한국건설기술연구원(원장 김병석)이 단열성능이 좋으면서 화재에도 강한 세계 최고 수준의 건물 외벽 시공법을 개발했다고 11월 30일 밝혔다.

현재 온실가스 감축을 위해 건물에 대한 단열성능 기준이 날로 강화됨에 따라 드라이비트(건물 외벽에 가연성 단열재 등을 설치한 후 그물과 모르타르로 덮는 공법으로, 시공이 간편하나 화재에 매우 취약) 등 외단열 공법에 의한 시공이 증가하고 있다. 

특히 고층이나 초고층 건물을 위한 외벽 시공법으로 시공이 쉽고 외관이 수려하다는 장점이 있는 금속복합패널이 흔히 사용되고 있다.

그러나 기존 공법에서는 건물 외벽과 마감재 사이에 존재하는 공간 때문에, 실내의 따뜻한 공기나 열기가 건물 구조체를 타고 빠져나가는 현상인 열교현상(Heat bridge)으로 인해 열 손실이 흔히 발생했다. 

또한, 고층 건물 내에서 발생하는 강한 공기가 수직으로 상승하거나 하강하여 나타나는 연돌효과(Stack effect) 때문에, 고층 건물에서의 화재가 급격하게 수직으로 확산됐다.

2020년 10월 화재가 발생한 울산의 33층 주상복합 아파트에는 단열재로 불에 타지 않는 불연재가 적용되었고 금속복합패널로 마감하였음에도 불구하고 3층에서 시작된 불은 순식간에 꼭대기까지 번졌다. 

개발 공법 개요

개발된 기술은 비어있던 기존 공간을 단열기능과 난연기능의 소재로 채움으로써 열 손실을 효과적으로 줄일 수 있을 뿐만 아니라 화재확산을 근본적으로 차단할 수 있는 새로운 건물 외벽 구조 및 공법이다. 에너지 절약과 화재안전 성능 향상이라는 두 가지 효과를 동시에 기대할 수 있다. 건설연 화재안전연구소(팀장 이태원 박사)에서는 이와 같은 문제점을 개선하고자, 단열재를 부착한 단위 금속복합패널 모듈로 시공하되, 이들 모듈들 사이의 연결부에 존재하는 중공층(시공 과정에서 발생하는 건축 벽체 내부의 비는 공기층)을 단열성 및 난연성 소재로 보강했다. 

성능 검증 결과 연천, 파주 등과 같은 국내 중부 1 지역의 주거용 건물 단열성능 기준치(열관류율 0.15W/㎡·K)를 능가하는 0.147W/㎡·K 수준의 단열성능을 확인했다. 또한, 화성에 위치한 건설연 화재안전연구소에서 실규모 화재 실험을 실시하여, 화재확산 방지에 대한 성능을 검증했다. 그 결과 화재 확산 지연시간의 경우 중공층을 채우지 않은 기존의 드라이비트 또는 알루미늄복합패널 공법과 비교했을 때 기존 5분에서 23분으로 4배 이상 긴 시간을 확보하여, 화재 사고의 골든타임을 확보했다. 

한편 세계 유일의 건물 외벽시스템 실규모 화재안전시험인 BS 8414 Test 인증기관인 BRE(Building Research Establishment, 영국건축연구소)와 교차평가를 실시하였다. 개발된 공법은 국제기준 15분을 초과하는 21분으로 국제 인증기관에서도 성능을 확인했다. 

김병석 원장은 “경제적이고 화재에 안전한 건물 외벽공법의 적용을 통해 에너지 소비절약과 온실가스 감축은 물론 화재로부터 국민의 생명과 재산을 지키는 데 크게 기여할 것”이라고 밝혔다.

이번 성과는 행정안전부에서 주관한 2021 재난안전 논문공모전에서 대상으로 선정되어(화재안전과 단열성능을 동시에 만족하는 건물 외벽시스템 개발) 오는 12월 2일 수상 예정이며, 과학기술정보통신부의 지원을 받아 건설연 주요사업 ‘화재안전 및 단열 성능 동시 확보 건물 외벽시스템 개발(2019~2021)”로 수행됐다.