KR101597753B1 - 칠드빔 공조설비와 소화설비의 통합 시스템 - Google Patents
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Abstract
냉온수 배관이 건축물 천장을 통해 실내에 직접 시공되는 칠드빔(Chilled Beam) 공조설비, 및 소화용 수배관이 건축물 천장에 시공되는 스프링클러 설비가 배관을 함께 공용하도록 시공함으로써 건축물의 시공기간을 단축시킬 수 있고 시공비용을 감소시킬 수 있는, 칠드빔 공조설비와 소화설비의 통합 시스템이 제공된다.
Description
본 발명은 칠드빔 공조 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 일정 규모 이상의 건축물 천장에 각각 설치되는 칠드빔(Chilled Beam) 공조설비 및 스프링클러(Sprinkler) 소화설비를 통합하여 시공 및 운영할 수 있도록 공용배관(Common Use Pipe)을 이용하는 칠드빔 공조설비와 소화설비의 통합 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 일정 규모의 건축물에는 건축물 내부의 냉난방을 위한 공조설비(Air Conditioning Equipment)와 화재시 소화용 소화설비(Fire Extinguishing Equipment)가 구분되어 시공되고 있다. 이때, 공조설비는 냉난방 기간 중 운전이 진행되고, 또한, 소화설비는 화재 발생의 비상시 운전을 위하여 상시 대기 상태로 유지하는 특성을 가지고 있다.
한편, 현대의 건축 공법은 과거 건설노동자의 노동집약적인 방식에서 벗어나 단순하고 효율적인 방식으로 공장에서 대량으로 건축부재가 생산되고 있고, 건축공사 현장에서 바닥 및 외벽의 구조물 등과 조립되도록 활용되고 있다. 그러나 천장부분의 공조, 위생, 소화설비, 조명, 덕트 등의 설비는 그 구조가 노출되고 복합적으로 시공되기 때문에 효율적인 공사 진행과 천장설비의 모듈화가 곤란한 것이 현실이다.
또한, 현대식 건물에서는 공조용 에너지가 전체 건물 에너지 소비량의 40~50%를 차지하고 있고, 공조용 공기의 운송을 위한 반송 동력의 비율이 40%에 이르기 때문에 이러한 반송 동력이 건물 전체 에너지 소비량의 16~20%를 점유하고 있는 실정이다.
최근 전세계적으로 건물에너지 절감을 위한 노력이 활발하게 전개되고 있는 가운데 구체적인 건물에너지 절감을 위한 다양한 요소기술들이 개발 및 소개되고 있다. 예를 들면, 건물에너지 절감 기술로서 최근 국내외적으로 주목을 받고 있는 기술 중의 하나가 칠드빔 공조시스템(Chilled Beam Air Conditioning System)이 있다.
이러한 칠드빔 공조시스템과 종래의 기술에 따른 공조시스템과의 근본적인 차이점은 칠드빔 공조시스템은 냉난방과 환기를 분리하는 시스템이며, 냉수 및 온수를 공급한다는 측면에서는 복사 냉난방 시스템과 유사하지만, 주요한 열교환은 대류 열교환을 실시한다는 점이다. 이때, 칠드빔 공조시스템의 경우, 배관을 통해 전송된 물은 천장 또는 천장 부근에 설치되어 있는 "칠드빔(Chilled Beam)"을 통과하면서 실내 공기와 열교환을 하게 된다.
이러한 칠드빔 공조시스템은 복사 및 대류 냉각효과를 이용하여 거주공간의 쾌적성과 에너지절약을 동시에 만족시킬 수 있는 시스템으로서, 천정복사패널 시스템의 냉각 효과를 증대시키기 위해 개발되었다. 즉, 이러한 칠드빔 공조시스템은 난류성 기류 이동에 의해 드래프트(Draft)를 최소화할 수 있는 신개념의 공조시스템으로서, 낮은 설치 높이로 기존 건물의 천장에 쉽게 설치할 수 있으며, 일반적인 덕트 방식에 비해 물(Water)을 이용함으로써 높은 열교환 효율, 낮은 소음, 배관 설치면적의 축소 등의 장점이 있는 시스템이다.
또한, 이러한 칠드빔 공조시스템은 공기조화용 반송 동력을 절감할 수 있고, 시공성과 실내환경 측면에서 많은 장점을 보유하고 있어서, 유럽을 중심으로 보급이 급속히 확산되고 있으며, 국내에서도 국내의 기후환경과 공조시스템 운영 조건에 적합한 제품의 개발이 이루어지고 있다.
구체적으로, 현재 유럽을 중심으로 급속히 확산되고 있는 공조 시스템인 칠드빔 공조시스템은 기존 천장에 위치한 시스템들을 집약하여 대량으로 생산이 가능한 시스템으로서, 층고를 절감시키고 시공 및 관리비용을 절감시킬 수 있다. 이러한 칠드빔 공조시스템은 전통적인 전공기 공조방식에 비해 물-공기의 공조방식을 채택하여 기존 시스템 대비 75~85%의 순환공기 풍량이 감소하고, 이로부터 반송 동력이 크게 줄어들어 최종적으로 공조용 에너지의 20% 내외를 감축할 수 있는 장점이 있다. 또한, 이러한 칠드빔 시스템은 쾌적한 공조환경과 미려한 천장을 제공함과 동시에 층고의 단축, 반송 동력의 저감, 시공 및 유지보수의 경제성 등 여러 측면에서의 이점으로 인해 국내에서도 건축물 환경에 적합한 칠드빔 공조시스템의 기술개발이 필요한 실정이다.
최근 고층 및 대형 건축물의 증가는 내장 설비공사 수요의 증가로 이어지고 있으며, 이에 따라 두 가지 이상의 설비 기술의 복합을 통한 시공 효율성을 향상시키기 위한 요구가 증가하고 있다. 예를 들면, 이러한 건축물의 내장 설비 공사는"공조, 전기, 소화, 위생, 인테리어" 등이 있으며, 각각의 설비를 통합적으로 시공한다면 각 설비 공사의 시공기간과 공사비를 저감할 수 있다.
하지만, 아직까지 칠드빔 공조시스템과 소화설비를 통합적으로 시공 및 운영하는 기술은 개발되지 않은 실정이다.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 냉온수 배관이 건축물 천장을 통해 실내에 직접 시공되는 칠드빔(Chilled Beam) 공조설비, 및 소화용 수배관이 건축물 천장에 시공되는 스프링클러 설비가 배관을 함께 공용하도록 시공함으로써 건축물의 시공기간을 단축시킬 수 있고, 시공비용을 감소시킬 수 있는, 칠드빔 공조설비와 소화설비의 통합 시스템을 제공하기 위한 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 칠드빔 공조설비와 소화설비의 통합 시스템은, 팽창탱크, 공조용 순환펌프, 냉온수기, 냉온수 배관 및 칠드빔으로 구성되고, 실내에서 대류 열교환이 실시되도록 상기 냉온수 배관이 건축물 천장을 통해 칠드빔에 직접 공급되도록 시공되는 칠드빔 공조설비; 소화용 수조, 소화용 순환펌프, 압력탱크, 소화용 배관, 알람밸브 수격방지장치 및 스프링클러로 구성되고, 상기 소화용 배관이 건축물 천장에 연결되어 화재로 인한 실내온도 상승에 반응하여 화염에 물을 분사하는 자동 소화설비로서, 스프링클러 헤드의 개방과 동시에 소화용수의 분무가 시작되는 소화설비; 및 상기 칠드빔 공조설비의 냉온수 배관 및 상기 소화설비의 소화용 배관을 하나로 연결하도록 상기 칠드빔 공조설비의 칠드빔 및 상기 소화설비의 스프링클러의 전단에 공용으로 설치되는 공조 및 소화용 공용배관을 포함하되, 상기 칠드빔 공조설비는 냉난방 기간 중에 상시 운전되고, 상기 소화설비는 화재 비상시 운전을 위하여 상시 대기상태를 유지하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 공조 및 소화용 공용배관은 상기 칠드빔 공조설비 및 상기 소화설비에 공용되는 배관용 탄소강관(KS D 3507)일 수 있다.
