- 영국그렌팰타워와 국내고층주거시설의 화재사례 비교 -

1. 머리말

최근 고도성장과 경제발전에 따라 전 세계적으로 도시지역에 사회적 기능이 집중되는 경향이 있으며, 집중된 도시지역에 건축물이 밀집하게 됨으로서 한정된 공간의 활용을 위하여 고층 및 초고층건축물이 유행처럼 축조되고 있다. 이와 같은 건축물들은 건물 외부의 심미성 외에 온열 환경을 위한 외단열 공법이 성행하고 있다.

[그림 1] 영국 그렌펠타워의 화재확대과정

이러한 고층건축물은 경제성장의 상징이자 랜드마크로서 순기능적인 측면이 있지만, 화재와 같은 재해 등에 있어서 치명적인 결과를 초래할 수 있는 위험요인을 내포하고 있다. [그림 1]에 나타난 바와 같이 최근 영국에서 발생한 화재인 그렌펠타워는 1974년 준공된 공공주택으로 약 40여년이 지난 노후화된 건축물이며, 2016년 고가의 비용을 들여 건물의 외장재, 창문 및 공동난방시설 등을 교체하는 보수공사를 하였다. 보수공사 당시 사용된 외장재는 알루미늄 금속표면에 팽창된 폴리에틸렌등으로 내부를 채운 샌드위치 패널로서 외단열공법으로 타워 외벽에 사용되었다.

화재는 건물 4층에서 발생하여 개구부를 통해 외부로 분출되었고, 외벽에 설치된 외장재가 화재확산의 가장 큰 원인이 되었으며, 약 80여 명의 사망자와 20여 명의 중상자 및 79명의 행방불명자를 초래하였다. 또한, 단열재와 외장재 사이에 공간으로 인하여 ‘굴뚝효과’가 조성되어 화재가 건물 상층으로 빠르게 연소 확대되는 큰 화재피해로 진전된 경우이다. 이와 비슷한 국내 화재 사례로는 [그림 2]와 [그림 3]에 나타난 바와 같이 부산 OO스위트 화재(2010)와 의정부 OO그린아파트 화재(2015)를 통해 고층 건축물 및 도심형 생활주택의 안전에 대한 사회적인 관심이 집중되기 시작하였다. 특히, 국내의 경우 [그림 2]에 나타난 바와 같이 ‘건축물의 에너지절약 설계기준 중 에너지 성능지표’ 중 외단열공법의 채택에 대한 기본 배점이 늘어남에 따라 국내의 외단열 공법을 통한 시공이 폭발적으로 증가하게 되었고 따라서 분출화염을 통한 외장재로의 화재확산사례는 지속적으로 발생하고 있다.

[그림2] 국내 고층건축물의 분출화염으로 인한 외장재 착화사례

[그림3] 국내 고층건축물의 분출화염으로 인한 상층부로 확대사례

고층 건축물에서의 연소확대의 일반적인 경로는 화재실의 개구부를 통하여 계단과 엘리베이터 승강로 및 샤프트 공간 등의 연돌효과로 인해 화염 및 연기가 상층부로 빠르게 확산하며, 건물의 구조 및 형태, 가연물, 내장재 등에 따라 그 양상이 다르지만 일반적으로 화재초기에 가연물에 착화되어 화염이 플륨으로 확대하기 시작하여 연기 및 유독가스와 같은 연소생성물과 더불어 천정젯으로 진전되고, 그 이후 천정젯으로부터의 복사에 의하여 화재의 진행이 급속히 이루어지는 단계로서 폭발적 연소 확대 현상인 Flash Over가 발생함에 따라 상층부 또는 인접건물로의 화염이 확대된다. 이러한 분출화염으로 인하여 [그림 2]에 나타난 바와 같이 외벽의 외장재에 착화하여 연소확대되는 경로와 [그림 3]에서 나타난 바와 같이 개구부에서 개구부로 화재가 확산되는 형태와 더불어 인근건축물의 외장재 및 개구부로 연소확대되는 경로등 다양한 경로로 확대되는 특징이 있다.

