KR100377503B1 - 도로터널의 종류식 환기시설 운전 방법 - Google Patents
도로터널의 종류식 환기시설 운전 방법 Download PDFInfo
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Abstract
수직환기갱과 전기집진기 및 제트팬을 구비한 도로터널의 종류식 환기시설 운전 방법은, 터널 각 구간의 길이, 터널의 단면적, 수직환기갱도의 단면적 및 전기집진기 통로의 단면적 등의 파라메터를 설정하는 단계와, 터널 파라메터의 설정완료 후 제트팬의 대수, 제트팬 1대당 풍량, 소요동력, 집진기 풍량, 축류팬의 회전속도당 풍량, 회전속도당 소요동력 등의 파라메터를 설정하는 단계와, 자료저장주기, 비상사태 감시주기, 환기설비 운전주기 및 자료수집주기를 설정하는 단계와, 터널 내부의 허용 오염농도 및 한계기류속도를 입력하는 단계와, 차량 1대당 차종별 차속별 오염물질 배출량 추정값을 입력하는 단계와, 환기시설의 제어를 위한 주프로그램을 가동하여 자료저장공정을 수행할 주기가 되었는지를 확인하여 자료저장 주기시 자료저장공정을 수행하고, 자료저장주기가 안되었을 경우 평상운전공정 수행시간이 되었는지 확인하는 단계와, 평상운전 제어를 위한 계산 및 평상운전공정을 수행하는 단계와, 임의의 제어주기가 수행중일 경우, 오염물질 발생량 추정 알고리즘을 수행여부를 판단하는 단계와, 오염물질배출량을 추정하는 단계와, 현재 터널 내부의 오염농도 및 터널 내외부의 풍향, 풍속, 차량의 종류 및 통과속도 등의 자료수집을 수행하는 단계와, 오염물질 배출량에 대한 변경 요구를 확인하는 단계를 포함하여 이루어진다.
Description
본 발명은 도로터널의 환기방식에 관한 것으로서, 특히, 수직환기갱과 전기집진기 및 제트팬을 구비한 종류식 환기방식을 채택한 도로터널의 종류식 환기시설 운전 방법에 관한 것이다.
최근의 사회간접자본(SOC)에 의한 고속도로 및 산업도로의 활발한 건설과 터널 수요의 계속적인 증가로 터널 규모가 점점 장대화되고 있으며, 또한 환경 관련 규제의 강화로 인해 환경적, 경제적, 안전성 등 다양한 측면을 고려한 최적 제어 시스템이 요구되고 있다.
선진 외국에서는 오래 전부터 터널 환기에 많은 관심을 가지고 자국의 특성과 여건에 적합한 기준을 마련하고 있으나, 국내의 경우 선진 외국의 환기 관련 기준 및 운전 자료 등에 전적으로 의존하고 있는 실정이며 환기 시설의 설계 및 운영등에 많은 문제점이 내재되어 있는 현실이다.
터널은 차량 통과 후 터널내 기류 유동이 정상 상태를 회복하기 전에 그 뒤를 이어 통과하는 타 차량에 의해서 다시 새로운 기류가 형성되는 천이 과정의 연속이며, 터널을 통과하는 차량으로부터 배출된 오염물질이 터널 내부로 확산되는데에 소요되는 시간과 환기 시설의 운전 상태에 따라 터널 내부의 오염 농도가 희석되는데에 소요되는 시간을 합한 만큼의 지연시간을 갖는 지연-천이계(Delayed - Transient System)로 정의할 수 있다.
또한, 동일 차량이라 하더라도 터널 통과 속도 및 터널 구배, 형상 등 터널의 물리적, 기하학적 조건에 따라 오염 물질의 배출량이 다르게 나타나며, 터널을 통과하는 차종에 의해서도 터널 내부의 오염 농도가 다르게 나타나는 특성을 가지고 있다.
