방화포의 소재에 따른 화염 및 복사열 차단에 관한 연구
Flame and Radiation Heat Blocking according to the Fire Blanket Type
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Abstract
산불에 의한 문화유산이 방화포에 의하여 보호되었다는 사례가 있어 방화포등이 화염 및 복사열 차단에 효과가 있는지 실험을 통해 분석하였다. 실험은 45도 연소성 시험기, ISO착화성 시험기, 버너에 의한 방화포등의 상대적 저항성에 대하여 실시 하였다. 45도 연소성 시험기를 통한 시험에서는 글라스포나 버미글라스포를 덮은 목재에서 변색흔적이 나타나지 않았고 버미글라스포를 덮은 목재표면의 온도가 64.61 ℃로 가장 낮게 측정되었다. ISO착화성시험기를 통한 시험에서는 글라스포를 덮은 목재표면의 온도가 90.7 ℃로 가장 낮게 측정되었다. 가스토치를 통한 시험에서는 스크린포를 제외한 모든 방화포등에서 화염에 의한 천공이 발생하거나 불이 붙어 화염에 대한 차단효과가 없는 것으로 나타났다.
Trans Abstract
Some cultural heritage sites have been protected from forest fires by fire blankets, and experiments have been conducted to analyze whether fire blankets are effective in blocking flames and radiant heat. An experiment was conducted on the relative resistance of a 45-degree combustion tester, ISO ignition tester, and fire retardant using a burner. In the test using the 45-degree flammability tester, no discoloration was observed on wood covered with glass cloth or vermiglass cloth, and the temperature of the wood surface covered with vermiglass cloth was measured to be the lowest at 64.61 ℃. In the test using the ISO ignition tester, the temperature of the wood surface covered with glass cloth was measured to be the lowest at 90.7 ℃. In the test using the gas torch, all fire blankets, except for the screen cloth, exhibited no flame-blocking effect, as holes were created by the flames or caught fire.
1. 서 론
2025년 경북 의성과 경남 산청 등 동시다발적으로 발생한 산불에 의해 서울 면적의 80%에 해당하는 48,238 ha가 피해를 입었고 인명피해는 사망 30명, 부상 45명으로 알려졌다(Hankyoreh, 2025). 국가유산청은 산불 사태로 인한 국가유산 피해사례는 총 27건으로 조선 후기 정자인 약계정이 전소되었고, 청송에서는 경상북도 민속문화유산인 기곡재사와 문화유산자료인 병보재사가 불에 타 전소되었다(SBS News, 2025). 국가유산청은 당초 소실된 것으로 알려졌던 안동 만휴정 일대를 확인한 결과 산불 피해를 보지 않은 것으로 파악된다고 26일 밝혔으며, 25일에 국가유산청과 안동시, 경북 북부돌봄센터, 소방서 등 40여명이 합동으로 만휴정의 기둥과 하단 등 목재 부분에 방염포를 전체 도포했다고 하였다(JoongAng Ilbo, 2025). 만휴정은 Fig. 1과 같이 방염포를 설치하여 피해없이 보존되었다고 하였다. 또한, 숭례문 복원에 적용된 방화천의 시공은 적심부 화염확산 방지를 목적으로 하였고, 일반적인 건축현장에서 방화구획의 용도로 사용되는 섬유재질을 이용한 것으로 적심부의 화재확산을 방지하기 위한 목적으로 한옥의 개판 상부에 설치하였다(Kim, 2015).
Manhyujeong Wrapped in Flame Retardant Fabric (Kyongbuk Ilbo, 2025)
방염포는 방화포라고도 불리며 용접불티에 의한 화재를 막기 위해 불티방지커버 등으로 사용되며 최근 전기차 화재에서 화재가 발생한 전기차를 덮어서 연소지연 또는 소화시키는 질식소화포, 스크린 방화셔터에 사용되는 스크린(Screen, 이하 ‘스크린포’) 등을 통칭하는 용어로 볼 수 있다. 질식소화포는 국내에서는 실리카섬유 또는 유리섬유 원단의 양쪽에 방염 실리콘 코팅을 하고 있으며 일부 선진국인 노르웨이에서 탄소섬유 등 차세대 질식소화포를 판매하고 있다(Ha and Park, 2023). 이와 같이 방염포나 방화포(이하 ‘방화포등’)를 활용하여 목조 문화유산을 보호했다는 보도가 나오고 있지만 목재가 발화하거나 영향을 받는데 어느 정도 영향을 미치는지 확인할 수 있는 연구가 없는 상태이다.
