KR101910739B1 - 오리피스판을 이용한 건축물 스프링클러설비의 배관압력 유지장치 - Google Patents

오리피스판을 이용한 건축물 스프링클러설비의 배관압력 유지장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 오리피스판을 이용한 건축물 스프링클러설비의 배관압력 유지장치에 관한 것으로, 건물 내 스프링클러설비의 가압송수장치에서 분기되는 각 층별 분기배관에 균일한 압력과 유량을 확보하기 위한 것이다.
이를 위하여 본 발명은 소화수조로부터 공급되는 소화용수의 수로를 형성하는 입상주배관, 입상주배관에서 분기되는 다수의 분기배관, 각 분기배관에 연결되어 각 층 내부의 스프링클러 헤드로 소화용수를 공급하는 수평주행배관 및 가지배관, 가지배관의 종단에 연결되는 다수 개의 스프링클러 헤드를 포함하는 건축물 스프링클러설비의 배관압력 유지장치에 있어서, 각 분기배관 상에 각각 내설되며 각 층의 스프링클러 헤드의 갯수 및 유량을 기준으로 산출되는 각 층별 필요유량에 따라 각 층별 분기배관의 내경을 각각 제어하여 입상주배관에 공통 연결된 각 분기배관의 내부 압력이 가압송수장치에서 가장 먼 곳에 설치된 층의 분기배관의 내부 압력과 같게 각각 제어하는 다수의 배관압력 유지부재를 포함하여, 건물 내 모든 층에 설치된 스프링클러 헤드의 방수 유량을 안정적으로 균일하게 유지할 수 있게 한다.

Description

오리피스판을 이용한 건축물 스프링클러설비의 배관압력 유지장치{Apparatus for preserving pipe pressure of the sprinkler for building using the orifice plate}
본 발명은 오리피스판을 이용한 건축물 스프링클러설비의 배관압력 유지장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 건물 내 스프링클러설비의 각 분기배관 내에 균일한 압력과 유량을 확보하여 스프링클러 헤드의 방수 유량이 층고에 관계없이 모든 층에서 균일하게 유지될 수 있도록 함으로써 건물 내 가압송수용 입상주배관의 높이에 따라 각 층에서 방수되는 유량이 변하는 문제점을 해결하여 건물 층고에 관계없이 모든 층의 스프링클러 헤드에서 소화용수가 안정적으로 방수될 수 있도록 하며 아울러 하나의 입상주배관으로부터 분기되는 각 층별 스프링클러설비 배관 내의 압력 불균형에 따른 소화용수의 손실량을 줄일 수 있게 하는 오리피스판을 이용한 건축물 스프링클러설비의 배관압력 유지장치에 관한 것이다.
일반적으로 건물 내부에는 화재 발생시 초기 진화를 위한 스프링클러설비 시스템이 설치되며, 이러한 스프링클러설비 시스템은 소화수조로부터 건물 내부에 소화용수를 공급하는 주(입상)배관, 주배관으로부터 각 층으로 분기되는 분기배관, 각 분기배관에 1차측이 연결되고 수평주행배관에 2차측이 연결되는 알람밸브(알람체크밸브 또는 자동경보밸브), 알람밸브의 2차측에 연결되어 건물 내 각 층에 소화용수를 공급하는 수평주행배관, 수평주행배관(또는 교차배관)에서 분기되는 가지배관, 가지배관의 종단에 연결되는 스프링클러설비 헤드 등의 급수설비로 구성되고, 소화수조(옥상이나 지하의 물탱크 또는 상수도)로부터 펌프 또는 자연낙차(중력)를 이용하여 주배관, 분기배관, 수평주행배관 및 가지배관으로 소화용수를 공급함으로써 각 층의 스프링클러설비 헤드에서 물을 방사하도록 구성되어 있다.
이러한 스프링클러설비에서 이루어지는 소화용수 공급방식은 소화수조의 위치에 따라 크게 저수조방식과 고가수조방식으로 나뉜다. 저수조방식은 건물의 낮은 곳에 소화수조가 위치하고 있어 펌프를 이용하여 스프링클러설비에서 필요한 압력을 얻는 방식이며 모터의 동력을 사용하는 방식과 엔진을 사용하는 방식이 있다. 고가수조방식은 건물 옥상 등의 최상부에 소화수조가 설치되어 있어 자연낙차를 이용하여 스프링클러설비에서 필요한 압력을 얻는 방식이다.
상기와 같은 급수설비에서는 건물의 층수가 높아짐에 따라 고양정의 펌프가 사용되거나 고가수조를 사용하게 되는데, 이는 주배관으로부터 분기배관이 분기되는 높이에 따라 각 층으로 소화용수를 공급하는 밸브의 압력이 달라지는 요인이 된다. 특히, 고층건물에서는 하나의 주(입상)배관을 사용하는 경우에, 층고에 의한 압력차가 너무 커서 배관 및 밸브의 재질 등이 문제가 될 수 있으므로 일정한 압력차가 발생하는 범위에서 주(입상)배관을 고층부, 중층부, 저층부 등으로 분할하고, 압력 균형을 맞추기 위해서 필요시 감압밸브를 사용하고 있다.
