[논문]실외에 설치되는 인조잔디의 연소시험에 관한 연구

민세홍; 김연황

doi:10.7731/kifse.2014.28.2.048

실외에 설치되는 인조잔디의 연소시험에 관한 연구
A Study on the Combustion Test of Artificial Turf Installed on Field 원문보기

한국화재소방학회 논문지= Fire science and engineering, v.28 no.2, 2014년, pp.48 - 53

민세홍 (가천대학교 공과대학 설비플랜트.소방방재공학과) , 김연황 (가천대학교 일반대학원 소방방재공학과)

초록
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본 연구에서는 운동장과 건물의 옥상 등 실외에 설치되고 있는 인조잔디에 대해 국내 기준에 의한 화재위험성을 평가하고자 한다. 현재 인조잔디에 대한 국내 기준은 실외에 한하고 있으며 특히 학교체육시설이라고 국한하여 KS M 3888-1에 강제하고 있고, 실내 기준은 소방방재청고시(2012-35호)에 권장사항으로 규정하고 있다. 이에 본 연구는 강제규정하고 있는 실외에 설치되는 인조잔디에 국한하여 연소시험을 진행하였다. $45^{\circ}$ 방염시험을 진행하여 분석한 결과, 현재 설정되어 있는 기준이 화재의 위험성을 판단하기에 매우 미흡함을 확인하였다. 이에 바닥재로 통용되고 있는 방염처리된 카페트의 연소시험을 통해 그 특징을 비교한 후 분석하였다. 45o 방염시험기를 이용하여 착화성을 시험한 후 평가한 결과, 해당기준에서 크게 벗어난 인조잔디와 달리 카페트는 방염성능기준을 만족하였다. 이에 추가로 인조잔디에 대해 콘칼로리미터시험을 진행하여 착화 이후의 연소특성을 분석 및 평가함으로써 실외 적용되는 인조잔디의 기준 강화를 위한 대책을 제안하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, we would evaluate fire risk by domestic standard for artificial turf installed on field and roofs. Today domestic regulation for artificial turf only applies to outdoor uses and especially KS M 3888-1 has compulsion but limited to school athletic facilities. Indoor regulation complying with National Emergency Management Agency (No. 2012-35) was enacted as recommendations. Thus this study did combustion test of artificial turf installed on field. Analyzed result by 45 degree flammability test, standard was inadequate to judge the fire risk so we compared and analysed its characteristic through combustion test of flame retardant finishing carpet used as flooring. Test and assessment result of its ignitionability by 45 degree flammability test showed that carpet was satisfied with flame retardant finishing performance standard contrary to artificial turf. For this reason, by conducting cone calorimeter test, the combustion property after ignition would be analyzed and evaluated and then this study will suggest a countermeasure for strengthening standard.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

2010년 10월 1일에 발생한 부산 해운대 W스위트 화재 시 옆 건물 옥상 바닥에 설치된 인조잔디에 비화하여 화재가 발생하였고⁽¹⁾, 2012년 3월 14일 YS세계박람회 국제관 C동 옥상화재와 2011년 12월 신월동 소재 실내골프연습장 화재는 인조잔디에 불이 옮겨 붙으면서 화재가 확산되어 많은 재산피해를 냈다⁽²⁾. 그동안 주거용 실내바닥재, 선박용 표면바닥재, 목질바닥재 등에 관한 여러 연구가 있음에 불구하고 최근 수요가 많아지고 있는 인조잔디의 화재위험성과 관련한 연구가 부족한 실정으로, 이번 연구에서는 「방염성능기준」⁽³⁾에 따라 방염 처리되는 일반 카페트와 소재의 특성상 방염처리가 어려운 인조잔디를 비교하기 위하여 연소시험을 하였다.
이는 실내에 설치되는 카페트의 방염성능기준을 실외에 설치되는 인조잔디 기준에 그대로 적용한 결과이다. 이에 대한 기준 설정의 제안을 위해 여러 연소시험 중 가장 기본이 되는 시험인 콘칼로리미터를 적용하여 그 기준에 대해 고찰하고자 한다.
이에 따라 본 연구에서는 건축물의 녹지화 및 생활체육 시설에 대해 현장실사를 통해 사용 점유율이 높은 인조잔디의 모델을 선정하여 「방염성능기준」(5)에 따라 생산되고 있는 일반 카페트와 비교 연소시험하고 그 위험성을 확인하기 위해 본 연구를 진행한 결과 다음과 같은 결론을 도출할 수 있었다.
이에 본 연구에서는 현재 설정된 국내 기준에 따른 카페트와 인조잔디의 45° 연소시험과 화재발생 시 열에 노출되는 특성 및 착화 이후의 열방출특성을 고려하여 콘칼로리미터 시험을 병행함으로써 그 기준의 효용성을 평가하고 문제점을 보완하기 위한 대책을 제안한다.

