한국폴리우레탄산업협회(회장 최재호, 이하 우레탄협회)가 최근 수행한 연구결과에 따르면 제로에너지건축물(ZEB) 보급활성화가 이뤄지는 상황에서 샌드위치패널 화재안전성 평가방법의 합리적인 개선과 단열재 중심의 화재안전성 평가방법 및 현장 시방기준마련이 필요한 것으로 나타났다.
우레탄협회는 최근 ‘건축물 단열재의 화재안전성능과 에너지성능 현황 및 진단’ 연구보고서를 발간해 건축용 단열재의 단열성능과 화재안전성능을 감안한 정책·제도개선 방안을 제시했다.
이번 연구는 2021년 4월부터 12월까지 9개월간 진행됐으며 우레탄협회의 의뢰로 한국화재보험협회 부설 방재시험연구원이 수행했다.
정부는 현재 2030년까지 500㎡ 이상 모든건축물의 ZEB화를 추진 중이며 2050 탄소중립 추진전략에 따라 기존건축물의 그린리모델링(GR) 활성화를 추진하고 있다. ZEB와 GR은 고성능 단열재 설치와 외단열공법 등 패시브기술 적용으로 건축물 에너지사용량 저감에 기여하고 있다.
그러나 2017년 제천 스포츠센터 화재, 2018년 밀양 요양원 화재사고 및 2020년 이천 물류센터 공사장 등 화재사고 이후 건축물 화재안전 관계법령이 강화돼 기존 고성능 단열재의 사용이 제한되는 상황이다.
이번 연구는 단열재 성능현황에 대한 연구가 부족한 상황에서 단열재의 현재 수준을 정확히 파악하고 대안을 제시하기 위해 시행됐다.
우레탄협회의 관계자는 “화재로부터 인명과 재산피해를 최소화하고 에너지효율화를 통한 국가 탄소중립 실현에 이바지하며 향후 관련 정책의 개선에 기여하기 위해 이번 연구를 시행, 결과를 공유하고자 한다”고 밝혔다.
동일시험체 단열·화재안전성능 평가
이번 연구에서는 실제 건설현장에서 사용되는 단열재와 샌드위치패널에 대한 화재안전성, 단열성을 평가했다. △미네랄울 △글라스울 △준불연 비드법폴리스티렌단열재(EPS) 2종 △페놀폼(PF)보드 2종 △경질폴리우레탄(PIR)보드 △저방사단열재 등 단열재 8종과 △준불연 EPS △PIR △글라스울 등 샌드위치패널 3종을 대상으로 연구를 수행했다.
단열재 및 샌드위치패널에 대한 화재안전성능과 단열성능제도, 화재사고 사례 및 국가R&D 현황을 조사했으며 평상시 단열재의 단열성능과 화재 시 화재안전성능을 평가하기 위해 동일 단열재를 대상으로 단열성능과 평가 후 난연성능 시험체를 샘플링하고 KS F ISO 5660-1과 국토교통부 고시에 따른 준불연성능의 열방출률을 10분간 측정했다.
실대형 화재시험의 측정 소급성과 신뢰성 확보를 위해 시험체 표준설치도면을 제작했으며 샌드위치패널의 단열성능 평가와 구조체 화재안전성능 및 에너지성능을 평가하기 위해 KS F 2277에 따른 단열성능을 측정했다.
또한 KS F ISO 13784-1(건축용 샌드위치패널 구조에 대한 화재연소 시험방법)과 국토부 예정고시에 따른 실대형 화재시험 및 동일구조체 대상으로 에너지플러스 시뮬레이션에 따른 냉난방 부하, 에너지소비량, 에너지비용산출 및 CO₂배출량 등을 평가했다.
단일재료·실대형시험 병행 해외사례 없어
단열재 및 샌드위치패널 서베이 실시결과 해외의 경우 우리나라의 국토부 고시와 같이 샌드위치패널 심재와 복합외벽 마감재료에 대해 단일재료를 별도 열방출률 시험평가하는 국가나 규격은 없는 것으로 파악됐다.
