Fire Spreading Prevention of Straw-roofing House in Folk Village by Flame Resistant Treatment

(1)

민속마을 초가집의 방염에 의한 화재확산방지

Fire Spreading Prevention of Straw-roofing House in Folk Village by Flame Resistant Treatment

박호천*·김황진·이승현·이성은***·오규형

^†

Ho-Chun Park

^*

· Hwang-Jin Kim

^**

· Seung-Hyun Lee

^**

· Sung-Eun Lee

^***

· Kyu-Hyung Oh

^†

*

^{에이스엔지니어링}

, **

^{호서대학교} ^{소방방재학과}^대학원

,

***

호서대학교산업안전연구센터

,

호서대학교 소방방재학과

(2010. 3. 19.

^접수

/2010. 6. 11.

^채택

)

요 약

본논문에서는방염에의한초가지붕과목재구조에대한화재예방대책을고찰하였다

.

^초가지붕^재료인^볏

짚에함침시간을달리하여방염처리를한후물에침수시켜세척한후에도방염성능을유지하는지확인하였 다

.

목재는방염처리방법에따른방염효과를비교분석하기위하여상압함침법과진공가압법

,

붓칠등의방 법으로방염처리하였다

.

볏짚의방염성능은콘히터를이용하여착화지연시간을측정하였으며목재의방염 성능은

45

^도^{연소시험과}^콘^히터^실험을^통해^{실험하였다}

.

^실험^결과^특수^가연물인^볏짚의^경우^{방염처리한}

볏짚의착화지연시간이처리되지않은것보다훨씬길게나타났으며방염처리후물에침수시켜세척한경우 에도처리되지않은시료에비하여착화지연시간이길게나타나방염성능을유지하는것으로나타났다

.

목재 의경우진공가압법으로방염처리한시료의방염효과가가장우수하였고붓칠이나상압함침한경우에도처 리하지않은것보다착화지연시간이길게나타나화재확산예방에효과가있음을알수있었다

.

ABSTRACT

Fire protection countermeasure were considered on the straw thatched roof and wooden structure.

For the fire resistant treatment, rice straw was soaked in the fire resistant liquid with different soaking time. After treatment, some rice straw sample was washed with water then the rice straws were tested to check the fire resistance performance. And the wood was soaked in the fire resistant liquid at an atmospheric pressure, vacuum-pressure condition and painted with brush on the surface. To analyse the fire resistant performance of rice straw, ignition delay time was measured under the radiant heat flux of cone heater. And the fire resistant performance of wood samples were tested with 45 degree fire resistant test apparatus and cone heater. Based on the cone heater test, the rice straw which most easily ignitable material shows the longer ignition delay time than not treated ones and even in the water washed straw show a longer ignition delay time than not treated ones. And fire resistant treated woods of vacuum-pressure treated sample showed the most excellent performance on fire resistance.

And the fire resistant treated by brush and soaking showed a longer ignition delay time than not treated ones. From this experiment, it was found that a fire resistant treatment of rice straw and wood of the house can be protected from the fire spread.

Key words :

Fire resistant treatment, Straw thatched roof, Wooden structure, Folk village

1. 서 론

숭례문화재이후문화재보존과방재대책의필요성

이 언론을 통해 이슈화됨에 따라 문화재의 중요성에 대한 의식의 변화가 생겨났다

.

문화재청 통계에 의하

면

2000

^년부터

2005

^년

(8

^월

31

^일

)

^까지^사찰^및^문화재

에서만 모두

324

건의 화재가 신고 되었고 해마다

60

건이상매월

5

^건^이상의 ^크고^작은^화재가 ^발생하고

†

E-mail: [email protected]

(2)

있다

.

¹⁾ 문화재 중에서도화재의 위험이 가장 크게나 타나는목조문화재는주요구조부가모두화재에취약 한목재로구성되어있으며역사가오래된문화재일수 록목재고유의수분함유율이떨어져한번불이붙으면 쉽게확대되는특성을가지고있기때문에무엇보다도 사전에 화재를 예방해야할 필요성이크다

.

화재에 취 약한 목조문화재에대한능동적인방재대책 중방염 처리는초기착화지연에중요한역할을할수있다

.

따 라서문화재청자료중중요목조문화재방연제도포실

적에 따르면

1990

^년부터

2009

^년^까지 ^약

492

^개의^중

요목조문화재에방연제를도포해온것으로나타나있 다

.

²⁾ 이는모두 목재에 방염처리를한 것으로 실질적 으로불이 가장쉽게착화할 수있고 또쉽게 확대될 수있는볏짚에는방염처리를실시한적이없다

.

