본 연구에서는 도로터널의 횡류환기 및 반횡류환기 방식의 설계 방안을 도출할 목적으로 수치해석적인 방법에 의해서 환기특성을 고찰하고 소요환기량과 환기 시스템 용량의 관계를 검토하였으며, 다음과 같은 결과를 얻었다. 급 배기 횡류환기방식에서 환기시스템의 급 배기풍량은 이론적으로 소요환기량과 자연환기량의 차가 되나, 해석결과에 의하면 환기시스템 용량은 소요환기량과 자연환기량의 차보다 약 10%정도 증가하는 것으로 나타나고 있다. 또한 제트팬을 설치하여 종방향 풍속을 증가시키는 경우, 환기시스템의 급배기 풍량은 감소하나, 터널풍속이 증가할 수록 터널 내 농도가 감소하기 때문에 오염물질에 대한 배기효과가 감소하여, 횡류 환기시스템의 용량 감소효과는 감소하는 것으로 나타나고 있다. 급기만 하는 반횡류식에서는 터널입구 풍향이 차량진행방향과 반대인 경우에는 환기시스템의 급기풍량은 소요환기량과 동일하나, 해석결과에서는 약 13.3% 이내의 범위에서 증가하는 것으로 나타나고 있으며, 터널입구 풍속이 음수인 상태에서는 제트팬 댓수를 증가하여 도 환기효과는 기대할 수 없는 것으로 나타났다.
본 연구에서는 도로터널의 횡류환기 및 반횡류환기 방식의 설계 방안을 도출할 목적으로 수치해석적인 방법에 의해서 환기특성을 고찰하고 소요환기량과 환기 시스템 용량의 관계를 검토하였으며, 다음과 같은 결과를 얻었다. 급 배기 횡류환기방식에서 환기시스템의 급 배기풍량은 이론적으로 소요환기량과 자연환기량의 차가 되나, 해석결과에 의하면 환기시스템 용량은 소요환기량과 자연환기량의 차보다 약 10%정도 증가하는 것으로 나타나고 있다. 또한 제트팬을 설치하여 종방향 풍속을 증가시키는 경우, 환기시스템의 급배기 풍량은 감소하나, 터널풍속이 증가할 수록 터널 내 농도가 감소하기 때문에 오염물질에 대한 배기효과가 감소하여, 횡류 환기시스템의 용량 감소효과는 감소하는 것으로 나타나고 있다. 급기만 하는 반횡류식에서는 터널입구 풍향이 차량진행방향과 반대인 경우에는 환기시스템의 급기풍량은 소요환기량과 동일하나, 해석결과에서는 약 13.3% 이내의 범위에서 증가하는 것으로 나타나고 있으며, 터널입구 풍속이 음수인 상태에서는 제트팬 댓수를 증가하여 도 환기효과는 기대할 수 없는 것으로 나타났다.
In this study, the ventilation characteristics and the relationships between the required ventilation flow rate and the ventilation system flow rate was investigated by numerical method for the optimum design of the transverse ventilation and semi-transverse ventilation system in road tunnels. The f...
In this study, the ventilation characteristics and the relationships between the required ventilation flow rate and the ventilation system flow rate was investigated by numerical method for the optimum design of the transverse ventilation and semi-transverse ventilation system in road tunnels. The following results were obtained. In supply exhaust transverse ventilation system, the system supply-exhaust air flow rate is theoretically equal to the difference between the required ventilation flow rate and natural ventilation flow rate. However, it is shown that it increases by about 10% in the analysis results. And, in the case of the longitudinal air flow rate is increased by installed jet fans, ventilation system air flow rate is reduced. However, as the longitudinal air flow rate increases, the concentration of pollutants in the tunnel decreases, so the exhaust effect of pollutants decreases, and the effect of reducing the system air flow rate is decreased. In case of semi-transverse with only air supply, ventilation system air flow rate is equal to required ventilation air flow rate when tunnel inlet velocity is negative, but results is shown it is increased within about 13.3%. Also, it was found that ventilation effect can not be expected even if the jet fans are increased when the tunnel inlet velocity is negative.
In this study, the ventilation characteristics and the relationships between the required ventilation flow rate and the ventilation system flow rate was investigated by numerical method for the optimum design of the transverse ventilation and semi-transverse ventilation system in road tunnels. The following results were obtained. In supply exhaust transverse ventilation system, the system supply-exhaust air flow rate is theoretically equal to the difference between the required ventilation flow rate and natural ventilation flow rate. However, it is shown that it increases by about 10% in the analysis results. And, in the case of the longitudinal air flow rate is increased by installed jet fans, ventilation system air flow rate is reduced. However, as the longitudinal air flow rate increases, the concentration of pollutants in the tunnel decreases, so the exhaust effect of pollutants decreases, and the effect of reducing the system air flow rate is decreased. In case of semi-transverse with only air supply, ventilation system air flow rate is equal to required ventilation air flow rate when tunnel inlet velocity is negative, but results is shown it is increased within about 13.3%. Also, it was found that ventilation effect can not be expected even if the jet fans are increased when the tunnel inlet velocity is negative.
