경질우레탄폼단열재의 화재 및 화재 방지(1)
이 내용은 일본 우레탄산업연구소[Japan Urethane Industry Institute(JUII)]에서 발행한 경질 폴리우레탄 폼의 화재 예방과 화재에 대한 질의&응답 내용을 정리하여 올려드립니다. 참고하시기 바랍니다.
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1. 서론
경질 폴리우레탄 폼 단열재는 가공성, 비용 효율성 및 단열 특성과 같은 수많은 우수한 특성으로 건물 거주성 향상과 에너지절약을 위해 건물에 필수 재료로 널리 사용되고 있습니다. 반면 폴리 우레탄폼 화재는 모든 재료에 공통적으로 가연성 특성을 갖는 유기 고분자를 기반으로 하기 때문에 난연제와 같은 다양한 보완 대책이 채택되더라도 여전히 발생합니다. 따라서 일본 우레탄 산업연구소(JUII)는 보다 높은 수준의 화재 안전을 목표로 활동을 수행하였습니다.
JUII의 기술안전위원회는 폴리우레탄 폼 화재 및 연소 독성에 관한 자료를 수집하여 소방 전문가와 회의를 걸쳐 관련 산업과 협력하여 소방 활동을 추진하고 있습니다. 이 활동의 일환으로, 새로운 사실에 대한 더 쉬운 설명이 필요하다는 견해와 경질 폴리우레탄 폼의 화재와 화재 예방에 대한 Q&A 수집이 마련되었습니다.
경질 폴리우레탄 폼 단열재는 일반적으로 현장에서 석고보드 위에 발포되거나 또는 복합 재료에 표면 재료로 강판과 함께 사용됩니다. 노출된 경질 폴리우레탄 폼이 화재와 관련이 있을 경우 문제가 됩니다.
이 Q&A는 폴리우레탄 폼과 같은 가연성 재료에 중점을 두었고, 새로운 건물을 건축할 때 또는 기존 건물의 보수 또는 철거하거나 화재가 발생했을 때 폴리우레탄 폼과 직접 접촉하는 화염의 위험 관리에 대한 주위를 일깨우는 것을 목표로 합니다.
이 문서가 산업 발전에 기여하고 화재 예방과 화재의 이해를 심화시켜 경질 폴리우레탄 폼과 관련한 다양한 사람들이 사용하여 도움이 되었으면 합니다.
목 차
Ⅰ. 화재 연구
Q1. 경질 폴리우레탄 폼과 관련된 화재는?
Q2. 일반적인 화재 유형은?
Q3. 외국에서 화재 유형은?
Ⅱ. 구획 화재의 현상
Q4. flashover란 무엇인가? 폴리우레탄 폼으로 화재 발생은?
Q5. “폭연(Deflagration) 현상”이란?
Q6. 화염이 천장에 닿으면 빨리 퍼지는 이유?
Q7. 용접 및 토치 스파크는 어떤 상황에서 폴리우레탄 폼은 화재를 일으키는가?
Q8. 화재시 폴리우레탄 폼으로 인해 어는 정도의 온도까지 상승하는가?
Ⅲ. 가연성 및 연기 진화
Q9. 폴리우레탄 폼의 인화점, 발화점 및 산소지수란?
Q10. 폴리우레탄 폼의 자체적으로 발화하는가?
Q11. 다른 재료보다 폴리우레탄 폼의 연소 속도는 빠른가?
Q12. 다른 플라스틱 재료와 같은 화재로 폴리우레탄 폼에서 더 많은 연기가 발생하는가?
Q13. 난연성 폴리우레탄 폼은 생산이 가능한가?
Q14. 폴리우레탄 폼과 폴리이소시아누레이트 폼의 차이점은?
Q15. 경질 폴리우레탄 폼과 다른 플라스틱 발포폼 사의의 연소 행동에 차이는?
Ⅳ. 연소 가스와 그 독성
Q16. 건물 화재시 일반적으로 발생하는 가스와 그 특징?
Q17. 어떤 가스가 경질 폴리우레탄 폼 화재시 발생하는가?
Q18. 경질 폴리우레탄 폼에서 화재시 발생하는 가스의 독성 영향은?
Ⅴ. 화재 시험방법
Q19. 경질 폴리우레탄 폼 화재 시험방법은?
Q20. 폴리우레탄 폼의 가연성을 측정하기 위한 간단한 시험방법은?
Q21. “JIS A 1321 난연3급” 또는 “MOC 고시 1231 난연성 소재”와 등급의 취득은?
Q22. 고시된 건축법에서 시험된 난연성 또는 준불연재료는 무엇을 의미하는가?
Q23. 방화재료 연소성 시험방법에서 JIS 1321과 ISO 5660의 차이는 무엇인가?
Ⅵ. 화재방지 조치
Q24. 폴리우레탄 폼의 화재를 예방하는데 필요한 예방조치와 관행은 무엇인가?
Q25. 폴리우레탄 폼의 화재를 예방하기 위해 취해야 할 행동은?
Ⅶ. 보충: 분진 폭발
Ⅰ. 화재 연구
Q1. 경질 폴리우레탄 폼과 관련된 화재는?
A: 경질 우레탄 폼의 화재는 폴리우레탄 폼이 가공되는 동안 발생하는 것이 아니라, 대부분의 경우 폼 설치 후 용접 또는 컷팅 작업을 수행할 때 발생합니다. 불꽃이 발생하는 작업이 불가피할 경우, 폴리우레탄 폼을 불연성 방수포로 덮어 스파크와 접촉을 피하거나 노출된 폼을 절단하지 않도록 철저하게 조치해야합니다.
