광전식연기감지기

왜 배우는가: 광전식연기감지기는 연기에 의한 빛의 감광·산란을 이용하는 대표적 연기감지기로, 스포트형·분리형·공기흡입형의 구조와 설치기준이 실무 설계와 시험에서 함께 쓰인다. 기술사 시험에서는 형별 작동원리와 감도 구분을 묻는 문항으로 반복 출제된다.

출제 이력: 제101회 3교시 5번, 제94회 2교시 6번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

광전식연기감지기는 발광소자와 수광소자를 이용해 연기에 의한 광량의 변화(감광 또는 산란)를 검출하여 화재신호를 발신하는 연기감지기다.

• 광전식스포트형: 발광소자와 수광소자를 한 감지기 내부 챔버에 구성한 형식
• 광전식분리형: 발광부와 수광부를 분리 설치하여 그 사이 공간의 연기를 검출하는 형식
• 공기흡입형: 흡입장치로 감지 위치의 공기를 끌어들여 연기를 검출하는 형식
• 감광(減光)식: 연기가 빛을 차단하여 수광량이 줄어드는 방식
• 산란광식: 연기 입자에 의해 산란된 빛이 수광소자에 닿는 방식
• 감도 종별: 1종·2종·3종, 작동 감광률의 구분
• 감시 챔버: 연기만 들어오고 벌레 등은 막는 검출 공간
• 보정식: 감도를 자동으로 보정하는 방식

2. 개념 풀이

쉽게 말하면, 방 안에 빛을 쏘아 두고 연기가 그 빛을 가리거나 흩트리는지 보는 장치다. 빛을 전기 신호로 바꾸는 광전소자가 빛의 양 변화를 읽어 화재를 판단한다.

정식으로는 「감지기의 형식승인 및 제품검사의 기술기준」 제3조제2호나목에 따라, 광전식스포트형감지기는 주위 공기가 일정한 농도의 연기를 포함하면 작동하며, 일국소의 연기에 의해 광전소자에 접하는 광량이 변해 작동하는 감지기다. 광전식분리형은 발광부와 수광부 사이 공간에 일정한 농도의 연기가 있으면 작동한다(같은 조 다목). 공기흡입형은 내부 공기흡입장치로 감지 위치의 공기를 흡입하고 흡입 공기에 일정 농도의 연기가 있으면 작동한다(같은 조 라목).

발광소자는 빛을 내는 LED 등이며, 광속 변화가 적고 장기간 견뎌야 한다. 수광소자는 빛을 받아 전기로 바꾸는 포토다이오드 등이며, 감도 저하와 피로가 적어야 한다(제5조제20호). 감광율은 연기에 의해 줄어든 빛의 비율을 %/m 로 나타낸 값이다.

감지 방식의 구분은 빛의 차단을 쓰는 감광식과 빛의 산란을 쓰는 산란광식으로 나뉜다. 스포트형은 두 방식 모두 가능하고, 분리형은 주로 감광식이다.

3. 등장 배경과 필요성

열감지기는 화재 초기의 연기 단계를 놓치기 쉽다. 연기는 열보다 먼저 발생하므로, 인명 피난 시간을 확보하려면 연기감지기가 필요하다. 이온화식은 방사선물질을 사용하여 관리 부담이 있고, 광전식은 방사선물질 없이 연기 입자를 감지할 수 있어 널리 쓰이게 되었다.

광전식은 건물 규모와 공간 형태에 따라 형식을 달리 쓴다. 천장이 낮은 일반 거실에는 스포트형이, 높은 천장의 홀이나 체육관에는 분리형이, 전산실이나 청정 공간처럼 미세 연기를 빨리 찾아야 하는 곳에는 공기흡입형이 적합하다. 이 배경을 알면 형별 선택 근거를 답안에 쓸 수 있다.

1종 K=5, 2종 K=10, 3종 K=15(공칭감광율, %/m) 값에 따라 시험에 적합하여야 하며, 작동시험은 1m당 감광율 1.5K인 농도의 연기를 풍속 20㎝/s 이상 40㎝/s 이하의 기류에 투입할 때 30초 이내 작동하는 것이다.

