1. 서 론
방화셔터는 방화구획을 형성하는 화재확산방지설비(방화문, 방화셔터, 방화용승강기문, 방화댐퍼 등) 중 층고가 높은 대공간이며 이송설비(지게차 등) 등의 운영을 위한 물류시설의 방화구획을 형성하는 주된 구획 설비이다. 방화셔터는 셔터의 재질에 따라 크게 철재 방화셔터와 스크린 방화셔터로 구분되며 이전부터 물류시설에는 철재 방화셔터가 적용되어 왔으나, 최근 스크린 방화셔터의 적용도 지속적으로 증가하고 있는 실정이다.
방화셔터는 전동개폐기 및 감기샤프트를 포함하는 셔터박스, 방화셔터 대부분의 면적을 차지하는 철재 슬랫 또는 스크린 원단의 셔터면, 셔터면의 이동 및 고정을 위한 가이드 레일로 구성되는데, 셔터면의 열적 특성에 따라 화재확산방지에 큰 영향을 끼칠 수 있다. 우리나라에서는 방화셔터에 대해서 비차열 60분의 내화성능을 요구하고 있는데, 차열성이 없어 화재 시 방화셔터의 온도 상승에 따른 복사열 영향으로 비화재실 재실인원의 피난 안전성이 저하되고, 많은 수용물품의 보관을 위해 방화셔터 주변에 적재된 수용물품 등 가연물이 착화되어 비화재실 전체로의 화재확산이 발생하는 등 건축물의 화재안전성 확보에 문제가 될 수 있다.
이에 본 연구에서는 물류시설 방화셔터의 복사열 영향에 의한 수용물품 착화 등 화재확산 가능성을 확인하기 위하여 철재 방화셔터 1종(셔터면 재질 EGI 1.6 mm) 및 스크린 방화셔터 3종(셔터면 Wire E-Glass 0.75 mm, Silica 0.7 mm, Silica 0.7 mm 2겹(중공부로 이격)의 원단 3종)에 대한 실물모형(Mock-up) 실험(내화실험)을 실시하여 2시간 동안 비가열면 온도 및 1 m, 2 m, 3 m 이격거리에서의 복사열량 및 복사온도를 측정하였으며, 철재 방화셔터에 대해서는 1 m, 2 m, 3 m 이격거리에 물류시설에 설치되는 팔레트랙 및 수용물품(박스 및 스티로폼으로 구성)을 설치하여 방화셔터의 내화실험 시 수용물품의 착화 여부를 관찰하여 물류시설 방화셔터의 복사열 영향을 검토함으로써 물류시설 방화셔터 관련 기준 개선에 기초자료로 활용하고자 하였다.
2. 방화셔터 구조, 기준 및 설치사례
2.1 방화셔터 구조
방화셔터는 방화구획 선상의 개구부에 설치되어 평상 시에는 셔터가 올려져 있다가 화재 시 연기 발생 및 온도 상승에 의해 자동으로 하강하여 개구부를 폐쇄하는 화재확산방지설비이다. 방화셔터는 전동개폐기 및 감기 샤프트를 포함하는 셔터박스, 철재 슬랫 또는 스크린 원단으로 구성되는 셔터면, 셔터면의 이동 및 고정을 위한 가이드 레일, 셔터면 하부에 설치되는 하단바 등으로 구성되는데, 셔터면의 열적 특성에 따라 화재확산에 큰 영향을 끼칠 수 있다.
방화셔터의 작동 원리는 일반셔터에 화재 시 전자브레이크를 해제시켜 주는 폐쇄기를 추가로 설치하여 화재 시 자중에 의해 폐쇄가 되도록 하거나 비상전원장치를 설치하고 전동개폐기에 의해 폐쇄가 되도록 하는 것이다. 불꽃이나 연기 감지기에 의한 일부 폐쇄와 열 감지기에 의한 완전 폐쇄(2단 강하)가 되도록 하여야 하며, 열 감지기로 60 ℃~70 ℃에서 작동되는 정온식 스포트형 감지기가 사용된다. 한편, 최근 물류시설의 방화셔터 등에는 특수형 감지기가 설치될 수 있도록 입법예고가 된 바 있다.
2.2 방화셔터 기준
방화셔터는 ‘건축자재 등 품질인정 및 관리기준’에서 내화구조로 된 벽을 설치하지 못하는 경우 화재 시 연기 및 열을 감지하여 자동 폐쇄되는 셔터로서 건축자재등 품질인정기관이 이 기준에 적합하다고 인정한 제품이라고 정의하고 있으며, Table 1에서 관련 기준에 따른 성능기준 및 구성을 확인할 수 있다.
