ISSN: 1738-7167
DOI: http://dx.doi.org/10.7731/KIFSE.2016.30.5.060
건축재료별 목재구조와 연소특성에 관한연구
김종북 · 박영주* · 이시영
†
강원대학교 방재전문대학원, *강원대학교 공학대학 소방방재학부
Star Building Materials Study on Wood Structure and Combustion Characteristics
Jong-Buk Kim · Young-Ju Park* · Si-Young Lee
†
The Professional Graduate School of Disaster Prevention Technology, Kangwon National Univ.
*Department of Fire & Emergency Management, Engineering College, Kangwon National Univ.
(Received August 1, 2016; Revised September 12, 2016; Accepted October 11, 2016)
요 약
본 연구는 건축 재료(마감재)로 쓰이고 있는 목재 나무류 미송, 나왕, 삼나무, 소나무 등4종의 구조와 연소특성을 연구 하였다. 착화특성을 보면 착화시간(TTI)범위가 21 s~32 s으로나타났으며 특히 소나무는 TTI가 21 s로 다른 재료들보다 비 교적 빠른 601 s에 착화되어 631 s에 소멸되었다. 최대열방출율과 평균열방출율은 소나무 > 나왕 > 삼나무 > 미송 순으로 나타내었다. 총열방출량은 나왕 > 미송 > 소나무 > 삼나무 순이었다. 총연기방출량은 소나무가 424.80 m
2/m
2, 나왕 185.93 m
2/m
2이었다. 탄소배출량은 미송이 1,460 s에서 0.185 kg/kg CO 최대값을 보이고 CO
2값은 750 s에서 15,986 kg/kg으 로 최대값을 보이다 3,090 s에서 정지되었다. 향후, 건축 재료로서 화재의 안전성을 평가하기 위한 기초 자료로 활용하는 방안을 제시하였다.
ABSTRACT
This study investigated the structure and combustion characteristics of four species, Timber Douglas-fir being used con- struction materials (finishes), Lauan, Cryptomeria japonica, Pinus densiflora trees in the area. In lookong into the ignition characteristics was a time range of ignition (TTI) appeared in the 21 s~32 s, especially Pinus densiflora TTI is ignited in a relatively rapid 601 s to 21 s than the other materials were destroyed in the 631 s. The maximum heat release rate and average heat release rate is Pinus densiflora > Lauan > Cryptomeria japonica > Douglas-fir showed a net. Barrel emis- sions are Lauan > Douglas-fir > Pinus densiflora > Cryptomeria japonica was in order. The total emissions was postponed Pinus densiflora 424.80 m
2/m
2, Lauan 185.93 m
2/m
2. Douglas-fir carbon emissions of 1460, showing 0.185 kg/kg CO maximum value from s CO
2values show the maximum value to 15,986 kg/kg in 750 s stopped in the 3,090 s. Next, the study suggested methods to utilize as the basic data for evaluating the safety of the fire as a building material.
