보고서 정보
주관연구기관 |
서울시립대학교 University Of Seoul |
연구책임자 |
김신도
|
참여연구자 |
김동술
,
윤동원
,
이언구
,
이상우
,
천영신
,
이정주
,
김민석
,
김경분
,
서병량
,
허정숙
,
황인조
,
한근혁
,
최형욱
,
홍용석
,
모병관
,
홍성민
,
송국섭
,
김기훈
,
양치용
,
정대업
,
이수열
,
차상곤
,
김장엽
,
이호준
,
강영
,
이창근
,
윤준진
|
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
|
발행년월 | 2001-02 |
주관부처 |
건설교통부 |
사업 관리 기관 |
서울시립대학교 University Of Seoul |
등록번호 |
TRKO200300001385 |
DB 구축일자 |
2013-04-18
|
초록
▼
1. 실내공기질의 측정·분석·평가현재 운영되고 있는 서울시 지하철의 전 역사 및 터널구간에 대하여 PM-10, CO₂, 온도, 습도 등의 항목에 대해 예비 측정을 실시하여 지하철내의 환경현황을 파악하였으며, 이를 바탕으로 주요 역사를 선정하였다. 주요역사의 승강장, 대합실, 외기에서 SO₂, NO₂, CO, CO₂, HCHO, PM-10, Pb에 대해 계절별 농도 분포를 파악하여 오염도를 평가하였다. 측정 결과를 바탕으로 오염물질별 문제점을 비교 분석하였다. 분석결과 여러 환경인자 중에서 PM-10이 가장 문제시되는 오염인자로 판단
1. 실내공기질의 측정·분석·평가현재 운영되고 있는 서울시 지하철의 전 역사 및 터널구간에 대하여 PM-10, CO₂, 온도, 습도 등의 항목에 대해 예비 측정을 실시하여 지하철내의 환경현황을 파악하였으며, 이를 바탕으로 주요 역사를 선정하였다. 주요역사의 승강장, 대합실, 외기에서 SO₂, NO₂, CO, CO₂, HCHO, PM-10, Pb에 대해 계절별 농도 분포를 파악하여 오염도를 평가하였다. 측정 결과를 바탕으로 오염물질별 문제점을 비교 분석하였다. 분석결과 여러 환경인자 중에서 PM-10이 가장 문제시되는 오염인자로 판단되었으며, 추후에는 PM-10 저감방안에 관하여 집중적으로 연구를 진행하였다또한, 실내환경에서 관심의 대상이 되고 있는 라돈과 전자파에 대해서는 계절적인 변화가 작다고 판단하여 같은 측정지점에서 한번씩 측정을 실시하여, 문제점 및 대안을 검토하였다
2. 지하철 오염원의 정량적 평가1차년도에는 서울시 지하철 8개 역사의 승강장과 대합실에서 mini-vol air sampler를 사용하여 계절별로 PM-10을 채취하였으며, 2차년도에는 채취된 필터를 ICP-MS로 분석한 무기원소 자료를 바탕으로 PMF(positive matrix factorization) 모델을 이용하여 지하역사의 공기질에 영향을 미치는 오염원을 정성적으로 확인한 후, CMB(Chemical mass balance)를 이용하여 오염원의 기여도를 파악하였으며, 철관련, 토양관련, 자동차 관련 오염원별로 기여도를 정량적으로 추정하였다
3. 소음평가 및 저감방안우선 1차년도에는 지하철의 전반적인 상황파악을 위해 전 역사에 대한 예비측정, 지하역사의 음환경 조절인자 파악을 위한 166개 지하역사를 대상으로 현장조사 실시, 옥외구간의 소음도와 거리감쇠 특성 측정 및 측정 대상지역의 주민반응 평가를 위한 설문조사를 실시하였다. 2차년도에는 지하역사의 음환경 조절인자의 기여도 파악을 위하여, 지하철 운행 중 소음도를 측정하였고, 건축 음향적 특성(암소음, 거리감쇠 특성, 잔향시간, 명료도)을 측정하였다. 이러한 자료를 바탕으로 지하역사 구간의 쾌적한 음환경 조성을 위한 건축적 측면의 음환경 조절인자의 기여도를 분석하였고, 옥외구간 방음대책의 효율성 향상을 위해 방음벽 형태 결정 방법과 암소음도 반영의 중요도를 분석하였다
4. 환기성능 및 오염물질 전달경로의 규명 및 대책
① 승강장과 대합실의 취출 및 배기기류 설계치를 경계조건으로 CFD 해석을 수행하고 실측치와 비교함으로써 현행 공조시스템 설계의 문제점을 도출하였다
② 열차의 진입에 따른 승강장의 기류분포를 해석한 수, 기존의 실측결과와 해석결과를 비교하여 신뢰도를 검증하였다. 이후 열차풍의 승강장유입경로를 규명하고 역사 내의 각 개구부별 풍량 이동비율을 산정함으로써 역사공간의 환기 상황을 파악하였으며, 지하철 역사공간에 있어서 열차풍으로 인한 문제점을 도출하였다
③ 역사공간의 현 상황에 대한 문제점을 토대로 터널의 배기시스템을 이용한 대안을 문헌과 사례를 통하여 고찰하였으며, 현실적으로 적용가능한 방안을 선정하여 CFD 기법을 이용하여 그 효과를 분석함으로써 역사로 유입되는 열차풍을 저감시킬 수 있는 방안을 제시하였다. 본 연구에서 제시한 열차풍 유입저감방안은 열차의 출입에 따른 터널 배기시스템 제어방안, 승강장과 대합실의 연결계단 구획방안, 본선 배기실 위치 변경방안, 릴리프 패시지 도입방안, 승강장 스크린도어 시스템 설치방안 등이다
④ 지하역사를 모형으로 축소 제작하여, 열차풍이 없는 조건하에서 환기·공조 시스템을 작동시키고 역사 내부 각 측정점에서 풍향·풍속을 측정하여 시스템 작동에 의한 기류가시화 및 분포를 살펴보았다. 또한, 추적가스 실험을 이용하여 지하역사 대상공간에서의 환기성능을 평가하였다 열차의 유·출입에 따른 열차풍이 정량적으로 얼마만큼 어느 곳으로 유입·유출되는가를 모형실험으로 열차풍의 영향 및 문제점을 정량화 하였다