여기서, 상기 칠드빔 공조설비의 냉온수 배관은 1/2인치(15A) 직경의 동합금(KS D 5301) 재질의 배관일 수 있다.
여기서, 상기 소화설비의 소화용 배관은 비상시 최고 12㎏/㎠의 수두를 20분 이상 유지해야 하는 성능기준을 충족하도록 탄소강관(KS D 3507) 재질로 형성되거나 또는 배관 내 사용압력이 1.2㎫ 이상일 경우, 압력배관용 탄소강관(KS D 3562)이나 이와 동등 이상의 강도, 내식성 및 내열성을 가진 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 칠드빔 공조설비의 공조용 순환펌프는 3
이상 유량을 확보하는 3㎏/㎠ 수두 이하의 펌프이고, 상기 스프링클러 설비의 소화용 순환펌프는 80
이상의 유량을 확보하는 12㎏/㎠ 수두 이하의 펌프일 수 있다.
여기서, 상기 칠드빔 공조설비의 공조용 순환펌프 및 상기 스프링클러 설비의 소화용 순환펌프를 공용하도록 상기 칠드빔 공조설비의 냉온수 배관에 감압밸브를 별도 설치하여 상시 칠드빔 공조설비의 운전을 수행하다가, 비상시 상기 감압밸브를 개방하여 소화용수를 가압하여 송수하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 소화설비의 압력탱크는 100L의 내용적을 갖는 1㎏/㎠~15㎏/㎠ 사이의 압력탱크이고, 상기 칠드빔 공조설비의 팽창탱크는 온도에 따른 냉온수의 부피 변화에 대응하도록 100L의 내용적을 갖는 팽창탱크일 수 있다.
여기서, 상기 소화설비의 압력탱크 및 상기 칠드빔 공조설비의 팽창탱크는 설계 범위가 15㎏/㎠ 이하에서 공용될 수 있다.
여기서, 상기 칠드빔 공조설비는 상기 냉온수 배관 내부에 항상 가압된 냉방 및 난방 용수가 흐르고 있는 수방식 공조설비이고, 상기 소화설비의 스프링클러는 습식 폐쇄형 스프링클러일 수 있다.
여기서, 상기 소화설비의 스프링클러가 습식 스프링클러인 경우, 상기 소화용 배관은 이음매 없는 동 및 동합금의 배관용 동관을 혼용하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 수격방지 장치는 최초 가압송수장치인 소화용 순환펌프 및 공조용 순환펌프의 구동시 발생하는 수격 현상을 방지하도록 15㎏/㎠ 이하의 압력으로 작동될 수 있다.
여기서, 상기 알람밸브는 화재시 스프링클러의 개방에 의한 유수를 검지하여 경보를 발생하고 펌프기동 신호를 발생시키는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 소화용 수조는 스프링클러 헤드 개수에 의해 산정되며, 최소 유량 기준인 분당 80리터의 유량을 20분간 유지 가능한 소화용 수조로서, 2,000리터 이상의 내용적을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 냉온수 배관이 건축물 천장을 통해 실내에 직접 시공되는 칠드빔 공조설비, 및 소화용 수배관이 건축물 천장에 시공되는 스프링클러 설비가 배관을 함께 공용하도록 시공함으로써 건축물의 시공기간을 단축시킬 수 있고, 시공비용을 감소시킬 수 있다.
도 1은 일반적인 소화설비인 스프링클러 설비의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 칠드빔 공조설비의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 칠드빔 공조설비 및 스프링클러 설비를 일원화시키는 개념을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 칠드빔 공조설비와 소화설비의 통합 시스템을 공용배관을 사용하여 구현하는 것을 예시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 칠드빔 공조설비와 소화설비의 통합 시스템에서 칠드빔 공조설비 및 스프링클러 설비를 단위 유닛을 기준으로 구성하는 것을 예시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 칠드빔 공조설비와 소화설비의 통합 시스템에서 배관자재의 구성을 예시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 칠드빔 공조설비와 소화설비의 통합 시스템에서 펌프설비의 구성을 예시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 칠드빔 공조설비와 소화설비의 통합 시스템에서 압력탱크의 구성을 예시하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 칠드빔 공조설비와 소화설비의 통합 시스템에서 기타설비의 구성을 예시하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 칠드빔 공조설비와 소화설비의 통합 시스템에서 칠드빔 및 스프링클러가 설치된 것을 나타내는 사진이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 칠드빔 공조설비와 소화설비의 통합 시스템에서 소화설비를 기준으로 하여 공용배관을 적용하는 것을 구체적으로 예시하는 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 칠드빔 공조설비와 소화설비의 통합 시스템에서 공용배관의 개념을 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 13a 및 도 13b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 칠드빔 공조설비와 소화설비의 통합 시스템의 성능 실험장치를 예시하는 도면 및 사진이다.
도 14a 및 도 14b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 칠드빔 공조설비와 소화설비의 통합 시스템의 성능 실험을 위한 공용배관을 접속한 것을 나타내는 사진이다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 칠드빔 공조설비와 소화설비의 통합 시스템의 성능 실험 전경을 나타내는 사진이다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 칠드빔 공조설비와 소화설비의 통합 시스템에서 실험 운전 조건을 나타내는 도면이다.
도 17a 및 도 17b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 칠드빔 공조설비와 소화설비의 통합 시스템에서 배관 내부의 압력 변화 및 유량 변화를 나타내는 도면들이다.