[그림 4] 국내 고층건축물의 분출화염으로 인한 창틀의 변형 및 탈락현상

특히, 최근 큰 피해가 일어났던 충북 제천 스포츠센터 화재(2017)의 경우 PVC 창틀이 녹아 유리창이 파손되는 문제가 또다른 빅이슈로 대두되고 있으나 이에 대한 대책은 업계의 영역싸움이라는 시각으로만 비추어질뿐 구체적이고 명확한 대응책이 없는 실정이다. 이와 관련한 문제는 창틀만의 문제가 사용되는 유리의 종류와 차염성능과 더불어 화재확산을 방지하는 측면에서의 스팬드럴문제와도 직결되고 있고 외벽의 내화성능과도 관련되는 문제로서 층간방화구획과의 관련과 더불어 방화지구등 연소확대의 위험성과도 관련되는 종합적인 문제로 인식하여야만 하나 창틀의 재질만으로만 대응책을 바라보고 있으므로 근본적인 대응방안을 모색할 필요가 있다.

따라서 본 연구에서는 영국 그렌펠타워 화재사고를 기점으로 분출화염과 외장재 및 개구부 특히 창호에 대한 국내외의 관련규정을 살펴보고 현행의 화재안전규정에 대한 대응방안을 주로 법규 및 기준등에 따라 비교함으로서 향후 국내의 외벽관련한 외장재, 개구부 및 창호에 대한 화재안전규정에 대한 개선방안을 검토하여 제시하고자 한다.

2. 국내외 외장재에 대한 화재사례조사 및 분석

가. 영국 그렌펠타워 화재

그렌펠타워는 1974년 랭커스터 로드 프로젝트의 일환으로 건설된 24층 높이 68m의 타워 아파트형 임대 주택에서 120가구가 입주한 상태이며, 2016년 외벽 등을 포함한 대규모 개수되었다. 2017년 6월 14일 밤 런던 서부의 그렌펠타워(Grenfell Tower)에서 화재가 발생했다. 화재는 4층(지상 8층의 높이)에서 냉장고 폭발에 의해 발생하였으며, 단시간에 외벽 등을 통하여 건물 전체로 연소하였으며, 사망자 79명, 중상자 20명, 실종자 79명 등 큰 인명피해를 발생하였다. 내화 구조의 공동주택은 방화구획이 완비되어 있는 것이 보통이고, 유럽의 공동주택 대부분이 방화구획에 대한 대책마련이 잘 되어 있지만, 그렌펠타워에서는 예외였으며, 그 원인으로는 개수 후의 벽부분과 기둥부분에 있다.

[그림 5] 그렌펠타워의 입면도 및 평면도

개수 후, 벽 부분에는 단열효과를 위해서 알루미늄 합성제 피복 약 100mm두께의 단열재를 외벽의 바깥쪽으로 붙이고 그 외부에 약 50mm의 공간을 확보하고, 그 외측에 난연처리를 하지 않은 폴리에틸렌을 핵심소재로 한 두께 3mm의 샌드위치 패널을 붙였다. 우레탄 폼은 본래 타기 쉬운 화학적 성질이 있지만, 내연성과 내열성을 높이기 위해 이와 같은 알루미늄 합성제를 사용하였다. 이 단열재에 화염이 착화하였고, 샌드위치 패널과 50mm의 통기층 공간이 서로 연소하는 악순환을 일으켜서 화재가 확산된 것으로 전문가들은 예상하고 있다. 또한, 기둥부분에서의 동서 면에 각 4개의 기둥이 들어서고 꼭대기 층까지 직통하고 있다. [그림 5]는 기둥 바깥에 단열재를 부착하고 그 밖에 샌드위치 패널을 붙인 부분의 수평 단면 상세도이다. 이것을 보면 샌드위치 패널과 단열재 사이에 통기층이 있는 것은 벽 부분과 같지만, 단열재와 기둥 사이에도 공간이 있는 것을 확인 할 수 있다. 결국 기둥부분 또한 벽 부분과 마찬가지로 단열재와 가연성 샌드위치 패널이 통기층을 통해서 연소하는 요인인 것으로 판단된다.

