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SUMMARY
목차
제1장 서론 22
1.1. 연구개발과제 요약서 22
1.1.1. 연구목표 22
1.1.2. 연구내용 23
1.1.3. 연구개발에 따른 기대성과 24
1.2. 연구개발의 필요성 25
1.2.1. 천장과 반자사이 공간의 화재위험성 25
1.2.2. 천장과 반자사이 공간 특성 변화 27
1.2.3. 배관 보온재의 난연 성능 시험 방법 및 화재안전 기준 개발 28
1.2.4. 보온재 종류별 화재 확산 가능성 30
1.2.5. 천장과 반자사이 적정 소화설비 개발 필요 31
제2장 소화설비 배관용 보온재의 난연성능 시험방법 개발 33
2.1. 국내·외(유럽, 미국, 일본) 보온재의 현황 조사·분석 33
2.1.1. 국내 보온재 종류 및 시공사례 조사 37
2.1.2. 국외(유럽, 미국, 일본) 보온재 종류 및 시공사례 조사 47
2.2. 보온재의 난연성능 시험방법 및 평가기준 조사·분석 56
2.2.1. 국내(고시, 표준시방서, KS 포함) 시험방법 및 평가기준 조사 56
2.2.2. 국외(유럽, 미국, 일본) 시험방법 및 평가기준 조사 60
2.2.3. 국내외 시험방법 및 평가기준 정량적 분석 88
2.3. 국내외 보온재의 소재에 대한 화재실험 수행 97
2.3.1. 국내외 시험방법에 따른 소재 난연실험 수행 및 DB 구축 98
2.3.2. 소재 난연실험을 통한 시험방법의 국내 도입 적절성 유무 분석 140
2.3.3. 배관보온재의 난연성능 향상 방안 142
제3장 소화설비 배관용 보온재의 난연성능 시험방법 및 평가기준 개발 148
3.1. 보온재의 난연성능 시험방법 개발 148
3.1.1. 시험조건에 따른 화재성장지수(FIGRA) 상관관계 분석 148
3.1.2. 시험조건과 화재곡선의 상관관계 분석 151
3.1.3. 난연성능 평가방법에 따른 보온재 난연성능 기초 실험 157
3.1.4. 보온재 난연성능 시험기준(안) 160
3.2. 설정된 시험방법에 따른 평가기준 도출 163
3.2.1. 도출된 시험방법을 고려한 난연성능 평가기준 기초 실험 163
3.2.2. 도출된 시험방법을 고려한 난연성능 평가기준 제시 174
3.2.3. 도출된 평가기준에 의한 화재안전 기준(안) 제시 181
제4장 천장과 반자사이 화재에 대한 적정 소화설비 개발 183
4.1. 천정과 반자사이 보온재 화재위험도 평가(시뮬레이션분석 등) 183
4.1.1. 보온재 난연성능 화재시뮬레이션 비교 분석 183
4.1.2. 적정 화재안전 소화설비의 시뮬레이션 분석 188
4.2. 적정 화재안전 소화설비 설치(안) 제시 198
4.2.1. 국내,외 시험방법 및 성능평가기준 정량적 분석/정립 198
4.2.2. 천장과 반자사이 초기 화재억재용 분무헤드 설계/모델링 및 기초 성능시험 수행 214
4.2.3. 가연물/장애물 시나리오에 따른 화재억제성능 기초시험 수행 233
4.2.4. 최종 시제품 #7, #8의 화재억제성능시험 결과 244
4.3. 실물 화재실험을 통한 소화설비의 난연성능 검증 261
4.3.1. 실규모급 구조물 제작을 위한 화재해석 수행 261
4.3.2. 실물화재 소화설비 실험 264
4.3.3. 시뮬레이션에 의한 화재실험 및 소화설비 검증 273
제5장 부록 286
5.1. 배관용 보온재 열화학적 물성 관련 DB구축 286
5.2. 배관용 보온재 국내외 시험기준적용결과 DB구축 299
5.3. 배관용 보온재 난연성능 시험기준(안)(Standard on the Flame Retardant Performance for Pipe Insulation) 304
제1조 목적 307
제2조 적용범위 307
제3조 용어의 정의 307
제4조 측정원리 308
제5조 배관용시험체 309
제6조 점화원의 열량 309
제7조 후드 및 배기덕트 309
