제135회 소방기술사 4교시 참고답안

제135회 소방기술사 4교시 참고답안

※ 본 답안은 수험생의 이해를 돕기 위한 참고용 예시 답안이며, 채점 기준과 다를 수 있습니다. (총 6문제 중 4문제 선택)

문제 1. 다음 조건을 이용하여 쓰레기통에서 화재 발생 시 화염높이와 쓰레기통에 휘발유를 뿌린 상태에서 화재 발생 시 화염높이를 계산하시오. (단, Heskestad식을 활용)

1. Heskestad의 화염높이(L) 계산식

Heskestad의 축대칭 화염높이(L, m) 계산식은 다음과 같습니다.

L = 0.235 × Q_c^(2/5) - 1.02 × D

• L: 화염의 높이 (m)
• Q_c: 화재의 대류 열방출률 (kW)
• D: 화원의 직경 (m)

※ 총 열방출률(Q) = 질량연소속도(m_dot, kg/s) × 유효연소열(H_c, kJ/kg)
※ 대류 열방출률(Q_c)은 총 열방출률(Q)의 약 60~70%이며, 본 계산에서는 일반적인 값인 70% (Q_c = 0.7 × Q)를 가정하여 적용합니다.

2. Case 1: 쓰레기통 화재

1) 조건

• 화원 직경 (D) = 1.0 m
• 최대연소속도 (m_dot) = 10 g/s = 0.01 kg/s
• 연소율 (H_c) = 20 kJ/g = 20,000 kJ/kg

2) 계산 과정

① 총 열방출률(Q) 계산:

Q = m_dot × H_c = 0.01 kg/s × 20,000 kJ/kg = 200 kW

② 대류 열방출률(Q_c) 계산 (70% 가정):

Q_c = 0.7 × Q = 0.7 × 200 kW = 140 kW

③ 화염높이(L1) 계산:

L1 = 0.235 × (140)^(2/5) - 1.02 × 1.0
L1 = 0.235 × (7.148) - 1.02
L1 = 1.680 - 1.02 = 0.66 m

3. Case 2: 쓰레기통 + 휘발유 화재

1) 조건

• 화원 직경 (D) = 1.0 m
• 단위면적당 연소속도 (m_dot_prime) = 55 g/s·m² = 0.055 kg/s·m²
• 연소율 (H_c) = 43.7 kJ/g = 43,700 kJ/kg

2) 계산 과정

① 화원 면적(A) 계산:

A = (π × D²) / 4 = (3.14159 × 1.0²) / 4 = 0.7854 m²

② 총 질량연소속도(m_dot) 계산:

m_dot = m_dot_prime × A = 0.055 kg/s·m² × 0.7854 m² = 0.0432 kg/s

③ 총 열방출률(Q) 계산:

Q = m_dot × H_c = 0.0432 kg/s × 43,700 kJ/kg = 1887.8 kW

④ 대류 열방출률(Q_c) 계산 (70% 가정):

Q_c = 0.7 × Q = 0.7 × 1887.8 kW = 1321.5 kW

⑤ 화염높이(L2) 계산:

L2 = 0.235 × (1321.5)^(2/5) - 1.02 × 1.0
L2 = 0.235 × (20.33) - 1.02
L2 = 4.777 - 1.02 = 3.757 m

4. 결론

쓰레기통 화재 시 화염높이는 약 0.66m이며, 휘발유를 뿌린 상태에서는 약 3.76m로 계산됩니다.

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문제 2. 「플랩댐퍼의 성능인증 및 제품검사의 기술기준」에 의한 플랩댐퍼의 구조, 재질, 작동시험 방법에 대하여 설명하시오.

1. 개요

플랩댐퍼(Flap Damper)는 「특별피난계단의 계단실 및 부속실 제연설비」에서 과압 방지를 목적으로 사용되는 '자동차압·과압조절형댐퍼'의 일종입니다. 제연구역(부속실)의 압력이 설정값(예: 40~60Pa) 이상이 되면, 댐퍼의 날개(Flap)가 자동으로 열려 과압을 옥내(거실)로 배출(Relief)시키고, 압력이 낮아지면 자동으로 닫혀 차압을 유지하는 장치입니다.

2. 구조 및 재질

「플랩댐퍼의 성능인증 및 제품검사의 기술기준」(KFI 기준)에 따른 구조 및 재질 기준은 다음과 같습니다.