제안 방법

본 시험장비는 콘형태의 복사 전기히터, 시편의 질량측정을 위한 무게측정장치, 시편홀더, 산소분석장치, 유량측정장치를 부착한 배출시스템, 스파크점화회로, heat flux meter, 교정용버너 및 데이터 수집을 위한 분석시스템으로 구성된다⁽⁹⁾.
소재는 방염처리된 일반 카페트와 인조잔디를 각각 선정하여 가로 40 cm, 세로 22 cm로 하여 총 6회 실시하였으며, 규격에 따라 가스압력은 4 kPa로 하였고, 에어믹스 버너를 사용하여 수평으로 하여 30초간 24 mm의 소형 불꽃으로 시험체 중앙 하단 표면을 30초간 가열하여 착화성능을 평가하였다.
시험에 적용한 인조잔디는 표면 파일 사는 폴리프로필렌이고 충격완화 역할을 하는 백킹(backing)재는 Styrene-Butadiene Rubbe (SBR), 일명 합성고무로 코팅되어 있으며 외관 형태는 화학섬유 등의 장섬유에 양모와 같은 주름을 만들어 주는 가공으로 열가소성을 이용하여 가연(假撚)을 한 후 열셋트를 하는 방법의 크림핑 파일 타입(Crimping Pile Type)이다. 소재의 특성상 방염처리가 불가능하며 판매 시 상태대로 시험하였다.
시편은 가로 100mm × 세로 100 mm 크기로 시편방향은 수평으로 하여 총 9회(복사열 값에 따라 각 3회) 시험을 진행하였다.
콘칼로리미터 연소시험에 적용되는 복사열강도의 기준은 0~100 kW로, 먼저 본 실험의 복사열 강도를 설정하기 위해 15 kW에서 20 kW, 25 kW로 순차적으로 최적의 복사열강도를 찾고자 실험을 진행하였다. 시험시간은 예비시험을 시행하였을 때 빠른 시간 안에 시험소재가 연소되는 것이 확인되었고, 이를 통해 15분(900초)으로 설정하였다.
콘칼로리미터 연소시험에 적용되는 복사열강도의 기준은 0~100 kW로, 먼저 본 실험의 복사열 강도를 설정하기 위해 15 kW에서 20 kW, 25 kW로 순차적으로 최적의 복사열강도를 찾고자 실험을 진행하였다. 시험시간은 예비시험을 시행하였을 때 빠른 시간 안에 시험소재가 연소되는 것이 확인되었고, 이를 통해 15분(900초)으로 설정하였다.
콘칼로리미터 연소시험으로 열방출률(HRR), 재료가 화재조건에 노출되는 시간동안의 착화시간(TTI), 총방출열(THR), 질량감소율(MLR)을 측정하였다. 시편은 가로 100mm × 세로 100 mm 크기로 시편방향은 수평으로 하여 총 9회(복사열 값에 따라 각 3회) 시험을 진행하였다.

대상 데이터

인조잔디는 실내골프장이나 생활체육시설 등에 많이 설치된다. 본 연구를 위해 실내골프장과 생활체육시설에 설치되어있는 102곳의 인조잔디를 현장 조사하여 약 43% 점유율로 가장 많이 사용된 S사의 인조잔디 모델을 선정하여 본 시험에 적용하였다. 시험에 적용한 인조잔디는 표면 파일 사는 폴리프로필렌이고 충격완화 역할을 하는 백킹(backing)재는 Styrene-Butadiene Rubbe (SBR), 일명 합성고무로 코팅되어 있으며 외관 형태는 화학섬유 등의 장섬유에 양모와 같은 주름을 만들어 주는 가공으로 열가소성을 이용하여 가연(假撚)을 한 후 열셋트를 하는 방법의 크림핑 파일 타입(Crimping Pile Type)이다.
시험에 사용된 카페트의 경우 국내 K사에서 방염처리되어 시중에 판매되고 있으며, 해당 사(社)의 자체시험을 통과한 제품이다. 정전기 발생원리를 이용하여 파일 사(絲)를 식모시키는 공법을 써서 만들었기 때문에 기존 카페트와 달리 파일의 밀도가 약 80,000,000 Ponit/m²로 매우 조밀하게 구성된다.
적용한 소재는 인조잔디 S사제품으로 표면 파일 사(絲)는 폴리프로필렌이고 충격완화 역할을 하는 백킹(backing)재는 Styrene-Butadiene Rubbe(SBR), 일명 합성고무로 코팅되어 있으며 외관 형태는 Crimping Pile Type이다. 45° 방염시험과 동일하게 판매 시 상태대로 시험하였다.

