I. 서 론
2022년 8월 발생한 이천 관고동 소재 학산 병원 건물 화재는 병원 2층의 철거 작업 중 전기 단락으로 인해 화재가 발생하였으며, 화재로 인해 발생한 연기가 창문과 천장사이 빈틈을 통해 3층 병원의 투석실 등으로 확산되었다. 확산된 연기 등으로 인해 5이 사망하고 42명이 연기를 흡입하는 부상을 입었다.[1] 일정 규모 이상의 건축물에는 건축물의 피난‧방화구조 등의 기준에 관한 규칙에 따라 화재 발생시 화염과 연기 확산을 방지하기 위한 내화구조 도입과 방화구획을 설치하도록 하고 있으며, 기계, 전기 설비 설치 등으로 인해 발생하는 방화구획 관통부에는 내화채움구조를 밀실하게 설치하여 화재시 연기 등이 인접 공간으로 확산되지 않도록 하여야 한다.
건축물의 피난·방화구조 등의 기준에 관한 규칙 제14조 방화구획의 설치기준 ②항의 2에서는 “외벽과 바닥 사이에 틈이 생긴 때나 급수관·배전관 그 밖의 관이 방화구획으로 되어 있는 부분을 관통하는 경우 그로 인하여 방화구획에 틈이 생긴 때에는 그 틈을 별표 1 제1호에 따른 내화시간(내화채움성능이 인정된 구조로 메워지는 구성 부재에 적용되는 내화시간을 말한다)이상 견딜 수 있는 내화채움성능이 인정된 구조로 메울 것” 으로 규정하고 있다.
방화구획 관통부는 배관, 덕트, 전선관 등의 설치를 위해 반드시 필요하며, 시공시 밀실한 시공이 되었는지 확인하는 방안과 건축물 사용시 훼손 또는 열화될 수 있어 유지관리에서 각각의 내화채움구조가 건전하게 유지되는지 확인하기 위한 점검 방안이 필요하다.
현재까지의 내화채움구조 점검은 외부 육안 점검 또는 내화채움구조를 개방하여 확인하고 있으나, 다시 시공하여야 한다는 어려움이 있다. 내화채움구조를 개방하지 않고 점검하는 방안으로 공기누설량, 온도분포 등을 활용할 수 있지만, 현장에서의 신속하게 빠른 점검을 고려하면 한계가 있다.
차음성능의 경우 내화채움구조로 구획되는 두 공간의 한 쪽에서 소리를 발생시키고 반대쪽에서 전달되는 음향 특성을 측정하면 손쉬운 측정이 가능하다. KS F ISO 10140-1[2] 부속서 J에는 창호 등의 틈새 너비 변화에 따라 250 Hz 이상 대역의 차음성능이 변화되는 현상을 제시하고 있으며, 창호, 문 등의 틈새로 인한 차음성능 저하를 보완하기 위한 실링재의 차음성능 측정 방법도 표준화되어 있다.
이천 화재와 같은 피해를 예방하기 위해서는 내화채움구조의 상태를 점검하는 것이 필요하지만, 내화채움구조를 뜯어보기 전에는 확인하는 방법이 없다. 내화채움구조의 시공과 유지 상태를 확인하기 위해 방화구획 관통부 내화채움구조를 통해 전달되는 공기전달음 특성을 이용하는 방법을 적용할 수 있다. 문과 문짝의 틈새로 전달되는 음향 누설 현장을 방지하기 위해 틈새를 고무 실링, 모 헤어 등으로 채우면 2 dB ~ 3 dB 개선되는 것으로 제시[3]하였다. 또한, 공동주택 다용도 실과 주방공간에 주로 적용하는 플러시 도어에서도 문턱 설치로 틈새 발생을 줄이면 차음성능이 1 dB ~ 5 dB 개선되는 것으로 보고하였다[4,5].
