가스계 소화설비 적용 실무지침

❶ 개요

청정소화약제소화설비의 화재안전기준 107A는 NFPA2001(Standard on Clean Agent fire extinguishing systems)을 참고하여 제정되었으며 동 고시에 대한 그 동안의 변천사는 아래와 같다.

․ 제정 : 내무부 고시 제1994-9호 (1994. 6. 18)

․ 1차 개정 : 내무부 고시 제1995-4호 (1995. 2. 22)

․ 2차 개정 : 내무부 고시 제1995-28호 (1995. 8. 11)

․ 3차 개정 : 내무부 고시 제1997-77호 (1997. 9. 29)

․ 4차 개정 : 행자부 고시 제1998-53호 (1998. 5. 27)

․ 5차 개정 : 행자부 고시 제2004-15호 (2004. 6. 4) :  현행 화재안전기준 107A

1. 청정 소화약제의 특징

1) 약제의 분류

▪ 청정소화약제는 크게 할로겐화합물계 소화약제(Halocarbon clean agent)와 불활성 가스계 소화약제(Inert gas clean agent)로 나눌 수 있다. 이들은 소화효과 면에서 구별 되며, Halocarbon계 약제는 주로 냉각․부촉매효과에 의해 Inert gas계 약제는 주로 질식효과에 의해 소화효과를 거둔다.

▪ 화재안전기준에 제정된 청정소화약제는 모두 13종이며 9종은  Halocarbon계 약제이며 4종은 Inert gas계 약제임

▪ 우리나라에서 현재까지 설계 및 시공되어온 약제는 HCFC Bland A (NAF S-Ⅲ), IG-541(Inergen), HFC-227ea(FM-200), HFC-23(FE-13)의 4종류 정도이다.                2) 청정 소화약제는 환경영향 평가기준(ODP, GWP, ALT, NOAEL 등)을 만족하여야 한다.

▪ 소화약제별 특성

특 성	HCFC Bland A	FE13	FM200	PFC410	HALONI301
소화농도	9.9%	12.9%	6.6%	5.5%	5%
ODP (오존층파괴지수)	0.044	0	0	0	10 -16
ALT (대기잔존년수 )	7	400	42	>500	107
NOAFL	10%	50%	9.0%	40%	5%
LOAEL	>10%	>50%	10.5%	>40%	7.5%
LC50	64%	>65%	>80%	>80%	80%
끓는점	-38.3℃	-82.1℃	-16℃	-2.0℃	-58℃
무게등가(할론 = 1)	1.09	1.8	1.70	2.11	1

⇒ Referred by NFPA 2001 2004 Edition & Environmental Protection Agency in u.s.

※ ① NOAEL (No Observable Adverse Effect Level)

▸ 농도를 증가시킬 때 아무런 악영향도 감지할 수 없는 최대농도 (심장에 독성을 미치지 않는 최대농도, 최대허용 설계농도)

② LOAEL (Lowest Observable Adverse Effect Level)

▸ 농도를 감소시킬 때 악영향을 감지할 수 없는 최소농도 ( 심장에 독성이 미치는 최저농도)

③ LC50 (Lethal Concentration)

▸ 쥐집단의 50%를 치사하게 하는 농도 및 근사치명농도

④ ODP (Ozone Depletion Potential)

▸ 오존층 파괴지수를 뜻하며 CFCl₃의 오존 파괴능력을 1로 보았을 때 동일한 양의 다른 물질에 대한 오존 파괴능력으로 Halon 1301의 O.D.P는 10으로 매우 높다. (예 Halon 1211은 3.0, Halon 2402는 6.0)

⑤ ALT (Atmospheric Life Time)

▸ 대기 잔존 년수 : 어떤 물질이 방사되어 분해되지 않은 채로 존재하는 기간

3) 가스계 소화약제는 설계시 수 계산(Manual Calculation)이 아닌 컴퓨터 프로그램에 의하여 반드시 설계를 하여야 한다. 이 경우 설계 프로그램에 대해서는 약제별로 한국소방검정공사에서 실시하는 KFI인정을 받아야 사용이 가능하다.

❷ 청정소화약제의 시설기준

1. 설치제외 (화재안전기준 제5조)

1) 사람이 상주하는 곳으로 최대 허용 설계농도를 초과하는 장소

▪ 최대허용 설계농도란? NOAEL(무독성량)을 말하며 화재안전기준 별표2에서 규정              하고 있다.

☞ 문제점 : 소화약제의 환경 및 독성에 대한 검토 없이 무분별하게 적용하여,                          사람이 상주하는 곳에 최대허용설계농도를 초과하여 설계․시공하고 있음

2) 제3류∙제5류 위험물을 취급하는 장소. 다만, 소화성능이 인정되는 위험물은 제외한다

2. 방사시간 (화재안전기준 제10조 제3항)

1) 할로겐화합물 약제 : 10초 이내일 것

2) 불활성 가스 약제 : 1분 이내일 것

▪ 배관의 구경은 당해 방호구역 각 부분에 10초(불활성 가스의 경우 1분) 이내에 최소 설계농도의 95% 이상 해당하는 약제량이 방출되도록 하여야 한다.