5. 열 환경 파악 및 에너지 절약방안 제시
① 에너지 절약형 공조시스템 제시체감오염도는 공기질 뿐만?스템과 축열식 열펌프 시스템을 선정하여 비교·분석하였다. 역사별 지하수량과 역사에서 필요한 공조량을 비교하여 적용 가능한 비율을 산출하였다. 또한 시스템 적용시 경제성을 분석하기 위하여 각각의 시스템에 대해 초기투자비와 운전비 측면에서 대표역사를 선정해 비용평가를 하였다
② 지하철 내 무덕트팬을 이용한 환기계획시뮬레이션 대상인 강남역사의 승강장 부분을 3차원 시뮬레이션으로 실제와 가깝게 모사하였다. 기류분포 해석은 인식에 편리하도록 역사의 중앙부분을 확대하여 기존방안, 개선1안, 개선2안의 세 가지 방안을 비교·검토하였다
6. 환기관리 실태조사 및 개선방안 제시지하역사의 승강장과 대합실의 전 급기구 및 배기구의 풍량을 현장에서 실측하였다. 이 측정결과 및 설계상 각종 환기구의 풍량을 CFD 및 모형실험을 통해 모사시켜 환기성능 향상을 위한 자료로 사용하였다. 특히 모형실험을 통하여 열차가 유·출입될 경우에 환기구, 터널, 계단부를 통하여 승강장으로부터 외부로 유·출입되는 풍량과 각 지점의 PM-10 농도 등을 이용해 실내공기 오염인자 중 가장 문제가 되고 있다고 판단한PM-10을 저감시킬 수 있는 방안 중 하나인 실내 공기정화설비(filter system) 선택 및 필터의 관리에 따른 승강장내 공기질 개선 효과에 대해 분석하였다
Abstract
▼
1. Measurement, Analysis, and Assessment of Indoor Air Quality For the preliminary survey, PM-10, CO₂, temperature and humidity in the subway stations and tunnels were measured. Thus, current status of subway environment was understanded and main stations where intensive study have been performed we
1. Measurement, Analysis, and Assessment of Indoor Air Quality For the preliminary survey, PM-10, CO₂, temperature and humidity in the subway stations and tunnels were measured. Thus, current status of subway environment was understanded and main stations where intensive study have been performed were decided. And the air quality measurement was carried out at the main stations about CO, CO₂, SO₂, HCHO, PM-10, Pb. As there sult, PM-10 was recognized as the most problematic air pollutant and studied for its reduction Radon and electromagnetic field, which are one of major indoor air pollutants, was also monitored at the same sampling points forar quality measurement. Two Radon monitors (Passive diffusion type) were employed for the measurements
2. Quantitative Analysis of the Pollutants' Source at the Subway Station PM-10 was monitored at the subway platforms and waiting rooms in Seoul using a mini-volume portable sampler. The sampled PM-10 was analyzed using ICP-MS. The detected components were then used for CMB (Chemical Mass Balance)modeling to identify the pollutant sources. CMB8 (USEPA) was the model used