이론/모형

Figure 5에 나타낸 바와 같이 KS F ISO 5660-1⁽⁸⁾에 따른 콘칼로리미터 시험을 한국건설기술연구원에 있는 장비로 진행하였다.
국내 표준규격 KS M 3888-1(6)에 따라 한국건설생활환경시험연구원의 45° 연소시험장치로 시험을 진행하였다.
실내는 권장기준으로 소방방재청고시(2012-35호)⁽⁵⁾에 따르며 실외기준은 KS M 3888-1⁽⁶⁾에 적용받는다. 실내, 실외 모두 45° 방염시험기를 이용하며 법적 강제성이 있는 실외에 경우 연기밀도를 제외한 잔염시간 및 탄화길이를 평가기준으로 삼고 있다.

성능/효과

(2) 콘칼로리미터 시험결과 가열강도가 25 kW에서 HRR 400 kW/m²의 값을 측정할 수 있었다. 이에 NFPA 기준에 명시된 Flash Over 발생 가능성의 기준이 되는 실내 온도600℃ 이상, HRR 1 MW 이상, 바닥에서 측정된 열유속 20 kW/m² 이상이라는 값과 비교해 볼 때 화재 위험성에 매우 취약함을 인지할 수 있었다.
(3) 건축물 바닥재와는 별도로 도시철도차량과 관련하여 현재는 「철도안전법 시행규칙」⁽¹⁰⁾으로 통합되었지만, 2014년 3월 이전까지의 기준이었던 「도시철도차량 안전기준에 관한 규칙」제 10조 2항의 별표 1의2 바닥재 기준에 의하면 산소지수, 화염전파, 연기밀도, 연기독성에 대한 시험 기준을 마련하고 있었던 바, 인조잔디도 이와 같은 시험을 통하여 그 기준을 새로이 확립해야 한다.
나머지 2개의 시편은 소재가 전기히터에 닿지 않았기 때문에 화염이 발생하지 않았으며 다소 약한 연기를 발생시켰다. 20 kW와 25 kW에서는 모두 화염과 함께 다량의 유독가스가 발생하였고, 특히 25 kW의 복사열을 받은 인조잔디는 평균 2분 안에 착화가 일어났다. 그 결과를 Table 5에 나타내었다.
Figure 3은 실험 후, 탄화된 인조잔디의 모습이며, 일반 카페트에 비해 잔염시간 및 탄화길이가 크게 나타난 결과를 Table 3에 나타내었다. 가열시간 30초 이후에 버너가 제거됐음에도 인조잔디의 불꽃이 최소 48초 이상 지속되는 위험성을 확인하였다.
앞서 실험한 인조잔디 시험결과 방염처리된 카페트와는 상이하게 KS M 3888-1 기준에 못미치는 것을 확인하였다. 결론적으로 기준에 못미치는 제품이 판매되어 설치되고 있다는 사실이며, 학교체육시설에 설치된 많은 인조잔디가 화재에 매우 취약하다는 것을 단적으로 입증하는 결과인 것이다. 이는 실내에 설치되는 카페트의 방염성능기준을 실외에 설치되는 인조잔디 기준에 그대로 적용한 결과이다.
방염처리된 일반 카페트 시험결과, 잔염시간은 없었으며 탄화길이는 약 6 cm로 30초간 열을 가한 후 불꽃을 멀리하였을 때 잔염시간없이 오직 불꽃에 의해 불꽃 자국만 생겨났다. 이는 잔염시간 20초 이내, 탄화길이 10 cm 이내로 규정하고 있는 방염성능기준의 제4조 1항 1호를 만족하는 결과로서 Figure 4에 탄화된 모습을 나타내었다.
이에 NFPA 기준에 명시된 Flash Over 발생 가능성의 기준이 되는 실내 온도600℃ 이상, HRR 1 MW 이상, 바닥에서 측정된 열유속 20 kW/m² 이상이라는 값과 비교해 볼 때 화재 위험성에 매우 취약함을 인지할 수 있었다. 소재의 특성상 400 kW/m²라는 값은 지속시간이 길지는 않지만 빨리 연소한다는 것을 의미하며 이는 주위에 대한 화염전파의 위험도를 나타내는 기준이 될 수 있어 화재에 매우 취약한 소재임을 판단할 수 있었다.
시험결과 복사열 15 kW에서 3개의 시편 중 1개에서만 화염이 발생하였는데, 이는 시험체 눌림틀이 있었음에도 불구하고 복사열로 인해 오그라든 인조잔디가 전기히터에 닿으면서 생겨난 결과이다. 나머지 2개의 시편은 소재가 전기히터에 닿지 않았기 때문에 화염이 발생하지 않았으며 다소 약한 연기를 발생시켰다.
앞서 실험한 인조잔디 시험결과 방염처리된 카페트와는 상이하게 KS M 3888-1 기준에 못미치는 것을 확인하였다. 결론적으로 기준에 못미치는 제품이 판매되어 설치되고 있다는 사실이며, 학교체육시설에 설치된 많은 인조잔디가 화재에 매우 취약하다는 것을 단적으로 입증하는 결과인 것이다.
3 cm에서 완전연소까지 발생하였다. 이는 잔염시간 20초 이내, 탄화길이 10 cm 이내로 규정하고 있는 「방염제품의 성능인증 및 제품검사의 기술기준」에 못 미치는 결과로서 국내기준도 통과하지 못한 많은 인조잔디가 유통되는 것과 현재 설정되어 있는 인조잔디 기준의 실효성이 떨어짐을 확인할 수 있었다. Figure 3은 실험 후, 탄화된 인조잔디의 모습이며, 일반 카페트에 비해 잔염시간 및 탄화길이가 크게 나타난 결과를 Table 3에 나타내었다.
의 값을 측정할 수 있었다. 이에 NFPA 기준에 명시된 Flash Over 발생 가능성의 기준이 되는 실내 온도600℃ 이상, HRR 1 MW 이상, 바닥에서 측정된 열유속 20 kW/m² 이상이라는 값과 비교해 볼 때 화재 위험성에 매우 취약함을 인지할 수 있었다. 소재의 특성상 400 kW/m²라는 값은 지속시간이 길지는 않지만 빨리 연소한다는 것을 의미하며 이는 주위에 대한 화염전파의 위험도를 나타내는 기준이 될 수 있어 화재에 매우 취약한 소재임을 판단할 수 있었다.
인조잔디 시험결과, 잔염시간이 48초에서 8분 이상으로 나타났고, 탄화길이는 최소 6.3 cm에서 완전연소까지 발생하였다. 이는 잔염시간 20초 이내, 탄화길이 10 cm 이내로 규정하고 있는 「방염제품의 성능인증 및 제품검사의 기술기준」에 못 미치는 결과로서 국내기준도 통과하지 못한 많은 인조잔디가 유통되는 것과 현재 설정되어 있는 인조잔디 기준의 실효성이 떨어짐을 확인할 수 있었다.

