4. 소규모 화재 시험방법
1) 연소성 시험
연소성 시험은 근본적으로 재료가 가연성 또는 비 가연성 여부를 결정하는 데 사용됩니다. 다양한 표준 시험방법이 전 세계에 존재합니다.(ISO 1182, BS 476 Part 4, ASTM E 136, ASTM E 2652, AS 1530.1) 그러나 그들의 시험방법은 모두 비슷합니다.
작은 시험편은 작은 원추형 튜브 로 안에서 일반적으로 750℃ 또는 835℃의 높은 온도에 노출됩니다. 불연성에 대한 기준은 일반적으로 아래와 같습니다.
① 지속적으로 화염이 없음(일반적으로 〉5초) ② 평균 로의 온도 상승은 일반적으로 50℃를 넘지 않아야 합니다.
③ 평균 시험편 표면 온도는 일반적으로 50℃를 넘지 않아야 합니다. ④ 한정된 시험편 질량 손실 기준도 적용될 수 있습니다.
전 세계적으로 많은 건축 법규는 질량 손실과 같은 항목에 대해 위의 시험 기준을 반드시 충족시키지 않고 있으나, 석고보드와 같은 재료는 불연성으로 간주합니다. 전적으로 불연성 재료로 구성된 외벽 조립품은 일반적으로 화재 확산과 관련하여 위험을 제기하지 않습니다.
2) 콘칼로리미터(Cone Calorimeter)
콘칼로리미터(Cone Calorimeter)는 소규모 산소 소비 열량계입니다. 100 mm 정사각형의 시험편은 로드 셀에서 수평으로 지지되고, 주변 공기 조건에서 설정된 외부 복사열에 노출됩니다. 복사열 공급원은 원추형의 라디에이터에서 시편 표면에 0~100kW/m2 범위의 열 유속을 부과하도록 설정할 수 있습니다.
스파크 점화 장치를 이용하여 점화합니다. 연소 가스는 배출 가스 흐름, 온도, O2, CO 및 CO2 농도 그리고 연기 광학 밀도를 측정하는 배기 닥트에서 추출됩니다. 이러한 측정을 통해 열 방출량, 질량 손실률, 유효 연소율 및 연기 발생량을 계산할 수 있습니다. 설정된 열 유속에 노출시 점화 시간은 관찰에 의해 결정됩니다. 콘칼로리미터(Cone Calorimeter) 장치 및 절차는 ISO 5660, AS/NZS 3837 및 ASTM E 1354에 의해 기술되어 있습니다.
콘칼로리미터는 실제 화재에서 재료의 행동을 예측하는 데 필요한 재료의 기본적인 가연성 특성을 측정합니다. 콘칼로리미터 결과를 기초로 실제 화재 행동을 예측하는 데 많은 연구가 집중되었지만, 이러한 예측 을 수행하는 능력은 매우 제한적입니다. 이것에 대한 몇 가지 이유는 아래와 같습니다.
① 콘칼로리미터 시험방법은 측정하려는 속성에 영향을 미치는 설정 조건에서 특성을 측정하고
② 콘칼로리미터는 휘발되는 열, 열용량과 열전도율과 같이 필요한 모든 기본 특성을 직접 측정하지 않으며,
③ 기본적인 속성과 실제 화재 행동 사이에 이론적인 관계는 복잡하고 잘 개발되지 않았습니다.
낮은 가연성의 외부 보호 층을 갖는 복합 재료의 경우, 콘칼로리미터는 종종 접합부의 파손 등으로 인해 전체 규모 화재에 노출될 수 있는 가연성 단열재의 실제 위험을 예측할 수 없습니다. 또한 콘칼로리미터는 열 반사가 많아 반사 표면을 갖는 재료를 시험할 때 한계가 있습니다.
콘칼로리미터는 다른 소형 규모의 화재 장치보다 유지 보수 및 교정이 필요한 매우 복잡한 장치입니다. 운영자가 높은 역량을 갖추지 못한 경우 잘못한 데이터가 쉽게 생성될 수 있습니다.
이러한 제한에도 불구하고 콘칼로리미터는 여전히 재료의 가연성 특성을 결정하는 가장 유용한 도구 중 하나입니다.