이와 관련하여, 대한민국 공개특허 제10-2011-0091129(2011.08.11 공개; 이하 '특허문헌1'이라 약칭함)에는, 분기배관 및 감압밸브를 이용한 소화용수 공급 시스템에 관한 기술이 공지되어 있다.
특허문헌1에 의하면, 고층건물에서 각 층의 옥내소화전설비 및 스프링클러설비 측으로 소화용수를 공급하기 위한 입상주배관의 일정 지점에 분기배관 및 감압밸브를 설치하여, 소화설비계통에서의 배관 사용량을 절감할 수 있고, 복수의 고층건물이 연결될 경우 고가수조를 병렬로 설치하여 고가수조 및 펌프를 혼용한 소화배관계통방식을 자연낙차방식인 고가수조만으로 소화배관계통을 구현할 수 있게 하였다.
또한, 대한민국 공개특허 제10-2013-0025083(2013.03.11 공개; 이하 '특허문헌2'라 약칭함)에는, 고가수조의 압력조절밸브 대신에 압력조절수단을 두어 배관의 압력을 일정하게 조절할 수 있도록 한 배관 시스템 및 그의 압력 조절 방법에 관한 기술이 공지되어 있다.
특허문헌2에 의하면, 유동하는 유체의 압력이 서로 상이한 복수의 배관을 혼합 헤더로 연결하고 혼합 헤더의 상류측에서 압력조절수단을 복수의 배관에 각각 연결하여 복수의 배관 내의 압력을 일정하게 유지시킬 수 있게 하였다.
한편, 스프링클러설비의 화재안전기준(NFSC 103)과 고층건축물의 화재안전기준(NFSC 604)에서는 건축물의 사용용도, 높이, 층수 등에 따라 개방되는 스프링클러의 개수와 방수시간을 정하고 있는데, 이것은 소화용수의 양을 산정하는 기준으로 작용하여 저수조에는 이러한 기준으로 산정된 양의 소화용수가 항상 저장되어야 한다.
상기와 같이 하나의 스프링클러설비에서 방수되는 소화용수의 양이 일정하다고 가정하고 소화용수량을 정하는 방법을 규약배관방식(pipe schedule method)이라고 하며, 실제 배관에 작용하는 압력과 위치에 따라 방사되는 소화용수의 양이 달라지는 실제적인 상황을 반영하도록 수리적인 해석을 수행하여 소화용수량을 정하는 방법을 수리계산방식(hydraulic calculation method)이라고 한다.
규약배관방식에 의해 소화용수량을 산정하는 경우는 가정한 소화용수량보다 더 많은 소화용수량이 방사되어 방수시간을 채우지 못하고 소화용수가 조기에 고갈될 수 있어 사회적으로 큰 문제가 되고 있는 바, 미국, 영국, 호주 등 선진국에서는 이 방법을 사용하는 경우에 충분한 안전율을 주도록 요구하고 있다.
반면, 수리계산방식에 의해 소화용수량을 산정하는 경우는, 소화용수량을 계산할 때 가압송수장치(펌프 또는 고가수조)에서 가장 먼 배관의 스프링클러를 기준으로 화재안전기준에서 요구하는 압력과 유량을 만족하는지를 확인하고, 화재안전기준에서 정하는 기준개수의 스프링클러에서 방출되는 유량을 제공할 수 있는 가압송수장치와 소화용수 저수량을 산정하게 된다.
이처럼 수리계산방식을 이용하여 소화용수량을 계산할 때, 각 층의 알람밸브(알람체크밸브 또는 자동경보밸브)에서의 압력이 층과 높이에 따라 변동하는데, 이럴 경우에 가압송수장치와 가까운 저층부 또는 고층부에서의 알람밸브의 압력이 가압송수장치로부터 수리학적으로 가장 먼 층의 알람밸브의 압력에 비해서 압력이 높아 동일한 개수, 동일한 위치의 스프링클러가 작동하는 경우에도 더 많은 소화용수가 방출되게 된다.
그러나 상술한 바와 같이 소화용수를 공급하기 위해 주(입상)배관을 여러 구역(예를 들면 고층부, 중층부, 저층부)으로 분할하여도 각 층에서 압력차가 발생하기 때문에 동일한 위치의 스프링클러가 같은 개방개수로 작동하여도 방수량이 변동하여, 수리학적으로 가장 높은 압력이 발생하는 층에서 가장 많은 소화용수가 요구된다.
이처럼 실제로는 건물 내 층고에 따른 압력 차이에 의해 방수량에 차이가 발생하기 때문에 안전을 위해서는 가장 많은 소화용수가 필요한 층을 기준으로 소화용수를 저장해야 하지만, 이럴 경우 소화용수의 저장량이 급격히 커지게 되어 경제적 손실을 초래하게 되므로 건축주, 시공사, 입주자들에게 경제적 부담을 안기게 되는 문제점이 있었다.
