2.1 현행 국내・외 기술기준 비교 및 향후 국내 기술기준 동향
소방차량용 소방펌프 기술기준은 위에서 언급한 바와 같이 국내는 KFI인정기준, 국외로는 유럽에 EN1028, 미국에 NFPA1901 기술기준으로 나누어 볼 수 있다.
현재 국내 모든 소방펌프 성능시험은 「소방자동차용 소방펌프의 성능에 관한 KFI인정기준(기준 제202호, 2015. 12.29.)」에 따라 기술원이 단독으로 수행하고 있으며 성능시험은 기술원에 인증 담당자가 소방펌프를 인증받고자하는 업체를 직접 방문하여 미리 설치되어 있는 장치를 통하여 성능시험을 진행한다.
우리나라와 반대로 영국, 프랑스, 독일 등 유럽 선진국은 국가 표준기구인 영국표준(British Standard Instituition, BSI), 프랑스표준협회(Association of FranCaise de Normalisation, ANFOR), 독일산업표준(Deutsche Industrie Normen, DIN) 등에서 관장하고 있으며 EN1028에 따라 소방차량용 소방펌프 인증을 내주고 있다. 미국은 민간 화재기관인 미국방화협회(National Fire Protection Association, NFPA)에서 화재안전기준을 제정하여 미국의 표준협회인(American National Association, ANSL)에 제출하여 승인을 얻어 미국의 국가표준을 제정하며 소방차량용 소방펌프는 NFPA1901에 따라 성능시험을 수행한다.
소방펌프 성능시험을 위한 분류는 크게 성능시험, 작동시험, 효율시험, 압력시험, 진공성능시험으로 분류할 수 있으며 다음
Table 1에 국내・외 기술기준에 따른 성능시험을 비교하여 정리하였다.
Table 1
Comparison of Domestic and Foreign Technical Standards for Vehicle Mounted Fire Pumps
Comparison of domestic and foreign technical standards for vehicle mounted fire pumps |
Test Contents |
Domestic (KFI) |
NFPA (1901) |
EN (1028-1/2) |
Performance test |
- Rated capacity≤3500 L/min - Discharge performance test according to the specified classification grade - In the case of a pump without a vacuum pump, it is checked whether or not a stable standard water discharge within 30 seconds after the start of pump operation |
- Rated capacity≤12000 L/min - Suction with a lift maximum 3 m, Durability conformity test by net pump pressure and rated capacity *Case of rated capacity ≤12000 L/min (3 hr) Rated capacity of 100% @1000k Pa (2 hr) Rated capacity of 70% @1400 kPa (0.5 hr) Rated capacity of 50% @1700 kPa (0.5 hr) *Case of rated capacity >12000 L/min (3 hr) Rated capacity of 100% @700 kPa (2 hr) Rated capacity of 70% @1000 kPa (0.5 hr) Rated capacity of 50% @1400 kPa (0.5 hr) |
- Rated capacity≤6000 L/min - Water discharge under conditions of maximum speed and 4 nominal suction height (3 m) - The deviation of the nominal speed shall within ±5% - Under the conditions of a nominal suction height of 7.5 m and a nominal delivery pressure of 1.2 times, the delivery rate must be at least 0.5 times the nominal delivery rate (QN) specified in Annex B. |
Operation test |
- Suction with a lift 3 m, after continuing to discharge for 6 hours at the discharge performance test procedure according to the specified classification grade, check the function abnormality continuing to discharge for 2 hours at the high pressure discharge performance test procedure |
|
- Checking for operational abnormalities under the conditions presented in Annex B |
Efficiency test |
- Checking for conformity of pump efficiency ≥ 65% at discharge performance test procedure according to the specified classification grade |
Not applicable |
- Plotted the pump characteristic curve and calculated the pump efficiency at each measurement point - The pump efficiency should not exceed ±5% of the value suggested by manufacturer, and the pump efficiency should be 65% or higher |
Pressure test |
- Check pressure resistance performance of water discharge side (1.5 times the maximum pump pressure) and water absorption side (pressure 1.5 MPa authorization) during 3 minutes |
- Durability test of piping and connections through the pressure resistance performance test of the pump body (applied pressure 3400 kPa) for 10 minutes |
