초록 ▼

연구목적
○ 제한 규정이 없이 시판되고 있는 외장재에 대해 중·소형 및 실대형 화재실험을 통한 화재위험성평가로 외장재 기준을 설정하고, 그 결과에 따라 외장재 시공 건축물에 대해 사전에 실건축물의 화재모델링으로 화재위험성 평가를 실시하여 사전에 위험을 차단하여, 수직확산화재 예측 모델, 외장재 화재 억제기술 및 외장재 건축물 관리기술의 개발을 통해 인명·재산피해의 최소화를 실현하도록 매뉴얼을 제시함.
연구내용
○ 화재 및 열물성 실험 결과를 이용한 외장재 내부 열전달 모델 개발
- 외부 화원 및 재료에 따른 외

연구목적
○ 제한 규정이 없이 시판되고 있는 외장재에 대해 중·소형 및 실대형 화재실험을 통한 화재위험성평가로 외장재 기준을 설정하고, 그 결과에 따라 외장재 시공 건축물에 대해 사전에 실건축물의 화재모델링으로 화재위험성 평가를 실시하여 사전에 위험을 차단하여, 수직확산화재 예측 모델, 외장재 화재 억제기술 및 외장재 건축물 관리기술의 개발을 통해 인명·재산피해의 최소화를 실현하도록 매뉴얼을 제시함.
연구내용
○ 화재 및 열물성 실험 결과를 이용한 외장재 내부 열전달 모델 개발
- 외부 화원 및 재료에 따른 외장재 내부 온도변화 예측
○ 외장재 수직확산 실대형 화재실험장비 및 온도변화 예측
- IRC(캐나다),BRE(영국) 외장재 수직확산 실험장비 조사·분석
- 기존 라지스케일칼로리미터와의 연동 제작 및 초기화
○ 화재모델링에 필요한 외장재의 화재물성 DB 구축
- 외장재 내부 실험결과를 이용하여 화재물성 예측용 툴 개발
- k, p , Cp, E, A, △Hc, △HRR 등 화재모델링 수행에 필수 인자 DB
○ 실대형화재실험에 대한 모델링 구현
- 구성재료，점화원， 시험체 크기， 확산경로 모델링 등
- 실대형화재실험 데이터를 활용하여 모델링 화재물성 DB 최적화
○ 실물실험 모델링 결과 분석
- 물성 DB, 화재성상，모델링 인자 등
○ 실증적 실대형화재실험 수행
- 실험장치별 소재 드로잉 및 가공
- 라지스케일칼로리미터와 수지확산화재 실험장비를 통한 실증 실험
○ 외장재 화재 설비의 실대형화재실험 적용성 판단 및 실험
- 관련 법규 및 자료 검토
- 실대형화재실험 적용 드렌처설비 등 설계, 발주, 제작, 입고 및 설치
- 실험 수행
○ 외장재 화재 드렌처 설비 화재 모델링
- 실대형실험에 대한 모사
- 결과 분석
○ 외장재 수직화재확산에 대한 예측시스템 신뢰성 검증
- 모델링 결과의 신뢰성 검증을 위한 실대형 화재 검증 실험 수행
- 실험결과와 모델링 결과와의 비교·분석
- 실험 및 모델링 결과에 따라 외장재 화재성능평가에 적합한 화재실험방법 및 평가요소 제시
○ 외장재 수직화재확산 예측시스템 및 외장재 화재 진압 매뉴얼 제시
- 외장재 수직화재확산에 대한 예측시스템 제시
- 외장재 수직화재확산에 대한 화재 진압 매뉴얼 제시
○ 건축 외장재 기준 제시
- 건축물 외장재 화재확산 방지를 위한 기준 제시(건축법, 소방법 등)
- 외장재의 화재성능(열방출률, 총방출열량 등) 기준 제시
○ 외장재 설비 기준 제시
- 미국Code 검토, 국내·외 설계 및 시공사례 분석, NFSC 관계법규 정비
- 건축물 외장재 기준과 연계된 설비 기준 제시
○ 화재물성(k, p, Cp, E, A 등) DB구축에 대한 신뢰성 검증
- 모델링 결과의 신뢰성 검증을 위한 소형, 중형 화재 검증 실험 수행
- 실험결과와 모델링 결과와의 비교·분석
○ 화재시나리오 작성 및 시나리오에 의한 모델링
- 외장재관련 화재 자료조사, 분석, DB, 시나리오 확정 및 작성
- 시나리오에 의한 모델링 실시
기대효과 및 활용방안
○ 건축물 외장재 기준 설정으로 화재에 취약한 외장재의 남용을 차단
○ 외장재 관련법규를 정비하여 실질적인 관리체계 구축이 가능
○ 외장재의 수직확산방지기술 개발로 설계 및 시공을 위한 화재안전기술 확보
○ 외국관련 기술과 동등한 기술수준에 도달하여 건축물 외장재 화재안전기술에 대한 기술 수입에 대하여 관련 산업분야의 매출증가와 고용창출 유도
○ 화재성능평가 관련업체에 보급이 가능하여 수입에 의존하던 화재평가장비에 대한 수입대체효과 창출 가능
○ 화재모델링을 통한 외장재 화재 예측모델 개발로 시행착오를 최소화한 안전화곱가 가능
○ 외장재 화재에 대한 화재진압 매뉴얼 개발로 거주자에 대해 삶의 질 제고

Abstract ▼

Ⅰ. Tittle
Development of a Vertical Fire Spread Prevention Technology on a Building Exterior Material
Ⅱ. Study Purpose
1. This study aims to analyze risk factors through a classification of exterior materials, an analysis of fire cases on exterior materials, a survey of fire sites, etc. for

Ⅰ. Tittle
Development of a Vertical Fire Spread Prevention Technology on a Building Exterior Material
Ⅱ. Study Purpose
1. This study aims to analyze risk factors through a classification of exterior materials, an analysis of fire cases on exterior materials, a survey of fire sites, etc. for the development of a vertical fire spread prevention technology on a building exterior material, establish a database on material property values by carrying out a small and medium experiment for this, and forecast a fire risk through modeling according to a scenario by using this.
