1. 국내외 침대 매트리스의 화재성능 관련 현황

현재 침대 매트리스 주거시설뿐 아니라 상업시설, 교육시설 및 의료시설 등 사회전반에 걸쳐 널리 사용되고 있으며 침대 매트리스 시장규모도 매년 증가하고 있는 추세이다. 일반적인 침대 매트리스는 스프링 등을 기반으로 지지되고 겉면은 직물류로 구성되어 있으며 육면체의 공기층을 포함한 가연물로 화염확산 및 연소확대 등 화재 시 인명 및 재산피해에 주된 영향을 끼치고 있다.

기존 국내 침대 매트리스의 화재시험 규정은 소형시료의 표면에 발화원(담배 또는 가스불꽃)을 점화하여 발화 여부 및 시료 손상 범위를 육안으로 측정하는 방법으로 규정되어있다. 상기 규정들은 특정 시험 조건하에서 적용범위(재료)에 따른 가연성만을 평가하는 기준중 하나로 적용범위의 모든 잠재적인 화재위험성을 평가하기에는 한계가 있는 실정이다.

한편 미국 및 유럽국가에서의 침대 매트리스(침구류) 화재시험도 침대 매트리스 표면에 발화원(담배 또는 가스불꽃)을 점화하여 가연성을 평가하는 규정으로 운용되어져 왔으나, 화염(火源 : open fire)에 의한 실물규모 화재시험에 대한 기준은 마련되어 있지 않았다. 이에 2006년 미국 소비자 제품 안전위원회(CPSC : Consumer Product Safety Commission)에서 매트리스와 침구 제품의 안전도 개선을 위해 열방출율 등의 정량적 측정을 중심 평가항목으로 하는 실물규모 화재시험규정(CPSC 16 CFR Part 1633)을 제정하였다. 캐나다 또한, 미국의 난연규정을 근간으로 하는 침대 매트리스의 정량적 측정 시험방법인 CAN/ULC-S137을 채택하고 있으며, 국제 표준화 기구 (ISO) 에서도 침대 매트리스에 대한 실물규모 화재평가를 표준 ISO 12949 를 개발하여 운용중에 있다.

이에 주거공간에서 많이 사용하고 있는 침대 매트리스 및 매트리스 세트에 대해서 실물규모 화재시험을 통해 실제 화재 위험요소를 정량적으로 평가하는 것을 목표로 침대 매트리스의 열방출률 측정에 관한 표준 시험 방법을 CPSC 16 CFR Part 1633 및 ISO 12949(Standard test method for measuring the heat release rate of low flammability mattresses and mattress sets)를 기초로 산업표준화법 관련 규정에 따라 산업표준심의회의 심의를 거쳐 한국산업표준(KS)인 침대 매트리스 및 매트리스 세트의 열방출률 측정에 관한 표준 시험방법(KS F ISO 12949 :2011)을 2017년 12월에 제정하였다.

2. 침대 매트리스의 실물규모 화재시험

침대 매트리스의 실물규모 화재시험은, 지정된 불꽃 착화원에 시료(침대 매트리스)를 노출시켜, 제어된 시험 영역에서 자유롭게 연소되도록 함으로써 침대 매트리스 시료의 화재성상을 측정한다. 시험은 ISO 24473과 같은 개방된 열량계(open calorimeter) 또는 지정된 치수에 맞는 실험실 중 하나를 사용하며 열방출율은 배기 덕트의 측정값에서 도출한 산소 소모 열량 측정으로 측정한다. 시험은 30분간 진행되나, 시험 중 인명 또는 장비(설비)의 안전에 우려될 것으로 판단되면 즉시 소화(종료)한다.

착화원은 한 쌍의 프로판 버너로 구성되며, 침대 매트리스 상단과 측면에 각각 지정된 시간 동안 해당 열류량을 적용한다. 버너로부터 출력되는 27kW 열량은 이불, 베개 등에 착화가 발생되는 것을 모사한 열량으로 버너에는 불꽃의 흐름을 방해하는 난류환경을 방지하기 위한 필터 스크린을 설치한다.

