화재시 불꽃이 발생하는 연소가 있는데 이를 감지하는 감지기가 있다. 이 감지기들은 불꽃들의 방사되는 특정 파장영역대가 존재하는데 이러한 파장들을 검지하는 방식으로 형성되어져있다. 이러한 불꽃감지기 크게 두종류로 나뉘어지는데 자욋선 감지기와 적외선 감지기등이 있다. 이 감지기에 대해서 거론해 보겠다. (실제 시험에도 많이 출제되는 편이다~)
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[불꽃감지기]
1. 개념 및 원리
⑴ 화재시 화염(Flame), 전기불꽃(Spark), 잔화(Ember)로 부터의 복사에너지는 스펙 트럼상의 자외선, 가시광선, 적외선의 다양한 방출물로 나타나게 된다.
⑵ 따라서 특정파장의 방사에너지를 전기에너지로 변환하여 이를 검출하는 것으로 이는 물질이 빛을 흡수하면 광전자를 방출하여 기전력이 발생하는 현상인 광전 효과(光電效果 Photoelectric effect)를 이용한 것이다.
2. 불꽃감지기의 종류
⑴ 자외선식 불꽃감지기(Ultra-violet Flame Detector)
① 화재시 화염에서 방사되는 0.18～0.26㎛ 범위의 파장인 자외선을 감지하여 화재신호로 발신하는 것.
② 육안으로 식별할 수 없는 자외선 영역(약 4,000옴스트롱 이하)의 복사에너지를 감지할 수 있는 화재감지기
③ 검출방식
㈎ 광전자(효과) 방출형 : 빛을 받으면 고체내의 전자가 진공중에 방출되는 것을 이용한 것 (검출소자 : UV tron)
㈏ 광도전 효과형 : 빛을 받으면 반도체의 저항변화가 일어나는 것을 이용 하는 것 (검출소자 : Pbs, Pbse)
㈐ 광기전력 효과형 : 빛을 받으면 P, N형 집합반도체의 전극간에 기전력이 발생하는 것을 이용한 것(Silicon photo diode, Photo transistor)
④ 장점
㈎ 태양광선, 가시광선에 반응하지 않는다.
㈏ 감도가 높다.
㈐ 가격이 안정적이다.
㈑ 대량 제작, 세계적으로 사용
⑤ 단점
㈎ 검출영역이 좁다.
㈏ 분진에 약하다.
㈐ 오보가 많다.
㈑ 보수유지 공간이 필요(투과창 먼지, 오염물의 정기 제거)
⑥ 적응성
㈎ 화염이 농후한 액체, 기체에 적합
㈏ 옥외용으로 사용(가연성 및 폭발성저장소, 작업장)
㈐ 응답이 매우 빠르다.
⑵ 적외선식 불꽃감지기(Infra-red Flame Detector)
① 화재시 화염에서 방사되는 4.1～4.7㎛범위의 파장인 적외선을 감지하여 화 재신호로 발신하는 것.
② IR불꽃감지기의 감지방식에 따른 종류
㈎ CO2 공명방사 감지방식
㉠ 화염에서 방사되는 적외선 영역의 CO2 방사량을 감지하는 방식
㉡ 탄소가 함유된 탄화수소 물질의 화재시에 발생하는 CO2가 열을 받아서 생기는 특유의 파장중 4.4㎛의 파장에서 최대에너지 강도를 갖는다. 따라서 이를 검출할 경우 화재로 인식하는 것.
㈏ 2파장 감지방식
㉠ 화염에서 방사되는 적외선 영역의 2이상의 적외선 파장을 감지하는 방식
㉡ 물체가 연소하는 화염의 온도는 대략 1,100～1,600℃ 정도가 된다. 이때 일반 조명광이나 태양광은 이 온도보다 높게 되며, 백열전구의 경우 약 2,800℃ 정도가 된다. 따라서 화염과 조명광이나 자연광의 스펙트럼 분포는 서로 다르고 화염에 의한 스펙트럼은 단파장보다 장파장이 크게 된다. 이 2개의 파장의 에너지 차이 혹은 비를 검출하여 어느쪽이 큰 가를 판단하는 것이 2파장 검출방식이다.