▪ 방사시간의 측정은 용기에서부터 시작하여 약제가 방사될 때까지의 시간이 아니라 용기에서 헤드까지 약제가 충만한 상태(Initial discharge condition)에서 측정하여 약제가 헤드에서 전부 방출될 때 까지의 해당 시간을 의미한다. 그러나 방사시간의 정의는 전체 약제가 100% 방사되는 시간이 아니라 상온에서 설계농도의 95%이상 방사되는 시간으로 이는 NFPA 2001에서 규정한 것이다.

【 문제점 】

청정소화약제는 방사시간이 10초(불활성가스 청정소화약제는 1분)이내이어야 하나 배관길이(관부속류, 분사헤드) 등을 임의로 설계․시공하여 소화효과에 의문

【 개선책 】

KFI인정을 받은 명세서에 기재된 배관 용적비 등 사양을 반드시 확인하여야 한다.

3. 방사압력 (화재안전기준 제11조 제2항)

제조사별로 방사 압력이 다르며 현재 국내 제조업체의 약제별 헤드 방사 압력은 한국소방검정공사의 KFI인증서에 첨부되는 명세서를 확인하여야 한다.

4. 헤드 (화재안전기준 제11조 제1항)

1) 헤드 높이는 바닥에서 0.2m 이상 최대 3.7m 이하로 하여야 한다. 천장 높이가 3.7m를 초과할 경우에는 추가로 다른 열에 분사헤드를 설치하여야 한다. 다만, 분사헤드의 성능인정 범위 내에서 설치하는 경우에는 그러하지 아니하다.

▪ 높이를 규제하는 이유는 소화약제를 10초 이내에 빨리 확산시켜 주기 위함이며, 3.7m를 초과할 경우는 2단으로 설치하여야 한다.

2) 분사헤드 개수는 규정이 충족되도록 설치한다.

3) 오리피스 면적은 분사헤드가 연결된 배관구경의 70%를 초과할 수 없다.

5. 농도

1) 소화농도 및 설계농도 (화재안전기준 제7조 제1항 제3호)

▪ 체적에 따른 설계 농도(%)는 상온에서 제조업체의 설계 기준에서 정한 실험치를 적용한다. 이 경우 설계농도는 소화농도(%)에 안전계수 (A급 및 C급 화재는 1.2배, B급 화재는 1.3배)를 곱한 값이다.

▪ 청정소화약제설계프로그램 KFI인정서의 『소화설비의 명세서』에 제시된 “설계농도”를 확인하여 안전계수를 곱한 값이 최대허용 설계농도(화재안전기준 별표2) 이내에 해당하는지에 따라 설치 여부를 결정하여야 한다.

【청정소화약제의 설계농도】

청정약제	소화농도 : KFI 명세서	설계농도		최대허용설계농도
		A․C급화재	B급화재
HCFC Bland A	A급 7.2%, B급 10.0%	× 1.2	× 1.3	10 %
IG-541	A, B급 : 31.25%	× 1.2	× 1.3	43 %
HFC-227ea	A급 6.5%, B급 7.3%	× 1.2	× 1.3	9.0 %
HFC-23	A급 13.3%, B급 14.5%	× 1.2	× 1.3	50 %

※ 소화농도의 선택은 제조업체에서 소화약제 제조사의 정보를 받아 제시하는 설계농도 또는 제조업체에서 주장하는 것과 무관하게 NFPA 2001의 Table A-5-4.2에 나타난 n-Heptane을 사용한 청정약제에 대한 Cup-burner test 결과 소화농도를 적용하여 왔으나  본 지침 이후부터는 한국소방검정공사에서 KFI인정시험에 의하여 인정된 실험값으로서 명세서에 기입되는 소화농도를 적용하여야 한다.

2) 최대 허용 농도  (화재안전기준 제7조 제2항 및 별표2)

▪ 사람이 상주하는 곳은 최대허용 설계농도 범위 내에서 설치 가능함.

▪ 최대허용설계농도는 NOAEL를 의미함.

▪ “사람이 상주하는 곳”이라 함은 사람이 언제나 상주하는 공간을 의미하는 곳이며, 변전실∙배전반실∙펌프실∙위험물저장소 등과 같이 가끔씩 방문하는 곳은 사람이 상주하는 곳(Normally Occupied Area)에 해당되지 않음.

6. 기동장치

1) 가스계 소화설비의 수동식 기동장치는 방호구역의 외부에만 설치하여야 하는 것으로 잘못 알고 있으나, 수동 기동장치는 조작 후 조작자가 쉽게 피난할 수 있는 출입구 부근에 설치할 경우 방호구역 내부에도 설치할 수 있음.

2) 자동식 기동장치는 자동화재탐지설비의 감지기의 작동과 연동하는 것으로 기계식, 전기식 및 가스압력식이 있으며, 교차회로 방식으로 설치되어야 한다.