Table 1
Performance Criteria and Composition
한편, ‘소방시설 설치 및 관리에 관한 법률(National Fire Agency, 2023)’에서는 방화셔터의 유지관리와 관련하여 다음과 같이 규정되어 있으나, 주위 물건과의 명확한 이격거리 제한 등은 규정되어 있지 않다.
16조(피난시설, 방화구획 및 방화시설의 관리) ① 특정소방대상물의 관계인은 ｢건축법｣ 제49조에 따른 피난시설, 방화구획 및 방화시설에 대하여 정당한 사유가 없는 한 다음 각 호의 행위를 하여서는 아니 된다.
② 소방본부장이나 소방서장은 특정소방대상물의 관계인이 제1항 각 호의 어느 하나에 해당하는 행위를 한 경우에는 피난시설, 방화구획 및 방화시설의 관리를 위하여 필요한 조치를 명할 수 있다.
2.3 물류시설 방화셔터 설치사례
물류시설에는 건축물의 건립시기에 따라 다양한 방화셔터가 설치되어 있다. 오래 전 건립된 물류시설의 경우에는 철재 방화셔터가 설치되어 있으며, 지금은 설치가 금지된 피난문을 포함한 일체형 철재 방화셔터도 설치되어 있다. 한편, 근래에는 스크린 방화셔터가 거의 대부분 설치되고 있으며, 일체형 방화셔터가 금지되기 전까지는 일체형 스크린 방화셔터가 많은 비중으로 설치되었다.
한편, 물류시설의 특성상 방화셔터 인근까지도 팔레트랙이 설치되어 수용물품이 보관되어 있는 상태이고, 물류시설에 따라서는 방화셔터 설치 부분에 밀접하여 수용물품이 적재되어 있는 상황이다. Fig. 1은 물류시설에 설치된 방화셔터 및 방화셔터 주위 수용물품 적재 상황을 나타내고 있다.
3. 실물모형(Mock-up) 실험
3.1 실험체
Fig. 2에 나타낸 바와 같이 화재 시 물류시설 방화셔터의 복사열 영향에 의한 수용물품 착화 등 화재확산 가능성을 확인하기 위해서 Table 2와 같이 5개 실험체(1, 2, 4, 5번 실험체는 일반적으로 사용하는 방화셔터이며, 3번 실험체는 복사열 제한 검토를 위해 특수 제작한 방화셔터임)에 대해서 실물모형 실험을 실시하였다. Fig. 3과 같이 방화셔터 실험체(철재 1종, 스크린 3종) 4개는 내화실험 시 일정 이격거리에서의 복사열량 및 복사온도를 측정하기 위한 용도로 사용하였으며, 별도의 철재 방화셔터 실험체 1개는 방화셔터의 복사열에 의한 일정 이격거리에서의 수용물품(골판지 박스 및 스티로폼으로 구성)의 착화 여부를 관찰하기 위한 용도로 사용하였다.
Fig. 2
Mock-up Test Concept for Evaluating the Possibility of Fire Spreading due to Radiant Heat of Fire Shutters
Table 2
Outline of Mock-up Tests
3.2 실험방법
Seo et al. (2018)은 방화셔터의 복사열에 의한 의류 등 다양한 가연물로의 착화 등 화재확산 가능성에 대해서 연구를 진행한 바 있다. 이 연구의 실험방법과 유사하게 KS F 2268-1 (2021) ‘방화문의 내화시험방법’에서 규정한 Fig. 4의 표준 시간-온도 곡선에 따라 2시간 동안 실험체틀에 설치된 방화셔터를 가열(단, 수용물품 착화 실험의 경우 착화 이후 일정시간 경과 후 중단)하면서 Figs. 2, 3과 같이 방화셔터의 셔터면 중앙부로부터 1 m, 2 m, 3 m 이격 거리에 복사열량계(Schmidt-Boelter type, 측정범위 0~100 kW/m2, 시계각 180°) 및 열전대를 서로 겹치지 않도록 설치하여 복사열량 및 복사온도를 측정한 후 복사열량 측정값은 Society of Fire Protection Engineers (2002)의 SFPE Handbook에 기술된 Table 3의 복사강도에 따른 영향과 비교하여 분석하였으며, 복사온도 측정값은 종이의 발화온도인 300 ℃를 기준으로 수용물품의 착화 가능성을 분석하였고, 수용물품 착화 실험의 경우 가열로의 가열 및 냉각을 반복하면서 1 m, 2 m, 3 m 이격거리에 물류시설에 설치되는 팔레트랙 및 수용물품을 배치하여 수용물품의 착화여부를 육안으로 관찰하였다. 한편, 방화셔터의 차열성 및 열적 특성을 검토하기 위하여 Fig. 5에서 나타낸 위치에서 방화셔터의 비가열면 온도 및 셔터박스 내 배럴 및 샤프트의 온도를 측정하였다. 한편, Table 4는 차열성 기준을 나타낸다.
