Ⅲ. 화재 확산의 과정과 기존 연구
다음 섹션에서는 외부 가연성 벽 조립의 화재 성능에 대한 기존 연구 문헌의 개요를 제시합니다. 또한 이 섹션에서는 가연성 외벽 조립에서 화재 확산의 주요 과정을 식별합니다.
1. 기존 연구
외부 가연성 벽의 모든 이전 작업관련 화재 성능을 정당하게 인정하는 것은 매우 어려운 일입니다. 지난 수십 년 동안 이 분야에 많은 양의 문헌이 발간되었습니다. 2000년에 화재법규개혁센터는 외부 피복 재의 화재 성능에 대한 연구 보고서를 작성했습니다. FCRC(화재법규개혁센터) 보고서의 범위는 이 보고서의 범위와 매우 유사합니다. 표면 점화 및 화재 확산 상황, 주요 화재사고, 이전 연구, 규정 및 시험방법 및 다양한 시험 방법에서 일반적인 재료의 성능을 검토하여 제공합니다.
FCRC(화재법규개혁센터) 보고서 권고사항은
① 화재사고 데이터의 수집은 외부 수직 화재 확산의 세부 사항을 수집하고 확인하여 수정해야 합니다.
② 중간 규모의 ASTM 수직 채널 테스트는 외벽 시스템을 평가하는 비용 효율적인 수단으로 호주 및 뉴질랜드 건축법에 의해 개발되고 채택되어야 합니다. 전체 규모의 테스트는 너무 비싸다고 생각합니다.
위 권장 사항은 호주에서 채택되지 않았습니다. 전 세계의 일부 규정 및 시험 방법은 2000년 이래 개정되었습니다. FCRC 보고서에 제시된 이전 연구의 검토는 매우 철저하며 표면 화재 행동, 시험 개발뿐만 아니라 단열 샌드위치판넬, 커튼월 시스템, EIFS(외단열 공법), 철골조 보호 그리고 표면 화재 계산도구 및 2000년 모델링의 성능에 대한 여러 국가의 연구에 대한 훌륭한 개요를 제공합니다.
호주의 2011년 보고서는 가연성 외벽의 화재안전 엔지니어링 설계에 대한 일반적인 화재 노출 3가지 상황의 지침을 제공합니다.
① 외부 화재 원인으로 확산되는 화재 ② 내부 구획 화재에서 확산되는 화재 및 연기 ③ 인접한 구조물로 확산되는 화재
또한 이 보고서는 주어진 상황에서 직접 화염 노출 또는 나타나는 복사열을 계산하는 방법에 대해 설명합니다. 또한 일반적인 재료의 화재에 대한 저항성의 확산과 시험된 점화에 대한 중요한 복사열 흐름에 대한 기존 데이터를 검토합니다. 또한 소방 기술자는 AS1530.4 부록 B7(복사열 공급원으로 작용하기 위해 철판으로 감싸인 3m*3m 내화로)과 같은 복사열 노출시험, ISO 13785-2와 같은 전체 표면시험, ISO 13785-1 과 같은 중간 규모 외관 화재 확산 시험과 화재 저항성 시험을 포함한 기존 시험 계획안의 시험 데이터도 사용해야 한다고 권고합니다.
Exova Warringtonfire 보고서는 복사열과 화염 높이 측정방법을 기초한 예측 계산과 비교하기 위해 비가연성 벽이 있는 ISO 13785-2 장치를 사용한 실험 결과를 제시하고, 창 개구부 위에 0.6m 불연성 수평 돌출부 를 설치하여 화재 노출 감소를 조사합니다.
Green Building의 Fire Safety Challenges에 대한 2012년 Fire Protection Research Foundation 보고서는 화재안전 위험을 증가시키고 위험 완화를 위한 모범 사례를 포함한 녹색 건물 설계요소를 확인합니다. 여기에는 이중 외부 마감 EIFS 및 SIPS(구조단열 판넬 시스템)와 같은 외부 가연성 벽 조립이 포함됩니다.이 보고서는 가연성 외부 벽 조립과 관련된 일부 화재 사건에 대한 자료를 제공합니다.
