국내에서는 현재 샌드위치패널의 화재안전성능 평가를 위하여 KS F 2271(건축물의 내장재료 및 구조의 난연성 시험방법)을 사용하고 있다. 국내와 동일한 시험방법을 사용하고 있던 일본에서는 2000년 건축기준법 개정시 ISO 5660-1 시험방법을 내장재의 연소성능시험으로 채택하였다. 그에 따라 국내에서도 KS F 2271 시험방법을 보완하는 건축법 개정고시(안)을 예고하였고, 그 내용은 ISO 5660-1(Cone Calorimeter Method) 시험방법을 도입하는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 샌드위치패널의 연소특성을 ISO 5660-1 콘칼로리미터 시험방법을 사용하여 검토하였다. 국내에서 일반적으로 사용되는 4종의 샌드위치패널과 4종의 심재(단열재)의 착화시간, 최대열방출율, 총 열방출량을 검토하였으며, 시험체별 시험결과를 분석하였다. 최종적으로 일본과 NBC개정안에서 제시하는 분류기준에 시험결과를 적용하였다.
국내에서는 현재 샌드위치패널의 화재안전성능 평가를 위하여 KS F 2271(건축물의 내장재료 및 구조의 난연성 시험방법)을 사용하고 있다. 국내와 동일한 시험방법을 사용하고 있던 일본에서는 2000년 건축기준법 개정시 ISO 5660-1 시험방법을 내장재의 연소성능시험으로 채택하였다. 그에 따라 국내에서도 KS F 2271 시험방법을 보완하는 건축법 개정고시(안)을 예고하였고, 그 내용은 ISO 5660-1(Cone Calorimeter Method) 시험방법을 도입하는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 샌드위치패널의 연소특성을 ISO 5660-1 콘칼로리미터 시험방법을 사용하여 검토하였다. 국내에서 일반적으로 사용되는 4종의 샌드위치패널과 4종의 심재(단열재)의 착화시간, 최대열방출율, 총 열방출량을 검토하였으며, 시험체별 시험결과를 분석하였다. 최종적으로 일본과 NBC개정안에서 제시하는 분류기준에 시험결과를 적용하였다.
Nowadays in Korea, KS F 2271(Testing method for incombustibility of internal finish material and element of buildings) has been using for the evaluation of fire safety performance of sandwich panels. The test method in Japan and in Korea was based on the same way. When the Japanese standard building...
Nowadays in Korea, KS F 2271(Testing method for incombustibility of internal finish material and element of buildings) has been using for the evaluation of fire safety performance of sandwich panels. The test method in Japan and in Korea was based on the same way. When the Japanese standard building code was revised in 2000, the test method in the ISO 5660-1 was adopted for the test method for combustion performance of internal finishing materials and elements of buildings. According to this, the revision version of draft substituting the test method in the KS F 2271 for one in the ISO 5660-1(Cone Calorimeter method) is informed in Korea. In this study, combustion properties of sandwich panels were tested using the cone calorimeter method. Ignition time, peak heat release rate and total heat released of four sandwich panels and four core materials (thermal insulation material), which are widely used in Korea, were tested. Test results were analyzed for each specimen. Finally, test results were classified by Japanese standard building code and Canadian NBC revised.
Nowadays in Korea, KS F 2271(Testing method for incombustibility of internal finish material and element of buildings) has been using for the evaluation of fire safety performance of sandwich panels. The test method in Japan and in Korea was based on the same way. When the Japanese standard building code was revised in 2000, the test method in the ISO 5660-1 was adopted for the test method for combustion performance of internal finishing materials and elements of buildings. According to this, the revision version of draft substituting the test method in the KS F 2271 for one in the ISO 5660-1(Cone Calorimeter method) is informed in Korea. In this study, combustion properties of sandwich panels were tested using the cone calorimeter method. Ignition time, peak heat release rate and total heat released of four sandwich panels and four core materials (thermal insulation material), which are widely used in Korea, were tested. Test results were analyzed for each specimen. Finally, test results were classified by Japanese standard building code and Canadian NBC revised.
