건축물에서 화재 시 인명과 재산의 피해를 줄이기 위해서는 초기의 화염의 확산을 억제하는 것이 우선되어야 한다. 화염의 확산을 방지하기 위한 화재확산방지 대책은 일반적으로 방화구획에서의 구조부재의 내화 성능 확보, 마감재료의 연소 성능에 따른 사용 제한 등이 있다. 마감재료의 연소 성능 판단은 화염의 확산을 판단하기 위해 가장 기초적인 화재 안전 설계이지만 국내의 연소 시험은 시편 크기의 화재 시험 방법으로 연소 성능을 판단하고 있어 샌드위치패널 등과 같은 복합재료의 연소 성능을 판단하기에는 많은 제약을 가지고 있다. 특히 외벽 마감재료의 경우 내부 마감재료에 비해 드라이비트, 알루미늄복합패널, 메탈패널 등과 같은 다양한 복합재료 등이 사용되고 있기 때문에 본 연구에서는 외벽 마감재료의 국제시험규격인 ISO 13785-2 시험방법을 통해 외벽 마감재료의 실물 화재 실험을 통해 외벽 마감재료의 수직화재 확산 특성을 판단하고자 하였다.
건축물에서 화재 시 인명과 재산의 피해를 줄이기 위해서는 초기의 화염의 확산을 억제하는 것이 우선되어야 한다. 화염의 확산을 방지하기 위한 화재확산방지 대책은 일반적으로 방화구획에서의 구조부재의 내화 성능 확보, 마감재료의 연소 성능에 따른 사용 제한 등이 있다. 마감재료의 연소 성능 판단은 화염의 확산을 판단하기 위해 가장 기초적인 화재 안전 설계이지만 국내의 연소 시험은 시편 크기의 화재 시험 방법으로 연소 성능을 판단하고 있어 샌드위치패널 등과 같은 복합재료의 연소 성능을 판단하기에는 많은 제약을 가지고 있다. 특히 외벽 마감재료의 경우 내부 마감재료에 비해 드라이비트, 알루미늄복합패널, 메탈패널 등과 같은 다양한 복합재료 등이 사용되고 있기 때문에 본 연구에서는 외벽 마감재료의 국제시험규격인 ISO 13785-2 시험방법을 통해 외벽 마감재료의 실물 화재 실험을 통해 외벽 마감재료의 수직화재 확산 특성을 판단하고자 하였다.
To reduce human life and property damage at the fire in a building, it is most critical to control flame spread in the early stage. Fire spread prevention measure generally includes fire resistance performance securing of structure member in the arson zone and use limitation based on combustion perf...
To reduce human life and property damage at the fire in a building, it is most critical to control flame spread in the early stage. Fire spread prevention measure generally includes fire resistance performance securing of structure member in the arson zone and use limitation based on combustion performance of finishing material. The latter is most fundamental fire safety design to determine flame spread, but domestic combustion test determines combustion performance by specimen sized fire test method. Thus, there are many restrictions in the determination of combustion performance by composite material such as sandwich panel. Especially, outer finishing material uses a variety of composite material such as dry bit, aluminum composite panel, and metal panel compared to inner finishing material. Therefore, this study would determine vertical fire spread features by a full scaled fire experiment through the test method of ISO 13785-2, an international test standard.
To reduce human life and property damage at the fire in a building, it is most critical to control flame spread in the early stage. Fire spread prevention measure generally includes fire resistance performance securing of structure member in the arson zone and use limitation based on combustion performance of finishing material. The latter is most fundamental fire safety design to determine flame spread, but domestic combustion test determines combustion performance by specimen sized fire test method. Thus, there are many restrictions in the determination of combustion performance by composite material such as sandwich panel. Especially, outer finishing material uses a variety of composite material such as dry bit, aluminum composite panel, and metal panel compared to inner finishing material. Therefore, this study would determine vertical fire spread features by a full scaled fire experiment through the test method of ISO 13785-2, an international test standard.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 건축물 외벽 마감재료의 국제 실대형 화재 시험 방법인 ISO 13785-2 시험 방법에 의한 실대형의 수직화재 시험을 실시하여 외벽 마감재료의 수직 화재 확산 특성을 판단하여 보고 향후 외벽 마감재료의 성능 분류 및 기준 작성 시 기초 자료로 사용하고자 하였다.
