KICT 한국건설기술연구원

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• 물류시설 랙 화재 피해 경감을 위한 화염 확산 차단막의 설치 방안 연구 물류시설 랙 화재 피해 경감을 위한화염 확산 차단막의 설치 방안 연구 ▲ 윤홍석 KICT 화재안전연구소 수석연구 들어가며 온라인 유통 기술의 발달과 1인 가구 증가에 따라 물류 유통량 및 이를 저장하기 위한 물류시설 수가 빠르게 증가하고 있다. 최근 5년간 물류시설을 거치는 물류는 20억 개에서 34억 개로 증가하였으며, 시장 규모 역시 4.7조 원에서 7.5조 원으로 성장하였다. 이와 같은 관련 산업 성장 및 물류시설 증가는 생활편의를 증진하였으나 화재 사고 증가를 동반하였으며, 최근 5년간(′17~′22) 물류시설 화재로 인해 287명의 인명피해와 8,745억 원의 재산피해가 발생하였다. 물류시설은 가능한 많은 물류를 수용하고 저장 공간을 효율적으로 활용하기 위해 랙(rack)을 활용한 수직 적재 방식을 채택한다. 랙은 사용자 기호에 따른 변형의 용이함, 효율적인 작업환경 조성 등 다양한 장점을 갖지만, 집약적·수직적으로 배치된 수용물품 간의 용이한 열교환 및 송기공간(flue space)의 굴뚝효과(stack effect)로 인해 대형 화재 사고로의 발달이 용이하다는 위험성을 가지고 있다. 이와 관련하여 Ingason은 인랙 스프링클러 (in-rack sprinkler) 시스템의 작동보다 빠른 화재확산으로 인해 스프링클러 작동 이후에도 소화수가 화재 중심부에 도달하지 못할 가능성에 대해 언급하였다. 미국 화재예방협회(National Fire Protection Association, NFPA)는 송기공간을 통해 발생하는 화재확산 위험에 대비하여 물류시설 내 설치된 소화설비의 종류와 연계한 수평·수직 차단막 설치 규정을 제시하고 있다. 이와 유사하게 국내에서는 「물류창고 방화기준 (KFS 630)」이 발간되었으나, 미국의 수용물품 분류체계를 따르고 있을 뿐만 아니라 강제성이 없어 물류시설의 설계에 반영되고 있지 않다. 그 결과 국내 대부분의 물류시설은 스프링클러 설치 기준만을 충족하여 운영되고 있다. 최근 반복되는 화재사고 및 제도적 미비점을 인지한 국토교통부, 소방청 등 관계 부처는 「물류창고 화재 원인분석 및 재발 방지대책(ʼ22년 12월)」을 발간하였다. 해당 문서에서는 물류시설 화재의 대형화 원인으로 ① 물류시설 특성을 고려한 소방시설 기준 미비, ② 배전반/분전반 등 시설 관련 기준 미비, ③ 소방 인프라 부족 및 소방차의 접근 곤란, ④ 공사중인 물류시설에서의 소방 기준 미흡, ⑤ 샌드위치 패널 활용의 다섯 가지를 선정하고 원인별 대책을 마련하도록 하였다. 그러나 랙 화재와 관련하여 제시된 대책을 살펴보면 스프링클러 방수량의 증가만을 고려하여 여전히 물류시설 화재의 본질적 위험인 화재확산에 대한 대책은 마련되지 않았다. 따라서 국내 물류시설의 특성 및 가연물 분류체계, 소화설비의 영향을 반영한 대응책이 시급히 마련되어야 한다. 이 글에서는 물류시설 랙 내 수평·수직 차단막의 설치 기준 도출을 목적으로 수행된 수치해석적 연구의 일부 내용을 소개하고자 한다. 국내 대표 랙 구조의 설정 차단막의 설치 목적은 초기 화재확산의 지연 및 소화설비와의 상호작용을 통한 화재 규모 저감으로, 화재를 원천 차단하는 것은 아니다. 해당 연구에서는 차단막 설치 방안 도출에 대한 단계적인 접근 절차로서 수평 차단막 설치가 초기 화재확산 및 화재현상에 미치는 영향을 우선 검토하였다. 국내 실정을 반영한 랙 형상 선정을 위해 현장조사 및 관련 기준 분석을 수행하였다. 