지하철 승강장의 스크린도어가 설치되기 전에는 승강장을 통해 환기되던 공기가 스크린 도어가 설치된 후에는 터널 내부에 정체되면서 미세먼지에 의한 환경이 더 악화되고 있는 실정이며, 터널환기구가 터널에 정체된 공기의 유일한 순환구로 이용되고 있다. 스크린 도어는 기존 터널환기시스템을 설계할 때 고려되었던 사안은 아니었으며, 지하철 운행 시 스크린도어 설치로 인한 지하 터널 속에서의 공기역학적 변화는 매우 클 것이다. 그러나 지하철이 통과하는 공간인 터널환기에 대한 연구는 미미한 수준이다. 이에 열차가 지하 터널 구간을 운행할 때 발생하는 열차풍에 의한 기류속도를 측정하고, 전철구간의 자연 환기구를 통한 기류의 유입 및 유출 특성을 정량적으로 평가하여 대표적인 기류패턴을 추출함으로써 향후 지하 터널 신설 및 환기 설비 설계에 따른 기초 자료를 제공하고자 한다.
지하철 승강장의 스크린도어가 설치되기 전에는 승강장을 통해 환기되던 공기가 스크린 도어가 설치된 후에는 터널 내부에 정체되면서 미세먼지에 의한 환경이 더 악화되고 있는 실정이며, 터널환기구가 터널에 정체된 공기의 유일한 순환구로 이용되고 있다. 스크린 도어는 기존 터널환기시스템을 설계할 때 고려되었던 사안은 아니었으며, 지하철 운행 시 스크린도어 설치로 인한 지하 터널 속에서의 공기역학적 변화는 매우 클 것이다. 그러나 지하철이 통과하는 공간인 터널환기에 대한 연구는 미미한 수준이다. 이에 열차가 지하 터널 구간을 운행할 때 발생하는 열차풍에 의한 기류속도를 측정하고, 전철구간의 자연 환기구를 통한 기류의 유입 및 유출 특성을 정량적으로 평가하여 대표적인 기류패턴을 추출함으로써 향후 지하 터널 신설 및 환기 설비 설계에 따른 기초 자료를 제공하고자 한다.
After installation of platform screen door (PSD) in subway stations, particulate matters (PMs), which are originally ventilated through the platform, are accumulated inside the tunnel of the subway system. It deteriorates an air quality inside the tunnel. To ventilate the accumulated PMs inside the ...
After installation of platform screen door (PSD) in subway stations, particulate matters (PMs), which are originally ventilated through the platform, are accumulated inside the tunnel of the subway system. It deteriorates an air quality inside the tunnel. To ventilate the accumulated PMs inside the tunnel, the natural ventilator which are located inside the tunnel (namely, tunnel ventilation system) are used as only one circulation system. In addition, the installation of PSD can affect to the aerodynamic variations inside the tunnel, since the PSD system was not considered factor when the tunnel ventilation system was designed. However, the researches about the tunnel ventilation system have not been adequate. Therefore, this study is carried out with two objectives: 1) to measure the velocity of air current by the train-induced wind, when the train passes through the tunnel, and 2) to investigate the typical patterns of air current by quantitatively evaluating the characteristics of inflow/outflow of air current which passes through the natural ventilation system. This study can suggest the basic standard to newly design the tunnel of the subway system as well as the ventilation system.
After installation of platform screen door (PSD) in subway stations, particulate matters (PMs), which are originally ventilated through the platform, are accumulated inside the tunnel of the subway system. It deteriorates an air quality inside the tunnel. To ventilate the accumulated PMs inside the tunnel, the natural ventilator which are located inside the tunnel (namely, tunnel ventilation system) are used as only one circulation system. In addition, the installation of PSD can affect to the aerodynamic variations inside the tunnel, since the PSD system was not considered factor when the tunnel ventilation system was designed. However, the researches about the tunnel ventilation system have not been adequate. Therefore, this study is carried out with two objectives: 1) to measure the velocity of air current by the train-induced wind, when the train passes through the tunnel, and 2) to investigate the typical patterns of air current by quantitatively evaluating the characteristics of inflow/outflow of air current which passes through the natural ventilation system. This study can suggest the basic standard to newly design the tunnel of the subway system as well as the ventilation system.
