[논문]스프링클러설비 소화성능 향상을 위한 NFSC 103 살수장애 방지기준 개선 방안에 관한 연구

김성현; 이승수

doi:10.15683/kosdi.2020.06.30.237

스프링클러설비 소화성능 향상을 위한 NFSC 103 살수장애 방지기준 개선 방안에 관한 연구
A Study on Improvement of Discharge Obstruction Prevention Standard for Sprinkler Head on NFSC 103 원문보기

한국재난정보학회논문집 = Journal of the Society of Disaster Information, v.16 no.2 = no.48, 2020년, pp.237 - 247

김성현 (Department of Disaster Prevention Engineering, Chungbuk National University) , 이승수 (Department of Civil Engineering, Chungbuk National University)

초록
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연구목적: 본 연구는 스프링클러설비 소화성능 향상을 위해 국내 NFSC 103 스프링클러헤드 살수장애 방지 기준의 문제점을 검토하고 이의 개선방안을 도출함으로서 화재 시 국민의 생명과 재산 보호에 기여하는 것을 목적으로 한다. 연구방법: 국내 NFSC 103 스프링클러헤드 살수장애 방지 기준의 문제점과 이의 개선방안을 도출하고자 소방선진국인 미국 화재방호협회(NFPA) 최신 스프링클러 설치기준인 2019년판 NFPA 13 의 스프링클러헤드 살수장애 방지 기준을 국내 화재안전기준 NFSC 103과 비교 연구하였다. 연구결과: 국내 NFSC 103 살수장애 방지 기준은 살수장애 개념조차도 정의되어 있지 않고 있을 뿐만 아니라 측벽형 스프링클러 헤드 살수장애 기준 부재, "3배 이격" 기준의 "높이" 기준 부재 등 다수의 상세기준에서 많은 보완 및 개선이 필요함이 연구결과 확인되었다. 결론: 국내 NFSC 103 살수장애 방지 기준은 살수장애의 개념적 정의 도입, 측벽형 스프링클러 헤드 살수장애 방지기준 추가, 장애구조물 사용실태를 고려한 헤드 추가기준 마련, 장애물 "높이"를 고려한 "3배 이격" 거리 기준 보완, 살수패턴을 반영한 살수장애 방지기준 상세화 등 의 개선을 통하여 소방선진국과 동등 수준 이상으로의 화재안전기준 선진화를 도모하고 이를 통하여 스프링클러 설비의 소화성능에 대한 신뢰성을 증진시켜 나가야 한다.

Abstract ▼ AI-Helper

Purpose: This study aims to draw the problems and improvements of NFSC 103 sprinkler head discharge obstruction prevention standard to increase the fire extinguishing performance of sprinkler system in order to contribute to the protection of people's lives and property in the event of a fire. Method: NFSC 103 was compared to NFPA 13 which is the latest 2019 version in U.S in terms of sprinkler head discharge obstruction prevention. Results: This study found that NFSC 103 doesn't define even the basic concept of sprinkler discharge obstruction. And NFSC 103 doesn't have detailed standard for side wall sprinkler head discharge obstruction prevention as well as the "height" criteria of the "three times" separation rule. Conclusion: NFSC 103 needs a lot of supplements and improvements such as the addition of definition for water discharge obstructions, the adoption of sidewall sprinkler heads standard for preventing water discharge obstructions and the additional establishment of the "three times rule" considering the "height" of obstacles to promote the advance of fire safety standard equal or above fire fighting advanced country and increase the reliability for the suppression performance of sprinkler system.

주제어

표/그림 (5)

그림 Fig. 1. ADD and RDD relation for fire suppression (Hague et al., 2019)
그림 Fig. 2. Sprinkler head discharge obstruction
표 Table 1. Cause of Sprinkler System Failure
표 Table 2. Comparison of separation distance standard for sprinkler head obstruction prevention between NFSC 103 and NFPA 13
그림 Fig. 3. Upright and pendent type sprinkler head spray pattern (Hague et al., 2019)

