[논문]도시철도 지하역사 공기조화기의 미세먼지 저감성능 개선을 위한 사전연구

강중구; 신창헌; 배성준; 권순박; 김세영; 한석윤

도시철도 지하역사 공기조화기의 미세먼지 저감성능 개선을 위한 사전연구
Pre-study for the improvement of air filtration performance in the air handling unit of subway station 원문보기

강중구 (로얄정보기술) , 신창헌 (서울메트로) , 배성준 (서울메트로) , 권순박 (한국철도기술연구원) , 김세영 (한국철도기술연구원) , 한석윤 (한국철도기술연구원)

Particulate matter (PM) is one of the major indoor air pollutants especially in the subway station in Korea. In order to remove PM in the subway station, several kinds of PM removal system such as roll-filter, auto-washable air filter, demister, and electrostatic precipitator re used in the air handling unit (AHU) of subway station. However, those systems are faced to operation and maintenance problems since the filter-regeneration unit consisting of electrical or water jet parts is malfunctioned due to the high load of particulates and the filter material needs periodic replacement. In this study, we surveyed the particle removal systems in order to develop the new system of particle removing can be adopted in the current AHU of subway station.

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문제 정의

그러나 물을 이용한 필터세척과정에서 전기장치에 대한 영향이 발생하고, 추가적으로 폐수처리 설비가 필요하다. 본 연구에서는 이러한 공기조화기에 적용될 수 있는 전단 프리필터로 축류방식의 싸이클론 기술을 적용하기 위하여 기존 지하철 역사의 공조시설 및 공기여과장치를 조사하고 운영실태를 파악하고자 한다.

제안 방법

5m를 기준으로 하였다. 또한 외곽 후레임 및 필터가이드는 STS 304를 사용하여 지지 브라켙 등을 설치하였고, 틈새는 기밀이 유지되도록 설계하였다. 여재는 STS 또는 동등 이상의 재질이며 스크린 처리된 것으로 사용하였으며, 여재 양면에는 밀림이나 변형이 없도록 STS 재질의 보호망 및 다이아몬드형 보강대를 설치하였다.
양면 자동세정형 데미스터의 구조를 보면 본체, 여재, 자동세정장치 및 배관, 자동제어장치, 겨울철 동결방지 장치로 구성되어 있다. 본체의 규격을 보면 풍량 및 면풍속 2.5m/s 이내로 면적에 맞추어 필터장치의 그기를 설계하였고, 1개의 필터장치는 최대 높이 3.5m를 기준으로 하였다. 또한 외곽 후레임 및 필터가이드는 STS 304를 사용하여 지지 브라켙 등을 설치하였고, 틈새는 기밀이 유지되도록 설계하였다.
위의 미세먼지 저감장치 시스템은 1마이크론 이상의 미세입자에 대하여 낮은 압력손실(20mmAq 이하)을 가지며, 분진포집율은 질량법으로 70～90%, DOP법으로 5～10%의 포집율을 갖는 사양으로 설정하였고, 분진유지 용량은 필터가 분진을 바로 더스트트랩으로 이송하기 때문에 이론적으로 무한대의 분지유지 용량을 가진다. 미세먼지 저감 시스템이 개발되면 이는 한국공기청정협회의 에어필터 성능시험 방법(KACA99-02-004-A)에 근거하여 성능평가를 수행하게 된다.
서울역의 경우 냉방장치가 미설치되어 있는 전형적인 지하철 4호선 역사에 해당하며, 명동역과 회현역은 2006년 냉방공사를 완료하면서 공조시설이 전면 교체된 역사이다. 이상의 세 개 역사에 대한 공기조화기 설비를 조사하였다. 조사결과, 미세먼지 저감에는 롤필터, 데미스터, 자동재생형, 등이 적용되고 있는 것으로 나타났다.

대상 데이터

또한 외곽 후레임 및 필터가이드는 STS 304를 사용하여 지지 브라켙 등을 설치하였고, 틈새는 기밀이 유지되도록 설계하였다. 여재는 STS 또는 동등 이상의 재질이며 스크린 처리된 것으로 사용하였으며, 여재 양면에는 밀림이나 변형이 없도록 STS 재질의 보호망 및 다이아몬드형 보강대를 설치하였다. 세정장치는 스크류 구동 구조로 상·하 또는 좌·우로 이동하여 세정하는 방식으로 구동부 등이 방수형이며, 필터 장치 유입·유출 측 양면에 각각 설치되어 있다.
현재 운영 중인 지하철 4호선의 서울역, 명동역, 회현역에 대하여 공기조화기 현장조사를 하였다. 조사 대상 역중 서울역의 경우 공조실이 지하 1층 역사 양 끝단에 위치하고 있고, 총 2개의 공조실에 공기조화기는 대합실용, 승강장용으로 구분되어 있다. 공급유량은 대합실이 642 CMM, 승강장이 832CMM 이다(Table 1).
현재 운영 중인 지하철 4호선의 서울역, 명동역, 회현역에 대하여 공기조화기 현장조사를 하였다. 조사 대상 역중 서울역의 경우 공조실이 지하 1층 역사 양 끝단에 위치하고 있고, 총 2개의 공조실에 공기조화기는 대합실용, 승강장용으로 구분되어 있다.

성능/효과

이상의 세 개 역사에 대한 공기조화기 설비를 조사하였다. 조사결과, 미세먼지 저감에는 롤필터, 데미스터, 자동재생형, 등이 적용되고 있는 것으로 나타났다. 그러나, 지상 환기탑을 통해 지하역사로 유입되는 신선공기에 도로상의 많은 분진이 유입되고 터널 등에서 발생하는 비산먼지가 지하역사에 높은 농도로 분포하기 때문에 현재의 정화장치는 운영상의 애로사항을 가지고 있는 것으로 나타났다.

후속연구

그러나, 지상 환기탑을 통해 지하역사로 유입되는 신선공기에 도로상의 많은 분진이 유입되고 터널 등에서 발생하는 비산먼지가 지하역사에 높은 농도로 분포하기 때문에 현재의 정화장치는 운영상의 애로사항을 가지고 있는 것으로 나타났다. 따라서, 본 연구에서 궁극적으로 개발하고자 하는 유지보수가 필요없는 싸이클론 형태의 미세먼지 저감장치의 개발 필요성이 높다고 판단된다. 특히, 물을 사용하지 않는 건식 방식과 필터 소재의 교체가 필요없는 장점과 더불어 높은 농도에서 적용될 수 있는 장점이 있다.
특히, 물을 사용하지 않는 건식 방식과 필터 소재의 교체가 필요없는 장점과 더불어 높은 농도에서 적용될 수 있는 장점이 있다. 향후, 다양한 지하역사 공조시설의 추가적 조사를 통해, 기존 시스템을 최소한의 비용으로 개조하여 미세먼지 저감성능을 향상시킬 수 있는 장치를 개발할 필요가 있다.
6은 분진이 포함된 공기가 여과시스템을 통과하면서 분진이 제거되어 더스트트랩(Dust trap)으로 분진을 제거하는 개념도를 나타내고 있다. 향후, 더스트트랩은 분진제거 효율을 높이기 위해 기존에 운영중인 백필터 시스템과 연계하여 운영할 수 있다. 각각의 분진제거셀(Removal cell)이 싸이클론 형태로 판넬에 장착되며, 각각 셀의 개념도는 Fig.

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