3. Evaluation of Noise and Reducing Method A massive investigation has been carried out in order to examine overall acoustical conditions as well as find possible controllable factors for improving acoustical environments for the first research year. This includes preliminary measurement as 166metropolitan subway stations in Seoul and questionnaire surveys for the residents living adjacent to the outdoor railway area. The second year's researches were devoted to the measurements of noise levels and important architectural acousticvariables (background noise levels, sound attenuation characteristics, reverberation time, and speech intelligibility) in a number of stations. Controllable factors for improving acoustical environments of subway stations were analyzed base on theme asurements. Also, the shape of sound barrier for improving acoustic environment in the outdoor residential area and the importance of background noise level in setting up a proper sound insulation strategy was analyzed
4. Evaluation of Ventilation Performance and Suggestion of Improvement Strategies
① The field measurements were used for numerical simulation using CFD computations. From the results, the comparisons between the field measurements and numerical modeling were made and provide more information to understand the current ventilation system in the subway
② The air flow when a train is operates was studied and verified by comparing the measurement with the prediction. From this, the inflow path of train-driven wind was identified and the ratio of each opening was estimated
③ For the tunnel ventilation system, related literature and similar cases were reviewed to decide suitable ventilation system. It was also aimed to reduce train-induced wind and the pans followings were suggested for this purpose: control of tunnel ventilation system, separation of connecting stair between platform and waiting room, re-location of ventilation room, introduction of relief passage and installation of screen-door at the platform
④ The down-scaled model of a subway station was constructed and tested under no train-induced wind conditions. In the model tests, the air velocity and direction were measured for ventilation conditions and the air flow was also visualized. Tracer gastechnique was introduced to evaluate the ventilation performance. Also, it was estimated that how much the train-induced wind was flew in and out
5. Evaluation of Thermal Environment and Energy Saving Plan
① Energy-efficient air conditioning system a pre-cooling system and a thermal storage system were selected and investigated. The amount of ground water and requiredventilation were estimated and compared to produce applicable portion. The cost analysis was conducted by checking it sinitial / running cost for a pre-selected subway station