외부 단열재의 화재 성능에 대한 2013 BRE 보고서 “BR 135”은 열국 규정, 외부 화재 확산 메커니즘, 외부 피복 시스템의 화재 성능 설계 원리 그리고 BS 8418-1 및 BS 8414-2 시험 방법의 요약과 성능, 분류 기준에 대한 개요를 제공합니다. 광범위한 BRE 테스트 프로그램은 벽 시스템에서 화재 확산은 화재 발생 층의 바로 위에 있는 바닥을 포함해야 한다고 결론지었습니다. 각 층의 방화벽의 중요성은 단열재와 환기(공기의 이동을 가능하게 하는 환기)되는 이중벽을 통해 강조됩니다. 이 문서는 가연성 외부 단열재와 외관의 적절한 설계 및 설치에 대한 자세한 지침을 제공합니다.
VTT에 의한 2013년 보고서는 다세대 주택의 화재 안정성에 대한 발포폴리스티렌(EPS)을 사용하는 EIFS (외단열 공법)의 사용 효과를 조사합니다. 이 조사는 핀란드와 스웨덴의 통계 자료를 검토하고, 확률적 세 가지 위험 분석을 사용하여 각 층간의 화재 확산 위험을 평가합니다. 이 보고서는 또한 일반적인 거실 플래시오버 화재로 화염에서 나타나는 외부 벽으로 노출되는 열 유출을 결정하기 위한 실험 및 CFD 모델링을 요약합니다.
이러한 상황에서 위층의 창에 대한 열 흐름은 화재 구획 창을 처음 파손할 때, 처음 스파이크는 120kW/m2 정도로 높아질 수 있다고 결론지었습니다. 이 초기 스파이크 후 화재의 지속 시간동안 최대 열 유속은 80kW /m2가 될 수 있습니다. 또한 화재 구획 2층 위의 창에 대한 열 유속은 바로 위층의 열 유속의 약 1/3이라고 결론을 지었습니다. 자동차 화재나 쓰레기통과 같은 외부 화재 발생원의 경우 1m 거리에서 약 30~40kW/ m2의 열 유속 노출이 합리적이라 판단되며, 이 기준에 따라 실내 플래시오버 화재는 표면에 가장 심한 노출을 제공하는 것으로 나타났습니다.
FM Global의 연구에 따르면 상업용/산업용 건물의 외부 창고에서 EIFS(외단열 공법) 벽 시스템에 대한 예상 열 방출량을 조사했습니다.
Ⅳ. 화재 사건 사례연구
가연성 외벽 조립과 관련된 화재 사고 사례에 대한 보고서를 확인하기 위해 문헌 검토가 완료되었습니다. 이 검토는 아래 사항을 포함합니다.
① 소방 공학과 소방 과학 저널 검색
② 인터넷 및 신문 기사 검색
③ 이 프로젝트의 기술 검토 회원이 제공한 특정 사례에 대한 정보
가연성 외벽 조립체를 포함한 화재 사고 사례에 대한 문헌이 제한적으로 발견되었습니다. 일반적으로 가장 주목되는 화재 사건만 보고되고, 보고서는 재료, 화재 행동 또는 화재 확산 과정에 대한 특정 정보가 없는 신문 기사 형태로 보고되는 경우가 많았습니다. 화재 사건에 대한 상세한 조사를 제시한 문서는 거의 발견 되지 않았습니다.