3) 유럽 등급시험(Euro Class Tests)
건설 제품의 화재 행동에 대한 반응을 특성화하기 위한 유럽 등급 시스템은 대부분 유럽 지역에 적용되며, EN 13501-1에 명시되어 있습니다. 유럽 등급 시스템은 내부 자재의 가연성을 제어하도록 설계되었으며, 특별히 외벽시스템은 다루지 않습니다. 그러나 소규모 또는 대규모 시험을 위한 조화된 요구 사항을 통해 외벽 시스템을 제어하는 유럽 전역의 통일된 접근법의 부재로 인해, 각각의 유럽 국가는 유럽 등급 또는 외벽 시스템 제어를 위해 국가 대규모 표면 검사에 의존하고 있습니다.
이것은 종종 외벽 시스템에 적용됩니다.
비 바닥 재료의 경우 유럽 등급 시스템은 다양한 범위의 소규모 시험을 적용하고, 소규모 룸에서 단일 재료 화재로 시작하는 화재 상황에서 화재 발달에 기여하는 측면으로 재료를 분류하기 위한 것입니다. 등급 분류는 다음과 같습니다.
① Class A1 제품은 본질적으로 불연성이고 화재 발생이나 완전히 발달된 화재에 기여하지 않습니다.
② Class A2 제품은 매우 낮은 가연성을 가지고 완전히 발달된 화재의 연료 부하 및 화재 발달에 크게 기여 하지 않습니다.
③ Class B 제품은 가연성이며, 플래시오버 상황을 초래하지 않지만 완전히 발달된 화재에 기여합니다.
④ Class C-D 제품은 아래 그림에서와 같이 시험 시간에서 플래시오버가 발생할 수 있습니다.
1- 플래시오버 B- Class B/A2 C- 100kW에서 플래시오버 없지만 그 후 플래시오버 발생 D- 100kW 점화원에 대해 2분 이상 경과 후 플래시오버 E- 100kW 점화원에 대해 2분 전 플래시오버
바닥재가 아닌 경우 다음의 4가지 시험을 적용하여 분류를 결정합니다.
(1) EN ISO 1182 Non Combustibility
연소성 시험은 근본적으로 재료가 가연성 또는 비 가연성 여부를 결정하는 데 사용됩니다. 다양한 표준 시험방법이 전 세계에 존재합니다.(ISO 1182, BS 476 Part 4, ASTM E 136, ASTM E 2652, AS 1530.1) 그러나 그들의 시험방법은 모두 비슷합니다.
작은 시험편은 작은 원추형 튜브 로 안에서 일반적으로 750℃ 또는 835℃의 높은 온도에 노출됩니다.
불연성에 대한 기준은 일반적으로 아래와 같습니다.
① 지속적으로 화염이 없음(일반적으로 〉5초) ② 평균 로의 온도 상승은 일반적으로 50℃를 넘지 않아야 합니다.
③ 평균 시험편 표면 온도는 일반적으로 50℃를 넘지 않아야 합니다. ④ 한정된 시험편 질량 손실 기준도 적용될 수 있습니다.
전 세계적으로 많은 건축 법규는 질량 손실과 같은 항목에 대해 위의 시험 기준을 반드시 충족시키지 않고 있으나, 석고보드와 같은 재료는 불연성으로 간주합니다. 전적으로 불연성 재료로 구성된 외벽 조립품은 일반적으로 화재 확산과 관련하여 위험을 제기하지 않습니다.
(2) EN ISO 1716, Gross calorific value
이것은 연소열 측정시험으로 특정 질량의 재료가 높은 산소 농도를 지닌 밀폐된 체적의 연소 챔버 내에서 표준화된 조건에서 연소됩니다. 총 열량(연소 열)은 열손실을 고려하여 측정된 연소실의 온도 상승을 기 초로 계산됩니다.
(3) EN 13823 Single Burning Item(SBI) test
SBI 시험은 산소소비 열량측정 장비와 연기 미터가 장착된 배출 후드에서 수행되는 중간 규모의 코너시험입니다. 전형적으로 환기가 제어되는 시험장치 내부에서 실시합니다. 열 방출율(kW), 총 열방출(MJ) 및 연기 발생률(m2/s)을 측정합니다. 화염 확산 및 화염 방울이 시각적으로 관찰됩니다.