KR 10-2011-0091129 A 2011.08.11 공개 KR 10-2013-0025083 A 2013.03.11 공개
따라서 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 창안한 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 건물 내 스프링클러설비의 가압송수장치에서 분기되는 각 층별 분기배관에 균일한 압력과 유량을 확보함으로써, 각 층별 스프링클러 헤드로 공급되는 소화용수의 압력과 유량이 건물 내 가압송수장치의 높이에 관계없이 균일하게 유지될 수 있도록 하여 건물 내 모든 층에 설치된 스프링클러 헤드의 방수 유량을 안정적으로 균일하게 유지할 수 있으며, 따라서 건물 내 가압송수용 입상주배관의 높이에 따라 각 층으로 공급되는 유체의 압력 또는 유량이 변하는 문제점을 해결하여 하나의 입상주배관으로부터 분기되는 각 층별 분기배관 내의 압력 불균형으로 인해 발생될 수 있는 소화용수의 손실량을 줄일 수 있으면서도 층별 스프링클러 헤드에서 균일하게 안정적인 방수가 가능하게 하는 오리피스판을 이용한 건축물 스프링클러설비의 배관압력 유지장치를 제공하고자 하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 형태는, 가압송수장치에 의한 펌프 가압 또는 자연 낙차를 통해 소화수조로부터 공급되는 소화용수의 수로를 형성하는 입상주배관, 입상주배관에서 각 층으로 분기되어 소화용수를 건물 내 각층으로 공급하며 알람밸브가 각각 설치되는 다수의 분기배관, 각 분기배관에 각각 연결되어 각 층 내부의 스프링클러 헤드로 소화용수를 공급하는 수평주행배관 및 가지배관, 가지배관의 종단에 연결되어 소화용수를 방사하는 다수 개의 스프링클러 헤드를 포함하는 건축물 스프링클러설비의 배관압력 유지장치에 있어서, 각 분기배관 상에 각각 내설되며 각 층의 스프링클러 헤드의 갯수 및 유량을 기준으로 산출되는 각 층별 필요유량에 따라 각 층별 분기배관의 내경을 각각 제어하여 하나의 입상주배관에 공통 연결된 각 분기배관의 내부 압력이 가압송수장치에서 수리학적으로 가장 먼 곳에 설치된 층의 분기배관의 내부 압력과 같게 각각 제어하는 다수의 배관압력 유지부재를 포함하는, 오리피스판을 이용한 건축물 스프링클러설비의 배관압력 유지장치이다.
본 발명의 일 실시 형태에서, 각 배관압력 유지부재는 분기배관 상의 알람밸브의 전단 또는 후단 중의 어느 한 곳에 개재되어 설치되며, 판 몸체에 날카로운 테두리부를 구비하여 분기배관의 내주면에 테두리부가 내접하도록 플랜지 이음부를 통해 분기배관에 대하여 수직으로 내설되어 분기배관의 내부압력을 제어하도록 설치되되 하나의 유체 통과공이 형성된 오리피스판, 또는 다수의 유체 통과공이 분산 형성된 홀 가공판 중의 어느 하나로 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태는, 각 층에 설치된 스프링클러 헤드의 갯수와 유량에 따라 각 층의 분기배관에 필요한 배관 압력과 그에 따른 필요 단면적을 산출하는 수리계산 프로그램을 탑재한 제어부를 구비하여, 수리계산 프로그램을 통해 산출된 분기배관의 내부 압력과 필요 단면적을 기준으로 각 분기배관에 내설되는 각 배관압력 유지부재의 내경(유체통과공)을 각각 자동 설정하도록 구성될 수 있다.
본 발명에 의하면, 건물 내 스프링클러설비의 가압송수장치에서 분기되는 각 층별 분기배관의 배관 압력을 오리피스판 또는 홀 가공판으로 제어하여 입상주배관으로부터 분기되는 모든 층의 분기배관의 배관 압력이 건물 층고에 관계없이 동일하게 유지될 수 있도록 함으로써, 가압송수용 입상주배관의 높이에 따라 스프링클러 헤드에서 방수되는 소화용수의 압력 또는 유량이 변하는 문제점을 해결할 수 있으며 아울러 층고에 따른 압력 불균형으로 인해 발생될 수 있는 소화용수의 손실량을 최소화할 수 있게 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 의한 오리피스판을 이용한 건축물 스프링클러설비의 배관압력 유지장치의 전체적인 구성을 예시한 개략도이다.
도 2의 (a)와 (b)는 도 1의 배관압력 유지부재의 실시예 및 그 설치상태를 각각 예시한 확대 단면도이다.
