5. 샌드위치패널(판넬) 구조에서 화재 상태를 평가하는 방법과 그 효과
이 단원에서는 샌드위치패널(판넬) 구조 내의 화재 상태를 평가할 수 있도록 영국 소방 및 구조에서 사용할 수 있는 방법을 평가합니다. 일차적인 방법은 열화상 기술을 사용하는 것이지만, 덜 사용되는 방법도 고려됩니다.
1) 열화상 기술(Thermal Imaging Technolgy)
모든 물체는 온도의 함수로 적외선 에너지(열)을 방출합니다. 물체에 의해 방출되는 적외선 에너지는 열 신호로 알려져 있습니다. 일반적으로, 물체가 뜨거울수록 방사선이 더 많이 방출됩니다. 열화상(열 이미지 카메라라고도 함)은 본질적으로 온도의 차이를 감지할 수 있는 열 센서입니다.
그림11 [전자기 스팩트럼]
이 장치는 현장의 물체로부터 적외선을 수집하고, 온도 차이에 대한 정보를 기초하여 전자 이미지를 만듭니다. 물체가 주변의 다른 물체와 정확하게 동일한 온도는 거의 없기 때문에, 열화상 카메라가 물체를 감지할 수 있고 열화상에서도 뚜렷하게 나타납니다.
영국 소방 구조에서 사용하는 열화상 장비는 다양하며 종류가 다양합니다. 아래 그림과 같은 손으로 잡는 유형은 가장 일반적으로 사용하는 핸드 열 스캐닝 장치 중 하나입니다.
그림12 [영국에서 사용되는 휴대용 열화상 카메라]
(1) 열화상 장치의 한계
열화상 장치는 액체가 아닌 고체 물체의 표면 온도만 표시합니다. 이러한 장치는 물체가 방출하는 빛의 파장을 기반으로 온도를 감지합니다(파장이 길수록, 온도가 낮아짐). 따라서 적외선 기술은 빛(유리, 빛나는 금속, 직사광선에 있는 밝은 색상의 물체)을 반사하는 물체의 온도를 보여주지 않으며, 2차원 영상으로만 표시합니다.
또 다른 제한 사항은 깊이 인식이 부족하기 때문에 사용자는 열화상 카메라로부터 물체가 얼마나 멀리 떨어져 있는지 결정하는 데 어려움을 겪을 것입니다. 또한 동일한 온도의 재료는 동일한 색상을 나타내기 때문에 표시 장치에는 일반적으로 가시광선으로 볼 수 있는 많은 세부 사항이 표시되지 않을 수 있습니다.
열화상 기술은 유리를 관통하지 않으며, 가열된 유리는 일반적으로 색이 더 밝아 보이고 흐리거나 연기 속에서 약간의 침투가 발생할 수 있습니다. 밀도에 따라 증기가 침투하거나 침투하지 않을 수 있습니다.
그림13 [테스트 중에 사용 중인 열화상 카메라]
2) 초음파 조사 장비
초음파 검사는 복합 구조물을 검사하는 데 가장 널리 사용되는 기술입니다. 다양한 적절한 초음파 기기가 이용 가능합니다. 일반적으로 초음파는 복합 적층 구조에서 매우 잘 이동하며 이상능 매우 쉽게 감지할 수 있습니다.
제조 환경에서, 대형 샌드위치패널(판넬)은 상대적으로 높은 진폭의 초음파 빔이 부품을 통과하고 다른 쪽에 위치한 수신 변환기가 신호의 감쇠를 측정하는 전송 방법을 통해 검사됩니다. 결과는 일반적으로 C-스캔 이미지로 표시됩니다. 그 기술은 널리 사용되고 매우 신뢰할 수 있습니다. 그러나 항공기 양쪽에서 필요한 접근이 불가능하기 때문에 유지보수 환경에서 이 기술을 사용하는 것은 불가능합니다.