그 결과 1.1 m(W)×3.0 m(L)×2.5 m(H)인 적재공간이 2열×3단으로 배치된 대표 랙 구조가 결정되었으며, 수용물품으로 2.2 m 높이의 폴리우레탄폼(polyurethane foam)을 각 단에 4개씩 배치하였다. 소방설계로 국가화재안전기준(NFTC 103 및 NFPC 103)에 기반하여 가장 널리 활용되는 K-80 천장형 헤드를 적용하였으며, 일반 가연물의 적재를 가정(랙 높이 6 m 이하마다 인랙 헤드가 설치되어야 함)하여 2단 위치(z=4.9 m)에 인랙 헤드를 설치하였다. 수평 차단막에 대해서는 미설치, 3단 간격, 2단 간격 및 1단 간격으로 설치되는 4가지 조건을 고려하였다. 결정된 랙 구조 및 소화설비, 차단막 설치 조건에 따른 수치해석에는 Fire Dynamics Simulator(FDS)가 활용되었다. 수평 차단막 설치에 따른 화재 현상의 변화 수치해석 결과 차단막 미설치 시 화재는 6.2s 만에 랙 최상단에 도달하였으나 차단막 설치 시 초기 화재확산이 효과적으로 지연되었다. 구체적으로 수평 차단막이 조밀하게 설치됨에 따라 화재확산 완료 시간이 7.2s, 10.9s 및 19.4s로 증가하여 미설치 조건과 비교할 때 최대 200% 이상 지연되었다. 반면 화재로 인한 총 방출열량(total heat release)은 차단막 설치 위치와 관계없이 3,000~3,500 MJ 범위에서 큰변화를 보이지 않았으며, 미설치 조건 대비 10% 미만의 감쇠 효과만을 나타냈다. 국내 물류시설에 적용되는 다양한 소화설계들을 대상으로 분석한 결과, 화재확산 지연에도 불구하고 화재규모가 감소되지 않는 두 가지 원인을 확인하였다. 첫 번째는 차폐 효과(shielding effect)로서 차단막은 천장형 및 인랙 헤드의 소화수가 랙 내 수용물품들에 도달하는 데 방해 요소로 작용하게 된다. 그림 5(a)에서 온도 분포 및 살수 패턴을 통해 차폐 효과의 영향을 확인할 수 있다. 두 번째 원인으로 차단막에 의한 화염의 확산경로 변경을 들 수 있다. 그림 5(b)의 좌측 그림에서 초기에 송기공간을 따라 수직 확산되던 화염은 차단막과 충돌한 이후 수평 방향으로 확장해 랙 외곽에 도달한 이후 수직 방향으로 확산된다. 그림 5(b)의 우측 그림에는 차단막 설치 위치에 따른 단위 체적당 열방출률(Heat Release Rate Per Unit Area)의 분포와 인랙헤드의 살수 패턴이 제시되었다(확산경로 변경의 영향이 두드러진 해석 결과가 제시되었음). 좌측 랙(None)은 차단막이 설치되지 않은 조건으로, 수직 방향으로 확산되는 화재는 경로에 존재하는 인랙 헤드에 의해 소화된다. 반면 우측 랙크(1-tier spacing)의 경우 화염이 랙 외곽을 따라 확산되며, 인랙 헤드의 소화수가 연소 영역에 도달하지 못하는 것을 확인할 수 있다. 이 경우 외곽에서의 연소는 주변랙으로의 화재확산을 가속화할 수 있다. 결과적으로 수평 차단막이 부적절한 위치에 설치될 때 화재위험성이 오히려 증가할 수 있으며 소화설비와의 상호작용이 고려되어야 한다. 맺음말 물류시설은 가연물 밀집도가 높고 화재확산이 용이하여 대형 화재로의 발달이 빠르게 이루어진다. 이로 인해 초기 화재확산의 지연을 통해 소화설비 또는 관계인의 대응 시간을 확보하는 것이 중요함에도 소화설비의 설치 확충, 성능 강화만이 논의되고 있다. 이에 따라 본 연구에서는 수평 차단막의 설치가 물류시설 랙 화재에 가져오는 영향을 우선 검토하였다. 추후 확장된 규모의 수치해석과 실증 실험을 통해 국내 물류시설에 최적화된 차단막 설치 방안을 마련할 수 있을 것으로 기대되며, 이는 물류시설의 화재안전에 기여할 것으로 생각한다. 