따라서, 터널의 환기 시설은 터널의 특성에 적합하게 그리고 통과하는 차종 및 속도에 따라 적절히 운전되어야 함에도 불구하고 이러한 기초자료가 미비하여 국내 터널의 환기 시설 운전은 시간대별로 운전하는 Schedule 운전 또는 임계값 설정에 의한 수동 운전에 의존해 왔으며, 따라서 터널 환기 시설의 설계, 운전 자료 및 기초 자료는 물론 제어 시스템도 충분히 확보되어 있지 않은 상태에 있다.
상기한 이유로 인하여, 터널 환기시설을 운전하는데 있어 비경제적인 요소, 예를 들면, 전기집진기 및 제트팬의 비효율적인 구동 등은 효율적인 터널 관리를 어렵게 하여 불필요한 전력 소모를 초래할 뿐만 아니라 쾌적한 터널 환경을 해치는 중요한 요인이 되었다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서,본 발명의 목적은 터널 내부의 환경이 주어진 기준값을 초과할 것으로 예상되는 경우 또는 기준 값에 미달할 것으로 예상되는 경우에 대하여, 가장 경제적이고 효과적인 환기시설의 운전 조합을 찾아내는 방법 및 환기시설 전반에 걸친 운전 방법을 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 터널 환기시설의 설계 및 운전을 위한 최적 제어시스템을 근간으로 하는 바, 이와 같은 제어시스템은 시스템의 전체적인 제어를 위한 제어부와, 터널 내의 매연량, CO농도, 교통량 등을 감지하는 감지부와, 상기 감지부로부터 감지된 환경 관련 정보가 입력되는 입력부와, 상기 입력부에 연결되어 터널 환기 시설의 설계 및 운전 그리고 환경 관련 정보를 처리하는 중앙 제어 시스템부와 처리 결과를 출력하는 출력부로 구성된다.
본 발명은 종류식 도로터널의 오염농도 예측 및 허용 오염농도 유지를 위한 수학적 모델이나 방법이 개발되었다고 가정한 상태에서 시작하고, 또한, 이하에 기술하는 본 발명은 수직환기갱, 전기집진기 및 제트팬 모두를 갖춘 터널은 물론 이 가운데 일부를 조합한 터널에도 적용이 가능하다.
도 1은 본 발명에 따른 종류식 도로터널의 환기시설 운전 방법의 전체공정을 나타내는 흐름도.
도 2는 도 1의 전체공정 중 자료 저장공정의 수행 흐름도.
도 3은 도 1의 전체공정 중 평상운전공정의 운전 모드 결정 흐름도.
도 4는 도 1의 전체공정 중 평상운전공정의 모드 1 흐름도.
도 5는 도 1의 전체공정 중 평상운전공정의 모드 2 흐름도.
도 6은 도 1의 전체공정 중 평상운전공정의 모드 3 흐름도.
도 7은 도 1의 전체공정 중 평상운전공정의 모드 4 흐름도.
도 8은 도 1의 전체공정 중 평상운전공정의 모드 5 흐름도.
도 9는 도 1의 전체공정 중 자료수집 및 연산공정의 흐름도.
도 10은 본 발명에 따른 종류식 도로터널의 환기시설 운전을 실행하기 위한 제어시스템의 블록구성도.
도 11는 도 10의 감지부의 상세도.
도 12는 도 10의 입력부 및 출력부의 상세도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
3 ----- 가시거리측정기 4 ----- 풍향/풍속감지기
5 ----- 교통량감지기 6 ----- 화재발생감지기
7 ----- 조명 8 ----- 휘도계
9 ----- 중앙제어장치 11 ----- 지시등
21 ----- 제트팬
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 종류식 도로터널의 환기시설 운전 방법의 전체공정을 나타내는 흐름도로서, 터널 환기시설의 운전을 위해 구성되는 전체 흐름에 대하여 설명하기로 한다.
