2022년도 소방 시설의 설계 및 시공 문제 풀이

2022년도 소방 시설의 설계 및 시공 문제 풀이

 

【문제 1] 다음 계통도 및 조건을 보고 물음에 답하시오. (40점)

계통도

                                  < 조 건 >
      ○ 지하 4층 / 지상 35층 주상복합 건축물로 각 층의 높이는 3 m로 동일함.
      ○ 송수구는 지상 1층 바닥으로부터 1m 높이에 설치됨.
      ○ 옥내소화전 설치개수는 지상 1층 ∽ 지상 35층 각 층 1개, 지하 1층 ∽ 지하 3층 각 층 5개, 지하 4층 6개임.
      ○ 옥내소화전설비  고층부는 펌프방식이고 중층부, 저층부는 고가수조방식이며 저층부 구간은 지하 1층에서 지하 4층까지임.
      ○ 옥내소화전 및 연결송수관 설비의 배관 및 부속류 마찰손실은 낙차의 30 %를 적용함.
      ○ 펌프의 효율은 50 %,  전달계수는 1.1을 적용함.
      ○ 옥내소화전 방수구는 바닥으로부터 1m 높이, 연결송수관설비 방수구는 바닥으로부터 0.5m 높이에 설치됨.
      ○ 펌프와 바닥 사이  및 수조와 바닥 사이 높이는 무시함.
      ○ 옥내소화전 호스 마찰손실 수두는 7m, 연결송수관설비 호스 마찰손실 수두는 3 m.
      ○ 감압밸브는 바닥으로부터 1 m 높이에 설치됨.
      ○ 수두 10 m는 0.1MPa로 함.
      ○ 계산값은 소수점 넷째자리에서 반올림하여 소수점 셋째자리까지 구함. 

      ○ 기타 조건은 무시함.

 물음 1) 수조의 최소 수원의 양(㎥)과 고층부의 필요한 최소 동력(kW)을 구하시오. (10점)

   ① 수조의 최소 수원의 양

     식 : 5 X 0.13㎥/분 X 40분 = 26 ㎥

     답 : 26 ㎥

   ②최소 동력

     펌프 전수두 = 낙차수두 + 마찰손실수두(배관+호수) + 법정토출수두

                         = -2m + (2m  X 0.3) + 7m + 17m = 22.6m

      최소 동력 = (비중량 X  전양정 X 유량 X 전달계수) ÷ 전효율

                      = [9.8kN/㎥ X 22.6m X 0.13㎥/min X (1min÷60s ) X 1.1]  ÷ 0.5 = 1.0557

     답 : 1.056kW    

 물음 2) 고가수조방식으로  적용 가능한 중층부의 가장 높은 층을 구하시오. (6점)

     필요낙차수두 = 마찰손실수두(배관+호수) + 법정토출수두

                        H = (H X 0.3) + 7M + 17M

                        H - 0.3H =  7M + 17M

                        H = 24m ÷ 0.7 = 34.2857

      34.2857 ÷ 3m/층 = 11.4286 층 이후부터  고가수조방식 적용가능.(3m/층 X 0.4286m = 1.2858m)

      방수구 높이 1m를 고려할 경우 12층부터 고가수조방식 적용가능.

 물음  3) 지상  18층에  설치된  감압밸브 2차측  압력을 0MPa로 설정했다면,  지하  1층의 옥내소화전  노즐선단에서  방수압력(MPa)을 구하시오. (5점)

     필요낙차수두 = 마찰손실수두(배관+호수) + 법정토출수두

     법정토출수두 = 필요낙차수두 - 마찰손실수두(배관+호수)

                            = [1m + 3m/층 X 17층 + 2m] - [1m + 3m/층 X 17층 + 2m X 0.3 + 7m]

                            = 30.8m = 0.308MPa

      답 = 0.308MPa

 물음 4) 연결송수관설비 흡입측 송수구에서 소방차  인입압력이 0.7 MPa 이다. 이 때 연결송수관설비 가압송수장치에 필요한 최소 동력(kW)을 구하시오. (5점)