에어컨 내부에서 발생하는 소음이 에어컨 외부로 방사되는 것을 줄이기 위해 에어컨 캐비닛 파티션 두께를 증가시키고 틈새를 줄이면 고주파수 대역의 차음성능이 증가하는 것으로 나타났다.[6] 이와 같은 현상은 공동주택 발코니 창호에서도 나타났으며, 음향카메라를 적용하여 연구한 결과 틈새를 통해 주로 중고주파수 대역 소음이 유입되는 것으로 보고하였다.[7] 한옥의 외벽 기밀성능과 차음성능을 비교한 연구결과 개구부의 면적이 증가함에 따라 기밀성능과 차음성능 변화의 상관성이 높은 것으로 제시하였다.[8] 지하철 승강장 안전문의 경우도 안전문이 맞닫는 부위 등의 밀폐도를 향상시킴에 의해 철도차량 소음이 1 dB ~ 3 dB 낮게 전달되는 것으로 조사되었다.[9] 이와 같이, 틈새로 인한 차음성능 변화 연구는 주로 창호, 문, 벽체 등 공기전달음 차단성능 향상을 위해 수행되었다.
그렇지만, 동일한 현상이 방화구획 관통부의 내화채움구조에서도 발생할 수 있으므로 이와 같은 현상을 정의하고 활용하여 방화구획 관통부 내화채움구조 점검 방안을 연구하고자 한다. 이에 본 연구에서는 방화구획 관통부 내화채움구조의 차음성능 측정과 점검기술 개발 연구를 위해 구축한 전용 실험실에서 건축물에 가장 많이 사용하고 있는 13개 내화채움구조를 대상으로 하였다. 각 내화채움구조 시공 단계별로 주파수 대역별 차음성능 특성을 100 Hz ~ 20 kHz 대역에 대하여 측정하였고 동일한 대역에 대한 음향카메라로 내화채움구조를 통해 수음실로 전달되는 음향 에너지를 측정하여 비교하였다.
II. 방화구획 관통부 차음성능 측정
방화구획 관통부의 차음성능 측정은 건축물에서 가장 많이 사용되고 화재가 발생한 경우 연기 확산 경로가 될 수 있는 Table 1과 같은 13개의 방화구획 관통부를 대상으로 하였다. 각 방화구획의 시공 상태별 차음성능 변화를 조사하기 위해 방화구획을 적용하지 않은 조건부터 방화구획을 일부만 적용한 경우를 구성하여 각 세부 조건별로 총 55회 차음성능을 측정하였다. 측정 대상 13개 방화구획의 상세는 Fig. 1과 같다.
Table 1.
Fire proof filled structure.
방화구획 관통부의 차음성능 연구를 위해 Fig. 2와 같이 반사음이 낮고 외부 소음의 영향을 최소화한 별도의 실험실을 구성하였다. 실험실의 크기는 차음성능 실험을 위해 음원실은 약 4.5 m × 5.0 m × 3.0 m 크기로 하였으며, 수음실은 약 4.5 m × 4.5 m × 3.0 m 크기로 구성하였다. 바닥을 제외한 내부 벽과 천장면은 글라스 크로스가 부착된 50 mm 두께의 그라스울을 부착하여 반사음을 최소화 하였다. 음원실과 수음실 사이는 1 B 쌓기 조적벽체를 바닥과 천장면 하부까지 밀실하게 설치하고 양쪽 표면에 미장 마감하여 약 200 mm 두께로 하였다. 경계벽 내부에 13개 방화구획 관통부를 설치하기 위한 개구부를 설치하였으며, 각 관통부 실험시 다른 관통부의 영향을 최소화하기 위해 시험 대상이 아닌 관통부에는 그라스울을 충전하고 양쪽면에는 12 mm 두께의 내수합판으로 마감하였다. 이때, 공기전달음 차음성능은 Rw-52 dB로 평가되었으며, 중고주파수 대역의 차음성능은 최대 약 60 dB 이상으로 내화채움구조 연구에 활용가능한 수준으로 확인하였다.
방화구획 관통부 차음성능 측정시 음원은 무지향성 스피커(01DB, LS01)를 측정 대상 관통부 2 m 앞에 설치하였으며, 음원 발생은 100 Hz ~ 20 kHz 대역의 차음 성능 측정이 가능하도록 발생시켰다. 차음성능 측정은 정밀소음계 두 대(NTi, XL2, XL3)를 사용하여 측정 대상 방화구획 관통부 중앙부위에서 각각 1 m 떨어진 거리에서 동시에 측정하여 비교하였다. 차음성능 방법으로는 현장에서의 방화구획 점검을 고려하여 KS F ISO 10052의 간이 시험 방법을 바탕으로 설정하였다. 음원실과 수음실에서 각각 측정한 음압레벨을 바탕으로 주파수 대역별 실간 음압레벨차를 계산하여 비교하였다. 각 방화구획 관통부 별로 관통부재를 설치한 다음 방화구획 관통부 충전재를 적용하지 않은 조건과 일부만 시공한 조건별로 실간 음압레벨 차를 측정하여 비교하였다. 방화구획 관통부 차음성능 변화를 측정하기 위해 설치한 상태를 Fig. 3으로 정리하였다.
