산업이 발달함에 따라 주거 및 일반 건축물이 고층화, 복잡화, 밀집화되고 있어 화재의 위험이 커지고, 그로 인한 인명 및 재산피해가 막대하다는 것을 각종 화재통계 자료를 통해서 알 수 있다. 화재를 초기에 제어할 목적으로 설치된 스프링클러시스템은 소화수로서 물을 사용하는 가장 경제적이고 효과적인 시스템으로 인정을 받고 있으며, 또한 국 · 내외 화재진압사례를 통해 소화성능 및 효과가 입증되고 있다. 이런 스프링클러설비는 화재가 확산되어 인명 피해 및 재산상의 피해가 발생되기 이전, 즉 화재발생 초기에 화재의 확산을 방지하기 위한 가장 효과적인 자동식 소화설비로 인식되고 있다. 이렇듯이 스프링클러헤드에 의한 초기소화는 화재를 진화하거나 지연시키는데 효과적이어서 스프링클러헤드의 신뢰성이 필요 불가결한 요소임에 이견이 없으며 이에 관한 제도 및 규정이 점진적인 강화 추세에 있다.
특히, 주거공간에 사용되는 대부분의 스프링클러헤드는 주위의 온도를 감지하는 감열기구가 실내공간과의 조화 및 취급의 용이성으로 인해 저융점의 용융금속(Fusible Metal)형의 기구가 사용되고 있다. 화재에 의해 주위온도가 상승하면 온도를 감지하는 감열체의 용융금속이 녹아 소화수 방수의 방아쇠 역할을 하여 소화수를 차단하고 있던 클램프링을 수축시켜 소화수를 방출하는 메카니즘으로 구성되어 있다. 평상시의 경우 스프링클러헤드는 기구적으로 용융금속과 클램프링이 소화수를 차단하고 있다.
스프링클러헤드가 설치된 실내의 환경조건은 내부로는 소화수의 압력이 항상 작용하고 있으며, 스프링클러헤드는 실내의 동, 하절기 온도조건 및 압력의 변화에 따라 외력이 반복하여 가해지고 있다. 스프링클러시스템의 특성상 화재시에는 인명의 보호 및 재산의 보호를 위해 초기진압이 필요하지만 반대로 평상시에는 내부의 가구, 가전제품 등 재산을 보호하기 위해 스프링클러헤드의 누수 등의 하자가 없어야 한다. 상기에 기술한 것처럼 스프링클러헤드는 화재시에는 초기에 제어하여야 하는 본연의 의무와 평상시에는 누수로부터 재산보호의 역할을 해야 한다. 특히, 스프링클러헤드는 기능성부품(용융금속, 클램프링 등 운동기능을 하는 부품)이 내재된 제품이지만 내구년한이나 교체시기에 대해서 특별히 규정된 것은 없는 실정이다. 더욱이, 국내의 경우는 2005년 및 2011년 소방법개정으로 6층 이상의 공동주택의 경우 전층 스프링클러 설비의 설치가 의무화되었으며, 그 수량은 점차 증가하여 약 2천만개/2019년1) 규모이다.
본 연구는 스프링클러헤드의 주요부품 및 제품의 거동특성에 대한 연구를 통해 수명을 예측하는 것을 목표로 하였다. 경년열화의 연구를 위해 스프링클러 헤드의 상시 ...
가속수명시험에 의한 스프링클러헤드의 수명예측 및 신뢰도 평가에 관한 연구
권 영 규
가천대학교 대학원 설비·소방공학과
지도교수 민 세 홍
산업이 발달함에 따라 주거 및 일반 건축물이 고층화, 복잡화, 밀집화되고 있어 화재의 위험이 커지고, 그로 인한 인명 및 재산피해가 막대하다는 것을 각종 화재통계 자료를 통해서 알 수 있다. 화재를 초기에 제어할 목적으로 설치된 스프링클러시스템은 소화수로서 물을 사용하는 가장 경제적이고 효과적인 시스템으로 인정을 받고 있으며, 또한 국 · 내외 화재진압사례를 통해 소화성능 및 효과가 입증되고 있다. 이런 스프링클러설비는 화재가 확산되어 인명 피해 및 재산상의 피해가 발생되기 이전, 즉 화재발생 초기에 화재의 확산을 방지하기 위한 가장 효과적인 자동식 소화설비로 인식되고 있다. 이렇듯이 스프링클러헤드에 의한 초기소화는 화재를 진화하거나 지연시키는데 효과적이어서 스프링클러헤드의 신뢰성이 필요 불가결한 요소임에 이견이 없으며 이에 관한 제도 및 규정이 점진적인 강화 추세에 있다.