항공기와 해양 산업은 샌드위치패널(판넬)의 상태를 결정하기 위해 초음파 장비를 사용합니다. 이 검사 기술은 표면 적층물의 박리 및 건조 영역과 표면과 코어 사이의 탈 결합을 포함한 고장을 판별하는 데 사용할 수 있습니다. 해양 산업에 적용되는 샌드위치 구조의 대규모 검사는 0.1~2MHz의 주파수 범위에서 특수 고감쇠 광대역 변환기를 사용합니다. 이 방법은 펄스–에코 모드에서 작동하며, 이는 구조물의 한 쪽에 한 번 접근해야 함을 의미합니다.
(1) 초음파 장비의 한계
샌드위치 구조에서 초음파 검사는 코어 구조의 동질성과 저밀도 때문에 극도로 감쇠됩니다. 따라서 샌드위치 구조를 위해 초음파를 사용하는 것은 기구에 좀 더 전문적인 기능을 필요로 합니다. 그 기술은 널리 사용되고 있으며 매우 신뢰할 수 있습니다. 그러나 항공기 구조 양쪽에서 필요한 접근이 불가능하기 때문에 유지보수 환경에서 이 기술을 사용하는 것은 불가능합니다. 역동적이고 빠르게 움직이는 화재 상황에서는 이 장비를 사용하는 것이 실용적인 것으로 판명될 것입니다.
3) 절단–소화 워터미스트 시스템(Cut-Extinguishing Watermist Systems, CEWS)
절단–소화 워터미스트 시스템(Cut-Extinguishing Watermist Systems, CEWS) 기술은 영국 전역의 소방 및 구조에서 시험 및 활용하고 있습니다. 이 시스템은 두 개의 개별 기능으로 구성됩니다. 첫째는 격실을 관통하는 연마성 고압 물줄기 흐름이고 둘째는 격실에 워터미스트를 적용하는 창이 있는 별도의 장치입니다.
화재 구획은 고압(300bar)에서 연마제를 도포하여 약 5mm의 구멍을 만들어 외부에서 접근합니다. 연마재가 벽면을 관통하면 아주 미세한 워터미스트(물 분무)가 실내로 방출됩니다. 워터미스트(물 분무)는 매우 미세한 분자로 인해 가스처럼 작용하며 소방관이 위험 지역에 투입되기 전에 실내 온도를 낮춥니다.
UHPL(Ultra High Pressure Lance)은 목재, 금속 및 심지어 석조 이중벽을 포함한 다양한 표면을 뚫어 미세한 워터미스트(물 분무)를 구획 화재에 담는 능력을 가지고 있어 내부 온도는 단 20초 만에 500℃에서 85℃로 낮출 수 있습니다. 온도 탐침을 개구부에 삽입하여 소방관이 위험 영역에 투입되기 전에 내부 실내 온도를 측정할 수 있습니다.
그림14 [CEWS 장비의 사용]
소방구조대는 냉간 절단 기술이 도입될 수 있는 속도가 전통적인 기술과 비교할 수 없다는 것을 발견했습니다. 전통적인 소방 기술을 고려할 때 소방관들은 유사한 유형의 사고에 대처하기 위해 최대 20분 동안 극한의 열에 노출됩니다. 이 창(lance)은 소방관이 건물에 들어가는 환경을 훨씬 더 안전하게 만들고 전통적인 기술로 인해 일반적으로 발생하는 물 피해를 제한할 수도 있습니다.
건물 안으로 조기에 진입하고 소방 가스를 냉각하면 소방관들이 실내 화재에 진입할 필요성이 줄어듭니다. 건물/건축 외부의 안전한 위치에서 화재가 진압되기 때문에 구획 외부에서 화재를 더 잘 제어할 수 있으므로 화재가 강렬한 열 복사 및/또는 화재 가스 폭발로 인한 부상 위험을 피할 수 있으므로 소방관의 안전이 향상됩니다. Northamptonshire 소방 구조대는 소방에서 냉간 절단 기술을 장려하는 데 진보적이었고 그들의 대변인은 다음과 같이 말했습니다.
재산 화재에 대처하는 기존의 방법에 도전함으로써, 지속적인 연구와 개발을 통해 NFRS는 첨단 전술 환기 기술과 사고 지휘관의 훨씬 더 뛰어난 열화상 기술을 통합할 수 있게 되었습니다.
