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[국내논문] 도시철도 역사 스크린 도어 개폐에 따른 냉방 기류 해석 및 효율 비교 분석
Analysis of Cooling Air Current and Efficiency of Air Conditioning in the Underground Subway Station with Screen-Door Opening and Closing 원문보기

한국철도학회 논문집 = Journal of the Korean Society for Railway, v.17 no.5 = no.84, 2014년, pp.328 - 335  

장용준 (Korea Railroad Research Institute, Railroad Safety and Certification Center) ,  류지민 (Korea Railroad Research Institute, Railroad Safety and Certification Center) ,  정호성 (Korea Railroad Research Institute, Smart Station Research team)

초록
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도시철도 지하역사 냉방 기류 및 냉방 효율을 조사하기 위하여 수치해법을 이용하여 해석하고 현장 실험 결과와 비교하여 분석하였다. 해석 대상 역사로는 지하 8층의 깊이 43.6m인 서울 5호선 신금호 역사를 선정하였다. 전체 역사를 해석 영역으로 하였으며, 공조기 모드는 평상시 모드로 고정시켰다. 냉방 공조를 위하여 대합실 천정에 총 94개의 정사각형($0.6m{\times}0.6m$) 환기구를 모델하였으며, 승강장은 총 222개의 환기구가 승강장 천정에 모델되었다. 대합실에서 급기되는 공기는 $47,316m^3/h$, 배기되는 공기량은 $33,980m^3/h$이며, 승강장에서 급기되는 공기는 $33,968m^3/h$, 배기되는 공기량은 $76,190m^3/h$로 현장의 풍량을 반영하였다. 승강장에서 스크린도어(PSD)는 닫힌 경우와 열린 경우 각각을 조사하였다. 총 750만개의 격자가 사용되었으며, 전체 영역을 22개의 다중 블록으로 나누어서 계산하고, MPI를 이용하여 각각의 블록에서 계산된 결과를 교환하였다. LES 기법을 이용하여 운동량 방정식 및 에너지 방정식을 계산하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Numerical prediction methods were applied to investigate the turbulent air currents and air-conditioning efficiency in an underground subway station, and the results compared to experimental data. The Shin-gumho Station($8^{th}$ floor underground and 43.6m in depth) in Seoul was selected ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • Gerhardt & Kruger [7]은 독일의 지하철 역사에서 터널풍과 열차풍의 복잡한 상관 관계 및 에너지 흐름에 대하여 이론적으로 분석하였다. 공기의 유동을 제어하고 과도한 열차풍이 역사내로 진입하는 것을 방지하는 기술에 대하여 연구하였다. Kim & Kim [8]은 지하철 터널에서 환기의 효율을 극대화 시키기 위하여 환기구의 위치를 최적화 하였다.
  • 본 연구는 대심도 역사 냉방 공조 장치 계획시 역사 냉방기류 LES 시뮬레이션 결과가 어느 정도 신뢰도를 가지고 있는지를 정량적으로 판단할 수 있는 근거를 제공하리라고 판단된다.
  • 본 연구에서는 서울 도시철도 지하역사의 평상시 조건에서 승강장 및 대합실의 상세한냉방 기류의 흐름을 조사하기 위하여 도시철도 역사 전체를 모델링하고 역사 내부에서의 냉방 기류를 해석하였으며 실험 결과[11]와 비교 분석하였다. 역사 모델로는 서울 시내에서 심도가 가장 깊은 역사 중 하나인 5호선 신금호 역사(총 지하8층, 심도: 43.
  • 신금호 역사의 실제 대합실 및 승강장 천정의 환기구의 배열 형태는 Jang 등 [11]의 연구에 잘 나타나 있다. 본 연구에서는 실제 현장을 잘 반영하도록 모델하였다. Fig.
  • 전체 역사 내에서 상세한 냉방기류의 흐름을 조사하기 위해서는 대용량 컴퓨터 및 수치계산과 비교할 수 있는 현장 실험 결과가 필요하다. 본 연구의 목적은 이러한 필요를 충족 시키기 위하여 체계적으로 도시철도 역사 전체를 모델링하고 내부에서의 냉방 기류의 흐름을 조사하였다. 역사 모델로는 5호선 신금호 역사(총 지하8층, 심도: 43.
  • 또한 역사 자체에 대한 연구에 있어서는 단순 평균 온도 또는 전력량의 조사 정도에서 그치고 있으며, 전체 역사 내에서 냉방 기류의 흐름 및 상세한 온도 분포에 대한 조사는 이루어지고 있지 않다. 역사 내에서 상세한 온도 분포 데이터는 역사의 국부적 냉방을 효율적으로 조절하여 전력 소모를 절감하고자 하는 목적으로 사용될 수 있다.

