Firestop에 내진성능이 중요한 이유는 무엇일까요?

건물의 수명 주기 동안, 건축물의 진동(움직임)은 내화벽체를 관통하는 관통재(배관, 트레이 등)을 지지하는 서포트를 통하여Firestop시공부위에 전달될 수 있습니다. Firesetop 마감부위에 대한 진동과 충격은 제품의 성능에 영향을 줄수 있기 때문에 그 대안을 고려해야 합니다.

International Building Code는 ASTM E814 또는 UL 1479 표준에 따라 관통부 내화를 위한 화재 테스트 시스템을 요구합니다. UL 1479/ASTM E814 테스트 표준에는 "노출되지 않은 쪽 면의 관통부품의 확장된 부분은 금속 받침대(rack)에 의해 기계적으로 지지되고 2개 이하 지점에서 고정되어야 합니다." 라고 명시되어 있습니다. UL(Underwriters Laboratories) 목록에 따르면 배관, 케이블 또는 모든 유형의 관통부  시스템과 같은 모든 관통제는 관통 또는 방화의 움직임이 없도록 단단히 지지되어야 합니다. 견고하게 지지된 방화 시스템은 하중을 전달하지 않거나, 관통되는 물체의 무게를 지탱하지 않으며, 관통부는 지지 시스템에 의해 제자리에 단단히 고정되어 움직임을 최소화합니다. 따라서 코드에 규범적 시스템이 필요한 경우, Firestop시공에 영향을 주는 움직임이 없다고 가정하고 있습니다.

그러나, 건물의 수명 주기 동안 화재가 멈추면서 움직임이 발생하는 특정 조건이 있을 수 있습니다. 예를 들어 장기간에 걸친 장비의 기계적 진동 또는 시스템의 열 영향으로 인한 팽창 및 수축이 있습니다. 슬래브 처짐, 기계적 힘, 충격 및 수격(water hammer) 현상은 폭발, 강풍, 기계 시스템, 바닥 처짐 또는 잠재적인 지진과 같은 상황으로 인해 건물 수명 동안 발생할 수도 있습니다. 하지만 화재 전 진동에 노출된 방화 시스템은 파손이 발생했을 가능성이 있어 실제 화재 발생 시 의도한 대로 작동하지 않을 수 있습니다.

ASTM E3037은 관통 내화 시스템의 상대적 내진 성능을 측정을 위한 표준 테스트 방법로 Firestop 시스템에 진동 등 움직임이 가해졌을 때 Firestop시스템이 내화성능을 유지하는지 검증하기 위하여  2016년 11월에 처음 발행되었습니다.

새로운 UL 인증은 어떻게 확립되었습니까?

UL의 시험기준은 다변화된 산업의 요구를 수용하고 궁극적으로 생명에 대한 안전을 개선하기 위해 지속적으로 개발 및 발표되고 있다. 건축물의 움직임에 대한 시험기준의 발전과정은 건축물의 생애주기 동안 발생하고 결과적으로 Firestop 시공부위에서 변위가 발생할 수 있다는 것을 이해하는 설계자, 엔지니어, 건축가 및 발주처와 함께 시작되었습니다. Hilti를 포함한 화재전문가들과 리더들은 화재 시나리오에서 의도한대로 진동을 견딜 수 있는 우수한 Firestop시스템이 현장에 시공되기를 바라면서 이 기준의 필요성이 요구되었습니다.

여러 피드백과 다양한 이해당사자가 참여하는 합의과정을 통하여 ASTM E3037 내진성능을 확인하는 Firestop 시스템의 표준이 개발되었습니다. 이번에 발행된 새로운 시험기준은 방화구획 내에서 Firestop시스템이 내진성능에 효과적으로 견디는지 확인하기 위하여 지속적으로 움직이는 정도를 평가할 수 있게 되었습니다. 이 기준은 사이클링 시험장치를 통하여 특정 진폭과 시퀀스를 통하여 진동을 구현하여, Firestop 시스템 내진성능에 대한 시험 기준을 제공하고 있습니다. 샘플은 관통부에 평행한 Z방향과 관통부에 수직인 Y방향의 두 방향으로 시험합니다. (그림1)

그림 1: “진동 시험을 위한 시험체의 단순한 예시”* 

*Reference: ASTM E3037-20, FIG. 1

기준이 제정되고 신규 인증프로그램을 준비하는 것은 무엇보다도 중요했습니다. 그래서 UL과 같은 우수한 3rd party 인증기관로부터 Firestop 제조사는 내진성능에 대한 성능을 검증 받을 수 있게 되었습니다. 이는 UL과 Hilti에 의해 주도된 산업전반의 긴 협력 덕분이며, Hilti는 이러한 인증프로그램을 개발하기 위한 노력에 전문가의 조언, 시험 및 연구에 기여하였습니다.