도 2는 칠드빔 공조설비의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 칠드빔 공조설비 및 스프링클러 설비를 일원화시키는 개념을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 칠드빔 공조설비와 소화설비의 통합 시스템을 공용배관을 사용하여 구현하는 것을 예시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 칠드빔 공조설비와 소화설비의 통합 시스템에서 칠드빔 공조설비 및 스프링클러 설비를 단위 유닛을 기준으로 구성하는 것을 예시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 칠드빔 공조설비와 소화설비의 통합 시스템에서 배관자재의 구성을 예시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 칠드빔 공조설비와 소화설비의 통합 시스템에서 펌프설비의 구성을 예시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 칠드빔 공조설비와 소화설비의 통합 시스템에서 압력탱크의 구성을 예시하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 칠드빔 공조설비와 소화설비의 통합 시스템에서 기타설비의 구성을 예시하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 칠드빔 공조설비와 소화설비의 통합 시스템에서 칠드빔 및 스프링클러가 설치된 것을 나타내는 사진이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 칠드빔 공조설비와 소화설비의 통합 시스템에서 소화설비를 기준으로 하여 공용배관을 적용하는 것을 구체적으로 예시하는 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 칠드빔 공조설비와 소화설비의 통합 시스템에서 공용배관의 개념을 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 13a 및 도 13b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 칠드빔 공조설비와 소화설비의 통합 시스템의 성능 실험장치를 예시하는 도면 및 사진이다.
도 14a 및 도 14b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 칠드빔 공조설비와 소화설비의 통합 시스템의 성능 실험을 위한 공용배관을 접속한 것을 나타내는 사진이다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 칠드빔 공조설비와 소화설비의 통합 시스템의 성능 실험 전경을 나타내는 사진이다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 칠드빔 공조설비와 소화설비의 통합 시스템에서 실험 운전 조건을 나타내는 도면이다.
도 17a 및 도 17b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 칠드빔 공조설비와 소화설비의 통합 시스템에서 배관 내부의 압력 변화 및 유량 변화를 나타내는 도면들이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 일반적인 소화설비인 스프링클러 설비의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 일반적인 소화설비인 스프링클러 설비는, 소화용 수조(11), 순환펌프(12), 알람밸브(13), 주배관(14), 입상관(15), 가지배관(16) 및 스프링클러(17)를 포함한다.
일반적인 소화설비인 스프링클러 설비는 실내의 천장에 위치하면서 화재로 인한 실내온도 상승에 반응하여 합금편이 용융되고 개방하여 화염에 물을 분사하는 자동 소화설비로서, 스프링클러 헤드의 개방과 동시에 소화용수의 분무가 시작된다. 이러한 스프링클러 설비는 초기 화재를 진압할 수 있는 설비로서, 크게 폐쇄형과 개방형으로 구분된다.
구체적으로, 개방형 스프링클러 설비는 별도의 감지기에 의해 일제 개방하여 살수를 시작하는 설비로서, 폐쇄형 스프링클러 헤드로는 효과를 기대하기 어려운 장소인 천정고가 높은 무대부와 공장, 창고, 준위험물 저장소 등에 주로 채택되는 설비이다. 또한, 폐쇄형 스프링클러 설비는 화재시 발생하는 열에 의해 개방되어 작동하는 스프링클러로서, 습식, 건식, 준비작동식 등이 있다.
이러한 스프링클러 설비는 초기화재 진압에 적합하고, 소화약제가 물이기 때문에 경제적이며, 감지부가 기계적으로 작동하여 오동작이 적다는 특징을 가지고 있다. 또한, 이러한 스프링클러 설비는 조작이 쉽고 안전하며 자동적으로 화재의 감지 및 소화를 시작하므로 실내 거주 인원이 없는 경우에도 효과적인 화재진화가 가능하다.
한편, 도 2는 칠드빔 공조설비의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 칠드빔 공조설비는, 크게, 칠드빔, 외기처리용 공기조화기 및 냉온수 공급기를 포함한다.
칠드빔 공조설비는 물-공기 방식으로서 신선 외기와 냉온수를 실내 천장에 설치된 칠드빔에 공급한다. 즉, 실내 공기의 질(Indoor Air Quality: IAQ)을 위해 요구되는 신선 외기를 OA 덕트를 통해 칠드빔의 압력 챔버에 공급하고, 냉난방 부하의 처리를 위해 필요한 냉온수를 배관을 통해 칠드빔의 냉온수 코일로 공급하게 된다.
상기 칠드빔에 공급된 외기가 노즐을 통과하면서 유인 효과가 발생하게 되고, 이러한 유인작용에 의해 실내 공기가 칠드빔 내로 유입되어 냉온수 코일을 통과하는 순환기류가 형성되게 된다. 이에 따라 신선 외기와 실내 공기는 혼합된 후, 칠드빔의 디퓨저를 통해 실내로 공급될 수 있다. 이때, 유인되는 실내 공기는 냉온수 코일을 통과하여 냉각 또는 가열된다.
이러한 칠드빔 공조설비는 전통적인 전공기 공조방식에 비해 물-공기의 공조방식을 채용하여, 냉난방 부하의 상당 부분은 냉온수의 공급으로 처리하고, 실내의 IAQ 확보를 위한 신선 외기량만을 송풍하기 때문에 반송 동력을 크게 절감할 수 있다. 또한, 이러한 칠드빔 공조설비는 인테리어 개념이 가미된 천장판에 덕트와 배관을 포함한 기존의 기계설비와 전기설비의 모든 공종의 공사를 집합하여 모듈화한 칠드빔을 공장에서 대량으로 제작하고, 이것을 현장에 설치하기 때문에 건축공사의 천장 공정을 보다 비용 효율적으로 진행할 수 있다. 따라서 이러한 칠드빔 공조설비는 에너지 절약과 효율적 시공 및 유지관리 뿐만 아니라 쾌적한 공조환경과 층고 저감 등의 이점을 제공할 수 있다.
한편, 도 3은 칠드빔 공조설비 및 스프링클러 설비를 일원화시키는 개념을 나타내는 도면이다.
칠드빔 공조설비 및 스프링클러 설비를 일원화시키기 위해서는, 도 3에 도시된 바와 같이, 소화용 수조(31), 소화용 순환펌프(32), 냉온수기(33), 공조용 순환펌프(34), 알람밸브(35), 주배관(36), 입상관(37), 가지배관(38), 스프링클러(39) 및 칠드빔(40)을 포함해야 하고, 이때, 상기 스프링클러(39) 및 상기 칠드빔(40)의 전단에 공용배관이 설치 및 시공되는데 임의로 설치 및 시공되는 것이 아니다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 칠드빔 공조설비와 소화설비의 통합 시스템은 공용배관을 사용하여 구현될 수 있고, 이하, 도 4 내지 도 12를 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다.
[칠드빔 공조설비와 소화설비의 통합 시스템]
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 칠드빔 공조설비와 소화설비의 통합 시스템을 공용배관을 사용하여 구현하는 것을 예시하는 도면이다.
도 4를 참조하면, 발명의 실시예에 따른 칠드빔 공조설비와 소화설비의 통합 시스템은, 크게 칠드빔 공조설비 및 소화설비로 구성되고, 상기 소화설비는 스프링클러 설비로서, 소화용 수조(110), 소화용 메인펌프(120), 소화용 보조펌프(130), 압력탱크(140), 소화용 배관(150), 알람밸브(160) 및 스프링클러(170)를 포함한다. 또한, 상기 칠드빔 공조설비는 팽창탱크(210), 공조용 순환펌프(220), 냉온수기(230), 냉온수 배관(240), 수격방지 장치(250), 공조 및 소화용 공용배관(260) 및 칠드빔(270)을 포함한다.
