3. 화재 성능
1) 시스템의 행동
화재시 외장시스템과 단열 샌드위치판넬의 행동은 주로 다음 사항에 달려있습니다.
① 재료 또는 심재 ② 내부 및 외부 표면에 제공되는 고정 정도 ③ 샌드위치판넬 또는 외장 사이의 조인트 디자인
(1) 단열재
모든 단열재가 구조적 안정성, 단열 특성 또는 고온에 대한 반응과 관련하여 동일한 특성을 나타내는 것은 아닙니다.
(2) 우레탄(urethane)
폴리우레탄(PUR)과 화재 저항성 폴리이소시아누레이트(PIR)은 화재시 경화되고 탄화를 형성하는 열경화성 수지 입니다. 탄화된 숯은 화재의 영향으로부터 재료의 하부층을 보호하는 효과가 있는 장벽 역할을 합니다.
(3) 폴리스티렌(Polystyrene)
폴리스티렌(Polystyrene)은 열이 가해지면 녹고 흐를 수 있는 열가소성 수지입니다. 외장시스템에서 EPS 단열재가 점성이 있는 액체가 될 수 있음을 의미하며, 그 표면 사이에서 흘러나와 원래의 영역을 넘어 화재가 퍼질 가능성이 있는 불타는 방울을 발화시키고 형성할 수 있습니다.
(4) 미네랄울단열재
화재 저항에 성공적으로 사용되는 고밀도 미네랄울단열재 및 그라스울단열재는 종종 불연성으로 간주됩니다. 그러나 섬유 단열재의 밀도가 높다는 것은 합성수지 바인더가 사용된다는 것을 의미하며, 단열재와 표면재를 결합시키는 접착제는 종종 가연성이며 고온에 영향을 받습니다.
(5) 외장의 고정
대다수의 외장 샌드위치판넬과 시스템의 경우, 내부 및 외부 면은 고정구를 통해 구조용 철강재에 고정됩니다. 시험 및 경험에 따르면 단열재의 접착력이나 열화에 관계없이 발달된 화재에서도 구조적 완전성이 유지됩니다.
(6) 설계
조인트 및 연결의 세부 설계는 화재에서 샌드위치판넬의 성능에 중요한 요소입니다. 조인트가 더 효과적으로 기밀성이 유지될수록 화염은 줄어들고 단열재와 충돌을 감소하여 화재에 대한 기여도를 줄입니다. 강화된 조인트 설계는 화재에 단열재 노출을 감소하여 휨과 기계적 손상을 제한합니다.
(7) 손상
모든 샌드위치판넬 시스템은 단열재와 상관없이 화재에 손상됩니다. 외장의 그을림, 스크라치 외에도 좌굴, 기계적 손상 및 접착력의 손실은 화재 원인 부근에서 발생하여 손상과 궁극적으로 교체를 초래합니다. 일부 시스템의 경우 단열재의 손실이나 수축될 수 있습니다.
2) EPIC 화재시험과 방법
EPIC 화재연구 시험은 실제 3차원 시험 건물을 평가하고 열 발생원을 선택하여 ‘늦게 발전’ 화재 조건을 생성하는 구성요소 평가에 그치지 않습니다. 시험 프로그램은 Arup Fire와 함께 EPIC에서 개발했으며, 워링턴 화재연구소에서 실시했습니다. 프로그램은 LPS의 벽 및 천장에 대한 건물 시험 LPS1181 표준의 실제적인 규모를 사용하여 외장 시스템의 화재 반응을 평가했습니다. 이것은 완벽한 외장시스템의 현실적인 성능을 평가할 수 있는 대규모 시험입니다.
참고(LPS 1181): https://www.redbooklive.com/download/pdf/LPS1181part1.pdf
실제 화재를 시뮬레이트하기 위하여 35kg 목재 더미는 대규모시험 건물(10m*4.5m*3m 높이)의 코너에 배치됩니다. 실내 배치는 시험 기간동안 510KW의 평균 열 출력과 1MW의 최대 출력을 생성하는 가혹한 시험으로, 개발 후반 단계에서 화재를 나타내기에 충분합니다. 동일한 조건에서 비교 시험은 가장 보편적 으로 사용되는 경량 외장시스템, 단열 샌드위치판넬 및 현장 조립시스템에서 수행되었습니다.