터널 환기시설의 운전 프로그램이 시작되면 터널 각 구간의 길이, 터널의 단면적, 수직환기갱도의 단면적 및 전기집진기 통로의 단면적 등 터널과 관련된 파라메터를 설정하고(S100), 그 후 제트팬의 대수, 제트팬 1대당 풍량, 소요동력, 집진기 풍량, 소요동력, 축류팬의 회전속도당 풍량, 회전속도당 소요동력 등 환기설비와 관련된 파라메터를 설정하게 된다(S101).
설비 파라메터에 대한 설정이 완료되면 자료저장주기(ts), 비상사태 감시주기(te), 환기설비 운전주기(tn) 및 자료수집주기(ta)를 설정한다(S103).
각 공정별로 제어주기가 다른 것은 각 공정에 적합한 주기를 설정함으로써 긴급을 요하는 사항이나 자료수집 등 빈번하게 이루어져야하는 공정들은 동일한 시간동안에 자주 수행될 수 있도록 하기 위함이며, 조금 늦게 응답하여도 전체 환경에 큰 영향을 미치지 않을 것으로 예상되는 공정들에 대해서는 시간적 여유를 부여하여 동일한 시간동안에 적은 회수로 가동될 수 있도록 하기 위한 것임과 동시에 연산기(computer) 내의 중앙연산처리장치(CPU)의 부하를 줄이기 위함이다.
이러한 제어주기에 대한 설정이 완료되면 터널 내부의 허용 오염농도 및 한계기류속도 등을 입력하게 되고(S105) 그 다음으로 차량 1대당 차종별 차속별 오염물질 배출량 추정값을 입력한다(S107).
이러한 작업이 완료되면 환기시설의 제어를 위한 주 프로그램이 가동하여 자료저장공정을 수행할 주기가 되었는지를 확인하게 되고(S109) 자료저장주기가 되었으면 해당공정을 수행하고(S111) 회귀하게되며, 자료저장주기가 안되었을 경우 평상운전공정 수행시간이 되었는지 확인하고(S113) 오염농도를 예측하여 환기시설을제어하는 평상운전 제어를 위한 계산 및 해당공정을 수행하게된다(S115).
여기에서 자료의 저장량이 충분하여 터널 내부 기류 유동 상태에 대한 분석이 완료된 경우 등에는 시간변수를 변경함으로써 평상운전공정과 자료저장공정의 수행주기를 변경할 수 있다.
평상운전 제어 주기가 되지 않아 현재에도 임의의 제어주기가 수행중일 경우에는 현재까지 수집·저장된 자료가 차량 1대당 오염물질 발생량을 추정하는 알고리즘을 수행할 수 있을 만큼 충분하다고 판단되면(S117), 오염물질 배출량 추정 알고리즘을 이용하여 오염물질배출량을 추정하는 공정을 수행하여(S119) 현재 설정되어 있는 값과 비교한 후 허용오차를 벗어난 경우에는 이 값을 수정하며, 그렇지 못할 경우에는 현재 터널 내부의 오염농도 및 터널 내외부의 풍향, 풍속 그리고 터널을 통과하는 차량의 종류 및 통과속도 등을 수집하는 자료수집을 수행하고(S121), 오염물질 배출량에 대한 변경 요구가 있는지 확인한 후(S123), 프로그램 반복부의 최초로 회귀하는 형태로 무한히 반복하게 된다.
다음에 본 발명에 따른 종류식 도로터널의 환기시설 운전을 실행하기 위한 제어시스템에 관하여 설명하는 바, 이러한 제어시스템은 본 발명에서와 같이 종류식 도로터널에 한정되는 것은 아니다.
도 10은 본 발명에 따른 종류식 도로터널의 환기시설 운전을 실행하기 위한 제어시스템의 블록구성도를, 도 11은 도 10의 감지부의 상세도를, 도 12는 도 10의 입력부 및 출력부의 상세도를 나타낸다.