따라서, 본 연구에서는 현재 시중에서 판매되고 있는 방화포등과 관련된 기준에 대하여 알아보고 일반적으로 방화포등의 방염성능을 측정하는 방법인 45도 연소성시험기를 사용한 방염성능시험, 재료의 착화성을 측정하는 방법인 ISO 착화성시험기를 사용하여 목재의 착화에 미치는 영향, 화염에 의해 방화포등에 천공이 발생하는지 방화포등의 종류에 따른 상대적인 성능을 측정하기 위하여 가스토치를 이용한 접염시험을 해보도록 하겠다.
2. 방화포등의 시험
2.1 방화포의 시험기준
현재 방염포에 대한 기준은 없으며 방화포의 경우 ‘방화포의 성능인증 및 제품검사의 기술기준’이 2023년 8월 22일 제정되어 현재 시행중이다. 용어의 정의에서 ‘방화포’는 건설현장 내 용접⋅용단 작업시 발생하는 금속성 불티로부터 가연물이 점화되는 것을 방지해주는 차단막을 말하며 ‘불티관통시험’ 및 ‘굴곡내구성시험’을 하도록 하고 있다. 방화포의 경우 용접 및 용단시 발생하는 불티를 방지하기 위한 목적이 있기 때문에 ‘불티관통시험’과 ‘굴곡내구성시험’의 2가지 시험을 실시하고 있다. 불티관통시험은 Fig. 2와 같이 시험체를 깊이 0.5 m의 골이 지도록 설치한 후 가스절단기를 이용해 강판으로부터 발생하는 불꽃 및 불티로부터 발염이 없어야 하며 용접 불티가 시료를 관통하지 않아야 하는 기준이 있으며 굴곡내구성시험은 섭씨(20 ± 2)도의 시험온도에서 1,000회 굴곡 처리하여 균열 및 구멍등의 손상이 없어야 하는 기준을 충족해야한다(Korean Law Information Center, 2025a).
Left Side View of the Test Device (Korean Law Information Center, 2025a)
시중에 유통되고 있는 용접⋅용단용 방화포는 탄화포(Carbonized Fiber Cloth), 그라스포(Glass cloth), 버미그라스포(Vermi Glass cloth)정도가 유통되고 있다. 탄화포는 레이온 섬유를 탄화시킨 것으로 항복온도 400 ℃, 그라스포은 유리섬유 재질로 항복온도 500 ℃, 버미그라스포는 질석이 코팅된 유리섬유로 항복온도 700~800 ℃이며 용접⋅용단용 석면포를 대체하여 사용되고 있으며 이동식 현미경으로 1,000배 확대한 표면은 Fig. 3과 같다. 두께는 1.6 mm로 표시되어 있으나 실측한 결과 Fig. 4와 같이 탄화포는 1.48 mm, 그라스포는 0.82 mm, 버미그라스포는 0.74 mm, 스크린포는 0.7 mm로 나타났다.
Surface of Fireproof Fabric (× 1,000)
Thickness of Fireproof Fabric
2.2 방화셔터용 스크린
방화셔터의 경우 철재 또는 방화포 등으로 제작되며 방화포에 의해 제작되는 방화셔터는 일반적으로 스크린 방화셔터라고 불리운다. 스크린 방화셔터는 기존 철제 방화셔터보다 긴 공간에비교적 자유롭게 설치가 가능하고, 경량으로 철제 방화셔터의 압사사고와 같은 안전사고가 발생할 우려가 없다(Lee, 2018). ‘건축자재등 품질인정 및 관리기준’ 제34조 자동방화셔터 성능기준 및 구성 제①항에 따라 건축물 방화구획을 위해 설치하는 자동방화셔터는 건축물의 용도 등 구분에 따라 화재 시의 가열에 대하여 비차열 1시간 이상의 내화성능을 확보하도록 하고 있다(Korean Law Information Center, 2025b). 내화성능은 한국건설기술연구원의 인정시험결과에 따라 부여되고 연구원 홈페이지에 인정내용이 공지되며 세부인정내용을 도면 및 구성재료, 설치시방 등을 포함하여 첨부화일로 제공하고 있다. 스크린셔터의 스크린부분은 대부분 실리카 코팅직물을 사용하고 있으며 스크린부분의 원단에 대한 시험은 45도 연소성 시험기를 사용한 방염성능만 실시되고 있고, 재질은 방화포와 유사하나 코팅이 되어 있어 용접⋅용단용 방화포에 비해 매끈한 표면을 가지고 있다.
