천정열기류 (Ceiling Jet)

정의와 형성

천정열기류는 화재플럼이 천장면에 부딪혀 방향을 바꾼 뒤 천장 아래를 따라 수평으로 퍼지는 고온 기체층이다.

플럼의 운동량과 부력이 천장에서 방향을 바꾸면서 중심축에서 바깥으로 얇은 층을 이룬다.

천장 아래 흐름이므로 열과 연기가 감지기와 스프링클러 헤드에 먼저 도달한다.

감지기와 헤드의 감열부는 이 기체층에 가열되어 작동한다.

두 영역의 상관식

기류 온도와 속도는 r/H 비가 0.18 이하인지 초과인지에 따라 다른 식을 쓴다.

r/H가 0.18 이하이면 강한 플럼 영역이고, 플럼 중심 가까이에서 쓰는 식이다.

0.18을 넘는 약한 플럼 영역은 헤드가 설치되는 일반적인 거리에서 쓰는 식이다.

기류 온도는 실내온도 T0에 상승분 ΔT를 더해 구한다.

계산 절차

계산은 r과 H로 r/H를 구해 적용 영역을 먼저 정하는 것에서 시작한다.

예를 들어 열방출률 1000kW, 실내온도 20℃, 중심축 거리 2.5m인 경우를 보자.

선택한 식으로 ΔT를 구하고, 실내온도 T0를 더해 기류 온도 T를 산정한다.

기류 온도를 헤드 공칭작동온도와 비교해 감열 조건을 판단한다.

기류 속도 u는 감열 여부가 아니라 반응시간지수 RTI 계산에 쓰인다.

헷갈리는 점

가장 흔한 실수는 플럼과 천장열기류를 섞는 것이다.

플럼은 수직으로, 천장열기류는 천장을 따라 수평으로 흐르므로 구분해 서술한다.

거리 r은 플럼 중심축에서 잰 수평 거리이고, 층고 H는 천장까지의 높이다. 둘을 바꾸면 결과가 크게 달라진다.

실내온도를 빼고 상승분만 보면 틀리고, 속도를 온도 기준으로 비교해도 틀린다.

직접 풀어 보기

앞에서 배운 기준을 실제로 적용해 보자.

정답은 약한 플럼 영역이다. 헤드가 설치되는 일반적인 거리에 해당한다.

층고 H는 ΔT 식의 분모에 있어 온도 상승분을 좌우한다.

정답은 감소한다. 층고가 높아지면 같은 거리에서 온도 상승분이 작아진다.

핵심 정리

오늘 배운 내용을 정리하면 다음과 같다.

천장열기류는 플럼이 천장에 부딪혀 수평으로 퍼지는 고온 기류층이다.

흐름은 플럼 상승에서 헤드 작동까지 이어지고, 계산은 영역 판단에서 시작한다.

열방출률과 층고, 거리에 따라 온도와 속도가 어떻게 변하는지 기억한다.

감열 판단은 기류 온도로 하고, 속도는 RTI 계산에 쓴다.

시험에서는 정의, 온도와 속도 변화, 감열 판단을 묶은 계산형으로 나온다.