구분	주요 기준
주요 구조	본체 (Frame): 댐퍼를 벽체에 고정하고 날개를 지지하는 틀. 댐퍼 날개 (Blade / Flap): 차압에 의해 개폐되는 판. 1개 또는 여러 개일 수 있음. 조절 장치 (Weight / Spring): 댐퍼가 닫힌 상태를 유지하고, 설정된 압력에서 개방되도록 하는 무게추(Weight) 또는 스프링. 기밀재 (Gasket / Seal): 댐퍼가 닫혔을 때 누설을 방지하기 위한 고무 또는 난연성 재질의 패킹.
주요 재질	본체 및 날개: 강판(SPCC) 또는 이와 동등 이상의 강도 및 내식성이 있는 재질. (보통 1.5mm 이상) 조절 장치: 부식에 강한 재질. 기밀재: 난연성능이 있거나 불연재료여야 하며, 내열성 및 내노화성이 우수해야 함.
기타 구조	작동 시 소음이나 진동이 적어야 함. 개폐 작동이 원활하고, 개방 시 날개가 유로를 방해하지 않아야 함. 기밀재가 쉽게 이탈되지 않아야 함.

3. 작동시험 방법

플랩댐퍼의 성능(개방압력, 폐쇄압력, 누설량)을 확인하기 위해 KFI 기준에 따라 다음과 같은 작동시험을 실시합니다.

1) 시험 장치 구성

• 댐퍼를 실제 설치 상태와 동일하게 시험용 챔버(Chamber)에 부착합니다.
• 챔버 내부의 압력을 조절할 수 있는 송풍기(Fan)와 압력을 측정하는 차압계, 유량을 측정하는 유량계를 설치합니다.

2) 개방압력 시험

1. 댐퍼를 닫힌 상태에서 챔버 내부의 압력을 서서히(예: 1 Pa/s) 증가시킵니다.
2. 댐퍼의 날개(Flap)가 열리기 시작하는 순간의 챔버 내 압력(차압)을 측정합니다.
3. 이 압력이 제조사가 설정한 공칭 개방압력(예: 50 Pa)의 허용 오차 범위(예: ±10%) 이내인지 확인합니다.

3) 폐쇄압력 시험

1. 댐퍼가 완전히 개방될 때까지 압력을 가한 후, 압력을 서서히 감소시킵니다.
2. 댐퍼의 날개가 무게추나 스프링의 힘으로 완전히 닫히는 순간의 압력을 측정합니다.
3. 이 압력이 규정된 값(예: 10 Pa) 이상인지, 또는 제조사의 설정값 범위 내인지 확인합니다. (※ 너무 낮은 압력에서 닫히지 않으면 안 됨)

4) 반복 작동 시험

• 위의 개방/폐쇄 작동을 규정된 횟수(예: 1,000회)만큼 반복하여 실시합니다.
• 반복 시험 후, 댐퍼의 구조에 변형이나 손상이 없어야 하며, 개방압력 및 폐쇄압력 시험을 다시 통과해야 합니다.

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문제 3. 배관의 동파를 방지하기 위해 사용되는 보온재의 구비조건을 설명하고, 건설기준코드 표준시방서 (KCS 31 20 05)에 규정된 유기질 보온재가 확보해야 할 화재안전성능에 대하여 설명하시오.

1. 보온재의 구비조건 (동파 방지 목적)

소화배관의 동파를 방지하기 위해 사용되는 보온재는 다음과 같은 조건을 갖추어야 합니다.

• 낮은 열전도율 (High Thermal Resistance): 열전도율(λ, W/m·K)이 낮아 열 손실을 최소화하고 보온 성능이 우수해야 합니다.
• 비흡습성 및 방습성 (Moisture Resistance): 물이나 수증기를 흡수하지 않아야 합니다. 수분 흡수 시 보온 성능이 급격히 저하되고 배관 부식을 유발합니다. (필요시 방습층(Vapor Barrier) 시공)
• 내구성 (Durability): 시공 및 장기 사용 중 변형, 압축, 파손에 견딜 수 있는 기계적 강도를 가져야 합니다.
• 불연성 및 난연성 (Fire Safety): 화재 시 화염 확산의 매개체가 되지 않도록 불연, 준불연 또는 난연 성능을 보유해야 합니다. (매우 중요)
• 시공성 (Workability): 배관, 밸브, 엘보 등 복잡한 형태에 맞게 가공 및 설치가 용이해야 합니다.
• 비부식성 (Non-Corrosive): 보온재 자체가 배관(강관, 동관 등)을 화학적으로 부식시키지 않아야 합니다.