건축물에서 발생하는 진동은 Firestop 제품에 어떤 영향을 줄까요?

UL은 2019년 12월에 관통부에서 성능평가를     목적으로 하는 M-rating 대한 인증 프로그램을 발표했습니다. 이는 설계자, 건축가, 엔지니어 및 발주처가 관통부재의 움직임이 예상될 때 사용할 수 있는 Firestop 시스템에 관한 것이라 볼 수 있습니다. 이러한 시스템들은 운동방향, 파이프의 유형과 직경, 방화 실런트의 깊이가 관련되어 Firestop 시스템이 결정될 수 있습니다.

시스템은 위에서 설명한 ASTM E3037에 따라 특정 거리에서 특정횟수의 진동을 반복하여 시험 합니다. 그 관통부의 길이방향 또는 수직방향으로의 움직임을 예측하여 건축물의 생애주기동안 발생가능한 움직임을 시험하는 것이 목적입니다. 각 사이클과 거리는 요구되는 최대 내진성능이 달성될 때까지 검증하며, 그 이후 내화성능을 검증을 위한 UL1479/ASTM E814를 시험을 진행한다. 이는 향후 건축물 내에 움직임이 예상되는 부분의 방화구획 내 Firestop시스템이 화재가 발생했을 때 올바른 역할을 하는데 중요한 테스트가 되고 있습니다. 특히 Firestop시스템은 움직임에 대한 검증만으로 현장에 적용되거나 인증을 받을 수 없기 때문에, 진동시험 이후 내화테스트도  동시에 받아야 합니다. 이 내화시험은 요구되는 내화 등급(시간)에 도달하게되면 마무리됩니다. 이를 통하여 Firestop시스템은 화재등급 뿐만 아니라 M 등급에 대한 인증도 동시에 갖추게 되어 건축물의 움직임에 대응할 수 있게 되었습니다.

이러한 결과는 화재 발생 시 의도한대로 수행하는 동안 방화시스템이 수용가능한 거동의 횟수를 수량화 합니다. 해당 기준은 그림2에 나와있는 관통부와 평행한 방향, 그림3에 나와있는 관통부에 수직방향, 그리고 Z방향에서 움직임에 의한 변위를 4방향으로 기록됩니다.  Y방향에 대한 이동 범위는 원형공간의 5%, 25%, 50%, 100% Z방향의 경우 25”, 5”, 1”, 3.21” 입니다.

Figure 2: 축방향 거동 테스트

Figure 3: 수직방향 거동 테스트

신축성능에 대한 요구사항을 어떻게 명시할 수 있을까요?

이제 움직임이 예상되는 지점에 대한 대응할 수 있기 때문에 기대되는 점은 관련 산업의 발전입니다. 공기누출과 같은 L등급, 내수성과 같은 W등급 과 같은 방화시스템의 다른 추가적인 속성에 대하여 M등급에 포함될 수 있게 되었습니다. 이러한 등급시스템안에서, 변위에 대한 기준은 명시될 수 있고 이러한 변위가 허용범위 안에서 발생된다면 Firestop 시스템은 설계대로 작동된다고 기대할 수 있습니다. L, W, M과 같이 그림4에 예시가 표현되어 있습니다. 표1의 예제들은 특정 M-등급의 성능을 나타냅니다. 

Figure 4: M등급과 관련된 방화시스템의 발췌본*

*Reference UL System No. F-A-2054, Table 2

Table 1: F-A-2054 System , M-등급 테이블 * 

*Reference UL System No. F-A-2054, Table 2

M등급은 규범적 코드 내에 있지 않기 때문에 현재 단순하게 명시 되어있는 요구사항이라는 점에 유의해야 합니다. 그러나, 설계자, 엔지니어 및 건축가는 그들의 도면에 M등급을 반영할 수 있습니다. 설계하는 동안 그들은 과도한 장비의 진동, 열적 팽창, 슬래브의 처짐 등과 같은 특정 상황에서 신축성능에 대하여 이해하고 M-rating에 대한 적극적인 적용이 필요합니다.