Keywords : Structure, Combustion characteristics, Cryptomeria japonica, Pinus densiflora, Building material
1. 서 론
건축 재료로 쓰이는 목재에 대한 장점은 자연친화적이 며 건강에 유익하고, 단열성이 뛰어나며, 기밀성이 우수하 고 내구성이 좋고 특히, 사람들의 눈, 코, 입으로 느낄 수 있는 심미성이 뛰어난 재료로 범국민적 웰빙(힐링)으로 인 해 목재 사용이 증가하고 있는 추세이다. 국내의 신축 공 동 주택의 90% 이상에 목재 및 목질 재료가 내장재로 사 용되고 있으며(1) 국가 법령집의 2013년에 발효된 ‘목재의 지속가능한 이용에 관한 법률’을 기반으로 하여 친환경 재
료로써의 목재 및 목질 재료의 사용이 더욱 증가되는 추 세이다(2). 그러나 안타깝게도 목재는 여전히 화재에 취약 함을 보이고 있다. 목재에 대한 화재로부터 목재 이용자들 을 안전하게 지킬 수 있는 연소적인 특징을 파악하여 화 재의 위험성 평가를 통한 체계적인 설계를 통해 화재로부 터 생명과 재산을 지키는 것이 중요하다. 따라서 건축물에 서의 화재 사고 시 화염 및 연기의 확산을 방지하기 위해 서 마감 재료에 대한 연소성능 실험 및 등급분류가 실시 되고 있으며 국내에서는 콘 칼로리미터 실험법 및 불연성 실험법에 의해 측정된 열방출률 등에 의해 불연/준 불연/
†
Corresponding Author, E-Mail: [email protected]
†
TEL: +82-33-570-6806, FAX: +82-33-570-6501
난연재료로 구분하고 있다(3). 미국의 경우 IBC에서는 ASTM E 84 혹은 UL 723에 의해 측정된 마감 재료의 화 염확대 및 연기확산지수를 통해 연소성능을 분류하고 있 다(4). 2013년 전국 건축물 용도별 비중을 보면 주거용 66%, 상업용 17%, 공업용 4%, 교육 · 사회용 3%기타 10%로 나타났다(5). 최근에 간편하고 빠르며 시공비가 적 게 들어가는 농가주택이나 창고를 짓는 것이 대세이다. 이 러한 장점이 있는가 하면 한번 화재에 노출되면 짧은 시 간에 큰 불로 확산되기 쉽고 진화하려해도 물이나 소화 약제가 직접 화재부위에 침투할 수 없어 속수무책이다. 목 재 나무류로 마감되어 있는 관계로 산불화재에 매우 취약 할 수밖에 없는 형편이다. 이때 매우 높은 열과 유독가스 로 인해 접근조차 힘든 형편이다. 화재 시 열, 유독가스, 연기에 의한 피해로 대별할 수 있는데 이중 유독가스에 의한 질식사가 주류를 이룬다. 특히, 시공이 간편하고 공 기가 빠르며 가격도 저렴한 패널타입의 목재 나무류가 잘 연소하는 마감재로 쓰이면서 더더욱 화재확산과 유독가스 에 취약할 수밖에 없다.
따라서 본 연구에서는 건축 재료(마감재)로 쓰이고 있는 목재 나무류(4종)의 각각의 열방출률 특성을 분석, 연구함 으로써 보다 화재로부터 안전한 건축물을 짓는데 활용하 는 기초자료로 제시하고자 한다.
2. 실험장치 및 실험방법
2.1 실험재료
본 연구에 쓰인 주재료는 미송, 나왕, 삼나무 및 소나무 류인 4종을 선정하였으며, 기존의 주택(창고)을 철거한 후 수집한 재료로 연구의 실질적 현실성을 주고자 제조공장 에서 출하된 재료를 배제하고 주민이 기거하며 생활하다 철거한 재료를 가지고 하다 보니 조습 조건 또한 고려치 않았다. Table 1의 실험에 사용된 재료들을 제시하였다.
2.2 시편 제작 및 분석방법 2.2.1 연소특성 분석
목재 나무류 4종(미송, 나왕, 삼나무, 소나무)의 연소특 성 실험을 하기 위해서는 각각의 재료시편을 선택해 특별 히 규정되어 있지 않은 경우, 선정된 복사열 크기에서 각 각의 노출면에 대하여 3회 시험을 실시하여야 한다. 시편 은 제품을 대표하는 것이어야 하고, 가로, 세로 각각 100 ±
1 (mm)인 정사각형의 것이어야 한다. 두께가 50 mm 이하 인 제품은 그 제품의 두께대로 시험을 실시한다. 두께가 50 mm를 초과하는 제품은 비 노출면을 절단하여 두께를 50 mm로 감소시켜 시편을 준비한다. 제품에 불규칙한 표 면이 있는 경우에는 표면 중 가장 높은 지점이 시편의 중 앙에 위치하도록 시편을 절단한다(6)는 기준으로 목재 나무 류 4종 및 화학물질이 함침된 합판 나무류 5종 일부 시편 은 있는 그대로 두께로 조건에 맞추어 시편을 제작하였다 (Table 1). 금번 콘칼로리미터 실험에서는 목재 나무류인 미송, 나왕, 삼나무 및 소 나무 등으로 착화특성, 발열량 특성, 동적 연기(발연량)특성, 탄소배출량 및 잔유물 등을 고찰하였다. FTIR은 규격 Midac, US/14001이고 콘 칼로 리미터 규격은 Fire testing technology, GB/Dual Cone 2000으로 상기 두개의 장비를 연결해 각각 3반복 실험하 여 각각의 주재료의 연소가스 분석을 관찰하였다.
