1. 머리말

건물 내에서 화재 발생 시, 초기진압에 실패한 경우 성기화재로 변화되는 경우가 많으며, 성기화재의 성상은 연료지배형과 환기지배형으로 나누어 진다. 연료지배형 화재는 화재실 내에 발생한 열분해가스의 양에 대하여 개구부 등을 통해 외부로부터 공급되는 산소량이 충분할 때 주로 발생한다. 이때 산소량이 열분해가스의 연소에 필요한 양을 상회하기 때문에 실내 산소농도가 높은 상태로 추정한다. 반면, 환기지배형 화재는 화재실 내에 산소가 부족할 때 나타나는 형상이며, 산소가 부족하기 때문에 화재실 내에서 완전연소가 이루어지지 않고, 그 결과로 미연소 가스가 발생하게 된다. 미연소 가스는 개구부를 통하여 외부의 공기와 연소반응하게 되면 분출화염을 형성시키며, 분출화염은 화재시 상층부 또는 인접 건물로 연소 확대가 되는 중요한 요인 중 하나이다. 이러한 위험성을 가장 잘 보여준 국내 화재사례는 ‘2015년 의정부에서 발생한 대봉그린빌 아파트 화재사례‘로 최초 발화한 건물에서 발생한 화염으로 인하여 인접 건물로 연소 확대된 결과 총 3개의 아파트로 확산되었다. 협소한 건물 간 간격은 연소 확대의 원인이 되었으며, 건물의 외장재 또한 연소 확대의 원인이 되었다. 해당 아파트의 외장재는 화재에 취약한 드라이비트를 사용하였다. 드라이비트 외장재는 분출화염으로부터 발생한 복사 및 대류열 전달의 매개체가 되어 화재확산에 일조하였으며, 그결과 대규모 인명 및 재산피해가 발생하였다.

[그림 1]은 2007년부터 2016년까지 국내에서 발생한 건축물 화재 중 개구분출화염을 동반한 화재건수를 나타낸 것으로 최근 10년간 매년 평균 1,577건이 발생되고 있으며, 이를 전체 화재건수와 비교하면 약 3.5%에 달한다. 용도별로는 사람들이 자주 이용하는 시설인 생활서비스시설 및 주거시설에서 빈도가 가장 높게 나타나 화재 발생시 대형 인명 피해로 이어질 가능성이 높음을 시사한다.

현재 정부에서도 건축물 외벽 마감재의 화재안전성 강화를 위해 ‘건축물 마감재료의 난연성능 및 화재 확산 방지구조’ 기준의 일부개정을 추진 중에 있다. 이에 따라 향후 복합자재 및 두가지 이상의 재료로 제작된 외장 마감재는 실대형 성능시험인 한국산업표준 ‘KS F 8414(건축물 외부 마감 시스템의 화재 안전 성능 시험방법)’에 따른 시험을 통하여 성능기준에 만족하여야만 한다. 그러나 현재 국내 산업계 기술수준으로 볼 때 법제화 이후 초기에 많은 혼란이 예상되고 있다.

본 고에서는 한국산업표준 KS F 8414에 대해서 살펴보고 해외 각국의 외벽 마감재에 대한 화재안전성 평가 항목을 분석하여 향후 국내 외벽 마감재에 대한 화재안전성 판정기준의 고도화 방향에 대하여 제안하고자 한다.

2. 외벽 마감재 실대형 화재안전 평가방법(KS F 8414) 고찰

가. 제정의 배경

급증하는 고층건물의 화재사고를 통해 외벽 마감재로 인한 화재 확대 위험성을 경험적으로 확인하여 ‘건축물 마감재료의 난연성능 및 화재 확산 방지구조 기준(국토교통부 고시)’을 제정하여 외벽 마감재에 대한 기준을 강화하였다. 그러나 법령만 제정되었을 뿐 이를 평가하기 위한 실질적인 시험방법은 미비한 실정이었다. 이에 2019년 건축물의 외벽 마감재에 대한 실규모 화재위험성 평가를 위한 시험방법으로 한국산업표준 KS F 8414가 제정되었으나, 이 또한 임의 표준으로 법적인 강제성 없이 현재까지도 시편단위 시험에 머물러 있어 실질적이면서 보다 정량적인 화재위험성의 평가에는 어려움이 있다.

따라서 2021년 3월 국토교통부는 건축물의 화재안전 강화를 위해 외벽 마감재료 또는 단열재가 두 가지 이상의 재료로 제작된 외벽 마감재료는 각 재료에 대해 성능기준을 적용토록 규정을 강화하고, 복합자재 및 두 가지 이상의 재료로 제작된 외벽 마감재료는 실대형 성능시험을 통해 추가로 화재 확산 방지 성능을 판단하고자 ｢건축물 마감재료의 난연성능 및 화재 확산 방지구조 기준｣ 일부개정고시(안) 행정예고 중에 있다.

나. 시험 장치 및 방법

KS F 8414는 BS 8414-1,2 통합하여 만든 한국산업표준으로 건축물의 비내력 외부 마감 시스템의 화재 성능을 평가하기 위한 시험방법으로 시험장치는 바탕벽에 따라 콘크리트재 바탕벽과 강재 철골 구조로 구분된다. 시험 장치는 그림 2에 나타낸 바와 같이 화재실인 연소실과 개구부, 그리고 분출 된 화염에 노출되는 외부 바탕벽으로 구성 되어있다. 모든 시험 장치는 수직의 주벽과 측벽이 ‘ㄱ자 형태’로 이루어져야 한다. 주벽면 하단에 연소실을 배치하여 화재시 개구부를 통하여 분출되는 화염으로 인한 외벽 마감재의 화재 확산을 재현하여 상층부로의 화재 전파 또는 화재로 인한 시스템 전반에 발생되는 손상을 평가한다.

