가스계 소화설비 설계농도 유지시간

왜 배우는가: 가스계 소화설비는 약제를 방출한 뒤 방호구역의 농도가 일정 시간 유지되어야 재발화를 막을 수 있다. 유지시간은 설계 계산과 방호구역의 실제 밀폐 상태 두 가지로 확인되므로, 설계와 시험 양쪽에서 반복해 출제된다.

출제 이력: 제137회 2교시 3번, 제134회 4교시 2번, 제128회 3교시 3번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

답안 첫 줄 정의: 설계농도 유지시간은 소화약제 방출 후 방호구역의 농도가 설계농도 이상으로 유지되는 시간을 말한다.

핵심 키워드

• 설계농도: 소화약제 저장량 산출에 쓰는 농도로, 소화농도에 안전율을 고려해 정한다.
• 소화농도 유지시간: 방출 후 소화농도가 유지되는 시간이다.
• 방호구역 누설면적: 방호구역 외피의 틈새 면적으로, 농도 감소 속도를 좌우한다.
• 밀폐시험: 방호구역의 누설 정도를 측정해 농도 유지시간을 확인하는 시험이다.
• 과압배출구: 약제 방출 때 발생하는 과압·부압으로 구조물이 손상되지 않도록 설치하는 배출구다.
• 최대허용 설계농도: 사람이 상주하는 곳에서 설계농도가 넘지 않아야 하는 한계값이다.
• 방출시간: 약제가 방호구역 각 부분에 기준 농도에 도달하여 방출되는 데 걸리는 시간이다.

2. 개념 풀이

쉬운 말로 풀면, 가스계 소화설비가 약제를 뿌린 뒤 방 안의 농도가 불이 다시 살아나지 않을 만큼 오래 유지되는지를 묻는 것이다. 약제가 빠르게 빠져나가면 화염은 잠깐 꺼져도 다시 붙는다.

정식 정의는 다음과 같다. 설계농도 유지시간은 방호구역에 소화약제를 방출한 후 방호구역 내 농도가 소화에 필요한 설계농도 이상으로 유지되는 시간을 말한다. 이 시간은 방호구역의 밀폐 정도, 약제 종류, 방호 높이, 온도 조건에 따라 달라진다. 핵심 용어 설계농도는 NFTC 107A 1.7.1.10에 따라 소화농도에 안전율을 고려해 정한 농도다. 상온 소화농도에 표 2.4.1.3의 안전계수를 곱한 값 이상으로 해야 하며 (표 2.4.1.3 안전계수 적용), 이 값이 저장량 산출의 기준이 된다.

할로겐화합물소화약제의 저장량은 다음 식으로 구한다. W = \frac{V}{S} \times \frac{C}{100 - C} 에서 W는 약제 무게(kg), V는 방호구역 체적(m³), C는 체적에 따른 설계농도(%), S는 선형상수 K_1 + K_2 \times t(m³/kg), t는 방호구역의 최소예상온도(℃)다. 이 식은 저장량을 정하는 식이며 유지시간을 직접 계산하는 식이 아니라는 점을 구분해야 한다. 불활성기체소화약제는 X = 2.303 \frac{V_s}{S} \log_{10}\frac{100}{100-C} 식으로 구하며, V_s는 20℃에서 약제의 비체적(m³/kg)이다.

농도 유지는 누설과 직결된다. 방출 후 농도는 방호구역의 틈새를 통해 빠져나가면서 줄어든다. 누설면적이 클수록 농도 감소 속도가 빨라져 유지시간이 짧아진다. 밀폐시험은 방호구역의 농도 유지 상태를 확인하는 데 활용된다. 방출 속도도 함께 관리해야 한다. 할로겐화합물소화약제는 10초 이내에, 불활성기체소화약제는 화재 종류별 기준 시간 이내에 최소설계농도의 95 % 이상에 해당하는 약제량이 방호구역 각 부분에 방출되어야 한다(2.7.3). 방출이 늦으면 초기 농도가 낮아져 유지시간 확보가 어려워진다.

3. 등장 배경과 필요성

할론 계열 소화약제는 오존층 파괴 문제로 사용이 제한되었다. 이에 따라 청정소화약제인 할로겐화합물과 불활성기체소화약제가 도입되었다. NFTC 107A 1.7.1.1은 이들을 전기적으로 비전도성이고 휘발성이 있거나 증발 후 잔여물을 남기지 않는 약제로 정의한다. 할론 1301, 2402, 1211은 이 정의에서 제외된다.