한국화재조사학회의 화재사고사례 조사결과에 따르면 화재원인은 가연물보다는 인적 오류나 점화원 관리 실패에 기인한 요인이 크다. 화재조사학회 보고서에서는 외단열마감공법과 샌드위치패널의 화재위험을 줄이기 위해 △건물용도 및 크기에 따른 사용제한 △외벽 연소확대방지를 위해 일정 구간마다 화재확산 방지구조 설치 △중공층 내 연돌효과 제거를 위한 벽체시스템 공법개선 △연소 확대 우려가 있는 개구부 주위 불연성 단열재를 사용 등이 필요하다고 대책을 제시했다.
최근 10년간 단열재 관련 국가 R&D 현황조사에 따르면 실제 건설현장에서 폭넓게 적용될 수 있는 상용화 연구는 미진한 것으로 분석돼 강화된 화재안전성능 기준을 충족하고 상용화가 가능하며 건설시장에서 적용가능한 단열재 개발에 대한 국가 R&D 과제를 기획할 필요성이 큰 것으로 나타났다.
단열성, PIR·PF 최우수
실대형시험 ‘모두 탈락’
단열재 성능평가 결과를 살펴보면 PIR보드와 PF보드는 열관류율 값이 0.15W/㎡·K로 측정돼 가장 우수한 단열성능을 보였다. 이는 ‘건축물의 에너지절약 설계기준’에 따라 중부1지역에서 공동주택 거실의 직접 외기에 면한 외벽에 사용가능한 수준이다.
준불연성능 기준인 총 방출열량 8MJ/㎡ 이하를 충족하는 단열재는 미네랄울이 유일해 건설현장에서의 여건과 단열재 시공 및 설치상황 등을 감안할 경우 열방출률의 편차가 크게 나타날 수 있음이 확인됐다.
샌드위치패널의 경우 실대형 화재시험 결과 시험체 외부로의 불꽃은 모두 발생해 판정 기준을 충족하지 못했다. 또한 에너지플러스를 통한 부하해석 결과 PIR패널의 3개월간의 누적 난방 부하 및 누적 냉방 부하가 각각 109.86kWh, 28.19kWh로 평가돼 준불연 EPS패널과 글라스울패널에 비해 부하저감 성능이 가장 우수한 것으로 분석됐다.
또한 냉난방에너지소비량 분석 결과 PIR 패널의 에너지소비량이 가장 적게 나타났으며 준불연EPS를 사용했을 경우보다 약 43%의 난방에너지 절감, 약 39%의 냉방에너지 절감이 가능한 것으로 나타났다.
“現 기준통과 불능…개선 필요”
이번 연구결과를 바탕으로 전문가 의견조사를 실시한 결과 단열성능 평가 후 난연시험체 샘플을 채취함으로써 동일시험체 대상의 화재안전성능 및 단열성능을 평가할 수 있는 방법에 대한 신뢰성 확보가 필요하다는 의견이 제시됐다.
이와 함께 준불연 EPS, PF보드의 제품별 총방출열량 범위가 상당히 넓은 것이 확인됐으며 심재준불연재로 홍보되는 PF보드 출시제품에 대한 모니터링이 필요하다는 의견이 나왔다.
특히 건축물 단열재의 역할과 기능에 대한 중요성에서 전문가의 약 74%가 에너지효율화를 1순위로 제시했으며 약 26%가 화재안전성을 1순위로 판단했다.
효과적인 단열재의 화재안전성능과 단열성능 확보를 위해 개선해야 할 사항으로 전문가의 약 39%가 ‘제조사의 품질관리 강화’를 꼽았으며 약 37%는 ‘법, 규정 등의 제도 강화’, 약 17%는 ‘설계 및 시공 등의 건축기술 고도화’를 제시했다.
방재시험연구원의 관계자는 “이번 연구결과 샌드위치패널의 실대형 화재시험결과에서 외부 불꽃발생 여부에 대해 준불연 EPS, PIR, 글라스울패널 3종 모두 기준을 만족하지 못한다는 것은 시험방법 또는 제품품질에 문제가 있다고 판단된다”라며 “현행고시를 만족하는 제품이 없다면 안전기준에 대한 재검토가 필요하며 건축물에 사용되는 모든 단열재에 대해 일괄적인 화재안전성능과 단열성능을 요구하기보다 건축물 내 구획특성에 맞게 적용기준을 다르게 설정하는 방식으로 에너지효율과 화재안전을 동시에 향상시킬 수 있는 접점모색이 필요하다”고 밝혔다.
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