[논문]국내 섬유질 단열재의 내화성능에 관한 연구

권영철; 황정하; 유형규

국내 섬유질 단열재의 내화성능에 관한 연구
A Study on the Fire Resistance of Korean Cellulose Insulation 원문보기

한국태양에너지학회 논문집 = Journal of the Korean Solar Energy Society, v.28 no.4, 2008년, pp.10 - 16

권영철 (한라대학교 건축학과) , 황정하 (경북대학교 건축공학부) , 유형규 (대림산업 기술연구소)

Abstract ▼ AI-Helper

The fire resistance of thermal insulation and interior finishing materials is recently much emphasized after the fire accident at the Icheon Cold Store in January 2008. Three kinds of thermal insulation are used in buildings. They are Organic, Non-organic and cellulosic insulation. Organic insulation such as polystyrene foam board and urethane foam has high thermal resistance but it has no fire resistance. While non-organic insulation such as rockwool and glassfiber has high fire resistance, it has lower thermal resistance than organic insulation. Cellulose insulation is primarily manufactured from recycled newsprint or cardboard using shredders and fiberizers. Despite of its environmental friendliness and high thermal resistivity, its domestic use has not much increased because of the prejudice that paper can easily burn. However, the cellulose insulation as a product is about 80 wt.% cellulosic fiber and 20 wt.% chemicals, most of which are fire retardants such as boric acid and ammonium sulfate. It is required to secure its fire safety for more consumption as a building insulation in Korea. Therefore, this study investigates the fire resistance of Korean cellulose insulation according to the rate of fire retardant and finally presents the optimum rate of fire retardant in cellulose as building insulation. The fire safety test was conducted according to the ASTM C 1485-00. The test results indicate that above 18 wt% of fire retardant is necessary to secure the fire safety of cellulose insulation.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 섬유질 단열재의 내화 성능과 관련한 문헌을 고찰하고 실험을 통해 국내에서 생산되고 있는 섬유질 단열재의 내화재 배합비에 따른 내화성능을 비교ㆍ측정함으로써, 섬유질 단열재의 내화성능을 향상시킬 수 있는 적정 내화재 배합비를 제시함과 동시에 섬유질 단열재의 국내적용을 늘리는데 기여하고자 한다.
섬유질 단열재 내화성능 실험에 사용될 시료를 준비하기 위하여 국내 섬유질 단열재 생산 공장을 방문하였다. 국내 섬유질 단열재 생산 공장에서는 내화재로 러시아산 붕산(Boric Acid; H₃BO₃)을 사용하고 있다.
8㎏의 속도로 투입되고 있다. 이러한 기초자료를 활용하여 내화재 투입장치의 회전속도에 따른 내화재 배합비를 알아보았다.