시험편은 너비 1 m×높이 1.5 m의 긴 날개와 0.49 m×1.5 m 높이의 짧은 날개가 있는 모서리에 설치됩니다. 30 kW 가스 버너는 코너에 위치하고, 총 시험시간은 21분입니다.
(4) EN ISO 11925-2 small flame test
① 시험편은 20 mm 높이의 프로판 가스 불꽃으로 점화됩니다. 화염은 시험편의 하단 가장자리(노출 가장자리) 또는 하단 가장자리(노출 표면) 40 mm 위에 또는 둘 모두에 부딪칩니다. 시험편을 15초 또는 30초 동안 화염에 노출시킵니다.
② 각 시험편에 대해 점화(3초 이상 발화) 발생했는지, 화염 끝이 화염 적용 지점 위의 150 mm에 도달하였는지 여부와 화염 적용 지점에 도달하는 시간을 기록합니다. 화염 방울/입자의 발생도 관찰합니다.
③ 각 노출 조건에 대해 제품의 최소 6개의 시험편(250 mm×90 mm)을 사용하여 가로 방향으로 3회, 길이 방향으로 3회 시험합니다.
하위 등급은 일반적으로 외벽 조립에 적용되지 않으므로 등급 A1~B만 표시됩니다.
4) 영국 분류시험
불연성 시험 외에도 영국에서 적용되는 문서 B는 다음과 같은 영국 소규모 시험을 외벽에 적용합니다. (또는 유럽 등급 시험을 적용할 수 있습니다.)
(1) BS 476 part 6
이 화재 전파시험은 주로 내부 벽면 내장재용으로 개발되었습니다. 결과는 화재 확산지수로 표시됩니다. 시험편은 225 mm 정사각형이며 두께는 최대 50 mm일 수 있습니다. 시험 장치는 굴뚝 모양의 배관과 열전대를 구비한 고깔 모양에 부착된 연소 챔버를 포함합니다.
챔버는 전기적인 요소를 사용하여 가열되고, 가스버너 튜브가 시험편의 바닥에 적용됩니다. 시험편을 20분 동안 규정된 가열 방식으로 처리하고, 얻어진 지수는 불연성 물질에 대해 얻어진 것과 비교하여 배출 가스 온도로부터 얻어집니다.
(2) BS 476 part 7
이 화염 시험의 표면 확산은 화염의 측면 확산을 지원하는 재료의 경향을 결정하는 데 사용됩니다. 시험편의 길이는 925 mm×너비 280 mm의 직사각형이며 두께는 최대 50 mm입니다. 수직 시험편은 큰 900 mm 사각형 가스 연소 복사 패널에 수직으로 장착됩니다. 시험편을 따라 흐르는 복사열은 가까운 끝에서 30 kW/m2, 먼 끝에서 5 kW/m2로 감소합니다. 시험편을 가로지르는 측면 불꽃의 확산 정도에 따라 제품은 등급 1, 2, 3 또는 4로 분류되며, 등급 1은 최상의 성능을 나타냅니다.
(3) BS 476 part 11
이 시험은 BS 476 part 4 불연성 시험과 매우 유사합니다. 소규모 튜브 로에 작은 샘플을 750℃에 노출 시키고 시험 종료시 화염, 시험편 표면 온도, 로 온도와 시험편 질량 손실을 측정합니다. 영국에서 승인된 문서 B는 이 시험을 사용하여 제한된 가연성 재료를 분류합니다.
5) 미국 건축법규 시험
(1) NFPA 268- 복사열 에너지원을 이용한 외벽 조립체의 가연성 결정
이 시험은 12.5 kW/m2의 복사 열 유속에서 20분 시험기간 동안 불씨 점화원에 노출되었을 때, 외벽 조립 체의 점화 경향을 평가합니다. 시험편은 너비 1.22 m×높이 2.44 m이어야 합니다. 가스 연소 복사 패널은 0.91 m×0.91 m입니다. 복사 판넬은 고정되어 있으며, 시험편은 트롤리에 장착되어 있습니다. 복사 열유속 노출은 분리 거리에 의해 제어됩니다. 이 시험은 외부 복사열원에서 발화될 위험을 평가합니다. 직접 화염에 노출되어 점화되거나 또는 화염 확산 위험을 평가하지 않습니다.
