2) 보고 목적
이 보고서는 EPS 판넬의 성능, 특히 EPS 판넬에 단열재가 복사 열원에 노출되었을 때 성능을 조사합니다.
(1) EPS 판넬에 관한 일반적인 정보를 제공하기 위해 이용 가능한 국제 문헌을 검토합니다.
(2) 이 보고서는 가연성 단열재가 고온에서 금속 표면이 방사열에 노출되었을 때, 어떻게 반응하는지를 조사 하기 위한 목적으로 수행된 일련의 실험에 대해 설명합니다. 이것은 EPS 판넬의 EPS 단열재를 원통형 복사 열원으로부터 방사열에 노출시켜 실험실 조건에서 모의 실험합니다. 실험 설정은 일반적인 건물의 EPS 판넬 지붕이나 천장을 통과하는 연도를 나타내기 위한 것입니다. 실험 계획에 의해 발생된 데이터 분석도 제시됩니다.
이 보고서는 연통이 EPS 판넬 건물을 통과하는 것과 관련된 안전 문제를 논의하여 결론을 맺습니다.
2. 문헌조사
국제적으로 화재 상황에서 샌드위치판넬의 성능과 관련된 문헌이 계속 늘어나고 있습니다. 이 내용의 대부분은 특정 주제를 자세히 다루지는 않지만, 주제에 대한 유용한 배경으로 활용되고 있습니다. 이 보고서의 내용은 샌드위치판넬 화재 성능의 여러 측면에 중점을 두고 개별 단원으로 구성됩니다.
1) 화재 사건
이 보고서를 위해 검토된 문헌에서 일화적으로 샌드위치판넬과 관련된 화재가 증가하고 있는 것으로 보일 것입니다. 그러나 실제 수치는 샌드위치판넬을 포함한 화재 건수가 총 화재 건수의 비율로 증가하고 있는지 여부를 나타내기에 충분하지 않기 때문에 실제 데이터에서 이러한 결론을 도출하는 것은 불가능합니다. 이는 단순히 보고가 증가하거나 제품 사용량이 늘어난 경우일 수 있습니다. 많은 경우에 있어서 출판된 문헌은 샌드위치판넬이 포함하는 단열재를 확인하지 못합니다.
최근 10년 동안 산업 및 상업용 건물에 대해 FM Global(Battrick, 2001)이 실시한 조사에 따르면 화재로 인한 플라스틱 건축 자재의 기여가 증가하고 있음을 보여줍니다. 이 연구는 1988~97년 동안 여러 나라에 서 발생한 70건의 대규모 화재 손실을 조사했습니다. 70건의 모든 화재에서 일부 유형의 플라스틱은 건물의 구조에 사용되었으며, 손실 규모에 있어서 중요한 요소였습니다. 이 연구에 대한 자세한 분석에 따르면 단열 샌드위치판넬은 70건의 사고 중 19건(1/4 이상)을 차지했습니다.
영국(UK)의 식품 가공업 분야에서 상당수의 화재가 발생했습니다.1992~97년 동안 39건의 화재가 영국 방화협회(Cooke, 2001b, Day, 1998)에 보고되었는데, 단열 샌드위치판넬이 건물에 사용되었습니다. 1996년 1월부터 1997년 12월까지 2년 동안 24건의 화재가 발생했습니다.
영국에서 샌드위치판넬을 포함한 화재 중 가장 잘 알려진 화재는 1993년 9월 헤리퍼드에 위치한 Sun Valley Poultry Limited에서 발생한 화재입니다. 건물에 사용된 여러 종류의 샌드위치판넬은 ‘불연성 미네랄울단열재, 가연성 발포폴리스티렌(EPS) 및 폴리우레탄’ 단열재입니다. 이 화재에서 샌드위치판넬 천장이 붕괴되고 가시성이 나빠진 결과로 인명 피해가 발생했습니다.
Sun Valley 화재 이후, 영국 내무부는 샌드위치판넬의 화재 안전에 대한 보고서를 의뢰했습니다. 이 계획의 첫 번째 단계는 영국의 모든 소방대에 설문지를 보내어 단열재와 관련된 화재 사건에 대한 정보를 요청하는 것이었습니다. 설문지에 37명이 응답했으며, 조사 대상인 샌드위치판넬과 관련된 화재 사건이 총 21건이 발생했습니다. 냉동보관 및 식품가공 건물은 일반적으로 위험도가 높은 것으로 인식되고 있습니다. 그러나 21건의 화재 중 단 2건만이 냉동보관 시설에 관련된 것이며, 12건의 식품가공 시설과 5건 이상이 공장 건물이었습니다.