이하, 본 발명에 의한 오리피스판을 이용한 건축물 스프링클러설비의 배관압력 유지장치의 전체적인 구성 및 동작을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 의한 오리피스판을 이용한 건축물 스프링클러설비의 배관압력 유지장치의 전체적인 구성을 예시한 개략도이고, 도 2의 (a)와 (b)는 도 1의 배관압력 유지부재의 실시예 및 그 설치상태를 각각 예시한 확대 단면도로서, 본 발명에 의한 오리피스판을 이용한 건축물 스프링클러설비의 배관압력 유지장치는, 도 1에 예시된 바와 같이, 입상주배관(20)으로부터 각 층으로 분기되는 각 분기배관(21) 상에 설치되어 각 분기배관(21)의 알람밸브 압력을 수리학적으로 가장 먼 층의 알람밸브의 압력과 동일하게 조절하는 다수의 배관압력 유지부재(30)를 포함하여 일 실시 형태를 구성할 수 있으며, 각 분기배관(21)의 내부 압력과 그에 따른 필요 단면적을 산출하는 수리계산 프로그램을 탑재한 제어부(40)를 더 포함하여 다른 실시 형태로 구성될 수 있다.
이러한 각 실시 형태의 본 발명은 소화수조(10; 예를 들면 저수조 또는 고가수조)로부터 가압송수장치(11)(소화수조가 저수조의 경우 펌프 가압 또는 고가수조의 경우 자연 낙차)를 통해 공급되는 소화용수의 수로를 형성하는 입상주배관(20), 입상주배관(20)에서 각 층으로 분기되어 소화용수를 건물 내 각층으로 공급하며 알람밸브(22)가 각각 설치되는 다수의 분기배관(21), 각 분기배관(21)에 각각 연결되어 각 층의 스프링클러 헤드(25)로 소화용수를 공급하는 수평주행배관(23) 및 가지배관(24), 가지배관(24)의 종단에 연결되어 소화용수를 방사하는 다수 개의 스프링클러 헤드(25)를 포함하는 건축물 스프링클러설비에 적용될 수 있다. 여기서 특히 입상주배관(20)은 건물의 층고에 따라 고층부, 중층부, 저층부 중 적어도 둘 이상으로 분리된 다수 개의 입상주배관이 상하로 연설되어 구성될 수 있으며, 알람밸브(22)는 프리액션밸브 또는 건식밸브 또는 준비작동식밸브 중의 어느 하나로 구성될 수 있다.
각각의 배관압력 유지부재(30)는 각 분기배관(21) 상에 각각 내설되어 각 분기배관(21)의 알람밸브 압력(바람직하게는 알람밸브의 후단 압력)을 수리학적으로 가장 먼 층의 알람밸브의 압력과 동일하게 조절하며, 각 층의 스프링클러 헤드(25)의 갯수 및 유량을 기준으로 산출되는 각 층별 필요유량에 따라 설정되는 값으로 몸체의 두께가 결정될 수 있고, 각 층별 분기배관에 플랜지 이음부를 통해 각각 내설되어 각 배관의 압력 유지부재의 내경(유체통과공)을 각각 결정함으로써 하나의 입상주배관(20)에 공통 연결된 각 층의 분기배관(21)의 알람밸브 압력이 가압송수장치(11)에서 가장 먼 곳에 설치된 층의 분기배관(21)의 알람밸브 압력과 동일하게 각각 유지시키는 역할을 한다. 이러한 각각의 배관압력 유지부재(30)는 각 분기배관(21) 상의 알람밸브(22)의 전단(1차측) 또는 후단(2차측) 중의 어느 한 곳에 개재되어 설치되되 분기배관의 내주면에 테두리부가 내접하도록 플랜지 이음부를 통해 배관에 대하여 수직으로 내설될 수 있는 오리피스판(31) 또는 홀 가공판(32) 중의 어느 하나로 구성될 수 있다.
오리피스판(31)은 날카로운 테두리부를 구비한 원판 몸체로 이루어지며, 하나의 유체 통과공(31a)이 몸체의 내측에 형성되고, 분기배관의 내주면에 테두리부가 내접하도록 플랜지 이음부를 통해 배관에 대하여 수직으로 각각 내설되어 분기배관 내부에서의 배관 압력 또는 유량을 제어하도록 구성된다. 이러한 유체 통과공(31a)의 크기는 각 층의 스프링클러 헤드(25)의 갯수 및 유량을 기준으로 산출되는 각 층별 필요유량에 따라 설정되는 내경으로 결정한다. 이러한 오리피스판(31)은 바람직하게는 하나의 유체 통과공(31a)이 원판 몸체의 중심부에 형성된 동심 오리피스판으로 구성되는 것이다.
홀 가공판(32)은 날카로운 테두리부를 구비하고 다수 개의 유체 통과공(32a)이 분산 형성된 원판 몸체로 이루어지며, 분기배관의 내주면에 테두리부가 내접하도록 플랜지 이음부를 통해 배관에 대하여 수직으로 각각 내설되어 각 분기배관의 배관 압력 또는 유량을 제어하도록 구성된다.