제8조 배기덕트의 계측 309
제9조 시험설비의 성능 311
제10조 배관 보온재 시험용 시료 312
제11조 시험 312
제12조 보고서 작성 314
부속서 315
참고문헌 322
5.4. 배관용 보온재 화재안전 기준(안)(National Fire Safety Code) 323
제1조 목적 325
제2조 적용범위 325
제3조 용어의 정의 325
제4조 배관보온재 난연성능 326
제5조 보온재의 설치 332
제6조 자동식 소화설비의 설치 336
제7조 설치·유지기준의 특례 336
참고문헌 337
5.5. 배관용 보온재 난연성능 시험장치 개발[내용없음] 9
5.6. 천장과 반자사이 전용 스프링클러 시방서(A specification of sprinkler dedicated to the ceiling and semi-autonomous space) 339
참고문헌 345
연구개발성과 활용계획서 351
기술 요약서 357
자체평가의견서 361
참여기업 의견서 368
성과증빙자료 370
소방청 연구개발사업 성과계획 대비 실적표 400
최종평가의견 반영 계획서 401
표 1.1. 최근 국내 보온재 등의 화재 확산에 의한 주요 화재사고 현황 25
표 1.2. 국내 배관 보온재 난연성능 관련 규정에 의한 시험방법 구분 29
표 2.1. 국내 건축물의 배관보온재 사용현황 40
표 2.2. 천장 반자 공간 시공사례 현장 사진자료 및 설명 45
표 2.3. 유럽의 주요 보온재 업체들의 생산물질 현황 49
표 2.4. 일본의 건축 용도 및 분야별 단열재 시장 53
표 2.5. KS M ISO 9772 난연등급분류 58
표 2.6. 보온재 난연성능에 대한 유럽기준 비교 62
표 2.7. NT FIRE 036 시험개요 64
표 2.8. EN 13823 시험개요 65
표 2.9. ISO 11925-2 시험개요 66
표 2.10. ISO 20632 시험개요 68
표 2.11. ASTM E84 시험 개요 72
표 2.12. FM 4924 시험 개요 74
표 2.13. NFPA 274 시험 개요 76
표 2.14. 일본 건축기준법에 의한 방염재료의 난연화 기준 77
표 2.15. 일본 배관용 보온재의 난연 성능을 확인하기 위한 관련규정 및... 77
표 2.16. 일본 시험기관(OKI社) 난연성 시험 장치 79
표 2.17. 난연 등급 또는 합부 판정 기준 79
표 2.18. 재료의 연소 지속성 평가 방법 83
표 2.19. UL94의 평가기준표 85
표 2.20. UL94 규격시험의 판정기준 V5 시험표 85
표 2.21. (일본)시험규격에 따른 난연성 구분 기준 87
표 2.22. 국내외 시험기준, 평가방법 및 난연등급 요약 88
표 2.23. TGA에 대한 Polyethylene Foam 물성표 100
표 2.24. 실험장치의 사양 107
표 2.25. 발포폴리에틸렌 보온재의 NFPA 274 시험결과 112
표 2.26. 고무발포보온재의 NFPA 274 시험결과 122
표 2.27. 국내외 기준에 따른 배관보온재의 난연성능 비교 140
표 2.28. 발포폴리에틸렌 보온재의 시공방법에 따른 NFPA 274 시험결과 145
표 3.1. ISO 20632와 NFPA 274 난연성능 시험기준 및 평가방법 149
표 3.2. 폴리에틸렌폼 보온재의 점화열원 및 체적 변화에 실험결과 156
표 3.3. ISO 20632와 NFPA 274 시험기준 적용 및 EN 13501-1에 의한... 160
표 3.4. 보온재의 난연성능 시험방법 및 평가기준을 위한 실험조건 163
표 3.5. 점화조건, 보온재 체적 및 시험체 체적 조건을 고려한 실험조건 170
표 3.6. 점화조건, 보온재 체적 및 시험체 체적 조건을 고려한 실험결과 172
표 4.1. FDS HRRPUA 해석 조건 185
표 4.2. TGA에 대한 Polyethylene Foam 물성표 186
