외벽 마감재료 실물모형 화재시험(KS F 8414)

 머리말

 국내외적으로 고층 건축물 가연성 외장재로 화재가 급속히 확산되는 화재사고가 증가하고 있다. 2017년 영국 그렌펠 타워 화재, 2017년 12월 제천 스포츠센터 화재, 해운대 주상복합아파트와 의정부 아파트 화재 등은 가연성 외부 마감 시스템을 타고 급속히 화재가 확산된 사례들이다. 또한 샌드위치패널 역시 이천 냉동창고 화재, 안성 냉동창고 화재, 이천 쿠팡 물류창고 화재 등에서 알 수 있듯이 가연성 심재가 연소되면서 급격하게 화재확산이 이루어진 예라 할 수 있다.

[그림 1] 국내외 화재사고 사례

 이에 2019년 건축물의 외벽 마감재에 대한 실규모 화재위험성 평가를 위한 시험방법으로 한국산업표준 KS F 8414(건축물 외부 마감 시스템의 화재 안전 성능 시험방법)가 제정되었고, 2022년 건축물의 화재안전 강화를 위해 외벽 마감재료 또는 단열재가 두 가지 이상의 재료로 제작된 외벽 마감재료는 각 재료에 대해 성능기준을 적용토록 규정을 강화하고, 복합자재 및 두 가지 이상의 재료로 제작된 외벽 마감재료는 실대형 성능시험을 통해 추가로 화재 확산 방지 성능을 판단하고자 국토교통부 고시 제2023-24호 ｢건축자재등 품질인정 및 관리기준｣이 제정되었다.

 새로이 시행되어 방재시험연구원에서 실시하고 있는 외벽 복합 마감재료의 실물모형 화재시험 방법, 시험기기, 성능기준 및 적용대상 등에 대해 개략적으로 설명하고자 한다.

2. 시험방법 및 성능기준

1. 마감재료의 시험방법과 실물규모 시험방법

 마감재료의 시험은 KS F ISO 1182(건축재료의 불연성 시험방법) 및 KS F ISO 5660-1(연소성능시험-열방출률 시험방법)에 따라 열방출률 시험 및 가스유해성 시험 등을 실시한다. (사진 2 참조)

 다만 재료의 불연/준불연 시험방법은 시료에 대한 성능평가는 정확할 수 있으나 실물규모의 마감재료에 대한 수직 화재확산과 내부 단열재의 연소 확산에 대한 검증이 불가능하다는 점 때문에 실물규모의 화재위험성 평가를 위한 시험방법인 KS F 8414(건축물 외부 마감 시스템의 화재 안전 성능 시험방법) 및 국토교통부 고시 제2023-24호 ｢건축자재등 품질인정 및 관리기준｣이 제정되었다.

 하지만 KS F 8414 및 국토교통부 고시 제2023-24호에 따라 시험을 실시하는 경우 해당 고시 제24조(준불연재료의 성능기준) 3항과 4항에 따라 실물모형 화재시험을 실시하기 전 단열재의 불연/준불연시험 및 외벽 마감재료의 준불연시험을 실시하여 성능을 만족하여야 한다. 이런 측면에서 외벽 복합 마감재료 실물모형 화재시험은 재료에 대한 불연/준불연시험과 실물규모에 대한 화재시험을 모두 실시한다고 이해하여야 한다.

[그림 2] 열방출율 시험

2. KS F 8414(건축물 외부 마감 시스템의 화재 안전 성능 시험방법)

이 시험방법은 내부 화재 시 개구부에서의 화염 출화로 외부마감 시스템의 화재 확산 위험성을 파악하기 위한 실물규모 시험방법이며, 습식공법 및 건식공법에 대한 건축물 외부 마감 시스템에 대하여 적용된다.