참고자료 스프링클러설비의 화재안전성능기준(NFPC 103). H. Ingason (2001) Plume Flow in High Rack Storages. Fire Safety Journal, Vol. 36, No. 5, pp. 437-457. NFPA 13 (2022) Standard for the Installation of Sprinkler Systems. National Fire Protection Association. 화재안전연구본부 게시일2025-03-14 조회수 114
• 균형을 잡고 나아가는 연구자의 힘 균형을 잡고 나아가는 연구자의 힘 ▲ 조규환 KICT 화재안전연구본부 수석연구원 지난 7월, 전기차 화재 사고가 빚어낸 결과는 참혹했다. 화재가 진화되기까지 걸린 시간은 무려 8시간 20분. 주변에 주차된 차량 140여 대가 전소하거나 불에 그을렸고, 아파트 5개 동 480여 가구의 전기와 물 공급이 끊겼다. 이처럼 전국 각지에서 예기치 못한 대형 사고가 발화하면서 화재 안전의 중요성이 더욱 커지고 있다. 화재 위험 요소를 철저히 분석하고 예방 대책을 철저히 세울 수 있는 전문가의 힘이 절실히 필요한 시점이다. KICT, 유연하고 전문적인 연구 플랫폼 화재안전연구본부의 조규환 수석연구원은 화재 위험성을 절실히 체감한 적이 있다. 랙(Rack) 실물화재실험을 진행하는 과정에서 불길이 걷잡을 수 없이 커지게 된 것이다. 차원이 다른 불길에 남다른 공포심이 앞섰지만, 동료들의 도움 덕에 간신히 화재를 진압할 수 있었다. 이날 그는 연구에서도, 일상에서도 화재 안전을 최우선시해야 한다는 교훈을 가슴 깊이 새겼다. 2015년에 박사후연구원으로 KICT에 처음 발을 들인 조규환 수석연구원은 어느덧 10년 차 연구원에 접어들었다. 현재 그가 집중하고 있는 연구는 건축시설물을 대상으로 화재 시 내화·방화성능을 확보하는 것이다. 특히 주거용 건축물 외에도 잠재적 고 화재위험을 갖는 특수 시설물 대상 연구에 초점을 맞추고 있다. 한국건설기술연구원에 입사하고 가장 달라진 점을 묻자, 그는 연구의 ‘규모’와 ‘실현성’을 꼽았다. 대학원 시절에는 경험할 수 없던 대형 규모의 프로젝트에 몸소 참여하게 되니 집단지성에 대한 기대감이 커갔고, 잇따른 결과도 훌륭하다는 사실이 즐거웠다. 조규환 수석연구원은 KICT 자체가 하나의 거대한 플랫폼처럼 느껴진다고 했다. 어떤 연구를 하든 관련 전문가를 원내에서 유연하게 찾을 수 있고, 프로젝트의 목적과 성격에 따라 그룹핑(Grouping)을 통해 수행 효율성을 높일 수 있기 때문이다. 또 연구로 도출된 기술이 실제 시장에 전파되고 국민이 체감할 수 있도록 실현될 때마다 큰 자부심을 느낀다. 연구를 반복할 때마다 얻는 성취감은 그의 가장 큰 동력이다. 더 확실한 국민의 화재안전을 위해 조규환 수석연구원이 수행하고 있는 연구를 키워드로 소개하자면, ‘플랜트 화재안전’, ‘물류시설 화재안전’, ‘화재안전 플랫폼 – 건축재료 물성 DB화’를 꼽을 수 있다. 우리나라 화재안전 연구는 표준화재를 기반으로 건축시설물의 요구 내화·방화성능을 충족시키는 방향으로 진행하고 있다. 하지만 요즘은 건축시설물의 용도와 규모, 화재 등 여러 조건이 까다로워지면서 표준화재보다 더 가혹한 환경을 고려한 연구가 필요하다. 조규환 수석연구원은 다양한 화재안전 연구를 통해 국내 건축시설물의 안전성을 강화하기 위해 부단히 노력 중이며, 취급하는 물질이 고인화·가연성인 산업용 플랜트의 안전을 위해 연구를 진행하고 있다. 그가 참여 중인 물류 시설 화재안전 연구는 우리나라가 가장 보편적으로 사용하고 있는 랙을 대상으로 화재 특성을 검토하는 연구다. 