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- Figure 5(a)는 SGP 칸막이 벽체 수열부의 탄화 패턴을 분석한 결과 점화 후 수열부 강판면에 화염으로 인한 V자 패턴이 발생 되었고, 화염의 영향을 직접적으로 받은 부분에 서는 고온으로 인한 도금의 균열 및 변색, 내부 석고보드는 그을음과 파열이 발생하였지만 SGP 칸막이의 충진재로 사용되는 그라스울 솜(두께 50 mm, 열전도율 0.037 W/mK, 밀도 24 K)이 불연 재료로 열전달이 이루어지지 않아 탄화 흔만 발생되고 벽체 이면부까지는 영향을 주지 못해 Figure 5(b)처럼 이면부 벽지에 탄화의 흔적은 발견 되지 않았다. Figure 5(c)는 스터드 칸막이 벽체 수열부의 탄화 패턴을 분석한 결과 점화 후 220 s에 수열부를 중심으로 석고보드에 균열과 탈락현상이 발생하였고, 그로인해 내부 석고보드에도 화염으로 인한 균열과 그을음이 생겼으며 충진재로 사용되는 솜에는 용융 현상이 발생되었다.
제안 방법
- 따라서 본 논문에서는 KS F ISO 9705 (Room corner test)의 2/5 축소모델 2개 사이에 내부 구획 시 가장 많이 사용 되는 SGP칸막이, 스터드 칸막이, 그라스울 패널, 우레탄 폼 패널, 샌드위치 패널, 유리 칸막이를 실험시료로 선정하여, ISO 9705 시험기준에 따라 버너에 점화 전 측정 장치와 데이터의 기록한 뒤 120 s간 유지시켜 안정화를 취하고, 점화 후 600 s동안 열량 100 kW, 이후 600 s동안 열량 300 kW까지 증가하였다가 종료 후 180 s동안 관찰하여 이면부의 벽체 화재 패턴 및 온도변화를 측정하여 인접구획실의 화재 위험성을 분석하였다.
- 본 논문은 내부 구획 시 경량 칸막이 시공에 주로 사용되는 SGP 칸막이, 스터드 칸막이, 그라스울 패널, 우레탄폼 패널, 샌드위치 패널, 유리 칸막이에 ISO 9705 시험 기준에 따라 600 s간 100 kW, 이후 600 s간 300 kW를 인가하여 다음과 같은 결론을 도출하였다.
- 실험은 20 ± 3℃, 습도 50 ± 5% 환경조건에서 진행하였고, 경량칸막이 벽체를 통한 이면부 실의 화재위험성을 분석하기 위해 Figure 2와 같이 실험을 구성하였다.
- 총 시험시간 25 min 동안 다음과 같은 조건(개구부로 화염이 출화, 바닥면 열류량이 20 kW/m2을 초과, 연기층의 평균 온도가 600℃를 초과, 벽체의 파손)이 발생 하였을 경우 실험을 종료 하였다. 온도측정은 K-type열전대를 바닥으로부터 각각 268 mm, 388 mm, 508 mm, 568 mm, 628 mm, 688 mm, 840 mm 위치에 설치하였고, 열전대 트리는 화염부, 중앙, 개구부, 이면부 벽체에 설치하여 데이터수집장치(SmartDAC+GP20, Yokogawa Co., Japan)를 이용하여 측정하였다. 추가적으로 캠코더(HDR-CX405, Sony Co.
- 이때 열량의 기준은 ‘그라스울 샌드위치 패널의 화재 안전 성능에 대한 실험적 연구’ 논문에서는 콘칼로미터를 이용하여 산소 소모법으로 계산한 열량에 열 유속계의 값을 인용(15)하여 Figure 3(a)와 같은 조건으로 열 유속계의 값과 Figure 3(b)처럼 개구부의 온도를 기준으로 화재 실험을 진행하였다. 총 시험시간 25 min 동안 다음과 같은 조건(개구부로 화염이 출화, 바닥면 열류량이 20 kW/m2을 초과, 연기층의 평균 온도가 600℃를 초과, 벽체의 파손)이 발생 하였을 경우 실험을 종료 하였다. 온도측정은 K-type열전대를 바닥으로부터 각각 268 mm, 388 mm, 508 mm, 568 mm, 628 mm, 688 mm, 840 mm 위치에 설치하였고, 열전대 트리는 화염부, 중앙, 개구부, 이면부 벽체에 설치하여 데이터수집장치(SmartDAC+GP20, Yokogawa Co.
- , Japan)를 이용하여 측정하였다. 추가적으로 캠코더(HDR-CX405, Sony Co., Japan)를 이용하여 이면부 벽지의 탄화특성 등을 관찰하였다. 모든 실험은 5회 실시 후 평균값으로 나타내었고, 결과 분석 시 이면부의 온도와 벽지의 탄화패턴을 분석하였다.
