소방시설관리사 / 제23회 / 설계및시공 문제 1 2023년 제23회 · 문제 1 물음 3 · 14점
HFC-227ea·IG-100 선형상수와 최소·최대 용기 수 원자량으로 HFC-227ea·IG-100 선형상수 K1·K2를 직접 구하고, 240 m² × 4 m 방호구역의 최소 용기 수와 사람 상주 시 최대 용기 수 계산
검증중 2026. 10. 22. 기준 2027년부터 1차 이동 (추정)
근거 조항 1개 할로겐화합물 및 불활성기체소화설비의 화재안전기술기준(NFTC 107A) 2.4.1, 표 2.4.2 (최대허용 설계농도) 원문: 국가법령정보센터
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문제
물음 3) 할로겐화합물 및 불활성기체 소화설비를 설치하려고 한다. 조건을 참고하여 물음에 답하시오. (14점)
〈조건〉
바닥면적 240 m², 층고 4 m인 방호구역에 전역방출방식으로 설치한다.
HFC-227ea의 설계농도는 8.8 %, IG-100의 설계농도는 39.4 %로 한다.
방호구역의 최소예상온도는 15 ℃이다.
HFC-227ea의 화학식은 CF₃CHFCF₃이다.
원자량: H 1, C 12, N 14, F 19, Ar 40, Ne 20
HFC-227ea의 용기는 68리터(충전량 50 kg), IG-100의 용기는 80리터(충전량 12.4 m³)를 사용한다.
(1)의 계산 값은 소수점 다섯째자리에서 반올림하여 소수점 넷째자리까지 구한다.
(2)(3)(4)는 (1)에서 직접 구한 선형상수 K1과 K2를 이용한다.
(1) HFC-227ea와 IG-100의 선형상수 K1과 K2를 위의 조건을 이용하여 직접 구하시오. (2점)
(2) HFC-227ea를 소화약제로 선정할 경우 필요한 최소 용기 수를 구하시오. (3점)
(3) IG-100을 소화약제로 선정할 경우 필요한 최소 용기 수를 구하시오. (3점)
(4) 방호구역이 사람이 상주하는 곳이라면 HFC-227ea와 IG-100의 최대 용기 수를 구하시오. (6점)
핵심 키워드
K 1 = 22.4 / M K_1=22.4/M K 1 = 22.4/ M , K 2 = K 1 / 273 K_2=K_1/273 K 2 = K 1 /273
최대허용 설계농도: HFC-227ea 10.5 % , IG-100 43 %
답안
(1) 선형상수
HFC-227ea: M = 3 × 12 + 1 + 7 × 19 = 170 M=3\times12+1+7\times19=170 M = 3 × 12 + 1 + 7 × 19 = 170 → K 1 = 22.4 170 = K_1=\dfrac{22.4}{170}= K 1 = 170 22.4 = 0.1318 , K 2 = 0.1318 273 = K_2=\dfrac{0.1318}{273}= K 2 = 273 0.1318 = 0.0005
IG-100(N₂): M = 28 M=28 M = 28 → K 1 = 22.4 28 = K_1=\dfrac{22.4}{28}= K 1 = 28 22.4 = 0.8000 , K 2 = 0.8 273 = K_2=\dfrac{0.8}{273}= K 2 = 273 0.8 = 0.0029
(2) HFC-227ea 최소 용기 수
V = 240 × 4 = 960 m 3 V=240\times4=960\ \text{m}^3 V = 240 × 4 = 960 m 3 , S = 0.1318 + 0.0005 × 15 = 0.1393 S=0.1318+0.0005\times15=0.1393 S = 0.1318 + 0.0005 × 15 = 0.1393
W = 960 0.1393 × 8.8 100 − 8.8 = 664.98 kg W=\frac{960}{0.1393}\times\frac{8.8}{100-8.8}=664.98\ \text{kg} W = 0.1393 960 × 100 − 8.8 8.8 = 664.98 kg
664.98 ÷ 50 = 13.30 → 14병
(3) IG-100 최소 용기 수
S = 0.8 + 0.0029 × 15 = 0.8435 S=0.8+0.0029\times15=0.8435 S = 0.8 + 0.0029 × 15 = 0.8435 , V s = 0.8 + 0.0029 × 20 = 0.8580 V_s=0.8+0.0029\times20=0.8580 V s = 0.8 + 0.0029 × 20 = 0.8580
X = 2.303 × 0.858 0.8435 × log 10 100 100 − 39.4 × 960 = 489.19 m 3 X=2.303\times\frac{0.858}{0.8435}\times\log_{10}\frac{100}{100-39.4}\times960=489.19\ \text{m}^3 X = 2.303 × 0.8435 0.858 × log 10 100 − 39.4 100 × 960 = 489.19 m 3
489.19 ÷ 12.4 = 39.45 → 40병
(4) 사람 상주 시 최대 용기 수 (최대허용 설계농도 초과 금지)
HFC-227ea(10.5 %): W = 960 0.1393 × 10.5 89.5 = 808.51 kg W=\dfrac{960}{0.1393}\times\dfrac{10.5}{89.5}=808.51\ \text{kg} W = 0.1393 960 × 89.5 10.5 = 808.51 kg → 808.51 ÷ 50 = 16.17 → 16병
IG-100(43 %): X = 2.303 × 0.858 0.8435 × log 10 100 57 × 960 = 549.01 m 3 X=2.303\times\dfrac{0.858}{0.8435}\times\log_{10}\dfrac{100}{57}\times960=549.01\ \text{m}^3 X = 2.303 × 0.8435 0.858 × log 10 57 100 × 960 = 549.01 m 3 → 549.01 ÷ 12.4 = 44.27 → 44병
(최대 용기 수는 농도를 넘지 않아야 하므로 내림)
근거
NFTC 107A 2.4.1.1·2.4.1.2, 표 2.4.2(HFC-227ea 10.5 %, IG-100 43 %). 기준 표의 선형상수(HFC-227ea K1 0.1269, IG-100 K1 0.7997)와 조금 다른 것은 문제가 원자량으로 직접 구하게 했기 때문이다.