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문제 정의
- 본 연구에서는 다중이용업소에서 사용하고 있는 실내 장식재들 가운데 방염카페트와 방염커튼을 대상으로 화재 특성 시험을 수행하여 다음과 같은 결론들을 얻었다.
- 후에 대한 발열량과 발연량, 산소지수와 발화온도를 측정하여 연소특성을 비교 분석함으로써 방염 처리한 카페트의 사용 전.후에 대한 화재시의 위험요소를 평가하고자 하며, 특히 최근에 국내의 발연량 시험법(ASTM E 662)이 도입되어 시행됨에 따라 발연량의 허용기준에 적합한 합리적인 기준을 제시하고자 한다.
제안 방법
- 발화점시험의 시험방법은 온도 조절기의 설정 온도를 소정의 온도로 설정한 다음, 온도 상승 및 하강 스위치를 사용하여 온도 지시계의 온도가 용기의 사용 온도에 도달한 후에 전압을 조절하며, ZP/min의 하강 속도로 전압 조절계를 조정하여 온도 지시계의 온도가 소정의 온도보다 KFC 하강했을 때 시료를 평량 컵에 취해 약 20mg 정도를 용기의 시료 투입구로 투입함과 동시에 초시계로 발화까지의 대기시간을 측정한다. 발화의 확인은 화염을 육안으로 판단하며, 온도가 5℃ 강하할 때 이 조작을 반복하여 대기시간이 1분 이상이 되면 시험을 종료한다.
- 이때 유량을 일정하게 10l/min으로 유지시킨다. 시편을 유리 컬럼의 중앙에 흐름과 평행인 상태로 놓고 pilot flame을 사용하여 시료의 윗부분에 5초 동안 점화시킨다. 이때 한계산소지수(LOI, Limited Oxygen Index)는 점화된 시료의 불꽃과 연기가 180초 이내에 없어지는 최소의 산소량일 때의 값을 취하여 3개의 시편에 대한 평균값을 산소지수 값으로 정하였다.
- 연소생성물은 배출구에서 포집되고 산소농도와 공기량이 측정된다. 시험 결과로서 3개의 시편에 대한 평균값으로 열플럭스에 따른 착화시간, 최대열방출율(peak heat release rate), 평균 열방출율(average heat release rate), 종연기방줄량 등을 즉 정하였다.
- 시험방법은 시편을 연소하기 위해 전기 가열로를 이용하여 가열로 속에서 50kw/m2의 일정한 열플럭스(heat flux)를 공급하였고 점화를 위해 스파크 점화장치 (spark igniter)를 사용하였다. 시간이 지나면서 외부 복사열로 인해 재료 표면의 온도가 상승하고 열분해가 시작된다.
- 실험 방식은 Non-flaming 방식으로 수행하였으며 밀봉된 챔버(chamber) 안에 평면 시편을 수직으로 세워 가열로를 점화하여 25kW/m2의 복사열이 되도록 조정한 후, 광선투과장치와 시험기록계를 작동시키고 장비의 영점을 조정한 다음, 시험장치의 가열로 인가 전압을 조정하여 광선투과장치를 작동함과 동시에 시험 장치의 배출구를 차단하고 시편을 부착한 시편홀더로 교환한 다음 가열로를 소화한다. 연소하면서 발생되는 연기가 집연 챔버에 모아지고 수직으로 설치된 광학 장치에 통과된 빛의 강도를 측정하여 연기농도로 환산된다.
- 연소 과정에서 소비되는 산소량을 기준으로 방출되는 열량을 측정하는 원리로 iso 5660-1에 의한 시험을 실시하여 각각의 재료에 대하여 시편을 100 mmX 100 mm 크기로 준비하여 재료가 화재 조건에 노출되는 동안 착화시간(time to ignition), 열방출율(heat release rate), 중량감소율(weight loss rate), 총연기발생율(total smoke release) 등 화재 변수들을 동시에 연속적으로측정하였다. 화재의 규모와 전파에 직접적인 영향을 미치는 화재 특성으로서 화재 시 피난을 위한 시간 확보와 방재대책 수립에 있어 다른 어떤 화재 특성보다 중요하다.
- 열방출율을 측정하기 위하여 영국 FTT(Fire Testing Technology)사의 DUAL Cone Calorimeter를 사용하여 ISO 5660의 Part 1에 따른 시험을 하였고, 또한 영국FTT(Fire Testing Technology)사의 NBS Smoke Density Chamber#- 사용하여 ASTM E 662에 의한 Non-Flaming 방식의 연기 밀도시험과, 영국 FTT(Fire Testing Technology)^]--^ Candle type flammability tester로 ASTM D 2863과 ISO 4589-2 규격에 따라 Limited OxygenIndex를 측정하였다. 또한, 일본 구라모찌사의 KRS- RG-9000을 사용하여 Group법 시험으로 발화온도 (Ignition Temperature)를 측정하였다.