차음성능 측정과 동시에 방화구획 관통부로 투과되는 음향에너지를 음향카메라(SMI, BATCAM 2.0)를 사용하여 측정하였다. 음향카메라로 측정시 방화구획 관통부에서 가장 많은 음향에너지가 방사되는 위치를 표시하도록 설정하였다.
III. 방화구획 관통부 차음성능 측정 결과
3.1 공기전달음 측정 결과
3.1.1 배관 관통부
방화구획 관통부의 차음성능 측정결과는 100 Hz ~ 2 kHz 대역을 대상으로 측정하였다. 각 관통부 별로 시공 상태 조건별로 측정하여 주파수 대역별 실간 음압레벨차를 비교하였다. 13개 방화구획 관통부의 차음성능 측정 결과는 Figs. 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16과 같다.
PVC 배관 수직 관통부에 관한 실험은 채움재 1가지를 대상으로 충전구조를 적용하지 않은 경우(1-1)와 채움재만 시공한 경우(1-2), 채움재와 실란트를 모두 적용한 경우(1-3)에 대하여 측정하였다.
Fig. 4에서와 같이 채움재 적용에 의해 주파수 대역별 실간 음압레벨차(이후, 차음성능)가 크게 변화되는 것으로 나타났다. 채움재 적용 여부에 따라 250 Hz 이상 대역의 차음성능이 크게 차이 났으며, 2 kHz 이상 대역에서는 30 dB이상의 차음성능 차이가 발생하였고 20 kHz 대역까지 유지되었다. 채움재에 실란트를 적용한 경우(1-3) 일부 중고수 주파수 대역의 차음성능이 증가하였으나, 일부 주파수 대역에서는 그렇지 않았다.
Fig. 5는 PVC 배관 수평 관통부에 관한 실험결과이며, 채움재 2종류(채움재 1겹 : 2-2, 채움재 2겹 : 2-3)와 채움재 2에 실란트를 적용한 경우(2-4)를 비교하였다. 채움재 종류에 따라 400 Hz ~ 2 kHz 대역의 차음성능 차이가 발생하는 것을 확인할 수 있으며, 실란트 적용에 따라 차음성능 변화는 크지 않았다. 수직 관통부와 유사하게 250 Hz 이상 대역부터 채움재 영향이 나타났으며 약 2.5 kHz 이상 대역에서 차음성능 변화가 크게 나타났다.
Fig. 6은 PVC 배관에 일체형 고정구를 적용한 경우로 일체형 고정구 유(3-2)무(3-1)에 따른 변화만을 비교하였다. 500 Hz 이하 대역에서의 고정형 일체구에 의한 차음성능 변화는 매우 작았으며, 500 Hz 이상 대역에서 차음성능 차이가 나타났으며, 주파수 대역 증가에 따라 계속해서 차음성능 차이가 커지는 경향을 확인할 수 있다.
Fig. 7은 금속 배관 수직 관통부 실험결과로 채움재 1겹(4-2)에 실란트로 마감한 경우(4-3)에 대하여 측정하였다. 채움재만 적용한 경우와 채움재에 실란트로 마감한 경우의 차음성능은 매우 유사하게 나타났다. 채움재를 적용하지 않은 경우(4-1)의 차음성능은 250 Hz 이상 대역에서 낮게 나타났으며, 채움재 적용에 의해 주파수 대역 증가에 따라 차음성능도 함께 증가하는 것으로 나타났다.
Fig. 8은 금속 배관 수평 관통부에 관한 결과로 채음재 1겹(5-2)과 2겹(5-3)을 적용한 조건과 채움재 2겹에 실란트로 마감한 조건(5-4)의 차음성능을 비교하였다. 이 경우 채움재 적용 차이는 물론 채움재 2겹에 실란트로 마감한 경우의 차음성능이 모두 유사하였다. 채움재를 적용하지 않은 경우, PVC 배관 관통부, 금속관 수직 관통부와 유사하게 250 Hz 이상 대역에서 차음성능 차이가 크게 나타났다.
