1. 서 론
최근의 건축물은 건축기술의 발달과 거주자의 편의성 향상을 위해 고층화, 대형화, 복합화되는 경향이 있다. 이에 따라 화재 발생 시 인명피해 및 재산 손실도 증가하는 추세이다. 화재로부터 피해를 줄이기 위해서는 24시간 화재를 초기에 감지하고 소화하는 자동식 소화설비가 요구된다.
스프링클러설비는 자동식 소화설비 중 신뢰성이 우수하여 일반적으로 층수가 6층 이상인 특정소방대상물의 경우에는 모든 층에 설치하고 있다. 스프링클러설비가 널리 설치되는 이유는 화재를 자동으로 감지하는 화재감지특성과 화재를 초기에 제어 및 진압하는 방사특성 때문이다.
스프링클러설비의 방사특성은 소화수가 살수되는 최종 말단인 스프링클러헤드에 큰 영향을 받는다. 이러한 방사특성에는 다양한 인자가 영향을 미친다. 주요인자로 방수상수(K-factor), 방수압력, 방수량이 있고, 부수적인 영향인자에는 스프링클러헤드의 구조적인 부분인 반사판, 프레임 설치방향, 충돌거리 등이 해당한다.
Chu (1990)는 살수특성이 다른 4개의 펜던트 스프링클러헤드와 원형 반사판을 부착한 모델링 스프링클러헤드를 제작하여 방수량과 방수상수를 측정하여 스프링클러헤드의 형식승인 및 제품검사의 기술기준(이하 “기술기준”)의 방수상수 허용범위를 만족함을 확인하였다. 그리고 스프링클러헤드의 오리피스 직경이 클수록 방수상수 값은 커진다고 주장하였다.
Park (2004)은 국내 시장점유율이 가장 높은 4개 회사의 하향식 헤드와 원형 헤드를 선정하여 살수분포시험을 실시하였다. 그 결과 샘플헤드 모두 기술기준의 살수분포곡선을 만족하였으나 일부 제조사의 경우 살수분포가 편향되는 것을 확인하였다. 살수분포가 편향을 보이면 살수 성능에 큰 문제가 발생할 수 있으며, 이에 대한 평가 기준이 마련되어야 한다고 주장하였다.
한편 국내 스프링클러헤드는 국민의 생명과 재산을 화재로부터 보호해 주는 소방 용품으로 관련규정에 따른 형식승인을 받아야 한다. 한국소방산기술원에서 KFI 인증을 득해야 제조, 유통, 시공이 가능하다. 그러나 KFI 인증을 득한 상향식 스프링클러헤드라도 제조사별로 살수특성에 차이를 보인다.
본 연구에서는 건축물의 주차장과 근린상가 등 반자 마감이 없는 장소에 주로 설치되는 상향식 스프링클러헤드의 방수량시험, 살수분포시험, 살수패턴 확인을 통해 스프링클러헤드의 살수특성을 비교해 보고자 한다.
2. 이론적 배경
2.1 방수상수(K-factor: K)
NFPC 103 (2024)에서 “가압송수장치의 송수량은 0.1 MPa의 방수압력 기준으로 분당 80리터 이상의 방수성능을 가진 기준개수의 모든 헤드로부터의 방수량을 충족시킬 수 있는 양 이상의 것으로 할 것”으로 정하고 있다.
이와 관련하여 방수상수는 방수압력으로부터 방수량을 산출하는 식의 계수로 유출계수(방출계수), 오리피스 직경 등이 포함된 값이다. 국내에서 사용되는 표준형 스프링클러헤드 K-factor는 80으로 정하고 있으며, 관련 식은 Eq. (1)과 같다.
여기서, Q: 방수량(l/min)
P: 방수압력(MPa)
K: 방수상수
기술기준의 방수량 시험에서 헤드는 방수압력 0.1 MPa에서 방수량을 측정하는 경우 K의 값은 Table 1의 호칭 구분에 따라 각각 그 해당 허용범위 내에 있어야 한다(NFA Notice, 2022).