칠드빔 공조설비는 팽창탱크(210), 공조용 순환펌프(220), 냉온수기(230), 냉온수 배관(240) 및 칠드빔(270)으로 구성되고, 실내에서 대류 열교환이 실시되도록 상기 냉온수 배관(240)이 건축물 천장을 통해 칠드빔(Chilled Beam: 270)에 직접 공급되도록 시공된다.
여기서, 상기 칠드빔 공조설비의 냉온수 배관(240)은 1/2인치(15A) 직경의 동합금(KS D 5301) 재질의 배관일 수 있다.
소화설비는 소화용 수조(110), 소화용 순환펌프(120, 130), 압력탱크(140), 소화용 배관(150), 알람밸브(160) 수격방지장치(Water Hammering Cushion: 250) 및 스프링클러(170)로 구성되고, 상기 소화용 배관(150)이 건축물 천장에 연결되어 화재로 인한 실내온도 상승에 반응하여 화염에 물을 분사하는 자동 소화설비로서, 스프링클러 헤드의 개방과 동시에 소화용수의 분무가 시작된다.
여기서, 상기 소화설비의 소화용 배관(150)은 비상시 최고 12㎏/㎠의 수두를 20분 이상 유지해야 하는 성능기준을 충족하도록 탄소강관(KS D 3507) 재질로 형성되거나 또는 배관 내 사용압력이 1.2㎫ 이상일 경우, 압력배관용 탄소강관(KS D 3562)이나 이와 동등 이상의 강도, 내식성 및 내열성을 가질 수 있다.
공조 및 소화용 공용배관(260)은 상기 칠드빔 공조설비의 냉온수 배관(240) 및 상기 소화설비의 소화용 배관(150)을 하나로 연결하도록 상기 칠드빔 공조설비의 칠드빔(270) 및 상기 소화설비의 스프링클러(170)의 전단에 공용으로 설치된다. 여기서, 상기 공조 및 소화용 공용배관(260)은 상기 칠드빔 공조설비 및 상기 소화설비에 공용되는 배관용 탄소강관(KS D 3507)일 수 있다.
이에 따라 상기 칠드빔 공조설비는 냉난방 기간 중에 상시 운전되고, 상기 소화설비는 화재 비상시 운전을 위하여 상시 대기상태를 유지할 수 있다.
구체적으로, 상기 소화설비의 소화용 수조(110)는 소화용 수원으로서, 화재시 원활한 소화용수를 공급하기 위한 급수원의 저수량은 헤드의 개수에 비례하여 확보되어야 하며, 폐쇄형 스프링클러 한 개의 경우, 예를 들면, 80리터의 유량을 20분 이상 유지해야 하므로 1.6㎥ 이상의 저수량이 필요하며, 30개 이하의 개방형 스프링클러의 경우, 헤드 한 개당 1.6㎥ 이상의 수량이 요구된다. 여기서, 상기 소화용 수조(110)는 스프링클러 헤드 개수에 의해 산정되며, 최소 유량 기준인 분당 80리터의 유량을 20분간 유지 가능한 소화용 수조로서, 2,000리터 이상의 내용적을 갖는 것이 바람직하다.
가압송수 장치인 소화용 순환펌프는 메인 소화용 순환펌프(120) 및 보조 소화용 순환펌프(130)로 구성될 수 있고, 상기 소화용 순환펌프(120, 130)는 화재시 소화용수의 공급을 위해 설치되는 장치로서, 유수검지장치인 알람밸브(160)로부터 발생한 신호를 받아 가압 송수를 실시한다. 예를 들면, 스프링클러 화재안전기준(NFSC103)에 따르면, 정격토출압력은 하나의 스프링클러 헤드 선단에 1㎏/㎠∼12㎏/㎠의 방수압력 이상을 유지해야 하며, 방수압력 1㎏/㎠ 기준에서 80ℓ/min의 송수량을 유지해야 한다. 이러한 가압송수 장치의 종류로는 고가 수조식, 압력 수조식, 펌프 방식이 있다. 예를 들면, 고가 수조식은 수조내부의 물이 갖는 위치에너지를 활용하여 가압 송수하는 방식이며, 압력 수조식은 수조 내부를 가압하여 송수하는 방식이다. 또한, 펌프 방식의 경우 알람밸브(160)로부터 발생한 신호로 기동하여 가압송수를 실시하게 된다.
압력탱크(140)는 평상시 가압송수장치로 작용하고, 유수검지장치인 알람밸브(160)를 경유하여 스프링클러(170)의 헤드까지 압력 공기로 가압시켜 비상시 신속한 운전 개시가 가능하게 한다.
소화용 배관(150)은 소화용 수조(110)로부터 스프링클러(170)의 헤드에 급수하는 배관으로서, 사용 압력에 따라 배관의 재질을 기준으로 하고 있으며, 최대 12㎏/㎠의 사용압력에서는 압력배관용 탄소 강관(KS D 3562) 이상의 내압성능을 확보하여 설치해야 한다고 규정하고 있다. 그러나 상기 소화용 배관(150) 내부에 가압용수가 채워진 상태로 운전대기를 하는 습식 스프링클러의 경우, 동합금 등의 다른 재질의 배관을 사용할 수 있다. 또한, 상기 소화용 배관(150)은 전용 설치를 권장하고 있으나, 상기 스프링클러(170)의 성능에 문제가 되지 않는다면 30층 이하의 건축물의 경우, 다른 설비와 겸용이 가능한 것으로 규정되어 있다. 예를 들면, 상기 스프링클러 설비의 배관 기준으로서, 화재안전기준(NFSC 103) 배관 기준에 따르면, 상기 소화용 배관(150)은 배관용 탄소강관(KS D 3507) 또는 배관 내 사용압력이 1.2㎫ 이상일 경우에는 압력배관용 탄소강관(KS D 3562)이나 이와 동등 이상의 강도, 내식성 및 내열성을 가진 것으로 하여야 한다. 다만, 습식 스프링클러 설비의 배관은 이음매 없는 동 및 동합금(KS D 5301)의 배관용 동관을 할 수 있다.
알람밸브(160)는 화재시 스프링클러(170)의 개방에 의한 유수를 검지하여 경보를 발생하고 펌프기동 신호를 발생시킨다.
수격방지 장치(250)는 최초 가압송수장치인 소화용 순환펌프(120, 130) 및 공조용 순환펌프(220)의 구동시 발생하는 수격 현상을 방지하도록 15㎏/㎠ 이하의 압력으로 작동될 수 있다.
스프링클러(170)의 헤드는 상시 소화용 배관(150) 내부의 가압된 소화용수의 유출을 방지하며 대기하고 있다가 화재시 실내온도 상승에 반응하여 가용편이 융해되어 상기 소화용 배관 내부(150)의 소화용수를 살수하는 장치로서, 디플렉터에 의해 균일한 밀도의 소화용수를 화원에 살수하는 기능을 수행한다.
팽창탱크(210)는 상기 소화설비의 압력탱크(140)와 유사한 설비로서, 이러한 팽창탱크(210)는 냉온수 배관(240) 내부의 냉온수 온도 변화에 따른 체적의 변화를 감당하여 상기 냉온수 배관(240)의 손상을 방지하도록 설치된다.