Fig. 9는 금속관에 일체형 고정구를 적용한 경우를 비교한 결과이다. 일체형 고정구는 관통부와 배관 사이 전체에 채움재를 적용하지 않는 형태로 채움재를 적용하는 채움구조에 비해 차음성능이 상대적으로 낮게 나타난 것으로 판단된다. 그렇지만, 일체형 고정구 적용에 따라 500 Hz 이상 대역에서의 차음성능 차이는 확인할 수 있다.
배관 관통부에 관한 차음성능 측정 결과 채움재에 의한 차음성능 영향이 가장 큰 것을 확인하였으며, 250 Hz 대역부터 차음성능 차이가 나타났다. 주파수 대역 증가에 따라 차음성능 차이가 증가하는 경향을 나타냈으며, 20 kHz 이상의 초음파 대역에서는 더욱 큰 차음성능 차이가 나타날 수 있다. 채움재를 적용하지 않는 일체형 고정구의 경우도 500 Hz 이상 대역에서 차음성능 차이가 나타났지만 차음성능 차이는 있는 것을 확인할 수 있다. 채움에 유무에 따른 주파수 대역별 차음성능 차이를 비교해 보면 채움재 적용에 의해 250 Hz ~ 500 Hz 대역의 차음성능이 상대적으로 높게 나타나는 경향을 확인할 수 있다.
3.1.2 벽, 바닥 조인트
Fig. 10은 바닥-바닥 선형 조인트에 관한 차음성능 측정 결과로, 채움재 1겹(7-2), 채움재 2겹(7-3)과 채움재 2겹에 퍼티 마감까지 한 경우(7-4)를 비교하였다. 실험을 위해 선형 조인트 길이는 2 m로 형성하였다. 배관 관통부에 비해 상대적으로 관통부의 면적이 넓어 채움재 적용에 따른 차음성능 차이가 더욱 크게 나타났으며, 주파수 대역에서도 100 Hz 이상 대역부터 차음성능 차이를 확인할 수 있다. 채움재 종류별 차음성능 차이도 나타났으며, 200 Hz ~ 6.3 kHz 대역에서 차음성능 차이가 있는 것을 확인할 수 있으며, 채움재를 2겹 적용한 경우의 차음성능이 더 우수하였다. 배관 관통부의 경우와 유사하게 주파수 대역이 증가에 따라 차음성능 차이도 증가하였다. 채움재에 퍼티까지 마감한 경우(7-4) 퍼티를 적용하지 않은 경우(7-3) 전반적이 차음특성은 유사하였으며, 500 Hz ~1 kHz 대역의 차음성능이 증가하는 것을 확인할 수 있다.
Fig. 11은 벽 선형 조인트에 관한 실험결과이며, 채움재 1겹(8-2), 채움재 2겹(8-3) 적용한 경우와 채움재 2겹에 퍼티 1겹(8-4)과 퍼티 2겹을 적용한 경우(8-5)를 비교하였다. Fig. 10에서와 같이 채움재 적용 정도에 따라 차음성능 차이가 나타나는 것을 확인할 수 있으며, 퍼티 1겹을 적용한 경우 차음성능 특성은 유사하였지만, 퍼티 2겹을 적용한 경우 250 Hz ~ 5 kHz 대역의 차음성능이 다소 낮아졌다. 이는 양면 퍼티 마감으로 인해 선형 조인트 내부가 밀폐되어 선형 조인트 내부의 공명현상으로 인한 것으로 판단된다. 선형 조인트의 경우도 2 m 길이로 형성하여 채움재 적용에 따른 차음성능 향상이 100 Hz 이상 대역부터 나타났다.
3.1.3 덕트 및 케이블 관통부
Fig. 12는 수평 덕트 관통부 실험 결과를 정리한 것이다. 수평 덕트 관통부에 채움재 1(9-2)과 채움재 2(9-3)를 적용한 조건과 채움재 1겹에 실란트 1로 마감한 경우(9-4), 채움재 2겹에 실란트 1로 마감한 경우, (9-5), 채움재 2겹에 실란트 2로 마감한 경우(9-6)를 비교하였다. 덕트 관통부 실험시 덕트 내부를 통한 소리 전달을 방지하기 위해 덕트 단면 전체를 세라믹 울로 충전하였다. 채움재 1겹과 2겹의 차음성능 특성을 비교하면 채움재를 2겹 적용한 경우가 일부 주파수 대역에서 우수한 차음성능을 갖는 것을 확인할 수 있다. 실란트 1과 2의 차음성능 특성을 비교하면 3가지 경우 모두 채움재의 차음성능과 유사하지만 일 부 주파수 대역에서는 실란트 마감에 따라 차음성능이 다소 증가한 것을 확인할 수 있다.