도 10 내지 도 12에 도시하듯이, 터널 환기 시설의 설계 및 운전을 위한 최적 제어 시스템은 시스템의 전체적인 제어를 위한 제어부(10)와, 터널 내의 매연량, CO농도, 교통량 등을 감지하는 감지부(30)와, 상기 감지부(30)로부터 감지된 터널 내부의 매연, CO 농도, 교통량 등의 환경 관련 정보를 통신 신호 변환 모듈(RSx;13)을 통하여 입력 받아 정보를 처리하는 중앙 제어 시스템부 및 입력부(50)와, 상기 중앙 제어 시스템부 및 입력부(50)에 연결되어 매연량, CO농도, 교통량 등의 환경 정보를 처리하여 출력 제어하는 출력부(70)로 이루어진다.
상기 감지부(30)는 기준치 이상의 CO 및 매연의 발생을 감지하는 CO 및 매연발생 감지기(3), 기준치 이상의 풍향 및 풍속의 발생을 감지하는 풍향/풍속 감지기(4)와, 기준치 이상의 교통량 발생을 감지하는 교통량 감지기(5), 및 예기치 못한 화재의 발생을 감지하는 화재발생감지기(6)를 포함하여 이루어진다.
상기한 각 감지기(3, 4, 5, 6)로부터의 감지 결과는 RS422, RS485와 같이 감지기(3, 4, 5, 6)의 전기적 신호를 통신 신호로 변환하는 통신 변환 모듈을 통해 입력부(50)로 입력된다.
입력부(50)는 VCC500-1, VCC500-2, VCC500-3과 같은 서브 컨트롤러로 구성되어 있으며, 상기한 각 감지기로부터의 통신신호를 입력받아 기입력된 프로그램에 의해 적절한 데이터를 출력부(70)로 이동시킨다.
상기 출력부(70)는 VCC500-4, VCC500-5, VCC500-6, VCC500-7와 같은 서브 컨트롤러로 구성되어 있으며, 이러한 출력부(70)의 적절한 출력값을 기초로 하여 각종 환기 설비의 회전 속도 등이 결정된다.
상기한 입력부(50)와 출럭부(70)는 도면에 나타내듯이, 소위 VCC500으로 불리우는 주 컨트롤러(Master Controller)로 나타낼 수 있으며 단일 하우징 내에 존재한다.
상기한 감지기는 터널의 내외부에 위치하는 것이 가능하며, 주 컨트롤러 VCC500과 제어부(10)는 터널의 외부에 형성되어 터널의 환경을 제어하는데, 전기적 신호가 아닌 통신 신호에 의하여 제어가 가능하기 때문에 모든 동작을 원거리에서 자동으로 수행하는 것이 가능하다.
도면에서, 부호 8은 터널 내의 조명(7)을 감지하여 입력부(50)로 데이터를 전송하는 휘도계를, 부호 9는 터널 내의 전시설비를 제어하는 중앙제어장치를, 부호 11은 지시등을, 부호 21은 제트팬을 나타낸다.
도 2는 도 1의 전체공정 중 자료 저장공정의 수행 흐름도로서, 자료 저장공정에서는 터널을 통과하는 차량의 대수 및 환기시설의 운전현황에 따른 오염농도 변화 등에 대한 자료를 저장하는 공정으로서 시간대별, 일별, 요일별, 월별, 분기별, 연간 자료를 저장하고 출력할 수 있도록 구성되어 있다.
자료 저장공정은, 먼저, 보고와 관련된 인터럽의 존재를 확인하여(S301) 인터럽이 존재하는 경우 인터럽을 확인하고 관련자료를 작성한다(S303).
그후, 연말, 분기말, 월말, 주말, 일자, 시간 여부를 확인하여(S305, S309, S313, S317, S321, S325) 각 단계에서 보고 내용을 작성한다(S307, S311, S315, S319, S323, S327).