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문제 정의
본 연구에서는 소형차 전용 소단면 터널과 전차종이 통행하는 일반터널(대단면 터널)에 대해서 급 · 배기 횡류환 기방식과 급기 반횡류환기방식을 적용하는 경우, 환기시스템의 최적설계를 목적으로 수치해석적인 방법에 의해서 환기특성을 고찰하고, 소요환기량과 환기기용량의 관계를 검토하여 다음과 같은 결과를 얻었다.
이에 본 연구에서는 급 · 배기횡류환기시스템과 급기 반횡류 환기시스템에 대한 소요환기량과 환기기 용량의 관계를 수치시뮬레이션을 통해 분석하여 횡류환기시스템의 환기특성을 고찰하고 이를 통해 횡류환기방식의 최적설계방안을 검토하였다.
또한 횡류환기방식은 일반적으로 대면교통터널에 적용되는 사례가 많았으나, 최근에는 도시터널에 배연목적으로 횡류 환기방식의 적용이 늘어나고 있는 추세이며, 배연을 목적으로 횡류환기방식을 적용하는 경우에는 기류제어를 위해서 제트팬의 설치를 권장하고 있다. 이에 본 연구에서는 제트팬을 설치하는 경우에 횡류환기방식에서 제트팬이 환기에 미치는 영향을 검토하였다.
이에 본 연구에서도 횡류환기방식을 해석하기 위한 프로그램을 사용하여 환기기 용량을 검토하였다. 또한 횡류환기방식은 일반적으로 대면교통터널에 적용되는 사례가 많았으나, 최근에는 도시터널에 배연목적으로 횡류 환기방식의 적용이 늘어나고 있는 추세이며, 배연을 목적으로 횡류환기방식을 적용하는 경우에는 기류제어를 위해서 제트팬의 설치를 권장하고 있다.
가설 설정
급 · 배기 횡류환기방식은 덕트를 통해서 급기와 배기를 하며, 급기풍량과 배기풍량을 동일하게 설정하기 때문에 급 · 배기 풍량이 터널 내 풍속에 미치는 영향은 없는 것으로 가정한다.
제안 방법
모델터널의 경우, 전술한 바와 같이 소요환기량과 자연환기량의 차는 주행속도가 10 km/h일 때 최대가 되므로이 속도에서 제트팬 대수에 따른 횡류환기의 급 ? 배기 풍량을 검토하였다.
횡류환기방식을 적용하기 위해서 모델터널에 대한 소요환기량 및 교통환기력에 의한 자연환기량(이하 자연환 기량이라 함.)을 검토하였다. 모델터널의 제원은 Table 1에 나타냈다.
대상 데이터
모델터널의 제원은 Table 1에 나타냈다. 모델 1은 소형차 전용의 터널(이하 소단면 터널)이고, 모델 2는 대형차량이 통행하는 일반터널(이하 대단면 터널)이다.
성능/효과
1. 급 · 배기 횡류환기방식의 경우에 급 · 배기풍량은 이론적으로 소요환기량과 자연환기량의 차(Qreq - Qn )로결정되나, 해석결과에 의하면 약 10%정도 증가하는 것으로 나타나고 있다.
2. 급 · 배기 횡류환기방식에 제트팬을 설치하여 터널 내 풍속을 증가시키는 경우, 급 · 배기 풍량은 종류환기량의 증가로 인하여 감소한다.
3. 제트팬에 의해서 터널 내 풍속이 증가하면 풍속이 증가할수록 횡류환기 급 · 배기풍량의 감소효과는 감소하여이론적인 급배기 풍량(Qreq - Qn )대비 급배기 풍량(QEq)의 비(QEq /Qreq - Qn)는 증가하며, 모델 1터널의 경우, 1.10 (제트팬: 0대)~1.96 (제트팬: 8대), 모델2 터널의 경우, 1.09 (제트팬: 0대)~1.58 (제트팬: 12대)로나타나고 있다.
4. 급기 반횡류식의 터널에서 기류가 양방향으로 형성되어 입구의 풍속이 음수(-)인 경우에는 횡류환기에 서 요구되는 급기풍량은 이론적으로 소요환기량이 되나, 해석결과에서는 약 10% 이내의 범위에서 증가하는 것으로 나타나고 있다.