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문제 정의
시험체는 국내 샌드위치패널 시험체 4종, 강판을 제거한 내부 단열재 시험체 4종의 총 8종 이다. 각각의 시험에서 얻은 결과를 바탕으로 샌드위 치패널의 연소특성을 확인하고자 하였다.
본 논문에서는 국내 샌드위치패널의 연소특성을 확 인하기 위하여 4종의 시험체를 대상으로 시험하였으며, 착화시간, 총 열방출량, 최대 열방출율을 분석하였다.
본 논문에서는 일본 건축기준법과 캐나다 NBC 개 정안의 평가방법에 따라 시험결과를 검토하였다.
본 연구에서는 ISO 5660 콘칼로리미터 시험방법에 서의 샌드위치패널 연소특성을 검토하기 위하여 시험 을 수행하였다. 시험체는 국내 샌드위치패널 시험체 4종, 강판을 제거한 내부 단열재 시험체 4종의 총 8종 이다.
규정된 외부 복 사열을 받는 동안 시편은 주위 공기조건에서 연소하며, 이때 산소농도와 배출가스 유량을 측정하여 열방 출율을 산정한다. 이러한 방법으로, 재료 또는 제품이 화재에 노출되는 동안 열방출율에 기여하는 정도를 평 가한다.
제안 방법
콘히터를 작동시켜 설정값에서 10분 이상 안 정시킨다. 또한, 산소분석기의 영점을 맞추고, 열방출 율교정과 질량측정 장치를 교정한다.
본 연구에서는 선정된 시료를 콘칼로리미터에 수평 방향으로 설치하고 외부 점화장치를 부착한 상태로 50 kW/n?의 복사열에 10분동안 노출시켜 착화시간과 열 방출율을 측정하였다.
연소특성을 확인하는 인자로써, 착화시간, 최대열방 출율 및 총 열방출량을 선정하였다. 질량감소율에 대한 내용은 그 자체로서 하나의 인자로 검토되어야 할 사항으로 판단되고, 방화성능평가에서 제외되므로 제 외 하였다.
본 연구에서는 선정된 시료를 콘칼로리미터에 수평 방향으로 설치하고 외부 점화장치를 부착한 상태로 50 kW/n?의 복사열에 10분동안 노출시켜 착화시간과 열 방출율을 측정하였다.
대상 데이터
Table 7에는 각각에 대한 평가 결과를 나타내었다. NBC에서는 시험시간을 15분을 규정하고 있으나, 시험결과 그래프에서 확인할 수 있 듯이 10분이 되기전에 모든 시험체가 연소되어 발생한 열량이 거의 없다고 판단할 수 있으므로 10분간 데이터를 평가에 사용하였다.
본 연구에서는 ISO 5660 콘칼로리미터를 사용하여 국내 4종의 샌드위치패널과 강판을 제거한 단열재 시 험체 4종을 시험하여 비교하였다.
시험체의 착화시간과 열방출율을 측정하기 위하여 콘칼로리미터(미국 ATLAS사, Model : CONE 2A)를 사용하였다. 시험장치는 콘 형태의 복사전기히터, 시편 의 질량을 측정하기 위한 무게측정장치, 시편홀더, 산 소분석장치, 유량측정장치를 부착한 배출시스템, 스파크점화회로, Heat flux meter, 교정용 버너 및 데이터수집 및 분석 시스템들로 구성되어 있다. 콘칼로리미터의 구조는 Fig.
본 연구에서는 ISO 5660 콘칼로리미터 시험방법에 서의 샌드위치패널 연소특성을 검토하기 위하여 시험 을 수행하였다. 시험체는 국내 샌드위치패널 시험체 4종, 강판을 제거한 내부 단열재 시험체 4종의 총 8종 이다. 각각의 시험에서 얻은 결과를 바탕으로 샌드위 치패널의 연소특성을 확인하고자 하였다.