공조용 순환펌프(220)는 예를 들면, 분당 3리터 이상의 적은 유량으로 순환 운전되어 냉난방수를 각 실내로 공급 및 환수한다.
냉온수 배관(240)은 냉온수기(230)로부터 제공되는 냉온수를 각 실내로 공급을 위한 자재로서, 칠드빔 공조설비의 메인 배관인 냉온수 배관(240)은, 예를 들면, 탄소강관(KS D 3507)을 적용하여 시공되며, 각 실내의 열교환기 입구에서 열교환 성능을 향상시키기 위하여 동 합금(KS D 5301)으로 연결된다.
수격방지 장치(250)는 최초 가압송수장치인 소화용 순환펌프(120, 130) 및 공조용 순환펌프(220)의 구동시 발생하는 수격 현상을 방지하기 위해 설치된다.
공조 및 소화용 공용배관(260)은 스프링클러(170) 및 칠드빔(270)의 전단에 공용을 설치된다.
칠드빔(270)은 실내 천장에 설치되어 신선 외기와 냉온수를 공급받는다. 예를 들면, 상기 칠드빔(270)은 실내 공기의 질(IAQ)을 위해 요구되는 신선 외기를 OA 덕트를 통해 칠드빔의 압력 챔버에 공급하고, 냉난방 부하의 처리를 위해 필요한 냉온수를 배관을 통해 칠드빔의 냉온수 코일로 공급하게 된다.
본 발명의 실시예에 따른 칠드빔 공조설비와 소화설비의 통합 시스템에서, 칠드빔 공조설비는 기존의 전공기 공조설비와 달리 냉온수 배관이 천장을 통해 실내에 직접 시공되는 특징을 가지고 있으며, 또한, 소화설비 역시 천장에 소화용 수배관이 시공된다. 따라서 도 4에 도시된 바와 같이, 공조설비와 소화설비의 배관을 함께 사용하도록 한다면 건축물의 시공기간을 단축시킬 수 있고 시공비용을 감소시킬 수 있다.
한편, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 칠드빔 공조설비와 소화설비의 통합 시스템에서 칠드빔 공조설비 및 스프링클러 설비를 단위 유닛을 기준으로 구성하는 것을 예시하는 도면이다.
국내 스프링클러 설비의 설치 기준에 대한 분석과 칠드빔 공조설비의 설계내역을 바탕으로 스프링클러 설비와 칠드빔 공조설비의 구성 방안을 비교하면, 도 5에 도시된 바와 같다.
예를 들면, 상기 칠드빔 공조설비는, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 배관, 펌프, 팽창탱크, 밸브, 수격방지 장치 및 열교환기 등의 단위 유닛이 필요하고, 또한, 상기 스프링클러 설비는, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 배관, 펌프, 압력탱크, 밸브, 수격방지 장치, 수조 및 스프링클러 헤드 등이 필요하다. 따라서 상기 칠드빔 공조설비 및 상기 스프링클러 설비에서 공용배관을 사용하기 위해서는 이러한 단위 유닛들의 요구사양, 예를 들면, 스프링클러 설비의 화재안전기준(NFSC103)에 따라 모두 만족하도록 구성해야 한다.
한편, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 칠드빔 공조설비와 소화설비의 통합 시스템에서 배관자재의 구성을 예시하는 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 칠드빔 공조설비와 소화설비의 통합 시스템에서, 수계 설비인 칠드빔 공조설비와 스프링클러 설비에 있어서, 다량 소비되는 배관은 각 실내로 냉온수 및 소화용수의 공급을 위한 자재로서, 칠드빔 공조설비의 메인 배관인 냉온수 배관(240)은, 예를 들면, 탄소강관(KS D 3507)을 적용하여 시공되며, 각 실내의 열교환기 입구에서 열교환 성능을 향상시키기 위하여 동 합금(KS D 5301)으로 연결된다. 예를 들면, 상기 칠드빔 공조설비의 냉온수 배관(240)은 1/2inch(15A) 직경의 동합금(KS D 5301) 재질의 배관을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 스프링클러 설비는 비상시 최고 12㎏/㎠의 수두를 20분 이상 유지해야 하는 성능기준을 충족하기 위하여 탄소강관(KS D 3507) 재질의 소화용 배관(150)을 주로 시공하고 있다. 이때, 상기 스프링클러 설비가 습식 스프링클러 설비인 경우, 화재안전기준(NFSC103)에서 제시된 바와 같이 이음매가 없는 동관을 혼용할 수 있다. 예를 들면, 상기 스프링클러 설비의 소화용 배관(150)은 1inch(25A) 직경 이상의 탄소강관(KS D 3507) 재질의 배관을 사용하는 것이 바람직하다.
한편, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 칠드빔 공조설비와 소화설비의 통합 시스템에서 펌프설비의 구성을 예시하는 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 칠드빔 공조설비와 소화설비의 통합 시스템에서, 상기 칠드빔 공조설비의 공조용 순환펌프(220)는 분당 3리터 이상의 적은 유량으로 순환 운전되어 냉난방수를 각 실내로 공급 및 환수하며, 또한, 상기 스프링클러 설비의 소화용 순환펌프, 예를 들면, 소화용 메인펌프(120) 및 소화용 보조펌프(130)의 경우, 비상시 헤드 한 개의 분수량인 분당 80리터의 유량에 충족되어야 한다. 또한, 12㎏/㎠ 이상의 송수 압력을 20분 이상 유지해야 하는 기준에 의해 상기 공조용 순환펌프(220)보다 더 큰 용량의 소화용 순환펌프가 설계되어야 한다. 구체적으로, 상기 칠드빔 공조설비의 순환펌프는 3㎏/㎠ 수두 이하의 펌프로서, 3
이상 유량을 확보하고, 또한, 상기 스프링클러 설비의 순환펌프는 12㎏/㎠ 수두 이하의 펌프로서 80
이상의 유량을 확보해야 하므로, 이러한 펌프 설비를 칠드빔 공조설비와 스프링클러 설비에 동시에 사용하는 것은 곤란할 것으로 판단된다.
그러나 상기 칠드빔 공조설비의 냉온수 배관(230)에 감압밸브를 별도 설치하여 상시 칠드빔 공조설비의 운전을 수행하다가, 비상시 상기 감압밸브를 개방하여 소화용수를 가압하여 송수하는 방법 등이 고려될 수 있고, 이때, 상기 펌프의 인버터 제어로 상시/비상시 유량 제어를 통하여 펌프설비를 겸용할 수 있다.
한편, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 칠드빔 공조설비와 소화설비의 통합 시스템에서 압력탱크의 구성을 예시하는 도면이다.
도 4 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 칠드빔 공조설비와 소화설비의 통합 시스템에서, 소화설비의 압력탱크(140)는 평상시 가압송수장치로 작용하고, 유수검지장치인 알람밸브(160)를 경유하여 스프링클러 헤드까지 압력 공기로 가압시켜 비상시 신속한 운전 개시가 가능하도록 하는 설비이다.