계속해서, 현재시각, 차종별 평균속도, 제어주기별 운전현황, 차종별 통과대수, 평균풍속, 평균CO가스농도, 및 평균가시도 등의 자료를 저장하고(S329), 자료저장주기와 제어주기가 상이한 경우 차량통과대수, 차량통과속도, 관련 CO가스량, 관련 매연량, 구간별 등가길이 등의 관련 자료를 초기화한다(S331).
상기 공정중에 포함되어 있는 주간별 보고 루틴에는 다른 세부루틴에 포함되어 있지 않은 제트팬 부여번호를 변경하는 내용이 부가되어 있다. 이는 제트팬에 영구번호를 부가할 경우 최초에 가동되는 제트팬이 영구적으로 설정되게 되어 타 제트팬에 비해 운전시간이 많아지게 되고 이에 따라 수명도 짧아지므로 모든 제트팬의 운전시간을 균일하게 하기 위한 것이다.
자료저장공정 흐름도의 하단부에 있는 초기화 루틴은 자료수집 공정부에서 수집하면서 연산한 변수들 가운데 자료저장공정 제어주기와 관련된 변수들을 초기화함으로써 다음 저장공정까지 새로운 자료를 연산할 수 있도록 하기 위함이다.
도 3은 도 1의 전체공정 중 평상운전공정의 운전 모드 결정 흐름도로서, 평상운전공정은 터널 내부의 오염농도 상태에 따라 총 16개의 운전모드로 구성되어 있으며, 평상운전공정의 전반부에서는 해당 제어주기동안 터널을 통과한 차량의 평균속도에 해당하는 가시도 제한값과 CO농도의 제한값을 읽는다(S401).
또한 n번째 제어주기가 끝나는 순간 최종적으로 수집된 각 지점별 CO농도와 가시도 및 n번째 제어주기동안 터널을 통과한 차량들의 차종/차속/통과대수 및 터널 내부의 풍향 및 풍속을 바탕으로 n+1번째 제어주기가 끝나는 순간 각 지점에서의 CO농도 및 가시도를 예측하고(S403) 예측된 오염농도 가운데 수직환기갱 배출부 입구 부근의 CO농도 및 가시도와 터널 출구부의 CO농도 및 가시도가 모두 터널 내부 환경의 기준값을 초과한 경우에는 모드 1을 가동한다. 예측된 모든 값 가운데수직환기갱 배출부 입구 부근의 CO농도만이 허용 오염농도를 초과하였을 경우에는 모드 2를, 수직환기갱 배출부 입구 부근의 가시도만이 허용값을 초과한 경우에는 모드 3를, 터널 출구부의 CO농도만이 초과하였을 경우에는 모드 4를, 그리고 터널 출구부의 가시도만이 허용값을 초과한 경우에는 모드 5를 계산하여 n+1번째 제어주기동안 운전해야할 환기설비의 조합을 계산하고 이를 구동하게 된다(S405).
또한, 운전해야할 설비의 조합에 의해 해당 설비들의 구동 신호를 발한 후에는(S407) 해당 제어주기의 오염농도 예측을 위해 자료수집 및 연산공정에서 연산한 관련 값들을 초기화시켜 그 다음 제어주기의 오염농도 예측에 필요한 새로운 값들을 연산하도록 한다(S409).
터널 내부에서 발생 가능한 오염농도의 상태는 수직환기갱이 하나 설치되어있을 경우 총 16가지의 경우가 있으며, 수직환기갱이 더 설치된 터널에 대해서도 같은 방법으로 확장이 가능하다.
도 4는 도 1의 전체공정 중 평상운전공정의 모드 1 흐름도로서, n번째 제어주기의 환기시설의 운전상태를 그대로 유지할 경우에 대해 다음 제어주기가 끝나는 순간 예측된 각 지점의 모든 오염농도가 허용 기준값을 모두 초과한 경우에는 n번째 제어주기에서의 운전 상태가 부족한 것이므로 모드 1을 수행하여 이에 적정한 새로운 환기시설의 운전 조합을 선택하여야 한다.