표 4.3. Lab-scale급 실험 조건 정리 188
표 4.4. 국내,외 스프링클러 살수시험 조건 비교 203
표 4.5. 국내,외 표준형 스프링클러 살수시험 항목 비교 204
표 4.6. 국내,외 측벽형 스프링클러 살수시험 항목 비교 205
표 4.7. 국내,외 주거형 스프링클러 살수시험 항목 비교 206
표 4.8. 천장과 반자사이 전용 스프링클러 화재시험 성능요건 213
표 4.9. 해외 제조사 관련제품 현황 216
표 4.10. 천장과 반자사이 스프링클러 개발목표 218
표 4.11. 천장과 반자사이 스프링클러 설계모델 220
표 4.12. 천장과 반자사이 스프링클러 개발시제품 살수패턴 분석 223
표 4.13. FDS 입력 조건에 대한 모델링의 크기 비율 263
표 4.14. 실험 조건 정리 266
표 4.15. 해석에 적용한 가연물 열화학적 물성 조건 278
표 4.16. 해석에 적용한 점화원 조건 278
표 4.17. 해석 공간의 격자 크기 및 개수 변화 조건 279
표 4.18. FDS 주요 입력인자 280
그림 1.1. 천장과 반자사이 공사 현장 관련 자료(위쪽) 및 국내 보온재... 27
그림 1.2. 단열재 종류에 따른 보온재 시장 현황 30
그림 2.1. 방화구획 설치기준 34
그림 2.2. 상가 반자내부 현황 현장 조사 사례 34
그림 2.3. 일본 배관용 보온재 등의 난연화 법규 관련 개략도 36
그림 2.4. 보온재 물질에 따른 특성 비교 37
그림 2.5. 보온재 재료 사용 비중 38
그림 2.6. 국내 배관보온재 사용현황 39
그림 2.7. 국내 발포폴리에틸렌폼 보온재 시공현황 41
그림 2.8. 배관보온재 시공현황 42
그림 2.9. 창고형 대형 마트 (경기도) 43
그림 2.10. 상가건물의 천장과 반자사이 공간 43
그림 2.11. FM 4924 인증받은 배관보온재 재료 분포 47
그림 2.12. FM 4924 인증받은 국내생산제품 48
그림 2.13. 2017년도 미국 내 보온재 생산량 49
그림 2.14. 영국 공항의 배관보온재 사용현황 50
그림 2.15. 고무발포 보온재 사용현황 (영국 철도역사) 51
그림 2.16. 덕트의 단열재 사용현황 (영국 상가) 51
그림 2.17. 단열 / 차열 / 축열재의 일본 시장 52
그림 2.18. 2017년 일본의 용도별 판매 금액 지수 54
그림 2.19. 한계산소지수 시험 장치 57
그림 2.20. 수평연소성 시험 장치 58
그림 2.21. 화염전파시험 장비 (KS F 2844) 59
그림 2.22. Cavity barrier in Approved Document B 61
그림 2.23. 유럽기준에 따른 배관보온재의 난연성능 표시 (EN 13501-1) 62
그림 2.24. NT FIRE 036 시험 63
그림 2.25. 배관보온재의 단일연소시험 65
그림 2.26. ISO 11925-2 시험장치 66
그림 2.27. ISO 20632에 따른 배관보온재 설치기준 67
그림 2.28. 시간에 따른 화염전파곡선의 예 71
그림 2.29. 북미산 레드오크의 광감쇄율 그래프 72
그림 2.30. 스테이너터널 시험설비 73
그림 2.31. FM 4924 파이프샤시 시험설비 74
그림 2.32. NFPA 274 파이프샤시 시험설비 75
그림 2.33. 산소지수 시험체 내부 밸브 구조 82
그림 2.34. (일본) UL94 불꽃성 시험 그림 84
그림 2.35. FIGRA 계산 예 90
그림 2.36. FIGRA에 따른 난연등급 분류 91
그림 2.37. NFPA 274와 ISO 20632 난연성능 비교 97
그림 2.38. TGA 장비 사진 및 그래프 99
그림 2.39. Polyethylene Foam 물성에 대한 TGA 결과 100
그림 2.40. 한계산소지수시험 전후의 발포폴리에틸렌폼 시편 102
그림 2.41. 수평연소성시험 후의 발포폴리에틸렌폼 시편 103