- 화재실의 크기는 ISO 9705 실규모의 실험은 비용과 위험성측면에서 제한적이기 때문에 ‘구획 화재의 상사 법칙 유효성에 관한 수치해석 연구’ (14) 논문과 동일하게 환기 변수에 근거한 상사 법칙을 사용하여 ISO 9705 2/5 크기로 제작하였으며, 열량을 인가하는데 사용되는 점화원은 ISO 9705 크기(170 mm × 170 mm)의 샌드버너를 제작하였고, 프로판가스에 가스 조정기를 연결하여 일정하게 유지되도록 제어하였다.
대상 데이터
- Figure 1은 실험시료를 나타낸 것으로 방화구획 내부에서 구획하는데 주로 사용되는 경량칸막이 벽체로 SGP 칸막이, 스터드 칸막이, 그라스울 패널, 샌드위치 패널, 우레탄폼 패널, 유리 칸막이를 실험시료로 선정하였다. 실험시료의 크기는 ISO 9705 2/5 축소모델의 한쪽 벽면의 크기인 가로 1,500 mm, 세로 1,000 mm의 동일한 규격으로 제작하고자 했으나, 기존 석고보드의 폭 사이즈가 1,000 mm 시제품이 없어 SGP 칸막이, 스터드 칸막이의 경우 가로 1,500mm, 세로 800 mm 제작, 그라스울 패널, 샌드위치 패널, 우레탄폼 패널, 유리 칸막이는 가로 1,500 mm, 세로 1,000 mm 제작 후 이면부의 벽지를 부착하여 건조하였다.
- Figure 1은 실험시료를 나타낸 것으로 방화구획 내부에서 구획하는데 주로 사용되는 경량칸막이 벽체로 SGP 칸막이, 스터드 칸막이, 그라스울 패널, 샌드위치 패널, 우레탄폼 패널, 유리 칸막이를 실험시료로 선정하였다. 실험시료의 크기는 ISO 9705 2/5 축소모델의 한쪽 벽면의 크기인 가로 1,500 mm, 세로 1,000 mm의 동일한 규격으로 제작하고자 했으나, 기존 석고보드의 폭 사이즈가 1,000 mm 시제품이 없어 SGP 칸막이, 스터드 칸막이의 경우 가로 1,500mm, 세로 800 mm 제작, 그라스울 패널, 샌드위치 패널, 우레탄폼 패널, 유리 칸막이는 가로 1,500 mm, 세로 1,000 mm 제작 후 이면부의 벽지를 부착하여 건조하였다.
데이터처리
- , Japan)를 이용하여 이면부 벽지의 탄화특성 등을 관찰하였다. 모든 실험은 5회 실시 후 평균값으로 나타내었고, 결과 분석 시 이면부의 온도와 벽지의 탄화패턴을 분석하였다.
이론/모형
- 화재실의 크기는 ISO 9705 실규모의 실험은 비용과 위험성측면에서 제한적이기 때문에 ‘구획 화재의 상사 법칙 유효성에 관한 수치해석 연구’ (14) 논문과 동일하게 환기 변수에 근거한 상사 법칙을 사용하여 ISO 9705 2/5 크기로 제작하였으며, 열량을 인가하는데 사용되는 점화원은 ISO 9705 크기(170 mm × 170 mm)의 샌드버너를 제작하였고, 프로판가스에 가스 조정기를 연결하여 일정하게 유지되도록 제어하였다. 실험방법은 ISO 9705 시험 방법에 따라 계측기를 측정 상태에서 120 s 대기 후 점화 600 s 동안은 100 kW, 이후 추가 600 s 동안 300 kW 까지 증가, 시험 종료 후 180 s 간 측정하였다. 이때 열량의 기준은 ‘그라스울 샌드위치 패널의 화재 안전 성능에 대한 실험적 연구’ 논문에서는 콘칼로미터를 이용하여 산소 소모법으로 계산한 열량에 열 유속계의 값을 인용(15)하여 Figure 3(a)와 같은 조건으로 열 유속계의 값과 Figure 3(b)처럼 개구부의 온도를 기준으로 화재 실험을 진행하였다.
성능/효과
- 열량변화에 따른 벽체 이면부의 온도 측정 결과 벽체 별 재질의 특성에 따라 온도 상승 곡선이 다르게 나타나는 것을 확인 할 수 있었다. 1,500 s동안 실험 진행 결과 열전도율이 낮은 석고보드, 그라스울로 구성된 그라스울 패널이 최대 53.1 ℃, 스터드 칸막이 55.1 ℃, SGP 칸막이 67.7 ℃로 온도 변화의 폭이 가장 낮게 측정 되었고, 열전도율이 높고 내부 심재의 용융 및 탄화가 발생된 우레탄폼 패널 561 ℃, 샌드위치 패널 727.4 ℃, 유리 칸막이 630.5 ℃로 온도 변화의 폭이 가장 높은 것으로 나타났다. 또한 벽체 심재의 용융으로 인해 발생된 가연성 가스의 폭발로 최대 열 유속의 값은 샌드위치 패널 17.