3. 방화포등의 화염 및 열차단 성능
3.1 45도 연소성시험기를 활용한 성능측정
45도 연소성시험기를 활용하여 성능측정을 하기위하여 기본적으로 합판의 방염성능을 측정하되 열전대 온도계를 이용하여 접염부분의 온도를 측정하였다. 다음으로 방염포등을 종류별로 겹친 후 접염부분 및 방염포 내부 온도를 측정하였다. 측점지점의 높이를 합판면으로 하고자 합판에 열전대가 들어갈 수 있는 Fig. 5와 같이 홈을 파낸 후 열전대를 끼워 넣고 온도를 측정하였다. 합판만을 시험했을 때, 합판의 화염쪽 면에 방화포등을 대고 실험했을 때 Fig. 6과 같이 목재부분의 표면에 스크린포의 경우 탄화흔적이 나타났고 탄화포의 경우 목재부분에 변색이 일어났고 글라스포나 버미글라스포의 경우 눈에 띄는 변색은 일어나지 않았다. 합판만 시험했을 때는 잔염시간은 나타나지 않았고 잔신시간만 15초로 측정되었다. 탄화길이 및 탄화면적은 Table 1과 같이 측정되어 탄화길이 20 cm, 탄화면적 50 cm2의 기준에 적합한 것은 없는 것으로 나타났다.
Preparation of Test Specimens
Test Results Using a 45 Degree Combustion Tester
Carbonization Length & Area
목재표면의 온도를 측정했을 때 Fig. 7과 같이120초에 도달했을 때 합판의 경우 229.07 ℃, 스크린포를 덮은 경우 90.58 ℃, 탄화포를 덮은 경우 95.81 ℃, 글라스포를 덮은 경우 94.8 ℃, 버미글라스포를 덮은 경우 64.61 ℃로 나타나 접염에 의한 온도상승에 대한 방호는 버미글라스포가 상대적으로 좋은 것으로 나타났다.
Temperature Measurement Results 1
3.2 ISO 착화성 시험기를 활용한 성능측정
ISO 5657에 따라 복사열원을 이용하여 건축자재의 착화성을 측정할 수 있는 ISO 착화성 시험기를 활용하여 3 kW/cm2의 열유속에서 합판에 몇 초 만에 착화하는지 측정하고 열전대 온도계를 이용하여 측정부분의 중앙부분의 온도를 측정하였다. 다음으로 방염포등을 종류별로 겹친 후 중앙부분 목재 및 방염포 내부 온도를 측정하였다. 측점지점의 위치를 정확히 하고자 Fig. 5와 같이 합판에 열전대가 들어갈 수 있는 홈을 파낸 후 열전대를 끼워 넣고 온도를 측정하였다.
실험결과 Fig. 8과 같이 합판만 사용한 경우와 탄화포를 덮어서 사용한 경우에만 착화가 일어났다. 실험은 100초간 수행했으며 Fig. 9와 같이 합판만을 사용했을 경우 약 60초 만에 100 ℃에 도달하고 착화하였으며, 탄화포는 시험시작 25초만에 착화하면서 목재표면의 온도은 40.5 ℃까지 밖에 상승하지 않았다. 스크린포를 덮은 경우 온도는 137.09 ℃, 글라스포를 덮은 경우 90.73 ℃, 버미글라스포를 덮은 경우 111.96 ℃까지 상승하여 복사열에 의한 방호는 글라스포가 상대적으로 좋은 것으로 나타났다.