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문제 정의
본 실험의 목적은 스크린도어가 설치된 역사 및 터널 속에서 열차가 연속적으로 운행할 때 발생하는 열차풍이 자연 환기구를 통하여 유출되고 유입되는 양을 추정하는데 있다.
이에 열차가 지하 터널 구간을 운행할 때 발생하는 열차풍에 의한 기류속도를 측정하고, 전철구간의 자연 환기구를 통한 기류의 유입 및 유출 특성을 정량적으로 평가하여 대표적인 기류패턴을 추출함으로써 향후 지하 터널 신설 및 환기 설비 설계에 따른 기초 자료를 제공하고자 한다.
자연환기구의 공기 이동량 추정에서는 자연환기구의 공기 이동 속도 측정 결과에 열차의 단면적을 곱하여 초당 이동한 공기가 자연 환기구를 통하여 이동하는지에 대한 열차풍을 정량화 해 보고자 한다.
가설 설정
2) 측정개소 역사간의 터널 거리는 1000[m] 이다.
1) 서울지하철 3, 4호선의 경우 지하역사간 터널에 자연환기구가 0～4개 설치되어 있다. 본 연구에서는 자연 환기구의 수를 3개로 가정하였다.
제안 방법
자연 환기구에서 발생하는 열차풍의 실험방법은 측정을 하는 동안 측정 지점을 통과하는 모든 열차에 대한 열차풍 변동을 측정하였다. 열차의 통과로 인해 발생하는 기류인 열차풍의 측정은 미아삼거리 역사 외부에 위치하고 있는 자연 환기구에서 이루어졌다.
위의 결과를 이용하여 열차가 한 역사에서 그 다음 역사로 이동할 때 피스톤 효과에 의해서 발생하는 열차풍에 따른 환기횟수를 검토해 보았다. 환기횟수를 계산할 때 가정한 사항은 다음과 같다.
①의 경우는 열차가 자연 환기구가 있는 방향에서 운행할 때의 측정 결과를 바탕으로 환기횟수를 검토한 결과이다. 자연 환기구를 통하여 터널 내부의 공기를 밖으로 밀어낸 양과 외부로부터 터널 내부로 끌어들인 공기의 양을 그 지점의 환기량으로 보았다. 역사 사이에 자연 환기구는 3군데라고 하였으므로 측정한 환기량에 3지점을 곱하여 열차가 자연 환기구가 있는 방향에서 운행할 때의 전체 환기량(Q)으로 보았다.
자연 환기구에서 발생하는 열차풍의 실험방법은 측정을 하는 동안 측정 지점을 통과하는 모든 열차에 대한 열차풍 변동을 측정하였다. 열차의 통과로 인해 발생하는 기류인 열차풍의 측정은 미아삼거리 역사 외부에 위치하고 있는 자연 환기구에서 이루어졌다.
역사 사이에 자연 환기구는 3군데라고 하였으므로 측정한 환기량에 3지점을 곱하여 열차가 자연 환기구가 있는 방향에서 운행할 때의 전체 환기량(Q)으로 보았다. 전체 환기량(Q)에 터널 내부 공간의 용적(V)을 나누어 그 공간을 열차가 한 번 이동할 때의 환기횟수로 보았다.
이론/모형
열차의 운행에 의해 발생하는 열차풍을 측정하기 위한 풍속센서(Anemometer)는 KANOMAX사의 0965-00 모델을 사용하였으며, 측정되는 값을 읽기 위해서는 Air Flow Transducer MODEL 6332D를 사용하였다. 아래 < 그림 1 >은 측정 장소를 나타낸다.
성능/효과
1) 서울지하철 3, 4호선의 경우 지하역사간 터널에 자연환기구가 0～4개 설치되어 있다. 본 연구에서는 자연 환기구의 수를 3개로 가정하였다.
이상의 결과로부터 열차의 진입과 진출에 의한 유출 및 유입풍이 터널 내부와 자연 환기구에서 어떻게 형성되는지와 그 정도를 확인할 수 있었다. 또한, 열차의 운행에 따른 환기횟수에 대해서도 확인할 수 있었다.
후속연구
향후 위의 결과를 바탕으로 시뮬레이션(CFD)을 통하여 터널 속에서 나타나는 열차풍 특성을 정량적으로 평가하여 대표적인 기류패턴을 추출함으로써 향후 지하 터널 신설 및 환기 설비 설계에 따른 기초 자료를 제공하고자 한다.
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