(2) ASTM E 84, UL 723, NFPA 255- Steiner tunnel test
이 시험은 원래 내부 벽 및 천장 내장재를 위해 개발되었으며, 화염 확산 및 연기 발생을 측정합니다. 이 시험은 길이 7.3 m×너비 0.056 m×높이 0.305 m인 불연성 수평 터널/박스 안에서 진행됩니다. 시험편은 터널의 천장에 설치됩니다. 터널의 한 쪽 끝에 있는 가스버너는 89 kW의 출력을 제공하고, 공기와 연소 생성물은 제어된 속도 73 m/min에서 화재 확산 방향으로 터널을 통해 배출됩니다. 시험은 10분동안 진행됩니다.
화염 확산은 관측에 의해 측정되고 연기 광학 밀도는 배기 덕트에 위치한 불투명한 계측기로 측정됩니다. 결과는 화염 확산지수 및 연기 발달지수로 표현됩니다. 두 지표는 시멘트 판이 0이고 붉은 오크 나무가 100인 임의의 척도를 기준으로 합니다. 이 지수는 외벽 최종 용도의 성능이나 기본적인 화재 공학적 특성 으로 사용될 수 없습니다. 이 시험은 수평으로 화염이 확산되는 것이 아니기 때문에 조립체에서 녹아 흘러 내리는 경향이 있는 열가소성 재료의 평가는 적절하지 않습니다.
(3) NFPA 259-Potential heat of building products
이 시험은 연소열 열량계를 사용하여 재료의 연소열을 측정합니다. 또한 750℃에서 24시간 동안 로에 동일한 물질을 넣고 잔류물의 잠재적인 열을 결정하기 위해 연소열 열량계에서 그 잔류물을 시험합니다.
(4) ASTM D 1929 standard test method for determining ignition temperature of plastics
이 시험은 플라스틱 재료의 작은 알갱이를 튜브 로 내부에 제어된 유량의 가열된 공기에 노출시킵니다. 이 시험은 두 가지 속성을 측정합니다.
① 플래시 점화 온도– 시험편에서 방출된 가연성 가스가 작은 외부 점화용 불꽃에 의해 점화될 수 있는 최저 초기 노출 공기 온도
② 자발적 점화(자기 점화) 온도– 폭발, 불꽃 또는 지속적인 가열에 의해 시험편이 점화에 의한 발화가 발생 하는 최저 초기 노출 공기 온도
6) 작은 화염 시험
1930년대 이래로 작은 화염 시험이 사용되어 재료의 가연성을 시험하는 데 잘못 사용되었습니다. 1950년대와 60년대에는 작은 화염 시험에 대한 의존도가 증가했지만, 최근에는 보다 유용한 측정의 새로운 시험 방법이 도입됨에 따라 이러한 의존도가 감소했습니다. 작은 화염 시험은 신속하고 저렴한 선별 시험 (예: 연소 상황을 볼 수 있는 재료와의 조화)을 수행해야 할 필요성에서 시작되었으며, 이러한 사항을 고려 할 때 일부 방법은 지나치게 복잡했습니다.
이 방법은 실험실 조건하에서 발화의 용이성과 화염을 유지하는 능력을 평가하지만, 실제 화재 상황의 화재 반응을 예측하는 데 사용할 수 있는 유용한 데이터는 제공하지 않습니다. 그것은 선별 검사에만 사용할 수 있습니다. 재료에 불꽃 방울이 떨어지면 좋은 시험 결과를 얻기 위해 시험에서는 불꽃을 끄지만 실제 상황에서는 재료가 일정한 방향으로 향할 수 있어, 재료가 녹아 모이거나 화염 확산을 증가 시킬 수 있는 다른 가연성 물질 위로 흘러 들어갑니다.
ASTM D 635는 플라스틱 패널 및 금속 복합 재료를 포함하는 외벽 조립품과 관련된 미국 IBC에서 사용되는 소형 연소시험의 한 예입니다. 시험편은 길이 125 mm×폭 13 mm를 사용합니다. 분젠 버너 불꽃은 지정 된 시간까지 적용되고, 화염 소멸, 연소 거리, 직선 연소 거리 및 화염 방울의 발생 시간이 기록됩니다.
수평 또는 수직 위치에서 시험할 수 있는 다른 유사한 소형 시험에는 UL 94, IEC 60707, IEC 60695-11–10, IEC 60695-11-20, ISO 9772 및 ISO 9773 및 EN ISO 11925-2가 있습니다.