물류 시설은 임대업이 빈번하게 이루어지고 그에 따라 내재되어 있는 가연물은 계속 변화하니, 기존 적용된 화재안전 설계의 유효성이 어긋날 수 있다. 이러한 환경에서 랙의 화재하중을 검토하고 이를 구조물 화재안전 설계 및 보강에 반영한다면 신축뿐만 아니라 기축을 대상으로도 실효성 있는 화재안전 기술을 도출할 수 있다. 또 4차 산업혁명 시대가 도래함에 따라 데이터 중요성이 높아졌으므로, 지금부터라도 데이터를 체계적으로 축적 및 관리하여 미래를 대비할 필요가 있다는 게 그의 의견이다. 이에 따라 조규환 수석연구원은 화재안전 플랫폼 연구에서 건축물 구조·재료의 고온 물성을 DB화하는 데 프레임워크를 설정하고, 수요 높은 데이터 유형을 분류하는 연구도 수행하고 있다. 균형 잡힌 자세로 임하는 협동 연구 사람은 누구나 자신의 감정과 가치관에 따라 주관이 우선시 될 수밖에 없다. 연구에서도 마찬가지다. 하지만 조규환 수석연구원은 함께 하는 연구를 지향한다면 객관적인 시각과 더불어 연구에 임하는 마음의 균형이 매우 중요하다고 전했다. 이러한 연유로 그가 가장 좋아하는 단어도 ‘균형’이다. 연구자의 소신도 중요하지만, 자칫 아집으로 이어질 수 있음을 경계한다는 조규환 수석연구원. 집단지성의 장점을 극대화하기 위해 동료와 소통과 공감을 아끼지 않는 그는 누구보다도 매 순간 성실하고 진정성 있는 자세로 연구에 임하고 있다. “자신의 연구 분야에 따라 표현하는 언어와 입장은 차이가 존재할 수밖에 없어요. 하지만 누군가와 함께 무언가를 이뤄 내고자 한다면 균형을 항상 우선으로 생각합니다.” 모든 변화가 굉장히 빠른 속도로 이뤄지고 있는 현대 사회, 연구자는 현대 기술 수준에 대해 최대한 많은 정보를 얻어야만 더욱 효과적으로 연구의 방향성을 설계할 수 있다. 이에 따라 조규환 수석연구원은 다가올 2025년에는 연구 기획에 더 시간을 투자하고 싶다는 희망을 밝혔다. “앞으로 건축법에 준한 내화·방화에만 국한되지 않고, 소방법과의 유기적인 연결을 통해 더 효율적인 화재안전 대책을 수립하는 데 기여하고 싶어요.” 언제 어디서든 균형 이룬 마음이 빚어낸 긍정성을 발휘하고 싶다는 조규환 수석연구원. 그의 올곧은 균형과 부단한 성실함이 빚어낼 연구의 결실이 기다려진다. 화재안전연구본부 게시일2025-01-22 조회수 293
• 화재로부터 안전한 건축물 탄생을 위해 화재로부터 안전한 건축물 탄생을 위해 ▲ 여인환 KICT 선임연구위원 (화재안전연구본부 건축/시설물 내화/방화 연구팀) 화재안전연구본부의 건축·시설물 내화·방화 연구팀은 기본기를 가장 중요시한다. 기본기가 튼튼해야 변화하는 환경 속에서도 유연하게 대처하고 연구를 응용할 수 있다고 믿기 때문이다. 연구팀은 다양한 연구 기획에 참여하여 통찰력을 키우고 전문성을 강화하는 데 초점을 맞춰 앞으로 나아가고 있다. 성취로 전문성을 강화하는 연구팀 건축·시설물에서의 내화는 화재 시 구조물이 붕괴하지 않도록 견디는 힘을 말하며, 방화는 화염의 확산을 막는 것을 의미한다. 내화는 대표적으로 내화구조, 내화재료 등이 있으며, 방화는 방화구획의 경계를 형성하는 방화문, 내화채움구조 등이 있다. 화재안전연구본부 건축·시설물 내화·방화 연구팀은 앞서 말한 대상들에 대해 설계·시공유지관리 시점에서의 성능 검증 및 개선 연구를 수행하고, 연구 결과를 바탕으로 정책·제도 개선에도 노력하고 있다. 우리나라의 내화·방화 연구는 과거 외국의 선진 기준을 벤치마킹하며 발전해 왔다. 이러한 제도화는 내화·방화 성능을 평가하고 검증하는 데 도움을 줬지만, 우리나라 실정에 맞지 않는 부분도 존재했다. 