할로겐화합물·불활성기체 소화설비

왜 배우는가: 할로겐화합물 및 불활성기체소화설비는 전산실·통신실 등 수손해를 피해야 하는 장소에 쓰이며, 약제량 산정식과 선형상수는 설계 계산의 기초라서 시험에서 반복해 나온다. 정의와 배경을 정확히 알아야 구성요소와 설계 문항을 함께 풀 수 있다.

출제 이력: 제138회 2교시 1번, 제122회 1교시 10번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

답안 첫 줄에 쓸 정의 문장은 다음과 같다.

할로겐화합물 및 불활성기체소화설비는 전기적으로 비전도성이고 잔여물을 남기지 않는 가스계 약제를 방호구역에 방출하여 질식과 냉각 작용으로 소화하는 설비다.

핵심 키워드는 다음과 같다.

• 할로겐화합물소화약제
• 불활성기체소화약제
• 설계농도
• 소화농도
• 선형상수
• 충전밀도
• 최대허용 설계농도
• 방호구역

2. 개념 풀이

쉬운 말로 풀면, 불이 나면 방호구역 안의 공기 속 산소 농도를 낮추거나 연소 반응을 방해하는 가스를 채워 불을 끄는 설비다. 약제가 전기를 통하지 않고 방사 후 흔적을 남기지 않아 전산실·통신실·박물관처럼 물과 분말 잔여물에 손상되면 안 되는 장소에 적합하다.

정식 정의는 기술기준 1.7.1.1에 따른다. 할로겐화합물 및 불활성기체소화약제는 할로겐화합물(할론 1301, 할론 2402, 할론 1211 제외) 및 불활성기체로서, 전기적으로 비전도성이며 휘발성이 있거나 증발 후 잔여물을 남기지 않는 소화약제를 말한다.

할로겐화합물소화약제는 불소, 염소, 브롬 또는 요오드 중 하나 이상의 원소를 포함하는 유기화합물을 기본성분으로 하는 약제다. 주로 부촉매 작용과 열흡수 작용으로 소화한다. 예로 HFC-227ea, FK-5-1-12 등이 있다.

불활성기체소화약제는 헬륨, 네온, 아르곤 또는 질소 중 하나 이상을 기본성분으로 하는 약제다. 산소 농도를 낮춰 질식 효과로 소화한다. 예로 IG-01, IG-100, IG-541, IG-55가 있다.

설계농도는 방호구역의 약제량을 산출하기 위한 농도로, 소화농도에 안전계수를 곱해 정한다. 소화농도는 규정된 실험 조건에서 화재를 끄는 데 필요한 약제 농도다.

충전밀도는 약제 중량과 저장용기 내부 용적의 비(중량/용적)다. 최대허용 설계농도는 사람이 상주하는 곳에 적용하는 설계농도의 상한으로, 인체 안전 기준이다.

3. 등장 배경과 필요성

할론 계열 약제는 오존층 파괴 문제로 생산과 사용이 제한되었다. 이를 대체하기 위해 오존층을 파괴하지 않는 할로겐화합물과 불활성기체 약제가 개발되었다.

국내에서는 2004년 6월 4일 고시인 청정소화약제소화설비의 화재안전기준(NFSC 107A)이 시행되었다. 2018년 6월 27일에는 '청정소화약제'라는 명칭이 인체·환경에 무해하다는 오해를 줄 수 있어 '할로겐화합물 및 불활성기체소화설비'로 명칭을 바꾸었다.

가스계 약제는 전산실, 통신실, 문화재 등 수손해와 2차 피해를 줄여야 하는 장소에 필요하다. 다만 모든 화재에 만능인 약제는 없고, 소화성능·경제성·환경 및 인체 영향을 함께 고려해야 한다. 이 점이 설계와 적용 판단의 출발점이 된다.

현행 기준은 할로겐화합물 및 불활성기체소화설비의 화재안전기술기준(NFTC 107A)이며, 2024-08-01 시행 원문을 따른다. 상위 성능기준은 할로겐화합물 및 불활성기체소화설비의 화재안전성능기준(NFPC 107A)이다.

4. 구성요소·원리·절차

할로겐화합물 및 불활성기체소화설비는 저장용기, 선택밸브, 배관, 분사헤드, 기동장치, 감지기, 제어반으로 구성된다. 각 구성요소의 역할과 핵심 기준은 아래 표와 같다.

표의 구성요소는 설비가 방출 전 사람을 대피시키고 설계농도를 유지하는 순서로 작동한다. 배관과 헤드는 방출시간 기준을 만족해야 하며, 저장용기는 약제량 손실 기준으로 관리한다.

할로겐화합물소화약제의 원리는 방호구역 체적과 약제의 선형상수로 필요한 약제 무게를 구하는 것이다. 설계농도가 높을수록 약제량이 늘어나는 관계를 식으로 나타낸다.

$W = \frac{V}{S} \times \frac{C}{100 - C}$

• W: 소화약제의 무게(kg)
• V: 방호구역의 체적(m³)
• C: 체적에 따른 소화약제 설계농도(%)
• S: 선형상수 K_1 + K_2 \times t(m³/kg), t는 방호구역의 최소예상온도(℃)

절차는 다음 순서로 진행한다.

• 방호구역의 체적 V를 산정한다.
• 최소예상온도 t를 정하고 선형상수 S를 구한다.
• 상온 소화농도에 안전계수를 곱해 설계농도 C를 정한다.
• 식에 대입해 약제량 W를 구한다.
• 사람이 상주하는 곳이면 최대허용 설계농도 초과 여부를 확인한다.
• 배관과 분사헤드로 10초 이내 방출되는지 검토한다.

약제량 W는 방호구역 체적과 선형상수, 설계농도로 결정된다. 흐름도는 약제량 산정에서 방출 검토까지의 순서를 보여준다.

5. 관련 법령·기준·표준

할로겐화합물 및 불활성기체소화설비의 기술기준은 NFTC 107A(화재안전기술기준)에 규정된다. 법적 효력은 「소방시설 설치 및 관리에 관한 법률」 제2조제1항제6호나목에 따른다. 시행일은 2024년 8월 1일이다. 2024년 8월 1일 시행본에는 과압배출구(2.14), 안전장치(2.3.4), 기동장치 보호장치 관련 조항(2.5.1.8, 2.5.1.9)이 신설됐다.

표의 값은 기준서 원문 조항을 따른다. 설치 높이와 방출 시간은 방호구역 조건과 함께 검토해야 한다. 저장용기 설치 기준은 1교시 답안과 2교시 설계 검토에 함께 쓴다.

개정 연혁은 다음과 같다.

• 2004년 6월 4일: 「청정소화약제소화설비의 화재안전기준(NFSC 107A)」 시행
• 2018년 6월 27일: 명칭을 '할로겐화합물 및 불활성기체소화설비'로 변경
• 2022-12-01: 화재안전기준이 성능기준(NFPC)과 기술기준(NFTC)으로 나뉨
• 2024년 8월 1일: NFTC 107A 개정 시행, 과압배출구·안전장치 등 신설