[논문]룸코너 시험을 이용한 배관용 보온재의 난연성능 분석

임옥근; 남동군; 장효연

doi:10.7731/kifse.2019.33.4.001

룸코너 시험을 이용한 배관용 보온재의 난연성능 분석
Evaluation of the Reaction-to-fire Performance of Pipe Insulation Material using Small Room Test 원문보기

한국화재소방학회 논문지= Fire science and engineering, v.33 no.4, 2019년, pp.1 - 8

임옥근 (한국소방산업기술원 기술연구소) , 남동군 (한국소방산업기술원 기술연구소) , 장효연 (한국소방산업기술원 기술연구소)

초록
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천장이나 배관에 설치된 보온재의 연소로 인해 화재가 확산되는 사례가 발생함에 따라 수계소화설비의 배관보온재는 난연재료 성능 이상의 것을 사용하고 있다. 배관보온재의 일부분을 시편으로 가공하여 난연성능을 평가하고 있지만 설치환경을 고려한 실규모시험을 통한 평가는 이루어지지 않고 있다. 본 연구에서는 국내에서 널리 사용되고 있는 발포폴리에틸렌폼 및 고무발포보온재를 실규모 시험기준인 ISO 20632에 따라 시험하고 유럽의 난연성능 분류 기준과 비교하였다. 배관보온재 재료별로 상이한 난연성능을 보였으며, 특히 발포폴리에틸렌폼보온재의 경우 시공방법에 따라 화재성장율 및 열방출율이 달라졌다. 화재발생 시 배관보온재로 인한 연소확산을 지연시키기 위해서는 설치하는 대상공간의 특성을 고려한 난연성능 적용이 필요하며, 시공 시 사용하는 접착제와 테이프 등 부자재의 난연성 또한 고려해야 함을 확인할 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

Reaction-to-fire performance of pipe insulation materials should be approved in accordance with KS standards prior to installing water-based suppression systems because several fire accidents are initiated from insulation materials around ceilings or concealed space. A small room test to evaluate the reaction-to-fire performance of the polyethylene foam and elastomeric pipe insulation materials was conducted according to ISO 20632. Different fire growth rate and heat release rate are observed depending on the materials and construction methods. In order to improve a fire safety, the reaction-to-fire performance of pipe insulation material needs to be subdivided with regard to the heat release rate and smoke generation. Furthermore, the characteristics of the applying space are also required to be considered. Subsidiary materials for installation process such as tape and adhesive are found to provide an adverse effect to maintain a fire safety.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 국내에서 사용되고 있는 배관보온재의 난연성능이 유럽의 분류기준과 비교할 때 어느 정도 수준인지를 파악하고, 반자 내부공간을 통해 전파되는 화재확산을 지연시키기에 적합한지에 대한 분석이 필요하다. 본 논문에서는 국내에서 주로 사용되고 있는 배관보온재를 실제 설치환경을 고려한 실규모 화재시험을 통해 어느정도의 난연성능이 있는지에 대해 분석하고자 한다.

가설 설정

FIGRA는 시편의 최대 열방출율을 그 때의 시간으로 나눈 것으로 W/s의 단위로 표현한다. ISO 20632 시험에서 100 kW 및 300 kW의 열량을 10분씩 가하기 때문에 각각 900 kW 및 700 kW의 열방출율이 발생하는 경우를 플래쉬 오버 발생시점으로 가정한다. Sundstorm 등⁽¹¹⁾은 동일한 재질의 배관보온재를 단일연소시험과 룸코너 시험을 통해 얻은 FIGRA값을 비교하여 선형적인 관계가 있음을 확인하였다.
무은박 발포폴리에틴렌폼보온재에 적색 매직테이프를 이용하여 시공한 경우를 가정하여 실규모 화재실험을 수행했다. 시험결과 은박 발포폴리에틸렌폼보온재와 동일하게 내부에 설치된 보온재가 모두 연소하였고 바닥에는 Figure 9(d)와 같이 검은색의 연소흔적 및 생성물을 확인할 수 있었다.