건축 물의역사적가치로서초가건축물은상대적으로와가 건축물보다도오랜역사를자랑하며특히국내고유의 문화재적가치가 있기때문에 보존할필요성이더크 다고볼수있다

.

특히국내 초가및와가건축물의경우안동하회마 을

(

중요민속자료제

122

호

),

성읍민속마을

(

중요민속자료 제

188

호

),

양동민속마을

(

189

호

),

외암 민속마을

(

236

호

)

등으로 집단으로 구 성되어있기때문에마을어느한곳에서화재가발생 할경우계절풍등에의해마을전체로화재가번져갈 우려가 크다

.

따라서 본연구에서는 목조문화재의 주 요구성가연물인목재뿐만아니라상대적으로화재의 위험성이큰볏짚의방염성능에대하여알아보고이를 바탕으로방염에의한민속마을의화재예방에관한효 과에대하여 고찰하고자한다

.

2. 실 험

2.1실험시료

본논문에서는민속마을의주요가연물인목재와볏 짚에방염처리를하여방염처리효과를알아보고자하 였다

.

목재의 경우 이미 방염효과가 실험적으로 입증 이되어널리 사용되어지고있지만 여러가지 방염처 리방법에따라 방염성능이달라질 수있기 때문에효 율적인 방염효과를 얻기 위해 방염처리 방법에 따른 방염성능의 차이를 알아보고자하였고 볏짚의 경우에 는방염효과에대해서는실험적으로얻은결론이전무 한 상태이기 때문에 방염처리를 하였을 경우 뚜렷한 방염성능을나타내는지에 대하여알아보고자하였다

.

시료는목재의경우미송을선택하였으며볏짚의경 우실제초가지붕으로얹기위해건조시켜놓은볏짚을

사용하였다

.

은각목재

(

미송

)

의방염처리 방법중

진공가압법과 상압함침법을 이용하여 방염 처리하는 과정이다

.

위의두가지방염처리방법외에가장보편적으로 사용하는 붓칠을 이용하여시료에 방염처리를하였으

며다음

Table 1

은실험에사용한시료의 조건을나타

낸표이다

.

실험에사용한방염액은

A

^사

(

^수용성^{인계화합물}

), B

사

(

인산염화합물

)

의두가지방염액으로본실험의목 적상방염액의성능비교를 위한것이아니라 처리방 법에따른방염성능을알아보기위하여실험하였다

.

Table 1

과같이목재표면에붓칠횟수에따라방염

성능의 변화를 알아보기위해각각

4

회

, 5

회씩 붓칠 을하여비교하였고함침시간에따른방염성능을알아 보기위해

6

시간

, 12

시간씩방염액에함침시켜실험하 였다

.

또한방염액에목재를함침시킨후압력을 가하 였을때와 비압력 상황일때의방염성능변화를확인하 기위해서 가압함칩법을 사용하여상압함침법과 가압 함침법을사용하였을때의방염성능의차이를비교하였다

.

Figure 1.

Flame resistance treatment method of wood.

Table 1.

Test Specimens and Treatment Method of Wood

Specimen Treatment Method

X

방염처리하지않은목재

A A

사방염액을사용

4

회붓칠

A-1 A

5

회붓칠

A-2 A

^사^방염액^사용

6

^시간^상압함침

A-3 A

사방염액사용

12

시간상압함침

B B

4

회붓칠

B-1 B

^사^방염액을^사용

5

^회^붓칠

B-2 B

^사^방염액^사용

6

^시간^상압함침

B-3 B

사방염액사용

12

시간상압함침

C A

^사^방염액을^이용하여^진공가압

(3)

실험조건별로각각

10

^개의^시료를^만들어 ^실험하

였으며 탄화면적 및착화지연시간의평균값을 결과값 으로사용하였다

.

볏짚의경우에도목재와마찬가지로여러가지방염 처리방법에따라방염성능의변화가있을수있지만본 연구에서는우선볏짚이방염성능을가질수있는지에 대하여기초실험을하고자하였으므로상압함침법만을 사용하여 방염처리를 하였다

.

각각의시료를 방염액에

(3, 6, 9, 12)

^시간씩^함침한^후

40 ± 2

^o

C

항온건조기안에 서

24

시간건조시켜실험에사용하였으며 침수시킨후 에도방염성능을유지하는지알아보기위하여다음

Table

2

와같은조건으로각각의시료를

6

시간

, 12

시간씩물

에침수시킨후완전히건조시켜실험에사용하였다

.