AI 본문요약
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문제 정의

연구결과 국내 NFSC 103 살수장애 방지 기준은 살수장애 개념조차도 정의되어 있지 않고 있을 뿐만 아니라 다수의 기준에서도 많은 개선 및 보완이 필요함이 연구결과 확인되었다. 따라서 본 연구를 통하여 도출된 문제점들에 대해 다음과 같이 NFSC 103 스프링클러헤드 살수장애 방지 기준 개선방안을 제안하고자 한다.
미국 NFPA 13과 국내 NFSC 103의 스프링클러헤드 살수장애 방지기준의 비교 연구를 통해 도출된 문제점들에 대하여 다음과 같은 개선방안을 제안하고자 한다.
본 논문은 국내 NFSC 103 스프링클러헤드 살수장애 방지 기준의 문제점과 이의 개선방안을 도출하고자 미국 NFPA의 최신 스프링클러 설치기준인 2019년판 NFPA 13의 스프링클러헤드 살수장애 방지 기준과 NFSC 103을 비교 연구하였다. 연구결과 국내 NFSC 103 살수장애 방지 기준은 살수장애 개념조차도 정의되어 있지 않고 있을 뿐만 아니라 다수의 기준에서도 많은 개선 및 보완이 필요함이 연구결과 확인되었다.
이에 본 연구는 스프링클러 설비의 소화성능 향상을 위해 국내 화재안전기준 NFSC 103에서 규정하고 있는 표준형 스프링클러헤드 살수장애 방지 기준에 한정하여 소방선진국인 미국의 최신 스프링클러설비 설치 화재안전기준인 2019년판 NFPA 13과 국내 NFSC 103 기준을 비교 연구하여 국내 NFSC 103 표준형 스프링클러헤드 살수장애 방지 기준의 문제점을 도출하고 이의 개선방안을 제안하고자 한다.

제안 방법

NFSC 103 스프링클러헤드 살수장애 방지기준의 문제점과 이들에 대한 개선방안을 도출하기 위해 국내 스프링클러설비 설치 기준인 NFSC 103과 소방선진국인 미국의 최신 스프링클러 설치 화재안전기준인 2019년판 NFPA 13의 스프링클러헤드 살수장애 방지기준을 비교 연구하였다. 연구결과 NFSC 103은 살수장애 정의 부재, 측벽형 헤드 살수장애 기준 추가 필요를 포함하여 Table 2와 같이 살수장애물과의 이격거리 기준에 있어서 다수의 항목들이 개선이 필요한 문제점들로 도출되었다.
따라서 본 논문에서는 스프링클러헤드 살수장애의 개념적 정의를 소방선진국인 미국 NFPA 13 과 성능위주 소방설계를 기반으로 “열 기류나 방수를 방해하여 스프링클러헤드의 성능 목표에 중대한 영향을 주는 것”으로 정의하는 것을 제안한다.

성능/효과

여섯째, 살수패턴을 반영하여 살수장애 방지이격거리 기준을 상세화 함으로서 “3배 규정”을 제외하고 장애물과의 이격거리를 “60 cm”로 단일화 하여 규정하고 있는 현행 NFSC 103 살수장애 방지 기준의 한계를 개선하여야 한다.
NFSC 103 스프링클러헤드 살수장애 방지기준의 문제점과 이들에 대한 개선방안을 도출하기 위해 국내 스프링클러설비 설치 기준인 NFSC 103과 소방선진국인 미국의 최신 스프링클러 설치 화재안전기준인 2019년판 NFPA 13의 스프링클러헤드 살수장애 방지기준을 비교 연구하였다. 연구결과 NFSC 103은 살수장애 정의 부재, 측벽형 헤드 살수장애 기준 추가 필요를 포함하여 Table 2와 같이 살수장애물과의 이격거리 기준에 있어서 다수의 항목들이 개선이 필요한 문제점들로 도출되었다.
본 논문은 국내 NFSC 103 스프링클러헤드 살수장애 방지 기준의 문제점과 이의 개선방안을 도출하고자 미국 NFPA의 최신 스프링클러 설치기준인 2019년판 NFPA 13의 스프링클러헤드 살수장애 방지 기준과 NFSC 103을 비교 연구하였다. 연구결과 국내 NFSC 103 살수장애 방지 기준은 살수장애 개념조차도 정의되어 있지 않고 있을 뿐만 아니라 다수의 기준에서도 많은 개선 및 보완이 필요함이 연구결과 확인되었다. 따라서 본 연구를 통하여 도출된 문제점들에 대해 다음과 같이 NFSC 103 스프링클러헤드 살수장애 방지 기준 개선방안을 제안하고자 한다.
미국 화재방호협회(NFPA)가 2017년에 발표한 2010년부터 2014년까지 미국에서 발생한 화재에 대한 스프링클러설비의 실패원인 분석 결과 (Ahrens, 2017)에 따르면 연 평균 483,430건의 화재가 발생하고 해당 화재중 약 10%에 해당하는 49,840 건은 화재 당시 스프링클러설비가 설치되어 있었으며, 이들 중 88%는 효과적으로 잘 작동하여 화재를 초기에 제어하였으나, 나머지 12%는 화재 시 스프링클러설비가 설치되어 있었음에도 소화실패로 인하여 초기에 화재를 제어하지 못하고 화재가 확산되었다고 보고하고 있다. 이들 화재 시 스프링클러설비의 실패원인을 살펴보면 Table 1과 같이 스프링클러설비의 급수차단으로 인한 소화실패가 가장 많은 40%를 차지하고 있으며 다음으로 스프링클러헤드의 살수장애 등으로 인하여 소화수가 화원에 도달하지 못하여 발생한 소화실패가 27%를 차지하고 있는 것으로 분석되었다. 구체적인 장애물 종류, 장애물의 크기, 장애물과의 이격거리 등은 조사 당시에 확보하지 않아 살수장애의 구체적 형태는 알 수 없지만 스프링클러헤드 주변에 설치된 장애물의 존재만으로도 소화실패를 유발하여 화재를 확대시킨 사례들이 상당수 존재함을 알 수 있다.
첫째, 명확한 살수장애 용어의 개념적 정의 도입을 통하여 살수장애 용어 정의 부재로 인한 혼란을 줄여야 한다.