Table 1
K-factor Allowable Range
| Title | Sortation | |
|---|---|---|
| K | Dry sprinkler-K | |
| 10 | 50 ± 3 | 50 ± 5 |
| 15 | 80 ± 4 | 80 ± 6 |
| 20 | 115 ± 6 | 115 ± 9 |
또한 스프링클러헤드의 형식승인 및 제품검사 시험세칙(이하 “시험세칙”)의 방수량 시험에서는 1분간당 방수량(Q) 및 방수상수(K)는 Eqs. (2)와 (3)에 의하여 계산한다. 여기서 t (sec)는 방수 시간을 의미한다(KFI, 2023).
2.2 살수분포시험의 성능기준
살수분포시험은 스프링클러헤드가 작동하여 물을 방사할 때 각 부분에 균일하게 분포되는지 확인하는 시험이다. 표준형헤드의 경우 유효살수반경 r2.3인 헤드와 r2.6인 헤드로 구분하여 실시하고 있다. Fig. 1은 호칭별 유효살수반경 r2.3의 살수분포 곡선을 보여준다.
기술기준에 따르면 표준형 스프링클러헤드(r 2.3)의 살수분포는 방수압력 범위 0.1 MPa에서 1 MPa까지의 방수압력으로 방수하는 시험에서 다음 3가지 성능기준에 적합하여야 한다.
첫째, 방수량과 전 살수량 비율은 전 방수량의 60% 이상이 헤드의 축심을 중심으로 하는 반경 300 cm의 범위내에 살수 되어야 한다. 이때 전 살수량 Q’ (ml/min)는 Eq. (4)로 계산되고, 각 방수압력에 따른 방수량과 전살수량 비율은 Eq. (5)에 의해 계산된다.
여기서 Q’는 전 살수량(ml/min), qn (n = 1, 2, ···, 9)은 1번 채수통부터 9번 채수통의 전 채수량(ml/min)을 의미한다. 또한 qn의 계수는 헤드에서 가까우면 작은 수를 헤드에서 멀어질수록 큰 수를 적용하는 것이 특징이다.
여기서 Q는 1분간 방수량(ml/min), Q’는 전 살수량(ml/min)을 의미한다.
둘째, 헤드는 살수분포 시험장치를 사용하여 각 채수통의 살수량을 측정하는 경우 헤드의 축심을 중심으로 하는 동심원상의 각각 채수통의 채수량 평균치의 분포곡선이 Fig. 1에 나타내는 살수분포 곡선 “B”보다 위에 위치해야 한다.
셋째, 동심원상의 각 채수통의 채수량의 차가 적어야 하며, 이는 각 채수통의 채수량이 규정곡선의 70% 이상을 말한다. 즉, Fig. 1에 나타내는 살수분포 곡선 “C”보다 위에 위치해야 한다. 여기서 “C” 곡선은 본 연구를 위해 기술기준의 살수분포곡선에 채수량의 차 성능기준을 적용하여 작도한 것으로 “B” 곡선의 70%에 해당한다.
3. 살수특성 실험
3.1 실험 개요
본 연구는 크게 방수상수 측정과 살수분포 측정으로 나뉜다. 방수상수 측정은 방수량 시험을 통해 규정된 방수압력에서 방수량을 측정하여 방수상수(K-factor)의 적정 여부를 확인한다. 시험을 통해 측정된 방수량 및 방수상수는 살수분포시험의 입력값으로 사용된다.
살수분포 측정은 살수분포시험을 통해 스프링클러헤드의 살수분포 성능기준의 적합 여부를 확인하고, 방사형 등분포도, 살수패턴을 확인할 수 있다. 방수량 시험과 살수분포시험은 기술기준에서 각 시험의 성능기준을 제시하고 시행세칙에서 각 시험의 방법 및 순서에 대하여 정하고 있으며 이에 따라 시험을 진행하였다.