NFRS와 Northamptonshire 내 지역사회에 수 많은 운영, 경제적, 환경적 이점을 제공하는 완전히 새로운 ‘코브라 소화개념(Cobra Extingguishing Concept)’이 개발되었습니다. 여기에는 향상된 소방 안전성과 향상된 운영 대응이 포함됩니다. 화재 사고로 인한 환경 영향도 여러 분야에서 상당히 감소했다고 말했습니다.
코브라를 사용하여 조기에 개입할 수 있는 능력은 재산 피해를 줄여 개인, 기업 또는 지역 사회에 미치는 경제적 영향을 최소화하고 대기로 배출되는 화재 가스의 양을 제한합니다. 코브라 시스템에서 사용하는 물의 양을 줄임으로써 사고로 인한 오염수 유출도 제한됩니다.
2011년 3월 Northamptonshire 화재 구조대는 Northamptonshire의 코브라에 있는 하이베이 창고에서 발생한 화재에 참석했습니다. 화재 부하가 높은 샌드위치패널(판넬) 구조의 하이베이 창고에서 발생한 중요한 화재와 관련이 있습니다. 여러 개의 고압 창(lance)이 배치되었고 건물과 내용물의 80%가 저장되었습니다. 화재 진압 전술의 일환으로, 다섯 개의 냉간 절단 장치를 배치하여 내벽의 건전성을 유지하고 발화 구역 내에서 화재를 진압했습니다.
(1) CEWS(Cut-Extinguishing Watermist Systems)의 한계
이러한 유형의 시스템의 한계는 연마재 절단 기능보다는 Watermist(물 분무) 기능과 관련이 있습니다. 잠재적인 위험에는 급속한 증기 팽창이 작용하여 연기와 열을 바닥으로 유도하는 외피릐 내용물을 거주자의 피난처를 형성할 수 있는 장소에 혼합하는 작용을 합니다. 또한 물의 증발/수분의 잠열 히터로 인해 고온/건조 가스와는 반대로 저압 증기에서 연소 가능성이 증가할 우려가 있습니다.
이러한 시스템은 열화상 기술, 양압 환기 팬과 같은 다른 현대적인 방법과 함께 사용할 때 가장 효과적입니다. 이것은 분명히 추가적인 자원과 훈련 요구 사항으로 이어집니다. 이 기술은 비교적 새로 사용되기 때문에 영국 소방대에서 소방 부문 내에서 실용적인 효과에 대한 제한된 증거가 존재합니다.
4) 폭발물 충전
스웨덴 소방 당국은 폭발성 절단 기술을 사용하여 강철 피복 건물의 연기 환기를 돕기 위해 건물에 진입하는 기술을 개발했습니다. 이 시스템은 폭발성 충전물을 넣는 속이 빈 프레임을 사용합니다. 프레임은 일반적으로 건물 내 연기 환기를 돕기 위해 지붕에 부착됩니다. 폭발물 충전은 수백 미터를 이동할 수 있는 EFR(폭발력 투영)입니다.
(1) 폭발물 충전 사용 제한
폭발물의 사용은 직원 교육뿐만 아니라 저장 및 라이센스 계약 측면에서 화재 및 구조에 문제가 발생할 수 있습니다. 폭발물 활성화는 위험 지역 내의 사람에게도 영향을 미치며 폭발 장치의 사용을 반영하도록 운영 절차를 변경해야합니다. 일반적으로 폭파와 관련된 위험을 완화하기 위해 150m의 전선관을 배치해야합니다.
5) 로봇 기술
폭발물의 처리와 다른 원격 활동을 위해 군사용으로 개발된 로봇 기술은 수년 동안 운용되어 왔습니다. 이 기술은 이제 소방으로 확장되고 있습니다. 아래 그림은 영국 소방 구조대가 시험하고 있는 로봇 기술의 예입니다.
소방관을 투입하지 않고 건물 정보를 수집하여 많은 기능을 개발하고 있습니다. 개발되고 있는 핵심 영역 중 하나는 건물 내의 온도 윤곽을 중앙 지점으로 다시 전달하여 소방 결정을 알리는 열화상 기술릉 사용하는 것입니다.