- 1. 열량변화에 따른 벽체 이면부의 온도 측정 결과 벽체 별 재질의 특성에 따라 온도 상승 곡선이 다르게 나타나는 것을 확인 할 수 있었다. 1,500 s동안 실험 진행 결과 열전도율이 낮은 석고보드, 그라스울로 구성된 그라스울 패널이 최대 53.
- 2. 열량 변화에 따른 벽체 이면부 벽지의 탄화패턴이 전도열에 따라 다르게 나타나는 것을 확인 할 수 있었다. SGP 칸막이, 스터드 칸막이, 그라스울 패널은 이면부에서 별다른 탄화패턴이 발생하지 않았다.
- 이상과 같은 결과를 통해 현재 우리가 사용하고 있는 경량칸막이 벽체들은 방을 구획하고 나누는 역할에 충실할 뿐 화재를 가두거나 화재의 전파를 막는 용도로는 부족한 실정이다. 공장 내부 구획 및 공장 안에 임시 사무실 설치에 주로 사용되는 우레탄 패널, 샌드위치 패널의 경우 내부 심재의 용융으로 인해 생긴 가연성 가스로 폭발 발생 가능성을 확인할 수 있었고, 사무실에 디자인을 목적으로 주로 설치되는 유리 칸막이의 경우 파열 시간이 가장 빨라 화재 전파 위험성을 확인할 수 있었다.
- 전체적인 실험결과 SGP 칸막이, 스터드 칸막이, 그라스울 패널의 경우 낮은 열전도율로 인하여 벽체 이면부 벽지의 탄화 패턴이 발생되지 않아 인접구획실로의 화재 위험성은 낮아 보였지만 우레탄폼 패널, 샌드위치 패널의 경우 내부 심재가 용융되면서 발생되는 벽체의 붕괴, 두께의 감소, 가연성 가스 및 유독가스의 폭발 등으로 인해 이면부 벽지의 탄화패턴이 발견되어 인접구획실로의 화재 위험성을 확인 할 수 있었다. 또한 유리 칸막이의 경우 높은 전도열로 인한 이면부 벽지의 탄화현상과 수열부와 비수열부의 온도차이로 인해 발생되는 파열 현상이 가장 빨리 발생하여 실험에 사용된 벽체 중 가장 빠른 벽체 붕괴시간을 확 인 할 수 있었다.
- 9 kW/m2 까지 급격하게 상승하였다. 유리 칸막이의 경 우 높은 열전도율로 인해 온도 상승이 가장 빠르게 나타났으며, 유리가 파열되면서 파열 부위에 이면부 온도만 상승 하는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 우레탄폼 패널과 샌드위치 패널의 경우 심재의 용융 및 탄화하면서 발생된 가연성 가스와 두께의 감소로 인한 이면부의 온도 변화가 가장 컸으며 칸막이 유리의 경우 벽체의 높은 열전도율로 인해 실험 시작부터 온도가 상승하여 가장 빠른 벽체 파열을 보여 인접구획실로의 화재에 위험성이 높은 것으로 판단된다.
- 전체적인 실험결과 SGP 칸막이, 스터드 칸막이, 그라스울 패널의 경우 낮은 열전도율로 인하여 벽체 이면부 벽지의 탄화 패턴이 발생되지 않아 인접구획실로의 화재 위험성은 낮아 보였지만 우레탄폼 패널, 샌드위치 패널의 경우 내부 심재가 용융되면서 발생되는 벽체의 붕괴, 두께의 감소, 가연성 가스 및 유독가스의 폭발 등으로 인해 이면부 벽지의 탄화패턴이 발견되어 인접구획실로의 화재 위험성을 확인 할 수 있었다. 또한 유리 칸막이의 경우 높은 전도열로 인한 이면부 벽지의 탄화현상과 수열부와 비수열부의 온도차이로 인해 발생되는 파열 현상이 가장 빨리 발생하여 실험에 사용된 벽체 중 가장 빠른 벽체 붕괴시간을 확 인 할 수 있었다.
- 유리 칸막이의 경 우 높은 열전도율로 인해 온도 상승이 가장 빠르게 나타났으며, 유리가 파열되면서 파열 부위에 이면부 온도만 상승 하는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 우레탄폼 패널과 샌드위치 패널의 경우 심재의 용융 및 탄화하면서 발생된 가연성 가스와 두께의 감소로 인한 이면부의 온도 변화가 가장 컸으며 칸막이 유리의 경우 벽체의 높은 열전도율로 인해 실험 시작부터 온도가 상승하여 가장 빠른 벽체 파열을 보여 인접구획실로의 화재에 위험성이 높은 것으로 판단된다.
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