Test Results Using ISO Ignition Tester
Temperature Measurement Results 2
3.3 가스 토치를 활용한 차단효과측정
방화포등의 종류에 따라 화염에 의해 천공이 발생하거나 방화포등의 배면에서의 온도분포에 어떤 차이가 있는지 상대적인 성능을 확인하기 위하여 Fig. 10과 같이 중앙에 방화포를 걸고 가스토치에 의한 화염이 접하는 부분에 열전대(T1)를 배치하고 방화포 뒷면으로부터 10 cm 지점에 열전대(T2), 20 cm 지점에 열전대(T3)를 설치하여 온도를 측정하였다.
Installation of the Test Device
가스 토치의 화구는 방화포로부터 15 cm 지점에 위치하고 불꽃의 길이를 조절하여 방화포에 직접 닿을 수 있도록 하였다. 실험결과 Fig. 11과 같이 스크린포의 경우 화염에 의한 천공이 발생하지 않았으나 글라스포와 버미글라스포는 천공이 발생하여 화염을 차단하지 못했고 탄화포의 경우 접염후 35초 이후에 불이 붙어 실험을 중단하였다. Fig. 12와 같이 방화포의 뒷면으로부터 10 cm 지점의 최고 온도는 스크린포의 경우 34.21 ℃, 글라스포의 경우 95.81 ℃ 버미글라스포의 경우 110.27 ℃로 방화포의 천공에 의해 화염으로부터 보호받지 못했고, 20 cm 지점의 최고온도도 스크린포의 경우 26.93 ℃, 글라스포의 경우 25.18 ℃, 버미글라스포의 경우 25.84 ℃로 20 cm만 이격되어도 온도가 거의 상승하지 않는 것으로 나타났다. 탄화포의 경우 접염면의 최고온도가 289.59 ℃로 실험시작 45초만에 착화되어 실험이 중단되었다.
Test Results Using ISO Ignition Tester
Temperature Measurement Results 3
4. 결 론
방화포등의 성능시험 결과는 다음과 같다.
첫째, 45도 연소성시험기를 통한 시험에서 모든 방화포에서 잔염시간이나 잔신시간이 나타나지 않았고 스크린포를 덮은 목재의 경우 탄화흔적이 나타났고 탄화포를 덮은 목재에서는 변색흔적이 나타났으나 글라스포나 버미글라스포를 덮은 목재에서는 눈에 띄는 변색은 일어나지 않았다. 또한, 120초가 경과했을 때 접염부온도가 229.07 ℃였던 것에 비하여 탄화포의 안쪽은 95.81 ℃, 글라스포의 안쪽은 94.8 ℃, 스크린포의 안쪽은 90.58 ℃, 버미글라스포의 안쪽은 64.61 ℃로 나타나 버미글라스포의 열 차단 효과가 상대적으로 높은 것으로 나타났다.
둘째, ISO 착화성 시험기를 통한 시험에서 3 kW/cm2에서 합판은 60초만에 착화하였으나 스크린포를 덮은 경우 137.09 ℃, 버미글라스포를 덮은 경우 111.96 ℃, 글라스포를 덮은 경우 90.7 ℃로 목재 표면의 온도가 측정되었으며 착화하지 않았다. 다만, 탄화포의 경우 25초만에 탄화포 자체가 착화하여 복사열에 취약한 것으로 나타났으며 상대적으로 글라스포가 복사열 차단에 효과가 있는 것으로 나타났다.
셋째, 가스토치를 통한 실험에서 스크린포의 경우 천공이 발생하지 않았으나 글라스포와 버미글라스포는 천공이 발생하여 근거리에서의 화염에 대한 차단효과가 없는 것으로 나타났으며 탄화포는 45초만에 착화되어 실험이 불가하였다. 방화포등의 뒷면으로부터 10 cm 지점은 방화포등이 천공된 이후에 약간 온도가 상승했으나 20 cm 지점의 온도는 방화포등이 천공된 경우에도 거의 차이를 보이지 않아 복사열에 의한 영향은 이격거리에 많은 영향을 보이는 것으로 나타났다.
방화포등의 화염에 의한 천공여부에 대한 기준이 존재하지 않아 임의의 방법으로 천공여부 및 열 전달여부를 측정한 것과 방화포 등의 재료에 대한 밀도, 비열, 열전도율등을 통한 열관성 열확산계수 등의 데이터를 확보하지 못해 제조사마다 연구결과가 달라질 수 있다는 점은 본 연구의 한계점이다.
본 연구가 목조 국가유산의 방호에 도움이 될 수 있기를 바란다.