특히, 주거공간에 사용되는 대부분의 스프링클러헤드는 주위의 온도를 감지하는 감열기구가 실내공간과의 조화 및 취급의 용이성으로 인해 저융점의 용융금속(Fusible Metal)형의 기구가 사용되고 있다. 화재에 의해 주위온도가 상승하면 온도를 감지하는 감열체의 용융금속이 녹아 소화수 방수의 방아쇠 역할을 하여 소화수를 차단하고 있던 클램프링을 수축시켜 소화수를 방출하는 메카니즘으로 구성되어 있다. 평상시의 경우 스프링클러헤드는 기구적으로 용융금속과 클램프링이 소화수를 차단하고 있다.
스프링클러헤드가 설치된 실내의 환경조건은 내부로는 소화수의 압력이 항상 작용하고 있으며, 스프링클러헤드는 실내의 동, 하절기 온도조건 및 압력의 변화에 따라 외력이 반복하여 가해지고 있다. 스프링클러시스템의 특성상 화재시에는 인명의 보호 및 재산의 보호를 위해 초기진압이 필요하지만 반대로 평상시에는 내부의 가구, 가전제품 등 재산을 보호하기 위해 스프링클러헤드의 누수 등의 하자가 없어야 한다. 상기에 기술한 것처럼 스프링클러헤드는 화재시에는 초기에 제어하여야 하는 본연의 의무와 평상시에는 누수로부터 재산보호의 역할을 해야 한다. 특히, 스프링클러헤드는 기능성부품(용융금속, 클램프링 등 운동기능을 하는 부품)이 내재된 제품이지만 내구년한이나 교체시기에 대해서 특별히 규정된 것은 없는 실정이다. 더욱이, 국내의 경우는 2005년 및 2011년 소방법개정으로 6층 이상의 공동주택의 경우 전층 스프링클러 설비의 설치가 의무화되었으며, 그 수량은 점차 증가하여 약 2천만개/2019년1) 규모이다.
본 연구는 스프링클러헤드의 주요부품 및 제품의 거동특성에 대한 연구를 통해 수명을 예측하는 것을 목표로 하였다. 경년열화의 연구를 위해 스프링클러 헤드의 상시 모니터링을 생각할 수 있지만, 설치되어 있는 스프링클러헤드 수량를 고려할 때 비용 및 시간이 문제가 된다. 그래서 가속시험 등을 이용하여 스프링클러헤드의 수명을 모델링할 수 있다면, 스프링클러헤드의 신뢰성 평가에 도움이 되며 교체시기나 내구년한의 제정, 유지관리 기준제정 등에 유익한 자료로서 활용될 수 있으리라 판단된다. 또한, 본 연구에서 사용된 단위는 신뢰성분석 소프트웨어 프로그램을 Minitab을 사용하기 때문에 MKS 단위를 사용했음에 이해를 구한다.
본 연구에서는 스프링클러헤드의 신뢰성 및 수명을 연구하는 것을 목표로, 1. 스프링클러헤드를 이해하기 위하여 스프링클러헤드의 종류, 성능 및 소화효과, 시스템의 유형 등을 살펴보았다. 2. 주요부품인 클램프링의 인장피로시험 및 감열체 융융금속의 압축피로시험을 수행하여 적정성 여부를 검토하였다. 3. 신뢰성 검증기법 및 Minitab 프로그램에 의한 가속수명시험을 통해 스프링클러헤드의 수명을 추정하였다.
연구결과를 요약하면 다음과 같다.
1) 스프링클러헤드의 주요부품인 용융금속의 압축에 의한 변위는 적정한 수준이었으며 소화수의 차단 역할을 하는 클램프링의 피로인장시험을 통해 변위량은 설계치 이내로 수렴되는 특성을 얻을 수 있었다. 2) 온도와 압력 조건별 가속수명 시험을 통해 압력의 인자는 예상수명에 크게 좌우되지 않으나, 온도조건에 따라 예상수명이 크게 좌우되는 것을 알 수 있었다. 따라서, 주위온도에 따른 수명 열화가 심각한 영향을 초래함을 알 수 있었다.
핵심용어 : 스프링클러헤드, 경년거동, 가속수명시험, 신뢰성, 용융금속
가속수명시험에 의한 스프링클러헤드의 수명예측 및 신뢰도 평가에 관한 연구
권 영 규
가천대학교 대학원 설비·소방공학과
지도교수 민 세 홍
산업이 발달함에 따라 주거 및 일반 건축물이 고층화, 복잡화, 밀집화되고 있어 화재의 위험이 커지고, 그로 인한 인명 및 재산피해가 막대하다는 것을 각종 화재통계 자료를 통해서 알 수 있다. 화재를 초기에 제어할 목적으로 설치된 스프링클러시스템은 소화수로서 물을 사용하는 가장 경제적이고 효과적인 시스템으로 인정을 받고 있으며, 또한 국 · 내외 화재진압사례를 통해 소화성능 및 효과가 입증되고 있다. 이런 스프링클러설비는 화재가 확산되어 인명 피해 및 재산상의 피해가 발생되기 이전, 즉 화재발생 초기에 화재의 확산을 방지하기 위한 가장 효과적인 자동식 소화설비로 인식되고 있다. 이렇듯이 스프링클러헤드에 의한 초기소화는 화재를 진화하거나 지연시키는데 효과적이어서 스프링클러헤드의 신뢰성이 필요 불가결한 요소임에 이견이 없으며 이에 관한 제도 및 규정이 점진적인 강화 추세에 있다.