7. 배관방식

1) 배관방식을 토너멘트식 배관으로 하지 않을 경우에는 배관의 압력강하에 따라 각 분사노즐에서의 오리피스 구경이 각기 선정되어야 하나 현장 시공상 각기 다른 오리피  스의 분사노즐을 제 위치에 선정․설치하는 것이 용이하지 않고 적은 수량의 분사노즐을 오리피스 구경별로 주문․구매 하는 것도 쉽지 않다.

2) 따라서, 배관방식을 토너멘트식으로 할 경우 동일한 크기의 분사노즐과 오리피스 구경을 선정할 수 있고 방호구역내의 모든 노즐에서 균일한 방사를 달성할 수 있음은 물론 시공상 불편을  초래하지 않는 장점이 있다.

3) 다만, 방호구역의 형상 및 특성이 특이한 경우에는 프로그램의 연산이 가능한 경우에 한하여 비 토너멘트식으로 시공하여도 된다.

8. 과압 배출구

1) 대부분의 가스계 소화설비는 방호구역내로 약제가 방출될 때에 방호구역내의 압력을 상승시킨다. 이 압력상승은 소화약제와 방호구역의 조건에 따라 정도의 차이는 있으나 과압에 대한 압력 배출구를 필요로 한다.

그러나 현재까지 설치되고 있는 가스계 소화설비에는 많은 경우에 압력배출구를 설치하지 않고 있으며, 아예 과압에 관한 검토를 간과하고 있다.  미국 NFPA 및 해외 유수의 가스계 소화설비의 공급업체에서는 압력배출구에 관한 설치를 제시하고 있다.

■ NFPA 12에 제시된 이산화탄소설비의 압력배출구

[eqn: RM X = {239Q }OVER {SQRT {P}}]

여기서     X : 압력배출구면적(mm2)

Q : 이산화탄소의 유량(kg/min)

P : 방호구역의 허용압력(kPa)

평균적 방호구역의 허용압력(P)

구조유형	허용압력(kPa-gauge)
경량 건축물 보통 건축물 강한 건축물	1.2 2.4 4.8

2) 일반적으로 알려지기는 Inerting Gas의 경우도 모든 경우에 압력배출구가 필요하고, 이산화탄소 소화설비는 경우에 따라서 압력배출구가 설치되어야 하고, 그 외의 청정소화약제는 압력 배출이 불필요한 것으로 알고 있으나 모든 가스계 소화설비는 과압에 관한 압력배출 문제를 설계 시 고려하여서 필요하면 설치하여야만 과압에 의한 피해를 예방할 수 있다.

3) 과압배출구 적용시 고려할 사항으로

(1) 과압 발생시 신속히 개방될 것

(2) 소화약제 대신에 공기가 배출되도록 가능한 높은 곳에 설치할 것

(3) 방호구역의 허용압력보다 낮은 압력에서 개방될 것

(4) 소화약제의 방사노즐에서 가능한 먼 곳에 설치할 것

9. 설계 프로그램

청정소화약제 소화설비를 포함한 이산화탄소소화설비 및 하론소화설비는 컴퓨터를 이용하여 설계하여야 하며, 이 경우 한국소방검정공사 또는 성능시험기관으로 지정받은 기관에서 검증을 받은 설계 프로그램을 사용하여야 한다. 설계에 반영된 제조업체의 관련자재를 사용하여야 하며 제조업체 변경시에는 재설계를 하여야 한다.

【 문제점 】

① CO₂나 Halon 소화설비는 대부분 수 계산에 의한 설계․시공으로 검증된 소화효과를 기대하기 어렵다

② 설계회사는 검증된 설계프로그램이 거의 없는 상태에서 주로 외국 자료를 참조하여 시스템을 설계하거나 개인적인 경험에 의존하여 설계함.

③ 시스템 공급업체가 별도로 정해져 있지 않기 때문에 시공회사는 시스템을 구성하는 구성품을 구성품별 제조사로부터 구입하여 시스템을 임의로 구성함.

④ 시공회사는 검증된 시공지침서가 없는 상태에서 시스템을 설치하고, 감리회사 및 관리유지업체에서 시험 및 준공검사를 임의적인 판단에 의해 시행하고 있음.

【 개선책 】

① CO₂나 Halon 1301의 경우에도 건축허가 동의시부터 한국소방검정공사의 KFI인정을 받은 프로그램으로 설계하도록 행정지도를 강화하여 시스템에 대한 성능을 보장을 받을 수 있어야 함. (“수 계산에 의한 설계 불인정”)

② 제조업체의 설계 대행 업무를 하는 소방시설설계업체에 대해서는 소방시설공사업법 제4조제1항 및 제11조 규정 위반으로 동법 제35조 및 제36조에 의한 벌칙규정을 적용하여 의법 조치할 것임.

❸ 행정사항

▪ 2006년 하반기 중 본 지침 내용의 이행여부 확인 및 설계∙시공의 적정성에 대한 실사를 실시하여 부실 설계업자에 대해서는 의법 처리할 예정입니다.  끝.