|
재료구분 |
시험방법 |
성능 판정 기준 |
불연 재료 |
KS F ISO 1182 (건축재료의 불연성시험방법) |
■ 기재시험 - 20분간 가열로 내의 최고온도가 최종평형온도를 20K 초과 상승하지 않아야 함 - 가열종료 후 시험체 질량 감소율이 30% 이하 |
KS F 2271 (건축물의 내장 재료 및 구조의 난연성 시험방법) |
■ 가스유해성 시험 - 가스유해성 시험 결과, 실험용 쥐의 평균행동정지 시간이 9분 이상 | |
준불연 재료 |
KS F ISO 5660-1 (연소성능시험-열 방출, 연기 발생, 질량감소율- 제1부:열방출률 (콘칼로리미터법) |
■ 열방출율 시험 ♠ 가열시험 개시 후 10분간 - 총 방출열량이 8MJ/㎡ 이하 - 최대 열방출률이 10초 이상 연속으로 200kW/㎡를 초과하지 않을 것 - 가열 후 시험체를 관통하는 방화상 유해한 균열, 구멍 및 용융등이 없을 것 |
KS F 2271 (건축물의 내장 재료 및 구조의 난연성 시험방법) |
■ 가스유해성 시험 - 가스유해성 시험 결과, 실험용 쥐의 평균행동정지 시간이 9분 이상 | |
난연 재료 |
KS F ISO 5660-1 (연소성능시험-열 방출, 연기 발생, 질량감소율- 제1부:열방출률 (콘칼로리미터법) |
■ 열방출율 시험 ♠ 가열시험 개시 후 5분간 - 총 방출열량이 8MJ/㎡ 이하 - 최대 열방출률이 10초 이상 연속으로 200kW/㎡를 초과하지 않을 것 - 가열 후 시험체를 관통하는 방화상 유해한 균열, 구멍 및 용융 등이 없을 것 |
KS F 2271 (건축물의 내장 재료 및 구조의 난연성 시험방법) |
■ 가스유해성 시험 - 가스유해성 시험 결과, 실험용 쥐의 평균행동정지 시간이 9분 이상 | |
건축물의 피난방화구조 등의 기준 등에 관한 규칙 24조2의 복합자재 |
- KSF 2257-1로 내화성능 시험결과 결과 15분의 차염성능 및 이면온도가 120K 이상 상승하지 않는 재료로 마감하는 경우 - 건축물의 실내에 접하는 부분에 12.5mm이상의 방화석고보드로 마감한 경우 |
② 시험체 및 시험기준
재료구분 |
시험방법 |
시험체 및 시험기준 |
불연 시험 |
■ 기재시험 KS F ISO 1182 |
■ 시험체 규격 : 부피 76±8㎤(V)의 원기둥모양 지름 45(+0,-2mm)× 높이 50±3mm (높이 50±3mm 미달시 적층하여 만들것) ■ 시험기준 - 시험체는 실제의 것과 동일한 구성, 재료일 것 - 시험은 시험체에 대하여 총3회 실시할 것 - 복합자재는 시험체의 각 단면에 별도의 마감을 하지 않을 것 |
■ 가스유해성 시험 KS F 2271 |
■ 시험체 규격 : 220(가로) x 220(세로) x 실두께 (단위 :mm, 최대두께 150mm, 전체 두께를 관통하는 φ25mm 구멍을 3개 뚫을 것) ■ 시험기준 - 시험체는 실제의 것과 동일한 구성, 재료일 것 - 시험체가 실내에 접하는 면에 대해 2회 실시 - 복합자재는 시험체의 각 단면에 별도의 마감을 하지 않을 것 | |
준불연 재료
난연 재료 |
■ 열방출율 시험 KS F ISO 5660-1
|
■ 시험체 규격 : 가로, 세로 각100(+0, -2) x 실두께 (단위 :mm, 두께 50초과시 비노출면을 절단 하여 50mm두께로 맞출 것) ■ 시험기준 - 시험체는 실제의 것과 동일한 구성, 재료일 것 - 시험은 시험체에 대하여 총3회 실시할 것 - 복합자재는 시험체의 각 단면에 별도의 마감을 하지 않을 것 - 가열강도는 50kW/㎡ 로 할 것 |
■ 가스유해성 시험 KS F 2271 |
■ 불연시험의 가스유해성시험과 동일 |
③ 시험 장치 및 시험사진
가. 불연시험(기재시험)
KS F ISO 1182 기재시험 장비, 개요도
나. 준불연, 난연시험(열방출율 시험)
KS F ISO 5660-1 열방출율 시험 장비
다. 가스유해성 시험장치
라. 패널 종류별 시험 사진(열방출율 KS F ISO 5660-1 :난연시험)
EPS패널(불합격) PIR패널 (합격) G/W패널 (합격)
2) 내화성능 기준
① 성능판정 기준
재료구분 |
시험방법 |
성능 판정 기준 |
수직 비내력 구획부재 |
