샌드위치 패널 등 지붕화재 특성 연구 화재현장 사례 분석 2012.04.16 합천소방서

01 02 03 서론(연구배경 및 추진방향) 본 론(연구내용 및 방법) 결 론 02-1 02-2 02-3 03-1 03-2 본 론(연구내용 및 방법) 02-1 샌드위치 패널의 일반적 특성 02-2 샌드위치 패널의 화재 특성 연구 소개 02-3 실제 사례 분석 03 결 론 03-1 실제사례분석을 통한 대응능력 평가 03-2 효율적인 화재진압 방법

1 연구배경 및 추진방향

연구배경 및 추진방향 연구배경 및 추진방향 정립 현실태 파악 문제점 도출 해결책 토의 화재진압 작전 보완 및 수정 Design Development Implementation Design Evaluation Analysis 연구배경 및 추진방향 정립 현실태 파악 문제점 도출 해결책 토의 화재진압 작전 보완 및 수정

연구배경 및 추진방향 연구 배경 연구 목적 샌드위치 패널은? 도장한 철판 사이 단열재로 구성된 합성 복합자재 건설현장에서 인력난 자재난, 시공의 편리성 등의 이점 시장규모 팽창으로 사용량의 급격한 증가 공업, 창고시설에서 주택 및 상업용으로 확대되는 경향 화재에 의한 심재의 용융이나 강판의 변형 등으로 화재의 취약 연구 목적 각종 화재의 증가에 따른 샌드위치 패널의 특성을 알아보고 그에 대한 적절한 화재대응 방안을 마련

2 본론(연구 내용 및 방법)

샌드위치 패널의 일반적 특성(1) 샌드위치 패널의 재료별 특성 폴리스티렌폼 패널(Expanded poly-stylene foam panel) 심재로 발포 폴리스티렌 외부 표면재는 상ㆍ하 양면에 우수한 재질의 착색 아연도장강판 특수열중합방식으로 일체화 시킨 패널로 단열, 경량, 자체강도 내구성 우수 화재시 심재가 쉽게 용융하며 연소가스 발생되고 화염전파 용이

샌드위치 패널의 일반적 특성(2) 우레탄폼 패널(Poly-urethane foam panel) 폴리올과 이소시아네이트의 결합에 의하여 제조된 우레탄 심재 표면재는 상ㆍ하 양면에 착색 아연도장강판을 라인상에서 자동연속발포로 동시 접착 단열성능, 구조성능, 난연성, 내열성, 절연성 우수 유기재 단열재로 인한 화재에 의한 내부용융 및 유독가스 발생

샌드위치 패널의 일반적 특성(3) PIR 패널(Poly-isocyanurate foam panel) 화재 시 손상 및 변형에 강하고 발연성을 감소시켜 저항성을 강화시킨 패널 우레탄폼에 비하여 이소시아네이트 비율이 높이고 폴리올의 비율이 낮아 비교적 열에 대해 안정된 성능을 지님 제조 공정 및 기술 여건 상 비교적 두께가 두꺼운 제품 생산 어려움

샌드위치 패널의 일반적 특성(4) 그라스울 패널(Glass wool panel) 심재로 무기질계 재료인 그라울 사용 상하 양면에 착색 아연도장강판을 특수 열중합 접착방식에 의해 일체화 화재 시 화염전파가 거의 없고 유독가스 발생이 없어 화재 초기진화 유리 패널 두께가 50mm 이상이면 30분, 100mm 이상이면 1시간 이상 내화성능 심재인 그라스울이 습기나 물에 취약

샌드위치 패널의 화재특성 연구소개(1) 샌드위치 패널의 화재 성능 평가 방법 ISO-9705 FIRE TEST- FULL SCALE TEST FOR SURFACE PRODUCT ISO 9705 시험법은 룸코너(room corner tester) 시험기에서 실시 시험실에 샌드위치 패널을 설치한 후 코너에서 프로판 버너에 의하여 열원 공급 시작 2분 후 총 20분 동안 100~300㎾ 열원 증가 열방출률, 연기발생량, 화염전파속도, 플래시오버 유ㆍ무 판단 등 시험 Proposed Classification Criteria for Surface Products Tested to ISO 9705