본실험을통해볏짚이방염성능을갖는지를확인하 여초가지붕재료의방염효과를알아보기위하여실험 하였다

.

2.2실험장치및방법

2.2.1 45

도연소실험

(

목재

)

목재시료의방염성능을측정하기위해

‘

방염성능의

기준

’(KOFEIS 1001)

에따라

45

도연소시험기를 이용

하여방염성능시험을하였다

.

방염처리한시료는

40 ± 2

^o

C

항온건조기안에서

24

시 간건조시킨후실험바로전에실리카겔을넣은데시 게이터안에서

2

시간동안넣어둔후실험에사용하였다

. LPG

를연료로 하여멕켈버너를 이용하여불꽃길이

65mm

조절하였으며 시료에

2

분간접염하여잔염

,

잔

신시간을 측정하였으며 프라니메타를사용하여 시료 의탄화면적을측정하였고 자를이용하여탄화길이를 측정하였다

.

³⁾

2.2.2 Cone heater

^실험

(

^목재

,

^볏짚

)

Cone heater

복사열을이용한착화실험을실시함으

로서방염액을처리한목재및볏짚의착화지연효과를 측정하였다

.

복사열의크기에따른시료의연소특성및착화시간 을측정하기위해

15kW/m

²

, 20kW/m

²

, 25kW/m

²

, 30kW/

m

²의복사열유속을가하여실험하였다

.

시료의크기는 콘 칼로리미터 실험기준에 따라 목재

(

미송

)

와 볏짚을 각각 가로·세로

10cm × 10cm

^로 ^하였으며 ^건조시킨

시료를 홀더에놓고복사열을가하여 착화또는 적열 되는 시간을 측정하고 그 외에 연소특성을 알아보기 위해시료의탄화시점

,

연기발생시점등을관찰하였다

.

는

Cone heater

에의한볏짚의착화실

험과정이다

.

실험에 사용할 볏짚의 밀도를 고르게 하 기위하여건조시킨볏짚을용기에

20g

씩고르게담아 실험하였으며복사열을가하고

10

분동안연소특성및 착화시간을측정하였다

.

3. 실험결과 및 고찰

3.1목재의방염성능

3.1.1 45

도연소실험결과

45

도연소실험을통하여방염처리방법에따른목재 의방염성능을 분석한 결과 탄화면적

(cm

²

)

에대한 결

과는다음

Figure 3

과같은결과가 나타났다

.

그래프에서보이는 바와같이방염처리한 시료들은 규정에는 만족하는결과를 보였으나진공가압한 시료 의탄화면적이가장작게나타났기 때문에세가지방 법중가장방염효과가우수한 것으로 판단되며상압 함침법은상대적으로방염처리하는과정이가장간단 하지만 붓칠한시료와 가압함침한 시료보다 탄화면적 이가장크게나타났기때문에 방염효과는가장 떨어 Table 2.

Test Specimens and Treatment Method of Rice

Straw

Specimen Characteristic of Specimen X

방염처리하지않은일반볏짚

A 3

^시간^방염

A-1 3

^시간^방염^후^침수

6

^시간

A-2 3

시간방염후침수

12

시간

B 6

시간방염

B-1 6

6

^시간

B-2 6

12

시간

C 12

시간방염

C-1 12

6

^시간

C-2 12

12

시간

D 24

시간방염

D-1 24

6

^시간

D-2 24

12

시간

Figure 2.

Photograph of combustion test by cone heater.

(4)

지는것으로 판단된다

.

본실험에서는도장횟수에따라방염성능이좋아지 는지에 대하여알아보기위해각각

4

회와

5

회씩붓칠 을하여연소실험을 실시한결과 도장횟수의 증가에 따라방염성능의차이가확실히구분될만큼은나타나 지않았다

.

^이는^{방염도료의}^경우^목재에^붓으로^칠을

하면목재표면에도료피막을형성시켜도장횟수를증 가시킬수록피막의두께가두꺼워지기때문에방염성 능이좋아지는데비하여방염액의경우는목재내부로 방염액이침투하면서표면에방염액의도막형성이도 료에 비하여약하기 때문에이러한 결과가 나타난것 으로판단된다

.

방염액에목재를담그는상압함침법으 로 각각

6

시간

, 12

시간 씩함침시간을 달리하여만든 시료의방염성능실험을한결과에서는방염성능의차 이가거의없는것으로보아목재의경우상압함침시 간의증가로는방염액이목재의내부로침투가잘되지 않으며 도료와 같은 피막형성이 아니라 방염 성능을 향상시키기어려운 것으로판단된다

.