1. 외부 단열과 마감 시스템에 관련된 화재
1) 헝가리(2009)
2009년 8월 15일 헝가리에서 6층 주거용 주방에서 화재가 발생하여 11층 건물 상단 EIFS(외단열 공법) 외관에 수직으로 불이 붙어 사망자가 3명 발생했습니다. 이 건물은 1968년에 지어졌으며, 2007년에 개조 되었습니다. 개조 공사에는 외벽에 발포폴리스티렌에 EIFS(외단열 공법)을 설치하는 작업이 포함되었습니다. 화재로 인해 계단 및 기계 통로를 통해 연기가 퍼졌습니다.
사후 조사는 다음과 같은 사안들이 외부 화재 확산에 기여했다는 것을 나타냈습니다.
① 시스템은 업계 요구 사항에 따라 구축되지 않았습니다.
② 발포폴리스티렌(EPS) 단열재 사용
③ 발포폴리스티렌에 얇은 판을 고정하는 것은 부적절함
④ 특히 창문 주위에 화재 전파 장벽으로 미네랄울단열재를 사용하지 마십시오
2) 미국 라스베가스호텔 화재(2008)
32층 몬테카를로 호텔과 카지노는 1994년과 1995년에 지어졌습니다. 호텔은 건물을 중심으로 3개의 날개가 있고 각 길이는 대략 73m입니다. 건축 당시 외부 벽 피복으로 EIFS(외단열 공법)가 설치되었습니다. EIFS(외단열 공법)는 건물의 평평한 지역과 29층에서 32층으로 확장되는 장식용 돌출부에 설치되었습니다.
분석 결과에 따르면 이러한 EIFS(외단열 공법)에는 기준에 맞지 않은 얇은 두께가 적용된 것으로 나타났습니다. 폴리우레탄 수지에 캡슐화된 발포폴리스티렌(EPS) 발포체로 제작된 장식용 비 EIFS 건축물도 외부에 설치되었습니다. 이곳에는 29층에 수평 띠, 32층 상단에 수평 띠, 파라펫 벽 꼭대기에 난간이 포함되어 있으며, 32층의 창 사이에 장식용 장구가 있었다고 판단됩니다.
화재는 2008년1월25일 오전 11시 이전에 시작되었습니다. 외벽의 점화는 지붕의 파라펫 벽면에 있는 보행자 통로에서 용접 때문이었습니다. 외부 피복 재료는 먼저 중앙 단열재 영역의 왼쪽에서 점화되었습니다. 화재는 옆으로 진행되었습니다. 중심 재료 표면의 오른쪽에 있는 인접한 물질이 타기 시작했고, 화재는 이 장식재 위 측면으로 계속해서 확산되었습니다.
화재는 또한 서쪽 타워의 상부를 따라 왼쪽으로 확산되었고, 피복재는 같이 불타기 시작했습니다. 시간이 지남에 따라 서쪽 타워의 화재는 약 24m 측면으로 이동했습니다. 화재는 29층보다 아래쪽으로 퍼져 나갔 습니다. 외부 화재로 인한 열이 여러 개의 창을 부수었지만, 내부 스프링클러는 실내 객실로 화재 확산을 방지하였습니다. 총 17개의 스프링클러가 작동했습니다.
화재가 중앙 중심 지역에서 일단 진행되면, 32층 맨 위 장식 띠, 32층의 창과 벽 꼭대기의 장식 띠 사이의 장식재 측면이 화염 전파의 주요 형태였던 것으로 판단됩니다. 이 지역에서 자체적으로 화염 확산을 했을 뿐만 아니라 화염으로 인해 위 벽의 평평한 지역이 발화되었습니다.
오후 12시15분경 비상 대응 요원이 외부 정면의 화재를 진압했습니다. 화재 원인은 조사되었으며, 재료의 샘플은 건물의 서쪽 날개에서 가져 와서 다음을 결정하였습니다.
① 외벽 상단의 수직 띠는 1.5m 이상이었고, 경질의 비 EIFS(외단열 공법) 코팅으로 덮인 발포폴리스티렌(EPS) 폼을 포함하고 있었습니다.