가. 시험 장치 및 방법

 KS F 8414의 시험장치는 바탕벽에 따라 콘크리트 바탕벽과 강재 철골 구조로 구분된다. 시험 장치는 그림 1에 나타낸 바와 같이 화재실인 연소실과 개구부, 그리고 분출된 화염에 노출되는 외부 바탕벽으로 구성되어있다. 주벽면 하단에 연소실을 배치하여 화재 시 개구부를 통하여 분출되는 화염으로 인한 외벽 마감재의 화재 확산을 재현하여 상층부로의 화재 전파 또는 화재로 인한 시스템 전반에 발생되는 손상을 평가한다.

[그림 3] KS F 8414 시험장치 개요

[그림 4] 콘크리트 바탕벽 및 외벽 복합 마감재료 설치 예(방재시험연구원)

[그림 5] 강재 철골 구조 및 샌드위치패널 설치 예(방재시험연구원)

나. 온도 측정 위치 및 화원

온도 측정 위치는 Level 1(8 points, 개구부 끝단에서 250㎜에 위치)과 Level 2(16 points-외부 8 points/내부 8 points, 개구부 끝단에서 500㎜에 위치)에서 측정한다.

[그림 6] 온도 측정 위치

 화원은 소나무 목재 크립으로 단면은 (50 ± 2)㎜ 이고 긴 목재 크립의 길이는 (1500 ± 5) ㎜, 짧은 목재 크립의 길이는 (1000 ± 5)㎜ 이며, 밀도는 400 kg/m3 - 650 kg/m3 이다. 시험 시 목재의 수분 함유량은 10 % - 15 % 이어야 한다.

 목재 더미는 평면 1500㎜ × 1000㎜, 높이 1000㎜으로 하며, 긴 목재 크립과 짧은 목재 크립을 교차하여 만든다. 전체적으로 짧은 각재 150개와 긴 각재 100개를 사용한다.

[그림 7] 목재 크립

다. 시험방법

(1) Level 1에서 5분 동안 평균온도 측정
(2) 연소실의 목재 크립에 점화
(3) 점화 후 Level 1에서 온도 200K 이상 상승하여 30초 이상 유지된 경우 처음 200K가 측정된 시간을 시작시간으로 한다.
(4) 시험 시작 후 Level 2에서의 온도 측정

[사진 8] 콘크리트 바탕벽 및 외벽 복합 마감재료 설치 예(방재시험연구원)

라. 외벽 마감재료 화재안전성 판정기준

(1) 외부 화재 확산 성능 평가 : 시험체 온도는 시작 시간을 기준으로 15분 이내에 레벨 2(시험체 개구부 상부로부터 위로 5m 떨어진 위치)의 외부 열전대 어느 한 지점에서 30초 동안 600℃를 초과하지 않을 것

(2) 내부 화재 확산 성능 평가 : 시험체 온도는 시작 시간을 기준으로 15분 이내에 레벨 2(시험체 개구부 상부로부터 위로 5m 떨어진 위치)의 내부 열전대 어느 한 지점에서 30초 동안 600℃를 초과하지 않을 것

마. 외벽 마감재료 화재안전성 평가 대상

국토교통부 고시 제2023-24호(건축자재등 품질인정 및 관리기준) 따르면 외벽 마감재료 또는 단열재가 둘 이상의 재료로 제작된 경우 평가 대상으로 한다.

다만 고시 제2023-24호 제24조(준불연재료의 성능기준)의 기준에 따라 실물모형 화재시험을 실시하기 전 단열재의 불연/준불연시험 및 외벽 복합 마감재료의 준불연시험을 실시하여 성능을 만족하여야 한다.

[그림 9] 대상 구조 예시

3. 맺음말

 현재 국토교통부에서 시행 중인 ｢건축자재등 품질인정 및 관리기준｣ 및 기준에서 제시된 외벽 복합 마감재료 시험방법인 KS F 8414에 대해 고찰하였다. 시편단위의 재료 시험에서 벗어나 실물규모 시험을 통한 외벽 마감재의 화재 안전성 평가로서의 첫걸음을 내딛었다고 판단되며, 초기단계인 만큼 정확한 인식을 위하여 시험방법, 진행과정, 판정기준 및 평가대상 등을 살펴보았다.