- 시편을 유리 컬럼의 중앙에 흐름과 평행인 상태로 놓고 pilot flame을 사용하여 시료의 윗부분에 5초 동안 점화시킨다. 이때 한계산소지수(LOI, Limited Oxygen Index)는 점화된 시료의 불꽃과 연기가 180초 이내에 없어지는 최소의 산소량일 때의 값을 취하여 3개의 시편에 대한 평균값을 산소지수 값으로 정하였다.
- 5 mm)와 커튼(PE 무대막)을 대상으로 선정 하여방염 처리 전 . 후에 대한 발열량과 발연량, 산소지수와 발화온도를 측정하여 연소특성을 비교 분석함으로써 방염 처리한 카페트의 사용 전.후에 대한 화재시의 위험요소를 평가하고자 하며, 특히 최근에 국내의 발연량 시험법(ASTM E 662)이 도입되어 시행됨에 따라 발연량의 허용기준에 적합한 합리적인 기준을 제시하고자 한다.
대상 데이터
- 국내 유흥업소에 다량 유통되고 있는 실내장식재 중 카페트(PP 4.5 mm)와 커튼(PE 무대막)을 선정하여 방염 처리를 한 재료와 방염 처리를 하지 않은 재료를 준비하였다. 또한, 방염 처리한 카페트 가운데 사용하지 않은 재료와 동일한 제품으로 3년간 사용한 중고재료를 준비하여 시험 재료로 사용하였고, 방염 처리한 재료는 한국소방검정공사에서 검정을 필한 상용 제품을 사용하였다.
- 5 mm)와 커튼(PE 무대막)을 선정하여 방염 처리를 한 재료와 방염 처리를 하지 않은 재료를 준비하였다. 또한, 방염 처리한 카페트 가운데 사용하지 않은 재료와 동일한 제품으로 3년간 사용한 중고재료를 준비하여 시험 재료로 사용하였고, 방염 처리한 재료는 한국소방검정공사에서 검정을 필한 상용 제품을 사용하였다. 본 연구에서 실험에 사용한 재료들에 대한 명세는 Table 1에 제시하였다.
- 본 연구는 국내 유흥업소에 다량 유통되고 있는 카페트(PP 4.5 mm)와 커튼(PE 무대막)을 대상으로 선정 하여방염 처리 전 . 후에 대한 발열량과 발연량, 산소지수와 발화온도를 측정하여 연소특성을 비교 분석함으로써 방염 처리한 카페트의 사용 전.
- 시험 방법은 재료가 자립이 가능한 재료에 한하여시편을 120mmX10mm 크기로 준비하여 ASTM D2863 규격 시험을 수행하였고 자립이 불가능한 재료에 한하여 시편을 140mmX50mm 크기로 준비하여 ISO 4589-2 규격 시험을 수행하였다. 준비한 재료는 고정기구에 수직으로 설치하고 공급된 산소와 질소는 수직으로 놓인 유리 컬럼의 아래로부터 위쪽으로 흘려보낸다.
이론/모형
- 2863과 ISO 4589-2 규격에 따라 Limited OxygenIndex를 측정하였다. 또한, 일본 구라모찌사의 KRS- RG-9000을 사용하여 Group법 시험으로 발화온도 (Ignition Temperature)를 측정하였다.
- 시편을 연소시켜 발생하는 연기밀도를 광학 빔을 이용하여 평가하는 방법으로서 광원과 광량감지기 사이에 연기가 통과하는 공간을 두어 연기에 의해서 차단되는 광 투과율을 측정하는 방법으로 각각의 재료에대하여 시편을 75mmX75mm 크기로 준비하여 ASTM E 662 규격7)에 의해 수행하였다.
- 재료의 산소지수에 의한 연소 거동의 측정 평가를 위하여 산소지수시험을 수행하였으며 산소지수는 산소와 질소 혼합기의 혼합비를 임의로 변화시킬 수 있는 연소성 시험기인 Candle type flammability tester ASTM D 2863, & ISO 4589-291 규격에 따라 시험하였다.
성능/효과
- 1) 방염 처리한 재료가 처리하지 않은 재료보다 화재 초기에는 연소의 지연 효과가 있지만 화재의 전성기인 고온에서는 다른 결과가 나타났으며, 방염 처리 전 . 후에 대한 열적 안정성에 대하여는 방염 처리한 재료가 방염 처리하지 않은 재료보다 열에는 더 안정한 것으로 나타났고 발연량은 방염 처리한 재료가 연기 노출의 위험성이 더 크게 나타났으나 발연량 허용기준은 만족하였다.