[그림 6] 주택 바닥의 단면

[그림 7] 화재 확산 경로

또한, 그렌펠타워 주택층의 평면도를 [그림 5] [그림 6] 및 [그림 7]에 나타난 바와 같이 8가지의 내부 문제점을 다음 8가지로 나타내었다.

이상 ③~⑦은 가능성을 말하고 있지만, 만약 그 중 몇 가지가 실제로 그런 현상을 일으켰다면 사망자가 많이 발생할 수밖에 없었을 것이다. 이를 통해 화재피해의 원인은 외부뿐만 아니라 내부에도 존재하는 것을 알 수 있다. 상층 연소가 비정상적으로 빠른 것도 이유 중 하나가 될 수 있다.

나. 부산 OO스위트 화재

2010년 10월 1일 11:33경 해운대구 주상복합건물(오피스텔) 4층(PIT층)내 미화원 작업실에서 [그림 8]에 나타난 바와 같이 원인미상의 화재가 발생하여 내부 재활용 분리수거 적치물에 연소, 상층으로 빠르게 연소되었다. 최초 화재는 11:07으로 추정되며 신고자가 약 30분간 자체 진화를 시도하다 불가능하여 소방서에 신고하였으나 30여분 만에 38층까지 연소확대 되었으며, 화재는 18:48에 완진 되었다. OO스위트 화재의 연소확대의 원인은 다음 3가지에 기인하는 것으로 조사되었다.

[그림 8] 부산OO스위트화재 및 PIT 층 구조

첫 번째로, ‘고층건축물 소화설비 사각지대로 방치’로 화재가 시작된 피트층에는 합판으로 구획된 작업실이 설치되어 있고, 소방법상 스프링클러를 설치하지 않아도 되는 구조이며 자동소화설비 역시 전무했으며, 이로 인해 화재의 초기 소화가 불가능했다. 불법적으로 재활용품 선별장 및 미화원 탈의실로 활용되면서 화재가 발생할 수 있는 요인까지 내포하고 있었으며 스프링클러가 설치되지 않는 피트층의 위험성을 드러냈다.

두 번째는 ‘건축물 외벽마감재 규제 미비로 인한 가연성 외장재 설치’로 4층에서 발생된 화재가 삽시간에 꼭대기층까지 확대되어 피해가 커졌으며, 이는 건물 외장재로 사용된 알루미늄 복합판넬이 주된 원인이다. 고층건축물에 사용되는 외장재로는 주로 ‘알루미늄 판넬’과 알루미늄 복합 판넬‘ 등이 사용되지만 이 건축물에는 화재에 취약한 ’알루미늄 복합판넬‘이 사용되었다. 이 복합판넬의 경우 4mm 기본 두께로 알루미늄 판과 판 사이에 접합시킨 심재에 따라 내화성이 크게 달라지는데 폴리에틸렌이 사용될 경우는 불에 타기 쉬우며 무기질 심재가 사용될 경우는 난연성을 보이게 된다. 화재 건물 외벽 외장재인 알루미늄 복합판넬은 폴리에틸렌(PE) 수지에 2장의 알루미늄 판을 접합시킨 샌드위치 구조의 특수소재로서 알루미늄의 녹는 온도는 660℃로 화재 시 판넬 외부의 알루미늄을 용융시켜 내부에 인화성이 강한 폴리에틸렌(PE)수지에 쉽게 착화되어 빠르게 상부로 연소 확대되었다.