그림15 [사용 중인 로봇 기술의 예]
온도 윤곽의 수집에 대한 이러한 접근 방법은 구멍, 샌드위치패널(판넬) 내에서 확산된 화재를 분석할 때 관련이 있습니다. 이 정보는 화재 진압 전략을 알리고 건물 붕괴를 예측하는 데 활용할 수 있습니다.
(1) 제한
로봇 기술은 소방 활동에서 가장 최근에 개발된 기술이며 완전히 테스트되지 않았습니다. 초기 비용은 분명히 제한 요소이며 영국의 많은 소방서에서 공유 또는 지역별로 로봇 시설을 테스트하고 구입하고 있습니다. 작업자가 건물에서 멀리 떨어져 있기 때문에 건물 내에서 로봇을 조정하고 기동하는 것은 어렵습니다.
6) 다른 기술
다른 보다 근본적인 기법은 샌드위치패널(판넬)이 가연성 코어를 가진 단열 샌드위치패널(판넬)인지 또는 현장에서 조립된 제품인지 확인하는 데 기초하고 있습니다. 샌드위치패널(판넬)을 두드려 ‘속이 빈’것으로 판단할 수 있는 경우, 이는 연소성 코어를 가진 현장 조립 제품임을 나타낼 것입니다. 다시 한번 샌드위치패널(판넬)의 가장자리를 뒤로 제쳐서 밝힐 수 있다면, 이것은 샌드위치패널(판넬)의 고유한 품질에 대한 동일한 확인을 제공할 것입니다.
7) 다양한 기법의 요약
이 검토는 사용 가능한 여러 가지 기법을 제공합니다. 일부 기술은 이론적인 해결책을 제공하지만, 건설된 환경 내에서 엄격한 화재 진압에는 적합하지 않다는 것은 명백합니다. 가장 실용적이고 일반적으로 사용되는 기술은 열화상 카메라 사용입니다. 열화상 카메라는 영국 소방 구조대에서 수년간 사용되어 왔으며 사용하기 쉬웠습니다. 그러나 이 데이터가 어떻게 해석되고 소방 의사 결정에 도움이 되는지를 보여주기 위해서는 더 많은 정보가 필요합니다.
6. 이 프로젝트의 독창성, 목표 및 방법론
검토한 문헌은 화재에 노출된 샌드위치패널(판넬) 구조물 내의 온도 윤곽 연구에 대한 연구에 대한 연구가 거의 없었으며, 이는 영국 소방구조대에 제공되는 일반적인 지침에 반영됩니다. 제공된 지침은 종종 사용 가능한 정보에 대한 특정 해석보다는 이러한 유형의 건물에서 화재가 발생할 때 고려해야 할 위험과 위해에 대한 경고입니다. 이 지침은 흔히 열화상 카메라를 사용하여 샌드위치패널(판넬) 표면의 온도 차이를 경정한 다음 화재 확산 정도를 평가하는 데 사용할 수 있습니다. 그러나 온도와 화재 발생 가능성이 있는 단계가 연관되었다는 증거는 없었습니다.
대부분의 소방 구조대가 건물 내 화재 확산을 파악하기 위해 사용하는 주요 도구 중 하나는 열화상 카메라(Termal Imaging Camera, TIC)입니다. 제공된 대부분의 지침은 샌드위치패널(판넬) 구조 건물에서 화재 진압을 할 때 TIC를 사용해야 한다고 조언하지만, 이 정보가 소방 결정을 알리는 데 어떻게 사용될 수 있는지에 대해서는 언급되지 않습니다.
이 연구는 열화상 카메라로 측정한 온도 정보를 분석하여 화재진압 의사 결정을 알리는 데 사용될 수 있는 신뢰할 수 있는 정보를 제공하는 방법에 대한 해결책을 모색하고 있습니다. 화재 테스트는 다양한 두께와 조인트 방향을 가진 샌드위치패널(판넬) 샘플을 사용하여 수행됩니다. 샌드위치패널(판넬)의 한 면은 실제 화재 조건에 노출되며 샌드위치패널(판넬) 본체와 조인트의 온도는 열전대 및 열화상 카메라를 사용하여 측정되어 화재 기간 내내 온도 윤곽을 결정합니다.
