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샌드위치패널의 화재 안전

출처: https://www.ukfrs.com/sites/default/files/2017-09/Sandwich%20Panels%20.pdf

 

1. 서론

 

 

    1995년 가을 CFBAC 합동 소방안전위원회 회의에서 소방연합은 1993년 소방관을 잃은 선밸리 가금류 닭가공 공장에서 발생한 화재 이후 대형 단열 샌드위치패널(LISP) 사용에 대해 우려를 표명했습니다. FRDG는 긴급 사항으로 어떤 연구가 수행될 수 있는지 검토하기로 합의했고, 그 결과 소방연구소는 문제의 정도와 이에 대해 무엇을 할 수 있는지 FRDG에 대한 짧은 연구 프로젝트를 수행하도록 의뢰되었습니다.

 

    샌드위치패널이 있는 건물에서 소방관의 안전은 건물 입주자들도 위험할 수 있지만 주요 관심사입니다. 다른 요인은 큰 재산 손실과 환경 오염의 가능성입니다.

 

    샌드위치패널은 다양한 형태를 취하지만, 금속 외피와 다음 재료 중 하나로 만들어진 충전재가 있는 샌드위치패널을 중심으로 우려됩니다.

 

   ① 발포폴리스티렌

   ② 폴리우레탄

   ③ 미네랄울

 

    충전재는 가연성일 수 있으므로 고려해야 할 잠재적인 화재안전 문제가 있습니다. 샌드위치패널의 두께는 일반적으로 50mm에서 200mm입니다.

 

    LISP는 건물의 외부 외피에 수년 동안 사용되어 왔으며 화재와 거의 관련이 없습니다. LISP는 폴리머 충전 유형으로 신뢰할 수 있는 온도 제어가 이루어지는 냉장 보관에서도 널리 사용되었습니다. 그러나 LISP는 특히 식품 가공산업에서 내부 파티션이나 라이닝으로도 사용되었습니다. LISP의 사용은 병원과 소매점에서도 보고되었습니다.

 

    다양한 유형의 샌드위치패널을 제조, 판매 또는 사용하는 업계의 여러 부문은 우려 사항을 잘 알고 있으며, 화재안전 지침을 준비했거나 샌드위치패널 사용자를 위한 조언을 포함하는 지침을 적극적으로 준비하고 있습니다.

 

    또한 샌드위치패널이 있는 건물에서 화재가 발생하면 건물이 소실되는 경우가 많다는 보험 업계의 우려도 있습니다. 결과적으로 Loss Prevention Council은 샌드위치패널에 대한 화재 성능 기준을 도입했습니다. 또한 ISO(International Standards Organization)는 샌드위치패널에 대한 대규모 화재 테스트를 개발하려고 합니다. 현재 샌드위치패널에 적용되는 유일한 화재안전 요구사항은 건물 규정 승인 문서 B에 따라 내부 라이닝이 화염의 표면 확산 테스트에서 정의된 등급을 충족해야한다는 것입니다. (이 문서에서 정의된 내부 라이닝은 파티션, , 천장 또는 기타 내부 구조를 라이닝하는 재료를 의미합니다.) 승인된 문서 B는 현재 검토 중이며 가연성 코어 샌드위치패널 사용에 대한 추가 제어를 적용할 필요성이 고려 중입니다.

 

    프로젝트의 첫 번째 단계로 199510월에 소방관 검사원이 샌드위치패널 주제에 대한 설문지를 모든 소방대에 보냈습니다. 설문지는 다음 정보를 요청했습니다.

 

   ① 샌드위치패널을 포함하는 해당 지역의 시설 수를 사용한 목록

   ② 잠재적인 화재안전 문제를 발생시킬 수 있는 샌드위치패널을 고려한 시설의 수

   ③ 이 유형의 샌드위치패널을 포함하는 건물에서 발생한 모든 화재에 대한 세부 정보

 

    소방서(Fire Research Station, FRS)는 설문지에 대한 반응을 연구함으로써 업무를 시작했습니다. 신고된 화재 사건의 경우 FRS 화재조사보고서가 소방서의 정보를 보완하는 데 활용되었습니다. 22개 소방서는 다양한 방법으로 샌드위치패널을 갖춘 시설을 적극적으로 찾고 있었습니다. 가장 일반적인 접근 방식은 지역 내에 있는 시설에서 보고하도록 요청하는 것이었습니다.