     전수두 = 낙차수두 + 마찰손실수두(배관+호수) + 법정토출수두

   ① 낙차수두 = 2m + 3m/층 X 33개층 + 0.5 = 101.5m

   ② 마찰손실수두 = 101.5m X 0.3 + 3m = 33.45m

   ③ 법정토출수두 = 35m

   ④ 소방차 흡입압력 = 0.7MPa = 70m

   ⑤ 전수두 = 101.5m + 33.45m + 35m - 70m = 99.95m

 

    최소동력 = (비중량 X  전양정 X 유량 X 전달계수) ÷ 전효율

                    = [9.8kN/㎥ X 99.95m X 2.4㎥/min X (1min÷60s ) X 1.1]  ÷ 0.5 = 86.1968

    답 : 86.197kW         

 

 물음 5) 지상 10층과 지하 4층에 펼요한 최소 연결송수관설비 송수구  압력(MPa)을 각각 구하시오. (10점)

   ① 지상 10층에 필요한 송수구 압력

     낙차수두 = 2m + 3m/층 X 8개층 + 0.5 = 26.5m

     마찰손실수두 = 26.5m X 0.3 + 3m = 10.95m   

     법정토출수두 = 35m

     전수두 = 26.5m + 10.95m + 35m = 72.45m = 0.7245MPa

     답 : 0.725MPa

 

   ② 지하 4층에 필요한 송수구 압력

     낙차수두 = - [1m + 3m/층 X 3개층 + 2.5] = -12.5m

     마찰손실수두 = 12.5m X 0.3 + 3m = 6.75m   

     법정토출수두 = 35m

     전수두 = -12.5m + 6.75m + 35m = 29.25m = 0.2925MPa

     답 : 0.293MPa

 물음 6) 옥내소화전에 사용하는  가압송수장치 4가지 방식을 쓰시오. (4점)

   ① 전동기 또는 내연기관에 의한 펌프를 이용하는 가압송수장치

   ② 고가수조의 자연낙차를 이용하는 가압송수장치

   ③ 압력수조를 이용한 가압송수장치

   ④ 가압수조를 이용한 가압송수장치

【문제  2】 다음  물음에  답하시오.  (30점)
 물음  1) 지하 2층, 지상  11층인  철근콘크리트 구조의 신축 건축물에 자동화재탐지 설비를 설계하고자 한다. 조건을 참고하여 물음에 답하시오. (17점)

                                 < 조 건 >

       ○ 각 층의 바닥면적은 650㎡ 이고, 한 변의 길이는 50m를 넘지 않는다.
       ○ 각 층의 층고는 4 m 이고, 반자는 없다.
       ○ 각 층은 별도로 구획되지 않고, 복도는 없는 구조이다.
       ○ 지하 2층에서 지상 11층까지는 직통계단 1개소와 엘리베이터 1개소가 있다.
       ○ 각 층의 계단실 면적은 15㎡  엘리베이터 승강로의 면적은 10㎡이다.

       ○ 각 층에는 샤워시설이  있는 50㎡의 화장실이 1개소 있다.
       ○ 각 층의 구조는 모두 동일하고, 건물의 용도는 사무실이다.
       ○ 각 층에는 차동식 스포트형 감지기 1종, 계단과 엘리베이터에는 연기감지기 2종을 설치한다.
       ○ 수신기는 지상 1층에 설치한다.
       ○ 조건에 주어지지 않은 사항은 고려하지 않는다.

(1) 건축물의 최소 경계구역 수를 구하시오. (5점)

   ① 수평 경계구역(지하 2층 ~ 지상 11층)

       [650㎡ - 15㎡(계단실) - 10㎡(승강로)] ÷ 600㎡ = 1.041

      ∴ 2경계구역/층

   ② 수직 경계구역(계단, 승강기 등)

       지상계단 : (4m X 11개 층) ÷ (45m/경계구역) = 0.977   ∴ 1경계구역

       지하계단 : (4m X 2개 층) ÷ (45m/경계구역) = 0.177 ∴ 1경계구역  

       엘리베이터 승강로 : 1경계구역

   ③ 경계구역 수

       26 + 3 = 29경계구역

(2) 감지기 종류별 최소 설치 수량을 구하시오. (5점)

   ① 차동식 스포트형 1종 감지기 수량(지하 2층 ~ 지상 11층)