2. 유기질 보온재의 화재안전성능 (KCS 31 20 05)

KCS 31 20 05 (배관보온공사 표준시방서) 4.1.3항(화재안전성능)에서는 유기질 보온재(발포 폴리스티렌, 경질 폴리우레탄 폼, 페놀폼 등)가 화재 확산의 원인이 되지 않도록 다음과 같이 규정하고 있습니다.

시방서에 따르면, 유기질 보온재의 화재안전성능은 「건축물의 피난·방화구조 등의 기준에 관한 규칙」 및 「건축물 마감재료의 난연성능 및 화재 확산 방지구조 기준」(국토교통부 고시)을 따라야 합니다.

(1) 적용 대상

• 발포 폴리스티렌(PS) 보온재
• 경질 폴리우레탄 폼(PUR/PIR) 보온재
• 페놀폼(PF) 보온재
• 기타 유기질 단열재 (고무발포, 가교발포폴리에틸렌 등)

(2) 확보해야 할 화재안전성능

건축법규에 따라 유기질 보온재가 확보해야 할 최소한의 성능 등급은 다음과 같습니다.

성능 등급	주요 시험 기준 (요약)	비고
불연재료 (Non-combustible)	- KS F ISO 1182 (불연성 시험) - KS F 2271 (가스유해성 시험)	(유기질 재료는 이 등급을 받기 불가능)
준불연재료 (Semi-noncombustible)	- KS F ISO 5660-1 (콘칼로리미터 시험) (총방출열량 8MJ/m² 이하, 최대열방출률 200kW/m² 10초 미만) - KS F 2271 (가스유해성 시험) (평균행동정지시간 9분 초과)	(KCS 기준) 외벽 마감재료, 피난계단, 일정규모 이상 건물의 거실 마감재료로 사용 시 필수 확보
난연재료 (Flame Retardant)	- KS F ISO 5660-1 (콘칼로리미터 시험) (총방출열량 8MJ/m² 이하, 최대열방출률 200kW/m² 10초 미만) ※ 단, 가스유해성 시험 기준은 면제됨 (준불연과의 차이)	(KCS 기준) 상기 외의 일반적인 건축물 내부 마감재로 사용 시 최소한 확보해야 할 등급

결론: KCS 31 20 05는 유기질 보온재를 건축물에 사용할 경우, 최소 '난연재료' 성능을 확보하고, 설치되는 위치(외벽, 거실 등)의 법적 요구 수준에 따라 '준불연재료' 성능을 확보하도록 강제하고 있습니다. 이는 배관 보온재가 화재 시 화염 확산의 통로가 되는 것을 방지하기 위함입니다.

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문제 4. 「건축물의 피난방화구조 등의 기준에 관한 규칙」의 "연소할 우려가 있는 부분", 「소방시설 설치 및 관리에 관한 법률 시행규칙」의 "연소 우려가 있는 건축물의 구조", 「스프링클러설비의 화재안전기술기준(NFTC 103)」의 "연소할 우려가 있는 개구부"에 대하여 설명하시오.

1. 개요

"연소 우려"라는 용어는 여러 소방/건축 법규에서 사용되지만, 그 목적과 대상, 기준이 각기 다릅니다. 이는 (1)외부→외부 (건물 간), (2)외부→내부 (개구부), (3)내부→내부 (구획 관통)의 화재 확산 시나리오에 따라 구분됩니다.

2. 법규별 정의 및 목적 비교

항목	① 건축물의 피난·방화구조 규칙	② 소방시설법 시행규칙	③ 스프링클러설비 NFTC 103
정식 용어	연소할 우려가 있는 부분 (제24조 제5항 등)	연소 우려가 있는 건축물의 구조 ([별표 2] 제6호 다목)	연소할 우려가 있는 개구부 (제15조 제1항)
대상 (무엇을?)	건축물의 외벽 및 개구부 (예: 벽, 창문, 문)	건축물 자체 (수동적) (화재를 받는(수신) 측 건물)	내부 방화구획을 관통하는 개구부 (예: 컨베이어, 에스컬레이터 관통부)
기준 (정의)	- 인접 대지경계선/도로중심선 또는 - 동일 대지 내 다른 건물 외벽으로부터 - 수평거리 3m 이하 (상업지역 1.5m) - 수평거리 6m 이하 (동일 대지 내, 상업 3m)인 부분	- 다른 건축물의 외벽으로부터 - 수평거리 1층 6m, 2층+ 10m 이하 - 단, 개구부가 방화설비(갑종)로 보호되지 않는 구조	- 방화구획된 벽/바닥을 관통하여 컨베이어, 에스컬레이터 등이 설치되어 방화셔터 설치가 곤란한 개구부
목적 (왜?)	외부 화재 확산 방지 해당 부분의 외벽 마감재를 불연/준불연재료로 하고, 개구부에 갑종/을종 방화문(창)을 설치하기 위함.	연소방지설비(드렌처설비) 설치 인접 건물 화재 시 복사열로부터 내 건물을 방호(보호)하기 위함.	내부 화재 확산 방지 방화구획의 취약부(구멍)에 개방형(드렌처) 헤드를 설치하여, 화재가 층간/실간으로 확산되는 것을 저지(Water Curtain)하기 위함.
화재 시나리오	(1) 내 건물 → 외부 확산 (2) 외부 → 내 건물 확산	(1) 외부 → 내 건물 확산 (방호)	(1) 내부 → 내부 확산 (구획 보완)