② Utilization of ductless-ventilation fan Gangnam Station was simulated using CFD computation. The simulation was conducted in three dimensions and three cases were tested and compared: Existing condition, Plan 1 and Plan 2
6. Investigation of the Air Ventilation System Management and Improvement Plan The air flow rates at the supply / exhaust openings ( for platform and waiting room) were measured. The measurements as well as the design parameters were used for the physical model tests and CFD simulations. In the model tests, the air flow from the platform to outdoor (via ventilation openings, tunnel and stairs) also estimated when a train approaches / leaves a subway station. The field measurement revealed that PM-10 was the most problematic pollutant. Subsequently introduction of indoor air purification system was recommended to improve air quality in platforms
목차 Contents
- 제 1 장. 서론...42
- 제 1 절. 연구의 배경 및 목적...42
- 제 2 절. 연구의 내용 및 방법...43
- 제 2 장. 실내오염의 영향과 평가인자...45
- 제 1 절. 실내오염의 발생원과 영향...45
- 1. 아황산가스(SO2)...46
- 2. 질소산화물(NO2)...47
- 3. 일산화탄소(CO)...48
- 4. 이산화탄소(CO2)...48
- 5. 미세먼지 (PM-10)...49
- 6. 중금속...50
- 7. 포름알데히드(HCHO, Formaldehyde)...55
- 8. 전자파(EMF)...56
- 9. 라돈...59
- 제 2 절. 지하철 환경의 평가인자...60
- 1. 일반적인 실내환경 기준...60
- 2. 지하철 역사의 기류...62
- 제 3 장. 지하철의 실태조사...66
- 제 1 절. 설비시설 및 운영실태조사...66
- 1. 조사개요...66
- 2. 지하 전철구간의 공기환경에 영향을 미치는 인자...67
- 제 2 절. 예비 측정...82
- 1. 측정목적...82
- 2. 측정대상구간 및 측정일...82
- 3. 측정방법...83
- 4. 측정결과...85
- 제 3 절. 계절별 측정...94
- 1. 주요역사의 선정...94
- 2. 측정방법...95
- 3. 측정결과...104
- 제 4 장. 지하철 오염원의 정량적 평가...143
- 제 1 절. 오염원의 정량적 추정방법...143
- 1. 개요...143
- 2. PMF (positive matrix factorization)모델의 기본원리...146
- 3. 화학질량 수지법(chemical mass balance)의 기본원리...148
- 제 2 절. 오염원의 정량적 추정 결과 비교 및 고찰...149
- 제 5 장. 축소 모형실험에 의한 지하역사의 환기특성...159
- 제 1 절. 개요...159
- 제 2 절. 이론적 배경...160
- 1. 모형실험의 목적...160
- 2. 상사법칙...160
- 3. 추적가스에 의한 환기효율 측정...163
- 제 3 절. 환기ㆍ공조 시스템에 의한 기류 및 환기특성...167
- 1. 실험장치...167
- 2. 실험 Case 설정...169
- 3. 기류 가시화 및 풍속 분포...171
- 4. 추적가스 실험에 의한 환기효율...187
- 제 4 절. 열차풍에 의한 지하역사사의 기류 특성...193
- 1. 실험장치의 구성...193
- 2. 실험조건...195
- 3. 실험방법...197
- 4. 결과...198
- 제 6 장. CFD 기법에 의한 열차풍 유입경로의 규명 및 유입저감방안의 제시...202
- 제 1 절. 연구의 내용 및 방법...202
- 제 2 절. 지하철 승강장의 기류환경에 관한 이론적 고찰...204
- 1. 지하철의 기류속도...204
- 2. 열차풍이 지하철 승강장에 미치는 영향...205
- 3. 지하철 승강장의 기류속도 기준...206
- 제 3 절. 지하철 역사의 건축 및 설비에 관한 현황조사...208
- 1. 건축적 현황...208
- 2. 설비적 현황...213
- 제 4 절. 열차풍에 의한 지하 전철구간의 기류측정...218
- 1. 측정개요...218
- 2. 측정결과...219
- 제 5 절. CFD 해석에 대한 이론적 고찰...223
- 1. CFD 해석의 개념...223
- 2. 유체유동의 기본 재배방정식...224
