(6) 화재 테스트 및 결점
2002년 2월부터 유럽 연합은 건물 재료 테스트를 위한 기본 분류 시스템으로 화재 반응에 대한 유럽 표준을 설정했습니다. 이 시스템은 기존 시스템에 비해 장점이 있으며, 하나의 표준에 따라 모든 국가에서 동일한 테스트로 모든 건축 제품을 테스트합니다. 난연성 테스트를 하기 위해 제품이 분류되는 A1, A2, B, C, D, E 및 F의 6가지 등급이 있습니다.
A1 등급은 유럽 법규 중 가장 높은 내화 등급입니다. A1 등급은 불연성 제품이며, 어떤 식으로도 화재에 기여하지 않습니다. 화재 부하가 높거나 발화 온도가 낮은 제품은 E등급 재료로 분류됩니다. 재료가 테스트되지 않았거나 작은 화염 테스트에 실패하면 자동으로 등급 F 제품이 됩니다. 제품이 테스트되면, CE(Conformité Européenne)입니다. 2003년 1월 1일부터 건물에 적용되는 모든 건축 제품은 CE 인증을 받아야 합니다.
이 분류는 단일 연소 항목 테스트(Single Burning Item Test, SBI 테스트), 열량 용기(calorific bomb), 소형 화염 테스트(small flame test) 및 ISO 가열로 테스트(ISO furnace test)의 4가지 테스트로 수행됩니다. ISO 가열로 테스트(ISO furnace test)는 제품이 A1 및 A2 등급에 대해 테스트되는 방법입니다. 60분 동안 작은 샘플이 750℃의 온도에 노출됩니다. 이 테스트는 불연성 테스트라고도합니다.
발열 용기 테스트는 발열 값을 결정하는 데 사용됩니다. 이것은 밀폐된 실린더 또는 용기에 순수한 산소와 함께 고압(30Bar) 아래에 샘플을 배치하여 수행합니다. 이 실린더 또는 용기는 EN ISO 1716에 지정된대로 물에 배치됩니다. 샘플이 점화되고 발열량은 온도 상승에 의해 결정됩니다.
EN ISO 11925-2에서 설명된 소형 화염 테스트는 B, C, D 및 E등급의 분류에 사용됩니다. 이것은 제품의 점화 및 화염 확산 능력을 결정하는 데 사용됩니다. 이것은 샘플 아래에 놓인 촛불을 사용하여 샘플을 점화하여 수행됩니다. 화염 위의 온도는 이 지점에서 180℃입니다. 샘플은 15cm 높이까지 2cm씩 표시됩니다. 화염은 테스트 중에 15cm 표시를 넘어서는 안됩니다.
단일 연소 항목 테스트(EN 13823)는 제품 분류 A2, B, C 및 D를 위해 설계되었습니다. 샌드위치판넬은 판넬에 사용된 접착제(ISO 1182)로 인해 단열재가 A1 제품으로 분류된 경우에도 항상 SBI 테스트를 받습니다. 이 테스트는 화재 시작을 실험합니다. 샘플은 30KW의 화염에 20분 동안 노출됩니다. 이 테스트 동안 산소 사용, 연기 및 CO₂생성이 측정됩니다. 사용된 산소는 화염의 강도와 비례합니다. 이 테스트에는 연기 가스가 화재의 확산에 미치는 영향을 포함하지 않습니다. 분류는 유럽 법규로 규제되어 있습니다. 아래 표는 각 등급의 용어를 보여줍니다.
SBI 테스트가 실제 건물의 화재를 대표하지 않는다는 결론을 내린 여러 보고서가 각각 있었습니다. 샌드위치판넬의 실제 화재 안전을 결정하기 위해 전체 규모 테스트가 필요합니다. 샘플이 클수록 샌드위치판넬 면의 왜곡이 더 많이 나타나고, 샌드위치판넬의 좌굴 영향이 더 커집니다. “스팬이 4.5m보다 클 경우, 이 좌굴로 인해 샌드위치판넬이 천장에서 떨어질 수 있습니다.” 지지 구조/퍼린은 표면이 아래로 떨어지는 것을 방지할 것입니다. 좌굴 및 샌드위치판넬 면 왜곡은 제품의 내화 특성에 큰 영향을 미칩니다. 샌드위치판넬의 단열재가 화재에 노출되기 때문입니다.
