[논문]전동차 실내공기질 측정 및 <tex>$CO_2$</tex> 농도 예측

소진섭; 유성연

전동차 실내공기질 측정 및 $CO_2$ 농도 예측
A Prediction of $CO_2$ Concentration and Measurement of Indoor Air Quality in the EMU 원문보기

한국철도학회 논문집 = Journal of the Korean Society for Railway, v.11 no.4 = no.47, 2008년, pp.378 - 383

소진섭 (한국철도공사, 철도연구원, 기술연구팀) , 유성연 (충남대학교, 기계설계공학과)

초록
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환경부는 2006년 12월에 "대중교통수단 실내공기질 관리 가이드라인"을 제정하였다. 관리항목으로 이산화탄소($CO_2$)와 미세먼지(PM10)에 대해 각각 Level 1(평상시)과 Level 2(혼잡시)로 가이드라인을 제시하였다. 이에 열차와 전동차에 대해 실내공기질 관리가 필요하게 되었다. 본 연구는 2007년 9월과 11월에 4호선(당고개-오이도), 1호선 급행(동인천-용산) 전동차 운행구간을 대상으로 실내공기질을 측정하였다. 또한 전동차 설계검토 사양과 일반적인 공기인자 등의 물성값을 적용하여 $CO_2$ 농도를 예측하였다. 그리고 전동차 실내공기질 실측치와 비교분석 하였다. 측정결과 PM10 농도는 환경부 가이드라인에 각각 44, 57, 45% 수준, $CO_2$농도는 각각 39, 36, 44% 수준으로 양호하였다. 또한 $CO_2$ 농도 예측치와 실측치를 비교한 결과 예측치는 실측치에 유사한 결과로 나타났다.

Abstract ▼ AI-Helper

In December 2006, the Ministry of Environment Republic of Korea established the guideline which is "Indoor Air Quality Management Guidelines in Public Transportation." as control items, $CO_2$ (carbon dioxide) and PM10 (particle matter) are classified two categories, that is, Level 1 (non-rush hour), Level 2 (rush hour). Therefore, the quality of air in train and subway should be controlled in accordance with the guideline. We took a measure the air freshness inside train twice at Line 4 (Tangogae-Oido), in Sep. 2007 and at Line 1 (Dongincheon-Yongsan) in Nov. 2007, respectively and, also expected the emitted $CO_2$ concentration by using a property of matter such as EMU (Electric Multiple Unit) design reviewing specification and air. According to the measured values, the concentration of PM10 was 44, 57, 45% and the concentration of $CO_2$ was 39, 36, 44% respectively, all measured values are within the guideline and also, as a result we found the expected value and measured value are similar.

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

전동차 실내공기질 측정은 2007년 9월과 11월에 IES-3000를 이용하여 측정하였다. 9월11일은 당고개역을 출발하여 오이도역 도착까지 퇴근시간대에 측정하였다. 9월12일은 오이도역을 출발에서 당고개역 도착까지 출근시간대에 냉방가동 조건에서 전동차 운행 진행방향 2호차 중앙 좌측에서 측정하였다.
따라서 전동차 CO₂ 농도 예측에서는 플랩이 열리는 신호시점은 전동차가 정차하여 출입문이 열릴 때를 환기시점으로, 플랩이 닫히는 신호시점은 전동차가 출입문이 닫히고 운행시점으로 하였다. 계산에 필요한 조건은 Table 2와 같이 설계제작 사양과 공기 물성치를 반영하였고, 초기 객실 CO₂ 배경 농도와 실내온도, 승객수는 실측치를 적용하여 오차범위를 최소화 하였다. 이와 같이 일반적인 조건으로 식 (1-3)을 이용하여 전동차 CO₂ 농도를 예측하였다.
권순박 등[6]은 KTX 를 대상으로 터널구간과 CO₂ 농도 상관관계를 제시하였고, 또한 전동차 실내에 대해서도 승객수와 운행패턴에 따른 CO₂ 농도 상관관계를 제시하였다. 그리고 지하철 객실 CO₂ 농도 예측식을 개발하였고, 이를 통해 운행패턴에 따른 정차 시 자연환기효과를 제시하였다. 임호주[7]는 대중운송수단 내 실내공기 오염물질의 노출 및 위해성 평가를 통해 승객 혼잡율과 전동차 체적을 고려한 CO₂ 농도를 예측하였고, 호흡으로 인한 예측과 실측 CO₂ 농도를 제시하였다.
이와 같이 일반적인 조건으로 식 (1-3)을 이용하여 전동차 CO₂ 농도를 예측하였다. 그리고 환경부 대중교통수단 실내공기질 관리 가이드라인 어느 정도인지 실내환경종합측정기(IES-3000)를 이용하여 측정하였다. 이 실측치와 전동차 CO₂ 농도 예측식에 의해 계산된 예측치를 서로 비교하였다.
그리고 환경부 대중교통수단 실내공기질 관리 가이드라인 어느 정도인지 실내환경종합측정기(IES-3000)를 이용하여 측정하였다. 이 실측치와 전동차 CO₂ 농도 예측식에 의해 계산된 예측치를 서로 비교하였다.
이 실측치와 전동차 CO2 농도 예측식에 의해 계산된 예측치를 서로 비교하였다.
035%와 실내 O2 소비율은 승객이 조용히 앉아 있는 상태로 17L/h를 적용하였다. 초기 전동차 실내 CO₂ 배경농도는 예측치와 오차범위를 최소화하기 위해 실측치를 적용하여 계산하였다.