2. In addition, this study aims to develop an outer wall protection head through performance experiment verification in a water spray pattern experiment and a full-scale fire experiment at an actual building for development of a outer wall fire combustion spread prevention system in terms of an active system that can control a vertically spreading fire through an outer wall in case of a fire on the exterior materials.
3. This study also aims to present an exterior material performance criterion and promote its legislation by carrying out a small and medium experiment, a thermal material property experiment and a full-scale fire experiment through selecting an exterior material with a high fire risk among various exterior materials, and present a manual to realize the minimization of damage to human life and property through an exterior material fire suppression measure and exterior material building control technology.
4. The fire accidents on the exterior wall are gradually increasing. Number of cases in 2007 reached 1629 and in 2008 reached 1829 however, there are lack of countermeasures. Therefore, fire safety standards of buildings’ exterior wall material is required in order to prevent a damage caused by fire accident.
5. In domestic, fire safety standards for buidlings’ exterior wall materials is not established yet thus, the risk of fire is exposed. In advanced countries, however, fire safety standards for buidlings’ exterior wall materials have been applied through fire safety experiments.
6. Foreign technology makes inroads into domestic technology will be prevented by securing domestic technology through the development of vertical fire spread prevention technology of building exterior, standardization of experimental method and legislation of fire safety standards.
7. Among the construction products that increase domestic applications recently, products such as polystyrene foam and polyurethane insulation contain organic materials which are venerable against fire and subsequent risk of rapid spread of fire exists. However, technologies to secure fire safety for these products has not yet been introduced in Korea.
8. Some advanced countries in Europe and North America actively cope to prevent fire spread of exterior building products. The actions would include 1. evaluation in various aspects through fire tests and modelling. 2. fire safety achievement through compliance of appropriate building codes and 3 prevention of fire spread by the application of performance based design.