제어부(40)는 각 층에 설치된 스프링클러 헤드(25)의 갯수와 유량에 따라 각 층에서 필요한 각 분기배관(21)의 알람밸브 압력과 그에 따른 필요 단면적을 산출하는 수리계산 프로그램을 탑재하여, 각 층의 스프링클러 헤드(25)의 갯수와 유량을 수리계산 프로그램의 입력정보로 사용하여 각 분기배관(21)의 알람밸브 압력이 수리학적으로 가장 먼 층의 알람밸브의 압력과 동일하게 되는 각 층별 분기배관(21)의 알람밸브 압력과 필요 단면적을 자동으로 산출하고, 산출된 알람밸브 압력과 단면적을 기준으로 각 분기배관(21)에 내설되는 각 배관압력 유지부재(30)의 내경(유체통과공)을 각각 설정한다. 여기서 제어부(40)에 탑재되는 수리계산 프로그램에서는 Hazen-Williams 수식 및 헤드 방수 수식이 사용될 수 있다.
Hazen-Williams 수식은 아래의 수학식 1과 같다.
Figure 112017040079675-pat00001
(수학식 1)
여기서, Pm은 배관 마찰 손실(kgf/cm2), Qm은 유량(ℓpm), C는 마찰손실 계수, dm은 배관 내경(㎜), L은 배관 길이(m)이다.
또한 헤드 방수 수식은 아래의 수학식 2와 같다.
Figure 112017040079675-pat00002
(수학식 2)
여기서, Qm은 유량(ℓpm), Km은 K-factor(노즐 또는 헤드 유량계수; 국내의 스프링클러 헤드의 유량계수는 80), Pm 은 헤드(노즐) 선단 압력(kgf/cm2)이다.
이러한 제어부(40)는 도면에는 예시되지 않았으나, 마이크로프로세서로 구현될 수 있으며, 각 층에 설치되는 스프링클러 헤드의 개수와 유량 정보를 각각 입력받거나 또는 모든 층의 스프링클러 헤드의 개수와 유량 정보를 한꺼번에 일괄적으로 입력받을 수 있는 키입력수단 등이 입력단에 연결되고 산출된 결과값을 표시하기 위한 표시수단 등이 출력단에 연결되어, 키입력정보를 기준으로 각 분기배관(21)의 알람밸브 압력이 수리학적으로 가장 먼 층의 알람밸브의 압력과 동일하게 조절되는 각 층의 분기배관에 대한 알람밸브 압력과 필요 단면적을 수리계산 프로그램을 통해 자동 산출 및 표시하도록 구성되는 것이 바람직하다. 그러나 이러한 제어부는 필요에 따라 건물 내 스프링클러설비와는 별도로 구성되고 수리계산 프로그램을 통해 산출된 배관 압력과 필요 단면적을 별도의 표시장치를 통해 출력하도록 구성될 수도 있을 것이다.
이상과 같이 구성되는 본 발명의 오리피스판을 이용한 건축물 스프링클러설비의 배관압력 유지장치의 상세 동작 및 그에 의한 작용 효과를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 제어부(40)에 스프링클러 헤드(25)의 갯수와 유량에 따라 각 분기배관(21)의 알람밸브 압력이 수리학적으로 가장 먼 층의 알람밸브의 압력과 동일하게 조절될 수 있도록 각 층에서 필요한 각 분기배관(21)의 내부 압력과 그에 따른 필요 단면적을 산출하는 수리계산 프로그램을 탑재하고, 각 층에 설치되는 스프링클러 헤드의 갯수와 유량 정보를 키입력수단을 통해 각각 입력받거나 또는 모든 층의 스프링클러 헤드의 갯수와 유량 정보를 한꺼번에 일괄적으로 입력받을 수 있도록 입력단을 구성한다,
이후 제어부(40)에 키입력정보 등이 입력되면, 제어부(40)에서는 수리계산 프로그램을 통해 각 분기배관(21)의 알람밸브 압력이 수리학적으로 가장 먼 층의 알람밸브의 압력과 동일하게 조절될 수 있는 각 층의 분기배관(21)에 대한 알람밸브 압력과 필요 단면적을 자동으로 각각 산출하여 표시할 수 있게 된다.
제어부(40)에서 수리계산 프로그램을 통해 각 층에 설치된 스프링클러 헤드(25)의 갯수와 유량에 따라, 각 분기배관(21)의 알람밸브 압력이 수리학적으로 가장 먼 층의 알람밸브의 압력과 동일하게 조절될 수 있도록 각 층에서 필요한 각 분기배관(21)의 알람밸브 압력과 그에 따른 필요 단면적이 산출 및 표시되면, 이와 같이 제어부(40)에서 산출 및 표시되는 값들은 스프링클러설비의 배관 설계시에 적용될 수 있으며, 이로써 각 층의 분기배관(21)에 대한 알람밸브 압력과 그에 따른 필요 단면적에 대응하도록 각 분기배관(21)의 내부에 삽입될 배관압력 유지부재(30)의 내경(유체통과공)이 설정될 수 있게 된다.
