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문제 정의
- 본 연구에서는 비차열 유리창의 내화실험을 실시하여 화재시 특성을 확인하였다. 그 세부적인 결론은 다음과 같다.
- 이처럼 화재시 유리를 통한 복사열의 화재 확대 위험성이 있으므로, 본 연구에서는 비차열 유리에 대한 내화실험을 실시하여 실험체 이면에서의 온도와 열유량을 측정하고, 그 결과에 대하여 기존 문헌들을 참고로 위험성을 평가함으로써, 연소확대 가능성을 고찰하였다.
제안 방법
- 복사열의 측면에서 측정된 열유량 결과를 바탕으로 2장에 따라 위험성을 평가하였다.
- 본 장에서는 비차열 유리의 화재시 특성을 확인하기 위하여 내화실험을 실시하여 이격거리에서의 열유량, 온도, 유리 표면온도를 측정하였으며, 그 결과를 분석하였다.
- 6 m 떨어진 곳에 열류계를 설치하고, 열류계 위치와 동일한 위치에 온도측정을 위한 열전대를 설치하였다. 비차열 유리의 표면에 열전대를 설치하였을 경우, 실험동안 유리의 파손이 우려되었으므로, 유리표면의 온도는 열화상 카메라를 사용하여 측정하였다. 열화상 카메라의 보정을 위하여 FLIR QuickReport 프로그램을 사용하여 유리의 반사율 0.
- 비차열 유리의 화재위험성을 평가하기 위하여 이격거리에서의 열유량 및 온도를 측정하였다. 실험체1 및 실험체2의 열유량 및 온도 값을 Table 6에 나타내었고, Figure 7에는 열유량, Figure 8에는 온도를 그래프로 나타내었다.
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3.3 실험조건
실험동안 열유량, 이면에서의 온도, 유리표면온도를 측정하였다. 열유량의 측정은 각 실험체의 유리를 포용하는 거리를 계산하여 유리면에서 1.
- 실험동안 열유량, 이면에서의 온도, 유리표면온도를 측정하였다. 열유량의 측정은 각 실험체의 유리를 포용하는 거리를 계산하여 유리면에서 1.3 m 및 2.6 m 떨어진 곳에 열류계를 설치하고, 열류계 위치와 동일한 위치에 온도측정을 위한 열전대를 설치하였다. 비차열 유리의 표면에 열전대를 설치하였을 경우, 실험동안 유리의 파손이 우려되었으므로, 유리표면의 온도는 열화상 카메라를 사용하여 측정하였다.
- 비차열 유리의 표면에 열전대를 설치하였을 경우, 실험동안 유리의 파손이 우려되었으므로, 유리표면의 온도는 열화상 카메라를 사용하여 측정하였다. 열화상 카메라의 보정을 위하여 FLIR QuickReport 프로그램을 사용하여 유리의 반사율 0.92, 측정거리 8 m를 적용하여 온도 측정 결과를 보정하였다. Figure 2에 실험시 측정조건을 나타내었으며, Figure 3에는 열류계의 유리창 포용거리 산정방법을 나타내었다.
- 그에 따라 흘러내려 뭉쳐진 부분의 온도는 액상화되기 위한 열을 흡수하기 때문에 다른 부분에 비하여 소폭 상승하게 된다. 이러한 이유로 유리표면에서의 온도는 국부적으로 높은 부분과 낮은 부분이 발생하게 되므로, 특정 부분의 온도를 측정하지 않고 전체 유리표면온도의 평균값을 측정하였다. 전체 표면온도 평균값은 유리면 전체에 대하여 열화상 카메라가 측정한 개별지점 각각의 측정값을 평균한 값이다.
대상 데이터
- 내화실험은 2개의 실험체에 대하여 진행되었다. 실험체1은 시험 가능한 최대크기인 3 m × 3 m를 비차열 유리 벽체 전체로 구성되었으며, 실험체2는 유리창이 벽체에 삽입된 형태의 실험결과를 확인하기 위하여 3 m × 3 m 경량콘크리트 벽체 중앙부에 1.
- 5 m의 비차열 유리창을 설치하였다. 실험에는 N.S.G (Nippon Sheet Glass)사의 Pyroclear 8 비차열 유리를 사용하였다. 각 실험체의 모습을 Figure 1에 나타내었다.
- 실험체1은 시험 가능한 최대크기인 3 m × 3 m를 비차열 유리 벽체 전체로 구성되었으며, 실험체2는 유리창이 벽체에 삽입된 형태의 실험결과를 확인하기 위하여 3 m × 3 m 경량콘크리트 벽체 중앙부에 1.5 m × 1.5 m의 비차열 유리창을 설치하였다.
이론/모형
- 2가지 실험체에 대한 내화실험은 KS F 2845 시험방법에 따라 방재시험연구원에서 실시되었다. 실험체는 표준시간-가열온도곡선(Standard fire time/temperature curve)에 따라 가열되었다.
성능/효과
- 1. 비차열 유리의 표면온도는 표준화재온도 곡선을 유사하게 반영하고 있으며, 실험후 60분 경과시 실험체1은 571 ºC, 실험체2는 563 ºC를 나타내었다.
- 2. 비차열 유리창 전체를 포용하는 거리에서 측정한 결과, 실험체1의 열유량 및 온도는 30분 경과시 33.5 kW/m2, 142 ºC, 60분 경과시 54.4 kW/m2, 189 ºC로 측정되었고, 실험체2는 30분 경과시 31.5 kW/m2, 145 ºC, 60분 경과시 50.2 kW/m2, 200 ºC로 측정되었다.
