[논문]막재료의 설치높이와 발열량에 따른 화재연소특성

조승호; 최광호; 노영숙

doi:10.11112/jksmi.2016.20.6.084

막재료의 설치높이와 발열량에 따른 화재연소특성
Fire Combustion Characteristics of Membrane Materials According to the Height and Heat Generation Rate 원문보기

한국구조물진단유지관리공학회 논문집 = Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection, v.20 no.6, 2016년, pp.84 - 90

조승호 (단국대학교 부설 리모델링연구소) , 최광호 (남서울대학교 건축공학과) , 노영숙 (서울과학기술대학교 건축학부 건축공학과)

초록
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최근 다양한 형태의 막구조물의 건설이 증가추세이지만 막구조물에 적합하지 않은 내화기준이 적용되어 활용성이 위축되고 있는 실정이다. 그렇기 때문에 막구조물의 건설 활성화에 맞추어서 이에 대한 내화기준의 제 개정이 필요한 상황이다. 따라서 본 연구에서는 일반적으로 많이 사용되는 막재료(ETFE, PVF, PTFE)를 선정하여 막구조물에 화재가 일어났을 때, 시간이 변화함에 따라 온도가 올라가는 막재료의 물리적인 특성 변화와 발열량과 막재료 설치높이와의 상관관계를 파악하여 막구조 내화기준에 기초 자료로 활용하고자 한다.

Abstract ▼ AI-Helper

Various form of membrane structures are being built in recent years. However, there is no appropriate fire proofing standards which can be applied each specific membrane structures. Therefore, existing fire protection standards are in establishment state and they need to be revised. In the current study, commonly used membrane materials(ETFE, PVF, PTFE) has been selected to investigate its fire resistance behavior with the change of fire duration time. In addition to this, heat generation rate of the membrane materials in correlation with the height of membrane has been investigated. And these fire combustion characteristics of membrane materials can be used in future practice for the fire prevention regulations of membrane structures.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 막구조물에 사용되는 막재료와 화원과의 거리에 따라 성능을 구분할 수 있는 내화설계 기준이 요구되며, 막재료의 불꽃 온도 및 확산 등 화재특성의 규명기술이 중요하기 때문에 본 연구에서는 막재료의 화원과의 거리와 발열량에 따른 화재연소특성을 파악하고자 한다.

제안 방법

막구조물에 사용하는 막재료의 변형 시의 온도를 파악하기 위해서 막재료를 실험장치에 설치한 후, 화원과 막재료의 거리에 따른 막재료 표면의 변형 및 온도변화를 측정하였다. 실험변수로는 Table 2에서 보는 바와 같이 일반적으로 사용하는 ETFE, PVF, PTFE 3종류의 막재료를 0.
5 m로 재단하여 실험장치에 고정하였고, 화원과 막재료의 거리는 100, 200, 300 mm로 설정하고, 화원으로는 부탄가스를 사용하였다. 막재료 표면의 변형 시 온도를 측정하기 위하여 열전대온도계를 설치하고 데이터로거로 온도 변화를 측정하였다.
막재료의 설치높이와 발열량에 따른 막재료의 화재연소특성을 파악하고자 Table 4에서 보는 바와 같이 막재료의 종류는 ETFE, PVF, PTFE, 막재료의 설치높이는 1.0, 1.5 m, 발열재(등유)의 양은 1, 2 L로 선정하였다.
막재료의 표면 및 실험장치의 높이별 온도를 확인하기 위하여 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5 m 마다 열전대온도계를 설치하고 데이터로거를 통해서 온도를 측정하였다.
실험변수로는 Table 2에서 보는 바와 같이 일반적으로 사용하는 ETFE, PVF, PTFE 3종류의 막재료를 0.5×0.5 m로 재단하여 실험장치에 고정하였고, 화원과 막재료의 거리는 100, 200, 300 mm로 설정하고, 화원으로는 부탄가스를 사용하였다.