② 최상층 객실(32층) 위의 수평 띠는 높이가 약 1.8m 이고, 폴리우레탄으로 덮힌 부분의 두께가 약 0.9m인 발포폴리스티렌(EPS)을 포함하고 있었습니다.
③ 32층의 수평 띠는 주로 유리 섬유와 석고 바인더로 구성된 13mm 두께의 외부 표피로 속이 빈 것이었습니다.
④ 29층의 수평 띠는 약 0.9m 높이였고, 경질의 비 EIFS 인 캡슐로 덮인 상단의 두께가 0.6m인 발포폴리스 티렌(EPS)을 포함하고 있었습니다.
⑤ 29층 및 32층 사이의 장식 기둥은 발포폴리스티렌(EPS) 단열재와 EIFS(외단열 공법) 코팅(필요 이상으로 얇음)이 있는 약 0.7m 너비와 150mm 두께였습니다.
⑥ 샘플링 된 두 개의 기본 벽 조립은 각각 16mm 두꺼운 석고보드 벽은 25.4mm 발포폴리스티렌(EPS)로 덮여있었습니다. 이 두 샘플의 주요 차이점은 상부 샘플의 EIFS(외단열 공법) 코팅이 두드러지게 얇아졌지 만, 두 샘플 모두 EIFS(외단열 공법) 코팅이 필요한 것보다 얇은 것이었습니다.
조사 결과 다음과 같은 결론이 나왔습니다.
① 화재 확산의 주된 원인은 벽의 상단에 있는 장식용 띠의 재료, 32층(폴리우레탄 수지 코팅이 있는 EPS) 상단에 있는 장식용 띠 및 매달려 있는 장식재에 미확인 재료의 조합이었습니다.
② 발포폴리스티렌(EPS)이 녹아서 발생하는 방울, 폴리우레탄의 불이 붙은 조각은 29층에 큰 장식 띠에 점화를 일으켰습니다. 이 장식용 띠는 발포폴리스티렌(EPS)으로 구성되어 있으며, EIFS(외단열 공법)이 적 용되지 않았습니다.
③ 파라펫 벽의 평평한 부분에 있는 EIFS(외단열 공법)은 화재와 관련되어 있었지만, 화재가 측면으로 확산되는 주요 원인이 아니었지만 얇은 두께는 규정을 준수하지 않은 것처럼 보입니다. 그것은 시험을 근거하 여 예상되는 것처럼 화재에 직접적인 지역에서 연소했지만, 벽의 상단에 있는 장식용 띠의 연소로 인한 화재 노출 영역을 크게 벗어나지 않았으며, 장식용 띠는 32층 장식재 꼭대기에 있었습니다. 화재가 이러한 재료를 따라 진행됨에 따라 EIFS(외단열 공법)는 계속해서 타올랐지만, EIFS(외단열 공법)가 화재 확산에 주요 원인이 아니었습니다.
3) 캐나다 매니토바 주 케네디시티(1990)
393 케네디시티에 위치한 건물은 1987년에 지어졌으며, 1층에 양 쪽으로 54대의 주차 공간이 있고 75개 점포가 있는 8층 건물입니다. 건물과 주차장은 스프링클러 장치가 없었으며, 주차장에 화재 감지 장치도 없었습니다. 주차장은 건물과 분리되어 2시간동안 화재가 발생했습니다.
EIFS(외단열 공법)가 외벽에 적용되었습니다. EIFS(외단열 공법)은 강철 스터드 프레임 또는 석조 벽의 외장 석고보드에 적용되었습니다. 북쪽 정면에 두께가 140mm인 발포폴리스티렌 단열재를 포함하여 제한 구역 을 제외하고 일반적으로 75mm 두께였습니다. 수평 방화벽(화재 정지)에 EIFS(외단열 공법)은 포함되지 않았습니다. 주차장 벽과 천장은 65mm 두께의 경질 폼으로 아래는 알루미늄이 덮여져 있었습니다. 보고서는 EIFS(외단열 공법) 또는 주차장 천장에 사용된 발포 단열재의 유형을 확인하지 않았습니다. 건물의 북쪽 벽은 3m 떨어진 곳에 인접한 건물을 마주보고 있었습니다.