- 3. 난류모델...226
- 4. 해석도구...227
- 제 6 절. 열차 비주행시 공조설비 기류해석...229
- 1. 해석대상부위 및 경계조건...229
- 2. 해석결과...230
- 제 7 절. 열차 주행시 터널 및 역사공간 기류해석을 통한 열차풍 유입경로의 규명...236
- 1. 해석대상부위 및 경계조건...236
- 2. 해석결과 및 검증...238
- 제 8 절. 지하철 역사의 열차풍 유입저감방안...245
- 1. 기존문헌을 통한 열차풍 유입저감방안의 고찰...246
- 2. 외국 승강장의 기류제어 현황...248
- 3. 열차의 출입에 따른 터널 배기시스템 제어...250
- 4. 승강장과 대합실의 연결계단 구획...252
- 5. 터널 배기시스템의 위치이동...253
- 6. 릴리프 패시지(Relief Passage) 도입...256
- 7. 승강장 스크린 도어 시스템(Platform Screen Door System) 설치...259
- 8. 지하 전철구간의 열차풍 유입저감방안별 특징...264
- 제 7 장. 지하전철 구간의 환기설비 개선안...268
- 제 1 절. 서론...268
- 제 2 절. 지하수 대수온도차를 이용한 예냉식 공조시스템...269
- 1. 대수평균 온도차 이론...269
- 2. 지하수의 대수온도차를 이용한 예냉식 공조시스템의 구성...270
- 3. 지하수의 대수온도차를 이용한 예냉식 공조시스템 설계...271
- 4. 지하수의 대수온도차를 이용한 예냉식 공조시스템의 적용성...286
- 5. 기존 공조시스템과 예냉식 공조시스템의 용량 비교...288
- 제 3 절. 지하수를 이용한 축열식 열펌프 시스템...289
- 1. 지하수를 이용한 열펌프 시스템의 구성...289
- 2. 지하수를 이용한 축열식 열펌프 시스템의 설계...291
- 3. 지하수를 이용한 축열식 열펌프 시스템의 적용성...296
- 제 4 절. 경제성 평가...300
- 1. 초기투자비 비교...301
- 2. 운전비 비교...304
- 3. 시스템별 경제성 분석...307
- 제 5 절. 지하철내 무덕트팬을 이용한 환기계획...310
- 1. 개요...310
- 2. 대상평면...310
- 3. 장비개요...311
- 4. 시스템 설계...312
- 5. CFD를 이용한 기류분포 시뮬레이션...313
- 제 8 장. 공기 정화설비의 도입효과 예측...317
- 제 1 절. 서론...317
- 제 2 절. 공기정화장치 현황...318
- 1. 공기정화장치의 종류...318
- 2. 공기정화장치 현황...318
- 3. 공기정화장치의 원리 및 특성...319
- 4. 공기정화장치별 성능 및 장ㆍ단점...320
- 제 3 절. 공기여과장치 설치시 기대효과...322
- 1. 먼지 부하량 산정 방법 및 결과...322
- 2. 승강장 PM-10 농도 계산예...327
- 3. 외기도입필터의 효율에 따른 승강장 PM-10 농도...328
- 4. 공조기 필터의 효율에 따른 승강장 PM-10 농도...329
- 5. 외기도입율에 따른 승강장 PM-10 농도...331
- 제 9 장. 지하역사와 옥외구간 소음 저감 방안...332
- 제 1 절. 연구개요...332
- 1. 연구목적 및 범위...332
- 2. 연구동향...333
- 제 2 절. 지하철 관련 소음기준...336
- 1. 국내...336
- 2. 국외...337
- 제 3 절. 지하철 구간의 전반적인 소음도 현황...339
- 1. 측정개요...339
- 2. 측정 및 분석 방법...339
- 3. 측정 및 분석 결과...341
- 4. 소결...345
- 제 4 절. 지하역사 및 옥외구간의 현황조사...347
- 1. 지하역사의 음환경 영향인자에 대한 현황조사...347
- 2. 중점 연구대상 옥외구간의 현황조사...356
- 3. 차량의 운행속도 조사결과...358
- 제 5 절. 지하역사의 음환경 조사와 분석...359
- 1. 측정대상역사...359
- 2. 측정 및 분석방법...360
- 3. 지하철 운행시의 측정 및 분석결과...362
- 4. 건축음향측면의 평가인자에 대한 측정 및 분석결과...371
- 제 6 절. 옥외구간의 소음도 측정결과...383
- 1. 측정개요...383
- 2. 측정대상 구간의 소음레벨...383
- 3. 소결...390
- 제 7 절. 옥외구간 주변지역 주민의 주관적 반응 조사...391
- 1. 생활소음 및 지하철 소음에 대한 주관적 반응...391
- 2. 거주형태 및 환경에 따른 소음영향평가 분석...393
- 제 8 절. 지하역사의 음환경 개선을 위한 저감방안...395
- 1. 지하역사 단면형태의 기여도 분석...395
- 2. 승강장 천장마감재의 기여도 분석...398
- 3. 소결...401
- 제 9 절. 옥외구간의 방음대책 수립 방향...402
- 1. 방음벽 선정시 형태에 따른 거리 감쇠특성 반영...402
- 2. 방음대책 수립시 주변 암소음도의 반영...403
- 제 10 장. 결론 및 제언...405
- 참고문헌...410
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.