2.2.2 구조분석
각각의 시험편의 구조를 알아보기 위하여주사전자현미경 (SEM, HITACHI S-3500N Scanning Electron Microscope) 을 이용하였다. SEM은 집광렌즈(condenser lens)와 대물 렌즈(objective lens)를 가지고 있으나, 광학현미경이나 투 과전자현미경(TEM)처럼 빛의 법칙에 따라서 화면을 형성 하지 않고, 전자기렌즈가 전기가 통하는 시편의 표면에초 점을 형성한 전자빔 spot을 형성하고 이 spot이 관찰하고 자 하는 시편부위를 주사하여 영상을 형성한다. 이 과정 중에 여러 형태의 radiation이 발생하지만 SEM에서는 시 편의 가장 표면에 가까운 영역에서 발생하는 이차전자 (secondary electron)를 이용해 영상을 출력한다(7).
3. 결과 및 고찰
3.1 일반적인 연소특성
대표적 몇 가지 재료의 일반적인 특징으로 목재 나무류 를 콘 칼로리미터의 가열 강도를 50 kW/m2로 화염이 발 생후 완전히 꺼진 약 180초 가량을 연소시켜 관찰해 보았 다. 일부 재료 중 미송은 연소된 부위가 부풀어 올라왔고 반면 나왕은 다른 수종에 비해 내부 조직도가 치밀하여 높 은 열에도 강해 연소 후 다른 수종에 비해 일정한 간격으 로 탄화한 흔적으로 일정한 결을 보였다. 삼나무는 마치 거북이 등가죽처럼 검은 숯으로 변하였다(Figure 1). 삼나 무는 실험 재료가 두껍고 조직이 치밀하여 높은 열에 의해 있는 형태를 그대로 유지하며 재료 내부의 수분이 없어짐 으로 인해 가뭄에 논이 갈라지듯 현상이 나타난 것으로 사 료된다.
소나무 또한 여러 큰 덩어리로 탄화된 것을 확인하였다.
이처럼 미송, 나왕, 삼나무, 소나무의 연소 후 특징이 다른 것은 각 수종의 목질 내부의 조직이 상이함에서 기인한 것 이라고 사료된다.
Table 1. Material used in the Experiment
Materials Donglas-
fir Lauan Cryptomeria japonica
Pinus densiflora Thickness
[mm]
003.8
21. 12.0 11.0Weight
[g] 144.4 112.0 40.6 52.5
3.2 착화특성
목재 나무류인 4종의 목재에 대한 착화시간(TTI)에 대 해 Table 2에 나타내었다. TTI 범위는 21 s~32 s인 것으로 나타났으며 재료별로 약간의 차이가 있음을 보여주었다.
TTI이 21 s로 가장 낮은 소나무는 복사열에 노출된 다음 다른 재료들보다도 비교적 빠른 601 s에 착화되어 21 s 동 안 유지되다가 631 s에 소멸되는 것으로 나타났으며 삼나 무는 TTI이 29 s 소멸시간이 609 s, 나왕은 TTI가 29 s 소 멸시간이 1673 s로 나타났으며 미송은 TTI가 32 s로 시작 하여 2847 s 동안 화염시간이 진행되다 32 s 후인 2879 s Figure 1. Experiment photograph of cone calorimeter experi- ment.
Table 2. Lgnition Characteristics of the Woods
Samples Donglas-fir Lauan Cryptomeria japonica Pinus densiflora
Time to ignition (S)
0032 0029 029 021
Time to flameout (S) 2879 1673 609 631
Fire duration (S) 2847 1644 580 610
Figure 2. Heat release rate characteristics of the woods.
