Hot Tech - 내화성 2배 높인 커튼월 층간 화재확산방지 신공법 개발
HOT TECH에서는 최신 산업기술의 특성, 업계동향 및 향후전망 등을 살펴봅니다.
커튼월(Curtain Wall)의 내화성능 강화 요구
몇 년전 부산 해운대 화재사건을 계기로 고층 커튼월 건물의 화재안전성에 대한 전국적인 관심과 공포가 집중되었고, 이후에도 고층건물의 화재사건은 계속 보도되고 있다.
그러면 지금 내가 생활하고 있는 집과 건축물은 좀 더 화재에 안전한 공간이 될 순 없을까?
최근 고층건물은 거의 대부분 커튼월(Curtain Wall)을 사용한다. 커튼월은 유리와 같은 외장재를 건물 외벽에 커튼 형태로 붙여 놓은 것이다.
커튼월은 가시성과 채광성이 우수한 장점을 가진 반면 시공시 폴리에틸렌 계열인 고분자 플라스틱이 사용되기 때문에 화재에 취약하다는 단점이 있다. 특히 일반 건축물에 비해 화재 발생시 빠르게 화염이 수직으로 번져 피해가 커지는 문제가 있다.
국토교통부에서도 고층건물의 화재에 대한 국민들의 우려가 높아짐에 따라 건축법시행령을 개정해 커튼월 시공 때 내화 보완장비와 시설확보를 의무화하고, 15분 이상의 내화성능을 확보하도록 규정하였다.
이번에 국토교통부 제728호로 지정된 건설신기술은 이러한 우려를 해결하고 좀 더 화재에 안전한 건물을 지을 수 있는 국내 최초 커튼월 내화관련 공법으로 ‘커튼월 층간 화재확산 방지를 위한 경량무기발포 세라믹보드의 백패널 및 프레임커버 적용공법’이다.
이 기술은 국토교통부 연구과제로 3여년에 걸쳐 현대산업개발(주)과 한국세라믹기술원, (주)지메텍, (주)유신건축종합건축사사무소가 공동으로 개발한 것으로 내화성을 가지면서 구조적 기능과 단열성능이 우수한 경량무기발포 세라믹보드를 적용하여 국내 내화성능 기준보다 15분 긴 30분의 내화성능을 확보할 수 있는 기술이다.
국내 내화관련 기준
건축물의 화재안전 확보를 위한 규정인 “건축물의 피난·방화구조 등의 기준에 관한 규칙”에서는 내화구조의 성능기준을 내화시간으로 규정하고 있는데, 커튼월 시스템을 외벽으로 판단할 경우 30분, 커튼월 시스템과 연결되는 바닥 슬래브는 2시간의 내화성능을 확보해야 한다.
문제는 커튼월 시스템이 외벽이 아닌 마감재로 인식되어 내화성능 기준규정을 따를 필요가 없다는 것이다.
현재 일반적인 커튼월시스템은 단열성만을 고려하여 서울의 경우 중부지역의 단열재 두께 기준에 적합한 85mm 글라스울(48K 기준) 단열재만을 사용하고 있다. 그러나 이 글라스울 단열재는 준불연재료로 내화성능 확보에는 부족한 재료이다.
또한 바닥 슬래브의 경우 커튼월 시스템과의 공간도 화재확산의 경로이므로 이를 차단해야 한다.
따라서, “건축물의 피난·방화구조 등의 기준에 관한 규칙”에서는 외벽의 경우 스팬드럴 부분 단열재에 불연성능의 재료를 400mm 높이로 치환한 ‘화재확산방지구조’를 선택적으로 설치할 수 있도록 하고 있으며, 외벽과 바닥의 공간을 ‘내화충전구조’를 의무적으로 설치하도록 규정하고 있다.
그러나 외벽의 화재 확산을 방지하기 위하여 설치하는 화재확산 방지구조는 15분의 내화성능만을 확보하면 되는 수준으로 제시되어 외벽의 내화성능기준인 30분에는 못 미치며, 내화충전구조는 시험방법은 개발되었으나 아직 시험평가가 이루어지지 못하여 비규격의 내화성능시험에 의해 내화성능을 확인한 제품을 사용하고 있는 실정이다.