제안 방법

국내에서 일반적으로 사용되고 있는 난연성능시험을 통과한 발포폴리에틸렌폼보온재와 고무발포보온재에 대해 수직화염전파특성과 실제 설치환경을 고려한 실규모 시험을 통해 열방출율을 측정하고 유럽기준에 따라 난연성능을 분류했다. 발포폴리에틸렌폼보온재의 경우 현장의 시공상황에 따라 은박이 입혀진 경우와 매직테이프로 시공한 경우로 구분하여 평가하였다.
국내에서 일반적으로 사용되고 있는 난연성능시험을 통과한 발포폴리에틸렌폼보온재와 고무발포보온재에 대해 수직화염전파특성과 실제 설치환경을 고려한 실규모 시험을 통해 열방출율을 측정하고 유럽기준에 따라 난연성능을 분류했다. 발포폴리에틸렌폼보온재의 경우 현장의 시공상황에 따라 은박이 입혀진 경우와 매직테이프로 시공한 경우로 구분하여 평가하였다.
1 MJ의 열량이 발생하는 것을 기반으로 한 산소소모법을 이용해 측정할 수 있다. 본 연구에서는 룸코너 시험기(Room corner tester)를 사용하여 연소시 발생하는 산소와 이산화탄소를 고려한 산소소모계수(Oxygen depletion factor)로 다음과 같이 열방출율 (#)을 측정했다.
ISO 11925-2 시험(Reaction to fire tests-Ignitability of products subjected to direct impingement of flame)은 담뱃불과 같은 작은 화염이 일정시간(15 s, 30 s) 가해졌을 때 재료의 수직연소특성을 평가하기 위한 것이다. 작은 크기의 시편(너비 90 ± 2 mm, 길이 250 ± 2 mm, 두께 60 mm 이하)을 수직으로 지그에 장착하여 평가기준에 따라 불꽃을 가한 뒤 연소된 길이를 측정하여 난연성능을 평가한다. EN 13501-1⁽⁷⁾ 기준에서는 배관보온재의 경우 표면접염 30 s간 수직으로 전파된 가장 높은 위치까지의 거리가 150 mm 이내여야 D등급 이상의 난연성능을 가지는 것으로 정의되어 있다.
ISO 20632 시험(Reaction-to-fire tests – Small room test for pipe insulation products or systems)은 배관보온재의 설치환경을 고려한 시험 방법으로 ISO 9705 룸코너 시험기 내부에 약 90 m의 배관보온재를 Figure 5과 같이 설치하여 구획 공간 뒤편 안쪽에 위치시킨 샌드버너로 점화하여 열방출율, 연기발생량 등을 측정하여 난연성능을 평가한다. 호칭경 15 A의 강관에 두께 25 mm∼50 mm 범위의 배관보온재에 대해 평가하며, 프로판 가스로 10 min간 100 kW, 그 후 10 min간 300 kW로 점화하여 총 20 min간 시험하여 샌드버너로부터 1.2 m 이내의 불똥이나 흔적 등의 현상 또한 관찰한다. 난연성능은 플래쉬오버 발생하는 시간을 기점으로 분류하며 Fire growth rate (FIGRA) 및 Smoke growth rate (SMOGRA) 값으로 정의된 등급에 따라 결정된다⁽¹¹⁾.