㈐ 정방사 감지방식
㉠ 화염에서 방사되는 적외선 영역의 일정 방사량을 감지하는 방식
㉡ 검출소자는 Silicon photo diode 또는 Photo transistor 등이 사용되며 일반적으로 조명등의 영향을 받지 않기 위해 적외선 필터에 의해 0.72㎛이하의 가시광선은 차단시키고 이 범위이외의 파장을 검출한다.
검출소자의 특성상 태양광이나 일반 조명이 완전히 꺼지지 않는 밝은 장소에서의 사용이 곤란한 경우도 있게 된다. 적외선 검출형중 정방 사식은 주로 가솔린화재 등에 적합한 방법이다.
㈑ Flicker 감지방식
㉠ 화염에서 방사되는 적외선 영역의 Flicker(깜빡거림)를 감지하는 방식
㉡ 연소하는 화염에는 산란 또는 Flicker 성분이 포함된다. 가솔린 연소때 발생하는 화염의 경우 정방사량의 약 6.5%의 Flicker 성분을 포함하고 있다. 이때 이 Flicker의 성분을 검출하는 방식이다.
③ 장점
㈎ 검출영역이 넓다.
㈏ 창의 더러워짐에 감도저하가 적다.
㈐ 분진의 영향이 적다.
㈑ 비화재보 우려가 낮다.
④ 단점
㈎ 태양광선, 가시광선에 예민하다.
㈏ 감도가 늦다.
㈐ 가격이 고가이다
⑤ 적응성
㈎ 연기가 농후한 장소에 적합
㈏ 옥내용으로 사용(은폐창고나 지하금고와 같이 폐쇄된 공간에 사용)
⑶ UV․IR 겸용 불꽃감지기
자외선, 적외선의 감지소자가 모두 작동하여야 화재신호를 발신하도록 만들어 진 감지기
⑷ 복합형 불꽃감지기
자외선, 적외선의 감지소자가 모두 작동하여야 화재신호를 발신하거나 자외선, 적외선 감지소자의 작동시 각각 신호를 발신하도록 만들어진 감지기
⑸ Spark/Ember 불꽃감지기
Spark나 Ember를 감지하기 위한 복사에너지 감지기로 통상 밀폐된 환경에 설 치가 되고 스펙트럼상 적외선 부분을 감지한다.
※ Flame : 연료의 연소 화학반응에 의해 정해지는 특수한 파장 Band에서 복사 에너지를 방출하고 연소과정에 수반된 가스상 물질의 기류나 중심부
※ Ember : 고체물질 입자의 표면 연소과정이나 고체물질의 고온에 의해 복사 에너지를 방출하는 것
※ Spark : 유동장을 갖는 Ember(Moving Ember)
5. 불꽃감지기는 설치기준
⑴ 공칭감시거리 및 공칭시야각은 형식승인 내용에 따를 것
⑵ 감지기는 공칭감시거리와 공칭시야각을 기준으로 감시구역이 모두 포용될 수 있도록 설치할 것
⑶ 감지기는 화재감지를 유효하게 감지할 수 있는 모서리 또는 벽 등에 설치할 것
⑷ 감지기를 천장에 설치하는 경우에는 감지기는 바닥을 향하여 설치할 것
⑸ 수분이 많이 발생할 우려가 있는 장소에는 방수형으로 설치할 것
⑹ 그 밖의 설치기준은 형식승인 내용에 따르며 형식승인 사항이 아닌 것은 제조 사의 시방에 따라 설치할 것
6. 화염(불꽃)감지기 적용장소
⑴ 감지기를 설치할 구역의 천장 등의 높이가 15m～20m 미만인 장소
⑵ 감지기를 설치할 구역의 천장 등의 높이가 20m 이상인 장소
⑶ 특정 방화대상물의 지하층, 무창층 및 11층 이상의 부분
⑷ 교차회로방식에 사용되는 곳
⑸ 유류취급장소 등 급격한 연소확대가 우려되는 장소
7. UV감지기와 IR감지기의 비교
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도시, 주택개발, 건축, 인테리어 설계, 시공 문의 b-studio@hanmail.net 이나 010-9162-6135로 문자 요망 (주)여울 종합건축사사무소와 컨소시엄 작업 수행 중 건 축 & 문화 프로젝트팀 STORY ONE에서 활동 중, (주)아임 종합건설회사에 근무중, 26년 차 건축가 주원태
홍익대학원 도시계획과 석사과정
저서로는 [수인의 건축] [집과 연필, 비례이거나 반비례 거나]등이 있다
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