- 3) 산소지수 시험결과, 방염 처리 한 재료가 방염 처리하지 않은 재료보다 난연성이 우수하였고, 방염 처리한 재료는 사용여부에 따라 난연성이 저하됨을 알 수 있었다. 또한, 발화점 시험결과, 방염 처리한 재료가 방염 처리 하지 않은 재료보다 발화온도가 높게 나타났으며, 방염 처리한 재료의 사용 전 .
- 85 Dm으로 3년 사용한 재료의 최대 연기밀도가 매우 높게 나타남으로써 연기에 대한 위험지수가 높음을 알 수 있었다. 3년 사용한 경우에는 소방법 시행령의 화재안정기준인 400Dm보다 매우 높은 수치를 보임으로써 연기에 대한 위험지수가 높게 나타난 것을 확인할 수 있었다.
- 동일 재료일지라도 사용 여부에 따라 산소지수의 차이를 볼 수 있으며, 난연성이 저하됨을 알 수 있었다. 3년 사용한 재료의 발화온도는 2681이고 사용하지 않은 재료의 발화온도는 288℃로서 3년 사용한 재료가 열에 대한 위험성이 더 크게 나타남을 확인할 수 있었다. 이것은 사람들의 찾은 출입으로 인한 오염과 마찰로 인하여 방염성능이 저하된 것으로 사료된다.
- 7에는 시간에 따른 발연량에 대한 정량적인 분석 결과를 제시하였다. Fig. 7에서 볼 수 있듯이 사용하지 않은 재료보다 3년 사용한 재료에서 점화 10분 후에 갑작스러운 폭연이 발생하면서 최대 연기밀도가 571.85 Dm으로 가장 높음을 볼 수 있으며, 발연량 허용기준을 만족하지 않는 것으로 나타났다. 이와 같은 결과는 카페트의 오염 정도에 따라 발연량이 증가되기 때문인 것으로 사료된다.
- 후에 대한 발열량과 발연량은 사용 후의 재료가 사용 전의 재료보다 열적 위험성과 연기노출 위험성 모두 높게 나타났으며, 이는 방염처리를 하였을지라도 사용여부에 따라 방염성능이 저하됨을 알 수 있었으며, 발연량의 허용기준을 만족하지 못하였다. 또한, 국내의 발연량 시험법 도입에 따른 ASTM E 662 규격에 의한 시험결과, 방염 처리한 재료는 발연량의 안정성 허용기준에 적합한 것으로 나타났으며 방염 처리한 재료의 3년 사용 후 재료는 발연량의 안정성 허용기준에 부적합한 것으로 나타났다.
- 있었다. 또한, 발화점 시험결과, 방염 처리한 재료가 방염 처리 하지 않은 재료보다 발화온도가 높게 나타났으며, 방염 처리한 재료의 사용 전 . 후에 대하여는 사용 후 재료의 발화온도가 낮게 나타남으로써 방염재료의 사용에 따른 방염 성능이 저하됨을 확인할 수 있었다.
- 착화가 가능하였다. 또한, 방염 처리 후의 재료에서 발화온도도 높게 나타나면서 열에 대한 안정성을 보였다. 이와 같은 결과는 방염제 처리로 인한 물리 .
- 발화의 확인은 화염을 육안으로 판단하며, 온도가 5℃ 강하할 때 이 조작을 반복하여 대기시간이 1분 이상이 되면 시험을 종료한다. 발화대기 시간은 4초로 하고 이때가 열의 발생속도와 확산속도가 평형일 때이며 착화원 없이 물질이 자연발화할 때의 최저온도를 확인할 수 있다.
- 사용하지 않은 재료는 362.36 Dm이고 3년 사용한 재료는 571.85 Dm으로 3년 사용한 재료의 최대 연기밀도가 매우 높게 나타남으로써 연기에 대한 위험지수가 높음을 알 수 있었다. 3년 사용한 경우에는 소방법 시행령의 화재안정기준인 400Dm보다 매우 높은 수치를 보임으로써 연기에 대한 위험지수가 높게 나타난 것을 확인할 수 있었다.
- 후에 대한 산소지수와 발화온도 시험 결과를 Table 4 에 나타내었다. 산소지수는 PE 무대막 커튼의 경우, 재료가 용융하면서 착화가 매우 불안정한 현상을 보이기는 하였지만 커튼과 카페트 모두 방염 처리 전보다 방염 처리 후의 재료에서 산소지수가 더 높게 나타나는 경향을 보임으로써 난연 성능이 좋은 것으로 나타났다.