이 장에서 제시된 포괄적인 검토 외에도 본 연구의 주요 부분은 화재 테스트 및 화재 테스트 데이터 분석입니다. 그런 다음 분석 결과를 사용하여 샌드위치패널(판넬) 구조에서 화재진압 지침을 권장하고 열화상 카메라 데이터를 활용하는 방법에 대해 특별히 언급합니다.
본 연구에서 사용된 이 방법론은 다양한 두께와 샌드위치패널(판넬)의 방향을 실제 화재 조건에 노출시키는 것입니다. 온도 정보는 샌드위치패널(판넬) 코어 및 조인트의 다른 부분 뿐만 아니라 열화상 카메라로 노출되지 않은 표면에서도 수집됩니다.
7. 요약
1) 샌드위치패널(판넬) 구조 소개
샌드위치패널(판넬)은 건설된 환경 내에서 광범위하게 사용되어 왔으며, 1980년대 이후 현장 조립시스템에서 전환되었습니다. 중합체 코어를 포함하는 샌드위치패널(판넬)은 매우 효율적인 단열재이며 설치가 쉽지만 화재와 관련될 때 심각한 문제를 일으킵니다. 샌드위치패널(판넬)은 단열 품질이 유지되도록 복잡한 조인트 배열이 있는 대형 시트로 형성됩니다.
2) 샌드위치패널(판넬) 구조와 관련된 화재 위험 및 소방에 대한 영향
샌드위치패널(판넬)로 지어진 건물은 화재 발생시 소방관에게 심각한 위험을 초래할 수 있습니다. 중합체 폼 코어의 우수한 단열 품질로 인해, 화재 확산을 감지하기 어려울 수 있으며 270℃의 낮은 온도에서 코어에서 금속 표면의 박리가 발생할 수 있습니다. 샌드위치패널(판넬) 코어가 관여하면 샌드위치패널(판넬), 공극 및 은폐된 장소를 통해 급속한 화재 확산이 발생할 수 있습니다. 화재 조건에 장기간 노출되면 치명적인 고장과 샌드위치패널(판넬) 붕괴가 발생할 수 있습니다.
코어 재료 내의 요소로 인해 화재에 노출되면 코어 재료가 점화되어 구획 온도가 상승하고 다량의 짙은 검은 연기가 생성됩니다. 이러한 모든 요소는 구획 내의 유지 상태에 악영향을 미치고 소방관에게 더 큰 위험이 될 수 있습니다.
3) 화재 및 구조에서 사용할 수 있는 지침
건축 환경 내에서 샌드위치패널(판넬)의 설계 및 설치에 대한 법적 지침은 없습니다. 국제냉장고건설협회(IACSC)는 소방관들이 건물에서 샌드위치패널(판넬) 코어 자재를 식별할 수 있도록 하기 위한 냉장고 부문의 자발적인 표시 계획을 포함하는 모범 사례 지침을 마련했습니다. 이 제도는 건축 규정, 승인된 문서 B 2000에 대한 지원 문서에서 권장됩니다.
1970년 소방서에서 만든 전통적인 지침은 단열 환경 내에서 화재를 해결하는 데 대한 조언과 지침을 제공합니다. 그러나 그 딩시 단열재는 일반적으로 압축 코르크 또는 현대의 단열재와 크게 다른 특성을 가진 유사한 재료였습니다.
화재 및 구조용으로 작성된 최신 지침은 샌드위치패널(판넬) 구조로 된 건물의 소방과 관련된 위험, 위해 및 제어 조치를 강화하는 일반 위험 평가(GRA, Generic Risk Assessment)로 발행됩니다. GRA 내의 정보를 기초로 화재 및 구조는 지침을 해당 화재 및 구조의 특정 요구 사항에 맞게 조정되는 표준 운영 절차(SOP, Standard Operating Procedure)로 변환됩니다. 검토된 SOP의 대부분은 내용이 대체로 유사하며 문헌 검토에서는 기존 규정을 수정하거나 수정한 소방 및 구조를 식별합니다.
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