건축용 샌드위치패널의 연소성능 등급분류에 관한 연구

Abstract

건축용 샌드위치패널은 패널양쪽 표면에 얇은 철판(약0.4mm두께)를 붙이고 ,내부 단열재로서 글라스울,스티로폼,우레탄폼 등을 충진하여 제품화된 건축자재로서 통상 샌드위치패널이라 하며, 우리나라의 80~90년대 급속한 경제성장기에 값싸고 시공이 간편한 경제적인 산업재의 역할을 하여 왔다. 현재 샌드위치패널은 KS F4724(건축용 철강제 벽판), KS F4731(건축용 철강제 지붕판)에 제품규격으로 생산되어 공장, 물류창고, 냉동창고와 기타 주거, 숙박, 업무시설 등 폭넓게 사용되고 있다. 그러나 샌드위치패널 화재시 가연성 단열재로 인한 인명 및 재산 손실에 따라 국내외 소방당국등 행정관서나 화재보험회사에서는 가연성 단열재를 포함한 샌드위치패널에 대한 화재위험성을 평가할 수 있는 객관적인 연소성 등급분류 방법을 지속적으로 요구하여 왔다. 특히 샌드위치패널은 일반 내장재와는 달리 재료적인 특징과 구조재의 특징을 동시에 가지고 있어 이러한 특징들을 반영할 수 있는 실물 재료연소시험과 이에 적합한 연소성 등급분류방법의 필요성이 제기되어 왔다. 이미 유럽을 중심으로 샌드위치패널에 대하여 ISO 9705의 실모형 연소시험(Room Corner Test)과 유럽 EN 13823의 코너벽체 연소시험(Corner wall Test; SBI)이 실시되어 왔으며, 2000년에는 스웨덴 국립연구소(SP)등에서 샌드위치패널의 연소성을 합리적으로 평가하기 위한 시험방법 개선 연구가 이루어져, 이를 바탕으로 2002년에 기존 ISO 9705의 실모형 연소시험을 개선한 샌드위치패널 연소시험방법(ISO 13784-1)이 국제 규격으로 제정되었다. 또한 실모형 실물 재료연소시험을 통한 연소등급 분류방법에 대한 연구의 움직임은 1995년 호주에서 유럽 주요국가와 공동프로젝트에 의해 시작되어 일부 연소성 등급분류방법이 제시되었으며, 패널구조와 같은 실물연소시험에 적용 가능한 규격으로서는 2002년 유럽규격인 EN 13501-1에 연소성 등급분류기준이 제정되었다. 이후 다양한 연구가 지속되어 좀더 개선된 2007년 스웨덴 국립화재연구소(SP)의 “THE FIGRA-INDEX (Bjὅ rn Sundstrὅ m)” 논문에서 화재성장지수(FIre Growth RAte; FIGRA)를 이용한 새로운 실모형 연소성 등급분류방법을 발표하였다. 유럽의 실물 재료연소성 등급분류의 특징은 화재 열방출율의 양적기준이 아닌 경과시간에 대한 상승 열방출율로서 급격한 연소성장 정도를 반영한 단일지수 또는 플래시오버발생시간을 기준으로 판정하는 것이다. 다만 연기발생은 초기 분류안(호주)에서연소성 등급분류에 반영하였으나 연소시 열방출특성과 연기발생특성의 상관성이 적어 유럽규격의 실물 재료연소성 분류등급방법에서는 반영하지 않고, 연기발생성장도(SMOGRA)등 지수에 따른 별도의 연기량 등급을 부여, 정보를 제공하고 있다. 따라서 가연성 단열재를 포함하는 샌드위치패널에 적용가능한 선진국의 연소성 시험방법과 등급분류 방법에 대한 특징 및 문제점을 파악하여, 국내에 적합한 연소성 시험과 등급분류방법을 찾아내는 것이 필요하다. 본 논문에서는 국내 유통되는 철강제 샌드위치패널 4종(스티로폼,우레탄,난연우레탄,그라스울)에 대하여 실모형(Room Corner)실물시험체를 제작하여 연소시험(ISO 13784-1)을 실시하고 각각 대응되는 분류방법을 적용하여 등급을 판정 평가 분석하였다. 이러한 연구시험을 통해 샌드위치패널의 재료적인 측면과 구조적인측면을 모두 반영할 수 있는 실물 규모의 대형 연소시험에 대응하는 등급분류방법을 적용하는 것이 실제 화재특성를 반영하는 합리적인 방법임을 파악 할 수 있었으며, 이를 토대로 국내 샌드위치패널 연소성 평가에 적합한 등급분류방법을 제시하였다. 본 논문은 제 1 장의 서론, 제 2 장 ～ 제 5 장의 본론, 제 6 장의 결론으로 구성되어 있으며 각 장의 개요는 다음과 같다. 제 1 장에서는 연구의 배경 및 목적 및 기존 등급분류 현황 과 본 연구의 범위 및 방법에 대하여 기술하였다. 제 2 장에서는 국내의 샌드위치패널 사용현황 및 각국 사용규제 법규정 현황과 샌드위치패널 화재성장 이론적 배경을 기술하였다. 제 3 장은 본 연구에 사용된 샌드위치패널 연소성 시험장치 및 측정원리를 파악하고 기술하였다. 제 4 장은 본 연구에서 수행한 샌드위치패널 연소시험의 시험체제작, 교정시험 등 실시 절차를 설명하고, 각 연소성 시험결과 현황과 분석결과를 기술하였다.. 제 5 장에서는 연구시험을 통한 연소성 시험결과와 기존 연구데이터를 활용하여 연소성 등급분류결과를 산출 종합 분석하여 합리적인 연소성 등급분류안을 제시하였다. 제 6 장에서는 본 논문의 결론에 대하여 기술하였다. 본 연구에서 도출된 결론을 요약하면 다음과 같다. 1) 샌드위치패널은 재료적인 특징와 구조재 특징을 동시에 갖고 있으므로 플래시오버와 같은 화재현상을 재현할 수 있는 실모형 실물 재료연소성시험을 통한 등급분류방법의 적정성을 확인하였다.

2) 샌드위치패널에 대한 실모형 연소성 시험결과, 재현성은 좋은 것으로 나타났다. 따라서 ISO 13784-1과 같은 실모형 실물 재료연소성시험방법이 적정한 것으로 나타났다.

3) 기존 연소성 시험의 열방출율등 최대값에 따른 판정보다는 경과시간에 대한 열방출율 증가등 급격한 연소정도를 반영한 화재성장지수(FIGRA) 및 플래시오버 발생시간 을 기준으로한 연소성 등급분류는 합리적 방법임을 확인하였다. 다만 플래시오버 발생시간은 육안관찰에 의한 것으로 시험중 불꽃 도출 등 관측이 용이하지 않아 객관성이 떨어질 우려가 있어 실모형 실물 재료연소성시험에 의한 화재성장지수 FIGRA_RC에 의한 등급 분류방법이 적정한 것으로 나타났다.

4) 연기발생지수(SMOGRA)는 열방출율 상승에 의한 화재성장지수(FIGRA)와의 상관성은 적은 것으로 나타났으며, 결과데이터 현황분석에서 광범위하게 분포되어 연소성 등급과 별도로 연기발생성능을 부가적으로 표기하는 것으로 하였다.

5) 샌드위치패널 실모형 실물구조의 연소성 등급분류안는 EN 14390에 규정된 화재성장지수 FIGRA_RC를 적용하여 5개등급으로 분류 제시하였다.