이러한 소화설비의 압력탱크(140)는 화재시 스프링클러 헤드의 개방과 동시에 초기 유속을 발생시켜 소화용 순환펌프(120, 130)를 가동시키고, 알람밸브(160)가 경보를 발생하게 한다. 예를 들면, 상기 소화설비의 압력탱크(140)는 100L의 내용적을 갖는 1㎏/㎠~15㎏/㎠ 사이의 압력탱크일 수 있다.
또한, 상기 칠드빔 공조설비의 경우에도 상기 압력탱크(140)와 유사한 설비로서 팽창탱크(210)가 사용된다. 이러한 팽창탱크(210)는 냉온수 배관(240) 내부의 냉온수 온도 변화에 따른 체적의 변화를 감당하여 상기 냉온수 배관(240)의 손상을 방지하도록 설치된다. 예를 들면, 상기 칠드빔 공조설비의 팽창탱크(210)는 온도에 따른 냉온수의 부피 변화에 대응하도록 100L의 내용적을 갖는 팽창탱크일 수 있다.
따라서 상기 칠드빔 공조설비의 팽창탱크(210)와 상기 스프링클러 설비의 압력탱크(140)를 비교 및 분석한 결과, 각 사용 목적에 맞는 성능이 확보된다면 하나의 밀폐된 압력탱크를 사용하여 상기 칠드빔 공조설비용 팽창탱크(210)와 상기 소화설비용 압력탱크(140)의 두 가지 기능을 모두 수행할 수 있다.
한편, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 칠드빔 공조설비와 소화설비의 통합 시스템에서 기타설비의 구성을 예시하는 도면이다.
도 4 및 도 9를 참조하면, 전술한 설비 이외에도 상기 칠드빔 공조설비와 스프링클러 설비의 통합 시스템에 추가적으로 구성되어야 설비로서, 수격방지 장치(250), 알람밸브(160) 및 소화용 수조(110)가 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 칠드빔 공조설비와 소화설비의 통합 시스템은, 최초 가압송수장치인 소화용 순환펌프(120, 130) 및 공조용 순환펌프(220)의 구동시 발생하는 수격 현상을 방지하기 위한 수격방지 장치(250), 화재시 스프링클러(170)의 개방에 의한 유수를 검지하여 경보를 발생하고 펌프기동 신호를 발생시키는 알람밸브(160) 및 스프링클러 헤드 개수에 의해 산정된 소화용 수조(110) 등이 추가적으로 구성되어야 한다.
예를 들면, 상기 수격방지 장치(250)는 15㎏/㎠ 이하의 압력으로 작동되고, 상기 알람밸브(160)는 65A의 관경을 갖고, 상기 소화용 수조(110)는 최소 유량 기준인 분당 80리터의 유량을 20분간 유지 가능한 소화용 수조로서, 80
ㅧ 20m= 1,600 리터이기 때문에 2,000리터 이상의 내용적을 갖는 것이 바람직하다.
보다 구체적으로, 상기 수격방지 장치(Water Hammering Cushion: 250)는, 도 9에 도시된 바와 같이, 냉난방수 또는 소화용수가 흐르는 배관(150, 240)의 관로에 설치된 밸브류의 급격한 개폐와 펌프의 기동 및 정지시 관로 내부 물의 운동에너지가 압력에너지로 변환되고 압력의 변화가 압축파로 전달되어 관로 내부를 왕복하게 된다. 이때, 유속이 빠를수록 또는 유속의 변화가 짧을수록 압축파는 커지게 되며, 이때의 관로 내부 압력은 포화증기압력 이하가 되어 공동 현상이 발생할 수 있으며, 이때 압력 저하에 의해 좌굴현상이 발생하거나 또는 압력 상승으로 관로 및 펌프, 밸브류 등의 손상이 생길 수 있으므로, 수격방지 장치(250)를 설치하여 이를 방지한다. 이러한 수격방지 장치(250)는 소화 급수를 위한 입상관의 최상부나 수평주행배관과 교차 배관의 말단에 시공되어야 한다.
상기 알람밸브(160)는, 도 9에 도시된 바와 같이, 펌프 토출 배관인 1차측과 입상관(주배관)인 2차측의 가압수가 평형을 유지하고 대기하다가 화재로 인해 스프링클러가 개방되면, 2차측 가압수가 방수되면서 발생하는 압력저하를 감지하여 화재 경보신호를 발생하며, 소화용수의 유수를 검지하여 소화용수를 가압 공급하도록 소화용 펌프의 기동신호를 발생하는 장치로서, 동파의 위험이 없는 구역에 주로 사용된다.
한편, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 칠드빔 공조설비와 소화설비의 통합 시스템에서 칠드빔 및 스프링클러가 설치된 것을 나타내는 사진이고, 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 칠드빔 공조설비와 소화설비의 통합 시스템에서 소화설비를 기준으로 하여 공용배관을 적용하는 것을 구체적으로 예시하는 도면이며, 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 칠드빔 공조설비와 소화설비의 통합 시스템에서 공용배관의 개념을 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 칠드빔 공조설비와 소화설비의 통합 시스템은, 도 10에 도시된 바와 같이, 칠드빔(270) 및 스프링클러(170)가 건축물의 천장에 설치될 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 칠드빔 공조설비와 소화설비의 통합 시스템에서, 칠드빔 공조설비와 스프링클러의 배관을 공용으로 사용하기 위하여 두 설비의 특징을 비교 및 분석한 것을 나타내며, 그 결과로서, 배관과 펌프 및 압력탱크 설비에 대한 공용 가능성을 확인할 수 있다.
도 11에 도시된 바와 같이, 상기 칠드빔 공조설비와 스프링클러 설비의 배관은 배관용 탄소강관(KS D 3507)으로 공용할 수 있고, 또한, 전술한 바와 같이, 순환펌프의 경우, 용량을 제어하고 감압밸브(도시되지 않음)의 추가 구성으로 그 기능을 공용할 수 있다.
또한, 압력탱크(또는 팽창탱크)는 그 설계 범위가 15㎏/㎠ 이하로 맞출 수 있으므로 칠드빔 공조설비와 소화설비에 대해 공용할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 칠드빔 공조설비와 소화설비의 통합 시스템에서, 상기 칠드빔 공조설비는 수방식 공조시스템으로 배관 내부에 항상 가압된 냉방 및 난방 용수가 흐르고 있으므로 상기 소화설비의 스프링클러는 습식 폐쇄형 스프링클러인 것이 바람직하다. 이때, 습식 스프링클러 설비의 경우, 배관은 이음매 없는 동 및 동합금(KS D 5301)의 배관용 동관을 혼용할 수 있다.
또한, 일정 규모 이상의 건물 내부는 냉난방을 위한 공조설비와 화재시 소화용 소화 설지가 구분되어 시공되지만, 본 발명의 실시예에 따른 칠드빔 공조설비와 소화설비의 통합 시스템에서, 칠드빔 공조설비의 경우, 냉난방 기간 중에 상시 운전되고, 소화설비는 화재 비상시 운전을 위하여 상시 대기상태를 유지한다. 이에 따라 도 12에 도시된 바와 같이, 이때, 냉온수 배관이 천장을 통해 실내에 직접 시공되는 칠드빔 공조시스템과 소화설비의 수배관을 공용배관을 사용함으로써 일원화하여 설계할 수 있다.