EIFS(외단열 공법)은 캐나다 건축법에서 외단열 공법에 대한 규제를 도입하기 이전에 설치되었다는 점을 유의해야 하며, 외단열공법 설치가 현재 건축 요구 사항을 충족시킬 것이라 예상되지 않습니다. 북쪽 벽에 빠른 화재 확산은 다음 요인으로 인한 것으로 판단됩니다.
① 남쪽의 바람은 북쪽 벽의 입구에서 주차장을 가로질러 불길을 몰고 가는 경향이 있었습니다.
② 인접한 건물의 접근성으로 인해 재방사 및 굴뚝 효과가 다시 발생할 수 있습니다.
③ 이 벽에 두꺼운 단열재 층
4) 프랑스 중동부 디종(Dijon)(2010)
2010년11월14일 프랑스 디종(Dijon)에 주거용 건물에서 화재가 발생하여 7명의 사망자와 11명의 부상자가발생했습니다. 화재는 건물 바닥에 있는 쓰레기통에서 시작하여 정면으로 급격한 수직 화재가 발생했습니다.정면은 발포폴리스티렌(EPS) 단열재와 미네랄울 방화벽이 있는 EIFS(외단열공법)시스템으로 간주 되지만상세한 화재 조사 보고서는 발견되지 않았습니다.
130명의 거주자가 대피하고 일부 거주자는 창문에서 뛰어 내렸으며, 건물을 통해 확산되는 많은 연기가 발생했다고 보고되었습니다. 바람은 벽에 불길을 확산시켰다고 보고되었으며, 아래 사진에서 수직 화재 확산의 대부분은 발코니에 의해 만들어진 수직 “U”모양의 경로 모습이 보여집니다.
5) 독일 베를린 화재(2005)
2005년 독일 베를린에 있는 7층 아파트 건물에서 화재가 발생했습니다. 이 건물은 1995~1996년에 건설되었습니다. 외부 벽은 25mm 합판으로 구성된 거푸집으로 콘크리트를 부어 건축되었습니다. 80mm 두께의 발포폴리스티렌(EPS) 단여재는 합판에 직접 고정되어 메쉬로 포장되어 초벌을 합니다. 2004년에 500mm 두께의 방화벽(광물섬유)이 추가되었습니다.
화재는 오전1시50분에 2층에서 시작하였습니다. 결과로 실내 화재는 플래시오버와 함께 창문으로 화염이 뻗어 나왔습니다. 이로 인해 점화와 화재는 EIFS(외단열 공법)의 건물 꼭대기까지 수직으로 확산되었습니다. 화재가 시작한 방에서 시작해 화재가 외관을 통해 건물 꼭대기까지 확산되는 시간은 약 20분이었습니다.
객실로 확산된 일부 화재는 건물 전체에 상당한 연기가 퍼졌습니다. 화재로 2명이 사망하고 3명이 부상을 당했습니다. 외부는 80mm 난연 폴리에틸렌(메쉬와 EPS)으로 이루어졌으며, 25mm 두께의 합판에 고정 되었으며, 이 합판은 콘크리트 벽이 만들어 졌을 때 남아있던 거푸집이었습니다.
6) 뮌헨, 아파트 건물(1996)
폴리스티렌과 발포 플라스틱 슬래브 및 보강 커버 층을 포함하는 복합 단열재(약 100mm 두께)로 만들어진 외관을 하는 5층 아파트입니다. 쓰레기통 화재로 외부 피복에 점화되어 광범위한 피해가 발생했습니다. 창문은 파손되었고 상층의 방으로 화재가 확산되었습니다.
