외장재의 화재성능(5)- 캐나다
출처: http://www.abcb.gov.au/Resources/Publications/Research/FCRC-Fire-Performance-of-Exterior-Claddings
6. 연구 보고서
1) 외장재의 화염확산
(1) 캐나다 보고서
캐나다 국립연구위원회(National Research Council of Canada, NRCC)는 1980년대 후반과 1990년대 초에 가연성 외벽 조립품의 후속 시험을 위해 실제 규모 및 축소 시험설비를 설계하고 건설했습니다. 실제 규모 시험은 5m 폭, 10.3m 높이 시험편으로 3층 시설을 사용하여 다양한 외장시스템에 대해 수행 되었습니다. 시험 지속시간 25분입니다. 벽의 외부 표면 열 유속과 외부 측면의 온도 그리고 조립체 각 층의 온도가 기록되었습니다. 노출 상황은 열유속 밀도가 개구부에서 0.5m 위쪽에서 측정한 경우 45±5kW/m²이고, 비가연성 벽에 있는 개구부 1.5m 위에서 측정한 열유속 밀도는 27±3kW/m² 인 것으로 나타났습니다. 이 시험 방 법은 캐나다 표준 CAN/ULC-S134(ULC, 1992)로 개발되었습니다.
참조(CAN/ULC-S134): https://www.youtube.com/watch?v=thvig1MP0bI
이 시험에서 요구하는 캐나다 건축법(NRCC, 1995)은 화염전파 거리가 개구부 위로 5m미만이고, 열유속은 개구부 3.5m 위에서 35kW/m² 미만이어야 합니다.
다양한 조립품의 성능은 기록 된 화염전파 거리에 따라 분류되며, 이러한 성능은 다음과 같이 분류할 수 있습니다.
① 화염 확산이 벽의 상단으로 확장됨(화재 위험이 상당히 큼)
② 외부 화염의 범위를 초과하여 퍼지는 화염이지만, 시험이 끝나기 전에 멈추거나 소멸됨
(약간의 화재 위험이 있음)
③ 외부 화염의 범위를 넘어 확산되는 화염이 없음(화재 위험은 무시할 수 있음)
이러한 대규모 시험은 비용이 많이 들고, 많은 시험기관이 필요한 시설을 갖추고 있지 않았기 때문에, 비용이 저렴한 축소된 규모의 시험을 개발하는데 관심을 돌렸습니다. 이 새로운 시험은 실제 화재 상황 에서 화염 확산과 관련하여 좋고, 나쁜 외벽 조립을 구별하는데 적절해야하며, 따라서 실제 시험과 좋은 상관관계를 보여줄 필요가 있었습니다. 이로 인해 축소된 ‘수직 채널 시험’이 개발되었으며, 이는 전체 규모 시험의 열노출 조건을 시험하였으나, 실제 규모의 시편보다 폭이 좁고 약간 짧은 시편에서 시험을 하였습니다.
이 연구는 또한 스타이너 터널시험(Steiner tunnel test, ULC, 1978), IMO 표면 가연성시험(IMO, 1985) 및 수정된 지붕 데크 시험(ASTM, 1988b)와 같은 다른 시험방법을 평가했지만, 수직 채널 시험(Vertical Channel Test)만 전체 규모 시험 결과와 잘 일치하였습니다.
참고(Steiner tunnel test): http://www.iafss.org/publications/fss/9/279/view/fss_9-279.pdf
[스타이너 터널 시험장치]
IMO 시험은 기구의 크기가 작기 때문에, 실물 크기시험 결과와 좋은 상관관계를 나타내지 않았습니다. 수정 된 지붕 데크 시험은 시편을 충분히 가열하지 않아서 전체 규모 시험보다 화재가 조립체에 덜 침투 합니다. 또한 문제는 파편이 버너에 떨어져 막히는 문제가 있었습니다. Steiner tunnel test는 화염확산 특성에 기초하 일부 시편을 구별할 수 있었지만, 다층 조립체의 성능은 적절하게 예측할 수 없었습니다. 수직 채널 시험은 실물 크기 시험에서 얻은 것과 유사한 화염확산 특성을 보여 주었습니다. 수직 채널 시험은 많은 제조업체들이 이미 실물 크기 시험을 했기 때문에 더 이상 캐나다나 미국에서 추진되지 않았습니다.