■ 건축부재의 내화시험 방법 - KS F 2257-1 (일반 요구사항) - KS F 2257-8 (수직비내력 구획부재) |
■ 차염성능 - 면패드에 착화가 발생하지 않을 것 - 6mm균열게이지로 관통후 그 틈을 따라 길이 150mm이동하지 않을 것 - 25mm 균열게이지가 시험체를 관통하지 않을 것
■ 차열성능 - 이면온도가 초기 평균 온도보다 140K이상 상승하지 않을 것 - 이동식 열전대를 포함한 모든 부분에서 초기 평균 온도보다 180K이상 상승하지 않을 것
※ 상기 성능을 유지하면서 표준시간-가열온도 곡선에 따른 내화시험에서 시험체가 구획기능 을 유지하는 경과시간을 내화시간으로 한다 |
② 시험체 및 시험기준
시험구분 |
시험체 |
시험 기준 |
내화시험 (KS F 2257-8) |
시험체 구조 |
- 시험체는 시험 중 시험체의 거동에 영향을 줄 수 있는 부착물을 포함하여 실제 사용되는 구조를 대표 하여야 함 (STUD, PURLIN 포함 시험) |
시험체 크기 |
- 실제 구조의 높이 또는 나비가 3 m 이하인 경우, 시험체의 크기는 실제 크기 시험 - 실제 구조의 크기가 3m보다 큰 경우, 시험체는 최소 3m가 되도록 하여 시험 ※ 통상 3m x 3m x 실두께 규격으로 시험 | |
시험 수량 |
- 대칭 구조 : 시험체 수를 1개 - 비 대칭구조 : 각 면에 대하여 실시 - 외벽구조 : 시험체 수를 1개로 할 수 있음 (이 경우 옥내쪽 면을 가열함) |
③ 시험 사진
벽체 내화시험체 설치 내화시험 가열로
4. 신규 KS 제정 패널 방내화 시험 방법
1) 시험 규격
① 건축용 샌드위치 패널 구조에 대한 연소성능 시험방법
- ISO 13784-1(소규모실 시험), ISO 13784-2 (대규모실 시험)
② 화재시험-표면제품에 대한 실물크기 시험실시험 : KSF ISO 9705
2) 시험 개요
시험구분 |
시험 규격 |
시험체 및 시험기준 |
샌드위치 패널의 실대규모 화재시험 |
소규모실 시험 (KSF ISO13784-1) |
- 시험체 크기: 2.4m(W) x 3.6m(L) x 2.4m(H) - 개구부 크기: 0.8m(W) x 2.0m(H) 1개소 ※ 칫수는 두께와 무관하게 안목칫수 기준 - 시험체 종류 : 골조형, 자립형의 2종류 - 시험체 제작 : 재료, 연결부, 고정방법, 마감자재 등을 실제사용시와 동일하게 제작 - 착화원 : 프로판가스 버너 - 가열시간 0~10분 : 100KW 10~20분 : 300KW 20~30분 : 가열 없이 관찰 - 실내, 외부, 개구부 등에 열전대 설치 - 열 발생량 및 연기발생량 측정 - 시험체 착화, 내외부 화염전파, 구멍 결합부 불꽃, 연기밀도, 플래쉬오버, 구조물 붕괴등 측정 |
대규모실 시험 (KSF ISO13784-2) |
- 시험체 크기: 4.8m(W) x 4.8m(L) x 4.0m(H) - 개구부 크기: 4.8m(W) x 2.8m(H) 1개소 ※ 칫수는 두께와 무관하게 안목칫수 기준 - 시험체 종류, 제작, 착화원 동일 - 가열시간 0~5분 : 100KW 5~10분 : 300KW 10~15분 : 600KW 15~30분 : 가열 없이 관찰 | |
표면마감에 사용되는 내장재 (KSF ISO 9705) |
- 시험실 크기: 2.4m(W) x 3.6m(L) x 2.4m(H) - 개구부 크기: 0.8m(W) x 2.0m(H) 1개소 - 시험체를 시험실 내부에 부착하여 시험 - 가열시간 0~10분 : 100KW 10~20분 : 300KW까지 증가 - 천장점화, 불꽃확산, 버너출력변화 플래쉬오버, 시험체 붕괴 등 측정 |
3) 시험 규격별 특징
① KS F ISO 9705(표면제품에 대한 실물크기 시험)
이 시험법은 국제표준화기구(ISO)에서 1993년 제정된 것으로 일정규모의 실험실 내부에 건축마감재를 부착한 후 착화원으로 가열하여 최대 플래쉬오버에 이르는 연소과정을 측정함을 목적으로 한다. 따라서 이 시험법은 주로 내화성능과 무관한 실내 내부마감 재료 의 시험으로 제품 내 절연 물질이 있거나 불규칙한 표면 이음부가 있는 제품의 시험에 적합하다. 시험은 총 열방출량과 가스분석에 의한 특정유독가스의 위험도, 연기의 감쇠법 에 따른 가시도의 위험성 등을 측정한다.