21건의 사건으로 나타난 주요 결론은 다음과 같습니다.
① 모든 화재는 대량의 검은 연기가 발생했습니다.
② 8건의 건물에서 소화 활동을 수행할 수 없었고, 나머지 3건에서는 소방관이 건물에서 철수했습니다.
③ 유일한 사망자는 Sun Valley 화재에서 발생했습니다.
④ 모든 경우에, 거주자는 건물에서 탈출했습니다.
1991년 9월, 노스캐롤라이나에 위치한 샌드위치판넬로 지어진 닭 가공 공장에서 화재가 발생했습니다. 화재 발생 당시 90명의 직원 중 25명이 사망하고 54명이 부상을 당했습니다. 최근 뉴질랜드에서 EPS 판넬과 관련되어, 가장 널리 알려진 화재는 2000년 2월 Ernest Adams Limited의 Christc-hurch 구내에서 발생했습니다. 그 건물의 대부분은 EPS 판넬로 지어졌습니다.
뉴질랜드 소방서의 보고서는 화재사고 조사에 대한 요약된 결론은 ‘연통 조립의 지속적인 고온은 폴리스티렌(EPS 지붕 샌드위치판넬의 단열재)에서 화재가 발생하기에 충분히 높았으며, 이 화재가 자체적으로 커질 때까지 연통에서 충분히 높은 에너지 방출 속도가 있었습니다.’ 건물은 화재로 인해 사실상 완전히 파괴되었습니다. 또한 4명의 소방관이 화재로 부상을 당했습니다. 건물의 75명의 거주자는 모두 대피했습니다.
2) 소방
Ernest Adams Limited의 Christchurch 화재 후, 뉴질랜드 소방당국은 EPS 판넬로 건축된 건물의 화재 위험을 다루는 간행물(NZFS, 2000a)을 발간했습니다. 이 문서는 화재 진압과 관련하여 소방대원들이 EPS 판넬 건물 안에서 화재 진압을 시도해서는 안 된다고 권고하고 있습니다. 이 문서는 특별한 상황에서 구조 활동을 시도해야 하며, ‘성공적인 구조 작업은… 극도로 어려울 것’이라고 계속해서 충고 하고 있습니다.
‘샌드위치판넬을 포함하는 건물에서 화재 진압 문제에 대한 광범위한 관심’(Morgan and Shipp, 1999)은 영국 내무부의 소방대책위원회가 샌드위치판넬과 관련된 화재에 대한 소방 선택을 연구했습니다. 이것은 ‘화재시 EPS 판넬 건물에 들어가야 할 수도 있는 소방대원에게 명백한 위험이 있었기 때문에’ 이것은 필요하다고 생각되었습니다. 내무부 보고서의 대다수는 소방 선택이 논의된 소방대원들이 참석한 워크숍에 대한 요약을 제공했습니다. 이 보고서는 소방대원들이 샌드위치판넬 건물의 화재 위험이 더욱 분명해졌음에도 불구하고 건물을 파괴하기 위한 방어 전략을 채택하는 것을 꺼려했다고 결론지었습니다.
3) 화재 안전
영국에서 시작된 많은 샌드위치판넬의 화재 안전과 관련된 문제를 다루는 문헌이 끊임없이 늘어나고 있습니다. 이 문헌은 구조 안정성, 위험 평가, 화재 성능, 생명 안전, 손실 방지, 안전 설계 등과 같은 샌드위치판넬의 화재 안전에 대한 다양한 측면을 다룹니다. 문헌에 나와 있는 증거는 샌드위치판넬과 관련된 화재는 일반적으로 건물 거주자들에게 위험을 초래하지는 않지만, 화재를 진압하는 사람들에게 위험이 됩니다.
소방관의 문제는 다음과 같습니다.