에 화염이 소멸됨을 알 수 있었다. 미송을 비롯한 나왕, 삼 나무, 소나무 등의 착화시간과 지속시간 및 소멸시간이 다 른 것은 그들의 자연상태(각 수종별 유전적인특징, 기후, 습도, 양분 등)환경에서 영향을 받은 것으로 사료된다. 또 한 박영주(8) 등은 나무의 성분은 셀룰로오스, 해미셀룰로 오스, 리그린이 주성분이고 소량의 회분, 수지, 유지, 정유, 타닌, 색소 등이 함유되어 있으며, 힘수율 변화에 따른 비 중의 차이는 나타나는 것으로 알려져 있다고 연구 보고 한 바 있다. 착화에 영향을 주는 인자들로는 열의 축적, 열전 도율, 발열량, 습도(수분), 표면적 등이 있다(9).
3.3 발열량 특성
목재 나무류인 미송, 나왕, 삼나무 및 소나무 등 4종의 열방출율 실험 결과를 Figure 2와 Table 3에 나타내었다.
Figure 2에는 복사열 크기 변화에 따른 목재 나무류(미 송, 나왕, 삼나무 및 소나무)의 최대열방출율(Heat Release Rate, peak HRR) 곡선을 나타내었다. 따라서 최대열방출 율 peak HRR (kW/m2)의 각 재료별을 비교해보면 미송이 96.32 kW/m2, 나왕이 134.60 kW/m2, 삼나무가 122.69 kW/
m2 및 소나무가 215.78 kW/m2의 값을 보였으며 재료별 순서로는 소나무 > 나왕 > 삼나무 > 미송 순으로 나타내었 다. 평균열방출율 mean HRR (kW/m2)을 비교해보면 복사 열 50 kW/m2일 때 미송이 55.11 kW/m2, 나왕이 68.54 kW/m2, 삼나무가 66.58 kW/m2 및 소나무에서 각각 91.71 kW/m2의 값을 보였다. 따라서 평균열방출율 값의 크기는
소나무 > 나왕 > 삼나무 > 미송 순으로 관찰되었다. 특히 복사열이 달라지면 열전도도 값이 변하는데 이것은 공극 중에 존재하는 건조 공기의 열전도율이 세포벽의 열전도 율에 비하여 작기 때문이다(10). 또한 박영주(8) 등은 이러한 열전도율의 조건이 변하게 됨에 따라 이에 대한 열량값은 변하게 되어 복사열 조건에 따라 열량값은 크게 다르게 나 타나는 것이라고도 하였다.
열방출율 시간 t peak HRR (s)을 비교해 보면 미송이 55 s, 나왕 1405 s, 각각의 삼나무 소나무가 440 s를 나타내 었다.
열방출율은 재료의 표면적당 발생되는 열량을 의미하며 발생열량의 크기에 따라 화재 위험성을 평가할 수 있다(11,12). 또한 Figure 3에는 복사열 크기 변화에 따른 각 재료별 (미송, 나왕, 삼나무 및 소나무)의 총열방출량(Total Heat Release Rate, THR)을 그래프로 나타내었다. 각각의 총열 방출량(THR)은 미송이 98.88 MJ/m2, 나왕이 123.22 MJ/
m2 및 삼나무가 49.94 MJ/m2, 소나무가 71.54 MJ/m2를 나 타내었다. 각 재료별 총열방출량(THR)의 크기는 나왕 >
미송 > 소나무 > 삼나무 순으로 나타내었다. 이는 각각의 목재 내부의 밀도 정도에 따라 관찰되었다. 총열방출량은
Figure 3. Total heat release rate characteristics of the woods.