 

    평상시처럼, 일단 샌드위치패널을 포함하거나 포함할 수 있는 전제가 확인되면, 소방서에서의 연습은 화재안전 검사를 수행하는 것이었습니다.

 

    설문지에 대한 응담과 함께 제공된 보고서, FRS 전화 연락 및 화재 사고에 대한 FRS 방문에 기초하여 샌드위치패널과 관련된 총 21건의 화재 사고가 검토되었습니다. 일반적으로 냉동고와 식품 가공 공장 모두 위험성이 높은 것으로 인식되지만 순수 냉동 창고와 관련된 사고는 두 가지에 불과합니다. 연구된 사건 중 12건은 식품가공 공장, 5건은 공장 건물에서 발생했습니다.

 

    소방대는 식품가공 공장에서 작은 화재가 드물지 않은 것으로 추정하고 직원들은 일상적으로 진화합니다. 그러나 화재가 발생하거나 화재가 음폐되어 있거나 원인이 일상적이지 않을 때, 직원이 상주하지 않으면 발전하여 샌드위치패널로 확산되어 공장 손실 가능성이 높아집니다.

 

    샌드위치패널과 관련된 모든 화재는 다량의 검은 연기를 발생시켰습니다. 많은 경우에 소방관들은 건물 외부 주변을 돌면서 호흡기를 사용해야합니다. 인근 워터파크에 있던 관중 8명이 연기 흡입으로 병원에 이송된 사례도 있습니다. 8건의 사건에서 소방대는 건물 내에서 소방 활동을 할 수 없었고, 3건의 사건에서는 건물 밖으로 후퇴할 수 밖에 없었습니다.

 

    두 명의 소방관이 샌드위치패널 붕괴로 갇힌 채 사망했지만, 그들이 유일하게 사망한 것으로 알려졌습니다. 그러다 다른 소방대도 건물 밖에서 후퇴하거나 출입구에서 발생한 화재와 싸웠을 때 샌드위치패널이 무너지고 있다고 보고하고 있습니다. 조사된 모든 사건에서, 입주자들은 화재가 충분히 나기 전에 안전하게 건물에서 빠져나왔습니다.

 

2. 현장 방문

 

    FRS2단계 작업에서 샌드위치패널과 관련된 화재안전 문제를 파악하고 화재 부하 감사를 수행하기 위해 선정된 6개 작업 건물을 방문했습니다. 이들 현장은 5개의 냉동고와 1개의 채소 가공 공장을 포함했습니다. 현장 방문 결과는 다음과 같습니다.

 

   ① 샌드위치패널을 제외한 화재 부하에는 목재 팔레트, 판지 상자, 비닐 및 폴리에틸렌 필름과 같은 보관 및 포장 재료가 포함되었습니다.

 

   ② 샌드위치패널의 기계적 손상이 관찰되어 폴리머 충전물이 노출되었습니다. 이것은 종종 지게차로 인해 발생했습니다.

 

   ③ 케이블에 의한 샌드위치패널 침투는 또 다른 점화 가능한 장소였습니다.

 

   ④ 식품 안전이 화재안전보다 우선하는 경향이 있습니다.

 

   ⑤ 화재안전 훈련에는 다양한 접근법이 있습니다. 한 경우 감독관만 교육을 받았고 다른 경우에는 정기적인 대피 훈련이 있었고 모든 신입 직원이 교육을 받았습니다.

 

   ⑥ 일부 건물에서는 화재 출구가 팔레트에 의해 차단되었습니다.