- 59 kW/n?이고 3년 사용한 재료는 694.33 kW/n?으로 3년 사용한 재료의 최대 열방출율이 더 높게 나타났으며, Fig. 6에서 볼 수 있듯이 총 열방출량도 3년 사용한 재료가 사용하지 않은 재료보다 열에 대한 위험성이 큰 것을 확인할 수 있었다. 이와 같은 원인은 사람들의 잦은 출입에 따른 카페트의 오염 정도에 따라 방출열량이 증가되기 때문인 것으로 사료된다.
- 5에 제시하였다. 최대열방출율과 평균 열방출율 모두 3년간 사용한 재료의 방출열이 더 많이 발생하는 것으로 나타났으므로 열에 대한 위험성은 3년 사용한 재료가 더 큰 것을 알 수 있었다. 하지만 총 연기 방출량은 오히려 사용하지 않은 재료에서 위험성이 더 크게 나타난 것을 확인할 수 있었다.
- 75 kW/nF인 것으로 나타났다. 카페트의 경우는 20~200sec 사이에서 약간의 차이를 보였으며, 최대열방출율은 방염 처리 전에 348.56 kW/m2이고 방염 처리 후에는 336.58 kW/m2 인 것으로 나타났다. 대체로 방염 처리 전보다 방염 처리 후에 열방출율이 낮은 경향을 보였으므로 방염 처 리한 재료가 열에 더 안정한 것으로 사료된다.
- 커튼과 카페트의 발연량에 대한 결과를 Table 3에 제시하였다. 커튼과 카페트 모두 방염 처리 전보다 방 염 처리 후의 재료에서 연기밀도가 더 높게 나타나는 경향을 보였으므로 방염 처리 후의 재료가 연기 노출 에 대한 위험성이 더 큰 것을 확인할 수 있었다.
- 후에 대한 발열량과 총연기방출량의 시험결과를 Table 2에 제시하였다. 커튼과 카페트 모두 방염 처리 전보다 방염 처리 후의 재료에서 최대열방출율과 평균열방출율이 전반적으로 낮았으므로 열적 안정성이 높은 것으로 나타났으며, 총방출 연기량에 대해서는 오히려 방염 처리 후의 재료에서 연기 노출에 대한 위험지수가 더 높게 나타난 것을 확인할 수 있었다.
- 또한, 발화점 시험결과, 방염 처리한 재료가 방염 처리 하지 않은 재료보다 발화온도가 높게 나타났으며, 방염 처리한 재료의 사용 전 . 후에 대하여는 사용 후 재료의 발화온도가 낮게 나타남으로써 방염재료의 사용에 따른 방염 성능이 저하됨을 확인할 수 있었다.
- 2) 방염재료의 사용 전 . 후에 대한 발열량과 발연량은 사용 후의 재료가 사용 전의 재료보다 열적 위험성과 연기노출 위험성 모두 높게 나타났으며, 이는 방염처리를 하였을지라도 사용여부에 따라 방염성능이 저하됨을 알 수 있었으며, 발연량의 허용기준을 만족하지 못하였다. 또한, 국내의 발연량 시험법 도입에 따른 ASTM E 662 규격에 의한 시험결과, 방염 처리한 재료는 발연량의 안정성 허용기준에 적합한 것으로 나타났으며 방염 처리한 재료의 3년 사용 후 재료는 발연량의 안정성 허용기준에 부적합한 것으로 나타났다.
- . 후에 대한 열적 안정성에 대하여는 방염 처리한 재료가 방염 처리하지 않은 재료보다 열에는 더 안정한 것으로 나타났고 발연량은 방염 처리한 재료가 연기 노출의 위험성이 더 크게 나타났으나 발연량 허용기준은 만족하였다.
후속연구
- 못하였다. 또한 우리나라는 아직까지 방염제의 대부분을 수입에 의존하고 있는 실정이므로 방염제의 기술개발에 따른 상용화와 저발연성 방염제의 기술 개발에 추가적인 연구가 필요한 것으로 사료된다.
- 이러한 추세에 맞추어 실내장식재에 대한화재 안정성 시험에 대하여 연소 시에 나타나는 다양한 위험 특성을 정성 및 정량적으로 분석할 필요가 있으며, 재료의 연소 확대성을 정 량화하기 위해서는 발열량 시험과 화염 전파성 시험을 수행하여야 하며, 인명에 대한 위해성을 정량화하기 위해서는 발연량 시험과 유독성 시험을 수행하여야 한다.4)
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