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도로터널 반횡류환기시스템에서 급배기 포트개도 및 화재시 운영방안에 관한 수치해석적 연구
Numerical Study on the Supply and Exhaust Port Size and Fire Management Method in the Semi-transverse Ventilation System for Road Tunnel 원문보기

한국화재소방학회 논문지= Fire science and engineering, v.30 no.2, 2016년, pp.68 - 74  

유지오 (신한대학교 자동차공학과) ,  김진수 (인천대학교 대학원) ,  이동호 (인천대학교 소방방재연구센터)

초록
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도로터널에 적용하는 반횡류환기방식은 터널의 전연장에 걸쳐서 단위길이당 풍량이 균일하게 될 수 있도록 포트의 개도 조정이 필수적이다. 그러나 현재 국내에서 운영중인 터널의 경우에는 설계시 이에 대한 고려가 적절히 이루어지지 못하고 있는 실정이다. 이에 본 연구에서는 개도계산을 위한 프로그램을 개발하고 반횡류환기방식의 터널에서 포트의 운영방안을 제시하였다. 연구결과, 포트의 개도는 급기방식의 덕트에서는 환기소측에서 덕트의 말단(bulk head)쪽으로 갈수록 증가하였다가 감소하는 경향을 가지며, 최소 개도는 56% 정도로 나타나고 있다. 또한 배기방식에서는 환기소측이 15% 정도로 가장 작고 bulk head 쪽으로 갈수록 증가하는 경향을 보이고 있다. 화재시 300 m 구간의 배연풍량을 검토한 결과, 포트사이즈를 조정하지 않는 경우와 급기방식으로 포트사이즈을 조정한 경우에는 터널중앙부의 배연량이 각각 8.1%와 12.5%로 터널중앙부의 배연풍량이 저조한 것으로 나타났다. 따라서 반횡류환기방식의 터널에서는 평상시 환기효율이 저하하더라도 배연시 균일한 풍량을 얻을 수 있도록 포트의 개도를 설정하여 운영하는 것이 반드시 필요한 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In semi-transverse ventilation system applied for road tunnel, adjustment of the port opening ratio is an essential part for uniform airflow rate per unit length over the entire tunnel. However, it has not been considered decently throughout the design process and operating of the tunnel. Therefore,...

주제어

#Semi transverse ventilation system   #Supply and exhaust port   #Smoke exhaust airflow  