그러나 이러한 조치를 무시할 때 화재가 발생합니다. 최근 화재의 전형적인 예는 아래와 같습니다.
[화재 사례]
Q2. 일반적인 화재 유형은?
A: 새로운 건축 작업에서, 덕트 및 에어컨 등의 용접은 폴리우레탄 폼의 가공 후에 수행되며, 용접 불꽃으로 인한 폴리우레탄 폼의 발화는 많이 있습니다. 특히 천장 위에 배관의 용접을 위한 용접 작업으로 천장에 설치한 폴리우레탄 폼이 점화되면 연소가 빠르고 중대 재해가 발생할 수 있습니다.
반면에 철거 및 보수 작업에서 발생하는 거의 모든 화재는 폴리우레탄 폼의 존재 여부를 확인하지 않고 용접 및 절단 토치 작업을 실시한 결과입니다. 특히 도어를 수리할 경우 용접 작업이 수행될 수 있고, 벽 뒤에 폴리우레탄 폼으로 불꽃이 튀어 점화되어 화재가 발생할 수 있습니다.
Q3. 외국에서 화재 유형은?
A: 일본에서 비슷한 외국 사례는 2008년 한국 이천에서 냉동창고 건축 중에 화재가 발생했습니다. 기계실에서 용접을 하였고, 스파크가 통풍 시설이 없는 지하층의 기름 증기(유증기)와 접촉하였습니다. 이 유증기에 점화되었고, 벽면 스프레이 폴리우레탄 폼이 발화되었습니다.
Ⅱ. 구획 화재의 현상
Q4. flashover란 무엇인가? 폴리우레탄 폼으로 화재 발생은?
A: flashover는 화재로 인해 생성된 열이 건물에 축적되고 천장, 측벽 및 가구와 같은 인화성 물질이 가열되어 쉽게 연소되는 조건에 도달하면 연소를 빠르게 확산시켜 전체 실내가 한 번에 동시에 연소하는 현상입니다.
[실내 화재에서 온도와 연기 농도]
실내 가구와 같은 가연성 물질에 쉽게 연소되면, 화재가 초기에 퍼져서 플래시오버가 쉽게 발생합니다. 이러한 이유로 벽과 천장과 같은 인화성이 강한 내부 물질의 가연성도 플래시오버에 큰 영향을 미칩니다. 플래시오버는 일반적인 가연성 물질의 경우처럼 폴리 우레탄폼이 있는 곳에서 화재가 퍼지면 발생합니다.
아래의 사진은 실제 대규모시험의 사례입니다.
[ISO 9705 룸 코너시험에서 플래시오버]
Q5. “폭연(Deflagration) 현상”이란?
A: 가연성 가스는 건물 화재에서 공기 부족으로 인한 불완전 연소에 의해 발생합니다.
폭연(Deflagration) 현상은 실내 연소에 의한 온도 상승으로 개구부가 열림으로써 가연성 가스에 급격하게 공기가 공급될 때 발생하는 폭발성 연소입니다. 특히 건물에 화재가 발생한 단계에서, 실내 산소 농도가 낮아지고 불완전 연소 상태에 도달하기 때문에 개구부로부터 공기가 유입될 때 플래시오버가 발생하기 쉽습니다.
Q6. 화염이 천장에 닿으면 빨리 퍼지는 이유?
A: 화염이 천장에 닿으면, 그것은 부력으로 인해 크롤링(crowing) 작용으로 퍼집니다. 이때 천장의 노출면에 가연성 물질이 있으면 화재 확산 속도가 빠르게 빨라집니다. 노출된 천장이 비가연성 물질로 만들어진 경우에도 복사 열원이 팽창하고 바닥과 가연성 가구로부터 방출되는 열복사가 증가함에 따라 연소가 쉽게 확산됩니다. 따라서 화재가 발달하고 천장에 도달할 때는 매우 위험한 상황이기 때문에, 즉시 피하는 것이 중요합니다. 천장에 폴리우레탄 폼을 적용하는 경우, 연소 확산을 방지하기 위해 적어도 반 불연성 물질 또는 화재방지 코팅재로 덮는 것이 일반적으로 효과적입니다.
Q7. 용접 및 토치 스파크는 어떤 상황에서 폴리우레탄 폼은 화재를 일으키는가?
A: 용접 스파크의 에너지는 중요하며, 스파크가 닿으면 폴리우레탄 폼은 발화합니다. 특정 지역에서 용접 스파크와 접촉하여 가열되면 가연성 가스가 발생되며, 이 가스가 점화될 가능성이 있습니다. 또한 용융 물질이 떨어지면 폴리우레탄 폼이 관통되고 발화합니다. 용접 및 토치 스파크가 발생하는 작업을 필할 수 없는 경우 폴리우레탄 폼을 불연성 방수포로 덮어 스파크와 접촉하거나 노출된 폼을 절단하지 않도록 철저한 조치를 취해야합니다.’
Q8. 화재시 폴리우레탄 폼으로 인해 어는 정도의 온도까지 상승하는가?
A: 건물 화재의 과정은 일반적으로 아래의 그림과 같이 초기 단계, 화재 발생 단계, 완전히 발달된 화재 및 최종 단계입니다. 성장 단계에서 실내 온도가 급속히 상승하기 시작하며, 전체 방을 태우면 플래시오버를 통해 완전히 발달된 화재 단계에 도달합니다. 이 시점에서 실내 온도가 가장 높아지고 1000℃까지 도달합니다. 일부 경우에는 화재가 폴리우레탄 폼과 관련된 경우도 있습니다.