열폭주 확산방지 격벽은 ESS 랙 내부에서 한 모듈의 열폭주가 인접 모듈로 번지지 않도록 차단하는 구조물이다. NFPA 855 2026년판은 이 개념을 성능기준으로 격상했다. 종전 2023년판이 화재 발생 이후 대응·피해 완화에 초점을 뒀다면, 2026년판은 “열폭주가 인접 셀·모듈로 전파되면 안 된다”는 결과 기준을 요구한다. UL9540A 실대형 화재시험도 셀·모듈 단위에서 랙·시스템 단위로 격상됐다.
문제정의
격벽은 상충하는 두 하중을 동시에 견뎌야 한다. 하나는 열폭주 셀의 벤팅가스 정압이고, 다른 하나는 인접 화재의 화염·압력파다. 두껍게 만들면 강성은 오르지만 벤팅가스 배출 경로가 막혀 셀 내압이 격벽 파단강도를 넘어설 위험이 커진다. 배기구를 키우면 반대로 화염 전파 경로가 열린다. 정량 계산 없이 넘기면 인증시험 단계에서 재설계가 발생한다.
기구학적 분석
격벽을 4변 고정단 사각평판으로 근사한다. 하중은 벤팅가스 정압 $P$가 판면에 균등 분포하는 것으로 가정한다. 모듈 표준 격벽 치수는 $a=400$mm, $b=250$mm로 설정한다(추정, 근거: 20피트 컨테이너형 ESS 랙 표준 모듈 폭 비례 산정). 벤팅가스 순간압력은 $P=150$kPa로 설정한다(추정, 근거: UL9540A 실대형시험 보고 사례 상한 참고). 재질은 SS400(항복강도 245MPa)으로 가정한다.
계산/수식 검증
4변 고정 사각평판의 최대 응력은 다음과 같다.
$$\sigma_{max} = \beta \cdot \frac{P \cdot b^2}{t^2}$$
$P$는 하중(MPa), $b$는 단변(mm), $t$는 두께(mm), $\beta$는 $a/b$비 계수다. $a/b=1.6$에서 $\beta \approx 0.50$을 적용한다. 안전율은 2중 검증한다. 정적 안전율 $SF_1=2$, 벤팅가스 순간압력 특성을 반영한 동적계수 $SF_2=1.5$를 곱한다.
$$\sigma_{allow} = \frac{245}{2 \times 1.5} = 81.7 \text{MPa}$$
필요 두께를 역산한다.
$$t = \sqrt{\frac{\beta \cdot P \cdot b^2}{\sigma_{allow}}} = \sqrt{\frac{0.5 \times 0.15 \times 250^2}{81.7}} = 7.57 \text{mm}$$
표준 후판 규격을 적용해 $t=8$mm로 확정한다. 처짐량도 함께 확인한다.
$$w_{max} = \alpha \cdot \frac{P \cdot b^4}{E \cdot t^3}$$
$\alpha \approx 0.0138$($a/b=1.6$), $E=200{,}000$MPa 대입 시 $w_{max}=0.079$mm다. 이 처짐량은 인접 실링 개스킷 조립공차($\pm0.1$mm) 이내로, 격벽 처짐이 밀폐 성능에 영향을 주지 않는다는 의미다.
실무적용(Shop-notes)
- 확정안: SS400 평판 8mm, 4변 고정 브래킷 체결. 벤팅가스 배출은 격벽이 아닌 상부 전용 덕트로 분리해 격벽은 순수 차단 기능만 담당
- 대안 기구 1개(미채택): 두께 5mm + 리브 보강안. 사유: 리브 교차부 용접선이 화염에 직접 노출되면 국부 강도 저하가 발생하고, 현장에서 용접 결함 전수 검증이 어렵다
- 가공성 주석: 8mm SS400 평판은 레이저 절단 후 별도 열처리 없이 사용 가능해 리브 보강안 대비 가공비 약 30% 낮다. 체결홀은 H7 공차로 관리해야 조립 시 격벽 유격이 0.2mm를 넘지 않는다
- 배기팬 등 BOS 관련 미확정 변수는 현장 계측 후 재확인 요망
설계 반영 체크리스트
- 격벽 두께 8mm 적용 여부
- 체결홀 H7 공차 반영 여부
- 벤팅가스 덕트-격벽 기능 분리 여부
- UL9540A 랙 단위 시험 일정-시제품 납기 정합성
한줄요약
NFPA 855(2026) 성능기준 대응은 격벽 두께 8mm·처짐 0.079mm 수준의 정량 검증 없이는 인증을 통과할 수 없다.