| 알고 계신가요?

💧 수계소화설비(스프링클러 시스템)의 수리계산 방식 총정리

스프링클러 설비는 단순히 물을 뿌리는 장치가 아니라, 수리계산(Hydraulic Calculation)을 통해 화재 시 필요한 방수량과 압력을 정밀하게 설계해야 하는 과학적인 시스템입니다. 디시인사이드 전기·소방 갤러리에서도 “수리계산은 결국 마찰손실 싸움이다”라는 말이 자주 오갈 만큼, 이 부분은 설계의 핵심이에요.

저도 예전에 현장에서 펌프 용량이 과대 산정되어 변경 검토를 했던 적이 있었는데, 알고 보니 수리계산 시 헤이젠-윌리엄스 계수를 잘못 적용한 게 원인이었습니다.

🔹 첫번째, 수리계산의 목적

스프링클러 수리계산은 배관망에서 물이 흐를 때 발생하는 압력손실과 유량을 계산해, 최적의 펌프 용량과 배관경을 결정하는 과정입니다. 즉, 모든 헤드에 필요한 최소방수압이 도달하도록 설계하는 거죠. 결국 이 계산이 잘못되면, 화재 시 실제 분사압이 부족해져 작동 불량이 생길 수 있습니다.

🔹 두번째, 기본 공식 (헤이젠–윌리엄스식)

가장 일반적으로 쓰이는 수리계산식은 헤이젠–윌리엄스 식입니다.

hₗ = 10.67 × L × (Q¹·⁸⁵) / (C¹·⁸⁵ × d⁴·⁸⁷)

여기서 hₗ은 마찰손실수두(m), L은 배관길이(m), Q는 유량(L/s), C는 배관 조도계수, d는 내경(mm)입니다. 즉, 배관이 길거나 좁을수록, 그리고 C값이 낮을수록 손실이 커집니다. 커뮤니티에서도 “동배관 C=120, 흑강 C=100 외워라”라는 말이 자주 나오죠.

🔹 세번째, 시스템 형태별 계산 차이

스프링클러에는 크게 트리형(Tree type)과 그리드형(Grid type)이 있습니다. 트리형은 말단 헤드가 한쪽 방향으로만 연결되어 계산이 단순하지만, 그리드형은 다방향으로 유량이 분산되기 때문에 네트워크 해석이 필요합니다. 이때는 EPANET, HASS, 또는 Elite Fire 같은 프로그램을 사용하여 해석합니다.

🔹 네번째, 요구방수량과 설계면적

수리계산의 핵심은 ‘최대 방사구역의 요구 방수량’을 결정하는 겁니다. 예를 들어, NFSC 103 기준에 따르면 사무실은 4.8mm/min, 창고는 8mm/min로 적용됩니다. 즉, 면적 150㎡인 창고 구역이라면, 8mm/min × 150㎡ = 1.2m³/min(20L/s)의 방수가 필요하단 뜻이죠.

🔹 다섯번째, 펌프 및 수원 계산

위에서 계산된 요구방수량과 압력손실을 더해 펌프의 정격용량을 산출합니다. 또한, 소화수조의 수량은 최소 20분 이상 지속 가능한 양을 확보해야 하며, 이 부분은 NFSC 103, 501, 502 등 관련 소방기준을 반드시 참고해야 합니다.

🤔 FAQ (자주 묻는 질문)

❓ 수리계산은 꼭 소프트웨어로 해야 하나요?

👉 반드시 그런 건 아닙니다. 소규모 설비는 수기로도 가능합니다. 하지만 그리드형 배관이나 대형시설은 수백 개의 노드를 동시에 해석해야 하므로 프로그램 사용이 사실상 필수입니다.

❓ 헤이젠-윌리엄스식 대신 다른 공식을 써도 되나요?

👉 가능합니다. 일부 해외 기준(NFPA13)에서는 다르시-바이스바흐식도 허용하지만, 국내 소방법에서는 헤이젠–윌리엄스식을 기본으로 사용합니다.

❓ C값은 재질별로 어떻게 달라요?

👉 일반적으로 동배관 120, 아연도금 110, 흑강 100 정도로 적용합니다. 오래된 배관은 내부 부식으로 인해 C값을 낮춰야 합니다.

❓ 계산 후 결과 검증은 어떻게 하나요?

👉 유량시험밸브를 이용해 실제 방수압을 측정하고, 계산값과 오차 ±10% 이내면 적합합니다.

❓ 프로그램 없이 대략적인 수리계산 가능할까요?

👉 네, 가능합니다. 경험적으로 32mm 배관당 0.2~0.3m 수두 손실, 50mm 배관당 0.05m 손실 정도로 잡으면 대략적인 감이 옵니다.

🏁 결론

스프링클러 시스템의 수리계산은 단순한 숫자놀이가 아니라, 생명과 직결된 설계의 기본입니다. 헤이젠–윌리엄스식을 정확히 이해하고, 배관 길이·지름·압력손실을 현실적으로 반영해야 신뢰성 있는 결과가 나옵니다. 디시나 네이버카페에서도 “수리계산은 결국 설비의 뇌”라는 말이 있을 정도죠. 지금이라도 한 번 직접 계산해보면서 원리를 익혀두면, 현장 대응력도 훨씬 높아질 겁니다.

🔥 수리계산은 단순한 숫자가 아닙니다. 소방안전의 시작이에요. 지금 바로 연습해보세요.

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