샌드위치 패널의 화재특성 연구소개(2) EN 13501-1 및 Eurefic Research Program의 화재성능 분류 기준 ISO-9705의 상관관계에 의한 화재성능 분류 그래프 분류기준에 사용되는 버너의 열량 미포함 플래시오버의 기준은 900㎾ Key B : 최대 열방출량이 700㎾ 이내 C : 버너의 열량이 100㎾일 때 최대 열방출량이 900㎾ 이내 D : 시작 2분이내 최대 열방출량이 900㎾이내 E : D등급 이상

Sketch of full-scale room tester 샌드위치 패널의 화재특성 시험(1) 샌드위치 패널의 ISO9705 시험 방법 단위 시험실 내부에 샌드위치 패널 설치 발생한 외부 유출없이 덕트로 유입 덕트 내부풍량 3.5m/s 이상 유지 산소 1㎏ 소모될 때 13.1MJ/㎏ 열량발생 플래시오버 판단기준 NFPA286 열방출률 1MW이상 단위구획실 바닥 열유량 20KW/㎡ Sketch of full-scale room tester

A photographs of results for sandwich panels by ISO 9705 test 샌드위치 패널의 화재특성 시험(1) 샌드위치 패널의 ISO9705 시험 결과 스티로품, 난연스티로품, 우레탄폼, 그라스울 샌드위치 패널 시험초기 버너 열량 공급 시점과 종료된 이후 시점 스티로품 패널읜 시험 시작 7분 후 천장부 파괴 모서리에서 시작된 화염이 천장부로 전이 급격한 연소 확대 A photographs of results for sandwich panels by ISO 9705 test

A photographs of results for sandwich panels by ISO 9705 test 샌드위치 패널의 화재특성 시험(2) 우레탄 폼 샌드위치 패널은 초기에는 타 난연 샌드위치 패널과 유사하게 진행 버너 열량이 100KW에서 300KW 증가하는 시점에서 화염 급격한 확대 최대 열방출량 1,000KW 이상 난연 스티로품, 우레탄폼은 샌드위치 패널은 플래시오버 발생하지 않음 난연 스티로폼은 천장부 붕괴 난연 우레탄폼은 천장부 처짐 현상 그라스울 샌드위치 패널은 모서리부분 이외에서는 연소확대 발생하지 않음 A photographs of results for sandwich panels by ISO 9705 test

샌드위치 패널의 화재특성 시험(3) 버너열량 초기 10분은 100KW 이후 10분은 300KW 스티로폼, 우레탄폼은 급격한 연소확대 난연스티로폼은 시험 후반부 급격한 연소확대 Heat release rate by ISO 9705 test 샌드위치 패널의 단위 구획실 내부 열유량 스티로폼 : 화염확대로 이한 열유량의 증가 우레탄폼 : 플래시오버 시점에서 열유량 증가 난연스티로폼 : 시험 종료 시점에 열유량 증가 Heat flux by ISO 9705 test

샌드위치 패널의 화재특성 시험(4) 시험실 내부에서 측정되는 온도의 측정위치 총 7개의 열전대가 시험실 입구에 위치 Temperature measurement point 시험실 내부에서 측정되는 온도의 측정위치 총 7개의 열전대가 시험실 입구에 위치

샌드위치 패널의 화재특성 시험(5) 플래시오버가 발생한 스티로폼, 우레탄폼 온도 제시 온도분포는 화재 특성상 상층부에서 가장 높은 온도 CHANNEL7에서 가장 높은 온도 스티로폼 : 558.1℃ 우레탄폼 : 730.9℃ NFPA 286에서 제시하는 플래시오버 기준(600℃) 에 근접 Temperature change for EPS-foam sandwich pane Temperature change for PUR-foam sandwich panel

샌드위치 패널의 화재특성 시험(6) 샌드위치 패널의 유독가스 발생량 우레탄 폼은 타 재료에 비해 많은 CO2, CO 를 발생함 CO2 : 최대 1.2%, 1661.3PPM 스티로폼은 조기 종료로 인하여 초기값 제시 CO2 : 최대 0.3%, 353.2PPM 난연스티로폼 CO2 : 최대 0.81%, 664.6PPM 난연우레탄폼 CO2 : 최대 0.789%, 594.1PPM 화재 발생 시 CO2 임계점인 900PPM에 근접하므로 인명피해가 상당할 것으로 예상 Carbon dioxide yield by ISO 9705 test Carbon monoxide yield by ISO 9705 test

