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스페셜리포트

[단열재산업 선도기관] 한국건설기술연구원②

고단열·내화 외벽시스템 개발
국제시험인증기관 기준 충족
이태원 선임위원, “가연성 단열재 활용 가능”

최근 건축물 화재사고가 잇따르면서 정부가 건축물의 화재확산방지를 위한 규제를 강화하고 있다. 주로 △단열재 소재·건축물 마감재료 난연성능 강화 △구조적 건축물 화재확산방지 체계 강화 등 2개 축으로 규제강화가 진행되고 있다.

이중 구조강화는 난연성능이 부족한 단열재라도 불연재, 특수설계 등을 적용해 벽체가 스스로 화재확산을 방지할 수 있도록 만들기 위해 추진된다. 이에 따라 단열재 난연성시험뿐만 아니라 벽체를 실제 연소시키는 실대형 화재시험도 인정해 유기단열재를 외부단열재로 적용할 수있게 할 방침이다.

이러한 상황에서 한국건설기술연구원(KICT, 원장 한승헌)이 ‘화재안전 및 단열성능 확보 건물외벽시스템 개발(책임자 이태원)’ 연구를 진행하고 있어 해결책이 마련될지 주목된다.

KICT, 조기상용화 추진
국내·외 대형화재사고 발생에 따라 단열재의 난연성능 강화가 요구되고 있지만 다른 측면에서는 건축물 에너지효율화와 온실가스 감축을 위해 단열성능 강화가 함께 추진되고 있다. 일반적으로 난연성능과 단열성능은 반비례관계여서 안전·환경 모두를 해결하기 위한 대책마련이 필요한 실정이었다.

이번 연구는 벽체에 적용되는 단열층을 모듈화해 화재가 확산되지 않게 하고 단열강화, 열교방지 등을 통해 화재확산 방지와 단열성능 강화를 동시에 만족시키기 위해 추진됐다.

기본개념은 가연성 단열재를 알루미늄 복합패널로 포장해 모듈을 만들고 각 모듈을 인접모듈과 분리하는 구조로 설계한 뒤 벽체에 부착할 때 열교방지 공법을 적용하는 것이다.

기존에도 외벽 단열층을 모듈화하는 연구가 진행돼 일정부분 성과가 있었지만 각 모듈의 연결부위에 공기층이 형성돼 열손실이 발생했으며 적용된 철골프레임과 고정구가 열교를 야기했다. 또한 각 모듈이 인접모듈과 완전히 분리되지 않아 단열재를 통한 화재확산이 발생했으며 이에 따라 유기단열재의 화재하중*이 컸다.

이번 R&D에서는 이를 보완했다. 단열강화를 위해 모든 연결부위를 특수발포소재 충진으로 보강하고 열교차단 패스너 등 고정구 적용으로 열교현상을 최소화해 단열재두께와 용량을 줄였다.

단열성능 시험결과 중공층** 충진 및 단열고정구 적용 전·후 벽체열관류율은 0.559W/㎡K에서 0.147W/㎡K로 개선됐다.

화재안전 성능강화를 위해서는 모듈 내 단열재를 보호할 수 있는 공법을 적용, 단열재 용융에 따른 화재확산을 방지한다. 발포소재를 이용한 패드·시트를 적용해 인접모듈과 완전히 분리하는 보강공법이 적용됐다.


영국 실대형 화재시험인 BS 8414를 기준으로 시험한 결과 시험종료시간이 23분22초로 기준인 15분을 훌쩍 넘겼다. 중부1지역 단열기준으로 일반패널 공법을 적용한 벽체가 4분59초인 것과 비교하면 상당한 성능차이를 보였다. 영국 건축연구소인 BRE에 의뢰해 시험한 결과도 약 21분이어서 성능이 검증됐다.

이번 연구는 가혹한 조건에서의 화재확산방지 성능을 시험하기 위해 가장 저렴하지만 화재에는 취약한 EPS단열재를 적용했으며 두께 역시 가장 두꺼운 중부1지역 기준으로 275mm를 적용했다는 점에서 의미가 크다. 두께가 두꺼울수록 발열량이 높아져 시험기준 통과에 불리하기 때문이다.

이태원 선임연구위원은 “연구는 2021년 종료되며 KICT 내 제로에너지건축물인 그린홈 등에 적용을 추진할 것”이라며 “경제성분석 결과로도 기존대비 큰 비용상승은 없는 것으로 판단돼 조기상용화를 위해 노력하겠다”고 밝혔다.


*화재하중: 가연성물질의 완전연소에 따른 방화지역 단위면적당 발열량.
**중공층: 건물벽체의 속이 빈 공기층.

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