커튼월 층간 화재확산방지 신공법
① 국내최초 커튼월 내화관련 공법
건설신기술 제728호로 지정된 이 기술은 국내최초 내화관련 공법으로 폐유리분말과 플라이애시 등의 무기계 혼화재료와 발포제를 혼합하여 고온에서 발포하여 성형한 이종의 보드를 복합한 친환경 경량무기발포 세라믹보드를 커튼월 시스템 스팬드럴(Spandrel) 부위의 백패널(Back Panel)대체 및 프레임 커버로 설치하여 화재확산방지구조에 적용한 커튼월 내화성능 향상공법이다( 그림 1 참조).
경량무기발포 세라믹보드는 최대 1,200×1,200mm로 생산되며 20mm, 30mm, 50mm의 다양한 두께로 가공이 가능하다.
본 기술에 사용하는 경량무기발포 세라믹보드는 단열성능의 향상 및 구조성능 향상을 위해 단열성 향상용 보드와 강도향상용 보드를 별도로 생산하여 접합하는 하이브리드 구조를 갖는 것을 특징이다( 그림 2 참조).
커튼월 시스템은 건축물의 외벽에 설치되는 비구조체로 층간 슬래브와 밀실한 접합이 어려워 조인트가 발생하고, 커튼월의 Vision 부위 하부인 Spandrel 내측에 단열을 위해 설치하는 Back Panel이 화재에 취약한 재료로 구성되어, 화재발생시 층간 조인트 및 Spandrel을 통해 상부로 확산하는 취약한 구조를 갖고 있다( 그림 3 참조).
이러한 취약한 화재 확산 경로를 경량무기발포 세라믹보드를 이용하여, Spandrel 부위의 Back Panel 대체로 2종의 보드를 결합한 하이브리드 경량무기발포 세라믹보드를 고정철물로 설치하고, Frame 후면은 커버 형태로 30mm의 구조향상용 경량 무기질 발포보드를 고정철물로 고정하여 일체화함으로써 내화성능을 30분 이상 유지할 수 있는 내화성능 향상공법이다( 그림 4 참조).
② 기존 공법 대비 내화성능 2배 향상
커튼월 공법 중 기존 알루미늄 커튼월 공법과 “건축물 마감재료의 난연성능 기준 및 화재확산방지구조 기준”에서 제시하는 커튼월 Spandrel 부분의 화재확산을 방지하기 위한 구조와 건설신기술 제728호를 비교한 결과, 기존 커튼월 공법은 단열성능이 우수한 글라스울 단열재를 사용하여 단열성이 우수한 대신 내화성이 낮았다.
화재확산방지구조는 내화성능에서 15분의 한계가 있으며, 단열성이 좋지 않은 불연재료를 단열재 대신 치환하여 사용하는 문제가 있다.
반면 건설신기술 제728호 공법은 기존 커튼월 공법 대비 단열성능은 유사하고, 내결로성 및 내화성능은 50% 향상된다.
이 공법의 적용범위는 전체 커튼월 중 사용부위가 일부에 한정되나, 커튼월 공법의 가장 큰 단점인 결로 및 화재확산 문제를 해결할 수 있다는 점에서 상당히 중요한 기술이다( 그림 5 참조).
화재에 더 안전한 커튼월로
국내 커튼월 시스템의 개발방향은 에너지절약이 주를 이루고 있으며, 이 또한 아직 개발과정에 있다. 반면 커튼월의 내화성능 향상을 위한 기술개발 수준은 에너지분야 연구보다 더 초기단계에 지나지 않는다.
국내에서는 커튼월 화재 안전성의 필요를 인지한 지 얼마되지 않았고 이미 수많은 건축물에 적용된 커튼월의 내화성능도 파악되어 있지 않다. 이는 결과적으로 화재사고로 이어지게 되었고 사회적인 이슈가 된 것이다.
외국의 경우 커튼월의 화재안전성은 기본적인 성능으로 갖추어야 할 항목으로, 다양한 국외의 커튼월 내화성능 시험방법을 살펴보더라도 국내와의 확연한 인식 차이를 느낄 수 있다.
최근 국내에서도 커튼월 시스템의 내화성능 시험방법이 정립되어 평가가 이루어져가고 있고, 그 위험성에 관한 인식이 소비자들 사이에서 이루어지고 있어 해외수준에 걸맞는 더욱 안전한 커튼월에 대한 관심이 높아지고 있다.
이러한 현황에서 이번 건설신기술 제728호는 현재 국내 법으로 제시된 기준보다 우수한 내화성능을 보유하므로 국내 커튼월 공사에 다양하게 적용될 수 있을 뿐만 아니라 최근 건축용 마감재 내화성능기준이 강화된 중국 등으로도 수출이 가능할 것으로 보인다.