불연재료·난연재료 성능 기준

왜 배우는가: 불연재료와 난연재료는 건축물 내부 마감재료의 연소 확대와 유해가스 피해를 막는 기준이다. 실무에서는 마감재 선정과 검사 판정에 직접 쓰이고, 시험에서는 시험항목과 판정기준을 묻는 문제로 반복해 나온다.

출제 이력: 제136회 1교시 12번, 제93회 1교시 8번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

불연재료는 연소하지 않고 유해가스 발생이 기준 이하인 마감재료, 난연재료는 연소 확대를 억제하는 마감재료임.

• 불연재료
• 준불연재료
• 난연재료
• 총방출열량
• 최대 열방출률
• 가스유해성 시험
• 콘칼로리미터법

2. 개념 풀이

쉽게 말하면 불연재료는 불에 타지 않는 재료이고, 난연재료는 불이 붙어도 빠르게 번지지 않는 재료이다. 두 재료는 연소 정도와 연기·가스 특성으로 구분된다. 건축물 내부 마감재료는 화재 초기에 벽과 천장을 따라 불꽃이 번지는 것을 막아야 하므로, 이 기준이 피난 시간 확보와 직결된다.

정식으로는 불연재료를 「건축물의 피난·방화구조 등의 기준에 관한 규칙」(규칙) 제6조제2호에 따른 재료로 정의한다. 건축자재등 품질인정 및 관리기준 제23조는 이 재료가 KS F ISO 1182 시험과 KS F 2271 가스유해성 시험을 모두 만족하도록 규정한다. 시험 결과는 재료가 연소하는 정도보다 온도 상승과 질량 감소가 작은지를 본다.

총방출열량은 콘칼로리미터 시험에서 가열 개시 후 일정 시간 동안 재료가 내놓은 열량을 뜻한다. 값이 작을수록 화염 확대 기여도가 낮다. 최대 열방출률은 단위 면적당 시간당 열 방출량의 최댓값이며, 연속 초과 시간으로 판정한다. 법령은 준불연재료는 10분간, 난연재료는 5분간 최대 열방출률이 10초 이상 연속으로 200kW/㎡를 초과하지 않을 것을 요구한다.

가스유해성 시험은 연소 가스가 사람에게 미치는 영향을 실험용 쥐의 행동정지 시간으로 평가한다. 평균 행동정지 시간 기준을 만족해야 한다. 불연재료, 준불연재료, 난연재료 모두 이 기준을 만족해야 하므로 가스 특성은 세 등급에 공통으로 적용된다.

준불연재료는 불연재료와 난연재료의 중간 등급이다. 규칙 제7조에 따른 재료이며, 콘칼로리미터 시험의 시간이 10분이다. 난연재료는 규칙 제5조에 따른 재료이며, 같은 시험을 5분 동안 실시한다. 시험 시간이 짧을수록 기준이 낮다는 뜻이다.

준불연재료는 가열 개시 후 10분간, 난연재료는 가열 개시 후 5분간 총방출열량이 8MJ/㎡ 이하이어야 한다. 두 재료의 최대 열방출률은 각각 해당 시험 시간 동안 200kW/㎡를 10초 이상 연속으로 초과하지 않아야 한다. 난연재료는 KS F ISO 5660-1 가열시험의 모든 시험에 만족해야 한다. 불연재료는 KS F ISO 1182 가열시험으로 최종평형온도 상승과 질량 감소율을 본다. 이 기준은 콘칼로리미터 시험과 다른 방식이므로 시험항목을 나눠 답해야 한다.

3. 등장 배경과 필요성

건축 화재에서 내부 마감재는 초기 화염이 천장과 벽면을 따라 급속히 퍼지는 통로가 된다. 마감재가 쉽게 타면 실내 온도가 빠르게 올라가 플래시오버 시점이 앞당겨진다. 이에 따라 재료 자체의 연소성을 등급으로 나누어 관리하게 되었다.

과거에는 재료별 경험적 구분에 의존했다. 이후 국제표준 시험법과 국내 KS 시험법을 도입하여 열방출, 연기, 가스 특성을 수치로 측정하는 체계가 자리 잡았다. 현재는 「건축법」 제52조의5 및 제52조의6에 따라 건축자재등의 품질인정 절차가 운영되며, 품질인정 기준은 「건축자재등 품질인정 및 관리기준」에 정해져 있다.