Table 3. Results of Cone Calorimeter Test
Samples Donglas-fir Lauan Cryptomeria japonica Pinus densiflora
Mean (HRR) (kW/m2) 55.11
0068.54 066.58 091.71
Peak HRR (kW/m2) 96.32
0134.60
122.69 215.78t peak HRR (S) 55.00 1405 440.00 440.00
THR (MJ/m2) 98.88
0123.22 049.94 071.54
Total smoke release (m2/m2)
07.91 0185.93 087.12
424.80Table 4. Characteristics of Average Carbon Emissions and Residue
Samples Donglas-fir Lauan Cryptomeria japonica Pinus densiflora
Mean CO (kg/kg) 0.019 0.018 0.023 0.018
Mean CO2 (kg/kg) 2.095 2.010 2.134 1.831
Residu-es (g) 0.040 0.050 0.044 0.055
연소가 진행되는 방출로 동안 시험편의 표면에서 발생되 는 열량의 총합으로 다른 재료의 표면으로의 화염확산 가 능성을 파악할 수 있게 해주는 값이다(13). 따라서 이 값은 열방출율의 최대값보다도 열방출율의 평균값과 더 연관성 이 있다고 사려된다. 연소 시 상대적으로 빨리 에너지를 방출하는 재료는 그렇지 않은 재료보다 화재 위험도가 크 다고 할 수 있다(14).
3.4 동적 연기(발연량)측정
화재 발생 시 목질계의 안전성은 화재조건에 노출되었 을 때의 착화성, 열방출율, 화재의 전파 및 연소가스의 유 해성으로 평가할 수 있으며 특히 화재에 의한 연기관련 지 수는 화재의 전파 및 연소가스의 유해성에 직접적인 영향 을 미치고 있어 정확한 연기지수 측정은 화재안전 측면에 서 매우 중요한 요소로서 인식되고 있다(15). 연기인자 (smoke factor, MW/m2)는 5분 이내의 KS F ISO 5660-1 의 열방출 특성 실험에서 얻어진 최대 열방출율(PHPP)과 KS F ISO 5660-2시험에서 얻어진 총 연기 발생율(TSR) 의 곱으로 실물 화재 시험에서 발생할 수 있는 연기의 성 향을 예측할 수 있는 데이터로서 그 결과를 나타내었다(16). Table 4은 각 재료들의 동적 연기 발연량(Total smoke release, m2/m2)을 나타내고 있는데 TSR은 단위면적당 총 연기발생량으로서 연기발생은 면적에 비례하기 때문에 면 적에 대해서 표준화시킨 값을 사용하고 있으며 각각의 시 험에서 각 시료 표면적당 시간의 함수로서 표현되는 연기 방출율 값들의 적분치이다(17). Figure 4의 그래프를 보면 각각의 총연기방출량을 살펴보면 미송이 7.91 m2/m2, 나왕 185.93 m2/m2 및 삼나무 87.12 m2/m2, 소나무에서 월등이 높은 424.80 m2/m2가 나타내었다. 재료별 총연기방출량 값의 크기를 살펴보면 소나무 > 나왕 > 삼나무 > 미송 순 으로 나타내었다. 이중에서 특히 소나무의 총연기방출량 값이 유독 큰 것은 소나무의 여러 성분 중 송진 등이 다른
재료들보다도 월등히 많기 때문으로 사료된다.
건물 화재 시에 다량의 연기가 발생하면 앞을 볼 수 없 어 탈출하는데 어려움을 주어 2차적 피해를 준다. 따라서 각 재료별 발연량을 측정해 건축물을 설계 · 제작하는 것 Figure 4. Total smoke release characteristics of the woods.
Figure 5. Concentration of CO emission for the woods.
Figure 6. Concentration of CO2 emission for the woods.
이 무엇보다 중요하다. 연기로 인한 발연특성은 연료의 조 성과 가열온도, 공급량 등의 연소조건과 관련되어 뜨거운 휘발성 가연성 증기와 가스성분을 방출하게 된다(18). 또한 연기 차폐는 비소화 면적(specific extinction area, SEA peak)으로 설명되어진다(19).
3.5 탄소배출량 및 잔유물
Figure 5~Figure 6에는 각각의 무게가 다른 재료들의 복 사열 크기에 따른 CO, CO2 방출농도 곡선을 그래프로 나 타내었다. 탄소배출량은 일산화탄소(CO)와 이산화탄소 (CO2)의 방출된 합을 의미하며 연소 시 산소가 부족하거 나 연소온도가 낮으면 불완전연소로 인하여 탄소(CO, CO2)가 방출하게 된다. CO의 생성은 불완전 연소의 결과 로 시험편 표면에 형성된 Char가 산소의 접촉을 제한하기 때문에 발생된다(20). CO 방출농도는 Figure 5에서 나타나 있는데 모든 재료들이 꾸준한 증감을 나타냈으며 미송이
1,460 s에서 0.185 kg/kg으로 최대값을 보이다가 급격히 하락하며 3,100 s에서 CO의 방출을 멈춤을 알 수 있었다.