마지막으로, ‘연돌효과에 의한 급속한 화재확산’으로 4층에서 분출된 화염이 인화성 물질로 마감된 건물외벽을 타고 10여분 만에 38층 정상까지 확산되었다. 이렇게 불길이 빨리 확산될 수 있었던 이유는 OO스위트가 위치한 부산 해운대는 바다에 인접되어 있어 바람이 많이 부는 지역이다. 바람은 건물 내외부의 온도차이로 인해서 생기는 밀도차가 생기고 건물 높이에 따라서 각 층의 압력차가 심하게 발생하게 된다. 건축물 사이의 연돌효과가 영향을 미침으로써 화재가 빠르게 확산할 수 있었다.

다. 의정부 OO그린아파트 화재

[그림 9] 의정부 화재의 문제점

[그림 10] 화재 확산 경로

의정부 OO그린아파트 화재는 [그림 9]와 [그림 10]에 나타난 바와 같이 2015년 1월 10일에 경기도 의정부시에 있는 도시형 생활주택인 OO그린아파트에서 화재가 발생하여 인접한 도시형 생활주택인 OO타운 아파트, OOO마을 아파트와 단독주택 등에 불이 옮겨 붙어 5명이 사망하고, 125명이 부상한 사례이다. 화재는 9시 27분경 오토바이에서 발생하여 1층 필로티 천정면에 착화되어 상층부로 연소확대 되었으며, 소방대가 출동했으나 아파트로 진입하는 길목이 불법주차 등으로 인해 혼잡했고 이로 인해 초기대응을 제대로 하지 못했다.

소방대가 도착했을 당시에는 이미 인접건물로 화재가 확산된 상태였으며, 화재 발생 약 2시간 뒤인 11시 44분경 진화되었고 이 진화작전에 소방관 약 160명, 장비 80대, 헬기 4대 등이 투입되었다. 화재피해의 확산 원인으로는 화재 발생 당시 스프링클러가 제대로 작동하지 않았으며, 화재경보기나 대피방송이 제대로 이루어지지 않는 등 주민들의 안전을 위한 조치가 제대로 갖춰지지 않았다.

또한, 1층 천정면과 건축물 외벽에 설치되어 있는 가연성 외장재인 샌드위치 패널에 착화되었으며 건물의 간격이 1.5m로 매우 좁고 개구분출화염에 의해 인접건물로 화재확산되어, 급격한 연소와 많은 양의 유독가스가 발생하였다. 화재진압을 위해 출동한 소방대가 아파트 진입로 양옆에 늘어선 20여대의 주차된 불법주차 차량으로 인해 10여 분 이상 현장진입이 지연되었기 때문에 골든타임을 놓쳐서 초기 진화 활동이 이루어지지 못했다.

라. 제천 스포츠센터 화재

제천 스포츠센터 화재는 2017년 12월 21일 오후 4시경에 발생했으며 충북 제천 하소동에 위치한 9층 필로티 건축물에서 발생한 화재로서 29명의 사망자와 37명의 부상자가 발생한 대형 화재이다.

화재는 필로티 건축물 1층 주차장에서 발생했다. 화재 발생 당시 필로티 천장에 위치하는 배관의 동파방지용 열선 설치 공사를 실시하고 있었다. 최초 열선 설치 중 천장 구조물에 불이 옮겨 붙어 화재가 발생했으며 이후 옮겨붙은 천장구조물이 차량으로 떨어져 연소가 확대되었다. 이후 외벽을 통해 화재가 확산되었으며, 2층에 위치했던 목욕탕에서 20명의 사망자를 발생시켰다. 제천 스포츠센터 화재의 경우 이전에 발생한 화재와 유사한 형태로 화재가 확산되었지만, 내부에서 연기가 확산된 것이 아닌 외부에서 발생한 열기류가 내부로 진입해 인명피해를 높였다는 차이점이 있다.