시험장치는 실대형 시험에 적합한 사이즈로 주벽이 폭 2,600mm 이상, 높이 8,000mm 이상이어야 하며, 측벽은 폭 1,500mm에 주벽과 같은 높이로 직각을 이루어 설치하여야 한다. 연소실은 가로 2,000mm × 세로 2,000mm의 개구부를 가진 구획실에 가로 1,500mm × 세로 1,000mm × 높이 1,000mm의 목재 크리브를 설치하여 열원으로 사용한다. 이 열원은 30분 동안 최대 3MW의 열을 방출하여 외벽 마감재를 가열하게 된다.

다. 외벽 마감재료 화재안전성 판정기준

국토교통부의 행정예고에 따르면 외벽 마감재료를 구성하는 재료 전체를 하나로 보아 한국산업표준 KS F 8414에 따른 시험 결과가 다음의 두 가지 기준에 적합하여야 한다.

① 외부 화재 확산 성능 평가: 시험체 온도는 시작 시간을 기준으로 15분 이내에 레벨 2(시험체 개구부 상부로부터 위로 5m 떨어진 위치)의 외부 열전대 어느 한 지점에서 30초 동안 600℃를 초과하지 않을 것

② 내부 화재 확산 성능 평가: 시험체 온도는 시작 시간을 기준으로 15분 이내에 레벨 2(시험체 개구부 상부로부터 위로 5m 떨어진 위치)의 내부 열전대 어느 한 지점에서 30초 동안 600℃를 초과하지 않을 것

이는 외벽 마감 시스템의 수직·수평·내부 화염확산에 대해 열전대로부터 계측된 온도 데이터만을 활용하여 화재안전성을 판정하는 것으로, 화염확산에 다양한 경우의 수를 가진 외벽 마감 시스템에 대한 종합적인 화재안전성 판정에는 한계가 있을 것으로 판단된다.

3. 외벽 마감재 화재안전성에 대한 국외 기준 고찰

현재 유럽에서는 [그림 3]과 같이 각 국가별로 총 12개의 서로 다른 시험방법을 활용하여 외벽 마감재에 대한 화재안전성을 평가하고 있다. 4개의 시험방법(PN-B-02867, DIN 4102-20, ÖNORM B 3800-5, ISO 13785-1)은 중규모 시험이며, 나머지 8개는 실대형 시험이다. 또한 각기 다른 화재시나리오에 따른 시험방법을 사용하기 때문에 평가항목도 상이하다. 외벽 마감재의 성능 판정기준으로 고려하고 있는 항목으로는 외벽면 및 내부에서의 화재 확산이나, 연소실에서 외벽면 통한 다른 실로의 화재확산, 낙하하는 부품 및 불티, 훈소 등이 있다. 외벽 마감 시스템에서 발생할 수 있는 다양한 화재 상황을 고려하여 상하층부로의 화염확산을 평가 가능하도록 판정항목을 설정하고 있다.

<표 1>은 외벽 마감재에 대한 국외 시험방법의 화재안전성능 평가항목을 국가별로 정리한 것이다. 수직·수평·내부 화염확산을 기본으로 하여 상부층 바닥면과 외벽면의 접합부, 훈소, 낙하물, 열 및 연기 등을 평가항목으로 제시하고 있다. 국내의 경우 영국의 BS 8414를 기반으로 표준을 제정하였기 때문에 평가항목 또한 동일하며, 헝가리와 스웨덴 등의 국외 기준들과 비교하였을 때 단순히 온도를 통한 화염확산만을 평가하고 있어 외벽 마감 시스템의 다양한 화재확산 상황에 대한 평가에 한계가 있을 것으로 생각된다.

4. 맺음말

현재 국토교통부에서 행정예고 중인 ｢건축물 마감재료의 난연성능 및 화재 확산 방지구조 기준｣ 일부개정고시(안)에 제시된 외벽 마감재에 대한 실대형 시험방법인 KS F 8414에 대해 고찰하고 국외 시험방법 및 화재안전성능 판정기준에 대하여 분석하여 국내와의 차이점을 확인하였다.

국내의 경우 기존 시편단위의 재료 시험에서 벗어나 실대형 시험을 통한 외벽 마감재의 화재안전성평가로의 전환은 반드시 필요한 절차이며, 이번 법 개정을 통해 국가차원의 건축물 화재안전성 확보를 위한 첫걸음을 내딛었다고 판단된다.

그러나 국내는 화재안전성 판정기준이 온도에 따른 화재확산만을 평가항목으로 제안하고 있는 반면, 다른 나라의 경우 외벽 마감 시스템에서 발생할 수 있는 화재확산 시나리오를 반영한 평가항목을 설정하여 보다 강화된 화재안전 성능기준을 규정하고 있는 것으로 확인됐다.

따라서 향후 국내 외벽 마감재 제조사별 다양한 조건에서의 실대형 시험을 통해 국내 산업계 시험 데이터베이스를 구축하고 이를 통한 외벽 마감 시스템의 다양한 화재확산 시나리오를 설정하여 보다 면밀한 판정기준으로 개선이 필요할 것으로 사료된다.