건축용 압출법 단열판(XPS)의 자기소화성에 대한 실험적 연구 및 제도적 관리에 관한 제언 Experimental Study on the Self-extinguishing Performance of Extruded Polystyrene Insulation for Buildings and Suggestions on Institutional Management원문보기
한국산업표준(KS)은 발포 플라스틱 제품에 대하여 소형화염에 의한 수평 연소성의 측정 방법 및 시험절차를 규정(KS M ISO 9772:2018)하고 측정 결과에 대한 압출법 단열판(이하 XPS)의 자기소화성과 관련한 성능 및 기준을 KS 규격(KS M 3808:2020)에서 규정하고 있다. KS 규격에 적합함을 인증 받은 제품은 연소성(이하 '자기소화성')을 가지고 있어야 함에도 공사현장에서 용접불티 등에 의해 착화 및 확산되어 대량의 인명과 재산 피해가 발생하고 있는 실정이다. 본 연구에서는 KS 인증을 받고 시중에 판매 중인 5개사의 XPS 단열재를 구입하여 공사현장에서 발생되는 용접불티에 의한 착화 및 확산 여부를 실험하였다. 실험결과, 5개사의 제품 중 3개사는 성능의 차이는 있으나 자기소화성이 있는 것으로 확인되었으나, 2개사는 쉽게 착화 및 확산되어 자기소화성이 있다고 보기 어려웠다. 동종의 제품에 대하여 KS 규정에 따른 실험결과, 용접불티에 의해 착화되었던 제품 2종을 포함한 총 3종의 제품이 KS M 3808에서 규정한 자기소화성이 없는 것으로 확인되었다.
한국산업표준(KS)은 발포 플라스틱 제품에 대하여 소형화염에 의한 수평 연소성의 측정 방법 및 시험절차를 규정(KS M ISO 9772:2018)하고 측정 결과에 대한 압출법 단열판(이하 XPS)의 자기소화성과 관련한 성능 및 기준을 KS 규격(KS M 3808:2020)에서 규정하고 있다. KS 규격에 적합함을 인증 받은 제품은 연소성(이하 '자기소화성')을 가지고 있어야 함에도 공사현장에서 용접불티 등에 의해 착화 및 확산되어 대량의 인명과 재산 피해가 발생하고 있는 실정이다. 본 연구에서는 KS 인증을 받고 시중에 판매 중인 5개사의 XPS 단열재를 구입하여 공사현장에서 발생되는 용접불티에 의한 착화 및 확산 여부를 실험하였다. 실험결과, 5개사의 제품 중 3개사는 성능의 차이는 있으나 자기소화성이 있는 것으로 확인되었으나, 2개사는 쉽게 착화 및 확산되어 자기소화성이 있다고 보기 어려웠다. 동종의 제품에 대하여 KS 규정에 따른 실험결과, 용접불티에 의해 착화되었던 제품 2종을 포함한 총 3종의 제품이 KS M 3808에서 규정한 자기소화성이 없는 것으로 확인되었다.
The Korea Industrial Standards (KS) stipulates methods and test procedures for measuring the horizontal combustibility of cellular plastics exposed to small flames (KS M ISO 9772:2018) and recommendations regarding the magnetic digestion of extruded polystyrene insulation (XPS) for measurement resul...
The Korea Industrial Standards (KS) stipulates methods and test procedures for measuring the horizontal combustibility of cellular plastics exposed to small flames (KS M ISO 9772:2018) and recommendations regarding the magnetic digestion of extruded polystyrene insulation (XPS) for measurement results (KS M 3808:2020). Although products that are certified to conform to KS standards must have burning characteristics (self-extinguishing), they are incinerated and spread by welds at construction sites, causing significant human and property damages. In this study, XPS produced by five companies, certified by KS, and sold in the market were purchased and tested for ignition and diffusion caused by a weld bullion at a construction site. The results showed that the five products had differences in performance. Three out of the five products were found to be self-saturated, but the other two were easily ignited and diffused, making it difficult for them to be self-extinguishing. Based on the result of this experimental investigation in line with the KS regulations, all the three types of products, including two types of products that were incinerated through weld defects, were found to be non-self-extinguishing, as specified in KS M 3808.