건축물 외벽 마감재료는 건축물에 설치되는 시공방법, 접합부의 조인트 설치방법, 이음부의 마감방법 등과 같은 세부사항 등이 포함된 화재 시험 방법이 필요함에도 현재 국내에서는 관련 표준 시험법이 제정되어 있지 못해 기존의 시편 크기의 시험으로 연소 성능을 판단하고 있다. 따라서 본 연구에서는 국제 표준 시험 방법 및 장비의 제작을 통해 실대형의 화재 시험을 진행하였으며, 이를 바탕으로 국내 표준 시험방법 제정 및 외벽 마감재료 성능 분류 등에 필요한 기초 연구를 진행하였다.
따라서 본 연구에서는 현행 법규상 시편 크기에 의한 연소 시험으로 성능을 판단하고 있는 건축물 외벽 마감재료의 실대형 화재 시험을 통하여 외벽 마감재료의 수직화재 특성을 판단해 보고 향후 외벽 마감재료의 연소 특성에 맞는 성능 기준 적립에 기초 자료를 제공하고자 하였다. 국제 시험 규격인 ISO 13785-2 “Reaction to fire for facades-Part 2: Large-scale test”(이하 ISO 13785-2 시험)를 통해 외벽 마감재료의 실대형 화재 시험을 실시하였다.
제안 방법
국제 시험 규격인 ISO 13785-2 “Reaction to fire for facades-Part 2: Large-scale test”(이하 ISO 13785-2 시험)를 통해 외벽 마감재료의 실대형 화재 시험을 실시하였다.
본 시험에서는 프로판 버너를 사용하였으며, 시험법에서는 프로판 가스 버너 사용 시 최대 유량에서 개구부 상부에서 측정되는 온도가 800 °C 이상을 유지하도록 하고 있다.
7 °C로 나타난 결과를 보이고 있다(9). 본 연구에서는 드라이비트, 우레탄 메탈패널, 그라스울 메탈패널을 시험체로 제작하여 실대형 화재 시험을 통한 수직화재 특성을 판단하였다.
가스 유량은 1단계 0~120 g/s(5분)→2단계 120 g/s(15분)→3단계 120~0 g/s(5분)로 변화한다. 온도 측정은 개구부 상부에서 외부로 출화되는 화염의 온도 변화를 T1~T3, 3지점에서 측정하고 시험체의 수직화재 확산에 따른 온도 변화를 T4~T7, 4지점에서 측정한다. 열류량은 개구부에서부터 상부로 550 mm 지점(1, 7, 8), 1,550 mm 지점(2)과 3,550 mm 지점(3, 4, 5, 6)에서 측정된다.
대상 데이터
1. 본 연구에서는 문헌 등의 조사를 통해 국내 건축물에서 주로 사용되고 있는 드라이비트, 메탈패널[우레탄/그라스울]을 시편으로 선정하여 실물화재 시험을 실시하였다.
연소실 내부에서의 프로판 버너는 3단계 유량 변화를 통하여 화염 출화를 조절하고 있으며, 이러한 화염 출화에 의해 시험체에 설치되어 있는 열전대선과 열유량계를 통하여 데이터를 수집하게 된다. Figure 1에서는 프로판 가스 유량 변화 및 시험체에 설치되어 있는 측정기들의 위치를 보여주고 있다.
이론/모형
본 연구에서는 ISO 13785-2 시험법에 의한 실대형의 화재 시험을 실시하였으며, Table 2에 시험체의 크기, 시험 시간과 측정 데이터 등을 나타내었다. 실대형 화재 시험을 위해서는 시험체에 공급되는 착화원의 종류 및 열원의 크기에 의해 수직화재 확산 성능이 상이하게 나타날 수 있기 때문에 본 시험법에서는 프로판 버너를 권장하고 대안적으로 목재를 사용하도록 하고 있다.
성능/효과
2. 드라이비트의 실대형 화재 시험은 시험 시작 3분에 최상부로 화염이 확산되어 초기에 종료하였다. 이는 외부화염 출화에 의해 본격적인 화염 확산 특성을 판단하는 2단계(시험시작 5~20분)에 도달하기 이전에 시험체 최상부로의 수직화염 확산이 발생되었기 때문에 드라이비트의 화재안전에 대한 위험성을 나타내고 있다.