또한 나왕의 CO의 방출농도 곡선은 완만한 증감을 보이 며 1,800 s에서 최대값을 보이다가 1,890 s에서 급격히 CO 배출량이 하락함을 알 수 있었다.
Table 4에서 나타난 것처럼 각 재료별 평균 CO 값은 0.018~0.023 kg/kg의 분포값을 나타냈으나 삼나무만이 다 소 높은 CO 값을 보였다. 모든 재료들은 숯으로 변할 때 연소표면에 산소를 차단함으로서 탈 수 있는 조연성 산소 가 부족하여 불완전 연소가 일어나기 때문이라 사료된다.
CO2는 완전연소 생성물로 CO2의 생성량이 높을수록 재 료의 중량 감소율이 증가한다(21). Figure 6의 각 재료별 CO2의 방출농도 곡선을 비교해 보면 미송이 월등하게 다 른 재료들보다 750 s에서 15.986 kg/kg으로 최대값을 보이 다가 완만히 3,000 s까지 배출되다가 3,090 s에서 CO2의 배출이 정지되었고 나왕은 1,500 s에서 CO2 배출 최대값 을 보이다가 서서히 감소하며 1,890 s에서 CO2의 배출을 멈춤을 알 수 있었다.
또한 각 재료별 평균 CO2 값은 미송이 2.095 kg/kg, 나 왕이 2.010 kg/kg, 삼나무가 2,134 kg/kg, 소나무가 1.831 kg/kg 값을 보였다. 이중 소나무의 CO2값이 다른 재료들 보다 상대적으로 작은 것은 소나무의 기름성분인 송진이 화염을 활성화시켜 상대적인 완전연소를 이끌었기 때문으 로 사료된다.
연소되고 남은 잔유물을 비교하면 0.040~0.055 g으로 각 재료별 내부 구조의 밀도에 따라 달리하는 무게로 나타 내었다. 이런 잔유물은 고온조건에서 열분해 된 다음 남게 되는 무기화합물로 회분(ash)이라 불려지며 회분은 칼슘, 칼륨, 마그네슘, 망간, 규소와 같은 원소를 함유하는 불연 성 화합물(10)로 수종 간 구성하고 있는 잎의 외부표면과 세포간극으로 되어있는 내부표면의 비가 달라 수종 간 구 성하고 있는 잎의 조직과 수분함유량에 따른 차이(22)인 것 으로 기인된다고 보고한 바 있다.
3.6 주사전자현미경(SEM)의 관찰
SEM의 원리는 아주 작은 전자선으로 시료를 주사(Scan) 하고 전자선을 쏜 좌표의 정보에서 쌍을 구성하며 표시하 는데 관찰시료는 높은 진공상태(10-8 이상)에서 그 표면의 전계 및 자계에서 섞인 전자선(집점직격 1-10 nm 정도)으 로 주사한다. 주사는 직선적이지만 주사축을 순차적으로 틀어 가면서 시료표면 전체의 정보를 얻는 원리이다(23). 대 표적 건축 재료별 방사단면구조를 관찰하기 위해 몇 가지 재료 중 삼나무, 소나무 등을 SEM으로 관찰한 구조는 Figure 7에서 보듯이 연소시키기 전, 후를 비교한 결과 삼 나무와 소나무의 표층부 구조는 연소 전에는 두 재료가 비 슷하였고 연소 후에는 두 재료의 표층부 공극이 적게 나타 났고 섬유조직의 결합 또한 촘촘하게 나타났다. 삼나무와 소나무의 탄화된 SEM 사진에서는 뚜렷한 차이가 있었다.
