도로터널 물분무 냉각 수원 용량·보충시간

문제

물음 2) 도로터널의 화재안전기준(NFSC 603)에 대하여 아래 조건에 따라 다음 물음에 답하시오. (15점)

〈조건〉 제연설비 설계화재강도의 열량으로 5분 동안 화재 진행 · 소화수 및 주위온도 20 ℃ → 400 ℃ · 물의 비중 1, 비열 4.18 kJ/kg·℃, 증발잠열 2,253.02 kJ/kg · 표준대기압, 수증기 비열 1.85 kJ/kg·℃ · 동력 3상 380 V 30 kW · 효율 0.8, 전달계수 1.2, 전양정 25 m · 소수점 셋째자리에서 반올림

(1) 물분무소화설비가 작동하여 소화수가 방사되는 경우 수원의 용량(m³)을 구하시오. (단, 방사된 소화수와 생성된 수증기의 40 %만 냉각소화에 이용되는 것으로 가정한다.) (10점)

(2) 방사된 수원을 보충하기 위해 필요한 최소시간(s)을 구하시오. (5점)

답안

(1) 수원 용량

• 화재 열량: $20{,}000\ \text{kW}\times300\ \text{s}=6.0\times10^6\ \text{kJ}$
• 물 1 kg의 흡수열량

$$q=4.18\times(100-20)+2{,}253.02+1.85\times(400-100)=334.4+2{,}253.02+555=3{,}142.42\ \text{kJ/kg}$$

• 필요 수량(40 %만 이용): $m=\dfrac{6.0\times10^6}{0.4\times3{,}142.42}=4{,}773.39\ \text{kg}$

답: 4.77 m³

(2) 보충 최소시간

• 펌프 유량: $P=\dfrac{\gamma QH}{\eta}K$ → $Q=\dfrac{30{,}000\times0.8}{9{,}800\times25\times1.2}=0.08163\ \text{m}^3/\text{s}$
• $t=\dfrac{4.77}{0.08163}=$ 58.43 s

근거

• NFTC 603 2.7.1.1: 제연설비는 설계화재강도 20 MW, 연기발생률 80 m³/s 기준.
• 표준대기압에서 물의 끓는점 100 ℃(현열 → 증발잠열 → 수증기 현열).