이때, 예측된 수직환기갱 배출부 입구 부근의 예상 CO농도 COvi와 터널 출구부 부근의 예상 CO농도 COe를 비교하여 수직환기갱 입구부근의 CO농도 COvi가 더 큰값을 갖을 때에는 COvi가 n+1번째 제어주기가 끝나는 순간 터널 내부 허용 CO농도 COlim이 되기 위해 n+1번째 제어주기동안 유지해야하는 새로운 터널 내부 풍속 Vml을 계산하고 이 풍속에서 터널 출구부의 CO농도 COvi가 COlim을 만족하기 위한 새로운 수직환기갱도 풍속 Vvnl을 계산한다. 이 계산된 풍속들에 의해 축류팬의 운전속도와 제트팬의 운전속도를 결정하며, 이러한 조합에 의해 n+1번째 제어주기동안 소요되는 총 풍량 Q1을 계산한다.
만일 터널 출구부의 CO농도 COe가 더 큰 값을 갖을 경우에는 수직환기갱에 설치되어 있는 축류팬의 회전속도를 일정하게 유지할 경우 n+1번째 제어주기가 종료되는 순간 터널 출구부의 CO농도가 허용 CO농도를 유지하기 위한 새로운 터널 내의 유지 풍속 Vrnl을 계산하여 제트팬의 운전 대수를 결정하며, 이에 소요되는 동력 P1을 구한다. 또한 터널 내부의 풍속을 n번째 제어주기에서와 동일하게 유지할 때 터널 출구부의 CO농도가 허용 CO농도에 접근하기 위한 새로운 수직환기갱도 내의 유지풍속을 구하고 이에 해당하는 축류팬 소요 동력과 제트팬의 소요동력을 합한 총 소요동력 P2를 계산하여 P1과 비교한 후 소요 동력이 적게 소비되는 쪽의 운전 조합을 계산하고 이때 소요되는 총 풍량을 계산한다.
또한 가시도에 대해서도 수직환기갱 배출부 입구 부근의 예상 가시도 Kvi가 터널 출구부의 예상 가시도 Kce보다 클 경우에는 전방 집진기를 가동하지 않았을 때예상된 가시도 Kvi가 터널내 허용 가시도인 Klim을 만족시키기 위한 터널 내 유지 풍속 Vrnl을 계산하고 후방 집진기를 가동하지 않았을 때 터널 출구부의 예상 가시도 Kce가 Klim을 우지하기 위한 수직환기갱도 내의 풍속 Vvnl을 계산하며, 이에 필요한 축류팬의 운전속도와 가동해야할 제트팬의 대수를 결정하고 이때의 소요풍량 Q2와 총 소요동력 P3를 계산한다. 이러한 계산과 함께 동일한 방법으로 후방 집진기만 가동되었을 때의 소요풍량 Q3와 총 소요동력 P4, 전방 집진기만 가동되었을 때의 소요풍량 Q4와 총 소요동력 P5및 전방 집진기와 후방 집진기가 모두 가동되었을 때의 소요풍량 Q5와 총 소요동력 P6를 모두 계산한다. 이 계산된 풍량들 가운데 Q1이 가장 크다면 매연에 의한 환기량보다는 CO에 의한 환기량이 더 많이 요구되는 것이므로 Q1에 해당되는 환기설비의 조합 운전을 행하며, 그렇지 않다면 Q1보다 큰 Q2에서 Q5가운데 총 동력소모량 P가 가장 적은 쪽의 환기설비 조합을 택하여 운전함으로써 소요 동력의 최소화를 기한다.
도 5는 도 1의 전체공정 중 평상운전공정의 모드 2 흐름도로서, 수직환기갱 배출부 입구 부분의 CO농도만이 허용 농도를 초과한 모드 2의 운전에 대하여 그 개념을 설명한다.
