한국건설기술연구원 화재안전연구소 안재권 수석연구원은 KICTzine 9/10월호에서 건축용 샌드위치 패널 내화벽체의 기술 현황을 소개했다. 이에 본지는 안재권 수석연구원의 협조를 받아 기고문을 게재한다. [편집자 주]

◇ 건축용 샌드위치 패널의 특징

샌드위치 패널은 창고 및 공장 건축물에 주로 사용되는 대표적인 건축자재로 단열성, 차음성 등의 기본적인 건축물 성능 요건을 확보하기 용이할 뿐만 아니라 경제성이나 시공 편의성이 우수하기 때문에 국내에서 광범위하게 적용되어 왔다. 

샌드위치 패널은 외피를 이루는 두 개의 표면 마감재 사이에 심재를 끼워 넣는 샌드위치 형태의 복합자재로서 표면 마감재로는 강판, 플라스틱판, 알루미늄판, 스테인리스판 등이 활용될 수 있으나, 벽체나 지붕으로 쓰일 경우 장기간 외기에 노출될 수밖에 없기 때문에 내부식성 아연도금 후 표면을 도장한 아연도금강판이 주로 사용되고 있다. 

심재는 주로 보드 형태의 단열재들이 쓰이게 되는데 크게 유기질 심재와 무기질 심재로 구분된다. 

유기질 심재의 경우 발포폴리스티렌(Expanded Poly- Styrene, 이하 스티로폼)과 우레탄(Urethane), 무기질 심재의 경우 그라스울(Glass Wool)과 미네랄울(Mineral Wool)이 대표적이다. 

스티로폼 패널은 유기화합물로부터 추출한 합성수지를 비드(Bead) 형태로 발포한 단열재를 심재로 사용하며 소위 ‘EPS 패널’로 많이 불린다. 

가격이 저렴해 경제성이 높고 무게가 가벼워 시공성이 좋지만 화재 성능은 매우 취약해 화재 관련 법령의 제약이 없는 소규모 건물 등에 주로 사용한다. 

‘난연 EPS 패널’은 기존 스티로폼 단열재에 유색 난연제를 코팅해 화재 성능을 보완한 제품으로 활용성이 좋아 국내 시장점유율이 높지만 유기화합물 특성상 우수한 화재 성능을 기대하기는 여전히 어렵다는 단점이 있다. 

우레탄 패널은 폴리올(Polyol)과 이소시아네이트(Isocyanate)라는 두 화학물질을 혼합하여 고밀도로 발포한 단열재로, 혼합비에 따라 비난연성인 PUR과 난연성인 PIR로 구분하며 심재는 옅은 노란색으로 단열성능이 좋아 고효율 단열이 필요한 장소나 냉동창고 등에 주로 사용한다. 

최근 사용량이 증가해왔었으나 연소 시 일산화탄소(CO)나 시안화수소(HCN)와 같은 유독가스가 다량 발생한다는 단점이 있다.

그라스울 패널은 무기질인 유리를 고온으로 용융하여 실과 유사한 섬유 형태로 추출하고 솜과 같이 겹겹이 쌓은 단열재를 심재로 사용한다. 

화재 성능이 우수하여 일정 면적 이상의 건물이나 높은 화재 성능이 필요한 부위에 주로 사용되지만, 무겁고 피부 자극 등이 있을 수 있어 시공성이 좋지 않다. 

미네랄울 패널은 무기질인 광물을 고온으로 용융하여 그라스울과 마찬가지로 솜 형태로 만든 단열재를 심재로 사용한다. 심재는 진한 갈색으로 상당히 뛰어난 화재성능을 가지고 있기 때문에 화재 발생 시 고열량이 발생하는 위험물 저장소나 플랜트에 주로 사용되어 왔다.

무게가 무거워 시공성이 좋지 않으며 국내 시장에서 요구가 많지 않아 제조업체가 거의 없다 보니 그동안은 현장 적용이 제한적이었다.

◇ 제도 및 시장 변화 

잘 알려져 있듯이 국내 샌드위치 패널 건축물 시공은 가격이 저렴하고 무게가 가벼워 시공성이 좋은 스티로폼 패널이나 우레탄 패널과 같은 유기질 샌드위치 패널이 시장의 대부분을 차지하고 있었다. 

그러나 화재에 취약한 재료의 특성상 화재 발생 시 대형 화재로 확산되어 막대한 인명 또는 재산 피해를 입는 사례가 최근까지도 빈번하게 이어지고 있다. 

1999년 씨랜드 청소년 수련원 화재로 23명의 사망자가 발생하면서 가연성 샌드위치 패널에 대한 화재 위험성이 사회적 이슈가 되었으며 2008년 이천 냉동창고 화재에서는 50여 명의 사상자(사망 40명)와 15대의 차량이 전소되는 등 대규모 재산 피해가 발생하였다. 