대상 데이터

원단 전체의 구성이 유리섬유와 불소로 이루어져 있어 불에 타지 않으며, 테프론코팅 표면에는 물이나 기름이 묻지 않아, 표면이 오염되지 않는 반면에 인열강도가 PVF 등의 원단보다 현저하게 약해 초기의 파열 후 연속하여 찢어지며, 유리섬유의 약점인 굴절성이 나빠 원단이 부러지는 경향을 보이는 단점이 있다. 상암월드컵경기장, 제주월드컵경기장, 대구월드컵경기장 등에 사용되었다.
그러나 일반 천막지에 사용하는 고주파 발생 기계를 이용하여 접합 할 수 없어, 불소층을 특수한 기계를 사용하여 깎아낸 후 접합을 해야 하므로 일반 공장에서 접합하기가 어려우며 원단의 가격 및 가공비가 다소 비싸다는 단점이 있다. 양산실내체육관 지붕, 성남중앙공원 야외무대 객석에 사용되었다.
연소실험에 적용한 막재료는 막구조물에 일반적으로 사용하고 있는 3종류(ETFE, PVF, PTFE)를 선정하였으며, 이에 대한 막재료의 특성은 Table 1과 같다.

성능/효과

(b)는 발열재양을 2.0 L로하여 연소실험을 수행하였으며 37초 정도에 0.5 m 열전대에서 측정된 온도가 400°C 이상에 도달하는 것이 관찰되었고, 찢어짐과 동시에 막 아래쪽에 설치된 열전대의 온도가 상승하였다.
Fig. 9(b)는 전체적인 온도 변화가 발열재 1.0 L보다 상향으로 조정되었고, 41초 부근에서 변형 후 찢어졌는데 이때 막재료 아래 설치된 열전대온도계의 온도의 기울기가 순간 감소하였다.
1) 화염이 막재료에 닿기 전에는 온도만 상승할 뿐 막재료에 발생한 외형적인 변화 및 파괴현상은 관찰되지 않았다. 막재료의 파괴 및 변형은 화염에 직접적으로 접촉하는 순간 시작되며, 접촉과 동시에 빠르게 열분해하면서 찢어지는 변형이 발생하였다.
2) 막재료 종류마다 화염전파속도를 알기 위해서 각 재료의 변형하는 모습을 동영상과 사진을 통해 시간에 따라 넓이의 변화를 관찰하여 분석해본 결과, ETFE, PVF보다 PTFE 막재료가 가장 화염전파속도가 낮았다. PTFE가 다른 재료보다 난연성능이 뛰어난것으로 판단된다.
3) 막재료 중 ETFE는 연소실험 후, 화염에 의해 녹아서 떨어지는 잔존물이 없었다. 하지만 PTFE, PVF는 시간이 지나 화염에 의해 변형이 되면 막재료가 녹아 흘러내리며 PTFE는 유리섬유의 특징으로 조각조각 깨져서 떨어지는 것을 확인하였다.
ETFE, PVF, PTFE를 설치높이 1 m에서 발열재량에 따른 온도변화를 분석해보면 앞선 실험에서 측정되었던 변형과 파단 온도를 볼 수 있었다. ETFE, PVF는 전체적인 그래프가 비슷하게 나타났지만, PTFE는 막 아래와 위에 설치된 열전대에서 측정된 온도가 확연히 차이가 나는 걸 알 수 있었다.
ETFE, PVF, PTFE를 설치높이 1.5 m에서 발열재량에 따른 온도변화를 분석해보면 ETFE, PVF는 전체적으로 온도변화가 비슷하게 나타났지만, PTFE는 막 아래와 위에 설치된 열전대온도계에서 측정된 온도가 확연하게 차이가 났다. 그리고 막재료의 설치높이 1.
3) 막재료 중 ETFE는 연소실험 후, 화염에 의해 녹아서 떨어지는 잔존물이 없었다. 하지만 PTFE, PVF는 시간이 지나 화염에 의해 변형이 되면 막재료가 녹아 흘러내리며 PTFE는 유리섬유의 특징으로 조각조각 깨져서 떨어지는 것을 확인하였다.
0 L로 연소실험을 수행하여 온도변화를 나타낸 것이다. 화염의 열기가 올라가다 막이 찢어지는 58초를 경계로 막 아래 설치된 열전대의 온도가 순간 감소하였고, 막 위의 온도는 증가하였다. 설치높이 1.
또한 막재료에 불꽃이 닿는 곳에만 파단되고 주위로는 불이 번지지 않았다. 화원과 거리가 가까울수록 막재료가 더 빨리 변형 한 것을 알 수 있었으며, 실험을 수행하는 동안에 PVF, PTFE 막재료의 표면에서는 재가 떨어졌다. 각 재료 별 파단온도는 Fig.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	ETFE란 무엇인가?	ETFE는 열가소성 불소함유 고분자 재료로서 25%의 에틸렌과 75%의 테프론으로 구성된 막재료이다. 높은 내구성 및 내화학성을 가지며, 자연발화하지 않는다.
	PVF의 장점은 무엇인가?	PVF는 불소수지를 필름화시킨 제품으로 수명은 15년 이상으로 보고 있으며, 정전기 발생 억제 작용이 강하여 오염이 잘 되지 않는 특성이 있어 제품의 수명이 길고 오염이 되지 않으므로 관리비가 들지 않고 항상 깨끗한 외관을 유지할 수 있다는 장점이 있다. 그러나 일반 천막지에 사용하는 고주파 발생 기계를 이용하여 접합 할 수 없어, 불소층을 특수한 기계를 사용하여 깎아낸 후 접합을 해야 하므로 일반 공장에서 접합하기가 어려우며 원단의 가격 및 가공비가 다소 비싸다는 단점이 있다.
	PVF의 단점은 무엇인가?	PVF는 불소수지를 필름화시킨 제품으로 수명은 15년 이상으로 보고 있으며, 정전기 발생 억제 작용이 강하여 오염이 잘 되지 않는 특성이 있어 제품의 수명이 길고 오염이 되지 않으므로 관리비가 들지 않고 항상 깨끗한 외관을 유지할 수 있다는 장점이 있다. 그러나 일반 천막지에 사용하는 고주파 발생 기계를 이용하여 접합 할 수 없어, 불소층을 특수한 기계를 사용하여 깎아낸 후 접합을 해야 하므로 일반 공장에서 접합하기가 어려우며 원단의 가격 및 가공비가 다소 비싸다는 단점이 있다. 양산실내체육관 지붕, 성남중앙공원 야외무대 객석에 사용되었다.