이때 배관압력 유지부재(30)는 도 2의 (a) 및 (b)에 예시된 바와 같이 오리피스판(31) 또는 홀 가공판(32) 중의 어느 하나로 구현될 수 있는데, 배관압력 유지부재(30)가 오리피스판(31)으로 구성되는 경우에는 도 2의 (a)에 예시된 바와 같이 바람직하게는 하나의 유체 통과공(31a)이 원판 몸체의 중심부에 형성된 동심 오리피스판으로 구성되는 것이며, 날카로운 테두리부를 구비한 원판 몸체의 중앙부에 형성되는 하나의 유체 통과공(31a)의 크기를 조절하여 각 분기배관(21)의 내부 압력 또는 유량을 제어할 수 있다. 즉, 제어부(40)에서 수리계산 프로그램을 통해 산출된 각 층별 필요유량에 따라 유체 통과공(31a)의 크기(직경)를 결정하여 원판 몸체의 두께, 즉 각 분기배관(21)에 내접하는 오리피스판(31)의 내경(유체통과공)을 조절함으로써, 각 분기배관(21)의 알람밸브 압력이 수리학적으로 가장 먼 층의 알람밸브의 압력과 동일하게 되도록 각 분기배관(21) 내부에서의 배관 압력 또는 유량을 제어할 수 있게 된다.
한편, 배관압력 유지부재(30)가 홀 가공판(32)으로 구성되는 경우에는 도 2의 (b)에 예시된 바와 같이 날카로운 테두리부를 구비한 원판 몸체에 분산 형성되는 다수 개의 유체 통과공(32a)의 갯수 또는 크기를 조절하여, 각 분기배관(21)의 알람밸브 압력이 수리학적으로 가장 먼 층의 알람밸브의 압력과 동일하게 되도록 각 분기배관(21) 내부에서의 압력 또는 유량을 제어할 수 있게 된다. 즉, 제어부(40)에서 수리계산 프로그램을 통해 산출된 각 층별 필요유량에 따라 유체 통과공(32a)의 갯수 또는 크기(직경)를 결정하여 각 분기배관(21)에 내접하는 홀 가공판(32)을 통과하는 유량을 조절함으로써, 각 분기배관(21)의 알람밸브 압력이 수리학적으로 가장 먼 층의 알람밸브의 압력과 동일하게 조절될 수 있게 된다.
상기와 같이 수리계산 프로그램을 통해 산출된 수치로 유체 통과공(31a)이 결정 및 형성된 오리피스판(31) 또는 홀 가공판(32)을 건물 내 입상주배관(20)(또는 고층 건물에서 입상주배관을 일정한 압력범위 내에서 고층부, 중층부, 저층부 등의 여러 개로 분리하는 경우에도 동일함)으로부터 각 층으로 분기되는 각 분기배관(21) 상에 설치된 알람밸브(22)의 전단 또는 후단에 설치하면, 각 층의 분기배관(21)의 알람밸브 압력이 수리학적으로 가장 먼 층의 알람밸브의 압력과 동일하게 조절되어, 모든 층에서 방사되는 소화용수의 양을 일정하게 유지할 수 있게 된다.
이하에서는 실시 예 및 비교 예를 통해 본 발명의 작용 및 효과를 보다 구체적으로 설명한다. 그러나 이들 실시 예 및 비교 예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐 어떠한 의미로든 본 발명의 범위가 이들 실시 예로 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1 ~ 2 및 비교예 1 ~ 2>
표 1과 표 2는 건축물의 스프링클러설비의 배관 상에 배관압력 유지부재(30)로서 도 2와 같은 유체통과공(31a)이 형성된 오리피스판(31)을 적용하기 전(비교예1 및 2)과 적용한 후(실시예1 및 2)의 변화(유량과 압력 및 내경)를 수리계산 프로그램을 이용하여 산출해 낸 결과를 정리한 테이블이다. 본 시험의 대상은 스프링클러설비의 최하부에 펌프를 적용한 경우(하기의 표 1 참조)와 최상부에 고가수조를 적용한 경우(하기의 표 2 참조)로 각각 구분하였으며, 시험 조건은 각각 건축물의 층고는 10층, 스프링클러 개방 개수는 10개, 스프링클러 최소 유량과 압력은 80(ℓ/분), 1.0(MPa), 선정된 펌프 사양은 900(ℓ/분), 0.86(MPa)이다.