표/그림 (10)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서, 본 연구에서는 균일한 급기 또는 배기풍량을 얻기 위해서 포트의 개도계산을 위한 프로그램을 개발하고 CFD 시뮬레이션 결과와 비교하였다. 또한 이를 통해서 터널과 덕트에서 유동특성을 고찰함으로써 횡류환기 방식의 설계기법을 정립하고 화재시 효율적인 횡류환기방식의 포트운영방안을 제시하고자 한다.
  • 따라서, 본 연구에서는 균일한 급기 또는 배기풍량을 얻기 위해서 포트의 개도계산을 위한 프로그램을 개발하고 CFD 시뮬레이션 결과와 비교하였다. 또한 이를 통해서 터널과 덕트에서 유동특성을 고찰함으로써 횡류환기 방식의 설계기법을 정립하고 화재시 효율적인 횡류환기방식의 포트운영방안을 제시하고자 한다.
  • 본 연구에는 반횡류환기방식의 터널에서 균일풍량을 얻기 위한 개도계산 프로그램을 개발하고 이를 수치해석 결과와 비교하였다. 또한 이를 통해 덕트설계의 터널내압 및 유동특성을 고찰하고 배연을 위한 운영방안을 검토하였다.
  • 덕트에서 압력손실은 Figure 3 및 Figure 4에서 보는 바와 같이 급기덕트보다 배기덕트가 크게 발생하는 것으로 나타나고 있다. 이에 급배기용 송풍기 선정에 필요한 덕트의 정압손실을 검토하였다. 100 m 구간에 대한 벽면마찰손실 및 터널내압을 고려하여 나타내면 송풍기 선정에 필요한 정압손실을 정리하여 나타내면 Table 2와 같다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
도로터널에 적용하는 반횡류환기방식에서 포트의 개도 조정이 필수적인 이유는 무엇인가? 도로터널에 적용하는 반횡류환기방식은 터널의 전연장에 걸쳐서 단위길이당 풍량이 균일하게 될 수 있도록 포트의 개도 조정이 필수적이다. 그러나 현재 국내에서 운영중인 터널의 경우에는 설계시 이에 대한 고려가 적절히 이루어지지 못하고 있는 실정이다.
터널내부로 신선공기를 급기하고 터널내 오염공기를 배기하는 방식인 횡류환기방식의 종류에는 무엇이 있는가? 도로터널에 적용되는 환기방식은 종류환기방식과 횡류환기방식으로 대별되며, 횡류환기방식은 터널 천장부 등에 덕트를 설치하여 터널내부로 신선공기를 급기하고 터널내 오염공기를 배기를 하는 방식이다. 이 방식은 급기 또는 배기만 수행하는 경우가 있으며, 각각을 급기 반횡류방식과 배기 반횡류방식이라 한다(1). 횡류환기방식은 일반적으로 1m×1m 이하의 포트를 5m 정도의 간격으로 덕트를 따라 설치하여 터널전체에 균일한 풍량이 급기 또는 배기되도록 한다(2).
횡류환기방식은 무엇인가? 도로터널은 터널을 통과하는 주행자의 안전을 확보하고 터널 주변환경에 영향을 최소화하기 위해 주행하는 차량에서 배출되는 오염물질을 허용농도 이하로 유지할 수 있도록 환기를 수행한다. 도로터널에 적용되는 환기방식은 종류환기방식과 횡류환기방식으로 대별되며, 횡류환기방식은 터널 천장부 등에 덕트를 설치하여 터널내부로 신선공기를 급기하고 터널내 오염공기를 배기를 하는 방식이다. 이 방식은 급기 또는 배기만 수행하는 경우가 있으며, 각각을 급기 반횡류방식과 배기 반횡류방식이라 한다(1).
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참고문헌 (10)

  1. J. Y. Kim and O. J. Yoo, "A Numerical Study on Characteristics of Smoke Exhaust in Road Tunnel Fires for Different Ventilation System", J. of Korean Institute of Fire Science & Engineering, Vol. 22, No. 3, pp. 201-207 (2008). 

  2. Alan Beard and Richard Carvel, The Handbook of Tunnel Fire Safety, Thomas Telford, London (2004). 

  3. O. Vauquelin and D. Telle, "Smoke Control in Tunnel Fires - Should We Talk about Critical Velocity or Critical Mass Flow Rate", 10th Int. Sym. on the Aerodynamics & Ventilation of Vehicle Tunnels, pp. 97-103, BHRGroup Vehicle Tunnel (2000). 

  4. HBI Haerter Ltd., "LONG RAILWAY TUNNELS - COMPARISON OF MAJOR PROJECTS" (2008). 

  5. FHA, "Aerodynamics and Air Quality Management of Road Tunnel", Washington D.C. (1980). 

  6. Metropolitan Expressway Technology Center, "Tunnel Installation Guidelines - Research Report on the Tunnel Facilities", Japan (1993). 

  7. Y. H. Joen, O. J. Yoo, N. J. Kim, T. B. Seo and J. Y. Kim, "A Study on the Effective Fire and Smoke Control in Road-Tunnel with Semi-Transverse Ventilation", Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering, Vol. 21, No. 3, pp. 186-192 (2009). 

  8. STUVA, "Brandschutz in Verkehrstunneln", Bundesministerium fur Verkehr, Bau-Und Wohnungswesen (2000). 

  9. MINISTERE DE L'INTERIEUR and MINISTERE DE L'EQUIPEMENT, DES TRANSPORTS ET DU LOGEMENT, "CIRCULAIRE INTERMINISTERIELLE No2000- 63 DU 25 AOUT 2000 relative a la seurite dans les tunnels du reseau routier national", France (2000). 

  10. J. Y. Kim and Y. H. Jeon, "A Study on the Effective Fire and Smoke Control in Road-Tunnel with Semi-Transverse Ventilation (Oversized Exhaust System)", J. of Korean Institute of Fire Science & Engineering, Vol. 23, No. 3, pp. 79-84 (2009). 

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