9. The purpose this research is to secure fire safety upon the application of achieved fire characteristics and testing methods for exterior building products that are necessary to develop vertical flame spread prevention.
Ⅲ. Study Content
1. An analysis of fire cases on an exterior material and a review of their legal criterion
1) This study analyzed supplementation items by extracting risk factors and reviewing the legal criterion of domestic and overseas exterior materials through an analysis of fire cases on exterior materials, a survey of fire sites, a classification of exterior materials, etc.
2. A risk evaluation experiment through a small and medium experiment
1) A combustion performance experiment on a nonwoven color fabric
2) A room corner test and large-scale calorimeter experiment for an air-conditioner condenser
3) An experiment on the combustion properties of an aluminum composite panel for a noncombustible material and a general material
4) An anti-flaming performance experiment for an outer insulation system
3. Development of an outer wall fire combustion spread prevention head and system
1) Development of a private head to control a fire on an exterior material based on the American NFPA code
2) An experiment on the design of a building outer-wall fire combustion spread prevention system and the verification of its performance
4. Evaluation of the full-scale vertical fire spread performance of a building exterior material
1) An experiment for the fabrication of ISO 13785-2 "Reaction-to-Fire tests for facades-Part 2 Large-scale test" equipment and the grading of the performance criterion for exterior materials
5. Presentation of an exterior material fire suppression system manual
1) Proposition of a control and suppression plan in case of a fire on the exterior material of a high-rise building
6. Execution of fire molding for an exterior material
1) Prediction of a fire property through modeling according to a scenario using an exterior material database
7. Presentation of a criterion related to exterior materials and promotion of its legislation
1) Promotion of the KS standardization of ISO 13785-2 and promotion of an exterior material related law
8. Building Exterior Wall Assemblies Standard Analysis
1) Domestic Building Exterior Wall Assemblies Standard Analysis