층 수		 오리피스판 미적용(비교예1) 오리피스판 적용(실시예1) 오리피스판
유량
(ℓ/분)		 압 력(MPa) 유량
(ℓ/분)		 압 력(MPa) 감소압력
(MPa)		 직경(mm)
알람밸브2차 펌프2차
알람밸브2차 펌프2차
10 922 2.6 8.4 886 2.4 8.6 0.045 46.3656
9 955 2.8 8.2 891 2.5 8.6 0.08 42.3571
8 987 3.0 8.0 892 2.5 8.5 0.12 39.4471
7 1,018 3.2 7.8 893 2.5 8.5 0.16 37.4140
6 1,048 3.3 7.6 886 2.5 8.6 0.21 35.3808
5 1,079 3.5 7.4 887 2.4 8.6 0.25 34.1956
4 1,108 3.7 7.2 888 2.4 8.6 0.29 33.2031
3 1,137 3.9 7.0 890 2.4 8.6 0.33 32.3456
2 1,166 4.1 6.8 891 2.5 8.6 0.37 31.6036
1 1,194 4.3 6.7 892 2.5 8.5 0.41 30.9484

층 수		 오리피스판 미적용(비교예2) 오리피스판 적용(실시예2) 오리피스판
유량
(ℓ/분)		 압력
(MPa)		 유량
(ℓ/분)		 압력
(MPa)		 감소압력
(MPa)		 직경
(mm)
10 898 2.5 898 2.5 - -
9 954 2.8 896 2.5 0.04 47.3484
8 1,006 3.1 893 2.5 0.08 42.3956
7 1,056 3.4 891 2.5 0.12 39.4375
6 1,103 3.7 886 2.5 0.16 37.3465
5 1,148 4.0 887 2.4 0.20 35.7374
4 1,191 4.3 899 2.4 0.23 34.9569
3 1,232 4.5 897 2.4 0.27 33.8198
2 1,272 4.8 895 2.5 0.31 32.8466
1 1,310 5.1 893 2.5 0.35 31.9987
<결과 분석>
저수조(펌프 가압)방식의 경우, 표 1에 예시된 바와 같이, 스프링클러설비 하부에서 선정된 펌프(900 ℓ/분, 0.86 MPa)를 작동하는 경우에 각 층에서 방수되는 소화용수량을 수리계산 프로그램을 통해 검증할 수 있었으며, 오리피스판을 적용하지 않을 경우(비교예 1)에는 10층에서 922(ℓ/분)로 가장 적지만 1층에서 1,194(ℓ/분)로 약 30% 증가하였음을 알 수 있고, 반면에 오리피스판을 적용한 경우(실시예1)에는 전 층에서 886~893(ℓ/분)으로 변동폭이 1% 이하인 것으로 확인할 수 있었다.
고가수조(자연낙차) 방식의 경우, 표 2에 예시된 바와 같이, 스프링클러설비 최상부에서 자연낙차에 의해 소화용수를 공급하는 것으로 각 층에서 유량과 압력을 수리계산 프로그램을 통해 검증할 수 있었으며, 오리피스판을 적용하지 않을 경우(비교예 2)에는 10층에서 898(ℓ/분)로 가장 적지만 1층에서 1,310(ℓ/분)로 약 46% 증가하였음을 알 수 있고, 반면에 오리피스판을 적용한 경우(실시예 2)에는 전 층에서 886~899(ℓ/분)으로 변동폭이 1.5% 이하인 것으로 확인할 수 있었다.
따라서, 펌프가압방식과 자연낙차방식에 오리피스판을 적용하지 않을 경우(비교예1 및 2)에는 각 층에서 방수되는 소화용수량의 차이가 커서 소화용수가 조기에 고갈되어 소화성능을 유지하지 못하는 경우가 발생할 것을 예상할 수 있으며, 반면에 오리피스판을 적용한 경우(실시예1 및 2)에는 방수되는 소화용수가 일정하기 때문에 소화성능을 안정적으로 유지할 수 있음을 예상할 수 있게 된다.
이로써, 본 발명은 건축물의 높이에 의해 층별로 다른 압력 조건이 발생되는 이유로 인해 더 많은 소화용수를 저장해야만 했던 기존의 문제점을 개선할 수 있게 되며, 따라서 필요한 건축면적의 축소, 소화용수용 수조의 축소, 배관 구경의 축소를 통해서 경제적 비용을 감소시키면서도 동일한 소화효과를 발휘할 수 있는 스프링클러설비를 제공할 수 있게 된다.
이상의 본 발명에 따르면, 오리피스판을 이용하여 전체 층의 알람밸브 후단 압력을 동일하게 유지할 수 있게 되므로 전체 스프링클러설비의 유량과 압력 변화에 의한 소화유량 변동을 해소할 수 있는 이점을 제공한다.
또한 본 발명에 의하면, 전체 층의 알람밸브 후단 압력을 일정하게 유지할 수 있게 되므로 스프링클러설비의 수평주행배관, 가지배관에서의 유량과 유속의 분포를 일정하게 유지하여 스프링클러설비의 화재안전기준(NFSC 103)에서 요구하는 배관에서의 속도한계의 문제점을 해결할 수 있는 이점을 제공한다.
또한 본 발명에 의하면, 화재시 개방되는 스프링클러의 기준개수에 따라 모든 층에서 방수되는 소화수량이 일정하게 되므로 수리계산에 의한 소화용수 공급시간을 만족시킬 수 있고, 펌프에서의 공급유량이 일정하게 되어 펌프의 부하 변동에 의해 발생되는 전력 계통의 동력설비 과부하 문제를 해소할 수 있게 되므로 설비의 안정화와 유지관리의 편의성을 향상시킬 수 있게 된다.