¹⁾ (22 ±3) °C의 온도, 표준 대기압(101 ± 5) kPa를 기준으로 함.

일반적인 시험 절차는 아래와 같다.

- 시험절차 -

1. 1. 시험 장소는 오픈 칼로리미터 후드 하부(또는 규정된 시험실) 내에서 수행함.
2. 2. 시험장비 교정을 수행함.
3. 3. 오픈 칼로리미터 후드 중앙 하부의 시료 프레임을 배치함.
4. 4. 시료(침대 매트리스 및 매트리스 세트)를 시료 프레임 중간에 설치함.
5. 5. 시료에 상단용 및 측표면용 버너를 설치하고, 기류 안정을 위해 규정된 스크린 을 설치함.
6. 6. 시험 시작과 동시에 타이머를 작동시키고, 상단용 버너는 18kW로 70초, 측 면용 버너는 9kW로 50초 동안 시료를 가열함.
7. 7. 두 개의 버너가 꺼지면(70초 후), 버너 장비 및 스크린을 회수하여 시험에 대한 간섭을 최소화함.
8. 8. 30분간 시험을 지속하나 인명 또는 설비(장비)의 안전상에 위협 요인이 발생할 경우 언제든 시험을 종료하여야 함.

3. 침대 매트리스의 화재성상

실물규모 화재시험에 따라 침매 매트리스의 일반적인 화재성상은 다음과 같다. 침대 매트리스 시료 측면(50s) 및 상부(70s) 버너를 차례로 제거 후 자유연소가 시작되었으며, 상부 및 측면의 외곽방향으로 화재가 진행하였다. 발생된 화재로 내부 연소가 시작되면서 상부연소생성물 및 스프링 낙하로 하부의 매트리스로 화재가 성장되면서 상하방향의 Pool fire를 형성하여 침대 매트리스 전체로 급속도로 화재가 성장(진행)되어 플래시오버로 이어지는 화재성상이 관찰된다.

초기 버너(측면 50s, 상부 70s) 제거까지는 화재성장 및 열방출율이 서서히 상승하는 경향을 보이나, 이후 약 2분 내외에서 화재성장으로 인하여 침대 매트리스 하부 화재성장 및 스프링 낙하로 Pool fire 형성되면서 침대 매트리스 전체로 급속하게 화재가 성장하면서 열방출율 또한 급격하게 상승되어 약 3 ~ 5분 사이에 플래시오버로(약 1,000kW) 이어지는 것으로 확인된다. 침대 매트리스 구성에 따라 화재성장 속도는 달라지나 급격한 화재성장으로 인한 화재위험성은 상당히 높음을 알 수 있다.

4. 침대 매트리스의 화재위험성

이처럼 침대 매트리스는 화재시 급격한 화재성장으로 약 3 ~ 5분 내외에 플래시오버 등으로 이어지는 심각한 화재위험도를 보유하고 있다. 특히, 이러한 침대 매트리스는 대부분 건물내의 구획실에서 사용하고 있어, 구획실에서는 침대 매트리스가 연소되면서 발생한 화재영향 및 공간내의 재복사열 등의 열적영향으로 침대 매트리스의 화재가 더욱 급격하게 진행 및 성장하게 된다. 또한 침대 매트리스의 사이즈, 가연물 등이 증가됨에 따라 열방출율이 급격하게 증가된다. 이에 구획실의 경우 침대 매트리스의 화재성장은 더 빠르게 진행됨과 동시에 구획실내의 다른 가연물로의 화염확산 및 연소확대가 이루어져 절대 피난시간 확보가 어려워진다. 결과적으로 인명 및 재산 피해의 대형사고로 전개되는 심각성을 내포하고 있다.

따라서 침대 매트리스의 화재안전성을 향상시키기 위한 난연소재, 냉각프레임 등의 기술개발에 관한 노력이 필요하며, 보험적인 측면에서도 침대 매트리스의 화재위험성에 관한 사항을 보험요율 산정시 반영하여 보다 체계적이고 합리적인 운영방안의 검토가 요구되어 진다.