실제 사례분석(1) 이천 로지스올 냉동 창고 화재사례 화재발생 개요 화재발생 원인 사고일시 : 2008년 12월 5일 12시 경 장 소 : 이천시 마장면 장암리 463 건물규모 : 지상2층 지하1층 2개동 40,968㎡ 구조형식 : PC구조 샌드위치 패널 층별용도 : 지하1층 냉동창고 / 1,2층 물류창고 피해상황 인명피해 : 사망 8명, 부상 5명 재산피해 : 721억 추정(동산 600억, 부동산 121억) 화재발생 원인 전기용접공사를 시공 중에 가연성 물질인 우레탄 폼에 최고 4000℃의 불티가 내부 단열재로 발화함

실제 사례분석(2) 샌드위치패널의 단면도 화재현장 부분 연소된 샌드위치패널 사진

실제 사례분석(3) 지하1층 평면도 및 사망자 발생 위치도

실제 사례분석(4) 문제점 전기용접 공사 당시 밀폐공간에서 작업감독자 없이 전기용접 작업 실시 천장 마감재인 우레탄폼을 사용, 패널 충전재로 스티로폼 사용으로 급격한 연소 샌드위치 패널의 붕괴까지 더해져 소화용수 침투가 어려움 보온유지 등으로 창문이 없는 무창층 구조로 유독가스 배출에 어려움 방화구획선으로 되어있는 글라스울 패널 부위를 임의로 절개 급격한 연소확대 급격히 플래시오버 단계에 이러러 초기 소화설비로 진압이 곤란함

실제 사례분석(5) 로지스울 천장 및 벽체 단면도 로지스울 지하층 연소면적 평면도

실제 사례분석(6) 합천 영농조합법인 창고 화재 사례 화재발생개요 화재원인(추정) 일 시 : 2012년 02월 17일 15:01 출동시간 : 15:02 현장도착 : 15:13 완 진 : 16:45 장 소 : 합천군 율곡면 갑산리 204 화재원인(추정) 현장도착한 바 건물 지붕주위에서 화염이 분출되고 있었고 목격자 진술 또한 건물 지붕쪽에서 화염이 분출하였다고 진술한 것으로 보아 건물지붕에 설치된 전기배선에서 전기적 아크가 발생하여 화재가 발생한 것

실제 사례분석(7) 건물외부 상황(동쪽 방향) 건물외부 상황(서쪽 방향) 건물외부 상황(남쪽 방향) 건물외부 상황(북쪽 방향)

실제 사례분석(8) 화재가 발생한 저온창고 내부(1번 선별기) 화재가 발생한 저온창고 내부 화재가 발생한 저온창고 내부 화재가 발생한 저온창고 내부(2번 선별기)

실제 사례분석(9) 화재가 발생한 저온창고 내부 (3번 선별기 소실모습) 화재가 발생한 저온창고 천장 발화지점과 근접한 저온창고 내부 발화지점과 근접한 저온창고 내부외벽 소실 모습

실제 사례분석(10) 발화지점 및 연소확대 경로 발화지점 : 저온창고 건물 내 1번 배 선별기 작업장 연소 확대 경로 : 1번 배 선별기 작업장 → 샌드위치패널 외벽 → 패널 천장 발화지점으로 추정되는 1번 배 선별기 설치장소 1번 배 선별기 설치장소 외벽 연소패턴

실제 사례분석(11)

(1번 선별기 설치 장소에 최초 발화(추정) → 샌드위치 판넬 외벽 → 천정으로 연소확대) 실제 사례분석(12) (1번 선별기 설치 장소에 최초 발화(추정) → 샌드위치 판넬 외벽 → 천정으로 연소확대)

3 결 론

실제 사례를 통한 대응능력 평가 대응능력 평가 실험과 화재사례를 분석한 결과 우레탄과 스티로폼이 화재에 가장 취약 난연재료는 최성기 시간을 지연시키는 효과 가연성, 난연재료는 5분이 경과하면서 온도상승 준불연재료는 온도가 상승하다 꺽이는 모습 불연재료는 연소 억제비율이 높음 시간에 따른 재료의 온도변화