대상 데이터

9월12일은 오이도역을 출발에서 당고개역 도착까지 출근시간대에 냉방가동 조건에서 전동차 운행 진행방향 2호차 중앙 좌측에서 측정하였다. 11월23일은 1호선 급행 전동차를 대상으로 동인천역을 출발하여 용산역 도착하는 운행구간으로 퇴근시간대에 난방을 하지 않은 조건에서 진행방향 2호 객차와 5호 객차 중앙 우측에서 각각 측정하였다. 측정 결과는 Table 3과 Fig.
9월11일은 당고개역을 출발하여 오이도역 도착까지 퇴근시간대에 측정하였다. 9월12일은 오이도역을 출발에서 당고개역 도착까지 출근시간대에 냉방가동 조건에서 전동차 운행 진행방향 2호차 중앙 좌측에서 측정하였다. 11월23일은 1호선 급행 전동차를 대상으로 동인천역을 출발하여 용산역 도착하는 운행구간으로 퇴근시간대에 난방을 하지 않은 조건에서 진행방향 2호 객차와 5호 객차 중앙 우측에서 각각 측정하였다.
본 연구는 환경부 대중교통수단 실내공기질 관리 가이드라인 어느 정도인지 실내환경종합측정기(IES-3000)를 이용하여 측정하였다. 이 실측치와 전동차 CO₂농도 예측식에 의해 계산된 예측치를 서로 비교하였다.
농도 예측 계산에는 Table 2와 같이 KORAIL 전동차 공기조화시스템 설계 자료와 인버터제어 전동차 제작사양을 적용하였다. 전동차 실내 체적은 158.18m³(L:19. 5m, W:3.12m, H:2.6m)이며, 신선외기 흡입풍량 27m³/min(1620m³/hr)이다. 또한 냉방장치와 별도로 실내 풍량을 골고루 해주기 위해 라인데리아가 출입문 근처 천정에 설치되어 있다.
전동차 실내공기질 측정은 2007년 9월과 11월에 IES-3000를 이용하여 측정하였다. 9월11일은 당고개역을 출발하여 오이도역 도착까지 퇴근시간대에 측정하였다.