그림 2.42. 한계산소지수시험 전후의 고무발포보온재 시편 104
그림 2.43. 수평연소성시험 후의 고무발포보온재 시편 105
그림 2.44. 파이프 단열재의 화재 특성에 대한 테스트 샘플 (a) 및 ISO... 107
그림 2.45. 폴리에틸렌(은박) 보온재의 NFPA시험 전후 사진 109
그림 2.46. 폴리에틸렌(무은박) 보온재의 NFPA시험 전후 사진 109
그림 2.47. 은박 발포폴리에틸렌 보온재의 열방출율 및 연기발생량 (NFPA 274) 110
그림 2.48. 무은박 발포폴리에틸렌 보온재의 열방출율 및 연기발생량... 111
그림 2.49. 은박발포폴리에틸렌폼 보온재의 ISO시험 113
그림 2.50. 은박발포폴리에틸렌폼 보온재의 ISO시험 114
그림 2.51. 무은박 발포폴리에틸렌폼 보온재의 ISO시험 115
그림 2.52. 은박 및 무은박 발포폴리에틸렌의 시간에 따른 열방출율 (ISO... 116
그림 2.53. 은박 발포폴리에틸렌 보온재의 스테이너터널 시험 117
그림 2.54. 은박발포폴리에틸렌폼 보온재의 화염전파 및 연기발생율 118
그림 2.55. 수직화염전파시험 전후의 발포폴리에틸렌폼 시편 119
그림 2.56. 고무발포보온재의 NFPA 274 시험 전후 사진 121
그림 2.57. 고무발포보온재의 열방출율 및 연기발생량 (NFPA 274) 122
그림 2.58. 고무발포보온재 보온재의 ISO시험 124
그림 2.59. 고무발포 보온재의 시간에 따른 열방출율 (ISO 20362) 125
그림 2.60. 고무발포보온재의 스테이너터널 시험 126
그림 2.61. 고무발포보온재의 화염전파 및 연기발생율 127
그림 2.62. 수직화염전파시험 전후의 고무발포보온재 시편 127
그림 2.63. 글라스울 보온재의 NFPA시험(test01) 전후 비교(앞면) 128
그림 2.64. 글라스울 보온재의 열방출율 (NFPA 274) 129
그림 2.65. 글라스울보온재의 ISO시험 전후 비교 130
그림 2.66. 글라스울 보온재의 시간에 따른 열방출율 (ISO 20632) 131
그림 2.67. 일본 urethane 보온재의 NFPA시험 전후 비교(앞면) 132
그림 2.68. 일본 urethane 보온재의 NFPA시험 전후 비교(뒷면) 133
그림 2.69. 일본 urethane 보온재의 열방출율 (NFPA 274) 133
그림 2.70. 일본 Polyethylene 보온재의 NFPA시험 전후 비교(앞면) 134
그림 2.71. 일본 Polyethylene 보온재의 NFPA시험 전후 비교(뒷면) 135
그림 2.72. 일본 Polyethylene 보온재의 열방출율 (NFPA 274) 135
그림 2.73. 일본 EPS 보온재의 NFPA시험(test01) 전후 비교(앞면) 137
그림 2.74. 일본 EPS 보온재의 NFPA시험(test01) 전후 비교(뒷면) 137
그림 2.75. EPS의 열방출율 (NFPA 274) 138
그림 2.76. 일본 배관용 보온재 입고 및 실험 사진 139
그림 2.77. 발포폴리에틸렌 보온재와 아연도금강판 케이스 142
그림 2.78. 은박 발포폴리에틸렌 보온재에 함석케이싱한 시편의 NFPA 274... 143
그림 2.79. 발포폴리에틸렌에 매직테이프로 마감한 후 함석케이싱한 시편의... 144
그림 2.80. 발포폴리에틸렌 보온재에 함석케이싱한 시편의 열방출율 (NFPA 274) 145
그림 3.1. 시험체 내부 열전달 현상 및 연소 특성 149
그림 3.2. Retard Index(n) 변화에 따른 tmax와 exponential 관계 154
그림 3.3. 폴리에틸렌 폼의 화재곡선 실험 결과 155
그림 3.4. 점화원의 열량(Qig)변화에 따른 발열량 실험값과 식 (3.7)의... 156