캐나다의 실물크기 시험은 평평한 외관을 위한 것이었고, 최근의 연구는 요철 코너의 효과를 조사했습니다.(Sumathipala, 1995a, 1995b). 이 시험은 개구부의 가장자리가 가까울 때 코너의 영향이 상당히 크다는 것을 보여 주었습니다. 영국의 건설연구소(The BuildingResearch Establisher)와 ISO가 개발한 실규모 시험방법은 시편의 요철 코너가 포함되어 있습니다.
‘가연성의 정도’에 대한 개념은 캐나다 연구원들에 의해 제안되었지만, 연구원들은 열 방출률 건축자재의 ‘연소도’에 따라 등급을 정하는 데 사용될 수 있다고 제안됩니다. 콘칼로리메타를 이용한 시험 방법이 제안되었습니다. 리차드슨과 브룩스(Richardson and Brooks, 1991)는 외부 스파크 점화장치가 있는 상태에서 15분간 50kW/m²의 복사 노출을 사용했습니다. 열방출을 측정하는 표준 방법은 복사 흐름 노출 면에서 일반적이기 때문에, 캐나다 국가 표준이 작성되었습니다.
리차드슨과 브룩스(Richardson and Brooks, 1991)는 또한 ‘가연성 정도’에 따라 재료를 분류하는 기준을 제안했습니다. 이 기준은 두 가지 성능 매개 변수를 사용합니다.
첫 번째는 열방출의 최고 속도이고, 두 번째는 시험 시작 후 15분 내에 총 열방출입니다.
따라서 건물 안에서 위치와 최종 용도에 따라 최고 열방출 및 총 열방출과 관련하여 적절한 수준의 성능을 규정할 수 있습니다. 이 접근법은 전통적인 비 연소성 시험보다 덜 엄격한 분류 절차를 제공하고 한계를 적절히 설정하면 석고보드 및 섬유/시멘트보드(화재에 무시할 만한 열을 추가)와 같은 물질이 기존의 비연소성 재료와 함께 더 적절하게 그룹화할 수 있습니다. 이것은 일부 가연성 물질을 건물 규정에서불연성으로 간주하는 것보다 확실한 이점이 있습니다. 이 접근법은 Babrauskas(1991)에서도 논의되었습니다.
캐나다 콘칼로리미터법(ISO, 1993a, ASTM, 1992b)의 변형인 CAN/ULC-S135(ULC, 1992b)의 개발이 이루어졌습니다. 시험실 규모 시험의 최대 열방출 속도와 스웨덴의 SP105 기준을 사용하여 3가지 제품의 등급을 정하였으나, 등급은 동일한 것으로 나타났습니다. CAN/ULC-S135는 전체 규모 시스템에서 접합부, 가장자리 및 기타 약점을 검사하지 않습니다.
참고(콘칼로리미터법): https://www.youtube.com/watch?v=9eXT8r5V6Dw
(bench-scale 시험): https://www.bam.de/_SharedDocs/DE/Downloads/fb75-flyer-fire-resistance-testing.pdf?__blob=publicationFile
그러나 Clake(1997)는 콘칼로리미터 시험 결과가 시편 두께 및 방향에 민감하고, 낮은 발열 수준에서 불연성의 특성을 재현하는 것이 열악하기 때문에 연소성(ISO 1182 또는 동등한 방법을 사용)을 대체하기 위해 콘칼로리미터법을 사용하는 것은 비판적입니다. 콘칼로리미터법과 마찬가지로 연속적인 연소의 제공과 독립적인 상황, 재현성이 뛰어나기 때문에 폭탄 열량계(bomb calorimetry)가 더 적절하다고 주장 합니다.
참고(bomb calorimetry):https://www.ocf.berkeley.edu/~jmlvll/lab-reports/calorimetry/calorimetry.pdf