참고문헌 (7)

Heo, J. E., Jeon, G. Y., and Hong, W. H. (2009), Study on the Fire Risk Assessment in CBD based on the Characteristic Features of Fire Damage. Journal of the Architectural Institute of Korea. Structure & Construction, 22(3), 87-93.
Kang, J. W., and Lee, S. J. (2011), Deterioration Diagnosis of Surface and Coating Layer for Maintenance Managements of the Membrane Structure. Journal of the Korean Association for Spatial Structures, 11(1), 97-104.

원문보기 상세보기
Korean Association for Spatial Structures (2010), Design Code and Commentary for Membrane Structures, Kimoondang.
Tensinet Association (1984), European Design Guide for Tensile Surface Structures.
Vincent, B. G., and Khan, M. M. (1994), Full-scale Fire Test of a Tension Supported Membrane Structure, Factory Mutual Research Corporation, Technical Report.
Zhang, L., Zhu, G. Q., Zhu, G. W., and Han, R. S. (2013), Performance-based Fire Design of Air-supported Membrane Coal Storage Shed. Procedia Engineering, 52, 593-601.

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Zhang, Y. Y., Zhu, G. Q., and Yang, H. (2013), Experimental Research on Combustion Characteristics of Air-supported Membrane Materials. Procedia Engineering, 52. 624-629.

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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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