제안 방법

복사속 측정기를 가시료 10㎝ 지점에 넣은 후 측정값이 안정되면 소수점 셋째자리까지 기록하였다. 20㎝, 30cm, 40㎝, 50㎝ 지점에서 같은 방법으로 측정한 후, 이를 그래프용지에 표시하여 Calibration curve를 작성하였다. 이는 챔버 내에서 단열재를 연소한 후 연소된 길이를 측정하여 임계복사속으로 변환하는데 사용되었다.
그림 11은 챔버 내에서 시료가 연소하고 있는 모습을 보여준다. 각 시료 당 3회씩 실험하고 그림 12와 같이 발화점에서부터 타 들어간 길이를 측정한 데이터를 바탕으로 그림 7의 보정곡선으로부터 시료의 임계복사속을 구하였으며, 그 결과를 표 2에 나타내었다.
우선 내화재 배합비가 서로 다른 실험용 섬유질 단열재를 제조하기 위해 60, 70, 80, 90, 100, 150, 200rpm의 속도로 투입되는 내화재의 무게를 1분 동안 3회 측정하여 평균하였다. 그 결과 회전 속도별 분당 내화재 투입량을 알아내고, 분당 폐지의 투입량자료를 이용하여 내화재 배합비를 구하였으며, 그 결과는 표 1과 같다. 이를 근거로 현재 130rpm 속도에서 내화재는 약 13%의 배합비로 혼합되고 있음을 알 수 있었다.
여기서 가시료 보정용 판은 5×60×15㎝ 크기의 시멘트 보드로 구성된 판넬로 10㎝ 간격으로 복사속을 측정할 수 있도록 하였다.
열원으로부터의 복사속을 측정하기 위하여 일본 EKO INSTRUMENTS 사의 Heat Flow Sensor MF-140 타입을 이용하여 10㎝ 간격으로 가시료 보정용 판 (Dummy Specimen Calibration Board)에서 복사속을 측정하였다. 여기서 가시료 보정용 판은 5×60×15㎝ 크기의 시멘트 보드로 구성된 판넬로 10㎝ 간격으로 복사속을 측정할 수 있도록 하였다.
우선 내화재 배합비가 서로 다른 실험용 섬유질 단열재를 제조하기 위해 60, 70, 80, 90, 100, 150, 200rpm의 속도로 투입되는 내화재의 무게를 1분 동안 3회 측정하여 평균하였다. 그 결과 회전 속도별 분당 내화재 투입량을 알아내고, 분당 폐지의 투입량자료를 이용하여 내화재 배합비를 구하였으며, 그 결과는 표 1과 같다.
테스트 방법은 섬유질 단열재에 불꽃이 점화되어 진행하다가 불꽃이 꺼지는 지점의 거리를 측정하여 임계복사속을 알아낸다. 이를 통해 노출 상태의 다락 바닥 단열재의 상대적인 화재 시험반응 표준 분류 방법을 제시한다. 단열재에 가해지는 열복사의 복사속 시뮬레이션 수준은 태양과 다락 공간에서 흔하게 일어날 수 있는 열원이나 발화원에 의해 가열된 지붕재로부터 노출 상태의 다락 단열재 표면에 영향을 주는 정도이다.
Day연구팀¹⁾에서는 1987년 내연 연소에 관한 중요한 연구결과를 발표했다. 주로 방화제로 사용되던 화학물질을 평가하여 내연성을 함께 갖출수 있는 방화제의 적정량을 제안했다. 내화성능의 지속성에 관한 의문이 1970년대와 80년대에 제기되어, 의문을 풀기 위한 연구가 시작되었다.
테스트 방법은 섬유질 단열재에 불꽃이 점화되어 진행하다가 불꽃이 꺼지는 지점의 거리를 측정하여 임계복사속을 알아낸다. 이를 통해 노출 상태의 다락 바닥 단열재의 상대적인 화재 시험반응 표준 분류 방법을 제시한다.

대상 데이터

이를 바탕으로 내화재투입속도를 조절하여 5%부터 2.5%씩 증가시켜 22.5%까지 총 8개의 샘플을 준비하였다. 배합비에 따라 준비된 시료는 섬유질 단열재 설치용 블로어 등을 이용하여 부풀린 상태에서, 높이가 10㎝를 넘지 않고 윗부분이 자유롭게 공기가 통하도록 노출되도록 하여 온도 21 ± 2℃, 상대습도 50 ± 5% 상태로 보관하였다.

이론/모형

본 연구에서는 ASTM C 1485-00의 실험 방법에 따라 실험 챔버를 구성하고 실험을 실시하였다. 테스트 시료는 다락 바닥 단열재로 사용 가능한 모든 것이 될 수 있으나, 복사 열 에너지 환경 또는 발화원에 노출되었을 경우 녹거나 뒤틀리는 것에는 적용하지 않는다.