 

2. 실험실 테스트

 

    그들 작업 3단계에서, FRS는 일련의 실험실 연구에 의해 다양한 샌드위치패널의 화재 행동을 탐구했습니다. 화재 테스트는 다음 충전재로 금속 스킨 샌드위치패널에서 수행되었습니다.

 

   ① 발포폴리스티렌

   ② 난연성 폴리우레탄

   ③ 미네랄울

   ④ 폴리스티렌으로 충전된 PVC 코팅 샌드위치패널

 

    테스트는 10cm 사각형 샌드위치패널 샘플에 대해 콘칼로리미터 테스트와 더 큰 샘플에 대한 테스트로 구성되었습니다.

 

 1) 콘칼로리미터 테스트(Con Calorimeter Tests)

 

     콘칼로리미터 테스트(Con Calorimeter Tests)는 점화성과 열방출율을 결정하기 위해 수행되었습니다. 샌드위치패널을 수평으로 장착하고 복사 열원에 노출했습니다. 폴리스티렌이 충전된 샌드위치패널은 금속 표면이 노출되었을 때 폴리우레탄 충전 샌드위치패널보다 발화 속도가 더 빨랐지만 충전재가 노출되었을 때는 그 반대였습니다. 미네랄울 충전재를 사용한 샌드위치패널 샘플은 최초 노출시 일부 가벼운 연기가 발생했지만 테스트에서 점화되지 않았습니다. 폴리스티렌을 지지한 PVC 코팅 샌드위치패널의 추가 샘플이 테스트되었으며, 이 샘플은 가장 많은 양의 열과 연기를 발생시켰습니다.

 

 2) 대형 샘플에 대한 화재 테스트

 

     화재 테스트는 샌드위치패널이 점화되는 방식과 연소 방식에 대한 몇 가지 지표를 제공하기 위해 더 큰 샘플에 대해 수행되었습니다. 테스트는 천장의 일부를 나타내기 위해 수평으로 배치되고 벽의 일부를 나타내기 위해 수직으로 배치된 샌드위치패널 샘플에 대해 수행되었습니다. 위에 나열돤 4가지 유형이 각각 사용되었습니다. 테스트된 샘플의 크기는 0.85m×1m에서 2.75m×1.2m입니다. 일부 테스트에서는 두 개의 조인트가 있는 샌드위치패널이 사용되었습니다.

그림1 [폴리스티렌 조인트 샌드위치패널 테스트]

     열화상 및 비디오 녹화는 재료를 통해 화재의 진행 상황을 보여주기 위해 만들어졌습니다. FRS 대형 열량계를 사용하여 2개의 테스트를 실시하여 화재 제품을 수거하고 열방출률 측정, 연기 및 가스 생산량 측정 등을 할 수 있도록 했습니다. 점화원은 연소 테이퍼, 블로 토치 및 30KW 가스 버너였습니다.

 

     이 테스트에서 다음과 같은 관찰이 이루어졌습니다.

 

   ① 테이퍼나 블로 램프 중 어느 샌드위치패널이나 샌드위치패널 충전재도 쉽게 점화될 수 없지만, 보다 강도 높은 가열에서는 형상에 따라 폴리스티렌 샌드위치패널에 불이 지속될 수 있습니다. 만약 녹은 폴리스티렌이 열로부터 빠져나갈 수 있다면, 화재는 줄어들어 꺼질것입니다. 예를 들어 폴리스티렌이 샌드위치패널 표면에 포함되어 있으면 화재가 지속될 수 있습니다.

 

   ② 폴리우레탄에 대한 난연성 처리(테스트 표본에 대한)가 효과적인 것으로 보였습니다. 광물섬유 충전재는 분명히 가연성이 없었습니다.

 

   ③ 서로 다른 조인트 시스템을 통해 다른 방식으로 손상이 발생할 수 있습니다. 단순한 밀어서 고정(push fit)” 조인트는 즉시 박리를 허용하는 반면 볼트 조인트는 구조적 안정성을 제공할 수 있습니다.