- Maintain the specified static test pressure for 5 minutes and maintain for 1 minute after increase the pump rotation speed to the specified dynamic test pressure |
Vacuum performance test |
- When rotating at the rated rotation speed, the maximum degree of vacuum within 30 seconds is more than 84% of atmospheric pressure, and the leakage is less than 100 Pa for 30 seconds - Rated rotation speed, durability test when rotating at maximum load conditions for 30 minutes (but only for vane pumps) |
- Regulation of vacuum arrival time by amount of rated water discharge ≤30 s @5000 L/min ≤45 s @6000 L/min - Maintenance performance test under vacuum pressure of 75 kPa (measure every 300 m height at an altitude of 600 m or higher) and vacuum pressure should not decrease by more than 34 kPa for 5 minutes |
- Durability test: After closing all suction line and discharge line, operate for 4 minutes at the primer speed of fire pumps - Vacuum performance test: After closing all suction line and discharge line, operate the vacuum pump until the suction line pressure reaches (-)80 kPa, stop the pump and maintain 60 seconds - Priming water test: Measures the delivery pressure (Pa) when the vacuum pump automatically stops after pumping |
성능시험의 유량 용량은 KFI인정에서는 3500 L/min까지, NFPA1901에서는 12000 L/min까지, EN1028에서는 6000 L/min까지 제시하고 있다. 또한, 저수조 흡입높이는 KFI인정에서는 3 m, NFPA1901에서는 최대 3 m, EN1028에서는 최대 7.5 m 인 것을 확인할 수 있는데 기존 국내 소방펌프 제조업체에서는 KFI인정 기준에 따른 설비만 갖추고 있으며 KFI인정기준 별표1 시험기준 및 방법의 1.2항 시험방법에서 흡수고 3 m에서 시험을 수행하는 것으로 정의하고 있다. 그 외에 효율에서는 KFI인정, EN1028에서 효율 65% 기준을 제시하고 있으며 상세하게는 KFI인정에서는 등급별로 그 이상을 넘도록 규정하며, EN1028에서는 효율 65% 이상 이외에 제조사가 제시한 효율곡선과 비교시 ±5% 이내를 만족하는 조건을 규정하고 있다. 압력시험은 KFI인정에서는 펌프최고압력의 1.5배로 3 min, NFPA1901에서는 3400 kPa에서 10 min, EN1028에서는 총 6 min (정적시험압력 5 min + 동력시험압력 1 min) 시험을 작동시켜 이상 유무를 판단하도록 한다. 마지막으로 진공성능은 KFI인정에서는 정격회전속도(진공펌프 약 1,200 rpm)로 30 min 간 하도록 되어있고, NFPA1901에서는 5 min 동안 진공압 34 kPa 이하로 감소, EN1028에서는 프라이머 속도로 4 min 간 시험하여 누기 압력을 확인하도록 한다.
소방펌프 관련 국내 기술기준 동향을 분석해보면 최근에 고시된 소방장비 표준규격 내 소방펌프 규격을 들 수 있으며 소방펌프 표준규격은 2018년 1월 소방청에서 고시된 후 2020년 12월말 개정된 소방펌프 표준규격(KFS-1- 0001-2020-02)(
6)이 고시되었다.
2018년 1월 처음 제정되어 고시된 소방펌프 표준규격을 분석해보면 성능시험, 작동시험, 효율시험, 압력시험, 진공성능시험에 있어 대부분 유럽의 EN1028 기술기준을 따르고 있는 것을 확인할 수 있다. 이는 현재 소방펌프 성능시험을 하던 방식보다 소방펌프 단독으로 자체 성능에 대한 검증을 더 강화시킨 기술기준이라 할 수 있다.
참고로 국내 KFI인정, 미국의 NFPA1901 기술기준의 경우, 소방차량에 소방펌프를 장착된 상태로 시험을 수행하고 있으며 동력으로는 소방차의 엔진을 사용하고 있다. 이와 반대로 유럽의 EN1028 기술기준에서는 동력으로 모터나 엔진을 제시하고 있으며 현실적으로 모터를 사용하여 성능시험이 이뤄지는 경우가 많다. 더불어 유럽의 EN1028에서 제시하는 시험은 소방펌프 단독으로 동력계와 직접 연결하여 성능시험이 이루어진다.
다시 국내 소방펌프 표준규격에 대하여 논의해보면, 현행 국내 KFI인정 기준과 비교하여 압력과 유량에 있어 가장 큰 특이점을 찾을 수 있다.
고압방수에서 국내 KFI인정 기준의 최대 압력조건은 2.5 MPa 이나 소방펌프 표준규격 내 최대 압력조건은 한계시험압력 5.45 MPa까지 제시되고 있다. 이는 기존 산업용 원심펌프의 성능시험이 2.0 MPa 안에서 이루어지는 것과 비교하면 굉장한 고압 조건이라 할 수 있다.
다음으로 유량조건을 비교해보면 국내 KFI인정 기준에서는 2800 L/min 이상이 최대 규격방수량 조건이나 소방펌프 표준규격 내 최대 유량조건은 처음 6000 L/min까지 제시하였고 최근 개정된 표준규격에서는 8000 L/min까지 유량조건을 고시하고 있다.
추가적으로 소방펌프 표준규격(
6)의 부속서A에서는
Figure 1에서와 같이 시험용 흡입배관의 형상 및 치수에 대하여 정확한 시험규정을 제시하고 있다.
Figure 1
Shape and dimensions of suction pipe.
흡입배관에 대한 상세한 기준 제시는 현행 소방펌프 성능시험에서 제시하는 흡수관의 스트레이터 및 오물막기 바구니를 부착한 것을 사용하고 3 m 이상의 흡수고에 방수성능을 만족해야 한다는 기준과 크게 달라진 점을 보여주며 향후 소방펌프의 성능시험이 더 구체적이며 표준화된 기술기준에 의해 이뤄질 것으로 예상된다.