후속연구

넷째, "3배 규정" 적용에 있어서 “3배 규정”의 적용 취지에 맞게 장애물의 "폭" 뿐만 아니라 “높이”도 고려되도록 장애물 길이의 기준 개선이 필요하다.
다섯째, “보와의 이격거리 기준” 중 보의 하단 아래로의 설치 규정을 정비하여 살수패턴 형성에 장애가 없는 하한선인 보의 하단까지로 개정함으로서 스프링클러헤드의 좀 더 빠른 집열 및 화재초기 최적시간 개방을 도모할 수 있도록 최적화하여야 한다.
둘째, 측벽형 스프링클러헤드 살수장애 방지기준 부재로 인하여 이에 대한 추가적인 기준 마련이 필요하다.
따라서 NFPA 13의 동일 규정을 준용한 국내화재안전기준 NFSC 103은 본 규정의 본래 의도에 맞게 장애물의 “폭”뿐만이 아닌 “높이”도 고려한 “최대치수” 기준의 3배 이격거리 기준으로 보완 및 개선이 필요하다.
따라서 NFSC 103의 “제 3조(정의)” 조항에 공학적 근거와 NFPA 13을 기반으로 살수장애에 대한 개념적 정의를 추가함으로서 살수장애 여부 판단의 포괄적 기준으로서의 역할을 할 수 있도록 보완하여 용어 정의 부재로 인한 문제를 개선하도록 하여야 한다.
따라서 스프링클러헤드 주변 장애물이 초기에는 개방되어 있는 구조이지만 일반적인 사용 과정상에서 물건 적재 혹은 덮개 사용 등으로 막힌 구조가 될 가능성이 큰 개방형 격자 구조와 같은 장애물의 경우 이들의 사용실태를 고려하여 스프링클러헤드 설치 당시에 그 아래에 추가로 설치하도록 보완된 기준을 마련함으로서 소방선진국인 미국 NFPA 13과 동등한 국제적 수준의 국내 화재안전기준을 확보하고 또한 해당 장애물이 존재하는 구조물에서의 화재 발생 시 인명 및 재산 보호에 더욱 기여 할 수 있을 것이다.
따라서 측벽형 스프링클러헤드 고유의 살수패턴을 고려하여 이를 기반으로 측벽형 스프링클러헤드에 대한 살수장애 방지기준을 추가로 마련함으로서 화재안전기준 적용시 측벽형 스프링클러헤드 살수장애 방지기준 부재에 따른 혼란을 줄이고 소방선진국인 미국 NFPA 13과 동등한 국제적 수준의 좀 더 체계화된 국가 화재안전기준으로 재정립될 수 있을 것이다.
따라서 본 논문에서는 스프링클러헤드 살수장애의 개념적 정의를 소방선진국인 미국 NFPA 13 과 성능위주 소방설계를 기반으로 “열 기류나 방수를 방해하여 스프링클러헤드의 성능 목표에 중대한 영향을 주는 것”으로 정의하는 것을 제안한다. 또한 화재사건 조사 시 스프링클러설비에 대한 미작동 또는 효과 여부만을 조사하는데 한정할 것이 아니라, 좀 더 적극적 조사를 통하여 스프링클러헤드 살수장애에 의한 초기화재 진압실패 여부 등을 심도 있게 조사함으로서 정확한 살수장애 관련 국내 통계 자료 확보와 이를 기초로 살수장애 관련 화재안전기준 수립에 활용할 것을 제안한다.
셋째, 폭이 1.2 m 를 초과하는 “폭넓은 장애물” 규정에 있어서 장애구조물의 사용 실태를 고려하여 헤드 추가 기준을 마련 하여야 한다.
이와 같은 “스프링클러헤드의 형식승인 및 제품검사의 기술기준”의 “살수분포 시험기준”에 근거하여 살수분포 곡선범 위 안에 놓여지는 장애물을 살수장애물로 규정하고 장애물과의 수평 및 수직거리를 기준으로 스프링클러헤드 타입별 살수 장애 방지 이격거리 기준을 상세화 한다면 NFSC 103이 가지고 있는 “60 cm 기준”으로 단순화된 장애물과의 이격거리 기준의 한계를 개선할 수 있을 것이다.
이와 같이 본 연구에서 도출된 NFSC 103 스프링클러헤드 살수장애 방지 기준의 문제점들과 제안된 개선방안들을 통하여 국내 스프링클러헤드 설치기준의 발전과 스프링클러헤드 살수장애로 인한 스프링클러설비의 소화성능 장애를 최소화하거나 방지하도록 함으로서 화재 시 국민의 생명과 재산보호에 더욱 기여할 수 있을 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	스프링클러설비는 무엇인가?	스프링클러설비는 인체에 무해하고 쉽게 구할 수 있는 물을 기본으로 물의 특성인 높은 기화열과 비열을 이용하여 화재 초기에 화재를 제어하고 진압하여 화재로 인한 인명안전 및 재산보호를 목적으로 사용되고 있는 가장 높은 신뢰성을 가진 대표적인 수계소화설비이다. 하지만 아무리 신뢰성이 높은 설비라 하더라도 최종적으로 물이 분사되는 스프링클러헤드 주변에 구조적인 장애물이 존재하여 스프링클러헤드로부터 분사되어야 할 소화수가 화원 및 주변에 제대로 분사되지 못하고 본래의 성능을 발휘할 수 없다면 의도된 화재 제어 및 진압은 불가능하게 되어 결국 인명 및 재산 피해가 확대 될 수밖에 없다.
	살수장애가 스프링클러설비의 소화 성능 저하를 가져오게 하는 중요한 결함인자인 이유는 무엇인가?	스프링클러헤드 주변의 장애물은 살수패턴 특성을 변형시키거나 스프링클러헤드에서 방수되는 물을 화재표면이 아닌 다른 곳으로 다시 반사시키거나 물방울 크기에 영향을 주어 방사밀도 감소를 유발함으로서 화재제어나 진압을 지연 또는 실패하게 할 수 있다. 이와 같이 살수장애가 발생하는 경우 화재 시 스프링클러설비의 소화성능 저하를 가져오게 하는 중요 결함인자로 작용함에 따라 스프링클러헤드 주변에 장애물이 존재하지 않도록 설계 및 시공하는 것이 무엇보다 중요하다.
	스프링클러설비는 어떠한 기능을 가지고 있는가?	스프링클러설비는 화재가 발생한 가연물 표면에 직접 물을 분사하여 화재를 진압하고 주변 이차 가연물을 적셔주어 화재 확산을 제한하는 화재 제어 기능을 수행한다. 스프링클러설비가 이러한 기능을 수행하기 위해서는 소화에 필요한 물이 특정한 패턴을 형성하도록 분사되고, 일정한 양의 물이 화재표면에 전달됨으로서 가능해진다.