결국, 냉온수 배관이 건축물 천장을 통해 실내에 직접 시공되는 칠드빔(Chilled Beam) 공조설비, 및 소화용 수배관이 건축물 천장에 시공되는 스프링클러 설비가 배관을 함께 공용하도록 시공함으로써 건축물의 시공기간을 단축시킬 수 있고 시공비용을 감소시킬 수 있다.
[성능 실험]
한편, 화재진압 성능 실험결과의 신뢰성을 향상시키기 위해 화재진압 성능실험을 KS B ISO 6182-1:2007-자동식 스프링클러 설비의 성능 요건 및 실험방법에 따라 수행하였다.
도 13a 및 도 13b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 칠드빔 공조설비와 소화설비의 통합 시스템의 성능 실험장치를 예시하는 도면 및 사진이다.
도 13a 및 도 13b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 칠드빔 공조설비와 소화설비의 통합 시스템에 대해 공용배관을 사용하여 실규모 실험을 수행하였다. 즉, 스프링클러 설비와 칠드빔 공조설비의 공용배관을 실제 칠드빔 공조설비에 적용하여, 스프링클러와 칠드빔의 단위 유닛에 대한 설계내역을 기초로 하여 실규모 실험을 수행하였다.
도 13a는 본 발명의 실시예에 따라, 공용배관을 이용한 칠드빔 공조설비와 소화설비의 통합 시스템의 구축 및 성능 평가를 위하여 각 칠드빔 공조설비와 소화설비의 작동에 필요한 구성을 토대로 하는 실규모 실험장치의 개략도이며, 냉온수기의 출구부터 스프링클러 헤드에 이르는 공조용 냉온수 배관을 공용배관으로 설계하였다.
도 13a에 도시된 바와 같이, 스프링클러 설비 및 칠드빔 공조설비의 공용배관을 위하여 구성한 실규모 실험장치의 주요한 구성사항으로서, 칠드빔 공조설비 부분은 냉온수 배관, 순환펌프, 냉온수기, 칠드빔, 팽창탱크로 구성되고, 스프링클러 설비 부분은 소화용 배관, 소화용 수조, 소화용 순환펌프, 압력탱크, 수격방지장치(Water Hammering Cushion), 알람밸브 및 스프링클러로 구성된다.
본 발명의 실시예에 따른 칠드빔 공조설비와 소화설비의 통합 시스템은, 기존 공조 시스템에 소화용 수조와 펌프를 추가하여 하나의 배관으로 연결하였고, 공조 시스템 내부압력의 유지와 유량 방향의 단속을 위하여 체크밸브를 설치하였다. 또한, 갑작스런 펌프의 기동에 대해서 시스템을 보호하기 위하여 수격방지 장치를 설치하였으며, 스프링클러 설비의 수배관 내 압력을 유지하기 위한 압력탱크를 설치했다.
한편, 도 14a 및 도 14b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 칠드빔 공조설비와 소화설비의 통합 시스템의 성능 실험을 위한 공용배관을 접속한 것을 나타내는 사진이고, 도 15는 본 발명의 실시예에 따른 칠드빔 공조설비와 소화설비의 통합 시스템의 성능 실험 전경을 나타내는 사진이다.
본 발명의 실시예에 따른 칠드빔 공조설비와 소화설비의 통합 시스템에서, 스프링클러 설비의 배관 내부에 압력을 형성한 소화용수가 채워져 있는 습식 스프링클러의 경우, 화재시 열에 의해 헤드가 개방되고 내부 소화용수가 배출됨으로써 배관 내부 압력이 하강하거나 또는 소화용수의 흐름이 발생하게 되며, 소화용수의 흐름을 감지하는 알람밸브의 신호로 화재경보가 발생되고, 또한, 배관 내부의 압력하강을 감지하여 소화용 펌프의 기동이 시작된다.
구체적으로, 상시 가압 상태로 칠드빔 공조설비의 순환펌프를 3
및 2㎏/㎠ 이하로 작동시키면, 화재신호를 감지하여 열에 의한 스프링클러 헤드가 이격된다. 이후, 상기 스프링클러 헤드의 개방으로 인한 내부 압력이 1.5㎏/㎠이하로 저하되고, 이를 검측하여 소화동작신호를 발생하게 된다. 이러한 소화동작신호를 감지하여 공조가 정지되고 소화용 펌프가 가동된다. 이후, 방수 최저 압력 1㎏/㎠ 이상, 최저 방수량 80
이상을 20분간 유지하도록 소화급수 운전이 실시된다. 이후, 소화운전 종료 후에 상시 공조 운전을 다시 시작하게 된다.
이때, 스프링클러의 성능 기준(헤드 말단에서의 1㎏/㎠ 이상의 압력과 80
이상의 유량) 및 상시 칠드빔 공조설비의 공조 운전 상태를 확인하기 위하여 유량 및 압력 센서를 스프링클러 헤드 말단과 소화용 펌프의 토출부 및 공조용 순환펌프의 출구에 설치하였으며, 데이터로거를 사용하여 실시간으로 데이터를 측정 및 저장하였다.
한편, 도 16은 본 발명의 실시예에 따른 칠드빔 공조설비와 소화설비의 통합 시스템에서 실험 운전 조건을 나타내는 도면이고, 도 17a 및 도 17b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 칠드빔 공조설비와 소화설비의 통합 시스템에서 배관 내부의 압력 변화 및 유량 변화를 나타내는 도면들이다.
도 16을 참조하면, 스프링클러 설비의 배관내 압력기준을 충족하기 위하여 실험장치의 배관내부 압력을 약 3.5㎏/㎠으로 가압하여 대기시켰다. 이때, 가압된 공조용 배관에 연결된 순환펌프는 분당 4리터 이상의 유량을 순환시키면서 정상적으로 운전을 하였으며, 이후, 화재발생에 의해서 스프링클러가 개방(밸브 개방 대체)되고, 배관내부 압력이 1.5㎏/㎠로 하강하였을 때에 이를 알람밸브가 감지하여 화재신호를 발생하도록 구성하였다.
또한, 발생한 화재신호에 의하여 소화용 순환펌프가 기동하여 분당 80
이상의 소화용수를 공급하고, 동시에 공조 운전이 정지되도록 구성하였다. 이에 따라, 평소 냉난방수가 가압된 상태에서도 공조용 순환펌프는 정상적으로 작동하였으며, 스프링클러 개방에 의해 배관 내부의 압력이 하강하면, 이를 감지하여 소화용 펌프가 정상적으로 작동하여 화재안전기준인 분당 80
이상의 소화용수를 20분 이상 정상 공급하였고, 소화운전 종료 후에 상시 공조 운전으로 원활하게 복귀하였다.
즉, 칠드빔 공조설비는 밀폐 가압 상태로 설계값을 만족하며 정상 운전되었다. 또한, 화재 발생으로 인한 스프링클러 헤드 개방 이후, 압력탱크로부터 가압된 소화용수가 개구부로 분출되며, 내관 내부의 유동을 감지하여 화재신호를 정상적으로 발생하였다. 또한, 발생한 화재신호에 따라 공조 운전이 정지되면서, 소화용 순환펌프가 운전을 시작하여 80
이상의 소화용수를 정상적으로 분사하였다.