2) Global Building Exterior Wall Assemblies Standard Analysis
9. Development for Real Scale Fire Tester of Building Exterior Wall Assemblies
1) Global Real Scale Fire Test Methods of Building Exterior Wall Assemblies Analysis
2) Development for Real Scale Fire Tester of Building Exterior Wall Assemblies
10. Real Scale Fire Test of Building Exterior Wall Assemblies
1) Real Scale Fire Test of Building Exterior Wall Assemblies
2) Fire Spread Index of Building Exterior Wall Assemblies
11. Classification, characterization and analysis of building exterior materials
12. Evaluation of fire characteristics of building exterior materials
1) Small and medium scale fire tests and thermal property tests results
2) Establishment of data base needed for fire modeling of building exterior materials
3) Weathering performance of building exterior materials
4) Fire performance of Dry vit coated with flame retardants
5) Fire risk evaluation of exterior shade
13. Fire performance testing methods of building exterior materials
14. Development of an internal heat transfer model based on fire and thermal characteristic test results

목차 Contents

• 제출문 ... 1
• 요약서(초록) ... 2
• 요약문 ... 4
• SUMMARY ... 9
• 차례 ... 16
• 그림차례 ... 27
• 표차례 ... 51
• 제 1 장 서 론 ... 61
• 1.1 연구의 목적 ... 61
• 1.2 연구개발의 내용 및 범위 ... 64
• 1.2.1 1차년도 (2010.07.01 ~ 2010.12.31) ... 64
• 1.2.2 2차년도 (2011.01.01 ~ 2012.06.30) ... 65
• 1.3 연구개발 추진체계 ... 68
• 1.4 연구 기대효과 ... 71
• 제 2 장 화재통계 분석 및 외장재 화재 사례 ... 73
• 2.1 건축물 용도별 외벽화재 통계 ... 73
• 2.1.1 2007년 외벽화재 통계 ... 73
• 2.1.2 2008년 외벽화재 통계 ... 74
• 2.1.3 2009년 외벽화재 통계 ... 75
• 2.1.4 2010년 외벽화재 통계 ... 76
• 2.1.5 2011년 외벽화재 통계 ... 77
• 2.2 화재통계 분석 ... 78
• 2.2.1 최근 5년간 화재발생현황 분석 ... 78
• 2.2.2 발화장소별 화재발생현황 분석 ... 79
• 2.2.3 외벽화재 발생현황 분석 ... 80
• 2.2.4 건축용도별 외벽화재 발생현황 분석 ... 81
• 2.3 외장재 화재 사례 ... 84
• 2.3.1 외국사례 ... 84
• 2.3.2 국내사례 ... 97
• 제 3 장 외장재 분류 및 현장조사 ... 110
• 3.1 외장재 분류 ... 110
• 3.1.1 유리 커튼월 ... 110
• 3.1.2 금속패널 ... 111
• 3.1.3 석재류 ... 117
• 3.1.4 타일류 ... 118
• 3.1.5 도장 ... 118
• 3.1.6 목재류 ... 119
• 3.1.7 콘크리트(Concrete) ... 120
• 3.1.8 드라이비트 ... 120
• 3.1.9 압출성형 시멘트 (Autoclaved cement extrusion) ... 121
• 3.2 외장재의 현장조사 ... 123
• 3.2.1 Sampling 기법을 이용한 현장조사 ... 123
• 3.2.2 외장재 현장조사 중 위험요소 ... 127
• 3.3 부산 해운대 우신 골든스위트 현장조사 ... 130
• 3.3.1 건축물 개요 ... 130