특히, 주거공간에 사용되는 대부분의 스프링클러헤드는 주위의 온도를 감지하는 감열기구가 실내공간과의 조화 및 취급의 용이성으로 인해 저융점의 용융금속(Fusible Metal)형의 기구가 사용되고 있다. 화재에 의해 주위온도가 상승하면 온도를 감지하는 감열체의 용융금속이 녹아 소화수 방수의 방아쇠 역할을 하여 소화수를 차단하고 있던 클램프링을 수축시켜 소화수를 방출하는 메카니즘으로 구성되어 있다. 평상시의 경우 스프링클러헤드는 기구적으로 용융금속과 클램프링이 소화수를 차단하고 있다.
스프링클러헤드가 설치된 실내의 환경조건은 내부로는 소화수의 압력이 항상 작용하고 있으며, 스프링클러헤드는 실내의 동, 하절기 온도조건 및 압력의 변화에 따라 외력이 반복하여 가해지고 있다. 스프링클러시스템의 특성상 화재시에는 인명의 보호 및 재산의 보호를 위해 초기진압이 필요하지만 반대로 평상시에는 내부의 가구, 가전제품 등 재산을 보호하기 위해 스프링클러헤드의 누수 등의 하자가 없어야 한다. 상기에 기술한 것처럼 스프링클러헤드는 화재시에는 초기에 제어하여야 하는 본연의 의무와 평상시에는 누수로부터 재산보호의 역할을 해야 한다. 특히, 스프링클러헤드는 기능성부품(용융금속, 클램프링 등 운동기능을 하는 부품)이 내재된 제품이지만 내구년한이나 교체시기에 대해서 특별히 규정된 것은 없는 실정이다. 더욱이, 국내의 경우는 2005년 및 2011년 소방법개정으로 6층 이상의 공동주택의 경우 전층 스프링클러 설비의 설치가 의무화되었으며, 그 수량은 점차 증가하여 약 2천만개/2019년1) 규모이다.
본 연구는 스프링클러헤드의 주요부품 및 제품의 거동특성에 대한 연구를 통해 수명을 예측하는 것을 목표로 하였다. 경년열화의 연구를 위해 스프링클러 헤드의 상시 모니터링을 생각할 수 있지만, 설치되어 있는 스프링클러헤드 수량를 고려할 때 비용 및 시간이 문제가 된다. 그래서 가속시험 등을 이용하여 스프링클러헤드의 수명을 모델링할 수 있다면, 스프링클러헤드의 신뢰성 평가에 도움이 되며 교체시기나 내구년한의 제정, 유지관리 기준제정 등에 유익한 자료로서 활용될 수 있으리라 판단된다. 또한, 본 연구에서 사용된 단위는 신뢰성분석 소프트웨어 프로그램을 Minitab을 사용하기 때문에 MKS 단위를 사용했음에 이해를 구한다.
본 연구에서는 스프링클러헤드의 신뢰성 및 수명을 연구하는 것을 목표로, 1. 스프링클러헤드를 이해하기 위하여 스프링클러헤드의 종류, 성능 및 소화효과, 시스템의 유형 등을 살펴보았다. 2. 주요부품인 클램프링의 인장피로시험 및 감열체 융융금속의 압축피로시험을 수행하여 적정성 여부를 검토하였다. 3. 신뢰성 검증기법 및 Minitab 프로그램에 의한 가속수명시험을 통해 스프링클러헤드의 수명을 추정하였다.
연구결과를 요약하면 다음과 같다.
1) 스프링클러헤드의 주요부품인 용융금속의 압축에 의한 변위는 적정한 수준이었으며 소화수의 차단 역할을 하는 클램프링의 피로인장시험을 통해 변위량은 설계치 이내로 수렴되는 특성을 얻을 수 있었다. 2) 온도와 압력 조건별 가속수명 시험을 통해 압력의 인자는 예상수명에 크게 좌우되지 않으나, 온도조건에 따라 예상수명이 크게 좌우되는 것을 알 수 있었다. 따라서, 주위온도에 따른 수명 열화가 심각한 영향을 초래함을 알 수 있었다.
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