효율적인 화재진압 방법(1) 패널+우레탄 폼 주요 진압법 주의사항 우선 조립식 패널이 강한 수열을 받으면 심한 뒤틀림 현상으로 인하여 패널 부분이 변형되면서 공간이 생기기 때문에 옥내 진입하여 공간 사이로 주수하여 초기 진화하고 잔화 정리시에는 지붕으로 올라가 경사가 완만하면 동력 절단기를 활용하고 급경사 일때는 손도끼 및 패널 커트기를 활용 진화함 주의사항 패널 연소 시 하중 저하로 인한 붕괴 우려가 있기 때문에 최소 인원으로 연소가 되지 않은 패널에서 작업을 하고 패널 철판사이에 있는 스티로폼이 연소 되었을 때는 완전연소나 부분 연소된 철판 위에서 작업을 하여서는 안된다.

효율적인 화재진압 방법(2) 조립식 패널 주요 진압법 주의사항 조립식 패널 공장, 창고 등도 1항과 마찬가지로 강한 수열을 받으면 심한 뒤틀림 현상으로 인하여 패널 아래 부분이 변형되면서 공간이 생기기 때문에 붕괴 위험을 확인하면서 옥내 진입, 공간사이로 주수하고 버섯 재배사와 같이 지붕아래 천정이 추가로 설치되었을때는 사다리를 활용 천정과 지붕 사이에 설치된 환풍기를 제거하여 주수토록하고, 벽체 부분은 연소 전 단계시는 동력 절단기를 사용하고 연소 후에는 노루말못뽑이(이하 “빠루”)나 도끼로 강하게 치면서 패널을 제거하고 화세가 완만했을 때 굴삭기를 활용 지붕을 제거한다 주의사항 공장 등은 철근 등으로 되어 있어 강한 열을 받으면 지붕 붕괴의 우려가 있기 때문에 가급적 지붕에서 작업을 하는 것을 금하고 지휘관의 판단하에 안전이 확보되면 손도끼 및 패널 커트기(동력절단기 자제)로 작업한다.

피스보호캡을 제거한 후 전동드릴 사용의 필요성 효율적인 화재진압 방법(3) 그라인드 사용 시 과도한 시간이 소요되어 화재진압 지체 화재로 인한 샌드위치 패널의 지붕 피해 모습 피스보호캡을 제거한 후 전동드릴 사용의 필요성

효율적인 화재진압 방법(4) 패널 고정용 피스 모습 전동드릴을 이용하여 패널 고정용 피스 제거

효율적인 화재진압 방법(5) 수열로 인한 천장 아래부분에 변형된 틈 사이로 주수로 화재진압 수열로 인한 천장 아래부분에 변형된

효율적인 화재진압 방법(6) 개량형 지붕 주요 진압법 주의사항 1안 2안 철판 형 지붕은 1장의 철판에 16개 이상의 철판 못이 있기 때문에 동력절단기 등으로의 제거는 불가능하고 철판과 철판사이에 손잡이 부분의 빠루를 넣어 강하게 들어 올리면 철판이 못 부분에서 찢어지면서 못과 분리됨 2안 아래그림과 같이 대부분 철판 못이 철판에 바짝 붙어 있기 때문에 핸드 그라인더를 활용 (빠루로 못제거는 불가)하여 경사로 45° 방향으로 깊게 갈아서 못 위에 부분을 제거하여 철판을 제거함 주의사항 개량형 지붕은 경사가 심하기 때문에 겨울철 주수로 인하여 미끄러지는 안전사고 우려가 있어 가급적 동력절단기나 전동기를 활용한 화재진화는 자제

효율적인 화재진압 방법(7)

노루말못뽑이를 이용하여 철판사이 공간 확보하여 제거하는 방법 효율적인 화재진압 방법(8) 그라인드를 이용하여 철판 못 제거방법 노루말못뽑이를 이용하여 철판사이 공간 확보하여 제거하는 방법

효율적인 화재진압 방법(9) 아스팔트 싱글 지붕 주요 진압법 아스팔트 싱글지붕은 샌드위치 패널에 나사못을 고정시키고 아스팔트를 덧붙인 형태로 지붕 상부에서는 아스팔트를 걷어 내는 것이 사실상 불가능하다. 내부에서 수열로 인한 천장부분에 변형으로 공간 사이 주수를 통한 진압방법이 필요하다

THANK YOU