3.1.2 Cone heater

실험결과

복사열유속에따른목재의착화지연효과를알아보기

위하여

Cone heater

실험을실시한결과적열착화되

는데까지걸리는시간이다음

Table 3

과같이나타났다

.

예비실험결과

20kW/m

² 이하의복사열 유속에서는

적열이 발생하지않아

25kW/m

²부터 실험을실시하였

다

. 10

분동안복사열을가하여착화지연시간을관찰 한결과방염처리하지 않은일반 목재를포함한 모든 시료에서 적열 착화만 일어났다

.

복사열 유속의 증가 에따라착화시간은짧아지는경향을보이지만

30kW/

m

² 이상에서도 어느 정도 화재지연 효과를 유지하는 것으로 나타났다

.

기존에 실행되었던 관련 연구에 의

하면방염도료를처리한합판의경우

30kW/m

²^이상의

복사열유속에서는 방염효과를기대할 수없었지만방 염액의경우에방염성능을유지하고있는것은고체의 연소메커니즘에따른것으로 판단된다

.

^4,5) 다음

Figure

4

^와^같이^복사열이^증가하면^탄화층이^깊어지고 ^깊어

진탄화층에의해 목재내부에서발생한 가연성증기가 외부로 분출이어려워지기 때문에 유염착화가일어나 지않는것으로판단된다

.

⁶⁾

3.2볏짚의방염성능

목재및합판의 경우

45

^도^{연소실험을}^통하여 ^방염

성능을 확인하도록 방염성능기준이 제시되어 있지만 볏짚의경우에는시료의특성상

45

^도^{연소실험을}^하기

에적합하지 않다

.

따라서 본 연구에서는착화지연시 간을측정함으로서복사열크기의변화에따른볏짚의 방염처리효과를알아보았다

.

방염처리하지않은일반건조한볏짚에복사열을가

하여실험한결과다음

Figure 5

와같은결과가나타났다

.

Figure 3.

Flame resistance performance according to treatment method.

Table 3.

Flame Resistance Performance of Cone Heater Test Specimen

착화지연시간

시료

Cone heater

실험

25kw/m

²

30kw/m

²

35kw/m

²

X 5

^분

39

^초

3

^분

28

^초

1

^분

59

^초

A

탄화 탄화

8

분

17

초

A-1

탄화 탄화

9

분

18

초

A-2 8

^분

54

^초

7

^분

08

^초

4

^분

46

^초

A-3 8

분

58

호

5

분

38

초

5

분

02

초

B 8

분

50

초

8

분

57

초

6

분

34

초

B-1

탄화

8

^분

20

^초

7

^분

59

^초

B-2 9

분

05

초

5

분

28

초

4

분

37

초

B-3 8

분

08

초

5

분

33

초

5

분

06

초

C

탄화 탄화

9

^분

10

^초

Figure 4.

Combustion phenomenon of specimen A at given

heat flux.

(5)

15kW/m

²의 복사열 유속에서 적열착화가 일어나기 시작하였으며

25kW/m

²^의^복사열^{유속에서는}^유염착화

가일어나기시작하였다

. Figure 5(a)

에서와같이복사 열유속의증가에 따라 적열착화시간이점차짧아지는 것을알수있었다

.

^은^볏짚의^{적열착화와}^{유염착화현상을}

나타낸그림이다

. 20kW/m

²의복사열까지는

Figure 6(a)

와같이적열착화만일어나다

25kW/m

²이상에서는적

열착화가일어난후

Figure 6(b)

와같이유염착화가발

생하였다

.

방염처리한볏짚은 모두

25kW/m

²^이상의 ^복사열에

서만적열착화가일어났으며유염착화는일어나지않았다

.

함침시간의변화에 따른방염성능의 변화를분석한

결과

Figure 7

과같은결과가나타났다

.

방염처리한시

료는

25kW/m

² ^이상의 ^{복사열에서만}^{적열착화가} ^일어

났으며

6

시간

, 12

시간

, 24

시간함침한시료는

25kW/m

²

에서는 착화가일어나지 않고표면만 검게탄화가 되

었으며

30kW/m

²에서만적열착화가일어났다

.

실험결과에서보여지듯함침시간이길어질수록착 화시간이늦어져방염효과와그에따른화재지연효과 가더우수한 것으로나타났다

.

은방염처리한시료를

6

시간

, 12

시간

씩침수시킨후에

Cone heater

실험을한결과이다

.

그

래프

(a)

에서보이는바와같이

25kW/m

²에서는침수시

킨시료의방염성능이조금씩감소하는경향을보이고 있었으나방염처리하지않은볏짚의착화시간과비교 하였을때방염성능을유지하고있는것으로나타났다

.