결국, 본 발명의 실시예에 따르면, 냉온수 배관이 건축물 천장을 통해 실내에 직접 시공되는 칠드빔 공조설비, 및 소화용 수배관이 건축물 천장에 시공되는 스프링클러 설비가 배관을 함께 공용하도록 시공함으로써 건축물의 시공기간을 단축시킬 수 있고 시공비용을 감소시킬 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
110: 소화용 수조
120: 소화용 순환펌프(메인)
130: 소화용 순환펌프(보조)
140: 압력탱크
150: 소화용 배관
160: 알람밸브
170: 스프링클러(Sprinkler)
210: 팽창탱크
220: 공조용 순환펌프
230: 냉온수기
240: 냉온수 배관
250: 수격방지 장치
260: 공조 및 소화용 공용배관
270: 칠드빔(Chilled Beam)
120: 소화용 순환펌프(메인)
130: 소화용 순환펌프(보조)
140: 압력탱크
150: 소화용 배관
160: 알람밸브
170: 스프링클러(Sprinkler)
210: 팽창탱크
220: 공조용 순환펌프
230: 냉온수기
240: 냉온수 배관
250: 수격방지 장치
260: 공조 및 소화용 공용배관
270: 칠드빔(Chilled Beam)
Claims (13)
- 팽창탱크(210), 공조용 순환펌프(220), 냉온수기(230), 냉온수 배관(240) 및 칠드빔(270)으로 구성되고, 실내에서 대류 열교환이 실시되도록 상기 냉온수 배관(240)이 건축물 천장을 통해 칠드빔(Chilled Beam: 270)에 직접 공급되도록 시공되는 칠드빔 공조설비;
소화용 수조(110), 소화용 순환펌프(120, 130), 압력탱크(140), 소화용 배관(150), 알람밸브(160) 수격방지장치(Water Hammering Cushion: 250) 및 스프링클러(170)로 구성되고, 상기 소화용 배관(150)이 건축물 천장에 연결되어 화재로 인한 실내온도 상승에 반응하여 화염에 물을 분사하는 자동 소화설비로서, 스프링클러 헤드의 개방과 동시에 소화용수의 분무가 시작되는 소화설비; 및
상기 칠드빔 공조설비의 냉온수 배관(240) 및 상기 소화설비의 소화용 배관(150)을 하나로 연결하도록 상기 칠드빔 공조설비의 칠드빔(270) 및 상기 소화설비의 스프링클러(170)의 전단에 공용으로 설치되는 공조 및 소화용 공용배관(260);을 포함하되,
상기 칠드빔 공조설비는 냉난방 기간 중에 상시 운전되고, 상기 소화설비는 화재 비상시 운전을 위하여 상시 대기상태를 유지하며,
상기 칠드빔 공조설비의 공조용 순환펌프(220)는 3이상 유량을 확보하는 3㎏/㎠ 수두 이하의 펌프이고, 상기 스프링클러 설비의 소화용 순환펌프(120, 130)는 80
이상의 유량을 확보하는 12㎏/㎠ 수두 이하의 펌프이며,
상기 칠드빔 공조설비의 공조용 순환펌프(220) 및 상기 스프링클러 설비의 소화용 순환펌프(120, 130)를 공용하도록 상기 칠드빔 공조설비의 냉온수 배관(230)에 감압밸브를 별도 설치하여 상시 칠드빔 공조설비의 운전을 수행하다가, 비상시 상기 감압밸브를 개방하여 소화용수를 가압하여 송수하는 것을 특징으로 하는 칠드빔 공조설비와 소화설비의 통합 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 공조 및 소화용 공용배관(260)은 상기 칠드빔 공조설비 및 상기 소화설비에 공용되는 배관용 탄소강관(KS D 3507)인 것을 특징으로 하는 칠드빔 공조설비와 소화설비의 통합 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 칠드빔 공조설비의 냉온수 배관(240)은 1/2인치(15A) 직경의 동합금(KS D 5301) 재질의 배관인 것을 특징으로 하는 칠드빔 공조설비와 소화설비의 통합 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 소화설비의 소화용 배관(150)은 비상시 최고 12㎏/㎠의 수두를 20분 이상 유지해야 하는 성능기준을 충족하도록 탄소강관(KS D 3507) 재질로 형성되거나 또는 배관 내 사용압력이 1.2㎫ 이상일 경우, 압력배관용 탄소강관(KS D 3562)이나 이와 동등 이상의 강도, 내식성 및 내열성을 가진 것을 특징으로 하는 칠드빔 공조설비와 소화설비의 통합 시스템. - 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 소화설비의 압력탱크(140)는 100L의 내용적을 갖는 1㎏/㎠~15㎏/㎠ 사이의 압력탱크이고, 상기 칠드빔 공조설비의 팽창탱크(210)는 온도에 따른 냉온수의 부피 변화에 대응하도록 100L의 내용적을 갖는 팽창탱크인 것을 특징으로 하는 칠드빔 공조설비와 소화설비의 통합 시스템. - 제7항에 있어서,
상기 소화설비의 압력탱크(140) 및 상기 칠드빔 공조설비의 팽창탱크(210)는 설계 범위가 15㎏/㎠ 이하에서 공용되는 것을 특징으로 하는 칠드빔 공조설비와 소화설비의 통합 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 칠드빔 공조설비는 상기 냉온수 배관(240) 내부에 항상 가압된 냉방 및 난방 용수가 흐르고 있는 수방식 공조설비이고, 상기 소화설비의 스프링클러(170)는 습식 폐쇄형 스프링클러인 것을 특징으로 하는 칠드빔 공조설비와 소화설비의 통합 시스템. - 제9항에 있어서,
상기 소화설비의 스프링클러(170)가 습식 스프링클러인 경우, 상기 소화용 배관(150)은 이음매 없는 동 및 동합금(KS D 5301)의 배관용 동관을 혼용하는 것을 특징으로 하는 칠드빔 공조설비와 소화설비의 통합 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 수격방지 장치(250)는 최초 가압송수장치인 소화용 순환펌프(120, 130) 및 공조용 순환펌프(220)의 구동시 발생하는 수격 현상을 방지하도록 15㎏/㎠ 이하의 압력으로 작동되는 것을 특징으로 하는 칠드빔 공조설비와 소화설비의 통합 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 알람밸브(160)는 화재시 스프링클러(170)의 개방에 의한 유수를 검지하여 경보를 발생하고 펌프기동 신호를 발생시키는 것을 특징으로 하는 칠드빔 공조설비와 소화설비의 통합 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 소화용 수조(110)는 스프링클러 헤드 개수에 의해 산정되며, 최소 유량 기준인 분당 80리터의 유량을 20분간 유지 가능한 소화용 수조로서, 2,000리터 이상의 내용적을 갖는 것을 특징으로 하는 칠드빔 공조설비와 소화설비의 통합 시스템.
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Legal Events
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