성능/효과

Fig. 3(a) 4호선 당고개역에서 오이도역까지 실측치는 평균 1362ppm, 예측치는 1412ppm으로, 실측치에 예측치가 96% 수준이다. Fig.
Fig. 3(b) 4호선 오이도역에서 당고개역까지 실측치는 평균 1266ppm, 예측치는 1408ppm으로, 실측치에 예측치가 90% 수준으로 나타났다. 반면에 Fig.
특히 Fig. 1(b)의 08:07분 금정역과 08:34분 남태령역에서는 선행열차 대기를 위해 출입문이 2분 이상 열릴 때 PM10 농도는 미미한 영향이 있음을 확인하였다. 11월23일은 1호선 급행 전동차를 대상으로 동인천역을 출발하여 용산역 도착하는 운행구간으로 퇴근시간대 측정한 결과는 Table 3과 Fig.
그리고 전동차 운행패턴과 실내 승객수의 일반적인 조건에서 CO2 농도 예측치와 실측치의 비교 분석결과 0.96, 0.90, 0.77로 유사하게 나타났다.
따라서 CO2 농도는 승객이 승·하차 시 출입문 열림 시간이 보통 1분 이내로 짧지만 선행열차 대기 및 신호대기, 환승역 등에서 출입문 열림이 2분 이상에서는 CO2 농도가 급격하게 하락하는 것으로 나타났다.
따라서 전동차 CO2농도 예측은 CO2와 O2의 밀도와 분자량, 승객 1인당 O2소비율과 소비량, 초기 공기질량, 초기 CO2질량, 신선공기 공급량, 객실의 체적, 급기량, 객실 내 승객수에 따른 CO2 농도량, 신선공기중에 CO2 농도량, 시간당 실내에서 발생된 CO2 농도량, 전동차 승객수 변동과 정차역 운행거리 시간을 통해 예측이 가능한 것으로 나타났다.
측정결과 CO₂ 농도는 1536ppm으로, 이는 환경부 가이드라인에 44% 수준으로 나타났다. 승객수를 보면, 부평역(18:06)에서 142명이 승차하여 구로역(18:25) 구간에서는 최고 167명이 승차하여 역곡역에서 구로역까지 약 6분 정도 운행을 계속할 때 CO₂ 농도가 다소 상회하는 것으로 나타났다. 그리고 CO₂ 농도 증가에 승객인원수와 상관관계가 있는지 분석한 결과, 선형 상관계수 R²는 각각 0.
전동차 실내공기질 관리항목인 PM10 평균농도는 환경부에서 제시하고 있는 가이드라인에 각각 44, 57, 45% 수준이며, CO₂평균농도는 각각 39, 36, 44% 수준으로 매우 만족하게 나타났다. 그리고 전동차 운행패턴과 실내 승객수의 일반적인 조건에서 CO₂농도 예측치와 실측치의 비교 분석결과 0.
2(c)에 나타내었다. 측정결과 CO₂ 농도는 1536ppm으로, 이는 환경부 가이드라인에 44% 수준으로 나타났다. 승객수를 보면, 부평역(18:06)에서 142명이 승차하여 구로역(18:25) 구간에서는 최고 167명이 승차하여 역곡역에서 구로역까지 약 6분 정도 운행을 계속할 때 CO₂ 농도가 다소 상회하는 것으로 나타났다.
측정결과 각각 111, 143μg/m3으로, 이는 환경부 가이드라인 Level 2(평균 250μg/m3 이하, 혼잡시)에 각각 44%, 57% 수준으로 나타났다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	전동차 CO2농도를 예측하기 위해 필요한 항목은 무엇인가?	따라서 전동차 CO2농도 예측은 CO2와 O2의 밀도와 분자량, 승객 1인당 O2소비율과 소비량, 초기 공기질량, 초기 CO2질량, 신선공기 공급량, 객실의 체적, 급기량, 객실 내 승객수에 따른 CO2 농도량, 신선공기중에 CO2 농도량, 시간당 실내에서 발생된 CO2 농도량, 전동차 승객수 변동과 정차역 운행거리 시간을 통해 예측이 가능한 것으로 나타났다.
	전동차의 CO2 농도는 출입문의 열림 시간과 어떠한 상관관계가 있는가?	이는 전동차 운행 특성상 공기조화장치를 통해 외부 신선공기를 많이 확보하기에는 어렵기 때문에 CO2 농도는 실내 승객수의 증가와 영향이 있음을 알 수 있었다. 따라서 CO2 농도는 승객이 승·하차 시 출입문 열림 시간이 보통 1분 이내로 짧지만 선행열차 대기 및 신호대기, 환승역 등에서 출입문 열림이 2분 이상에서는 CO2 농도가 급격하게 하락하는 것으로 나타났다.
	동인천역에서 용산역까지 운행하는 급행 전동차 객차 실내 CO2 농도의 예측치가 실측치에 비해 다소 낮게 나타난 이유는 무엇인가?	3(c)는 동인천역에서 용산역까지 운행하는 급행 전동차로 실측치는 평균 1536ppm, 예측치는 1980ppm으로, 실측치에 예측치가 77% 수준으로 다소 낮게 나타났다. 이는 구로역(18:25)에서 신호대기관계로 출입문을 2분 이상 열려 있을 때의 영향으로 CO2 농도 예측치보다 실측치가 더 급격하게 하락하는 것으로 나타났다.

참고문헌 (11)

환경부(2006), "대중교통수단 실내공기질 관리 가이드라인".
한국철도공사(2006), "열차 객실 공기청정도 향상 방안 연구", 철도연구개발센터.
한국철도공사(2007) "열차 객실 공기청정도 조사 분석 연구", 철도연구원.
유재홍(1997), "지하철내의 CO2측정을 통한 적정환기량 산정에 관한 연구," 석사학위논문, 서울시립대학교.
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한국고속철도건설공단(1996), "Calculation of $CO_2$ Build-Up in Trailer Car Passenger Areas," BECHTEL, pp.6-8.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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