3.2 시험 샘플헤드
시험 샘플헤드는 시중에 판매 중인 헤드 중 시장점유율이 높은 5개 제조사의 상향식(bottom-up Type) 스프링클러헤드 신품을 준비하였다. 공통 사항으로 KFI 인증을 받은 유리벌브 타입이며, 사용 온도는 68 °C 표준반응형이다. 헤드의 호칭은 15A로 접합부 나사 규격은 PT 1/2이며 K-factor 80, 살수반경은 2.3 m이다. 샘플헤드의 크기는 제조사 카탈로그 참고하고, 카탈로그에 누락된 부분은 버니어 캘리퍼스로 실측하였다. Fig. 2는 오리피스 직경, 반사판 직경, 절입개수, 충돌거리 등 상향식 스프링클러헤드의 기본정보를 나타낸다.
3.3 방수상수 측정
3.3.1 방수량 시험 주요 시험장치
Fig. 3의 방수량 시험의 주요 시험장치는 펌프 및 배관, 정류통, 압력계, 투명수조, 액체용 전자식 유량계, 전자식 질량계 등이다. 이 중에서 계측기는 검⋅교정을 득한 기기를 사용하였다.
3.4 살수분포 측정
3.4.1 살수분포시험 주요 시험장치
Fig. 4의 살수분포시험 주요 시험장치는 펌프 및 배관류, 정류통, 압력계, 이동식천정, 상향식헤드, 채수통, 비이커 등으로 구성된다.
수조에서 공급된 소화수는 펌프(유량 100 m3/h, 양정 105 m)를 통해 정류통으로 공급된다. 연결되는 배관 주요 부분은 배관용 탄소강관(KS D 3507)을 사용하고, 이동식천정 부분은 플렉시블 튜브로 연결하였다.
정류통은 펌프에서 가압된 물이 맥동류이기 때문에 스프링클러헤드 상부에 설치된 정류통에서 균일류로 유지하는 역할을 한다. 채수통은 시행세칙에 따라 가로와 세로 √1,000 (약 32 cm × 32 cm) 크기의 69개를 배치하였다. 시험장 바닥에서 채수통 상단까지의 높이는 140 cm, 채수통 상단에서 상향식헤드 반사판까지의 높이는 120 cm, 상향식헤드 반사판에서 이동식천정 하단까지의 높이는 10 cm이다. 채수통은 시행세칙에 따라 배치하고 “A”열부터 “H”열까지 시계방향으로 열번호를 부여했다. 채수통 번호는 상향식헤드 중심하부를 기준으로 “1”번부터 “9”번까지 부여했다.
3.4.2 시험조건
현재 국내의 스프링클러헤드의 형식승인 및 제품검사의 기술기준은 일본 소방법의 기준표준을 준용하여 사용하고 있다. 그러나 살수분포시험 시 상향식헤드 연결 방법에 대한 자세한 기준은 없는 실정이다. 따라서 상향식헤드의 살수분포시험을 위해 다년간 실험노하우를 축적한 방재시험연구원 기술지원을 받아 “ㄷ”자 형태로 제작하였다.
Fig. 5는 이동식천정에 상향식헤드를 연결한 배관의 정면과 측면 사진이다. 여기서 수직연결배관(“α”)은 호칭지름 25A로 길이 25 cm이고, 수평연결배관(“β”)은 호칭지름 25A로 길이 30 cm로 상향식헤드를 “ㄷ”자 형태로 연결하였다.
연결배관의 형태, 연결되는 배관의 관경 및 길이, 연결각도에 따라 살수분포시험 결과에 중대한 영향을 미친다.
Fig. 6은 상향식헤드를 “ㄷ”자 형태로 연결한 경우의 간섭에 의한 영향을 예측한 개념도이다. 상향식헤드에 배관을 연결하여 시험하면 배관자체의 간섭으로 배관간섭효과(Pipe Shadow Effect)가 예상된다.
Lee (2023)는 선행연구에서 수직연결배관을 “α”라고 하고 그 간섭으로 영향받을 영역을 “Back Zone”이라고 명명(命名)하였다. 그리고 수평연결배관을 “β”라고 하고 그 간섭으로 영향받을 영역을 “Down Zone”이라고 명명(命名)하였다.