Table 3
Effects depending on Radiant Intensity
Table 4
Insulation Performance Criteria
3.3 실험결과
3.3.1 방화셔터 복사열량, 복사온도 및 차열성 측정 결과
3.3.1.1 스크린 방화셔터(Wire E-Glass 원단)
Fig. 6과 같이 스크린 방화셔터(Wire E-Glass 원단)의 경우 복사열량은 1 m, 2 m, 3 m 이격거리에서 초기 불안정 상태를 제외하고 각각 1분, 2분, 8분에 2.5 kW/m2를 초과하였으며, 1 m, 2 m 이격거리에서 각각 7분, 69분에 10 kW/m2를 초과하였고, 3 m 이격거리에서는 10 kW/m2를 초과하지 않았다. 복사온도는 1 m, 2 m 이격거리에서 각각 14분, 106분에 300 ℃를 초과하였고, 3 m 이격거리에서는 300 ℃에 도달하지 않았다.
한편, 차염성은 97분 경과시 방화셔터 우측 단부에 개구부가 발생하여 96분으로 나타났으며 차열성과 관련하여서는 셔터면의 비가열면 상승온도는 1분에 차열성능기준을 초과하였으며, 가이드레일 및 셔터박스의 비가열면 상승온도는 21분에 차열성능기준을 초과하였다.
그리고, 배럴 및 샤프트의 온도는 60분에 각각 623 ℃, 572 ℃였으며, 120분에 각각 700 ℃, 648 ℃였다.
3.3.1.2 스크린 방화셔터(Silica 원단)
Fig. 7과 같이 스크린 방화셔터(Silica 원단)의 경우 복사열량은 1 m, 2 m, 3 m 이격거리에서 초기 불안정 상태를 제외하고 각각 1분, 3분, 9분에 2.5 kW/m2를 초과하였으며, 1 m, 2 m 이격거리에서 각각 10분, 88분에 10 kW/m2를 초과하였고, 3 m 이격거리에서는 10 kW/m2를 초과하지 않았다. 복사온도는 1 m 이격거리에서 50분에 300 ℃를 초과하였고, 2 m, 3 m 이격거리에서는 300 ℃에 도달하지 않았다.
한편, 차염성은 부적합 사항이 없어 120분으로 나타났으며 차열성과 관련하여서는 셔터면의 비가열면 상승온도는 1분에 차열성능기준을 초과하였으며, 가이드레일 및 셔터박스의 비가열면 상승온도는 26분에 차열성능기준을 초과하였다.
그리고, 배럴 및 샤프트의 온도는 60분에 각각 621 ℃, 583 ℃였으며, 120분에 각각 689 ℃, 659 ℃였다.
3.3.1.3 철재 방화셔터
Fig. 8과 같이 철재 방화셔터의 경우 복사열량은 1 m, 2 m, 3 m 이격거리에서 초기 불안정 상태를 제외하고 각각 7분, 10분, 13분에 2.5 kW/m2를 초과하였으며, 1 m, 2 m, 3 m 이격거리에서 각각 12분, 34분, 91분에 10 kW/m2를 초과하였다. 복사온도는 1 m, 2 m, 3 m 이격거리에서 각각 21분, 59분, 106분에 300 ℃를 초과하였다.
한편, 차염성은 부적합 사항이 없어 120분으로 나타났으며 차열성과 관련하여서는 셔터면의 비가열면 상승온도는 3분에 차열성능기준을 초과하였으며, 가이드레일 및 셔터박스의 비가열면 상승온도는 22분에 차열성능기준을 초과하였다.
그리고, 배럴 및 샤프트의 온도는 60분에 각각 603 ℃, 477 ℃였으며, 120분에 각각 699 ℃, 548 ℃였다.
3.3.1.4 스크린 방화셔터(중공부가 있는 Silica 원단 2겹)
Fig. 9와 같이 스크린 방화셔터(중공부가 있는 Silica 원단 2겹)의 경우 복사열량은 1 m, 2 m, 3 m 이격거리에서 각각 4분, 15분, 38분에 2.5 kW/m2를 초과하였으며, 1 m 이격거리에서 48분에 10 kW/m2를 초과하였고, 2 m, 3 m 이격거리에서는 10 kW/m2를 초과하지 않았다. 복사온도는 1 m, 2 m, 3 m 이격거리 모두에서 300 ℃에 도달하지 않았다. 1 m와 2 m 이격거리에서의 복사온도가 역전된 것과 관련하여서는 열전대에 이상이 있었을 것으로 판단된다.
한편, 차염성은 부적합 사항이 없어 120분으로 나타났으며 차열성과 관련하여서는 셔터면의 비가열면 상승온도는 3분에 차열성능기준을 초과하였으며, 가이드레일 및 셔터박스의 비가열면 상승온도는 차열성능기준을 초과하지 않았다.