The Korea Industrial Standards (KS) stipulates methods and test procedures for measuring the horizontal combustibility of cellular plastics exposed to small flames (KS M ISO 9772:2018) and recommendations regarding the magnetic digestion of extruded polystyrene insulation (XPS) for measurement results (KS M 3808:2020). Although products that are certified to conform to KS standards must have burning characteristics (self-extinguishing), they are incinerated and spread by welds at construction sites, causing significant human and property damages. In this study, XPS produced by five companies, certified by KS, and sold in the market were purchased and tested for ignition and diffusion caused by a weld bullion at a construction site. The results showed that the five products had differences in performance. Three out of the five products were found to be self-saturated, but the other two were easily ignited and diffused, making it difficult for them to be self-extinguishing. Based on the result of this experimental investigation in line with the KS regulations, all the three types of products, including two types of products that were incinerated through weld defects, were found to be non-self-extinguishing, as specified in KS M 3808.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 시중에 판매 중인 건축용 압출법 단열판(XPS)에 대하여 우선 용접불티에 의해 착화되는지 여부를 확인한 후, KS 규정에 따른 시험을 통해 인증을 받은 사양과 동일한 제품이 유통되고 있는지 여부를 확인하기 위한 자기소화성 시험을 수행하였다.
본 연구에서는 시중에 판매 중인 KS 인증을 받은 5개사의 XPS에 대하여 공사현장에서 발생되는 용접불티에 의해 착화 및 확산 여부를 확인하고, 동종 제품에 대하여 KS M 3808 및 KS M ISO 9772에서 규정하고 있는 시험 방법에 따라 자기소화성 여부를 검토하고자 한다.
본 연구에서는 현재 시판 중인 건축용 XPS(압출법 단열판)에 대하여 용접불티에 의한 착화 및 확산에 따른 자기소화성에 대한 실화재 실험을 진행하였다. 그리고 XPS(Extruded Polystyrene; 압출법 단열판)의 연소성을 규정한 KS M 3808 및 시험방법을 규정한 KS M ISO 9772에 따라 연소성 시험을 진행한 후 관련 법령을 검토하여 다음과 같은 결론을 도출하였다.
제안 방법
각 Sample에 대하여 5회 반복시험을 실시하였다. KS M 3808은 XPS의 연소성 시험에서 인증 기준을 ‘가열시간을 포함하여 연소시간 120 s 이내이며, 연소 길이 60 mm 이하일 것’으로 규정하고 있다.
본 연구에서는 현재 시판 중인 건축용 XPS(압출법 단열판)에 대하여 용접불티에 의한 착화 및 확산에 따른 자기소화성에 대한 실화재 실험을 진행하였다. 그리고 XPS(Extruded Polystyrene; 압출법 단열판)의 연소성을 규정한 KS M 3808 및 시험방법을 규정한 KS M ISO 9772에 따라 연소성 시험을 진행한 후 관련 법령을 검토하여 다음과 같은 결론을 도출하였다.
시험편에 버너의 불꽃을 60 s 동안 접촉하였으며 60 s 경과 후 100 mm 이상 불꽃을 떨어뜨렸다. 그리고 시험편의 한쪽 끝에 불꽃을 60 s간 가하고, 가열 시간을 포함하여 불이 꺼질 때까지의 시간을 연소시간(s)으로 측정하고, 불이 꺼진 후 불꽃을 가한 시험편의 끝부분부터 탄 부분 중 가장 긴 부분의 길이를 연소길이(mm)로 측정하였다.
또한 작업자의 작업방법에 따라 불티가 튀는 양이 일정하지 않기 때문에 각 용접하는 시간은 용접불티에 의해 XPS에 충분히 착화되는 시점을 기준으로 11 s∼15 s 로 설정하였으며, 이후 스스로 소화될 수 있는지 여부를 확인하였다.