시험체는 샌드위치패널 4종으로써, 스티로폼 1종(EPS), 우레탄폼 2종(PIR, PUR), 유리면 1종(Glass wool)에 대해 시험하였으며, 비교를 위하여 각각의 내부 단 열재를 심재 시험체로 선정하여 시험하였다. Table 3에 시험체 종류를 나타내었다.
이론/모형
시험결과를 일본의 건축기준법 및 NBC 개정안에 의하여 평가하도록 하였다. Table 7에는 각각에 대한 평가 결과를 나타내었다.
3.2 시험장치
시험체의 착화시간과 열방출율을 측정하기 위하여 콘칼로리미터(미국 ATLAS사, Model : CONE 2A)를 사용하였다. 시험장치는 콘 형태의 복사전기히터, 시편 의 질량을 측정하기 위한 무게측정장치, 시편홀더, 산 소분석장치, 유량측정장치를 부착한 배출시스템, 스파크점화회로, Heat flux meter, 교정용 버너 및 데이터수집 및 분석 시스템들로 구성되어 있다.
성능/효과
1) 심재시험체인 B, C, D와 샌드위치패널 시험체인 B', C', D' 의 Cone Calorimeter 시험결과에서 표면 강 판의 영향으로 평균 26.1초, 47.6초, 58.0초의 착화지연 시간이 발생하였다.
2) 시험체 B, 를 제외한 모든 시험체의 5분간 최대열 방출율과 10분간 최대열방출율이 동일하다는 것을 확인할 수 있다. 그러므로 시험체의 연소는 5분 이내에 최성기에 도달하며, 가연물이 초기에 모두 연소되는 것으로 판단된다.
3) 샌드위치패널 시험체와 심재시험체를 비교하였을 때, 샌드위치패널 시험체의 최대열방출율은 심재시험체의 최대열방출율 대비 A-74%, B-28%, C-44%, D-76% 수준인 것으로 나타났다(10분 기준). 이는 강판의 영향으로 연소조건이 좋지 않기 때문으로 판단된다.
4) 샌드위치패널 시험체와 심재시험체를 비교하였을 때, 샌드위치패널 시험체의 총 열방출량은 심재시험체의 총 열방출량 대비 A-117%, B-71%, C-77%, D-28% 수준인 것으로 나타났다.
5) 샌드위치패널에 대한 Cone Calorimeter 시험결과를 일본기준에 적용하여 난연 성능을 평가하였을 때, 시험체 A(GW), A'(GW sandwich panel)는 난연 2급 이상의 성능을 보이며, 시험체 B'(EPS sandwich panel), 시험체 D'(PIR sandwich panel)는 난연 2급, 나머지 시험체는 난연등급을 벗어났다(열방출율만을 평가항목으 로 설정하였을 경우).
6) 샌드위치패널에 대한 Cone Calorimeter 시험결과를 NBC기준에 적용하여 난연 성능을 평가하였을 때, 시험체 A'(GW sandwich panel)는 Class 1 성능을 보이 며, 시험체 A(GW), B'(EPS sandwich panel), D(PIR), D'(PIR sandwich panel)는 Class 2, 시험체 B(EPS), C(PUR), 시험체 C'(PUR sandwich panel)는 Class 3의 성능을 나타내었다.
7) 동일 단열재인 샌드위치패널 시험체와 심재시험 체의 평가결과를 비교하면, 일본기준에서는 EPS 샌드 위치패널과와 PIR 샌드위치 패널이 심재보다 난연성 능 이 더 우수하였으며, NBC 기준에서는 Glass wool 샌 드위치 패널, EPS 샌드위치 패널이 심재보다 난연성 능이 1 Class 더 뛰어난 것으로 평가되었다.
동일 단열재인 샌드위치패널 시험체와 심재시험체의 평가결과를 비교하면, 일본기준에서는 EPS 샌드위치 패 널과와 PIR 샌드위치패널이 심재보다 난연성능이 더 우수하였으며, NBC 기준에서는 Glass wool 샌드위치 패널, EPS 샌드위치패널이 심재보다 난연성능이 1 Class 더 뛰어난 것으로 평가되었다.