 

   ④ 가연성 충전재는 복사 가열 수준이 충분히 높은 금속 스킨의 보호에도 불구하고 점화됩니다. 손상이나 관통부를 통해 노출된 충전재를 통해 이 과정의 속도를 높일 수 있습니다.

 

   ⑤ 화재는 초당 1.5cm의 폴리스티렌을 통해 수직으로 확산될 수 있지만, 수평 샌드위치패널을 통해 확산되는 것은 느릴 수 있습니다. 본 연구의 결과는 화재 통계, 즉 샌드위치패널과 관련된 위험이 주로 화재 진압에 있다는 것을 뒷받침합니다. 일반인 또는 건물 내 근로자가 불타는 샌드위치패널로부터 직접 위험에 처하는 상황이 있을 수 있지만, 여기서의 증거는 샌드위치패널이 처음 점화된다면, 개발이 상당히 느리고 억제될 것이며 샌드위치패널은 이미 크고 위험한 화재에 원인이 될 것이라는 것입니다.

 

그림2 [수직 샌드위치패널 테스트]

그림3 [수평 폴리스티렌 샌드위치패널 테스트]

3. 결론

 

   ① 본 연구의 결과는 화재 통계. 즉 샌드위치패널과 관련된 위험이 주로 화재 진압에 있다는 것을 뒷받침합니다. 일반인 또는 건물 내 근로자가 불타는 샌드위치패널로부터 직접 위험에 처하는 상황이 있을 수 있지만, 여기서의 증거는 샌드위치패널이 처음 점화된다면, 개발이 상당히 느리고 억제될 것이며 샌드위치패널은 이미 크고 위험한 화재에 원인이 될 것이라는 것입니다.

 

   ② 다른 종류의 샌드위치패널은 다른 방식으로 연소됩니다. 광물섬유 샌드위치패널은 불연성이며 일부 유형의 폴리머 코어의 제형 개발은 화재 성장을 제한합니다. 그러나 오래된 유형의 제품을 포함하는 기존 건물이 많이 있습니다.

 

   ③ 다량의 검은 연기가 발생하여 건물 외부와 내부 소방관의 작업이 어렵습니다. 또한 손상된 냉동 공장에서 방출되는 암모니아가 있을 수 있습니다. 또한 샌드위치패널과 관련된 화재로 인해 많은 오염 위험이 있습니다.

 

   ④ 소방에는 명백한 위험이 있습니다. 샌드위치패널의 연료는 화재 발생에 기여할 것이며 화재는 샌드위치패널 내부와 샌드위치패널 뒤 및 위 공극에서 눈에 보이지 않고 빠르게 확산될 수 있습니다. 이러한 샌드위치패널의 고정을 위한 내화 요구 사항이 없기 때문에 샌드위치패널이 갑작스럽게 박리되거나 붕괴될 수 있습니다. 또한 위생을 위해 수밀 표면을 제공하기 위해 샌드위치패널 자체의 특성으로 인해 소방관이 이러한 화재에 소방용 물을 공급하기가 매우 어렵습니다.

 

   ⑤ 소방관들은 샌드위치패널의 비정상적인 화재 행동, 특히 큰 얇은 금속 시트가 상당한 높이에서 떨어지고 후속 확대 확산을 가속화할 수 있기 때문에 그 자체로 위험한 갑작스런 박리 위험을 인식해야합니다.

 

   ⑥ 샌드위치패널이 제자리에 있고 코어가 숨겨지면 여러 유형의 샌드위치패널을 식별하는 데 어려움이 있습니다. 예를 들어 라벨링과 같이 여러 유형의 샌드위치패널이 제자리에 배치된 후 식별할 수 있는 수단이 있다면 소방과 건물 소유주에게 유용합니다.

 

   ⑦ 이러한 건물에는 우수한 화재안전관리 및 관리가 필요합니다. FRS 직원은 차단된 출구와 쌓인 가연성 물질을 관찰했습니다. 샌드위치패널과 관련된 화재의 특성상 잘 준비된 대피 계획이 필요합니다.

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