실험은 XPS 2장을 바닥에 놓은 상태에서 단열재 위에 2단 사다리를 놓고 사다리 사이에 있는 철재에 아크 용접기를 이용하여 임의로 용접불티를 발생시키는 방법으로 진행하였다. 실제 현장에서는 용접작업 높이가 다양할 수 있으나, 실험자의 안전과 용접불티에 의한 착화 및 확산 여부확인이라는 실험 목적을 고려하여 짧은 시간 내에 최대한 많은 양의 용접불티가 XPS에 떨어질 수 있도록 XPS에서 약 0.5 m 높이에서 용접작업을 하였다. 또한 작업자의 작업방법에 따라 불티가 튀는 양이 일정하지 않기 때문에 각 용접하는 시간은 용접불티에 의해 XPS에 충분히 착화되는 시점을 기준으로 11 s∼15 s 로 설정하였으며, 이후 스스로 소화될 수 있는지 여부를 확인하였다.
실험은 XPS 2장을 바닥에 놓은 상태에서 단열재 위에 2단 사다리를 놓고 사다리 사이에 있는 철재에 아크 용접기를 이용하여 임의로 용접불티를 발생시키는 방법으로 진행하였다. 실제 현장에서는 용접작업 높이가 다양할 수 있으나, 실험자의 안전과 용접불티에 의한 착화 및 확산 여부확인이라는 실험 목적을 고려하여 짧은 시간 내에 최대한 많은 양의 용접불티가 XPS에 떨어질 수 있도록 XPS에서 약 0.
그러나 Extruded polystyrene insulation (XPS; 압출법 단열판)와 같은 유기계 단열재는 석유화학제품 원료 특성상 인화성이 높은 소재이기 때문에 난연성능이 취약하여 근래의 건물 화재 확산의 원인으로 지목되기도 한다(1). 이를 보완하기 위해 초기 점화를 지연시키거나 불꽃이 스스로 꺼지도록 하는 자기소화성 첨가제, 난연제를 혼합하여 제조한다. 첨가형 난연제로는 할로겐계 난연제, 인계 난연제, 질소계 난연제와 무기계 난연제 등이 있다(2).
표에 기재된 용접시간은 작업자의 용접 방식에 따라 불티가 튀는 양의 차이가 발생하여 유사한 조건 상정을 위하여 XPS에 충분히 착화되기까지의 시간을 임의로 조정하여 11 s∼15 s 동안 진행하였다.
대상 데이터
자기소화성이 없는 건축물의 외벽 단열재는 용접불티 등의 작은 화염에 의해 쉽게 착화되고 급격한 화염확산으로 국민의 생명과 재산 피해가 빈번하게 발생하고 있는 것이 현실이다. 본 연구의 실험에 사용된 시료는 현재에도 시중에 다량 판매되고 있는 제품으로 언제든지 작은 점화원에 의해 대규모 화재를 유발할 수 있는 가능성을 가지고 있는 상태이다.
이론/모형
KS M 3808 규정에 따라 시험편은 5개를 세트로 하여 상온 (23 ± 2) ℃, 상대 습도 (50 ± 5)%에서 48 h 방치하였으며, 시험편의 길이는 150 mm, 폭 50 mm, 두께는 13 mm로 시험 규정에 따랐다.
성능/효과
결과적으로 KS인증을 받은 5종의 XPS 중 3개 업체에서는 KS 시험규정에 부적합한 제품을 제작하여 시중에 유통, 판매 중인 것으로 판단된다.
결과적으로 시중에 판매 중인 XPS 5종은 용접불티에 의해 쉽게 착화되는 것으로 확인된다. 하지만 3종은 자기소화성이 있어 2 s, 9 s, 2 s 후 자연소화 되는 반면, 2종은 시간이 지날수록 화염이 점차 확대되면서 소화기로 강제소화할 때까지 75 s, 60 s 동안 연소되어 자기소화성이 없음을 보여준다.
그리고 실물 실험에서 60 s 동안 연소되어 강제 소화했던 Sample C 역시 연소시간은 65 s, 98 s, 76 s, 82 s, 75 s로 규정 내에 있으나 연소길이가 115 mm, 150 mm, 110 mm, 122 mm, 113 mm 로 KS 규정에는 부적합한 것으로 확인되었다.
둘째, 실화재 실험을 실시한 5종의 제품에 대하여 KS M 3808 및 KS M ISO 9772에 따른 연소성 시험을 진행한 결과, 5종 중 3종은 KS M 3808의 연소시간 120 s 이내, 연소길이 60 mm 이하를 요하는 규정에 부적합한 것으로 확인되었다.