“SBI 테스트의 열 노출과 샘플 크기가 너무 작아 샌드위치판넬은 심각한 좌굴을 유발할 수 없습니다. 따라서 가연성 단열재가 있는 대부분의 샌드위치판넬은 SBI 테스트에서 가능한 가장 높은 등급을 얻습니다. 이는 본질적으로 소형 룸에서 플래시오버를 일으키지 않아야 함을 의미합니다. 그러나 ISO 9705에서 테스트할 때, 이러한 샌드위치판넬 중 상당수가 플래시오버를 일으킬 것입니다.” CEN은 특히 SBI 테스트에 대한 반대를 극복하기 위해 가연성 단열재가 있는 강판 샌드위치판넬에 대한 대규모 테스트(EN 14837)를 개발했습니다.
4) 목적 및 범위
이 연구의 목적은 우선 샌드위치판넬이 적용된 건물에 진입하는 소방관들에게 발생할 수 있는 위험에 대한 이해를 얻기 위해서 입니다. 두 번째로 플래시오버 전 화재 조건에서 열에 노출된 단열재에 대한 일방적인 질문에 대한 답을 찾기 위해서 입니다. 이 연구의 마지막에는 합성 단열재가 위험한지, 그리고 단열재가 믿는 것처럼 불연성인지 명확해야 합니다. 주요 초점은 화재 및 관련 재료공학 분야에서 상대적으로 낮은 온도 범위(100~500℃)인 플래시오버 전 단계에 있습니다. 이것은 플래시오버 전 단계에서 재료의 반응이 고온에 비교하여 다르다는 것을 의미합니다.
이전에 설명한 자료에 따르면, 모든 재료가 열 분해 단계에 머무를 것이 아닌가 생각됩니다. 이 단계에서는 제품이 점화되지 않았지만 가연성 가스를 방출할 수 있다는 것을 의미합니다. 이러한 저온과 결합된 열 분해 가스는 연기층에 가연성 열 분해 가스가 축적될 가능성이 있습니다. 가연성 열 분해 가스의 적절한 양은 연기층 폭발과 같은 위험한 상황을 만들 수 있습니다.
단열재는 다양한 종류, 특성 및 제품으로 제공되며, 이 다양한 제품에는 단열재를 생산하기 위한 다양한 재료와 제조 방법이 함께 제공됩니다. 이 연구는 네덜란드에서 사용되는 강판 샌드위치판넬, 특히 폴리우레탄(PUR), 폴리이소시아누레이트(PIR) 및 미네랄울단열재가 있는 샌드위치판넬에 적용되는 단열재에 초점을 맞출 것입니다. 미네랄울판넬은 참고 재료로 간주됩니다.
테스트된 샌드위치판넬은 건물에 적용된 모든 단열재를 포함하지 않을 것이며, EPS 판넬은 기술 및 재정적인 이유로 인해 이전에 생산되었으며, 이 샌드위치판넬은 새로운 건축 프로젝트를 위해 생상되지 않았습니다. 적용된 평면 지붕 구조의 0.25~0.5%가 여전히 사용 중입니다. 이것은 상대적으로 적은 양입니다. EPS 판넬의 연구는 따라서 PUR 우레탄판넬 및 PIR 우레탄판넬만큼 관련성이 없습니다.
미네랄울판넬은 또한 습기 문제, 무게 및 비용으로 인해 네덜란드 시장에서 낮은 점유율을 보입니다. 이 샌드위치판넬과 의 차이점을 조사하는 것은 매우 흥미롭습니다. 대부분의 산업 건물이 스틸 데크 원리를 사용하여 건축되기 때문에 샌드위치판넬의 전체 시장은 상대적으로 적습니다. 그러나 제품의 단순성과 결합된 열 분해 범위는 샌드위치판넬에 대한 연구를 시작하기에 흥미롭습니다.