4. 구성요소·원리·절차

광전식연기감지기는 연기 입자가 빛을 산란하거나 차단하는 현상을 이용한다. 발광소자와 수광소자의 배치에 따라 스포트형, 분리형, 공기흡입형으로 나뉜다. 구성요소와 작동 원리를 먼저 이해해야 형별 차이를 설명할 수 있다.

발광소자와 수광소자가 기본 구성이다. 발광소자는 광속 변화가 적고 장기간 사용에 견뎌야 하며, 수광소자는 감도 저하와 피로현상이 적어야 한다(제5조제20호). 광전소자는 빛을 전기 신호로 바꾸는 부품이다.

표 설명 1: 스포트형은 감지기 한 개가 일국소의 연기를 본다. 분리형은 광로 전체의 감광으로 평균 연기농도를 본다. 공기흡입형은 샘플 공기를 흡입해 챔버에서 검출한다.

표 설명 2: 감광식과 산란광식은 스포트형 안에서 빛의 이용 방식만 다르다. 원리 구분은 답안의 핵심 비교 항목이다.

작동 원리 절차

• 발광소자가 일정한 광을 감시 공간에 방사한다.
• 연기 입자가 광로에 들어와 빛을 차단하거나 산란시킨다.
• 수광소자의 수광량이 변한다.
• 변화량이 설정된 농도 기준에 도달하면 화재신호를 발신한다.
• 수신기가 경보를 발하고 작동표시장치가 점등된다.

연기에 의한 광량 변화를 전기 신호로 바꿔 작동하는 감지기다

감도 원리

스포트형 광전식 감지기는 1종 K=5, 2종 K=10, 3종 K=15(공칭감광율, %/m) 값에 따라 시험에 적합하여야 하며, 작동시험은 1m당 감광율 1.5K인 농도의 연기를 풍속 20㎝/s 이상 40㎝/s 이하의 기류에 투입할 때 30초 이내 작동하는 것이다. 감도설계값 시험에서는 풍속을 20 ㎝/s 이상 40 ㎝/s 이하로 하고 1 m당 감광율을 분당 (1.75 ± 0.75) %로 직선 상승시킨다. 허용오차는 ±(연기기류농도값 × 25 %)이며 ±3.3 %/m를 넘으면 ±3.3 %/m를 적용한다.

분리형 원리 계산 예

광로 길이 L(m)에 대해 감광율 \tau(%/m)를 쓴다. 평균 감광율은 \tau = \frac{100 - T}{L} 로 쓴다. T는 수광 투과율(%), L은 발광부와 수광부 사이 거리(m)다. 예를 들어 L = 50\,\mathrm{m}, T = 75\,%이면 \tau = \frac{100-75}{50} = 0.5\,%/\mathrm{m}이다. 결과 0.5 %/m는 감도 기준 범위 안의 값이므로 상식 범위다.

5. 관련 법령·기준·표준

광전식연기감지기의 기준은 「소방시설 설치 및 관리에 관한 법률」 제37조제5항에 따른 감지기의 형식승인 및 제품검사의 기술기준(고시)에 있다. 설치 기준은 화재안전기준(NFSC 구 명칭, 현행 NFTC 계열)에서 다룬다. 아래 표는 확인된 값만 모았다.

표 설명 1: 감도와 허용오차는 스포트형 시험 기준이다. 분리형은 거리와 광로 차단 판단이 기준이다.

표 설명 2: 감시챔버 크기와 표시등 색은 조문 번호를 확인한 항목만 쓴다.

감도 허용오차 ±3.3 %/m 상한은 시험 결과 판정에서 자주 틀리는 항목이다. 시험 기준에 따라 적용 여부를 판단한다.

6. 유형과 비교

광전식감지기는 빛의 전달 방식과 설치 형태에 따라 광전식스포트형, 광전식분리형, 공기흡입형으로 나뉜다. 세 형식은 감지 공간의 크기와 연기를 얻는 방법이 달라 적용 장소가 갈린다. 스포트형은 감지기 내부 챔버에 연기가 들어와 작동하고, 분리형은 발광부와 수광부 사이 빛의 경로에서 연기를 감지하며, 공기흡입형은 배관으로 공기를 흡입해 챔버에서 분석한다.