이를 개선하기 위해 연구팀은 내화·방화 관련 규정의 유효성을 검증하는 연구를 진행했고, 내화·방화 시장에서 발생할 수 있는 잠재적 문제를 예방하며 재난 발생에 대한 대책 마련에 기여를 이뤘다. 또 연구팀은 일체형 발포성 내화채움구조 기술의 실용화를 이룬 바 있다. 기존의 내화채움구조는 시공이 복잡하고, 현장 시공자의 숙련도에 따라 성능이 저하될 우려가 있었다. 연구팀은 이를 개선하기 위해 새로운 기술을 개발해 안전성과 시공성, 경제성을 모두 향상해 냈다. 2020년 사매 2터널 화재 사건을 계기로 터널 내화·방화 지침의 필요성이 대두되자, 연구팀은 ‘도로터널 내화 지침’ 제정에 적극적으로 참여했다. 이후 2021년부터는 터널 구조물 내화 공법에 대한 실험과 평가를 주도하며 관련 연구를 선도하고 있다. 연구팀은 주거용 건축물 외에도 배터리 공장, 주차장 등 고화재위험 특수 시설물에 관한 연구를 확대하며 다양한 사회적 요구에 부응하고 있다. 내화·방화 연구는 단순 건축물에 그치지 않고 점점 더 넓은 분야로 확장되고 있다. 화재 안전 전문가의 필요성 화재 안전 연구에서 성능설계와 사양설계는 중요한 개념으로 자리 잡았다. 성능설계는 건축물이 발휘해야 할 성능 목표를 정의하는 과정으로, 예를 들어 ‘진도 7 이상의 지진에도 견딜 수 있는 구조’와 같은 목표를 설정한다. 반면 사양 설계는 성능 목표를 실현하기 위한 구체적인 기술적 사양을 정의하는 단계로, ‘내진 설계를 위해 C30 강도 이상의 철근 콘크리트와 고강도 철근을 사용하는 것’ 등의 목표를 설정한다. 화재 안전 분야 역시 성능설계를 지향하며 발전하고 있지만, 성능설계가 모든 문제를 해결하는 것만은 아니다. 건축물의 특성에 맞춰 성능설계와 사양설계를 적절히 활용하는 것이 중요하다. 다만 우리나라의 경우, 제도 의존도가 높은 사회적 인식과 건축법과 소방법의 이원화로 인해 성능설계 도입이 다소 더딘 편이다. 연구팀은 건축물의 화재 안전을 강화하기 위해서는 화재공학과 구조공학을 함께 고려하는 화재구조공학 개념이 필요하다는 점을 강조했다. 또 성능설계를 지향하며 소방법과의 유기적 연결을 고민하는 동시에, 화재 안전과 관련된 전문가들의 많은 관심과 도움이 필요한 실정이라는 의견을 덧붙였다. 집단지성과 융복합 연구의 중요성 현대 건축·시설물이 더 다양하고 복잡해지면서, 화재 안전 분야의 사회적 요구 또한 다양화되고 있다. 건축·시설물 방화 연구팀은 세상이 변화하는 속도에 맞춰 화재 안전 기술을 선진화하는 것을 목표로 두고 있다. 하지만 내화·방화 연구의 경우 진행에 따라 결과물이 바로 도출되기보다는, 오랜 시간 조금씩 개선하여야 한다는 특징이 있다. 이에따라 연구 과정에 있어서도 신속하면서도 합리적인 대응은 필수다. 4차 산업혁명의 발전으로 건축물의 형태와 용도가 다양해지고 있으며, 우리나라 건축물의 사용 연수가 늘어나면서 내화·방화 성능이 시간이 지남에 따라 저하되는 문제 또한 발생하고 있다. 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 노후 건축물의 내화·방화 성능 보강에 초점을 맞췄고, 이를 기반으로 연구를 발전시켜 나가고 있다. 연구팀은 앞으로 융합 연구를 통해 과거와 현재의 문제를 객관적으로 진단하고, 사회적 요구를 반영하며 연구를 이어갈 계획이다. 아울러, 한국건설기술연구원의 집단지성 교류를 활성화하여 국내 건축·시설물 내화·방화 연구를 한 단계 더 발전시키는 것을 목표로 전진해 나아갈 것이다. 화재안전연구본부 게시일2025-01-22 조회수 431

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