또한 수평연결배관과 상향식헤드 프레임의 방향을 일치시켜서 헤드를 설치하였다. 프레임의 간섭 영향으로 “A”, “E”열은 살수량이 적어질 것으로 예상된다.
이러한 이유로 NFPA 13에서 상향식 스프링클러헤드는 프레임의 방향이 특별히 다른 방향으로 정해지지 않는 경우를 제외하고, 가지배관과 평행하게 설치할 것을 요구하고 있다.
3.4.3 시험방법 및 순서
첫째, 1개의 상향식 스프링클러헤드를 시험장치에 부착하고 0.1 MPa, 0.4 MPa, 0.7 MPa의 각 방수 압력으로 2회 방수하여 각 채수통의 분당의 평균채수량(ml/min)을 계산한다.
둘째, 헤드의 축심에서 동심원상에 나열된 채수통의 전 채수량 qn (ml/min) 및 채수통 1개당의 평균 채수량 qn⋅m (ml/min)을 계산한다.
셋째, 헤드의 축심에서 반경 300 cm의 범위 내의 전 살수량 Q’ (ml/min)는 Fig. 5의 각 번호통의 전채수량 qn (q1, q2, ···, q9)에 수를 곱하며 다음 Eq. (4)에 의하여 계산한다.
넷째, 방수압력 0.1 MPa, 0.4 MPa, 0.7 MPa의 1분간당의 방수량 Q (l/min)를 측정하고 각 방수압력의 방수량 Q (l/min)와 전 살수량 Q’의 비율을 Eq. (5)에 의하여 계산한다.
4. 실험결과
4.1 방수상수 측정 결과
Table 2는 방수상수 측정 결과를 나타낸 것으로 K값은 80 ± 4의 허용범위 내에 있어야 한다. 모든 샘플헤드의 K-factor 측정치는 방수압력 0.1 MPa, 0.4 MPa, 0.7 MPa에 따라 조금이 달라진다.
Table 2
Waterproofing Test Data
K값의 오차를 줄이기 위해 각 방수압력에서 K값을 구한 후 산술평균 하여 K-factor 평균치를 구하여 분석에 적용한다.
샘플 A는 78.92, 샘플 B는 79.06, 샘플 C는 79.38, 샘플 D는 80.02, 샘플 E는 81.11로 모두 기술기준의 K-factor 허용범위를 만족하였다. 그러나 K-factor의 차이는 80을 기준으로 최소 0.02부터 최대 1.11까지 차이를 보인다.
또한 오리피스 직경이 샘플 A와 샘플 B는 ∅11.3 mm, 샘플 C는 ∅11.4 mm, 샘플 D와 샘플 E는∅11.5 mm로 오리피스 직경에 따라 K-factor가 커지는 경향을 보인다.
Fig. 7은 샘플 헤드별 방수압력 증가에 따른 방수량 변화를 나타낸 것이다. Eq. (1)에서 방수압력(P)의 증가 시 방수량(Q)도 증가한다. 방수량 확인 결과 샘플 A부터 샘플 E까지 기술기준의 K-factor 허용범위를 만족하였다. 그러나 방수압력 0.7 MPa 기준으로 샘플 A 방수량은 209.79 (lpm), 샘플 E 방수량은 215.05 (lpm)로 많은 차이를 보인다.
결과적으로 샘플헤드 간 품질 차이가 방수량에도 영향을 미치게 된다. 본 시험에서 K값의 평균치를 분석한 결과 샘플 D 헤드가 가장 우수한 것으로 분석되었다. 여기서 K-factor 차이는 스프링클러헤드의 오리피스 직경, 반사판 직경, 충돌거리, 유리 벌브캡 고정부 구조 차이 등으로 판단된다.
4.2 살수분포 측정 결과
살수분포 측정 결과는 살수분포시험의 3가지 성능기준으로 확인한다. 방수량과 전살수량 비율, 채수량 평균치, 채수량의 차로 구분되며 해당 요건을 모두 만족해야 한다.