그리고, 배럴 및 샤프트의 온도는 60분에 안쪽의 배럴 및 샤프트의 온도는 각각 710 ℃, 694 ℃였으며, 바깥쪽의 배럴 및 샤프트의 온도는 각각 506 ℃, 493 ℃였다. 120분에 안쪽의 배럴 및 샤프트의 온도는 각각 820 ℃, 808 ℃였으며, 바깥쪽의 배럴 및 샤프트의 온도는 각각 565 ℃, 548 ℃였다.
3.3.1.5 소결
Table 5와 같이 스크린 방화셔터(Wire E-Glass 원단, Silica 원단)는 철재 방화셔터와 비교하여 1 m, 2 m, 3 m 이격거리에서의 복사열량이 2.5 kW/m2에는 먼저 도달하는 것으로 나타났으며, 1 m 이격거리에서의 복사열량이 10 kW/m2에는 먼저 도달하였으나 2 m, 3 m 이격거리에서의 복사열량은 10 kW/m2에 늦게 도달하거나 도달하지 않는 것으로 나타났다.
Table 5
Test Results
한편, 스크린 방화셔터(Wire E-Glass 원단)는 1 m 이격거리에서의 복사온도가 300 ℃를 가장 빨리 초과하였으며, 철재 방화셔터와 스크린 방화셔터(Silica 원단)가 그 다음 순으로 초과하였다. 그러나, 2 m, 3 m 이격거리에서는 철재 방화셔터의 복사온도가 300 ℃를 가장 빨리 초과하였으며, 스크린 방화셔터(Wire E-Glass 원단, Silica 원단)는 늦게 초과하거나 초과하지 않는 것으로 나타났다.
그리고, 스크린 방화셔터(중공부가 있는 Silica 원단 2겹)는 1 m 이격거리에서의 복사열량이 철재 방화셔터와 비교하여 2.5 kW/m2에 먼저 도달하는 것을 제외하고는 모든 이격거리에서의 복사열량과 복사온도가 기준값을 가장 늦게 초과하거나 초과하지 않았다.
마지막으로, 모든 방화셔터는 셔터면의 차열성이 0~2분으로 측정되어 차열성능이 없는 것으로 나타났다.
3.3.2 철재 방화셔터 수용물품 착화 실험 결과
철재 방화셔터의 1 m, 2 m, 3 m 이격거리에 팔레트랙 및 수용물품(골판지 박스 및 스티로폼으로 구성)을 설치하여 방화셔터의 가열에 따른 수용물품의 착화 여부를 관찰하였다. 이 때, 참조값으로 팔레트랙 상부 프레임 전면에 열전대를 설치하여 복사온도를 측정하였다.
4. 결 론
본 연구는 물류시설의 방화구획을 형성하는 주된 방화구획 설비인 방화셔터의 화재 시 복사열 영향에 의한 수용물품 착화 등 화재확산 가능성을 평가하고, 물류시설 방화셔터 관련 기준을 개선하기 위한 기초 자료를 제공하기 위하여 수행되었으며, 다음의 연구 결과를 도출하였다.
(1) 본 실험을 통해 확인한 결과 방화셔터 셔터면의 재질에 따라 일정 이격거리에서의 복사열(복사열량, 복사온도)은 다양하게 나타났다. 대체적으로 화재 초기에는 스크린 방화셔터가 철재 방화셔터보다 복사열량 및 복사온도가 더 크게 나타났으나, 이후에는 반대의 결과가 나타나 물류시설의 수용물품 착화와 관련하여서는 복사열 제한에 스크린 방화셔터가 철재 방화셔터보다 더 우수한 것으로 나타났다.
(2) 방화셔터 셔터면의 재질 및 방화셔터로부터의 이격거리에 따라 수용물품의 착화에 매우 큰 영향이 있음을 확인할 수 있었다. 물류시설에서의 화재 시 방화셔터의 복사열에 의한 수용물품 착화에 따른 화재확산 방지를 위해서는 물류시설의 방화셔터에 복사열 제한 성능을 확보하도록 하거나 방화셔터와 수용물품 사이의 이격거리 제한을 규정하는 등 관련 기준을 개선할 필요성이 있다.
(3) 현재 방화셔터에 대해서는 관련 기준에서 비차열 60분 성능만을 요구하고 있는데, 물류시설은 높은 화재하중으로 인해 화재지속시간이 매우 길어지게 됨으로써 이에 따라 방화구획의 요구 내화성능을 상향할 경우 방화셔터의 요구 내화성능도 상향할 필요성이 있으며, 방화셔터의 복사열 제한 성능도 포함시킬 필요성이 있다.
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