위에 제시된 사례와 같이 최근 국내에서도 고압, 대유량의 소방펌프 도입・확대를 위한 기술기준 마련 노력이 계속되고 있으며, 소방청에서는 2021년 3월 3일부터 ‘소방장비 표준규격 관리 규정’(
7)을 시행함으로써 향후 소방장비에 대한 관리체계를 강화할 것으로 보이며 또한 소방펌프 성능시험에 있어 표준화된 방식으로 지속적으로 나아갈 것으로 보인다.
2.2 소방펌프 성능시험장 구축 필요성
앞서 언급한 바와 같이 현행 기술원에서 시행하는 소방펌프 성능시험은
Figure 2에 보이는 바와 같이 업체 현장에서 소방자동차와 체결 또는 단독으로 방수성능 및 동력측정 등을 실시하고 있다.
Figure 2
Current fire pump performance test on site.
KFI인정 기술기준에 따른 소방펌프 성능시험은 펌프의 급별 노즐구경을 변경하며 실제 소방펌프 규격방수성능 및 고압방수성능을 측정하며 측정항목으로는 대기압, 대기온도, 수온, 습도, 노즐구경, 노즐압력, 펌프압력, 회전속도, 축출력 등이 있다. 이를 통해 방수량, 수마력, 펌프효율은 계산하여 나온다.
특히 방수시 펌프 최고효율의 적합여부를 검사할 때 흡수고 3 m에서 실시하고 흡수관은 스트레이나 오물방지 바구니를 부착한 길이 5 m 이상의 것을 사용한다.
반면에 소방펌프 표준규격(
6)에서는
Figure 3에 보여지는 바와 같이 공칭흡입양정 3 m, 4.5 m, 6 m, 7.5 m까지로 분류하여 실시하고 흡수관에 대해서는
Figure 1에 보여진 바와 같이 상세한 형상 및 치수를 제시하여 성능시험을 실시하도록 하고 있다.
Figure 3
Pump characteristic curve according to the head.
또한 펌프 효율시험을 위한 특성곡선을
Figure 4와 같이 실시하도록 하고 있다.
Figure 4
Pump characteristic curve for pump efficiency test.
효율시험 성능기준으로는 펌프의 효율이 제조사에서 제시한 등효율 특성곡선의 값에서 ± 5%를 초과하지 않아야 할 것으로 제시하고 있으며 이는 현행 KFI인정 기준에서는 기술원이 기술기준에 따라 성능 적합성 여부를 판단했다면 표준규격에서는 제조사가 직접 개발한 펌프에 대하여 성능 정보를 제공하고 이에 대한 성능을 보장하는 차이점을 가진다. 그리하여 유럽의 소방펌프 제조사에서는 직접 구축된 펌프 성능시험시스템을 통하여 개발된 소방펌프 성능을 시험하여 데이터를 구축하고 이를 바탕으로 EN1028에 따라 성능인증을 받고자 하면 직접 구축된 동일한 펌프 성능시험시스템에서 성능시험을 수행한다.
Figure 5는 EN1028 인증을 받은 독일 A사 특정 모델의 특성곡선 예시이며, 그래프 안에는 유량, 압력에 따른 공칭흡입양정, 등효율 곡선, 회전속도의 특성곡선 등의 정보를 확인해 볼 수 있다.
Figure 5
Example of pump characteristic curve for pump efficiency test.
위에 언급된 현행 소방펌프 성능시험 기술기준과 소방펌프 표준규격 성능시험과의 여러 가지 차이점을 비춰볼 때 다음과 같이 소방펌프 성능시험시스템 구축 필요성을 제시할 수 있다.
1) 공칭흡입양정 최고 7.5 m로 시험이 가능해야 하며 기존 생산된 소방펌프 성능시험은 기술원 심사관 참관 하에 제조업체 자체 시험설비를 통해 흡수고 3 m로의 시험만 진행하였음
2) 제시된 특성곡선과 비교가 가능한 그래프를 그려 반복재현성을 가져야 하며 소방펌프 성능시험시스템도 KS B 6301(8) 4항 시험조건에서 제시한 바와 같이 시험 액체, 시험 회전 속도, 측정점, 시험장치 등 동일한 조건으로 시험이 수행되어야 하나 현행 소방펌프 성능시험은 제조사에서 제공한 설비로 시험을 수행하며 현장 상황이 각자 다른 차이점이 발생
3) 소방펌프 표준규격에서는 별도의 토출량 측정 조건을 제시하지 않고 있는데 효율은 토출량에 따라 달라지며 동일한 펌프 성능시험시스템에 동일한 조건으로 시험을 수행해야 비교 가능한 효율 데이터를 취득할 수 있음
4) 시험용 흡입배관의 형상 및 치수, 배관 두께에 대한 정확한 시험규정을 제공하고 있어 이를 정확히 구현하기 위해서는 펌프 성능시험시스템 구축이 필요함
이외에도 고압용 배관 설치에 따른 하중 문제 및 고압, 대유량 시험이라는 안전상 문제와 같은 다양한 근거들도 향후 고압, 대유량 소방펌프 성능시험을 위한 성능시험 시스템 구축에 필요한 요소들이라 할 수 있다.