Fig. 13은 수직 덕트 관통부 실험 결과로 채움재 1겹(10-2)과 채움재 2겹(10-3)을 적용한 경우에 각각 실란트를 적용한 경우(10-4, 10-5)를 비교하였다. Fig. 12의 수평 덕트 관통부와 유사한 경향이 나타났으며, 채움재를 2겹 적용한 경우의 일부 주파수 대역에서 차음성능이 우수한 것을 확인할 수 있다. 채움재 적용에 따라 100 Hz 이상 대역의 차음성능 차이가수평 덕트 관통부와 유사한 것으로 나타났다. 실란트 마감 영향은 채움재 1겹의 경우 315 Hz ~ 630 Hz 대역 차음성능이 증가하였으나, 채움재 2겹에 실란트를 적용한 경우의 차음성능 증가는 나타나지 않았다.
Fig. 14는 케이블 수직 관통부 실험 결과를 정리한 것이다. 케이블 수직 관통부는 폼형태의 채움재 1겹(11-2), 채움재 2겹(11-3)와 채움재 1겹에 실란트 1(11-4)을 적용한 경우와 채움재 2겹에 실란트 1(11-4)로 마감한 경우 그리고 채움재 2겹에 실란트 2(11-6)로 마감한 경우를 비교하였다.
채움재 1겹을 적용한 경우 50 Hz 대역을 제외한 대부분의 주파수 대역에서 차음성능이 증가하였으며, 채움재를 2겹 적용한 경우 1겹 적용한 경우보다 160 Hz 이상 대역의 차음성능이 높아졌다. 채움재 시공 상태별로 실란트 마감을 적용한 경우 200 Hz ~ 1.6 kHz 대역의 차음성능이 증가하는 것으로 나타났다. 실란트 2를 적용함에 따른 차음성능 증가는 크지 않았다.
Fig. 15는 커튼월 관통부에 충전구조(보드타입)를 적용한 경우로, 채움재 1겁(12-2), 채움재 2겹(12-3), 채움재 1겹과 커버 1을 적용한 경우(12-4), 채움재 2겹과 커버 1을 적용한 경우(12-5)와 채움재 2에 커버 2를 적용한 경우(12-6)에 대해 측정하였다.
커튼월 관통부의 경우 채움재 1겹과 2겹 적용에 따라 500 Hz 이상 대역의 차음성능이 증가하였으며, 추가적인 커버 마감에 의해 일부 주파수 대역의 차음성능은 개선되었지만, 전반적인 차음성능은 크게 변화하지 않았다.
3.1.4 커튼월 관통부
Fig. 16은 커튼월 관통부에 대한 실험결과이다. 커튼월 관통부의 길이는 약 2.6 m로 형성하였으며, 백업판과 내화폼패드 1겹(13-2), 백업판과 내화폼패드 2겹(13-3)을 적용한 경우에 각각 퍼티 마감한 경우(13-4, 13-5)에 대하여 측정하다다. 백업판과 내화폼패드를 적용하면 측정대상 모든 대역의 차음성능이 증가하였으며, 내화폼패드를 추가함에 따라 200 Hz 이상 대역의 차음성능이 개선되었다. 위 두가지 조건에 퍼티 마감을 추가함에 따라 내화폼패드 1겹을 적용하고 퍼티 마감을 하면 100 Hz 이상 대역의 차음성능이 향상되었다. 하지만, 내화폼패드 2겹을 적용한 경우 퍼티를 추가하면 200 Hz 이상 대역의 차음성능이 증가하였지만, 내화폼패드 1겹을 적용한 경우의 차음성능 향상 정도보다는 낮은 것으로 나타났다.
3.2 음향카메라 측정 결과
13개 방화구획 관통부에 관한 100 Hz ~ 20 kHz 대역의 차음성능 측정과 함께 음향 카메라(BATCAM 2.0)를 이용하여 방화구획 관통부를 통해 전달되는 소리를 측정하였다. 음향카메라가 분석하는 주파수 범위도 100 Hz ~ 20 kHz로 설정하였다. 음향 카메라를 활용하여 가장 많은 음향 에너지가 전달되는 위치와 함께 수음실로 전달되는 음향 에너지를 계산한 빔포밍 음향 에너지가 표시되도록 설정하였다. 13개 방화구획 관통부를 대상으로 Figs. 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16에 제시한 시공 단계별로 모두 측정하였지만, 주요한 차이가 발생한 대표적인 경우에 대하여 Table 2에 정리하였다. 각 측정단계별 음향카메라 측정 사진과 함께 빔포밍 에너지 값을 제시하였다.
