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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 합성목재에 의한 연소시 연기의 발생 정도를 콘칼로리미터 및 연기밀도 측정장치를 이용하여 연기밀도 특성 분석을 통하여 합성목재의 화재 위험성을 파악하고 발연량 허용기준 설정을 위한 기초자료로 활용하고자 한다.
제안 방법
- 또한 합성목재와 일반목재 및 방부목들과 비교분석 하기 위하여 적송(red pine: RP) 및 방부목(antiseptic wood: AW)도 함께 실험하였다
- 본 실험에 사용된 시편을 실험 규격에 적합한 크기인 100 mm X 100 mm로 준비하여 콘히터에 놓고 수평 방향으로 일정한 열유속(50kW/m2)을 공급하는 등 ISO 5660-1 규격에 따라 연소시켜 감광, 배기가스 유량둥을 측정하였다. 감광은 배기덕트에 있는 연기를 통해 투과되는 빛세기의 비율로서 측정한다.
- 본 연구에 사용된 실험 재료들은 시편 자체의 연기밀도 특성을 살펴보기 위하여 별도의 가공처리는 전혀 하지 않았으며 시험 규격의 시편 크기에 맞게 제품의 일부를 절단하여 실험하였다.
- 실험 방식은 Flaming 방식과 Non-flaming 방식 모두 수행하였으며 밀봉된 챔버 안에 시편을 수직으로 세워 가열로를 점화하여 25 kW/ 의 복사열이 되도록 조정한 후, 수직으로 설치된 광학장치에 통과된 빛의 강도를 측정하여 연기농도로 환산된다.。
- 콘칼로리미터 실험 시 CO 및 co2 분석기에 의해서 실시간 농도를 측정하였으며 이 데이터들은 질량의 감소에 따른 산출량인 CO yield, CO2 yield를 주요 중요한 데이터로 사용한다. 하지만 이 데이터는 수치 미분식에 의해 얻어진 질량 감소율을 이용하기 때문에 시간에 따른 변화율에는 큰 의미를 두지 않으며 평균값을 주로 사용한다.
대상 데이터
- 본 실험에서 실험 재료로 사용한 합성목재는 합성목재 품질기준(KS F 3200)에 따른 시험항목들의 기준값 들을 모두 통과한 제품들을 대상으로 하였고 합성목재의 여러 종류들 중 공원, 산책로, 공공시설 등 일반적으로 많이 쓰이는데크재를 선정하였다.
- 본 실험에서는 국내 FESTEC사에서 제작한 연기밀도 실험장비(SmokeBox 2005)를 이용하여 수직시험 방법을 선택하였으며 Figure 1에 실험장비 사진을 나타내었다.
이론/모형
- 동적연기측정 장치는 환기가 양호한 조건에서 조절 가능한 복사열에 노출된 편평한 시험체의 동적연기 발생률을 평가하는 실험방법으로 분석 장비는 국내 FESTEC사에서 제작한 콘칼로리미터 (Cone Calorimeter 2006)를 사용하였으며 ISO 5660-2 실시하였다.
- 연기밀도 실험은 광원과 광량감지 기 사이에 연기가 통과하는 공간을 두어 연기에 의해서 차단되는 광투 과율을 측정하는 것으로써 Figure 2에서 나타낸 바와 같이 75 mm X 75 mm 크기로 ASTM 662 규격에 의해 수행하였다.
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2.2 정적 연기 측정
정적 연기 측정은 열유 속 가열 방향에 따라 수직시험 방법인 ASTM E 6626) 시험과 수평시험 방법인 ISO 5659-2의 시험으로 구분할 수 있다
. - 콘칼로리미터를 이용한 연기 측정 시험 방법은 일반적으로 연소 생성물을 투과하는 빛의 세기가 거리에 따라 지수함수적으로 감소한다는 Bouguer의 법칙을 기본 원리로 하며 콘칼로리미터 연기 측정 결과 값들을 Table 1에 제시하였다.
성능/효과
- 1) 콘칼로리미터 실험 결과 co의 발생량은 합성목재에서 가장 많이 나타났으며 CO2 발생량에 대한 co 발생량의 비율 또한 합성목재가 가장 높은 값을 나타냈다.
- 2) ASTM E 662 규격에 의한 연기밀도 실험 결과가 염조건에 비해 비가 염 조건에서의 최대 연기밀도 값들이 1.95배~3.5배 크게 나타났다.
- 3) 연기 밀도 실험 결과 최대 연기밀도 값들은 가염 조 건과 비가 염 조건 모두 합성목재〉방부목〉적송 순으로 나타났다.
- Figure 6에서는 시간에 따른 연기밀도(flaming mode) 에 대한 정량적인 분석 결과를 제시하였다. Figure 6에서 볼 수 있듯이 합성목재들의 연기밀도는 실험 시작 후 10분~15분 사이에 급격한 증가를 보이며 417-472 값까지 연기밀도가 최대로 상승하다가 유지하는 것을 볼 수 있었으며 그에 비해 적송 및 방부 목의 연기밀도는 실험시간 전반적으로 완만하게 상승하는 것을 확인할 수 있었다.
- 가염 조건에서의 합성목재들의 최대 연기밀도 값은 417.10~47239로서적송 및 방부목의 최대 연기밀도 값인 194.28, 250.23에 비해 높게 나타났으며 또한 비가 염조건에서의 합성목재 최대 연기밀도 결과 값은 924로 써 적송 632.9과 방부목 884.3보다 높게 나타났다.
- 목분의 수종은 포플러, 대나무, 삼나무 등 다양하며 목분의 종류는 최종 제품의 외관과 질감을 결정짓는 중요한 요소이다. 또한 목분의 입자 크기가 작을수록 함량이 증가할수록 인장 강도와 탄성계수는 증가하는 경향을 나타내었으며, 신장률은 감소한다.2)
- 합성목재들의 연기 방출율 그래프를 살펴보면 3분 이내에 최대 연기 방출율을 보이고 점차적으로 감소하다가 다시 500~800초 구간에서 상승하는 것을 확인할 수 있다. 적송과 방부목의 연기 방출율 그래프를 살펴보면 시간의 흐름에 따라 연기 방출율이 점차 증가하다가 각각 390초, 520초에 최대 연기 방출율이 측정되고 점차적으로 낮아지는 것을 확인할 수 있다.
- 합성목재들의 연기 방출율 그래프를 살펴보면 3분 이내에 최대 연기 방출율을 보이고 점차적으로 감소하다가 다시 500~800초 구간에서 상승하는 것을 확인할 수 있다. 적송과 방부목의 연기 방출율 그래프를 살펴보면 시간의 흐름에 따라 연기 방출율이 점차 증가하다가 각각 390초, 520초에 최대 연기 방출율이 측정되고 점차적으로 낮아지는 것을 확인할 수 있다.
- 0094 kg/kg의 결과 값을 나타냈다. 합성목재의 CO2 발생량은 1.07~ 1.56 kg/kg의 범위를 보였으며 방부목은 1.20kg&g, 적송은 1.21kg/kg으로 합성목재가 적송 및 방부목에 비해 다소 높게 나타났으나 CO2 발생량은 시편들 간에 큰 차이를 보이지 않았다.
- 합성목재의 co2 발생량에 대한 co 발생량의 비율은 0.0098~0.0108범위로써 적송 및 방부목에 비해 다소 높았으며 그 중 합성목재 WC제품이 가장 높은 값을 보였다.
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