반면 Sample D 및 E는 잔염 연소시간이 0 s로 확인되어 연소시간 120 s 이내를 요하는 규정에 충족하였으며, 연소길이 또한 Sample D는 25 mm, 25 mm, 25 mm, 25 mm, 25 mm, Sample E는 35 mm, 31 mm, 26 mm, 32 mm, 32 mm 연소되어 KS M 3808 규정에 적합한 것으로 확인되었다.
셋째, 실화재 실험 및 KS 규정에 따른 시험 결과, 시중에 유통 중인 일부 제품은 KS인증 받을 당시의 제품과 사양이 다른 제품이 제조 및 판매되고 있는 것으로 판단된다.
시험 결과, 실물 실험에서 용접불티에 의해 착화 및 확산되었던 Sample A는 5회 실험 동안 연소시간은 143 s, 144 s, 145 s, 137 s, 126 s 로 모두 초과하였고, 연소길이 또한 모든 시험편이 150 mm 가 연소되어 인증기준을 초과하였다.
실물 실험에서는 착화 2 s 후 자연 소화되어 자기소화성이 있는 것으로 보인 Sample B는 본 시험에서는 연소시간은 96 s, 109 s, 95 s, 102 s, 106 s 로 규정에 적합했으나, 연소길이는 시험편 모두가 150 mm 연소되어 KS M 3808 규정에는 부적합한 것으로 확인되었다.
첫째, 시중에 유통 중인 KS인증을 받은 건축용 XPS 5종 중 2종은 용접불티에 의해 쉽게 착화 및 확산되어 자기소화성이 있다고 보기 어려움을 확인하였다.
공사업자와 용접공은 용접을 한 사실과 용접불티가 바닥으로 떨어진 사실은 인정 하면서도 외벽에 부착된 단열재는 KS인증을 받은 제품으로 자기소화성을 가지고 있어 용접불티로 착화되지 않는다고 주장하였다. 확인결과 화재 현장에서 사용된 XPS는 작업자의 주장과 같이 KS인증을 받은 제품이었으며, KS인증을 받기 위해서는 KS M 3808 및 KS M ISO 9772에 따라 자기소화성 여부에 대한 시험을 받아야 하는 것으로 확인되었다.
후속연구
넷째, 산업표준화법에 따른 인증기관의 시판품에 대한 현장조사 결과, 고의 또는 중과실로 인증심사기준에 부적합한 제품을 제조, 판매한 것으로 확인될 경우 인증기관은 관련기관에 고발 권한 할 수 있는 규정 및 엄격한 처벌 규정의 신설을 제언하고자 한다.
다시 말해서 인증심사 기준을 통과한 후 생산원가를 줄이기 위하여 고의로 난연제의 함량을 줄여 자기소화성이 없는 제품을 제조, 판매하였다 하더라도 행정처분만 가능하고 행정처분에 불응하였을 경우에만 형사처벌 대상이 될 수 있다는 것이다.
또한 KS 인증을 받은 제품에 대한 사후 관리에 관한 법령을 검토한 결과, 산업표준화법 및 시행령은 인증기관의 시판품 조사 결과 인증심사기준에 맞지 않아 품질이 부적합한 경우 개선명령, 표지정지 등 미온적인 행정처분만 규정하였을 뿐 별도의 처벌규정을 두고 있지 않았다. 따라서 산업표준화법에 따른 인증기관의 시판품에 대한 현장조사 결과, 고의 또는 중과실로 인증심사기준에 부적합한 제품을 제조, 판매한 것으로 확인될 경우 인증기관은 관련기관에 고발 권한 할 수 있는 규정 및 엄격한 처벌 규정의 신설을 제언하고자 한다.
이러한 단열재 역시 한국산업표준으로 자기소화성에 대해 규정하고 있으나 실효성은 장담하기 어렵다. 향후 단열재 전반에 대한 연구로 화재예방을 통한 국민의 생명과 재산 보호에 기여하고자 한다.
참고문헌 (14)
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J. S. Kang, K. S. Choi, H. J. Choi and M. J. Bae, "An Experimental Study on the Flame Retardant Performance of Plastic Foam Insulation", Proceedings of 2019 Annual Conference, The Society of Air-Conditioning and Refrigerating Engineers of Korea, pp. 485-492 (2019).
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