먼저 n+1번째 제어주기가 끝나는 순간 예상된 수직환기갱 배출부 입구 부근의 CO농도 COvi가 COlim이기 위해 요구되는 터널 내부의 유지 풍속 Vvrnl을 구하고 이풍속이 유지될 때 터널 출구부의 CO농도 COe가 COlim이기 위해 요구되는 수직환기갱도 내의 풍속 Vvvnl을 구하고 이때 가동되어야할 축류팬의 운전속도와 제트팬의 대수를 결정하며, 이에 소요되는 동력 P1을 구한다.
이와 함께 축류팬을 정지하였을 경우 터널 출구부의 CO농도 COe가 COlim이기 위한 새로운 터널 내부의 기류속도 Vrnl을 구하고 이때 터널 출구부의 가시도 Kce를 구해 이 값이 Klim을 초과하지 않았을 때에는 제트팬의 운전 대수를 결정한다.
그러나 이 값이 Klim을 초과하였을 경우에는 집진기의 가동후 Klim의 초과 여부에 따라 새로운 제트팬의 운전 대수를 결정하며 이 가운데 결정된 설비의 운전 조합에 소요되는 동력 P2를 계산하고 P1와 P2를 비교하여 동력소비가 적은 쪽의 설비 조합을 선택하여 운전한다.
도 6은 도 1의 전체공정 중 평상운전공정의 모드 3 흐름도로서, 수직환기갱 배출부 입구 부분의 가시도만이 허용 농도를 초과한 모드 3에 대하여 환기설비의 운전 조합 설정을 설명한다.
먼저 n+1번째 제어주기에서 수직환기갱 배출부 입구 부분의 가시도 예상 초과량을 터널 전반부에서 해결하기 위해 전방 집진기 미가동시 수직환기갱 배출부 입구 부분의 가시도 Kvi가 Klim이기 위한 터널 내부 풍속 Vrnl을 결정하고 터널 출구부의 가시도 Kce가 Klim이기 위한 수직환기갱도 내의 풍속 Vvnl을 구하며, 이에 소요되는 동력 P1을 구한다.
또한 전방 집진기가 가동될 경우에 대하여 동일한 방법으로 터널 내부 풍속과 수직환기갱도 내의 풍속을 결정하고 이에 소요되는 동력 P2를 구한다.
이번엔 수직환기갱을 운전하지 않았을 때 터널 출구부의 가시도 Kce가 Klim이기 위한 터널 내부 풍속을 구하고 이때 터널 출구부의 CO농도가 기준 값을 초과할 경우에는 새로운 터널 내부 풍속을 구하여 제트팬의 운전 대수를 구하고 이때 소요될 동력 P3를 구하며, 후방 집진기가 가동되었을 경우에도 같은 방법으로 소요동력 P4를 구하여 구해진 예상 소비 동력 P 가운데 가장 그 값이 낮은 쪽의 설비 운전 조합을 택한다.
도 7은 도 1의 전체공정 중 평상운전공정의 모드 4 흐름도로서, 터널 출구부의 CO농도만이 허용 농도를 초과한 모드 4에서는 터널 출구부의 CO농도 COe가 터널 내 허용 오염농도인 COlim을 만족시키기 위하여 수직환기갱도 내의 풍속을 변화시켰을 때의 소비 동력과 터널 내부 풍속을 변화시켰을 때의 소비동력을 구해 이 가운데 소비 동력이 적게 요구되는 쪽의 설비 조합을 선택한다.
도 8은 도 1의 전체공정 중 평상운전공정의 모드 5 흐름도로서, 터널 출구부의 가시도 예측 값만이 허용 값을 초과한 모드 5에서는 먼저 터널 전반부 즉, 수직환기갱 배출부 입구 부근의 가시도를 제한 값으로 유지할 경우에 대하여 터널 내부 유지 풍속을 구하고 터널 출구부의 가시도를 제한 값으로 유지하기 위한 수직환기갱도 내의 풍속을 결정하여 이에 소요되는 동력 P1을 구한다.