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문제 5. 「소방시설 설치 및 관리에 관한 법률 시행령」의 특정소방대상물에서 공동주택 중 연립주택 및 다세대주택의 소방시설에 대하여 설명하시오.

1. 개요

「소방시설법 시행령」 [별표 1]에 따르면 연립주택과 다세대주택은 모두 "공동주택"으로 분류됩니다. 이 두 용도는 건축법상 층수가 4개 층 이하로 동일하나, 바닥면적 합계(660㎡ 초과: 연립 / 660㎡ 이하: 다세대)로 구분됩니다.

소방시설 설치 기준은 이들이 일반적인 "아파트 등"(주택으로 쓰이는 층수가 5개 층 이상)에 해당하지 않기 때문에, 그 기준이 상이하게 적용됩니다.

2. 연립주택 및 다세대주택의 주요 소방시설

「소방시설법 시행령」 [별표 2]에 따른 4개 층 이하의 공동주택(연립, 다세대)에 적용되는 주요 소방시설은 다음과 같습니다.

소방시설 구분	시설명	설치 기준 (연립/다세대주택 기준)
소화설비	소화기구	설치 대상. (모든 층, 각 세대별)
	간이스프링클러설비	설치 대상. (연립주택 또는 다세대주택으로 사용되는 모든 층)
경보설비	단독경보형 감지기	설치 대상. (모든 세대의 구획된 실(침실, 거실 등)마다 설치)
	자동화재탐지설비 (자탐)	(원칙) 연면적 1,000㎡ 이상인 공동주택. → 연면적 1,000㎡ 이상인 연립/다세대주택은 설치 대상.
피난구조설비	피난기구	(원칙) 3층 이상 10층 이하 층에 적응성 있는 피난기구 설치. → 3층, 4층의 각 세대별로 피난사다리, 구조대 등 적응성 있는 피난기구 설치.
소화활동설비	연결송수관설비	(원칙) 층수가 5층 이상 + 연면적 6,000㎡ 이상. → 연립/다세대주택은 4층 이하이므로 설치 면제.

3. 요약 및 결론

연립주택과 다세대주택(4층 이하 공동주택)에 필수적으로 설치되는 핵심 소방시설은 다음과 같습니다.

1. 소화기구 (세대별)
2. 간이스프링클러설비 (전 층) (※ 2017년 이후 법 개정으로 강화됨)
3. 단독경보형 감지기 (세대 내 구획실별)
4. 피난기구 (3층 이상의 세대별)

단, 해당 건물의 연면적이 1,000㎡ 이상일 경우에는 단독경보형 감지기 대신 자동화재탐지설비를 설치해야 합니다.

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문제 6. 가스계소화시스템의 건전성(Integrity) 확보방안에 대하여 설명하시오.

1. 개요

가스계소화시스템의 건전성(Integrity)이란, 설비가 화재 시 설계대로 작동하여 ①필요한 약제를, ②정확한 장소에, ③규정된 시간 내에 방출하고, ④설계 농도를 일정 시간(Soaking Time) 유지할 수 있는 총체적인 신뢰성을 의미합니다. 이는 약제 저장, 시스템 작동, 방호구역 밀폐의 세 부분으로 나누어 확보되어야 합니다.

1) 소화약제 저장실의 건전성을 위한 확인사항

약제가 방출되기 전까지 안전하고 완벽하게 보관되어야 합니다.

