심부화재 CO₂ 비체적·자유유출 식·설계농도

문제

(2) 체적 55 m³ 미만인 전기설비에서 심부화재발생 시 다음 물음에 답하시오. (30점)

① 이산화탄소의 비체적(m³/kg)을 구하시오. (단, 심부화재이므로 온도는 10 ℃를 기준으로 하며 답은 소수점 셋째자리에서 반올림하여 둘째자리까지 구한다.) (5점)

② 자유유출(Free efflux)상태에서 방호구역 체적당 소화약제량 산정식을 쓰시오. (5점)

③ 이산화탄소소화설비의 화재안전기준(NFSC 106)에 따라 전역방출방식에 있어서 심부화재의 경우 방호대상물별 소화약제의 양과 설계농도를 쓰시오. (12점)

방호대상물	방호구역의 체적 1 m³에 대한 소화약제의 양	설계농도(%)
(가)
(나)
(다)
(라)

④ 전역방출방식에서 체적 55 m³ 미만인 전기설비 방호대상물의 설계농도를 구하시오. (단, 계산값은 소수점 셋째자리에서 반올림하여 둘째자리까지 구하고, 설계농도는 반올림하여 정수로 한다.) (8점)

답안

① 비체적

$$K_1=\frac{22.4}{44}=0.5091,\quad K_2=\frac{K_1}{273}=0.001865$$ $$S=K_1+K_2t=0.5091+0.001865\times10=\textbf{0.53 m}^3/\text{kg}$$

② 자유유출 상태의 체적당 약제량

방출된 약제만큼 혼합기체가 개구부로 빠져나간다고 보면

$$\frac{W}{V}=\frac{1}{S}\ln\frac{100}{100-C}=\frac{2.303}{S}\log_{10}\frac{100}{100-C}\ \ (\text{kg/m}^3)$$

(W: 약제량 kg, V: 방호구역 체적 m³, S: 비체적 m³/kg, C: 설계농도 %)

③ 심부화재 방호대상물별 약제량·설계농도

방호대상물	체적 1 m³당 약제량	설계농도
(가) 유압기기를 제외한 전기설비, 케이블실	1.3 kg	50 %
(나) 체적 55 m³ 미만의 전기설비	1.6 kg	50 %
(다) 서고, 전자제품창고, 목재가공품창고, 박물관	2.0 kg	65 %
(라) 고무류·면화류창고, 모피창고, 석탄창고, 집진설비	2.7 kg	75 %

④ 55 m³ 미만 전기설비의 설계농도 (1.6 kg/m³를 자유유출 식에 대입)

$$1.6=\frac{2.303}{0.53}\log_{10}\frac{100}{100-C} \;\Rightarrow\; \log_{10}\frac{100}{100-C}=\frac{1.6\times0.53}{2.303}=0.37$$ $$\frac{100}{100-C}=10^{0.37}=2.34\;\Rightarrow\;C=100-\frac{100}{2.34}=57.26\rightarrow\textbf{57 \%}$$

(중간값을 반올림하지 않으면 C = 57.17 % → 57 %)

근거

• CO₂ 분자량 44, 0 ℃·1기압 몰부피 22.4 m³/kmol → $K_1=22.4/44$, $K_2=K_1/273$.
• NFTC 106 표 2.2.1.2.1(심부화재 방호대상물별 약제량과 설계농도).
• 표의 설계농도는 법정 최소값(50 %)이고, ④는 1.6 kg/m³가 자유유출 조건에서 실제로 만드는 농도를 계산한 것이다.