방염처리하지않은볏짚의경우

25kW/m

²에서

48

초만 에적열착화가일어났으나

12

시간침수시킨시료에서

는

3

분

56

초만에적열 착화가일어났다

. 30kW/m

²의

경우그래프

(b)

에서와같이조금씩착화지연시간이감 소하는 경향을보이고는 있으나방염성능은 유지되고 있는것을확인할수있다

.

방염의 효과에 대한 기존 연구 문헌들을 살펴보면 통상적으로복사열 유속

30kW/m

² 이상에서는착화지 연효과가 현저하게감소해 방염효과가없어지는 것으

로알려져있지만볏짚의경우에는

30kW/m

²에서도방

염처리하지않은일반볏짚과비교하였을때방염성능 Figure 5.

Time to glowing ignition and flaming ignition of

rice straw (non-fire resistant treatment).

Figure 6.

Combustion phenomenon of rice straw specimen.

Figure 7.

Time to glowing ignition of specimen according

to putting in flame resistance liquid time.

(6)

을유지하고있는것으로나타났다

.

4. 결 론

초가와 와가로 구성된 민속마을의 주요 가연물인 목재와볏짚에방염처리를하여

45

도연소시험과

Cone

heater

^실험을^통해^{방염효과에}^대해^분석한^결과^다음

과같은결론을내릴수있었다

.

1.

^미송에^붓칠

,

^{상압함침법}

,

^{진공가압법을}^사용하여

방염처리후

45

도연소실험을통하여탄화면적을비교 분석한 결과진공가압법을 사용한 시료의 방염성능이 우수한것으로나타났으며

Cone heater

실험을통해시 료의착화지연효과를분석한결과에서도진공가압법을 사용하여방염처리한시료의착화지연효과가상대적으 로우수한것으로 나타났다

.

2.

초가건축물의주요가연물인볏짚에방염처리를

한후복사열변화에따른

Cone heater

실험결과방염

처리한볏짚은 방염처리하지않은 볏짚에비해 우수 한방염효과를나타내는것을 알수있었다

.

3.

^침수에^따른^{방염성능의}^변화를 ^확인하기^위하여

6

시간

, 12

시간씩볏짚을침수시킨후건조시켜실험한

결과착화지연효과가 조금씩감소하기는 하였으나방 염성능은 유지되는것을확인할수있었다

.

4.

문헌상목재및합판의경우는

30kW/

^o

C

이상의

복사열에서는방염효과를기대할수없는것으로나타

났으나볏짚의경우에는본연구에서

30kW/

^o

C

의복사

열에서도 방염성능을유지하는것으로나타났다

.

초가와와가로 구성되어진민속마을의 경우가옥들 이밀집되어있기때문에화재가발생하면대형화재로 번질우려가매우크다

.

따라서화재를사전에방지할 수있는대책이절실히필요하다

.

가연물에방염처리를하는것이 절대적으로화재를 방지할 수있는대책은아니지만실험 결과방염처리 하지않은가연물보다우수한착화지연효과를얻을수 있기때문에화재를예방하는주요한방법이될수있 을것으로 판단되며특히 화재위험성이높은초가건 축물의 방화대책의일환으로볏짚에 방염처리를 하는 것을고려할수있게되었다

.

감사의 글

본논문은호서대학교교내연구비의지원으로수행 되었으며 이에감사드립니다

.

참고문헌

1.

이재원

, “

문화재방재대책에관한연구

”,

호서대학교 대학원석사학위논문

(2007).

2.

문화재청

, “

중요목조문화재방염제도포실적통계자 료

”(2009).

3.

한국소방산업기술연구원

, “

방염성능의기준및시험 세칙

”, KOFES 1001.

4.

김황진

, “

방염도료의방염성능에관한연구

”,

호서대 학교대학원석사학위논문

(2008).

5.

^{한국화재소방학회}

, “

^{방염업무개선을}^위한^연구

”,

^연

구보고서

(2008).

6. Richard Horrocks, Dennis Price, “Fire Retardant Materials”, CRC Press(2001).

7. Quintere, “Principle of Fire Behavior”, Delmar (2003).

8.

박형주

,

김홍

,

오규형

, “

난연처리된

Douglas Fir

의탄 화특성에 관한 연구

”,

^{한국화재소방학회} ^논문지

, Vol.19, No.2, pp.105-110(2005).

Figure 8.

Fire Spreading Prevention of Straw-roofing House in Folk Village by Flame Resistant Treatment

민속마을 초가집의 방염에 의한 화재확산방지