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실제 건물화재 상황에서 보험사인증 PIR(Polyisocyanurate) 샌드위치패널(판넬)의 성능(1)

출처: https://az750602.vo.msecnd.net/kingspan-live/kingspannetherlands/media/kingspan.nl/tenos-paper-interflam.pdf

 

1. 서론

 

    상업적으로 이용 가능한 샌드위치패널(판넬)은 발포폴리스티렌, 미네랄울 및 경질우레탄폼(폴리우레탄 및 폴리이소시아누레이트 포함)을 포함하는 다수의 대안적인 단열재를 사용합니다. 폴리스티렌은 열가소성 폴리머이며, 이는 분자가 가교가 없는 선형 사슬이라는 것을 의미합니다. 가교 결합이 없다는 것은 융점이 낮다는 것을 의미합니다. 경질우레탄은 열가소성 플라스틱이 아니며, 분자 사슬 사이에 다양한 정도의 가교 결합을 가져 열경화성 행동을 초래합니다. 이것은 재료가 분해되기 전에 훨씬 높은 온도를 유지할 수 있고, 더 나은 화재 성능을 달성할 수 있음을 의미합니다.

 

    미네랄울 단열재 샌드위치패널(판넬)은 유기 수지에 의해 결합되고 일반적으로 폴리우레탄 접착제를 사용하여 샌드위치패널(판넬)의 강철 표면에 접합된 불연성 무기섬유를 포함합니다.

 

2. 현장에서 성능 확인

 

    건물 제품이 때때로 실제 화재 사건에 노출되는 것은 불가피합니다. 이 경우 제품이 어떻게 작동하는지 평가할 기회를 사용하는 것이 중요합니다. 2002년 이래 Kingspan은 실제 화재 상황에서 제품의 성능을 평가하기 위해 여러 가지 화재 조사를 의뢰했으며, 아래에서 이들 중 일부를 논의합니다.

 

 1) 내화성

 

     PIR 단열재 샌드위치패널(판넬)은 화재 구획을 제공해야하는 내벽 및 천장과 인접한 특성을 보호하기 위해 내화성이 필요한 외벽을 위해 지정됩니다. PIR 단열재 샌드위치패널(판넬) 시스템은 EN1364-1 벽 및 EN1364-2 천장에 의해 지정된 표준 화재 테스트 조건에 대해 최대 60분의 단열 및 결점이 없이 성능을 달성할 수 있습니다. 화재시험의 요구 사항을 충족하기 위해, 샌드위치패널(판넬)은 화염 침투에 저항하고 노출되지 않은 표면에서 주변 온도보다 최대 180까지 온도 상승을 제한해야합니다.

[샌드위치패널(판넬)에서 화재저항 테스트]

     이 화재성능이 현장에서 어떻게 나타났는지는 2008년 아일랜드 화재로 매우 명확하게 설명되었습니다.

 

[운송 창고 건물 외부 트럭(CCTV 이미지)]

     상기 그림에서 트럭은 운송사업소 바로 밖에 주차되어 있었고, 의도적으로 불을 질렀습니다. 이로 인해 차량이 완전리 파손되었고, 아래 그림과 같이 건물이 약간 손상되었습니다.

 

[화재 사건의 여파]

     건물 외부에 화재가 직접적으로 영향을 주었음에도 불구하고, PIR 단열재 샌드위치패널(판넬)은 건물 내부로 화재가 확산되는 것을 막기 위해 충분한 무결성과 단열 성능을 제공했습니다. 공장 가동은 화재 후 아침에 계속할 수 있었습니다.

 

 2) 화재에 대한 반응(화재 전파에 대한 저항성)

 

     화재의 심각성에 기여하는 단열된 샌드위치패널(판넬)의 흔적이 있는 대형 화재로 인해, 보험기관은 그들이 보증하는 건물이 화재 성장과 확산을 촉진시킬 재료로 건축되지 않았음을 확인하기 위해 노력하고 있습니다. 따라서 보험자 표준은 단열된 샌드위치패널(판넬)이 건물 화재 사건의 심각성에 큰 기여를 하지 않는다는 측면에서 적절한 성능을 발휘하는지 검증하기 위해 도입되었습니다.

