소개
최신 건축 규정 및 안전 표준은 건축 자재가 구조적으로 안전할 뿐만 아니라 화재에도 안전할 것을 요구합니다. 검증된 건축 자재인 목재는 많은 이점을 제공하지만, 불꽃과 같은 열원에 의해 점화되어 연기가스를 방출할 수 있으므로 small 위험도 있습니다.
연기 흡입은 화재에서 가장 흔한 사망 원인이며 짙은 연기는 방향 파악과 탈출을 어렵게 하기 때문에 목재의 화재 거동과 연기 방출을 분석하는 것이 필수적입니다.
이러한 관점에서 건축 자재로서 목재의 적합성을 확인하려면 광범위한 화재 테스트와 인증이 필요합니다.
측정 조건
화재에 대한 반응을 조사하기 위해 가문비나무 목재 시편(100 x 100 x 17mm³)을 NETZSCH TCC 918 원뿔 열량계에서 테스트했습니다. 이 장치는 열 방출률(HRR), 질량 손실, 결과 연도 가스의 밀도 및 조성을 기록합니다.
목재 샘플을 로드셀에 장착된 수평 샘플 홀더에 올려놓고 측정하는 동안 질량 손실을 지속적으로 기록했습니다. 전기 가열 콘이 위에서부터 시료를 가열하여 목재의 열분해를 시작했습니다. 충분한 열분해 가스가 방출되면 스파크 점화기에 의해 점화가 이루어졌습니다. 생성된 연소 가스는 가열 콘을 통해 흐르고 배기 시스템에 의해 수집되었습니다.
배기 시스템에서 질량 유량, 연도 가스의 온도 및 O₂, CO₂ 및 CO의 농도를 연속적으로 측정했습니다. 또한 레이저 빛의 투과를 통해 연기 밀도를 측정했습니다. 측정 전에 가스 분석기(지멘스 옥시매트/울트라매트)를 보정하고 메탄 버너를 사용하여 C-인자1를 확인했습니다. 측정 조건은 표 1에 요약되어 있습니다.
가열 콘을 가열한 후 셔터를 닫고 준비된 시료 홀더를 베이스 플레이트 위에 놓았습니다. 셔터가 자동으로 열리면서 측정이 시작되었고 방출된 가스는 자동 점화 시스템에 의해 점화되었습니다. 그림 2는 시료 준비 및 측정 설정을 보여줍니다.
1C-인자는 ISO 5660-1에 따라 정의된 콘 열량 측정의 핵심 교정 파라미터입니다. 산소 분석기의 신호와 실제 방출되는 열 에너지 사이의 관계를 설정하여 열 방출률(HRR)을 정확하게 측정하기 위한 상수 역할을 합니다.
표 1: 측정 조건
| 샘플 홀더 | 수평 |
| 열 흐름 | 50 kW/m2 |
| 공칭 유량 | 24.0 l/s |
| 콘 히터까지의 거리 | 25 mm |
2) 샘플 준비 및 측정 설정
측정 결과
그림 3은 연소 중 시간에 따른 세 가지 목재 시료의 질량 손실을 보여줍니다. 점화 직후에는 물과 가연성이 높은 유기 물질과 같은 휘발성 성분의 연소로 인해 급격한 질량 손실이 발생합니다. 불꽃이 꺼진 후에는 천천히 빛나는 과정이 시작되어 질량 손실이 더 작고 지속적으로 발생합니다.
그림 4는 시료의 열 방출률(HRR)2 경과를 보여줍니다. 점화 직후 모든 시료의 HRR은 급격히 상승하여 약 170kW/m2에서 최대치에 도달합니다. 가연성이 높은 성분이 소모됨에 따라 HRR이 크게 떨어지며 연소가 덜 강렬함을 나타냅니다. 이는 또한 휘발성 물질이 대부분 소모되고 고체 잔류물(숯)의 연소가 지배적이라는 것을 나타냅니다. 불꽃이 꺼지기 직전에 HRR이 더 증가하는 것은 목재의 전형적인 현상이며, 숯 층이 부서지면서 더 많은 휘발성 성분이 방출되어 연소되기 때문입니다. 약 20분이 지나면 이 수치는 더 낮은 수준으로 안정화됩니다. 이는 가연성 물질이 대부분 소진되어 주로 탄 잔여물이 남았음을 나타냅니다. 이러한 잔여물은 계속해서 천천히 고르게 연소되어 열 방출이 지속되지만 낮은 수치를 유지합니다.
2 열 방출률(HRR)은 재료가 연소하는 동안 단위 시간당 방출되는 열의 양을 측정한 값입니다(https://analyzing-testing.NETZSCH.com/ko/products/fire-testing/tcc-918)
분석의 또 다른 핵심 측면은 연기 발생이며, 이는 투과율을 측정하여 결정됩니다. 투과율이 감소하면 연기 밀도가 증가했음을 나타냅니다. 그림 5는 샘플의 연기 측정값을 보여주며 연기 발생과 열 방출 사이의 상관관계를 강조합니다. 처음에는 연기 생성률(SPR)이 뚜렷한 최대치를 나타내며, 이는 빠른 점화와 가연성 가스 및 입자의 large 양이 방출됨을 나타냅니다. 그러나 이 초기 피크는 빠르게 감소하는데, 이는 휘발성 성분의 연소로 인해 연기가 빠르게 형성되는 특징입니다.
이 결과는 특히 질량 손실, 열 방출 및 연기 형성 측면에서 목재의 복잡한 연소 과정에 대한 귀중한 통찰력을 제공합니다.
샘플 간의 차이는 미미하며 구조, 수분 또는 밀도의 차이와 같은 목재의 자연적인 변화로 설명할 수 있습니다.
요약
요약하자면 목재는 자연스러운 외관, 지속 가능성 및 기계적 강도를 갖춘 가치 있고 다재다능한 건축 자재입니다. 목재의 내화성은 목재의 내부 구조를 단열하고 연소 속도를 늦추는 숯 층의 형성에 의해 향상됩니다. 이 목탄층은 목재 구성 요소의 치수 안정성과 강도에 기여하여 목조 건물이 다른 많은 재료보다 화재 시 구조적으로 더 오래 안정적으로 유지될 수 있도록 합니다.
목재의 낮은 열전도율은 열 발산을 감소시켜 구성 요소의 치수 안정성과 강도를 지원합니다. 이러한 특성으로 인해 화재 발생 시 목조 건물의 구조가 더 오랫동안 온전하게 유지되기 때문에 소방관들 사이에서 '목재는 안전하게 불에 탄다'는 말이 생겨났습니다. 그러나 현대 건축에서 목재 구조물의 안전과 수명을 보장하기 위해서는 목재의 내화성을 더욱 연구하고 최적화하는 것이 중요합니다.