참고문헌 (8)

Ahrens, M. (2017). U.S Experience with Sprinkler, National Fire Protection Association, U.S, pp. 2-6 .
Chatterjee, P., Geiman, J.A. (2017). Numerical Simulations of Sprinkler Activations and Spray Transport Under Obstructed, Sloped Ceilings, FM Global, U.S.
Floyd, J., Budnick, E., Boosinger, M., Dinaburg, J., Boehmer. H. (2010), Analysis of the Performance of Residential Sprinkler Systems with Sloped or Sloped and Beamed Ceilings, The Fire Protection Research Foundation, U.S.
Great American Insurance Group (2006). Loss Control Data Guide-Sprinkler Head Discharge Obstructions and Impediments, ISO Services Inc., U.S, p.1.
Hague, D.R., Duffy, C.W. (2019). Automatic Sprinkler Systems Handbook 14th Edition, National Fire Protection Association, U.S , p.73.
NFPA 13 (2019). Standard for the Installation of Sprinkler System, National Fire Protection Association, U.S.
NFSC 103 (2017). Automatic Sprinkler Systems Fire Safety Code, National Fire Agency.
Palenske, G.A., Geiman, W.A. (2014). Obstruction and ESFR Sprinklers-Phase 1, National Fire Protection Association, U.S.

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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