 

     이와 관련하여 사용되는 일반적인 보함사 표준은 LPS1181(영국) FM4880(미국 및 전세계)입니다. 아래 그림을 참조하시기 바랍니다. 이 두 표준에는 샌드위치패널(판넬)의 구성이 패널 표면이나 단열재를 통한 화재 확산에 기여하지 않는지 확인하기 위한 다양한 테스트가 포함됩니다.

 

[FM4880 50ft 코너 테스트]

[LPS1181 ‘garage’ 테스트]

     2010Suffolk Food Hall에서 발생한 화재는 이러한 보험사 표준을 충족하는 PIR 단열재 샌드위치패널(판넬)의 장점을 보여주었습니다. PIR 단열재 샌드위치패널(판넬)을 지지하는 대형 목재 빔으로 구성된 지붕 바로 아래 중위층 설비 지역에 위치한 전기 장비에서 약 500시간에 화재가 발생했습니다.

 

     모든 노출된 가연성 재료 및 지붕의 목재 지지 구조를 포함한 설비 중위층을 따라 화재가 확산되었습니다. 아래 그림은 15mm의 먹재 탄화 깊이가 약 23분 동안의 표준 내화성시험에서 예상되는 것과 동일한 주 지붕 구조물에 대한 화재의 영향을 보여주며, 온도는 대략 800가 될 것입니다.

 

[Suffolk Food Hall에서 모습]

[지붕 빔의 화재 손상]

     소방관은 화재 바로 위와 상기 그림에서 표시된 손상 위치의 지붕 구조를 통해 구멍을 뚫어 해당 구역을 환기시킵니다. 아래 그림은 절단된 구멍을 보여줍니다(일시적으로 복구된 구멍). PIR 단열재에 화재 열에 대한 영향은 샌드위치패널(판넬)의 노출된 스틸 표면의 박리, 탄화 숯 층의 형성 및 화재로부터 단열된 부분에서 더 깊은 영향을 받지 않은 재료를 나타내는 것으로 볼 수 있습니다.

 

 

[화재 지역을 환기시키기 위해 지붕에 구멍을 뚫음]

     건물에서 화재 확산은 중위층 공장 지역과 그 안에 있는 가연성 물질에 국한되었습니다. 이 영역 바로 너머에는 지붕 목재는 불에 그을렸지만 450미만의 온도에서는 타지않았습니다. PIR 지붕 샌드위치패널(판넬)은 박리되지 않았으며, 이는 PIR 단열재에 의해 화재가 전파되지 않았음을 나타냅니다.

 3) 화재방지를 위한 기능적 화재성능 목표 달성

 

     2009년 영국의 RA Wood Adhesives에서 화재가 발생하여 해당 사업체가 차지하고 있는 건물의 일부를 완전히 파괴했습니다. 화재 전에 찍은 건물의 위성 사진은 아래와 같습니다.

 

[화재 전 건물의 위성 사진]

     RA Wood Adhesives가 차지한 건물 부분은 점선 왼쪽으로 옆 공장부터의 화재 구획의 위치를 나타내고 있습니다. 건물 전체 지붕은 PIR 단열 샌드위치패널(판넬)을 사용하여 건축되었습니다. 영국 건축규정 지침을 준수하기 위해, 지붕 구조는 구획벽과 연결에서 그림에서 표시한 세부 사항을 포함해야합니다.

 

[영국 건축규정 지침을 준수하기 위한 디테일]

     아래 그림에 나타난 화재의 여파는 방화벽이 옆으로 화재가 확산되는 것을 방지하는 의도된 기능을 수행했음을 보여줍니다.

 

[화재 후 구획벽 위치]

[구획벽의 상부]

     이 경우 PIR 샌드위치패널(판넬) 단열재는 구획벽의 상부에 걸쳐 연속적이며 설계 지침에서 권장하는 300mm 폭의 제한된 가연성 재료(미네랄울)에 의해 중단되지 않습니다. 벽의 상부 부분에서 샌드위치패널(판넬) 결합에서 수행된 검사에 따르면 PIR 단열재는 벽의 보호된 측면으로 화재 전파를 방지하기 위해 샌드위치패널(판넬)의 강판 표면재 사이에 안정적이고 효과적인 씰을 형성하가 위해 검게 그을린 것으로 나타났습니다. 영국 설계 지침은 이제 대안적 접근 방식이 내부 및 외부 표면의 화염과 은폐된 연소에 저항하기 위해 대규모 시험에서 보여진 샌드위치패널(판넬) 시스템을 사용하는 것일 수 있다는 것을 인식해야합니다.