2. 실물화재 시험을 통해서는 시편틀에 설치되어 있는 계측장비를 통해 온도와 열류량의 변화가 측정된다. 우레탄 메탈패널은 최대온도가 476.
또한 우레탄 메탈패널의 화재 시험 중에 연소 시 유독가스의 발생을 확인할 수 있었으며, 이는 내부 심재인 우레탄의 연소 반응에 의한 것으로 판단된다. 이러한 유독가스 발생은 화재 사고 시 건축물 내부의 인명 안전에 가장 위험성 요인으로 향후 본 실대형 화재시험의 화재 기준 제정 등에서 유독가스의 발생에 대한 문제점에 대한 규명이 필요할 것을 판단된다.
4 °C로 측정되었다. 또한, 우레탄 메탈패널은 시험 시작 14분 24초, 그라스울 메탈패널은 시험시작 11분 57초에 최대 온도에 도달하였다. 최대 열류량값은 우레탄 메탈패널 3.
그라스울 메탈패널의 화재 시험 결과는 Figure 5에서 나타내고 있다. 시험 결과, 그라스울 메탈패널의 경우 우레탄 메탈패널과 유사하게 급격한 수직화재 확산이 발생되지 않았다. 프로판 버너 유량 및 외부 화염 출화가 최대인 2단계에서 그라스울 메탈패널의 시험체 모서리 지점에서 화염에 의한 착화가 발생하였다.
우레탄 메탈패널과 그라스울 메탈패널의 실대형 화재 시험 결과 T7 지점에서 시험시작 14분 24초에서 476.3°C, 시험시작 11분 17초에서 703.4°C로 측정되었다.
우레탄 메탈패널의 시험체 상부 온도변화는 T4~T6에서 100°C 이하의 값이 측정되었으며, 시험체의 모서리 부분인 T7에서 화염의 확산에 의한 최대 온도값이 측정되었으며, 그라스울 메탈패널의 경우도 모서리 부분인 T7에서 최대 온도값이 측정되었다.
또한, 우레탄 메탈패널은 시험 시작 14분 24초, 그라스울 메탈패널은 시험시작 11분 57초에 최대 온도에 도달하였다. 최대 열류량값은 우레탄 메탈패널 3.3 kW/m2, 그라스울 메탈패널은 7.9 kW/m2로 나타났다.
후속연구
또한 우레탄 메탈패널의 화재 시험 중에 연소 시 유독가스의 발생을 확인할 수 있었으며, 이는 내부 심재인 우레탄의 연소 반응에 의한 것으로 판단된다. 이러한 유독가스 발생은 화재 사고 시 건축물 내부의 인명 안전에 가장 위험성 요인으로 향후 본 실대형 화재시험의 화재 기준 제정 등에서 유독가스의 발생에 대한 문제점에 대한 규명이 필요할 것을 판단된다.
이는 그라스울 메탈패널 내부에 심재를 고정하기 위한 스티로폼과 같은 가연성 재료의 연소 반응으로 확인되었다. 이러한 화재 시험 결과는 외벽 마감재료의 수직화재 확산 특성을 판단하기 위해서는 마감재료뿐만 아니라 앞서 제시한 시공방법, 접합부의 조인트 설치방법과 이음부의 마감방법 등과 같은 세부사항 등이 포함된 전체 시스템에 대한 실대형의 화재 시험에 대한 필요성이 나타나 있다고 판단된다.
참고문헌 (10)
S. H. Min and J. M. Lee, "A Study on Concurrent Fire Appearance though Openings", Journal of Korea Institute of Fire Science & Engineering, Vol. 26, No. 2, pp. 90-96 (2012).
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O. S. Kwoen, Y. H. Yoo, H. Y. Kim and S. H. Min, "Experimental Study of Vertical Fire Spread of Exterior Wall Finishing Materials", Journal of The Society of Hazard Mitigation, Vol. 12, No. 5, pp. 1-6 (2012).
Korea Fire-rating Building Material Association, "Exterior Wall Finishing Material Survey . Study", pp. 42-45 (2011).
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