메탈히터를 이용한 옥외 수평 소방 배관 동파 예측 시스템 연구

Freezing-Prediction System of Outdoor Hori zontal Fire Pipe Using Metal Heater

배관 내부 물의 유동이 거의 없는 옥외 소방 배관의 겨울철 한파로 인한 동파를 방지하기 위해 열선을 감고 보온재를 덮는 방식이 주로 사용되어왔다. 하지만 열선 외피의 경화, 누전 및 합선 등으로 인한 화재 발생, 유지ㆍ보수의어려움 등의 단점을 해결하고자 메탈히터를 이용한 동파 방지 시스템이 개발되었다. ANSYS CFX를 기반으로 배관의 관경보, 온재 두께, 외기 온도를 변화시켜 열유동 해석을 수행하였으며, 이 결과를 토대로 Minitab 소프트웨어를활용하여 수온 예측 회귀식을 도출하였다. 본 연구에서는 배관 중심부의 수온이 0 ℃ 이상으로 유지되는 지점까지를동파 방지를 위한 메탈히터의 권장 설치간격으로 정의하였다. 실험과 동일한 조건에서 열유동 해석과 회귀분석을통해 얻은 권장 설치간격은 각각 2.6 m, 2.7 m이었으며, 실제 실험을 통해 도출한 권장 설치간격인 2.9 m와 최대 0.3 m의차이를 보였다.

The method of winding a heating wire and covering it with insulation materials has been widely used to prevent freezingduring winter in outdoor firefighting pipes, which have a low amount of water flowing inside. However, several issues mustbe considered when using a heating wire, such as the hardening of its sheath, the outbreak of fire owing to electric leakageor short-circuiting, and difficulties in maintenance and repair. A freeze-protection system using a metal heater was developedto solve these problems. Thermal flow was analyzed using ANSYS CFX by varying the pipe diameter, insulation thickness,and outdoor temperature. Based on the obtained results, a regression equation was derived to predict the water temperatureusing the Minitab software. This study defined the recommended installation interval of the metal heater for frost preventionas the point at which the temperature inside the core of the pipe was maintained above 0 °C or higher. Under the sameexperimental conditions, the recommended installation intervals obtained via thermal fluid and regression analyses were 2.6and 2.7 m, respectively. These values differed from the recommended installation interval of 2.9 m, derived from the actualexperiment, by a maximum of 0.3 m.