감온부에 전달되는 속도가 핵심이고, 연기식은 입자가 검출부에 들어가 신호를 바꾸는 과정이 핵심이다.

열식 감지기는 온도 변화를 감지한다. 정온식은 설정 온도에 도달하면 동작하고, 차동식은 단위 시간당 온도 상승률이 기준을 넘으면 동작한다. 정온식은 온도가 올라가는 동안 열이 감온부에 전달되는 열 이동 시간이 필요하므로 지연이 생긴다. 차동식은 공기 팽창이 다이어프램을 밀어 접점을 닫는 구조다. 두 방식 모두 열 전달 지연(열적 지연)을 가진다.

연기식 감지기 중 이온화식은 방사선원이 공기를 이온화하여 생긴 전류가 연소 입자에 의해 줄어드는 것을 이용한다. 광전식은 연기 입자에 의한 빛의 산란이나 차단을 수광소자가 검출한다. 광전식은 검은 연기에 민감하고 이온화식은 연소 초기의 작은 입자에 민감하다고 알려져 있다.

불꽃감지기는 화염이 방출하는 자외선이나 적외선을 수광한다. 자외선식은 연소 순간의 자외선을 검출하며 빠르게 반응하지만 번개나 용접광에 오동작할 수 있다. 적외선식은 탄소를 포함한 연료의 화염에서 나오는 적외선 대역(주로 CO2 방출 대역)을 본다. 불꽃감지기는 연기가 없는 액체·가스 화재에 적합하다.

수신기는 감지기 신호를 받아 화재 표시와 경종 동작을 수행한다. 수신기 종류는 P형(발신기 신호 중심), R형(중계기 신호를 주소 방식으로 처리), GP·GR형(가스 감지 등 복합 기능)으로 나뉜다. 감지기는 수신기 회로에 접속되어 한 회로가 여러 감지기를 가진다.

감지기의 동작 절차는 다음과 같다.

• 화재로 열, 연기, 불꽃 등 물리량이 변한다.
• 감지 소자가 물리량을 전기 신호로 바꾼다.
• 감지기 내부 회로가 설정 조건(온도, 농도, 상승률)을 판단한다.
• 동작 조건을 만족하면 접점이 닫히거나 신호가 발생한다.
• 신호가 회로를 따라 수신기로 전달되어 화재를 표시하고 경보를 낸다.

오동작을 줄이는 방법으로는 시간 지연(예: 광전식 감지기의 축적 기능), 두 감지기 신호의 조합, 불꽃감지기의 다파장 판별이 쓰인다.

감지기는 물리량을 전기 신호로 바꾸고, 수신기는 그 신호를 판단해 표시·경보한다

5. 관련 법령·기준·표준

자동화재탐지설비와 감지기의 기준은 「소방시설 설치 및 관리에 관한 법률」(소방시설법)과 화재안전성능기준(NFPC)·화재안전기술기준(NFTC)에 있다. 2022-12-01부터 화재안전기준이 NFPC(고시)와 NFTC(공고)로 나뉘었다. 감지기 설치 기준은 NFPC 203(자동화재탐지설비)과 NFTC 203에 정해져 있다.

핵심 기준값은 다음과 같다.

• 감지기 부착 높이에 따라: 차동식 스포트형 감지기를 포함한 열감지기와 연기감지기 설치 범위 기준이 적용됨
• 연기감지기 설치 기준: 복도 및 계단 등에 감지기를 설치함
• 차동식 스포트형 감지기 1개 감지 면적: 부착 높이에 따라 관련 기준이 정한 면적 이하 기준
• 정온식 스포트형 감지기 1개 감지 면적: 부착 높이에 따라 관련 기준이 정한 면적 이하 기준
• 감지기 회로 한 회로의 감지기 수: 관련 기준이 정한 개수 이하 기준

개정 연혁으로는 2022-12-01 화재안전기준의 성능기준과 기술기준 분리가 가장 중요하다. 옛 명칭 NFSC 계열은 현행 기준 명칭으로 바꿔 쓴다.

수신기 종류별 특성은 다음과 같이 정리한다.

6. 유형과 비교

감지기는 감지 대상(열·연기·불꽃)과 동작 방식에 따라 나뉜다. 같은 화재 신호라도 감지 원리가 다르면 설치 장소와 오동작 원인이 달라지므로 비교표로 구분해 두어야 한다. 아래 표는 답안에 옮겨 쓸 수 있도록 감지 대상, 동작 원리, 주 설치 장소를 기준으로 정리했다.