4.2.1 방수량과 전살수량 비율(Q’/Q)
Table 3은 각 방수압력에서 방수량과 전살수량 비율을 나타낸다. 시험 결과 각 방수압력에서 모든 샘플헤드는 기술기준의 성능기준(60%)을 만족하고 있다.
Table 3
Q’/Q Ratio by Sample Head
그러나 제조사별로 스프링클러헤드의 살수특성이 달라서 방수량과 전살수량 비율에 차이가 있다.
각 방수압력에서 방수량과 전살수량 비율을 평균으로 비교해 보면 샘플 D는 86.67%, 샘플 B는 86.33%, 샘플 C는 79.67%, 샘플 A는 79.33%, 샘플 E는 76.33% 순으로 나타난다. 최고와 최저의 방수량과 전살수량 비율 차이는 약 10%에 이르는 결과이다.
4.2.2 채수량 평균치와 채수량의 차
채수량 평균치와 채수량의 차는 Fig. 1의 살수분포 곡선으로 확인할 수 있다. 살수분포곡선에서 확인 결과 모든 샘플헤드는 각 방수압력에서 채수량 평균치와 채수량의 차는 성능기준을 만족하는 것으로 확인되었다.
4.2.2.1 0.1 MPa에서 채수량 평균치와 채수량의 차
Fig. 8은 방수압력 0.1 MPa에서 샘플 헤드별 평균채수량 곡선이다.
그래프에서 채수통 1번~2번까지 “Down Zone” 영향으로 채수량의 변동이 나타나는 것으로 판단된다. 이 영향은 방수압력 0.4 MPa, 0.7 MPa 경우에서도 유사하게 나타난다.
채수통 3~7번의 평균채수량은 상향식헤드 중심에서 가까울수록 높게 측정되고 상향식헤드 중심에서 멀어질수록 감소하는 경향을 보인다. 이 경향은 0.4 MPa, 0.7 MPa 경우에서도 유사함을 보인다.
방수압력 0.1 MPa일 때 모든 샘플헤드는 “B”곡선 위에 있어 채수량 평균치와 채수량의 차 성능기준을 만족한다. 여기서 7번 채수통의 평균채수량이 클수록 헤드에서 멀리까지 균일하게 살수하는 헤드이다.
7번 채수통을 기준으로 평균채수량은 샘플 C, 샘플 D, 샘플 A, 샘플 E, 샘플 B 순으로 나타난다.
4.2.2.2 0.4 MPa에서 채수량 평균치와 채수량의 차
Fig. 9는 방수압력 0.4 MPa에서 샘플 헤드별 평균채수량 곡선이다. 방수압력이 0.1 MPa에서 0.4 MPa로 증가하여 방수량도 증가하고, “B”곡선보다 높은 위치에 자리하고 있다. 방수압력 0.4 MPa일 때 모든 샘플헤드는 채수량 평균치와 채수량의 차는 성능기준을 만족한다.
여기서 7번 채수통의 평균채수량이 클수록 헤드에서 멀리까지 균일하게 살수하는 헤드이고, 7번 채수통을 기준으로 평균채수량은 샘플 D, 샘플 C, 샘플 A, 샘플 B, 샘플 E 순으로 측정되었다.
4.2.2.3 0.7 MPa에서 채수량 평균치와 채수량의 차
Fig. 10은 방수압력 0.7 MPa에서 샘플 헤드별 평균채수량 곡선이다. 방수압력이 0.4 MPa에서 0.7 MPa로 증가하여 방수량도 증가하고, “B”곡선보다 조금 더 높은 위치에 있다.
방수압력 0.7 MPa일 때 모든 샘플헤드는 채수량 평균치와 채수량의 차는 성능기준을 만족한다. 여기서 7번 채수통의 채수량이 많을수록 헤드에서 멀리까지 균일하게 살수하는 헤드이다. 7번 채수통을 기준으로 평균채수량은 샘플 D, 샘플 B, 샘플 A, 샘플 C, 샘플 E 순으로 나타난다.