다양항 상황에서 이러한 정보를 기초로 Hilti는 특정상황에서 예상되는 움직임을 수용 가능한 M등급의 Firestop시스템을 제공할 수 있습니다. 움직임이 필요한 시스템의 경우 설계자는 요구되는 최소한의 움직임을 제품 스펙에 포함시킬 수 있으며, 계약자는 이 정보를 활용하여 Firestop 시스템을 선택할 수 있습니다. 

설계자는 움직임이 예상되거나 요구되는 특정 상황에서 M등급의 범위를 명시할 수 있습니다. 스펙을 할때 그들은 M등급의 요구사항과 ASTM E3037에서 시험됨을 참고표시 할 수 있고, M등급이 나열된 Firestop시스템의 일람표도 도면 및 스펙에 포함될 수 있습니다. M등급에 나와있는 방화재의 디테일 또한 도면에 포함될 수 있습니다. 관통부의 거동에 의한 리스크를 줄이는 혁신적인 방화시스템을 스펙하는 것에 의하여 설계자들은 거동에 대한 적절한 설계를 도울 수 있습니다. 예를들어, 몇몇 방화재는 표3에 나와있는 몇몇 실란트의 거동능력인 5%와 비교하여 표2에 나와있듯이 100%까지 허용합니다.

 

Table 2: 신축성을 위한 방화 솔루션의 시험결과  - 방화재*

*표는 단지 비교를 위한 참고정보만을 포함합니다. 전체 시스템의 세부사항, 요구사항과 가장 최근의 정보를 확인하고 싶다면 리스트를 확인하시기 바랍니다.

Table 3: 신축성을 위한 방화솔루션의 시험결과 – 실란트

* 표는 단지 비교를 위한 참고정보만을 포함합니다. 전체 시스템의 세부사항, 요구사항과 가장 최근의 정보를 확인하고 싶다면 리스트를 확인하시기 바랍니다.

Hilti Firestop시스템의 신축성능

HILTI는 가장 최근의 산업 기준에 따라서 다양한 제품관련 테스트를 수행하여 왔습니다. 그 결과로, 우리는 신축성에 대하여 새롭게 제정된 UL에서 인증받은 방화 시스템의 레퍼런스를 제공할 수 있습니다. (M등급. 이러한 노력을 통하여 우리는 건축물의 성능향상과 삶의 안전을 돕고자 하는 우리의 궁극적인 목적을 달성하도록 노력할 것입니다.)

UL에서 인증받은 8가지 M등급으로 시장에 선구자가 되는 것은 우리에게 중요합니다. 건축물에서 안전성은 의도된 방화 시스템의 수행능력에 의존합니다. 힐티는 가장 최신의 산업기준에 의한 방화시스템을 시험하고 발전시키는 것을 통하여 건축물의 생애주기에서 안전성을 지속적으로 향상시키는데 전념하고 있습니다. HILTI는 새로운 신축성능에 대한 기준과 인증프로그램을 강화하기 위한 계획을 지속적으로 하여 UL, ASTM 과 같은 유관기관들과 지속적으로 협력하고 있습니다. 

HILTI는 신축성과 관련이 있는 특성상황에서의 설계에 이용가능한 몇몇 제품들과 시스템은 보유하고 있습니다. Hilti는 FS-ONE MAX와 같은 실란트, CP653 또는 CFS-BL 방화블럭(그림5에 나와있는)과 같은 다양한 제품들을 성공적으로 테스트 하였으며 인증을 받았습니다. 

Figure 5: 신축성 테스트를 위한 방화 솔루션의 제품군

신축성의 기준과 시험을 통하여 우리는 전통적인 실란트 시스템보다 drop-in 제품군, cast-in 제품군, Speed sleeve 제품 군이 신축성능에 우수한 성능을 발휘한다고 확인하였습니다. 이러한 제품군들은 일반적으로 기준이 설정한 한계치를 초과하기때문에 신축성이 중요한 Firestop시스템의 경우 Pre-formed 제품군이 추천됩니다. 

Hilti Firestop 페이지를 방문하시면 신축성과 관련된 인증을 보유하고 있는 여러 제품들의 확인할 수 있습니다. 다른 질문이 있는 경우 https://ask.hilti.co.kr/를 방문하시거나 Hilti 기술부 또는 고객상담부로 연락을 주시기 바랍니다. 

신축성에 견디는 시험된 관통부 Firestop 시스템에 관하여 더 많은 정보가 필요하신 경우 아래의 사이트를 방문하여 주시기 바랍니다.

방화재 - Hilti 한국