외장재의 화재성능(16)
출처: http://www.abcb.gov.au/Resources/Publications/Research/FCRC-Fire-Performance-of-Exterior-Claddings
3) 소형시험에서 외장 성능
(1) 가연성 AS 1530.1/ISO 1182
연소성시험, AS 1530 Part1과 그 동등한 방법(BSI, ISO, ASTM 등)은 건축 자재의 연소성을 결정하기 위한 일반적인 방법입니다. 이것은 작은 시편을 750℃의 로에 넣고 시편과 로의 온도 차이를 측정하고, 지속된 화염 지속시간을 기록합니다. 연소실의 온도가 소량을 초과하면 연소가 온도의 상승을 발생시키기 때문에 시편은 불합격됩니다.
이 유형의 시험은 50년 전에 개발되었으며 단점이 있습니다. 그것은 균질한 재료를 위한 시험방법이지 가공, 코팅 및 적층된 제품을 위한 방법이 아닙니다. 시험은 원래 개발되었을 때, 약 3%까지 유기 함량을 가진 재료가 시험에 합격할 수 있게 의도되었습니다. 시료를 통과하는 재료의 범위는 상대적으로 제한되어 있으며, 콘크리트, 벽돌, 강철, 알루미늄 및 광물섬유 단열재가 포함됩니다.
외장재의 수용 가능성을 결정하기 위한 가연성시험의 유일한 사용은 안전하고 보수적이지만, 재료 또는 조립체의 최종 사용 설치를 나타내는 본질적으로 외관 검사에서 만족스럽게 보이는 많은 벽 조립체에 지나치게 제한적입니다.
(2) 초기 화재위험 AS 1530.3
AS 1530 Part 3은 시편을 복사 패널에 20분 동안 더 가깝게 이동시켜, 수직 시편을 최대 약 25kW/m² 까지 점차적으로 증가하는 열 유속에 노출시킵니다. 열 유속과 점차적인 가열 조건은 창 방화 기둥을 대표할 정도로 심각하지 않은 것으로 간주될 수 있습니다. 이것은 창을 통해 배출되는 화염으로 외벽에 복사열 흐름은 일반적으로 8MW의 구획에 있는 화재 크기의 경우 30~60kW/m²입니다.
Dowling and Martin은 아래의 표에 나와있는 샌드위치패널(조립식판넬) 시스템을 AS 1530 Part 3로 시험하였습니다. 결과는 아래와 같습니다.
[샌드위치패널(조립식판넬) 시스템의 종류]
[샌드위치패널(조립식판넬) 결과]
외장재의 화재 특성을 규제하기 위해서 AS 1530 Part 3 시험이 뉴질랜드에서 사용되었지만 바람직하지 않습니다. 예를 들어, 발포된 uPVC는 BRANZ에 의한 실물화재시험에서 가연성지수는 0(가장 좋은 결과)을 얻었지만, 화염 및 화염확산은 시편 상단으로 전파되었습니다. 일부 특정 시스템에서 얻은 결과는 아래와 같습니다.
[다양한 외장재의 AS 1530 Part 3 시험 결과]
Schafer와 McKechnie는 EIFS(드라이비트) 시편을 AS 1530 Part 3에 따라 시험했습니다.
① 600×450×5mm 압축 시멘트 판재
② 밀도 17kg/m³의 40mm 발포폴리스티렌
③ 포틀랜트 시멘트, 석회, 모래 및 아크릴의 베이스 코트, 160g/m²의 보강 메쉬, 총 두께는 2mm
④ 포틀랜드 시멘트, 석회, 모래, 안료 및 아크릴로 구성된 마감재의 총 두께는 약 1.5mm입니다.
달성된 결과는 다음과 같습니다.
① 가연성지수 0
② 확산의 화염지수 0
③ 열 발전지수 0
④ 연기 개발지수 0-1
동일한 결과가 압축된 시멘트 판재에 직접 적용된 동일한 질감 처리에서 얻어졌습니다. 75kW/m²의 외부 열 유속으로 2번의 점화가 있었습니다. 처음에는 약 85초에 165초 동안 지속되었고, 두 번째는 1150초에 650초 동안 지속되었습니다. 첫 번째 점화는 캡슐화 몰탈 및 마감 코팅에서 아크릴이 기인한 것으로 보였으나, 두 번째 점화는 발포폴리스티렌의 연소를 더 잘 보여주었습니다. 측정된 최대 열 방출율은 60kW/m²에 불과합니다.