- 3. 벽체 전체를 포용하는 거리에서 측정한 결과, 실험체2의 열유량 및 온도는 30분 경과시 11.8 kW/m2, 34 ºC, 60분 경과시 19.6 kW/m2, 54 ºC로 측정되었다.
- 4. 비차열 유리창 전체를 포용하는 거리 이내에서는, 화재시 상승온도와 복사열 측면 모두에서 발화로 인해 화재가 확대될 수 있을 것으로 판단되었다. 따라서, 비차열 유리가 방화구획, 피난로 등에 설치되었을 경우, 인명위험, 연소확대의 위험이 높은 것으로 판단된다.
- 5. 본 연구의 범위에서 비차열 유리가 포함된 벽체 전체를 포용하는 거리에서는, 불꽃이 없는 상태라면 발화로 인한 화재 확산은 되지 않을 것으로 판단되었다. 따라서, 벽체 내부에 비차열 유리의 면적이 작아지면 복사열에 의한 발화위험 또한 작아짐을 확인할 수 있었다.
- 6 m 거리(벽체 전체를 포용하는 거리)에서는 10분 경과시에는 인체의 노출된 피부에 화상 발생이 가능한 수준이고, 30분경 과시에는 10초간 노출시 화상 발생이 가능한 수준이며, 60분 경과시에는 불꽃이 없는 상태라면 면직류나 목재에 발화되지는 않는 수준인 것으로 나타났다. 따라서, 벽체 내부에 비차열 유리의 면적이 작아지면 복사열에 의한 발화위험 또한 작아짐을 확인할 수 있었다.
- 실험체1의 2.6 m 거리 및 실험체2의 1.3 m 거리(유리창 전체를 포용하는 거리)에서는 5분 경과시 인체의 노출된 피부에 화상 발생이 가능한 수준이고, 15분 경과시에는 10초간 노출시 화상이 발생한 수준이며, 25분 경과시에는 장시간 노출된 목재가 불꽃없이 발화되는 수준이며, 50분 경과시에는 5초간 노출시 면직류가 불꽃없이 발화되고, 60분 경과시에는 20초 동안 노출시 목재가 불꽃없이 발화되는 수준인 것으로 나타났다. 이 결과를 바탕으로, 방화구획벽 등에 비차열 유리를 사용할 경우, 화재시 유리창 표면을 통한 복사열에 의한 발화로 인해 화재가 확대될 수 있을 것으로 판단되었다.
- 실험체2의 2.6 m 거리(벽체 전체를 포용하는 거리)에서는 10분 경과시에는 인체의 노출된 피부에 화상 발생이 가능한 수준이고, 30분경 과시에는 10초간 노출시 화상 발생이 가능한 수준이며, 60분 경과시에는 불꽃이 없는 상태라면 면직류나 목재에 발화되지는 않는 수준인 것으로 나타났다. 따라서, 벽체 내부에 비차열 유리의 면적이 작아지면 복사열에 의한 발화위험 또한 작아짐을 확인할 수 있었다.
- 실험체2의 2.6 m 거리의 열유량 및 온도 그래프는 완만히 상승하는 것을 확인할 수 있었다.
- 열유량에 따른 현상을 종합해보면, 4 kW/m2일 때 피부가 노출된 부분에 화상이 생길 수 있으며, 11 kW/m2일 때 10초간 노출되면 화상이 발생할 수 있다. 25 kW/m2가 되면 불꽃이 없어도 장시간 노출시 면직류나 목재가 발화되며, 55 kW/m2에 이르면 불꽃이 없어도 목재가 10초 이상 노출되면 발화되는 수준이 된다.
- 이 결과는 내화시험 표준인 ISO 834-1, KS F 2257-1 등에서 제시하는 차열성의 기준이 평균상승온도 140 ºC, 최고상승온도 180 ºC임을 생각하면, 유리 표면 근처에서 발화 위험성이 매우 높음을 나타낸다.
- 6 kW/m2, 54 ºC로 측정되었다. 이 결과는 유리창만을 포용하는 거리에서 측정한 결과보다 열유량은 약 40%, 온도는 약 25% 정도로 확인되었다.
- 3 m 거리(유리창 전체를 포용하는 거리)에서 측정된 온도는, 50분에서 55분 경과시 차열성의 기준인 최고상승온도 180 ºC를 넘어서고 있다. 이 결과를 바탕으로 화재시 비차열 유리 전체의 포용거리 이내에 있는 물건 등에 온도상승에 의한 발화가 생길 수 있는 것으로 판단되었다.
- 3 m 거리(유리창 전체를 포용하는 거리)에서는 5분 경과시 인체의 노출된 피부에 화상 발생이 가능한 수준이고, 15분 경과시에는 10초간 노출시 화상이 발생한 수준이며, 25분 경과시에는 장시간 노출된 목재가 불꽃없이 발화되는 수준이며, 50분 경과시에는 5초간 노출시 면직류가 불꽃없이 발화되고, 60분 경과시에는 20초 동안 노출시 목재가 불꽃없이 발화되는 수준인 것으로 나타났다. 이 결과를 바탕으로, 방화구획벽 등에 비차열 유리를 사용할 경우, 화재시 유리창 표면을 통한 복사열에 의한 발화로 인해 화재가 확대될 수 있을 것으로 판단되었다.
후속연구
- 특히 화재시 복사열에 의한 우려되므로, 현장 설치 부분에 관리 감독이 이루어져야 할 것으로 판단된다. 다만, 벽체 내부에 유리면적이 작아지면 연소확대 위험이 작아지는 것으로 판단되므로, IBC Code와 같이 벽체 전체 면적대비 비차열 유리창의 면적을 제한하여 사용할 수 있도록 유리 크기를 변수로 하는 연구가 추가로 필요할 것으로 판단된다.
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