      13개/층 X 13개층 = 169 ∴ 169개

   ② 연기감지기 2종 수량

      지상계단 : (4m X 11개 층) ÷ 15m/개 = 2.933  ∴ 3개 

      지하계단 : (4m X 2개 층) ÷ 15m/개 = 0.533  ∴ 1개 

      엘리베이터 승강로 : 1개

      ∴ 연기감지기 수량 : 5개

 

(3) 지상 1층에 화재가 발생하였을 경우, 경보를 발하여야 하는 층을 모두 쓰시오. (2점)

     지상1층, 지상2층, 지하1층, 지하2층(직상발화 경보방식은 2022.05.09. 에 개정되었으나, 개정 후 9개월이 경과되는 시점부터 시행됨.)

 

(4) 지상 1층에 P형1급 수신기를 설치할 경우, 모든  경계구역으로부터  수신기에 연결되는  배션내역을  쓰고  각각의 최소 전선가닥수를  구하시오.(단, 모든 감지기 배선의 종단저항은 해당 층의 발신기세트 내부에 설치 하고, 경종과 표시등은 하나의 공통선을 사용한다) (5점)

번호	가닥수	회로공통선	경종,표시등 공통선	경종선	표시등선	발신기선	회로선
11층 - 10층	9	1	1	1	1	1	4(층별2경계구역, 계단 및 승강로 포함)
10층 - 9층	12	1	1	2	1	1	6
9층 - 8층	16	2	1	3	1	1	8
8층 - 7층	19	2	1	4	1	1	10
7층 - 6층	22	2	1	5	1	1	12
6층 - 5층	25	2	1	6	1	1	14
5층 - 4층	29	3	1	7	1	1	16
4층 - 3층	32	3	1	8	1	1	18
3층 - 2층	35	3	1	9	1	1	20

2층 - 1층	39	4	1	10	1	1	22
1층 - 수신기	49	5	1	12	1	1	29
1층 - 지하1층	8	1	1	1	1	1	3(층별2경계구역, 계단)
지하1층 - 지하2층	7	1	1	1	1	1	2

 물음 2) 3상 유도전동기의 Y- 6 기동제어회로 중 하나이다. 물음에 답하시오. (13점)

와이델타 기동제어회로

(1) Y- △기동제어회로를 사용하는 가장 큰 이유를 쓰시오. (3점)

   기동시 기동전류를 1/3로 감소하여 기동부하 및 기동토크가 감소시키기 위함.
(2) Y결선에서의  기동전류는 △결선에  비해  몇  배가  되는지  유도과정을 쓰시오. (5점)

   ①Y결선

      선전류 = 상전류 = V ÷ (√3Z)

   ②△결선

      선전류 = √3 X 상전류 = (√3V) ÷ Z

   ③Y결선 ÷ △결선 = [V ÷ (√3Z)] ÷ [(√3V) ÷ Z] = 1/3

  ∴  Y- △ 기동전류는 전전압 기동전류의 1/3배이다.

 

(3) 전동기가 △결선으로 운전되고 있을 때 점등되는 램프를 쓰시오. (3점)

   MC3이 기동되어 RL램프 기동됨.

 

(4) 도면에서 THR의 명칭과 회로에서의  역할을 쓰시오.  (2점)

  열동형 과전류계전기 : 전류가 과하게 흘러 발생하는 열에의해 작동하는 계전기.

                                       과부하 방지역할.

[문제 3】 다음  물음에  답하시오.  (30점)
 물음 1) 아래 그림은 정상류가 형성되는 제연송풍기의 상류측 덕트 단면이다. 다음 조건에 따른 물음에 답하시오. (21점)

제연송풍기 덕트단면-이미지

                                 < 조 건 >
      ○ 덕트 단면의 크기는 600 mm × 400 mm 이며, 제연송풍기 풍량을 피토관을 이용하여 동일면적 분할법(폭방향 4개점, 높이방향 4개점으로 총 16개점)으로 측정 한다.
      ○ 그림에 나타낸 1~16 숫자는 장방형 덕트 단면의 측정점 위치이다.
      ○ 측정위치 6, 7, 10, 11에서 전압과 정압의 차이는 모두 86.4 Pa이고 2, 3, 5, 8, 9, 12, 14, 15에서 모두 38.4Pa이며, 1, 4, 13, 16에서 모두 21.6 Pa 이다.
      ○ 덕트마찰계수 f =0.01, 유체밀도 p= 1.2 kg/㎥, 덕트지름은 수력지름 (hydraulic diameter) 수식을 활용한다.
      ○ 계산값은 소수점 넷째자리에서 반올림하여 소수점 셋째자리까지 구한다.
      ○ 기타 조건은 무시한다.