그림 3.5. 폴리에틸렌 폼 보온재의 점화조건 변화에 따른 Retard Index 곡선 접합... 157
그림 3.6. EN 13501-1(left)에 의한 보온재 종류별 난연성능 평가 결과 158
그림 3.7. 화재성장률에 의한 보온재 종류별 난연성능 평가 결과 158
그림 3.8. ISO 20632의 1/3, 1/4 그리고 1/5 축소실험 개략도 164
그림 3.9. T1/3, 1/4 및 1/5에 대한 부피 분율 0.024,... 165
그림 3.10. ISO 20632의 1/3 축소 시험체에서 보온제의 체적비 0.024일... 166
그림 3.11. 1/3, 1/4 그리고 1/5 축소실험체에서 점화조건 및 보온재... 169
그림 3.12. 보온재 질량 변화에 따른 최대 발열량 실험결과 174
그림 3.13. 평균 최대발열량 VS 보온재 체적비 175
그림 3.13. (b) 실험체 체적변화에 따른 실험상수 b1의 곡선 접합 결과 175
그림 3.14. 폴리에틸렌 폼의 질량 변화를 고려한 최대발열량... 176
그림 3.15. (a) 최대시간 VS Sf/Qig (V.F 0.024, 0.05, 0.07 그리고 0.1) 178
그림 3.15. (b) 체적비 변화에 따른 실험상수 c1과 b1의 곡선 접합 결과 178
그림 3.16. 점화조건, 보온재 및 시험체 체적 변화에 따른 최대시간... 179
그림 3.17. 화재성장지수 예측 및 실험결과 비교 181
그림 4.1. NFPA274 해석 조건 184
그림 4.2. 온도에 따른 공기의 밀도 및 비열 변화 곡선 186
그림 4.3. 반응율(Referrance Rate) 변화에 따른 실험 및 해석 비교 그래프 187
그림 4.4. NFPA 274 개략도 및 실험 전·후 구조물 사진 187
그림 4.5. 천장 높이에 따른 해석 결과 189
그림 4.6. 방수량 80Lpm일 때 헤드 분사 각도 변화에 따른 해석 결과 191
그림 4.7. 방수량 160Lpm일 때 헤드 분사 각도 변화에 따른 해석 결과 192
그림 4.8. 방수량 320Lpm일 때 헤드 분사 각도 변화에 따른 해석 결과 193
그림 4.9. 분사각도 60θ일 때 방수량 변화에 따른 해석 결과 194
그림 4.10. 분사각도 120θ일 때 방수량 변화에 따른 해석 결과 195
그림 4.11. 분사각도 180θ일 때 방수량 변화에 따른 해석 결과 196
그림 4.12. 살수분포 시험장치 199
그림 4.13. 살수분포 곡선(r2.3) 200
그림 4.14. 살수분포 곡선(r2.6) 200
그림 4.14. 측벽형헤드 살수분포 시험장치 201
그림 4.15. 측벽형헤드 살수분포 곡선 202
그림 4.16. UL199H, 일반적인 Wood Truss 구조의 화재시험 모형 207
그림 4.17. UL199H, 1,000 ft2 이하 드래프트커튼 설치상태에서의... 208
그림 4.18. UL199H, 1,000 ft2 이하 드래프트커튼 설치상태에서의... 210
그림 4.19. 살수패턴 형상비교 (표준 상향형 스프링클러 VS. 특수 스프링클러) 211
그림 4.20. 살수패턴 비교 (표준 상향형 스프링클러 VS. 1차 개발목표) 211
그림 4.21. 국내 보온재 사용량 및 FM인증 보온재 종류별 분석 결과 212
그림 4.22. 기존 스프링클러 배관에 겸용으로 설치한 천장과 반자사이 스프링클러 214
그림 4.23. 개방형 Cornice 스프링클러의 살수패턴 217
그림 4.24. 예비시험용 목업 스프링클러 219
그림 4.25. T2 유리벌브형 상향형 스프링클러의 기본모델링 설계도 219
그림 4.26. 천장과 반자사이 분무헤드의 살수패턴 시험분석 장치 221
그림 4.27. 천장과 반자사이 분무헤드의 살수시험 모습 222
그림 4.28. 최종시제품 #6 분무헤드의 설계도 224
그림 4.29. 최종시제품 #6 분무헤드의 살수분포시험 모습 225