3) 우레탄판넬
우레탄단열재(PUR, PIR)를 사용하여 공장에서 제조된 우레탄판넬은 설치된 모든 외장 샌드위치판넬의 약 90%를 차지합니다. 우레탄판넬은 영국과 유럽 전역에서 30년 동안 성공적으로 사용되어 왔으며, 품질, 에너지 효율 및 수축 위험이 적고 작업의 신속성으로 설계자의 요구 사항을 충족합니다. 경질 우레탄으로 덮인 샌드위치판넬은 상대적으로 일부 화재에서 관여했습니다. 샌드위치판넬은 화재의 초기 단계와 거의 관련이 없으며, 전반적으로 그 성능은 매우 좋습니다. 최초 설계되어서 공장에서 생산된 우ㅠ레탄판넬은 강판이며, 설계된 조인트와 맞물려 고정 장치를 통해 안전하게 설치됩니다.
이는 화재시 양호한 동작을 위한 기본 요소입니다.
표준(PUR) 및 방화 등급(PIR)의 우레탄단열재를 표면에 자동으로 접착한 4개의 우레탄판넬을 시험했습니다. 우레탄판넬의 두께는 40mm로 0.45W/m².K의 현재 설계 요건을 만족합니다.
(1) 구조적 안정성
우레탄판넬이 화재에서도 좋은 성능을 나타내는 근본적인 이유는 강판 외장과 기밀한 조인트 세부 사항 및 고정을 통한 안전한 결합 때문입니다. 시험에서 우레탄판넬은 지지되는 철골에 견고하게 지지되어 있습니다. 내부 면은 휘었지만 연결 조인트는 손상되지 않았습니다. 내부 면과 단열재 사이에 접착력 상실은 화재에 인접한 영역에서 발생했으며 우레탄판넬의 구조적 완전성을 저해하지는 않았습니다.
(2) 단열재의 성능(온도>1000℃)
우레탄은 화재시 경화되고 숯을 형성하는 열경화성 수지입니다. 열가소성 폴리스티렌과 같은 특성을 나타내지 않으며, 이 열가소성 수지는 녹아서 화염과 접촉하면 점화 됩니다. 시험 결과는 우레탄단열재(PUR/PIR) 샌드위치판넬의 경우 외장재 사이에 단열재를 통한 숨겨진 화염 확산이 없음을 명확하게 보여줍니다. 내부 면이 약간 휘어도 연결 조인트는 손상되지 않았습니다. 화염은 화원과 바로 인접한 조인트에서 우레탄판넬의 단열재 부분에 침투되었지만 검사 결과는 탄화 냄새만 났습니다.
우레탄판넬이 화재로 발생한 열이 느리게 점진적으로 분해하고 안정적인 보호 숯을 만들 수 있습니다. 처음에는 내부 면에 탄화된 부분의 가장 가까운 단열재는 뜨거운 면에서 가장 먼 단열재를 보호합니다. 화원이 지속되는 동안 숯의 깊이가 점차 깊어집니다. 화재가 진압되거나 화원이 제거되면 이 과정은 중지됩니다. 연기는 방출됩니다. 화재 등급 PIR 우레탄판넬의 연기 발생 수준은 낮지만 PUR 판넬은 높습니다.
우레탄판넬의 화재 행동(실물 크기 시험)
① 구조의 완전성 유지 ② 단열재 내에서 화재 확산이 없음 ③ 단열 기준 충족 ④ 불타는 방울이 없음 ⑤ 300℃ 이상에서 점진적인 분해: 낮은 연기 방출 ⑥ 열원에 의한 접착력 상실과 손상(내장의 휨): 완전성 손상은 없음 ⑦ 소방관에게 추가 위험 없음