또한 7번 채수통을 기준으로 방수압력별로 최저점 1점부터 최고점 5점까지 점수를 부여하면 샘플 D는 14점, 샘플 C는 11점, 샘플 A는 9점, 샘플 B는 7점, 샘플 E는 4점으로 집계된다. 평균채수량 측면에서 샘플 D 헤드가 가장 멀리까지 균일한 살수분포 성능을 보여준다.
4.3 샘플헤드의 등분포도
살수분포 측정 결과 모든 샘플헤드에서 기술기준의 3가지 성능기준을 모두 만족하고 있다.
그러나 성능기준을 통해서는 살수분포시험의 목적인 균일한 살수분포를 확인하는데 한계가 있다. 따라서 살수분포시험의 데이터를 기초로 “A”열부터 “H”열까지 각 열의 채수량의 합을 구해 샘플헤드의 방수압력별 방사형 등분포도를 살펴본다.
Fig. 11은 샘플헤드의 방사형 등분포도 나타낸 것이다. 방수압력에 따라 0.1 MPa은 녹색, 0.4 MPa은 적색, 0.7 MPa은 청색으로 구분하고 세로축의 수치는 채수량의 합(ml/min)을 표기한 것이다. 따라서 열별로 밖으로 퍼질수록 해당 열의 채수량이 많은 것을 의미한다.
살수분포는 대체로 프레임 영향이 없는 가로축으로 길게 뻗어나가는 형태를 보인다. 그러나 방수압력과 샘플헤드에 따라 다양한 형태를 보인다.
샘플 A는 가로축으로 길게 뻗은 “8”자 모양의 살수분포를 보이고, 샘플 B, 샘플 C는 직사각형에 가까운 살수분포를 하고, 샘플 D, 샘플 E는 길게 뻗은 사다리꼴의 형태를 보인다.
그리고 “C”열과 “G”열에서 높은 채수량의 합이 측정되었다. 방수압력 0.7 MPa에서 샘플 A는 “C”열에서 17,596 ml, 샘플 D는 “G”열에서 15,151 ml의 평균채수량의 합을 기록하였다.
또한 모든 샘플헤드에서 방수압력별 채수량의 합은 “A”열이 가장 적게 살수 되었다. 그 이유는 살수분포시험 조건에서 상향식헤드를 “ㄷ”자 형태로 연결하여 “A”열은 상향식헤드 프레임의 간섭과 수직연결배관 “α” 부분의 간섭효과로 “Back Zone”에 해당하여 채수량이 매우 부족함을 보인다.
또한 “E”열은 상향식헤드 프레임의 간섭으로 채수량의 합이 줄어드는 편이나 방수압력 0.7 MPa에서 샘플 D는 8,092 ml, 샘플 E는 약 10,001 ml가 측정되어 일률적으로 판단하기는 한계가 있었다.
Fig. 12는 살수분포시험 시 상향식헤드의 정면과 후면 사진으로 연결배관에 따른 살수분포 영향을 보여준다.
4.4 살수패턴
선행연구에서 살수패턴은 물방울이 포용 면적으로 반사판에서 세분될 때 방사방향, 분사각도, 살수밀도의 균일한 정도를 의미한다. 일반적으로 스프링클러헤드의 살수패턴은 바닥에서는 원형패턴을 나타내고 수직단면은 포물선 형태로 나타낸다(Yeo, 2005).
살수분포시험 시 천정적심은 제조사에 따라 천정을 적시는 타입과 천정을 적시지 않는 타입이 있다. 또한 분사각도는 살수패턴이 형성되는 각도로서 제조사마다 약간의 차이가 있다.
이에 살수분포시험 시 카메라를 이용하여 동영상 촬영하여 천정적심을 확인한다. 다음으로 동영상을 사진으로 캡쳐한 뒤 오토캐드(AUTOCAD 2021)를 이용하여 분사 각도를 측정하였다. Fig. 13은 샘플 헤드별 방수압력에 따른 살수패턴을 보여준다.