5. 급기 반횡류식의 터널에서 기류가 양방향으로 형성되어 입구의 풍속이 음수(-)인 경우에는 제트팬 대수를 증가시켜도 농도를 저하시키는 환기효과는 기대할 수 없으며, 입구의 풍속이 양수(+)인 경우에는 제트팬 대수가 증가하면 환기효과를 기대할 수 있다.
그러나 시뮬레이션에 의해서 구해지는 급 · 배기 풍량이 Qreq - Qn 보다 상당히 큰 값을 보이고 있으며, 제트팬 대수가 증가하여 종류환기량이 증가할수록 Qreq - Qn 에 대한 급 · 배기 풍량의 증가율(QEq/Qreq - Qn)은 증가하며, 풍량의 증가율은 모델 1터널에서는 1.10 (제트팬 0대)~1.96 (제트팬 9대)의 범위에 있는 것으로 나타나고 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
횡류환기방식이란?
터널의 환기방식은 종류환기(Longitudinal ventilation)방식과 횡류환기(Transverse ventilation)방식으로 대별되며, 종류환기방식은 환기기의 환기력에 의해서 터널을 흐르는 풍량을 증가시켜 오염물질의 농도를 희석하는 방식이며, 횡류환기방식은 터널의 천정부에 덕트를 설치하여 신선공기를 급기하거나 오염된 공기를 배기하는 방식이다. 1970년대 이전에는 횡류환기방식이 주로 적용되었으며, 1970년대 이후에 건설비와 유지관리비가 상대 적으로 낮은 제트팬과 고성능 축류팬의 개발로 종류환기방식이 활성화되게 되었다.
종류환기방식이란?
터널의 환기방식은 종류환기(Longitudinal ventilation)방식과 횡류환기(Transverse ventilation)방식으로 대별되며, 종류환기방식은 환기기의 환기력에 의해서 터널을 흐르는 풍량을 증가시켜 오염물질의 농도를 희석하는 방식이며, 횡류환기방식은 터널의 천정부에 덕트를 설치하여 신선공기를 급기하거나 오염된 공기를 배기하는 방식이다. 1970년대 이전에는 횡류환기방식이 주로 적용되었으며, 1970년대 이후에 건설비와 유지관리비가 상대 적으로 낮은 제트팬과 고성능 축류팬의 개발로 종류환기방식이 활성화되게 되었다.
종류환기방식이 현재까지 사용될 수 있는 이유는?
종류환기방식은 전술한 바와 같이 1970년대에 본격적으로 적용되기 시작하였으며, 1980년대에 들어서 일본에서는 가네쯔 터널을 중심으로 종류환기방식에 대한 조사 연구가 실시되어 종류환기방식 설계에 대한 기본계수를 정립하게 되었다. 특히, 교통환기력에 대한 계수가 정립되어 현재까지 보완되어 사용하고 있다. 당시 준공된 일본 주요 터널은 쓰르가 터널(2,925 m), 다니이나바 터널(1,355 m), 우도산 터널(3,573 m), 가게이히가시 터널(3,277 m), 가게이니시 터널(2,691 m), 간상 터널(2,198 m), 요네야마 터널(3,277 m) 등이 종류환기방식이며, 1985년 이후에는 게이나상 터널(8,625 m), 가네즈 터널(10,926 m) 등이 준공되면서 종류환기방식이 자리 잡게 되었다(Bumchang Engineering Inc.
참고문헌 (7)
Almbauer, R.A., Sturm, P.J., Oettl, D., Bacher, M. (2003), "A new method to influence the air flow in transversely ventilated road tunnels in case of fire", Proceedings of the 11th International Symposium Aerodynamics and Ventilation of Vehicle Tunnels BHR Group, Boston, USA, pp. 947-956.
Bickel, J.O., Kuesel, T.R., King, E.H. (1996), Tunnel Engineering Handbook, 2nd, Chapman & Hall, New York, pp. 384-438.
Bumchang Engineering Inc. (2000), Technology of tunnel ventilation, pp. 1-14.
Dobashi, M., Imai, T., Yanagi, H., Mizuno, A. (2000), "Numerical simulation of the emergency tunnel ventilation for a tunnel with longitudinal and transverse systems combined", Proceedings of the 10th International Symposium Aerodynamics and Ventilation of Vehicle Tunnels BHR Group, Luzern, Switzerland, pp. 581-596.
Japan Road Association (2007), Road tunnel technical standards (ventilation) and description, Japan Road Association, Tokyo, pp. 112-119.
MOLIT Statistics System (2017), http://stat.molit.go.kr/portal/search/searchList.do.
Schlaug, R.N., Carlin, T.J. (1979), Aerodynamics and air quality management of highway tunnels, Federal Highway Administration, Washington, D.C., pp. 5-24-5-47.
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