성능/효과

2 MW의 최대열방출율을 보였다. Ultra fast 성장화재보다 더 급격한 화재성장율을 보였으며, 은박 발포폴리에틸렌폼보온재와 동일하게 유럽의 분류기준에서는 Class E로 평가되었다.
국내에서는 반자내부를 방화구획만으로 분리하기 때문에 화재발생 시 화염이 넓은 공간으로 빠르게 확산될 우려가 있다. 따라서 이런 급격한 화염전파를 지연시켜 피난시간을 확보하기 위해서는 유럽에서와 같이 공간적인 특성을 고려하여 구획함과 동시에 배관보온재의 난연성능을 세분화 하는 등 건축물의 위험성을 종합적으로 감안하여 적용하는 것이 필요함을 확인 할 수 있었다.
배관보온재의 설치환경을 고려한 실규모 시험을 통해 국내에서 가장 많이 사용되고 있는 배관보온재의 난연성능을 유럽기준에 따라 분류하면 발포폴리에틸렌폼보온재의 경우 Class E를, 고무발포보온재의 경우 Class C 등급을 가짐을 확인하였다. 산소소모법에 의한 열방출율 분석 결과 동일한 발포폴리에틸렌폼보온재를 시험한 경우에도 시공조건에 따라 화재성상이 다르게 나타났다.
배관보온재의 설치환경을 고려한 실규모 시험을 통해 국내에서 가장 많이 사용되고 있는 배관보온재의 난연성능을 유럽기준에 따라 분류하면 발포폴리에틸렌폼보온재의 경우 Class E를, 고무발포보온재의 경우 Class C 등급을 가짐을 확인하였다. 산소소모법에 의한 열방출율 분석 결과 동일한 발포폴리에틸렌폼보온재를 시험한 경우에도 시공조건에 따라 화재성상이 다르게 나타났다. 무은박제품에 매직테이프로 시공한 경우 시험 초기 급격한 열방출율을 보이며 룸코너시험기 내부에 설치된 약 90 m의 보온재가 10 min 이내 모두 연소하였다.
시험 시작 후 10 min 간의 샌드버너 발열량을 제외한 총 방출열량은 은박 발포폴리에틸렌폼보온재, 무은박 발포폴리에틸렌폼보온재, 그리고 고무발포보온재가 각각 91 MJ, 280 MJ, 24 MJ로 보온재의 재질과 시공방법에 따라 화재성상이 다르게 나타남을 확인할 수 있었다.
시험 시작 후부터 열방출율이 급격히 증가하여 약 40 s 경과 후 전실화재가 발생했고, 약 120 s 경과 후에는 2.2 MW의 최대열방출율을 보였다. Ultra fast 성장화재보다 더 급격한 화재성장율을 보였으며, 은박 발포폴리에틸렌폼보온재와 동일하게 유럽의 분류기준에서는 Class E로 평가되었다.
은박이 있는 발포폴리에틸렌폼 보온재 표면에 ISO 11925-2의 시험기준에 따라 30 s간 접염하여 그을린 자국을 관찰한 결과 수직화염전파거리가 150 mm를 넘지 않아 수직화염전파성능을 충족하였다. Figure 7(b)와 같이 은박 부분에 약간의 그을린 자국이 발생할 뿐 심재는 거의 연소하지 않았다.
은박제품의 경우 시험시작 1 min 후에 약 700 kW까지 급격한 열방출율을 보이고 소강상태를 거친 뒤 플래쉬오버에 이르렀다. 제품 표면의 은박이 샌드버너 및 주위의 보온재가 연소하면서 발생하는 복사열을 일부분 차단하는 효과를 보였으며 지속적으로 가해진 복사열에 의해 접염되지 않은 부분의 보온재가 시험시작 14 min 후에 동시에 연소하여 전실화재를 일으켰다. 동일한 제품을 사용하더라도 시공방법에 따라 화재위험성이 다르게 나타나기 때문에 배관보온재 재료의 난연성능 뿐만 아니라 예상하는 난연성능을 확보할 수 있도록 시공방법에 대한 작업표준이 또한 필요한 것으로 판단된다.

참고문헌 (12)

E. P. Lee, "Analysis of the Working Conditions of Screen Fire Shutters in the Goyang Bus Terminal Fire", Fire Science and Engineering, Vol. 32, No. 2, pp. 82-91 (2018).

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O. K. Lim, D. Nam and J. Jeong, "Study on Reactionto-fire Performance of Pipe Insulation Materials", Proceedings of 2019 Spring Annual Conference, Korean Institute of Fire Science & Engineering, pp. 139-140 (2019).
C. K. Chang, Y. H. Yoo, H. S. Kim and J. O. Park, "An Experimental Study on a Fire Evaluation of the Interior Space of a Ceiling For Station", Journal of Korean Fire Investigation Society, Vol. 6, No. 3, pp. 1-12 (2015).
The International Code Council (ICC), "2018 The International Building Code", ICC, USA (2017).
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NFPA 101, "Life Safety Code", 2018 Ed., National Fire Protection Association (NFPA), USA (2018).
BS EN 13501-1:2007+A1:2009, "Fire Classification of Construction Products and Building Elements - Part 1: Classification Using Data from Reaction to Fire Tests", British Standard Institution (BSI), London, UK (2009).
D. H. Kim and B. Park, "The survey on the Insulation Status of Heating Pipes Installed in Apratment Complex", Proceedings of 2009 Winter Annual Conference, The Society of Air-Conditioning and Refrigeration Engineers of Korea, pp. 662-665 (2009).
BS EN ISO 11925-2:2010, "Reaction to Fire Tests - Ignitability of Products Subjected to Direct Impingement of Flame Part 2: Single-flame Source Test", British Standard Institution (BSI), London, UK (2010).
ISO 20632, "Reaction-to-fire Tests - Small Room Test for Pipe Insulation Products or Systems", International Organization for Standardization (ISO), Switzerland (2008).
B. Sundstorm, P. Hees and P. Thureson, "Results and Analysis from Fire Tests of Building Products in ISO 9705, the Room/Corner Test", SP Report 1998:11, Swedish National Testing and Research Institute (1998).
Y. I. Kim, K. S. Chung, H. Oh, S. Suh, J. Oh and B. Park, "Research on Improvement of Insulation Construction Performance", Proceedings of 2009 Winter Annual Conference, The Society of Air-Conditioning and Refrigeration Engineers of Korea, pp. 336-341 (2009).

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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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