그림 4.30. 최종시제품 #7 분무헤드의 설계도 225
그림 4.31. 최종시제품 #7 분무헤드의 살수패턴 226
그림 4.32. 최종시제품 #7 분무헤드의 살수패턴도 226
그림 4.33. 최종시제품 #8 분무헤드의 기초모델 설계도 227
그림 4.34. 최종시제품 #8 분무헤드 설계도 228
그림 4.35. 최종시제품 #8 분무헤드 살수분포 모습 및 살수분포도 228
그림 4.36. 최종시제품 #7, #8 스프링클러 살수량 및 살수분포 시험성적서 (1) 230
그림 4.37. 최종시제품 #7, #8 스프링클러 살수량 및 살수분포 시험성적서 (2) 232
그림 4.38. 천장과 반자사이 배관보온재의 2가지 대분류 233
그림 4.39. 다양한 스프링클러와 장애물과의 이격거리 관련 최소거리 규정 236
그림 4.40. 천장과 반자사이 스프링클러 화재억제 성능시험 모형 238
그림 4.41. 천장과 반자사이 스프링클러 가압송수배관과 가연물 시험장치 전경 239
그림 4.42. 천장과 반자사이 스프링클러 (샘플 #1) 화재억제성능 기초시험 모습 240
그림 4.43. 천장과 반자사이 스프링클러 (샘플 #2, #3) 화재억제성능 기초시험 모습 240
그림 4.44. 배관보온재 적용 화재시험장치 모습 241
그림 4.45. PE계열 발포폼 보온재의 화재시험 모습 242
그림 4.46. 고무발포 보온재의 화재시험 모습 243
그림 4.47. 화재억제 성능시험장치도 244
그림 4.48. PE계열 발포보온재의 자유연소 시험모습 246
그림 4.49. PE계열 발포보온재의 자유연소 시험결과 246
그림 4.50. 고무발포보온재의 자유연소 시험모습 247
그림 4.51. 고무발포보온재의 자유연소 시험결과 248
그림 4.52. 화재억제 성능시험장치도 249
그림 4.53. PE계열 발포보온재 화염 화재억제 성능시험 결과 250
그림 4.54. 고무발포보온재 화염 화재억제 성능시험 결과 251
그림 4.55. HFC-125 가스자동소화장치 12kg*3B/T 화재억제 성능시험 모습 253
그림 4.56. 분말자동소화장치 8.5kg*3B/T 화재억제 성능시험 모습 254
그림 4.57. HFC-125 가스자동소화장치, 분말자동소화장치 화재억제 성능시험... 256
그림 4.58. 자동소화장치류 화재억제 성능시험 결과 257
그림 4.59. 최종시제품 #7, #8 스프링클러 화재억제성능 시험성적서 259
그림 4.60. 제천 스포츠센터 화재 261
그림 4.61. 화재 열 확산 이동 경로 262
그림 4.62. 제천 스포츠센터 1층 모델링 262
그림 4.63. 실크기와 축소 모델의 해석 결과 263
그림 4.64. 실물화재 소화설비 실험장치 제작 사진 및 규격 265
그림 4.65. 천장과 반자사이 실규모 실험 변수 266
그림 4.66. 점화 후 화재 확산 결과(상향형) 267
그림 4.67. 점화 후 화재 확산 결과(상하형) 269
그림 4.68. 풀화재 및 스프링클러(하향형, 상하형) 작동시간 변화에 따른... 272
그림 4.69. 스프링클러의 화재진압 FDS 해석모델 주요 메커니즘 개략도 273
그림 4.70. 스프링클러헤드 감열부의 열전달 현상 274
그림 4.71. 스프링클러헤드 액적의 분사 특성 276
그림 4.72. 실화재 실험 FDS 모델링 277
그림 4.73. 해석 공간 크기 변화 개략도 279
그림 4.74. 격자 크기 및 개수 변화에 따른 발열량 해석결과 비교 그래프 280
그림 4.76. Rosin-Rammler & Log-normal의 분포상수 변화에 따른 누적분포 결과 282
그림 4.77. 스프링클러 소화효과를 고려한 FDS 주요 계산과정 예시 282
그림 4.78. FDS 스프링클러 소화특성 분석을 위한 주요 인력인자 283
그림 4.79. 풀화재 및 스프링클러(하향형, 상하형) 방사에 따른 정규 발열량... 284