또한 본 발명에 의하면, 소화용수를 저장하는 수조의 용량을 최적화할 수 있게 되어 설치에 필요한 공간을 최소화할 수 있고, 이로 인한 시공 비용과 유지관리의 비용을 최소화하면서 화재로 인한 인명과 재산 피해를 최소화시킬 수 있는 이점을 제공한다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 아래에 기재된 특허 청구 범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
10 : 소화수조 11 : 가압송수장치
20 : 입상주배관 21 : 분기배관
22 : 알람밸브 23 : 수평주행배관
24 : 가지배관 25 : 스프링클러 헤드
30 : 배관압력 유지부재 31 : 오리피스판
31a,32a : 유체 관통공 32 : 홀 가공판
40 : 제어부

Claims (7)

  1. 가압송수장치(11)에 의한 펌프 가압 또는 자연 낙차를 통해 소화수조(10)로부터 공급되는 소화용수의 수로를 형성하는 입상주배관(20), 입상주배관(20)에서 각 층으로 분기되어 소화용수를 건물 내 각층으로 공급하며 알람밸브(22)가 각각 설치되는 다수의 분기배관(21), 각 분기배관(21)에 각각 연결되어 각 층 내부의 스프링클러 헤드(25)로 소화용수를 공급하는 수평주행배관(23) 및 가지배관(24), 가지배관(24)의 종단에 연결되어 소화용수를 방사하는 다수 개의 스프링클러 헤드(25)를 포함하는 건축물 스프링클러설비에 있어서,
    상기 각 분기배관(21) 상에 각각 내설되며, 각 층의 스프링클러 헤드(25)의 갯수 및 유량을 기준으로 산출되는 각 층별 필요유량에 따라 각 층별 분기배관의 내경을 각각 조절하여 하나의 입상주배관(20)에 공통으로 연결된 각 분기배관(21)의 내부 압력을 가압송수장치(11)에서 수리학적으로 가장 먼 곳에 설치된 층의 분기배관(21)의 내부 압력과 같게 각각 유지하는 다수의 배관압력 유지부재(30);를 포함하여 구성되며,
    상기 각 층에 설치된 스프링클러 헤드(25)의 갯수와 유량에 따라 각 층에서 필요한 각 분기배관(21)의 내부 압력과 그에 따른 필요 단면적을 산출하는 수리계산 프로그램을 탑재한 제어부(40)를 포함하고,
    상기 제어부(40)는 수리계산 프로그램을 통해 산출된 내부 압력과 필요 단면적을 기준으로 각 분기배관(21)에 내설되는 각 배관압력 유지부재(30)의 두께를 각각 설정하며,
    상기 제어부(40)에 탑재되는 수리계산 프로그램은, Hazen-Williams 수식 및 헤드 방수 수식이 사용되며,
    Hazen-Williams 수식은,
    Figure 112018079138472-pat00007

    (단, Pm은 배관 마찰 손실(kgf/cm2), Ρm은 유량(ℓpm), C는 마찰손실 계수, dm은 배관 내경(㎜), L은 배관 길이(m)임)으로 정의되고,
    헤드 방수 수식은,
    Figure 112018079138472-pat00008

    (단, Ρm은 유량(ℓpm), Km은 K-factor(노즐 또는 헤드 유량계수; 국내의 스프링클러 헤드의 유량계수는 80), Pm 은 헤드(노즐) 선단 압력(kgf/cm2)임)으로 정의되는 것을 특징으로 하는 오리피스판을 이용한 건축물 스프링클러설비의 배관압력 유지장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 각 배관압력 유지부재(30)는,
    분기배관(21) 상의 알람밸브(22)의 전단 또는 후단 중의 어느 한 곳에 개재되어 설치되되, 분기배관(21) 상에 설치된 플랜지 이음부를 통해 배관에 대하여 수직으로 내설되는 것을 특징으로 하는 오리피스판을 이용한 건축물 스프링클러설비의 배관압력 유지장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 각 배관압력 유지부재(30)는,
    분기배관(21)의 내주면에 원판 몸체의 테두리부가 내접하도록 플랜지 이음부를 통해 내설되며, 원판 몸체의 중심부에 유체 통과공(31a)이 형성되어 분기배관 내부에서의 유체 압력을 조절하는 오리피스판(31)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 오리피스판을 이용한 건축물 스프링클러설비의 배관압력 유지장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 입상주배관(20)은,
    건물의 층고에 따라 고층부, 중층부, 저층부 중 적어도 둘 이상으로 분리된 다수 개의 입상주배관이 상하로 연설되어 구성되는 것을 특징으로 하는 오리피스판을 이용한 건축물 스프링클러설비의 배관압력 유지장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 알람밸브(22)는,
    프리액션밸브 또는 건식밸브 또는 준비작동식밸브 중의 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 오리피스판을 이용한 건축물 스프링클러설비의 배관압력 유지장치.
  7. 제2항에 있어서, 상기 각 배관압력 유지부재(30)는,
    분기배관(21)의 내주면에 원판 몸체의 테두리부가 내접하도록 플랜지 이음부를 통해 내설되며, 다수 개의 유체 통과공(32a)이 원판 몸체에 분산 형성되어 분기배관 내부에서의 유체 압력을 조절하는 홀 가공판(32)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 오리피스판을 이용한 건축물 스프링클러설비의 배관압력 유지장치.
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