Table 2.
Acoustic camera test results.
방화구획 관통부 내화채움구조를 적용하지 않은 경우 빔포밍 음향에너지는 71 dB ~ 91 dB로 계산되었다. PVC배관 수직, 수평 관통부의 경우 내화채움구조를 적용하지 않은 경우 71 dB의 음향에너지가 관통부를 통해 전달되었지만, 내화 채움구조를 적용한 경우 (1-3, 2-3, 2-4) 빔포밍 음향 에너지가 30 dB이하로 낮아졌다. 또한, PVC 배관 수평 관통부에 내화채움구조를 단계별로 적용한 경우(2-3, 2-4) 음향카메라가 표시한 음원 위치가 관통부가 아닌 벽체 부분으로 제시하였다. PVC 배관 고정구 일체형의 경우는 Fig. 6에서와 같이 차음성능이 상대적으로 낮아 음향 카메라로 측정한 빔포밍 음향 에너지도 59 dB로 나타났다. 금속관 수직, 수평 관통부의 경우 내하채움구조를 적용하지 않은 경우(4-1, 6-1) 음향카메라로 측정된 빔포밍 음향 에너지가 71 dB ~ 72 dB 였다. 내화채움구조 적용에 따라 측정된 빔포밍 음향 에너지는 수직, 수평 관통부는 28 dB ~ 29 dB 구정구 일체형을 적용한 경우는 61 dB였으며, PVC 배관의 경우와 유사하게 음원 위치가 관통부 표면이 아니 벽체 부분으로 지시하는 것이 확인되었다.
바닥-바닥 조인트의 경우 채움구조 적용에 따라 빔포밍 음향 에너지가 81 dB(7-2-1)에서 34 dB(7-2-2), 29 dB(7-2-4)이하로 변화되었다. 채움구조를 적용하지 않은 경우 음원실의 스피커 위치를 명확하게 음원으로 지시하였다. 내화채움구조를 적용한 경우 음원 위치를 채움구조와 주변 구조의 경계 부위로 지시하였다. 벽 선형 조인트의 경우 채움구조 적용 단계에 따라 빔포밍 음향 에너지가 50 dB(8-2)에서 25 dB(8-3)으로 변화되었었으며, 8-3 경우에서는 음향 카메라가 음원 위치를 벽체로 지시하였다.
8-3의 경우 음원 관통부를 통해 투과되는 음향 에너지보다 수음 공간의 반사음과 배경 소음 영향으로 이해 벽체를 음원위치로 지시한 것으로 판단된다.
수직 및 수평 덕트 관통부에 대한 실험 결과 채움재를 적용하지 않은 경우 각각 82 dB(9-1), 84 dB(10-1)의 빔포밍 음향 에너지가 전달되었다. 관통부 적용에 따라 44 dB 이하의 빔포밍 음향 에너지만 전달되었다.
케이블 관통부(폼타입)의 경우 채움구조 적용에 의해 빔포밍 음향에너지가 91 dB(11-1)에서 50 dB (11-2), 36 dB(11-3)으로 낮아졌으며, 음향카메라가 지시하는 음원 위치도 변화되는 것을 확인할 수 있다. 보드타입 케이블 관통부를 적용한 경우 빔 포밍 음향 에너지는 79 dB(12-1)에서 70 dB(12-4), 64 dB (12-6)으로 낮아졌다.
커튼월 관통부의 경우도 채움재 적용에 따라 86 dB(13-1)의 빔포밍 음향 에너지가 채움재 적용에 의해 각각 41 dB(13-2), 25 dB(13-5)로 낮아졌으며, 13-5의 경우 음향카메라가 음원으로 지시한 위치가 벽체로 음원위치를 특정하는데 주변 반사음과 배경소음 영향이 크게 영향을 미친 것으로 판단된다.