가설 설정

  • Kim 등 [2]은 서울도시철도 9호선의 전력 사용량에 영향을 미치는 요인을 분석하였으며, 계절별 전력 사용 증가에 대한 상관분석 및 회귀분석을 수행하였다. 또한 역사 전차선 전력 수요량에 전동차 내부의 냉난방 전력 수요량이 포함됨을 지적하였다. Bae 등 [3]은 서울메트로 역사 중 1호선 서울역과 시청역에서 PSD 설치 전후에 승강장에서의 온도의 변화를 2005년~2008년 까지 비교 분석하였으며, PSD 설치로 인하여 승강장의 온도가 약 3ºC 정도 낮아짐이 조사되었다.
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참고문헌 (15)

  1. Y.J. Jang (2009) The Study of Renewable Energy for Application to The Railway System, KRRI- STUDY 2009-G-04- 01(Korea Railroad Research Institute). 

  2. I. Kim, H.N. Kim, J.S. Park (2013) Analysis of factors to affect the amount of power consumption on Seoul subway Line 9, 2013 Spring Conference & Annual Meeting of the Korean Society for Railway, pp. 1-6. 

  3. S.J. Bae, S. H. Hwang, C.H. Shin (2009) A Study of air quality and cooling efficiency improvement by PSD installation, 2009 Autumn Conference & Annual Meeting of the Korean Society for Railway, pp. 1-7. 

  4. B.W. Han, Y.M. Kim, J.H. Hong (2010) Effect of Traininduced Wind on Tunnel Ventilation in a Subway Tunnel, Proceeding of the 50th Meeting of KOSAE(2010) Korean Society for Atmospheric Environment. 

  5. J.Y. Kim (2010) Development of Optimum Design Technology of Platform Screen Door Systems for the Environment Improvement and Disaster Prevention of Urban Railway, Proceeding of 2008 Winter Conference & Annual Meeting of the Society of Air-conditioning and Refrigerating Engineers of Korea, pp. 84-87. 

  6. M. Juraeva, J.R. Kyung, S.H. Jeong (2013) Influence of mechanical ventilation-shaft connecting location on subway tunnel ventilation performance, Journal of Wind Engineering Industrial Aerodynamics, 119 pp. 114-120. 

  7. H.J. Gerhardt, O. Kruger (1998) Wind and train driven air movements in train stations, Journal of Wind Engineering Industrial Aerodynamics, 74-76 pp. 589-597. 

  8. J.Y. Kim, K.Y Kim (2009) Effects of vent shaft location on the ventilation performance in a subway tunnel, Journal of Wind Engineering Industrial Aerodynamics, 97, pp. 174-179. 

  9. J. Ji, J.Y. Han, C.G. Fan, Z.H. Gao, J.H. Sun (2013) Influence of cross-sectional area and aspect ratio of shaft on natural ventilation in urban road tunnel, International Journal of Heat and Mass Transfer, 67 pp. 420-431. 

  10. C.G. Fan, J. Ji, W. Wang, J.H. Sun (2014) Effects of vertical shaft arrangement on natural ventilation performance during tunnel fires, International Journal of Heat and Mass Transfer, 73 pp. 158-169. 

  11. Y.J. Jang, H.S. Lee, D.S. Park (2012) Experimental Study for the Capacity of Ordinary and Emergency Ventilation System in Deeply Underground Subway Station, Journal of The Korean Society for Railway, 15(6) pp. 579-587. 

  12. K.B. Mcgrattan, B. Klein, S. Hostikka, J. Floyd (2010) Fire Dynamics Simulator(Version 5) User's Guide, NIST Special Publication 1019-5. 

  13. K.B. Mcgrattan, H.R. Baum, R.G. Rehm (1998) Large eddy simulation of smoke movement, Fire Safety Journal 30(2), pp. 161-178. 

  14. J. Smagorinsky (1963) General Circulation Experiments with the Primitive Equation, I, the basic experiment, Monthly Weather Review, 91(3) 99-164. 

  15. H. Werner, H. Wengle (1991) Large-eddy simulation of turbulent flow over and around a cube in a plate channel, 8th Symposium on Turbulent Shear Flows, pp. 155-168. 

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