② KS F ISO 13784-1(샌드위치 패널- 소규모실 시험)
이 시험법은 ISO 9705 시험을 샌드위치패널의 시험에 적합하게 개량한 시험법으로 2002년 ISO에서 제정한 ISO 13784-1을 기술적 기준을 동일하게 KS기준으로 2009년 제정한 것이다. 이 시험은 별도의 시험실 없이 패널만으로 부자재를 이용하여 2.4m(W)x 3.6m(L)x2.4m(H)의 소규모 시험체를 제작하여 코너부위에 약 20분간 고강도 의 화력으로 가열하여 건물전체가 급격히 연소하는 플래쉬오버의 발생유무, 발생시간, 총 발열량, 연기발생량 등을 30분간 측정하는 시험이다. 이는 패널 전용 시험방법으로 철 구조물을 설치한 후 이에 패널을 부착하는 골조형과 철 구조물 없이 후래싱 등을 이용 패널 자체만으로 조립하는 자립형의 2가지 방법으로 시험이 가능하다.
③ KS F ISO 13784-2(샌드위치 패널- 대규모실 시험)
개념적으로는 ISO 13784-2와 거의 유사한 시험이나 시험체의 규모를 4.8m(W)x 4.8m(L)x4.0m(H)증가시키고 이에 따라 착화원의 가열강도를 조정한 시험이다. 이 시험 도 골조형과 자립형 2가지 방법으로 시험이 가능하며 플래쉬오버까지의 화재성장, 내부 화재의 외부 전파가능성, 구조물의 붕괴 가능성 등의 예상화재위험을 평가한다.
4) 시험 장치 및 시험사진
① 시험장치
KSF ISO 13784-1 시험장치 KSF ISO 9705 시험장치
② 시험 사진
KSF ISO 13784-1 시험체 조립 KSF ISO 13784-1 코너부 가열
5. 동향 및 향후예측
1) 시험 방법 변경의 필요성
① 샌드위치 패널의 특수성
패널은 철판사이에 단열재를 넣어 일체화한 복합체로서 절단면의 노출 여부, 조인트의 유무, 간격, 시공방법 등에 따라 방화성능에 많은 차이가 발생할 수 있다. 또한 패널 제품 의 표면에 고유의 굴곡을 디자인하여 다양하게 쓰이고 있으나 현행 시험법은 소형시험체 의 한계로 인하여 시험체에 대하여 시험목적에 맞게 가공하여 시험을 실시하고 있으나 대 표 시험체가 실제 제품의 방화성능을 충분히 나타내기에는 많은 한계를 가진 것으로 보인 다.
② 가스유해성 시험의 문제점
현행 가스유해성 시험은 열방출율 시험체와 별도의 시험체를 제작하고 그 시험체를 규정된 화력으로 가열한 후 그 연기를 시험챔버를 통과시켜 챔버속의 시험용 마우스의 생존 활동시간에 따라 합격, 불합격을 판단하고 있다. 이 시험방법은 과거 일본의 시험법 을 원용한 것이나 모든 시험체에 구멍을 뚫은 시험체로 시험하는 점은 일본과 다소 다른 점이다 그런데 이 시험방법은 시험체의 적합성(천공의 필요 유무), 발생 연기의 종류 및 량에 대한 정확한 정성, 정량 분석이 미흡할 뿐 아니라 살아있는 생명체를 희생물로하여 시험한다는 점, 마우스 상태에 따라 결과치가 상이하게 나올 수 있다는 점 등이 논란이 있 을 수 있다.