삼나무는 내부 조직이 고열로 인해 골고루 탄화되며 표층 부의 조직이 무너짐을 확인할 수 있었고 특히 일정한 단층 구조가 고열로 인해 구조와 구조의 층간 간격이 좁혀져 탄 화되었음을 알 수 있었다. 소나무 조직의 SEM사진의 연 소 전, 후를 관찰해보니 전, 후의조직이 비슷한 형태를 보 였으며 중간 중간에 움푹 패인 구멍들이 여러개 있었으며 무늬층이 선명하게 관찰되었다(Figure 7). Kumar and Gupta(24)는 아까시나무와 유칼립투스를 이용하여 탄화온 도, 탄화온도 유지시간 및 탄화온도 도달시간에 따른 목탄 구성세포의 구조적 변화를 관찰하여 탄화온도 유지시간은 짧고 도달시간이 길어질수록 구성세포의 구조적 변화가 적다고 보고 한 바 있다.
4. 결 론
본 연구에서는 연소 시 건축물의 재료로 쓰인 목재 나무 류인 미송, 나왕, 삼나무 및 소나무 등 4종의 구조와 연소 특성을 분석, 연구하여 향후, 화재로부터 안전한 친환경 재료를 개발하여 안전성 확보 구축을 위한 중요한 사항들 을 분석해 제안하였다.
1) 순수 나무류인 미송, 나왕, 삼나무, 소나무의 주성분 인 탄소화합물과 셀룰로오스 및 일부 고형분이 열분해 되 며 물리화학적 변화에 따라 대부분 탄소로 변함을 확인하 였다.
2) 삼나무, 소나무 등은 고열로 인해 표면에 큰 변화가 있었으며 탄화로 인해 Char가 형성되었고, 특히 소나무는 나무 내부의 조직이 탄화전과 후의 형태를 유지하였다.
3) 착화특성은 순수 나무류인 4종 모두 착화시간(TTI)범 위가 21 s~32 s 시간으로 측정되었다. 특히 소나무의 TTI 가 다른 재료들보다 비교적 빠른 601 s에 착화되어 21 s 동안 유지되다 631 s에 소멸됨을 보였다.
4) 최대열방출율의 시간의 크기는 소나무 > 나왕 > 삼나 무 > 미송 순으로 나타났고 평균열방출율의 시간의 크기는 소나무 >나왕 >삼나무 >미송 순으로 나타내었다. 총열방 Figure 7. Structure photographof Cryptomeria-japonica and Pinus-densiflora.
출량의 크기는 나왕 > 미송 > 소나무 > 삼나무 순으로 나 타내었다.
5) 총연기방출량은 가장 많은 소나무가 424.80 m2/m2, 다음으로 나왕 185.93 m2/m2, 삼나무가 87.12 m2/m2, 미송 이7.9 m2/m2로 가장 작은 값의 경향을 보였다.
6) 탄소(CO, CO2) 배출량은 미송의 CO 값과 CO2 값이 다른 재료들보다 월등히 큰 값인 1,460 s에서 0.185 kg/kg CO 최대값을 보이고 CO2값은 750 s에서 15,986 kg/kg으 로 최대값을 보이다가 3,000 s까지 배출되다가 3,090 s에 서 정지됨이 확인되어 CO, CO2의 배출이 목재 나무의 연 소거동과 상당한 상관관계가 있다고 사료된다.
감사의 글
본 논문은 2016년도 정부(교육부)의 재원으로 한국연구재단 의 지원을 받아 수행(기초연구사업: 2016R1D1A1B02008374) 되었습니다.
References
1. Y. Park, B. Jun, J. Seo and S. Kim, “The Improvement of Thermal Conductivity of wood-based Panel for Lami- nated Flooring Used the Exfoliated Graphite for Heating Energy Conservation”, Journal of the Society of Living Environmental System Korea, Vol. 18, No. 6, pp. 650- 655 (2011).
2. H. J. Seo and D. W. Son, “Combustion Characteristics of Wood for Interior”, Journal of Architecture Institute of Korea, Conference Proceedings, Vol. 35, No. 1, pp. 411- 412 (2015).
3. Ministry of Transportation Announcement No. 2015-744, Building and fire retardant performance-proliferation structure of the finish material standards (2012).