성능/효과

(1) 기존연구 결과에 따르면 섬유질 단열재로서의 내화성능을 갖추기 위한 임계복사속은 0.12W/㎠로 조사되었다.
(2) 국내에서 생산되는 섬유질 단열재는 내화재로 붕산(Boric Acid)를 사용하고 있었으며, 미국의 내화성능기준을 만족시키기 위해서는 내화재 배합비가 18% 이상이 되어야 하는 것으로 나타났다.
(3) 내화재 배합비 18%를 충족시키기 위한 내화재 투입속도는 180rpm으로 나타났다.
국내의 최대 섬유질단열재 생산업체인 셀파산업와 미국의 생산업체인 Nuwool, Energy Control, Advanced Fiber와 미국섬유질단열재 생산자협회(CIMA) 그리고 30여년간 섬유질 단열재를 연구해오고 있는 Oak Ridge 국립연구소(ORNL)에서 얻은 내화성능실험 결과를 종합해 보면, 섬유질 단열재의 내화성능은 내화재의 첨가비율에 따라 달라지는 것으로 조사되었다.
실험 결과 섬유질 단열재로서의 내화성능을 갖추기 위한 임계복사속이 0.12W/㎠ 또는 그 이상을 만족하는 내화재 배합비는 약 18%로 나타났다.

후속연구

(4) 섬유질 단열재의 내화성능을 확보, 유지하기 위해서는 생산단계에서 꾸준한 정기적인 내화성능실험이 이루어져야 한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	이천 냉동창고 화재사건은 언제 일어났나?	2008년 1월에 일어난 이천 냉동창고 화재사건은 안전불감증이 불러낸 대형참사로 알려지고 있다. 특히 냉동창고의 단열재로 사용되었던 우레탄이 화재에는 매우 취약한 유기질 단열재라는 점에서 건축물의 내단열재에 대한 내화성능에 대한 검토가 요구되는 시점이라 볼 수 있다.
	건축물에 사용되고 있는 단열재에는 무엇이 있는가?	건축물에 사용되고 있는 단열재에는 크게 유기질단열재와 무기질단열재, 그리고 섬유질 단열재가 있다. 유기질 단열재에는 발포폴리스티렌(스치로폼), 폴리우레탄, 우레아폼 등이 있으며, 일반적으로 단열성능은 뛰어나지만 화재에 취약하고 화재시 유독가스가 발생하는 취약점을 지니고 있다.

참고문헌 (12)

ASTM C 1485-00 "Critical Radiant Flux of Exposed Attic Floor Insulation Using an Electric Radiant Heat Energy Source", 2006 Annual Book of ASTM Standards, Vol. 4, 2006. 6
ASTM C739, "Standard Specification for Cellulosic Fiber(Wood-Base) Loose- Fill Thermal Insulation", 2005 Annual Book of ASTM Standards, Vol. 4, 2005. 6, p.344
The Use of Boron Products in Cellulose Insulation, Journal of Thermal Insulation, Vol. 2, 1979. 4
A Study of Boron Additives in Cellulose Insulation, Journal of Thermal Insulation, Vol. 4, 1981. 4
Round Robin Fire Safety Tests on Cellulose Insulation, Journal of Thermal Insulation, Vol. 10, 1986. 7
Round Robin Fire Safety Tests on Cellulose Insulation Testing Program: Round 2, Journal of Thermal Insulation, Vol. 11, 1987. 7
A Comparison of Gas and Electric Radiant Panels for Measuring the Flammability of Loose-Fill Cellulose Insulation, Journal of Thermal Insulation, Vol. 13, 1989. 7
Consumer Product Safety Commission, "Interim Safety Standard for Cellulose Insulation; Cellulose Insulation Labeling and Requirement", 44 FR 39938, 16CFR Part 1209 (1979) also General Services Administration Specification HH-I-515d
Day, M., T. Suprunchuk, and D. M. Wiles, "A Combustibility Study of Cellulosic Insulati on", Journal of Thermal Insulation 3, 260-224, 1987
http://www.cellulose.com/English /news-sept99.html
셀파산업, "셀파, 럭스톤", 셀파산업주식회사, 2008
CIMA(Cellulose Insulation Manufacturer's Association),http://www.cellulose.org/cellulose_reports.html

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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