① 가능하면 가연성 단열재가 있는 샌드위치판넬이 화재에 관련되어 있음을 인식 ② 화재의 발전 및 확산 속도
③ 천장의 빈 공동과 샌드위치판넬에 감춰져 있는 급속한 화재 확산 ④ 짙고 검은 연기의 대량 생산
⑤ 샌드위치판넬 표면재의 박리 및 붕괴 ⑥ 지지 장치의 붕괴 ⑦ 소화의 어려움
고든 쿡(Gordon Cooke)박사는 화재에서 샌드위치판넬과 관련된 화재안전 문제를 광범위하게 기록했습니다. 영국 광물업협회(UK Mineral Wool Association)는 쿡 박사(Cooke, 2000)의 가장 중요한 논문인 화재 안전과 위험 평가를 철저히 다룬 보고서를 작성했습니다. 이 보고서는 불연성 미네랄울단열재와 적절하게 부착된 외장재가 있는 샌드위치판넬은 관련 응용 분야에서 안전하게 사용할 수 있지만, 가연성 발포 플라스틱 단열재가 있는 샌드위치판넬은 화재 위험이 있음을 언급했습니다.
IACSC는 저온저장고 건설 산업을 대표하는 기관입니다. 영국에 본부를 둔 IACSC의 유럽 사업부(European Division of IACSC)회원은 냉동저장 건물뿐만 아니라 지정자, 공급업체 및 하청 업체를 설계 및 건설하는 회사로 구성됩니다. 협회의 유럽 지부(European Division of the Association)는 저온저장고에서 설계 및 시공 기준을 높이고 화재 상황에서 단열재 샌드위치판넬의 안정성을 높이기 위한 개선안을 소개하는 지침서를 발행했습니다.
IACSC 지침서 발행과 관련하여 “화재 안정적 건물 인증제도”가 도입되었습니다. 이 계획은 특정 건물의설계 및 설치가 IACSC 지침을 준수함을 확인합니다. 이 계획에는 건물 거주자 누구나 가연성 플라스틱을 포함하는 샌드위치판넬이 사용되는 위치와, 다루고 있는 재료 유형을 이해하기 위해 소방관에게 샌드위치판넬의 식별 시스템이 포함되어 있습니다. “화재 안전 건축물 인증제도”의 전반적인 목적은 샌드위치판넬 건물의 화재 안정성을 개선하는데 있습니다.
IACSC 지침서의 또 다른 중요한 구성요소는 화재공학 연구의 일환으로 건물 전체에 위험평가 기술을 적용할 것을 권장합니다. 그러나 쿡 박사는 ‘IACSC 지침서에서 제안한 화재위험 평가방법이 불만족스럽다’고 주장합니다. 그의 관심은 IACSC 지침서가 열 방출, 연기 발생 및 독성 위험을 고려하지 않는 비표준 위험 평가 기술을 제안한다는 사실에서 기인합니다.
샌드위치판넬과 관련된 또 다른 문제는 잠재적으로 제공되는 화재 하중의 문제입니다. 쿡은 건물의 내용물과 두꺼운 샌드위치판넬로 인한 낮은 화재 하중의 상황에서 가연성 샌드위치판넬 단열재가 건물의 전체 화재 하중의 절반을 초과할 수 있다고 결론을 내림으로써 이 문제에 대해 논의했습니다.
또한 문헌에는 구획 내부에서 화재 발전으로 샌드위치판넬 벽과 천장 단열재에 미치는 영향도 포함되어 있습니다. 열관성(어떤 물체가 일정 온도를 가지고 있는 경우 현재의 온도를 유지하려고 하는 성질)은 열전도도, 밀도 및 재료의 비열, 이 경우 샌드위치판넬의 단열재로 계산됩니다. 열관성(thermal inertia) 값이 낮을수록 재료의 단열 성능이 높아지고, 구획 내부에 화재 온도가 더 오랫동안 유지됩니다. 단열 샌드위치판넬은 기존의 건축 자재와 비교할 때 열관성 값이 매우 낮습니다.
예를 들어, 구획 벽 내부의 석고 보드는 약 130×10³의 열관성을 가지고 있으며, 단열 샌드위치판넬 내벽은 그 값의 약 1/100th입니다. 일반적으로 보편된 견해는 샌드위치판넬이 열관성 특성이 낮으면 샌드위치판넬 단열재가 화재에 기여할 수도 있고, 그렇지 않을 수도 있음에도 불구하고 화재발전 속도 및 플래시오버 시간이 증가합니다. 쿡은 플래시오버 시간을 예측하는 복잡성을 설명했으며, 이러한 단순한 결론에 대해 주의를 기울여 시험을 언급했습니다.