[그림 11] 제천 스포츠 센터 화재 현장

[출처 : MBN]

특히, [그림 11]에 나타난 바와 같이 제천 스포츠 센터의 경우 알루미늄 창호와 PVC창호가 층마다 다르게 설치되어 있었는데 화재 발생 이후 PVC창호는 외벽에서 발생한 열기류를 견디지 못해 유리가 모두 파손된이 클로즈업된 사례였다.

마. 주요 화재사례에 대한 문제점 비교

<표1>은 전술한 바와 같은 영국의 그렌펠타워 화재와 더불어 국내에서 발생한 부산 OO스위트 화재와 의정부 화재 및 최근 발생한 제천 스포츠센터 화재사례를 비교한 것이다.

전술한 국내외 화재사례들은 모두 분출화염과 관련하는 것으로 결과적으로 스팬드럴 및 발코니를 통한 층간 방화구획의 부재에 대한 문제점이 나타났으며 특히 의정부 화재와 제천화재의 경우에는 1층에 대한 방화구획의 미비가 가장 큰 원인을 제공한 것으로 사료된다. 특히 이러한 분출화염에 의한 화재피해는 매년 1500건 이상 나타나고 있어 이에 대한 명확한 화재안전지침을 강구할 필요가 있는 것으로 사료된다.

한편 외단열공법과의 관련한 개구부에서 외벽으로의 화재확산 방지를 막기위한 목적으로 건축법 시행령 제 61조(건축물의 마감재료)의 경우 ‘대통령령으로 정하는 건축물’의 정의를 고층건축물에서 6층 이상 또는 22m 이상의 건축물로 개정하였다. 이는 2015년 1월 의정부 화재를 계기로 문제가 되었던 외벽 마감재(당시 스티로폼 계열의 드라이비트)에 대해 법령을 강화한 것으로 기존 준 불연 이상의 등급의 외벽마감재는 30층 이상의 고층건축물에만 해당되었지만, 법의 강화로 인해 6층 이상의 모든 건축물에 대하여 적용하는 것으로 법령이 개정되었고 향후 3층이상의 구조물에 준불열재이상의 의무화가 진행되고 있으나 창호를 중심으로한 화재안전지침은 전술한바와 같이 구체적인 방안을 세우지 못하고 있는 것으로 사료된다.

3. 맺음말

영국 그렌펠타워 화재사고를 기점으로 분출화염과 외장재 및 개구부 특히 창호에 대한 국내외 화재사례를 비교한 결과는 다음과 같다.

1. 영국 그랜팰타워 화재 피해의 원인으로서는 분출화염에 의한 외장재의 착화에 의한 것이 가장 중요한 화재확대원인으로 보이고 이외에도 계단이 1개소만 존재하는 상황에서 특별피난계단과 같은 부속실이 존재하지 않았으며 엘리베이터도 방화방연구획이 설치되지않았고 스팬드럴이 없어 피난루트가 확보되지 않은것에 큰 문제가 있었음을 알수 있다.

2. 국내의 주요 유사한 화재사례와 비교하면 가장 대표적인 것으로 분출화염과 가연성외장재에 대한 대책이 없었다는 공통적인 문제점이 있었으며 이외에도 층간방화구획의 미비로서 스팬드럴과 발코니의 부재 및 1방향 대피로에 대한 방화방연구획에 대한 규정이 없었다는 공통점이 있었다.

3. 이러한 상황을 고려하여 향후 국내의 경우 현재는 외장재에 대한 재료성능을 강화하는 방향으로만 정책이 입안되고 있으나 향후 분출화염의 메카니즘을 고려하여 외부에 면한 창호의 차염성능과 더불어 층간방화구획에 대한 스팬드럴의 보강과 더불어 1방향 피난로에 대한 방화방연구획을 강화하거나 별도의 피난설비등을 설치하여 피난안전성을 확보하여야 할 것으로 사료된다.

참고문헌