5) 연구 질의
이 연구에 대한 주요 질문은 다음과 같습니다.
① 열 분해에 의한 샌드위치판넬의 질량 손실은 100~400℃ 사이의 온도에 노출되었을 때 가연성 한계에 도달할 수 있는 충분한 가스를 생성하는가?
이것은 두 개의 하위 연구 질문으로 나뉩니다. 첫 번째는 개발된 실험 설정에서 응답되고, 두 번째 질문은 스프레드시트 계산(spreadsheet calculations)으로 응답됩니다.
② 샌드위치판넬을 열에 노출할 때, 눈에 보이는 어떤 변화가 발생하며, 질량 손실은 얼마입니까?
이 질문은 미네랄울단열재와 우레탄단열재를 비교하는 결과를 가져올 것입니다. 플래시오버 전 단계에서 발생하는 온도에 노출되었을 때, 이러한 재료가 어떻게 작용하는지 보기 위해서 입니다. 결과는 샘플이 일정한 시간 동안 일정한 온도에 노출되는 실험적 질량 손실 테스트에 의해 생성됩니다. 현재 사용 가능한 테스트는 플래시오버 전 단계에서 제품으로 샌드위치판넬의 반응을 테스트하도록 설계되지 않았기 때문에 테스트 설정을 개발하기 위해 선택되었습니다.
제품의 화재 안전 등급을 인증하는 내화성 테스트는 플래시오버 단계보다 훨씬 높은 온도에서 샘플을 노출시킵니다. 단열재의 질량 손실은 온도와 관련된 질량 손실에 대한 이해를 제공하는 TGA 분석(Thermal gravimetric analysis, 열 중량분석)에 의해 결정될 수도 있습니다. 구조로서 샌드위치판넬의 영향은 고려되지 않습니다.
2장에서 설명할 개발된 테스트에서는 제품으로서 샌드위치판넬의 연기층을 실험하는 열원 또는 열기에 노출됩니다. 이 테스트에서 강판 표면의 영향에 관해 질량 손실이 결정됩니다.
③ 고온에 노출되었을 때, 다른 샌드위치판넬 유형에 의해 생성된 연기층의 열 분해 가스의 예상되는 농도는 얼마입니까?
이 질문에 대한 답은 Excel 통합 문서의 오존 실험과 결합된 대량 질량 손실 실험의 결과에 의해 생성됩니다. Excel 통합 문서는 플래시오버 전 단계에서 건물의 총 영향 면적과 총 질량 손실을 생성합니다. 또한 연기층에 존재할 수 있는 열 분해 가스의 양에 대한 이해를 제공합니다. 데이터 흐름의 모델은 4장에 설명되어 있습니다.
6) 제한
이 연구에서 플래시오버 전 단계에 대해 언급할 것이며, 이는 이 연구의 결과가 400℃ 이상에서 단열재의 반응에 대한 어떠한 데이터도 포함하지 않을 것이라는 것을 의미합니다. 그리고 이 연구 결과는 완전히 발달된 화재에 대한 예측을 생성하는 데 사용할 수 없습니다. 재료는 고온에서 다르게 반응하기 때문입니다. 샌드위치판넬 샘플을 테스트하는 데 사용되는 노의 제한된 용량으로 인해 400℃까지 데이터가 생성되어 있습니다.
시험 샘플의 양은 각각 1개의 PUR 우레탄판넬 유형, 1개의 PIR 우레탄판넬 유형, 1개의 미네랄울판넬 벽판 및 미네랄울판넬 지붕판 유형으로 제한되었습니다. 테스트를 거친 다양한 재료는 현재 상황에 대한 더 나은 객관적인 설명을 제공합니다.
이 연구는 네덜란드에서 상대적으로 작은 시장인 샌드위치판넬 시장에만 초점을 맞추고 있으며, 스틸 데크 원칙에 따라 건물에 적용되는 단열재에 대한 추가 연구는 더 많은 양의 건물을 다룰 것입니다.