(1) 제연송풍기의 풍량(㎥/hr)을 구하시오. (12점)

   ① V = √2gH [m/s] = 1.29 √P

송풍기 풍량 측정
1.  1.29√21.6Pa = 5.995m/s	2. 1.29√38.4Pa = 7.994m/s	3. 1.29√38.4Pa = 7.994m/s	4. 1.29√21.6Pa = 5.995m/s
5. 1.29√38.4Pa = 7.994m/s	6. 1.29√86.4Pa = 11.991m/s	7. 1.29√86.4Pa = 11.991m/s	8. 1.29√38.4Pa = 7.994m/s
9. 1.29√38.4Pa = 7.994m/s	10. 1.29√86.4Pa = 11.991m/s	11. 1.29√86.4Pa = 11.991m/s	12. 1.29√38.4Pa = 7.994m/s
13. 1.29√21.6Pa = 5.995m/s	14. 1.29√38.4Pa = 7.994m/s	15. 1.29√38.4Pa = 7.994m/s	16. 1.29√21.6Pa = 5.995m/s

   ②평균풍속

[ (11.991m/s X 4개소) +(7.994m/s X 8개소) + (5.995m/s X 4개소) ] ÷ 16개소 = 8.4935  ∴8.494m/s

   ③덕트크기

      가로폭 : 600mm = 0.6m

      세로높이 : 400mm = 0.4m

   ④풍량

      Q=AV[㎥/s]

         =0.4 X 0.6 X 8.494 X (3600s ÷ 1Hr ) = 7,337.952 ∴7,337.952㎥/Hr

(2) 덕트내 평균 풍속(m/s)을 구하시오. (3점)

[ (11.991m/s X 4개소) +(7.994m/s X 8개소) + (5.995m/s X 4개소) ] ÷ 16개소 = 8.4935  ∴8.494m/s

 

(3) 달시-바이스바흐 (Darcy-Weisbach) 식을 이용하여 단위 길이당 덕트마찰손실(Pa/m)을 구하시오. (6점)

   ①수력지름 D = 4R = 4 X A ÷ P

      A = 0.6m X 0.4m = 0.24㎡, P = 0.6m X 2 + 0.4m X 2 = 2m

      D = 4 X 0.24㎡ ÷ 2m = 0.48  ∴ 0.48 m

   ②1m당 덕트마찰손실[Pa/m]

     P = 1.2kg/㎥ X 0.01 X (1m ÷ 0.48m) X [(8.494m/s)^2 ÷ 2] = 0.9018 ∴0.902[Pa/m]

 물음 2) 아래 그림과  같이 구획된  3개의 거실에서  각 거실 A,  B,  C의  예상제연구역에 대한 최저 배출량(㎥/hr) 을 각각 구하시오. (6점)

구획된 3개의 거실

 

   ① A실 : 8m X 10m X 1㎥/min X (60min/1Hr) = 4,800  ∴5,000㎥/Hr(최저 배출량) 이상

   ② B실 : 10m X 10m X 1㎥/min X (60min/1Hr) = 6,000  ∴6,000㎥/Hr 이상

   ③ C실 : 10m X 10m X 1㎥/min X (60min/1Hr) = 6,000  ∴6,000㎥/Hr 이상

 물음 3) 고층건축물의 화재안전기준 (NFSC  604)상  피난안전구역에 설치하는 소방시설 설치기준에서 제연설비 설치기준을 쓰시오. (3점)

  피난안전구역과 비 제연구역간의 차압은 50pa(옥내에 스프링클러설비가 설치된 경우에는 12.5Pa) 이상으로 하여야 한다. 다만 피난안전구역의 한쪽 면 이상이 외기에 개방된 구조의 경우에는 설치하지 아니할 수 있다.