(3) 봄베 칼로리미터 ISO 1716(Bomb Calorimeter)
ISO 1716 시험방법은 일전한 부피에서 총 발열량을 측정합니다. 이 장치는 열량 측정기, 열량계(재킷, 용기, 교반기), 점화원 및 온도 측정 장치로 구성됩니다. 총 발열량은 시험에서 측정된 상승 온도를 기준으로 계산됩니다. 이 시험에는 가연성시험(복합재를 위한 것이 아니며, 최종 사용 설치의 대표가 아님)과 동일한 제한 사항이 있지만, 이것은 합격/불합격을 판정하지 않는 이점이 있습니다. 이 시험의 결과는 1500~2000kJ/kg의 가연성 재료의 3%가 해당하므로 불연성 분류와 관련될 수 있습니다. 따라서 최대 총 발열량은 이보다 약간 더 크게 설정할 수 있으며, 일반적인 불연성 재료를 포괄하고 또한 화재에 크게 기여하지 않는 것으로 받아들여지는 것들도 있습니다.
[Bomb Calorimeter]
(4) 뉴질랜드 건설연구소: 콘칼로리미터(Cone Calorimeter)
BRANZ은 50kW/m²의 콘칼로리미터 시험을 기초로 하는 외장재 분류 체계를 개발했습니다. 최대 열방출율 ≤100kW/m²을 달성하는 시스템과 25kJ/m² 이하 시험의 시작으로부터 15분 동안 총 열방 출은 외부 단열재/시스템에서 제한 없이 사용하기에 적합하다고 제안되었습니다. 이 수준의 성능은 화염 확산을 전파하는 이론적 모델과 관련이 있으며, 이는 화염이 재료의 표면에 지속적으로 전파되지 않는다는 것을 의미합니다.
이것은 발화 직후 도달하는 열 방출 곡선의 비율을 갖는 외장의 이상적인 반응을 가정하며 아래의 그림과 같이 지수 감소를 보여줍니다. 이 반응은 모든 외장재 시스템에 적용되지 않을 수 있습니다. 또한 알루미늄 복합패널 시스템의 경우, 소규모 시험의 가열 조건은 알루미늄을 용융시키기에 불충분하며, 따라서 실물화재시험에서 종종 발생하는 것처럼 가연성 재료를 아래에 노출시킵니다.
[콘칼로리미터에서 이상적인 열방출 반응]
분석 화염확산방법은 아래의 그림과 같이 그래프에서 겹쳐진 다양한 외장재의 범위가 있는 그래프 형태로 표현됩니다. 수직 파선에서 표시된 바와 같이, 최대 열방출율 ≤100kW/m²을 달성하는 외장재는 50kW /m²의 부과된 열유속에 대해 화염의 상향 전파가 예상되지 않는 영역에도 해당됩니다. 동일한 수준의 성능을 캐나다 건축 법규에서는 “불연성 건물에서 외장재 및 실내 재료로 사용이 허용되는 특정 제품”에 적합하다고 제안했습니다.
[분석 화염확산을 위한 그래픽 방법]
영역 Ⅰ라인 λT=[1-aʌ(0.5)]² 재료는 기하 함수적으로 가속 화염확산 특성을 보여줍니다. 영역 Ⅱ라인에서 화염은 초기 가속을 나타내지만 제한된 시간에 감속 및 정지합니다. 영역 Ⅲ라인의 경우 방정식에서는 초기 감속을 보여줍니다. 속도가 일정 시간 동안 음수가 될 때까지 가속이 없습니다. 영역 Ⅳ의 재료는 모든 시간 동안 감속하는 화염확산 속도를 나타냅니다.
아래의 표는 BRANZ 연구의 일환으로 BRANZ 또는 WorkCover Authority, NSW가 수행한 콘칼로리미터 (시험 시작으로부터 15분 동안의 열방출 및 총 열방출의 최고 속도) 시험의 결과를 제공합니다.
[BRANZ 연구에서 외장재의 콘칼로리미터 시험 결과]