• 3.3.2 화재개요 및 일반사항 ... 130
• 3.3.3 현장조사일정 ... 132
• 제 4 장 관련이론 ... 133
• 4.1 국내·외 외장재 법적기준 ... 133
• 4.1.1 국내 외장재 법적기준 ... 134
• 4.1.2 국외 외장재 법적기준 ... 138
• 4.2 화재의 성상 ... 141
• 4.2.1 화염전파이론 ... 141
• 4.2.2 복사열전달 이론 ... 142
• 4.3 외장재 화염 수직확산 이론 ... 144
• 4.3.1 화염의 수직확산 개요 ... 144
• 4.3.2 개구부를 통한 화염의 분출 ... 150
• 4.3.3 방화성능 측면에서 본 외벽 개구부의 특성 ... 163
• 4.4 화재모델링 이론(Ver. FDS5.3.3) ... 165
• 4.4.1 화재모델링의 분류 ... 165
• 4.4.2 FDS 개요 ... 166
• 4.4.3 FDS 특성 ... 166
• 4.4.4 입력데이터 및 물성데이터 ... 168
• 제 5 장 위험인자 위험성 평가 실험 ... 169
• 5.1 칼라부직포 연소실험 ... 169
• 5.1.1 칼라부직포의 화재위험성 ... 169
• 5.1.2 칼라부직포의 분류 및 제조공정 ... 170
• 5.1.3 칼라부직포의 연소실험 ... 173
• 5.1.4 실험결과 ... 186
• 5.2 에어컨디셔너 실외기 연소실험 ... 187
• 5.2.1 에어컨디셔너 실외기의 구조 및 역할 ... 187
• 5.2.2 화재 위험성 및 화재사례 ... 188
• 5.2.3 가정용 소형 에어컨디셔너 실외기 연소실험 ... 190
• 5.2.4 멀티형 에어컨디셔너 실외기 연소실험 ... 203
• 5.2.5 실험결과 ... 218
• 5.3 난연소재와 일반소재 알루미늄복합패널의 연소특성 ... 219
• 5.3.1 연소실험의 개요 ... 219
• 5.3.2 알루미늄복합패널의 연소실험 ... 219
• 5.3.3 결론 ... 231
• 5.4 외단열시스템 방염 성능실험 ... 233
• 5.4.1 개요 ... 233
• 5.4.2 외벽 마감재의 건축법 규정 ... 235
• 5.4.3 방염 ... 235
• 5.4.4 방염처리한 외단열시스템의 화재안전 성능평가 실험 ... 237
• 5.4.5 시험결과 및 분석 ... 242
• 제 6 장 외장재의 수직화재 확산 방지를 위한 외장재 시공방법 제시 ... 247
• 6.1 외장재 설치부분의 화재확산 ... 247
• 6.1.1 연돌효과 ... 247
• 6.1.2 부력 ... 250
• 6.1.3 바람의 영향(Wind Effect) ... 251
• 6.2 창호부분 관통부로의 화재확산 ... 256
• 6.2.1 연소확대 경로 ... 256
• 6.2.2 틈새의 구획 규정 ... 259
• 6.3 화재확산의 차단방법 개발 ... 261
• 6.3.1 외장재 설치 부분의 풍속측정 ... 261
• 6.3.2 외장재 설치부분의 연돌효과에 대한 모델링 ... 266
• 6.3.3 화재확산 차단을 위한 외장재 시공방법의 제안 ... 269
• 제 7 장 외장재 연소확대방지용 헤드 개발 ... 271
• 7.1 헤드개발 ... 271
• 7.1.1 실험개요 ... 272
• 7.1.2 실험장치의 구성 ... 272
• 7.1.3 헤드실험과정 ... 275
• 7.1.4 실험 결과 ... 284
• 7.2 실제건축물의 헤드성능평가 실험 ... 288
• 7.2.1 실험 개요 ... 288
• 7.2.2 실험장치의 구성 ... 290
• 7.2.3 헤드성능평가 실험과정 ... 291
• 7.2.4 실험결과 ... 292
• 7.3 결 론 ... 297
• 제 8 장 건물의 외벽화재 연소확대 방지 시스템 제안 ... 298
• 8.1 건물의 외벽화재 연소확대 방지 시스템의 개요 ... 298
• 8.1.1 시스템의 개요도 ... 298
• 8.1.2 설계기준 ... 300
• 8.1.3 화재안전기준(NFSC)의 적용 제안 ... 301
• 8.2 건물의 외벽화재 연소확대 방지 시스템 ... 318
• 8.2.1 시스템의 구성 ... 318
• 8.2.2 시스템 설계 ... 320
• 8.2.3 외벽방호용 시스템 공사비 산정 ... 326
• 8.3 건물의 외벽화재 연소확대 방지 시스템의 소화성능 검증 ... 329
• 8.3.1 화재실험 장치 및 실험방법 ... 329
• 8.3.2 건물 외벽화재 연소확대 방지 시스템의 소화 성능검증을 위한 실험 ... 336
• 8.3.3 헤드의 외벽설치에 따른 미관의 고려 ... 363
• 8.4 실대형 외장재 소화설비 모델링 ... 366
• 8.4.1 개요 ... 366
• 8.4.2 모델링 결과 ... 368