2) 향후 예측
① KS F ISO 9705
2001년 스웨덴의 SP에서는 4종류의 패널(락울, PIR, PUR, EPS)에 대하여 ISO 9705와 유럽의 난연 시험법인 SBI시험에 대한 비교시험을 실시하고 그 결과를 발표하였다. 그 결과에 의하면 ISO 9705 시험시 일정규모의 내부에 패널을 붙여 시험할 경우 패널 두께 에 따라 내부 실 면적이 달라지는 점과 패널 조인트부분의 한쪽면이 시험실에 부착되어 실제 최종 목적물과 다른 한계성이 있음을 지적하였다. 이에 따라 내부 부착형이 아닌 자립형과 골조형의 새로운 시험 방법인 ISO 13784의 시험법 등에 따른 시험법을 주장 2002년에 ISO 시험법으로 제정되게 되었다. 따라서 본 시험법은 향후 표면마감재로 사용되는 패널을 제외하고 일반적인 샌드위치 패널시험법으로는 적용되지는 않을 것으로 보인다.
② KS F ISO 13784-1
국내외적으로 패널시험법으로 가장 활발하게 연구가 이루어지고 있는 시험법이다. 2001 년 스웨덴 SP의 비교시험을 비롯하여 2003년 기술표준원의 연구, 대한건축학회의 세미나, 2009년에 지식경제부의 지원으로 수행된 방재시험연구원의 3년간의 연구결과를 발표 등 가장 활발한 연구가 이루어지고 있고 따라서 향후 패널의 방내화 시험방법으로 채택이 가장 유력시 되고 있는 시험법이다. 그러나 이 시험방법은 시험방법 자체만을 규정하고 있을 뿐 방내화 성능의 등급을 규정하고 있지는 않다. 따라서 현재 국제적으로 통일된 방화등급 기준도 확립되어 있지 않아 향후 자국 실정에 적합한 방화등급의 표준을 정하는 노력과 연구가 계속될 것으로 보인다.
③ KS F ISO 13784-2
개념은 ISO 13784-1과 유사한 시험이나 시험체의 규모가 너무 커서 실제적으로 시험을 위한 시험장치 비용이나 시험실시 비용이 적지않아 아직 많은 시험 결과를 가지고 있지 못한 것이 현실이다. 또한 소형시험체와 대형시험체를 선택하는 기준도 명확히 설정된 바가 없어 도입 적용에는 다소 시간이 걸릴 것으로 보인다. 이 규정은 소형시험체 시험법 변경 시행후 그 경험을 바탕으로 도입여부가 결정될 것으로 보인다.
6. 향후 과제
1) 측정항목 과 시험결과
① 성능측정 항목
샌드위치 패널의 방화 성능을 측정하는 경우 대부분 열방출율(KW), 플래쉬오버 발생유무 및 발생소요시간, 열방출율(Fire Growth Rate), 연기발생율(Smoke Growth Rate) 등을 측정 요소로 한다.
② 외국의 등급성능 기준
스웨덴 등 8개국의 공동연구 프로그램(ERP- Eurefic Research Program)에서 제안한 등급분류 기준은 아래와 같다.