IV. 토의 및 결과
화재시 연기 및 화염 전파로 인한 인명 및 재난 피해를 최소화하기 위한 방안으로 방화구획 관통부를 밀실하게 시공하고 유지관리되는지를 점검하기 위한 방법에 관한 것이다. 방화구회 관통부의 점검은 시공된 내화채움구조를 개방하여 확인하는 것이 가장 확실하지만 점검 후 다시 시공해야 하는 어려움이 있다. 이와 같은 이유로 방확구획 관통부 내화채움구조에 대한 비파괴 점검기술이 필요하다.
본 연구에서는 방화구획 관통부 내화채움구조 비파괴 점검에 음향 특성을 활용하는 방안으로 내화채움구조가 없거나 부실하게 시공 또는 부실한 유지관리로 일부 훼손된 경우 틈새 및 부실한 부분으로 음향에너지가 상대적으로 많이 전달되는 현상을 기반으로 하고 있다.
이에 대표적인 방화구획 관통부 내화채움구조 차음성능 등을 실험할 수 있는 실험실을 구축하여 13종 채움구조를 대상으로 KS F ISO 10140-2[10]에서 규정하고 있는 주파수 범위보다 넓은 100 Hz ~ 2 kHz 대역의 차음성능을 채움구조 시공 단계별로 측정비교하였다. 또한, 음향 카메라를 활용하여 음향에너지가 많이 전달되는 위치와 전달되는 음향 에너지를 비교하였다.
건축물에서 사용하는 방화구획을 대표할 수 있는 13종 방화구획에 대한 공기전달음 차단성능을 측정하여 비교한 결과 방화구획을 시공하지 않은 조건과 시공한 조건은 명확하게 구분할 수 있는 것으로 나타났다. 채움재를 적용한 경우 1겹, 2겹의 적용에 따라 차음성능을 구분할 수 있는 것으로 판단된다. 파이프 관통부 고정구 일체형과 케이블관통부 보드타입의 경우 틈새가 발생하여 채움재를이용하는 것에 비해 차음성능이 낮게 나타났다.
시험실에서 수행한 기존 연구[11]에서는 측정 대상 주파수 범위를 100 Hz ~ 5 kHz 대역으로 설정하여지만, 이 연구에서는 확장된 주파수 대역(50 Hz ~ 20 kHz)를 적용한 결과, 고주파수 대역의 차음성능과 주파수 대역별 차음성능에 관한 보다 명확한 결과를 확인할 수 있었다. 향후 여러 가지 내화채움 구조로 시공 단계별, 유지관리 방안 마련을 위해 더 큰 차음성능 차이를 나타내는 주파수 대역 등 분석을 통하여 방화구획 관통부의 시공 및 유지관리 상태를 명확하게 판단할 수 있는 적정주파수대역 결정이 필요하다.
음향 카메라를 활용한 측정 결과 방화구획 관통부 내화채움구조를 시공한 경우와 시공하지 않은 경우를 음향 카메라로 명확하게 구분할 수 있었다. 또한, 내화채움 구조의 일부가 훼손된 경우 음향 에너지가 가장 많이 투과되는 위치를 찾는데 유용하게 활용할 수 있을 것으로 판단된다.
방화구획 관통부 내화채움구조에 관한 차음성능 연구결과, 채움구조 점검 방법 수립 가능성을 확인하였다. 이전 연구[11]와 본 연구에서는 가청 주파수 대역을 대상으로 하였지만, 주파수 대역이 증가함에 따라 차음성능 차이와 시공 단계별 차이가 더 명확하게 나타나고 있어 향후 초음파 대역까지 연구를 확장하여 최적의 내화채움구조별 점검 방법을 수립하고자 한다. 본 연구에서는 음향 카메라를 활용하였으며, 실제 현장에서 음향카메라를 이용할 경우 내화채움구조가 부실한 부위를 특정할 수 있음은 물론 시각적인 근거자료로 활용할 수 있는 장점이 있다. 현재까지 연구결과에서는 음향 카메라를 활용하여 내화채움구조 시공단계별 빔포밍 음향 에너지와 위치 측정이 가능하였으며, 이를 바탕으로 내화채움구조별 진단 S/W 개발이 가능할 것으로 예상한다.
향후, 벽 선형 조인트 및 바닥-바닥 조인트의 길이 영향 검토도 필요하다. 내화채움구조의 시공 단계별 데이터에 추가하여 현장에서 주로 발생하는 시공 오류, 부실 시공 등 사례를 추가하여 관련 데이터 베이스를 구축하고 점검기술 개발에 활용하고자 한다.