• 제 9 장 외장재 화재 진압 매뉴얼 제시 ... 373
• 9.1 서 론 ... 373
• 9.2 초고층건축물의 정의·현황 및 화재사례 ... 375
• 9.2.1 초고층 건축물의 정의 ... 375
• 9.2.2 국내·외 초고층 건축물의 현황 ... 376
• 9.2.3 국내·외 초고층 건축물의 화재사례 ... 380
• 9.3 초고층 건축물의 화재진압에 대한 문제점 ... 395
• 9.4 초고층 건축물의 화재진압 방법 ... 400
• 9.4.1 초고층 건축물의 물리적 특성 ... 400
• 9.4.2 국내·외의 화재진압 방법 ... 401
• 9.5 초고층 외장재 화재 시 진압대책 제안 ... 417
• 9.5.1 화재 진압 및 인명구조 방법 개선 ... 417
• 9.5.2 특수 소방시설 설치 방안 ... 428
• 9.5.3 소방대 화재진압 장비의 개선 방안 ... 438
• 9.5.4 옥상광장 등에 대한 화재 위험성 개선 방안 ... 451
• 9.5.5 진압활동의 지원방안 개선 ... 471
• 제 10 장 화재시나리오에 의한 모델링 분석 ... 484
• 10.1 외장재 물성 DB(Database) 및 화재시나리오 ... 484
• 10.1.1 외장재 물성 DB 적용 개요 ... 484
• 10.1.2 화재시나리오 ... 493
• 10.2 건물의 형태별 외장재 화재 패턴 모델링 ... 495
• 10.2.1 시뮬레이션 조건 설정 ... 495
• 10.2.2 건물 형태에 따른 화재 성상 분석 ... 497
• 10.2.3 결과 및 고찰 ... 509
• 10.3 해운대 우신 골든스위트 화재 모델링 ... 511
• 10.3.1 모델링 개요 ... 511
• 10.3.2 화재시나리오 ... 512
• 10.3.3 시간대별 화재 성상 ... 512
• 10.3.4 결과 및 고찰 ... 519
• 10.4 개구부를 통한 외장재의 동시다발적 화재 모델링 ... 520
• 10.4.1 개구부를 통한 외장재화재의 위험성 ... 520
• 10.4.2 모델링 입력데이터 추출 실험 ... 520
• 10.4.3 화재모델링 ... 523
• 10.4.4 시뮬레이션 결과 ... 526
• 10.5 외장재에 의한 동시다발적인 화재의 피난 모델링 ... 533
• 10.5.1 시뮬레이션 개요 ... 533
• 10.5.2 피난 모델링 ... 533
• 10.5.3 피난 시나리오 ... 536
• 10.5.4 결과 및 고찰 ... 537
• 10.5.5 소결 ... 545
• 제 11 장 건축물 외장재의 실대형 수직화재 확산 성능 평가 기술 개발 ... 546
• 11.1 연구의 필요성 ... 546
• 11.2 연구의 목적 ... 547
• 11.3 연구범위 ... 549
• 제 12 장 건축물 외장재의 화재 안전 ... 551
• 12.1 건축물 화재 특성 연구 ... 551
• 12.2 국내·외 건축물 외장재 관련 기준 ... 559
• 제 13 장 건축 재료의 화재 성능 평가 ... 575
• 13.1 국외 건축 재료 성능 평가 ... 575
• 13.2 국내 건축 재료 성능 평가 ... 584
• 13.2.1 소규모 화재 시험 성능 평가 ... 584
• 13.2.2 중규모 화재 시험 성능 평가 ... 586
• 제 14 장 건축물 외장재의 실대형 화재 실험 ... 591
• 14.1 건축물 외장재 실대형 수직 화재 시험 방법 ... 591
• 14.1.1 건축물 외벽 마감재료 ... 591
• 14.1.2 건축물 외장재의 실대형 화재 시험 방법 ... 597
• 4.2 건축물 외장재 실대형 수직 화재 시험 결과 ... 601
• 14.3 건축물 외장재의 수직화재 확산 시뮬레이션 ... 625
• 14.3.1 Fire Dynamics Simulation ... 625
• 14.3.2 수치해석 지배방정식 ... 627
• 14.3.3 외벽 마감재료의 수직화재 확산 시험 시뮬레이션 ... 630
• 14.4 건축물 외장재의 수직화재 확산 성능 ... 633
• 제 15 장 건축물 외벽 마감재료 법적 기준 ... 640
• 15.1 외벽 마감재료 사용제한 대상 건축물 확대 ... 640
• 15.1.1 국내 초고층 건축물 현황 ... 640
• 15.1.2 우신골든스위트 화재 개요 ... 641
• 15.1.3 건축법상의 법적 요건을 중심으로 한 화재사고 분석 ... 645
• 15.1.4 초고층 건축물 화재안전 대책 ... 647
• 15.2 건축법 시행령 ... 647
• 15.3 건축물 마감재료 난연성능 및 화재확산 방지 구조 기준 ... 650
• 15.4 건축물 외벽 마감재료의 화재확산등급 제안 ... 656
• 끝페이지 ... 657