샌드위치패 널 시험 체와 심 재시험 체를 비교하였을때 , 샌드위치패널 시험 체의 최대열방출율은 심재시험체의 최대열방출율 대비 A-74%, B-28%, C-44%, D-76% 수준인 것으로 나타났다(10분 기준). 이는 강판의 영향으 로 연소조건이 좋지 않기 때문으로 판단된다.
샌드위치패널 시 험체와 심 재시 험체를 비교하였을 때, 샌드위치패널 시험체의 총 열방출량은 심재시험체의 총 열방출량 대비 A-117%, B-71%, C-77%, D-28%수준인 것으로 나타났다. 4.
심재를 기준으로 하여 샌드위치패널의 난연성을 ISO- 5660-1 콘칼로리미터 시험방법으로 비교하였을 경우, 표면 강판의 영향으로 착화지연 현상이 발생하고, 최 대열방출율은 28%~76%까지 줄어들며, 총열방출량 또한 비슷한 수준으로 줄어드는 것으로 나타났다. 그에 따라 일본 기준이나 NBC 기준에서 EPS 패널, PUR 패 널은 심재와 샌드위치패널이 등급이 다르게 나타났다.
심재시험체인 B, C, D와 샌드위치패널 시험체인 B', C, D, 의 시험결과에서 표면 강판의 영향으로 착화시간의 지연 현상이 발생하는 것을 확인할 수 있으며, 각각 평균 26.1 초, 47.6초, 58.0초의 착화지연 시간이 생 겼다.
총 열방출량은 시험체 A(Glass wool)가 가장 낮았으 며, 시험체 C(PUR)가 가장 높은 값을 나타내었다.
최대 열방출율은 시험체 A'(Glass wool sandwich panel)가 가장 낮았으며, 시험체 B(EPS)가 가장 높은 값를 나타내었다.
후속연구
착화지연시간은 재료의 특성에 따른 특징으로 판단되며, 샌드위치패널 시험체의 연소성능 및 특성을 나타내는 인자로 사용될 수 있을 것으로 판단된다.
참고문헌 (11)
KS F 2271, '건축물의 내장재료 및 구조의 난연성 시험방법', 한국표준협회(1998)
ISO 5660-1, 'Reaction to Fire Tests - Heat Release, Smoke Production and Mass Loss Rate - Part 1 : Heat Release(Cone calorimeter method)', ISO(2002)
EN 13823, 'Reaction to Fire Tests for Building Products-building Products Excluding Floorings Exposed to the Thermal Attack by a Single Burning Item', CEN(2002)
ISO 13784-1, 'Reaction-to-fire Tests for Sandwich Panel Building System - Part 1 : Test Method for Small Rooms', ISO(2002)
ISO 13784-2, 'Reaction-to-fire Tests for Sandwich Panel Building System - Part 1 : Test Method for Large Rooms', ISO(2002)
EN 13501-1, 'Fire Classification of Construction Products and Building Elements - Part 1: Classification Using Test Data from Reaction to Fire Tests', CEN (2002)
일본 건설성, 건축기준법(2000)
Leslie R. Richardson, 'Determining Degrees of Combustibility of Building Materials - National Building Code of Canada', Fire and Materials, Vol. 18, pp.99-106(1994)
CAN/ULC S135-92, 'Standard Method of Test for Determination of Degrees of Combustibility of Building Materials Using an Oxygen Consumption Calorimeter (Cone calorimeter)', ULC(1992)
V. Babrauskas and S. J. Grayson Eds., 'Heat Release Rate in Fires. Chapeter 4', Elsevier Applied Science(1992)
R. V. Petrella, 'The Assessment of Full-scale Fire Hazards from Cone Calorimeter Data', Journal of Fire Sciences, Vol. 12, pp.14-43(1994)
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