4. ICC IBC International Building Code (2012).
5. Ministry of Land, Infrastructure and Transport Country indicators, Part by indicators,. Building Status, Statistical table. Statistics indicated: Regions/application-building status. Internal Administrative Data (2015).
6. KS F ISO 5660-1, Reaction-to-Fire Tests Heat Release, Smoke Production and mass loss rate-Part 1: Heat Release Rate (Cone Calorimeter Method) (2003).
7. S. K. Jeong and J. B. Chun, Principle and Application of Scanning Electron Microscope. Electron Microscope Research Center, COXEM Co., Ltd KIC News, Vol. 13, No. 1, p. 51 (2010).
8. Y. J. Park and H. P. Lee, “Thermal Characteristics of Living Leaves in Pinus Densiflora with Heat Flux”, Korean Society of Hazard Mitigation (Kosham), Vol. 10, No. 5, pp. 75-82 (2010).
9. S. H. Hyen, C. W. Lee and S. H. Cha, “Explosion-proof
Fire Protection Engineering”, Xinguang Cultural Histor (2003).
10. H. J. Kim, Y. G. Eom, J. J. Lee, H. S. Jeong and I. G.
Choi, “Introduction to Timber Engineering”, Advanced Cultural History (2004).
11. D. W. Son, “Combustion Characteristics of Fire Retar- dants Treated Wood (I)”, Journal of the Wood Science and Technology, Vol. 43, No. 1, p. 190 (2015).
12. K. W. Lee and K. E. Kim, “Fire Characteristics of Plas- tic Insulating Materials from Cone Calorimeter Test”, J.
of Korean Institute of Fire Sci. & Eng., Vol. 17, No. 1, pp. 76-84 (2003).
13. B. H. Lee, H. S. Kim, S. Kim, H. J. Kim, B. W. Lee, Y.
Deng, Q. Feng and J. Luo, “Evaluating the Flammability of Wood-based Panels and Gypsum Particleboard using a Cone Calorimeter”, Construction and Building Materi- als, Vol. 25, No. 7, pp. 3044-3050 (2011).
14. J. S. Park and J. J. Lee, “Evaluation of Burning Charac- teristics for Wood Based Panels Using Cone Calorime- ter”, Proceedings of the Korean Society of Wood Science and Technology Fall Meeting, pp. 207-209 (2001).
15. Y. J. Chung and E. Jin, “Combustion-Retardation Proper- ties of Pinus rigida Treated with Ammonium Salts”, Korean Chem. Eng. Res., Vol. 21, No. 6, pp. 627-631 (2010).
16. V. Babrauskas and S. J. Grayson, Heat Release in Fires.
Elsvier Science Publisher, New York (1992).
17. KS F ISO 5660-2, Reaction to fire tests-Heat release, smoke production and mass loss rate- part 2: Smoke pro- duction rate (dynamic measurement) (2002).
18. Marcelo M. Hirschler, “Fire Hazard and Toxic Potency 0.1 the Smoke from Burning Materials”, Advance In Combustion Toxicology, pp. 229-230 (1990).
19. Y. J. Chung, “Comparison of Combustion Properties of the Pinus rigida, Castanea sativa, and Zelkova serrata”, J.
of Korean Institute of Fire Sci. & Eng., Vol. 23, No. 4, p.
76 (2009).
20. D. W. Son and S. Kang, “Combustion Properties of Woods for Indoor Use(I)”, Journal of the Korean Wood Science and Technology, Vol. 42, No. 6, pp. 96-103 (2014).
21. Y. J. Chung and M. Spearpoint, “Combustion Properties of Native Korean Wood Species”, International Journal on Engineering Performance-Based Fire Codes, Vol. 9, No. 3, pp. 118-125 (2007).
22. Y. B. Im, Principles of forestry Report, Hyangmunsa (2007).
23. Wikipedia Japanese dictionary (2015).
24. M. Kumar and R. C. Gupta, “Scanning Electron Micro- scopic Study of Acacia and Encalypyus Wood Chars”, Journal of Materials Science, 30, Issue 2, pp. 544-551 (1995).