샘플 A는 방수압력 0.1 MPa에서 천정적심이 발생한다. 방수압력이 0.4 MPa, 0.7 MPa로 증가할수록 물방울은 작아지고, 천정적심은 많아진다. 분사각도는 방수압력 0.1 MPa에서 약 180°에 이른다. 방수압력이 0.4 MPa, 0.7 MPa로 증가할수록 분사각도는 비슷하고, 천정을 타고 수평으로 이동하며 사방으로 넓게 퍼진다.
한편 샘플 B는 방수압력 0.1 MPa에서 샘플 A보다 천정적심이 많고 넓게 살수되는 특징이 있다. 방수압력 0.4 MPa, 0.7 MPa에서 샘플 A와 유사한 특성을 보인다.
샘플 C는 모든 방수압력에서 천정적심이 발생하지 않으며, 산 모양에 가까운 포물선 형태의 살수패턴을 보인다. 분사각도는 방수압력이 0.1 MPa, 0.4 MPa, 0.7 MPa로 증가할수록 약 147°, 약 143°, 약 140°로 조금씩 좁아진다.
샘플 D는 모든 방수압력에서 천정적심이 발생하지 않지만, 천정 하부 전체를 가득 채운 사선형의 살수패턴을 보인다. 분사각도는 0.1 MPa에서 약 180°, 0.4 MPa에서 약 179°, 0.7 MPa에서 약 179°로 방수압력이 증가해도 비슷한 각도를 유지한다. 샘플 E는 모든 방수압력에서 천정적심이 발생하지 않으며, 포물선 모양의 살수패턴을 보인다. 분사각도는 방수압력이 0.1 MPa, 0.4 MPa, 0.7 MPa로 증가할수록 약 159°, 약 156°, 약 153°로 좁아진다.
따라서 살수패턴 측면에서는 천정적심이 없고, 살수각도가 넓은 샘플 D 헤드가 가장 우수한 것으로 보인다. 또한 살수패턴이 우수한 헤드는 샘플 D, 샘플 E, 샘플 C, 샘플 B, 샘플 A 순으로 판단된다.
5. 결 론
본 연구는 상향식 스프링클러헤드를 대상으로 스프링클러헤드의 기술기준과 시행세칙을 기준으로 방수량 시험과 살수분포시험을 진행하였다. 이를 통해 방수상수, 살수 분포, 살수패턴 확인 결과 다음과 같은 살수특성을 도출하였다.
첫째, 방수상수 측정 결과 모든 샘플헤드의 방수상수는 기술기준의 K-factor 허용범위를 만족하였다. 그러나 K-factor의 차이는 80을 기준으로 최소 0.02부터 최대 1.11까지 차이가 난다. 그리고 오리피스 직경이 클수록 K-factor는 커지는 경향을 보인다.
둘째, 살수분포 측정 결과 모든 샘플헤드는 살수분포시험의 3가지 성능기준을 모두 만족하고 있다. 그러나 각 방수압력에서 방수량과 전살수량 비율을 평균으로 비교해 보면 샘플헤드에 따라 최고와 최저의 방수량과 전살수량 비율 차이는 약 10%에 이른다.
셋째, 방수압력별 방사형 등분포도는 대체로 프레임의 영향이 없는 가로축으로 길게 뻗어나가는 형태를 보인다. 그러나 모든 샘플헤드의 “A”열은 배관간섭효과(Pipe Shadow Effect)의 영향으로 가장 적은 채수량의 합이 측정되었다.
따라서 소방 공사 현장에서 상향식 스프링클러헤드 시공 시 배관간섭효과를 고려하여 시공해야 한다.
넷째, 살수패턴은 천정을 적시는 타입과 적시지 않는 타입으로 나뉜다. 그리고 방수압력이 증가할수록 분사각도는 좁아지는 경향이 있다.
부수적으로 샘플 D는 방수상수, 방수량과 전살수량 비율, 채수량 평균치와 채수량의 차, 살수패턴에서 가장 우수한 헤드로 판단된다.
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