이 체계가 필요한 이유는 세 가지다. 첫째, 피난 가능 시간을 확보하기 위해 확산 속도를 제한한다. 둘째, 연기와 유해가스로 인한 인명 피해를 줄인다. 셋째, 제조 단계에서 시험하고 현장에서 확인할 수 있게 만든다. 따라서 답안에는 시험 목적, 등급, 판정 수치를 함께 쓰는 것이 기본이다.

마감재료 기준은 건축물 용도와 면적에 따라 적용 범위가 달라진다. 따라서 등급만 외우지 말고 어느 부위에 어떤 등급을 요구하는지도 함께 정리해야 한다.

4. 구성요소·원리·절차

불연재료와 난연재료의 성능은 재료 한 종류가 아니라 시험 방법, 판정 항목, 판정 기준의 세 요소가 맞물려 결정된다. 답안에서는 이 세 요소를 표와 흐름도로 나누어 쓰는 것이 정확하다. 불연재료는 발열성(열 방출) 과 가스 유해성을 함께 본다. 난연재료는 열 방출 기준의 가열 시간이 짧다는 점이 핵심 차이다.

표에서 보듯 두 재료는 가스 유해성 시험을 공통으로 거친다. 발열 측면에서는 불연재료가 가열로 온도 상승과 질량 감소를 보고, 난연재료가 콘칼로리미터의 열 방출 값을 본다. 가스 유해성 기준은 두 재료 모두 실험용 쥐의 평균행동정지 시간 기준을 만족해야 한다. 즉, 난연재료의 기준은 시험 시간이 5분이라는 점에서 불연재료보다 완화된 열 방출 조건이다.

원리는 다음과 같다. 가열로 안 온도 상승이 작으면 재료가 스스로 열을 내지 않는다고 본다. 콘칼로리미터는 시험체에 일정한 복사열을 가하고 산소 소모량으로 열 방출률을 구한다. 가스 시험은 연소 생성물의 독성을 생물 반응으로 측정한다.

시험 절차는 다음과 같다.

• 시험체를 규정 크기로 제작하고 두께·가열면·구성 재료를 기록한다.
• 불연성 시험(KS F ISO 1182)으로 가열로 온도 상승과 질량 감소율을 측정한다.
• 열 방출 시험(KS F ISO 5660-1)으로 총방출열량과 최대 열방출률을 측정한다.
• 가열 후 시험체의 균열·구멍·용융 여부를 관찰한다.
• 가스 유해성 시험(KS F 2271)으로 실험용 쥐의 행동정지 시간을 잰다.
• 모든 항목을 만족하면 등급을 판정하고 시험성적서에 기록한다.

복합자재는 강판과 심재를 나누어 시험하고, 실물모형시험을 추가로 거친다. 외벽 마감재료나 단열재가 둘 이상의 재료로 구성되면 각 재료가 개별 기준을 모두 만족해야 한다.

불연재료는 가열시험과 가스 유해성 시험을 모두 만족해야 한다

5. 관련 법령·기준·표준

불연재료·준불연재료·난연재료의 성능 기준은 「건축자재등 품질인정 및 관리기준」 제6장에 있다. 불연재료 기준은 제23조, 준불연재료 기준은 제24조, 난연재료 기준은 제25조다. 이 기준은 「건축물의 피난·방화구조 등의 기준에 관한 규칙」 제5조·제6조·제7조를 근거로 한다. 난연재료 기준은 예전 건축법 시행령 체계의 문서에도 같은 내용이 있으며, 현행은 위 품질인정 기준이다.

위 표에서 보듯 준불연재료 기준은 열 방출 시험 시간이 10분, 총방출열량이 10분간 8MJ/㎡ 이하로 정해져 있다. 불연재료 시험 기준의 시험 방법 명칭(KS F ISO 1182)은 조문에 따른 이름이다. 준불연재료와 난연재료는 같은 콘칼로리미터 시험을 쓰되 가열 시간만 다르다.

복합자재는 강판과 심재를 나누어 시험한다. 심재에 관한 열 방출 시험 예외는 적용 조건을 확인해야 한다.

6. 유형과 비교

불연재료, 준불연재료, 난연재료는 같은 연소 시험이라도 시험 시간, 가열 조건, 판정 항목이 다르다. 실무에서는 불연재료와 난연재료를 혼동해 마감재를 잘못 선정하는 경우가 많다. 아래 표는 기준 원문을 기준으로 세 재료를 비교한 것이다.