등급 |
플래쉬오버 |
열방출율(KW) |
연기발생율(㎥/sec) | |||
최대 |
최소 |
평균 |
최대 |
평균 | ||
A B C D E |
20분이상 20분이상 12분이상 10분이상 2분이상 |
300 700 700 900 900 |
600 1000 1000 1000 1000 |
50 100 100 100 - |
10 70 70 70 70 |
3 5 5 5 - |
③ 패널제품별 성능시험결과
가. 스웨덴 SP 비교시험(2001년)
시험구분 |
성능 등급 기준 |
비 고 | |||
락울패널 |
EPS패널 |
PIR패널 |
PUR패널 |
| |
ISO 13784 |
≥B |
C |
C |
D |
|
ISO 9705 |
≥B |
D |
≥B |
C |
|
SBI(En13823) |
Bs1d0 |
Bs2d0 |
Bs3d0 |
Bs2d0 |
유럽 코너시험 |
시험체종류 |
골조형-고정 |
골조형-비고정 |
자립형 |
골조형-고정 |
|
나. KSF ISO 13784-1 비교시험(2009년)
구분 |
GW패널 |
EPS패널 |
PIR패널 |
PUR패널 |
비 고 |
열 방출율(Kw) |
324 |
≥1000 |
387 |
≥1000 |
|
플래쉬오버(F/O) |
미발생 |
발생 |
미발생 |
발생 |
|
소요시간(sec) |
1192 |
564 |
755 |
877 |
|
FIGRA(Kw/s) |
0.02 |
1.60 |
0.12 |
0.80 |
열방출율 Fire Growth Rate |
최대연기 발생율(/s) |
1.5 |
55.31 |
15.01 |
84.21 |
|
ERP Class |
A |
E |
E |
E |
Eurefic Research Program A~E 5등급분류 |
En 13501-1 class |
A2 |
D |
A2 |
C |
Euro 등급기준 A1~F7등급분류 |
단열재 비중 |
48kg/㎥ |
15kg/㎥ |
50kg/㎥ |
40kg/㎥ |
두께 100mm |
※ 자료출처 : 한국화재소방학회 논문지, 제23권 제2호, 2009년
2) 향후 검토 과제
① 등급설정기준
새로운 시험방법과 등급결정은 국가 산업에 많은 영향을 미치게 된다. 따라서 그 과정은 그 나라에서 널리 사용되는 제품의 시공특성을 잘 반영할 수 있는 방법으로 경제성, 편리성 등을 고려하여야 한다. 채택이 유력한 KSF ISO 13784-1의 시험체는 모듈이 1.2m를 기본 으로 하고 있다. 이는 규격제정 당시 유럽의 경우 패널 시험이 냉동고용 패널 시험을 기준 으로 설정되었고 그 패널 규격이 1.2m였기 때문인 것으로 보인다. 그러나 우리나라는 현재 대부분 1m 모듈패널을 사용하고 있으며 용도도 외장용으로 주로 사용되고 있다. 또한 성능 등급 설정에 관한 연구에서 검토대상으로 주로 사용되고 있는 ERP 등급분류 기준은 연기 발생율과 관련하여서 A등급을 제외한 B~E등급을 모두 동일한 기준으로 취급하고 있어 변별력이 많이 떨어져 또 다른 Euro 등급기준(En 13501-1)과 많은 차이를 나타내고 있다.
이는 ERP 등급 규격이 서유럽등에서 널리 채택되지 못하고 있는 원인이 되기도 한다. 결국 방화성능 등급의 설정기준은 측정요소는 국제적인 기준을 따른다 하더라도 국내 시공특성에 따른 모듈의 차이와 보다 세분화된 연기발생율 기준과 다른 국제적 시험방법에 따른 등급 기준의 적합성등을 종합적으로 고려하여 결정되어야 할 것이다.
② 시험의 경제성
향후 패널시험법을 KSF ISO 13784-1의 실대형시험으로 변경한다면 국내 시험설비 부족 으로 많은 문제점이 발생할 것으로 보인다. 또한 지금보다 수십배에 이를 것으로 보이는 시험비용 부담 많은 부담이 될 것으로 보인다. 이를 해결하기 위해서는 현재 원칙적으로 사용할 때마다 시험하는 제도를 내화구조인정절차와 같이 방화성능 인정제도를 실시하는 것이 바람직할 것으로 보인다. 인정제도는 현재 이웃 일본에서도 시행하고 있을 뿐 아니라 현재 우리나라에서 난연시험 결과를 1년동안 유효하다고 하여 각 회사마다 1년에 한번씩 만 시험하고 사실상 인정제도처럼 사용하고 그 결과 시험제품과 실제제품의 동질성 확보에 대한 사후관리가 이루어지지 않고 있는 근본 문제점을 해결할 수 있는 방법이 될 것 이다.
7. 결 론
1) 패널의 방내화 시험법은 향후 건축용 샌드위치 패널 구조에 대한 연소성능 시험방법 (KS F ISO 13784-1)으로 점차 변경될 것이 예상된다.
2) 시험에 따른 방화성능 등급은 KS F ISO 13784-1에 규정되어 있지 아니하므로 별도의 성능 등급 기준 설정이 필요하다. 현재 검토중인 ERP의 등급분류 기준은 국내 패널의 시공현황을 반영하여 타 시험방법에 의한 방화성능 기준과의 비교연구를 통하여 보다 객관적이고 세분화 된 등급을 설정하는 것이 바람직할 것으로 보인다.
3) 방화등급 분류설정 및 시행은 시험소요량, 시험설비능력, 시험비용, 사후관리 등을 종합적으로 고려하여 결정하여야 하며 이를 위하여 패널의 방화성능 인정제도의 도입을 검토하는 것이 필요하다고 본다. 끝.