후속연구

(4) 또한 착화 이후의 화염확대 및 열방출 특성을 평가할 수 있도록 시험기준을 콘칼로리미터로 확대하여 실제 화재현상을 반영한 시험방법이 되도록 강화하여야 하며, 학교 운동장 및 조경용, 보도용, 전문구장에도 적용할 수 있도록 그 적용범위를 넓혀야 하겠다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	현재 인조잔디에 대한 국내 기준은 무엇인가?	본 연구에서는 운동장과 건물의 옥상 등 실외에 설치되고 있는 인조잔디에 대해 국내 기준에 의한 화재위험성을 평가하고자 한다. 현재 인조잔디에 대한 국내 기준은 실외에 한하고 있으며 특히 학교체육시설이라고 국한하여 KS M 3888-1에 강제하고 있고, 실내 기준은 소방방재청고시(2012-35호)에 권장사항으로 규정하고 있다. 이에 본 연구는 강제규정하고 있는 실외에 설치되는 인조잔디에 국한하여 연소시험을 진행하였다.

참고문헌 (10)

S. H. Min, M. S. Kim, Y. J. Jang, J. C. Sa, Y. J. Bae and J. M. Lee, "A Study on the Development of a Head for Prevent the Fire Spread of Exterior", Fire Science and Engineering, Vol. 26, No. 1, pp. 113-119 (2012).

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S. H. Min, J. M. Lee, Y. H. Kwon, S. J. Kim and Y. H. Kim, "Installation Trend of Artificial Turf and Analysis of Fire Risk", Proceedings of 2013 Fall Annual Conference, Korean Institute of Fire Science & Engineering, pp. 33-34 (2013).
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Ministry of Land, Infrastructure and Transport Ordinance No. 1, "Rule for Safety Standard of Urban Railroad Car" (2013).
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President Ordinance No. 25050, "Low on Fire Fighting Facility Installation Maintenance and Safety Management" (2013).
KS F ISO 5660-1, "Reaction to Fire Test - Heat Release, Smoke Production and Mass Loss Rate - Part 1 : Heat Release Rate (Cone Calorimeter Method)" (2013).
S. H. Min and M. S. Kim, "A Study on the Fire Risk Assessment of EIFS by Cone Calorimeter Test & Single Burning Item Test", Journal of the Korea Safety Management & Science, Vol. 12, No. 1, pp. 1-9 (2010).
Ministry of Land No.81, "Korean Railway Safety Law Enforcement Regulations" (2014).

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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