• 환경 조건:
  • 온도 관리: 저장실의 온도가 약제(액화가스)의 저장 온도 범위(예: Halon -18~54°C, CO2 -18~54°C)를 유지하는지 확인. (과열 시 용기 파열, 저온 시 방출 불량)
  • 방호구획: 저장실은 다른 구역과 방화구획되어야 하며, 침수나 손상 우려가 없는 곳이어야 합니다.
• 약제 상태:
  • 약제량 (액화가스): 중량측정장치 또는 액면계(Level Meter)를 통해 약제 누설 여부를 상시 감시.
  • 압력 (기체/압축가스): 압력게이지를 통해 저장용기 내부 압력(N2 가압)이 정상 범위인지 상시 감시.
• 설비 상태:
  • 용기 고정: 저장용기가 브래킷(Bracket)으로 벽이나 바닥에 견고하게 고정(Bracing)되어 있는지 확인. (지진 또는 방출 시 반동 대비)
  • 안전장치: 용기 밸브의 안전핀, 봉인줄(Tamper Seal)이 정상 체결되어 있는지, 과압 시 안전밸브(Pressure Relief Device)가 정상인지 확인.
  • 접근성: 유지보수를 위한 조작 공간 및 접근 통로가 확보되어 있는지 확인.

2) 방호구역의 소화시스템 건전성을 위한 확인사항

화재 감지부터 약제 방출까지의 모든 기계적, 전기적 시스템이 오작동 없이 연동되어야 합니다.

• 감지 및 제어:
  • 감지기: 교차회로 방식(A/B)의 감지기가 오염, 손상 없이 적정 위치에 설치되어 있는지, 정기적으로 작동 시험(연기 주입 등)을 하는지 확인.
  • 제어반(수신기): 전원(주/예비) 상태가 정상인지, 자동/수동 모드가 적절히 설정되어 있는지, 경보(1, 2차)가 정상 작동하는지 확인.
• 기동 및 방출:
  • 기동장치: 솔레노이드 밸브(전기식) 또는 기동용기(가스압력식)의 안전핀, 압력, 연결 상태가 정상인지 확인.
  • 선택밸브(Selector Valve): 올바른 방호구역과 연결되어 있는지, 수동 조작 핸들이 정상 위치에 있는지, 개방 신호(리미트 스위치)가 제어반과 연동되는지 확인.
• 배관 및 노즐:
  • 노즐: 방호구역 내 설계된 위치, 개수, 방향에 맞게 설치되었는지, 이물질로 막히지 않았는지, 방호 반경 내에 장애물(가구, 칸막이)이 없는지 확인.
  • 배관: 지지대(Hanger)로 견고하게 고정되어 있는지(방출 충격 대비), 부식이나 손상이 없는지 확인.

3) 방호구역의 밀폐도 건전성을 위한 확인사항

방출된 약제가 누설되지 않고 설계 농도를 10분 이상(Soaking Time) 유지할 수 있는 밀폐 성능을 확보해야 합니다.

• 물리적 밀폐 상태 (육안 점검):
  • 개구부 자동폐쇄: 약제 방출과 연동하여 환기 댐퍼(HVAC)가 완전히 닫히는지(Fail-Close), 출입문이 자동폐쇄장치(Door Closer)에 의해 자동으로 닫히는지 확인.
  • 관통부 실링(Sealing): 벽, 바닥, 천장을 통과하는 케이블 트레이, 배관, 전선관 주변의 틈새가 방화 실란트(Fire Stop) 등으로 완벽하게 밀폐되었는지 확인.
  • 구조적 틈새: 이중바닥(Access Floor) 하부, 천장 상부(Plenum)의 틈새, 건식 벽체(Drywall)의 이음매 등이 밀폐되었는지 확인.
• 정량적 밀폐 시험 (Enclosure Integrity Test):
  • 도어 팬 테스트 (Door Fan Test): 방호구역 출입문에 '도어 팬'을 설치하여 강제로 가압/감압시키면서 틈새를 통해 누설되는 공기량을 측정합니다.
  • 누설면적(ELA) 산출: 측정된 누설량을 바탕으로 방호구역의 총 누설면적(Equivalent Leakage Area)을 계산합니다.
  • 농도유지시간(Hold Time) 예측: ELA 값, 방호구역 체적, 약제 비중을 전용 소프트웨어에 입력하여, 약제 방출 후 설계 농도가 유지되는 시간(Hold Time)을 정량적으로 예측합니다.
  • 판정: 예측된 시간이 기준(예: 10분)을 만족하는지 확인. 미달 시 누설 부위를 찾아 보수(Sealing)한 후 재시험합니다. (신규 설치 시 필수)