특히 작년 발생한 이천 물류창고 화재는 샌드위치 패널의 화재위험성이 다시 한번 부각되는 계기가 되었으며 관련 법·제도 변화에 따라 시장에 적지 않은 영향을 끼칠 것으로 예상된다.

먼저 그동안 내화구조를 중심으로만 적용해오던 품질인정제도가 올 해 하반기부터는 방화문 및 방화셔터와 같은 방화구획용 건축자재와 샌드위치 패널에도 순차적으로 도입될 예정이다. 

또한 샌드위치 패널의 난연성능 시험 방식이 그동안 복합자재(철판+단열재+철판)의 샘플 단위를 대상으로 해왔던 것에서 완성품은 실물 화재 시험으로 성능을 평가하고, 심재는 무기질 단열재를 사용하거나 철판을 떼어낸 심재 자체로만 난연성능을 평가하도록 변경되었다. 

일반적인 유기 단열재의 경우 단열재 자체로 난연 성능을 시험하면 성능 기준을 만족하기 어렵기 때문에 향후 무기질 패널 시장이 확대될 것으로 전망된다.

다만, 급증할 것으로 예상되는 무기질 심재를 활용한 샌드위치 패널의 수요를 국내 제조사들이 빠르게 대응하기는 쉽지 않을 것으로 예상되며 당분간 무기질 심재, 특히 그라스울 샌드위치 패널의 공급 부족 사태가 생길 수 있는 우려도 있다. 

또 다른 무기질 계열인 미네랄울 심재의 경우 아직은 국내에서 제품 개발이나 생산이 활발하지 않기 때문에 미네랄울 샌드위치 패널의 개발 및 면밀한 성능 검증, 그라스울 대비 적절한 차별성 확보를 통해 시장 진입을 넓혀나갈 기회가 될 수도 있다.

◇ 건축용 샌드위치 패널 내화벽체의 기술 개발 동향

샌드위치 패널을 내화벽체에 적용할 경우에는 건축물의 용도 및 층수(혹은 높이)에 따라 규정되는 내화성능 기준을 충족하는 것이 필수적이다. 

공장 혹은 창고 건축물의 벽체에 소요되는 내화성능은 최소 0.5시간 이상(12층/높이 50m 이하)에서 최대 1.5시간(12층/높이 50m 초과)이다. 

실제 샌드위치 패널 내화벽체가 적용될만한 대부분의 공장 혹은 창고 건축물의 규모를 고려하면 기본적으로는 1시간 내화성능(연소 우려가 있는 외벽과 칸막이 및 승강기·계단실의 수직 내벽 대상)을 달성하는 것으로 충분하지만, 최근 건설되는 일부 대형 공장 건축물의 경우 1.5시간의 내화성능 달성이 필요한 경우도 있다.

내화벽체의 경우 내화구조에 포함되어 있으므로 이미 인정제도를 통해 관리되어 왔으며, 대부분 그라스울을 심재로 하여 최소 30분에서 최대 2시간 내화구조 성능인정을 받고 있는 것이 확인된다. 

그동안의 기술적인 변화를 살펴보면 기존에는 샌드위치 패널 간 결착부에 리벳을 치거나 세라크울을 통해 화재확산 방지 성능을 확보해 왔던 것에 비해 최근에는 패널간 화재 확산 방지재로 발포 패드나 발포 테이프를 활용하여 리벳의 개수를 줄이거나 소위 ‘무리벳’으로 처리하고자 노력하는 것이 특징이다. 

더불어 그라스울 혹은 미네랄울 심재의 단부 형태도 굴곡 성형 처리해 화재 확산 방지에 최적화 되도록 하는 구조가 국내외에서 일부 개발되고 있음이 확인된다. 

미네랄울 샌드위치 패널의 경우에는 난연성능에서는 그라스울 패널과 동일한 준불연 재료이나 일반적으로 내화성능이 그라스울 패널보다 우수하다고 알려져 있기 때문에 이를 활용할 경우 무리벳 샌드위치 패널 내화벽체의 달성 가능성이 충분한 것으로 기대되기도 한다. 

특히 이를 통해 현장 리벳 작업을 생략할 수만 있으면 20% 가량의 시공 시간 및 비용 절감이 가능한 것으로 알려져 있다.

앞서 언급하였듯이 샌드위치 패널의 성능 시험 방식 변경을 포함한 다양한 제도 변화에 따라 관련 시장 상황도 급속도로 재편될 것이 자명하다. 

변화하는 시장 상황에서 신뢰성 있는 화재안전성능을 갖춘 샌드위치 패널 내화벽체의 개발을 위한 다양한 고민이 필요한 시점으로 사료된다. 

[참고자료] 
· 국토교통부 (2021) 건축물의 피난·방화구조 등의 기준에 관한 규칙.
· 국토교통부 (2021) 건축법.
· 한국표준협회 (2019) KS F 2257-1: 건축 부재의 내화 시험 방법-일반 요구사항.
· 한국표준협회 (2020) KS F 2257-8: 건축 부재의 내화 시험 방법-수직 비내력 구획 부재의 성능 조건.