또 동일한 터널 내부 풍속을 유지할 경우 후방 집진기 가동시 터널 출구부의 가시도를 제한 값으로 유지하기 위한 수직환기갱도 내의 풍속을 결정하여 이에 소요되는 동력 P3도 같은 방법으로 구한다.
다음엔 축류팬이 정지된 상태에서 터널 출구부의 가시도가 기준 값을 만족시키기 위한 터널 내부 풍속을 구하고 이에 필요한 소요동력 P2를 구하며, 역시 축류팬이 정지된 상태에서 후방 집진기를 가동했을 때 필요한 터널 내부 풍속을 구하고 이에 소요되는 동력 P4를 구한다. 이렇게 구해진 동력소모량 가운데 가장 그 값이 적은 환기설비의 운전조합을 선택한다.
이상의 운전 모드가 환기시설을 가장 빨리 허용 오염농도 근처로 터널 내부환경을 유지시키는 환기시설의 운전 조합을 찾는 데에 가장 기본적인 모드이며, 모드 6 이후는 이들 기본 모드들을 조합하여 결정하게 된다.
도 9는 도 1의 전체공정 중 자료수집 및 연산공정의 흐름도로서, 이러한 평상 운전 공정 및 자료저장 공정의 수행을 위하여 자료수집 및 연산공정을 두었다.
자료수집 및 연산공정은 터널 내부 주요 부위에 설치된 풍향 풍속계에서 측정된 센서 값을 읽어들이고 각 구간의 가시도 및 CO농도를 측정한 센서에서 수집된 값을 읽어들이게 된다. 이 읽어 들인 값 가운데 마지막으로 측정된 값은 다음 제어주기의 연산이 끝나는 순간까지 그 값을 기억장치에 저장하게된다.
또한 교통량 측정 센서로부터 터널을 통과하는 차량의 차종과 통과속도를 읽어들여 차종별 총 통과대수를 연산하고 기억장치에 저장되어 있는 차량 한 대당 오염물질 배출량 자료를 바탕으로 통과한 차량으로부터 배출된 총 오염물질 량을 계산한다.
이 외에 자료 저장 및 평상 운전공정에서 사용하게 될 현 제어주기동안 평균가시도 및 CO 농도 그리고 기타 연산에 필요한 값들을 센서로부터 읽어 들인 값을 이용하여 계산하게 된다.
본 발명에 따르면 터널 내부의 환경이 주어진 기준값을 초과할 것으로 예상되는 경우 또는 기준 값에 미달할 것으로 예상되는 경우에 대하여, 가장 경제적이고 효과적으로 수직환기갱 및 제트팬과 같은 환기시설을 운전할 수 있다.
Claims (3)
- 수직환기갱과 전기집진기 및 제트팬을 구비한 도로터널의 종류식 환기시설 운전 방법에 있어서,환기시설의 운전프로그램을 구동하여 상기 터널 각 구간의 길이, 터널의 단면적, 수직환기갱도의 단면적 및 전기집진기 통로의 단면적 등 터널과 관련된 파라메터를 설정하는 단계와,상기 터널 파라메터의 설정 완료 후 제트팬의 대수, 제트팬 1대당 풍량, 소요동력, 집진기 풍량, 축류팬의 회전속도당 풍량, 회전속도당 소요동력 등 환기설비와 관련된 파라메터를 설정하는 단계와,상기 설비 파라메터에 대한 설정 완료 후 자료저장주기, 비상사태 감시주기, 환기설비 운전주기 및 자료수집주기를 설정하는 단계와,상기 주기에 대한 설정 완료 후 터널 내부의 허용 오염농도 및 한계기류속도를 입력하는 단계와,차량 1대당 차종별 차속별 오염물질 배출량 추정값을 입력하는 단계와,환기시설의 제어를 위한 주 프로그램을 가동하여 자료저장공정을 수행할 주기가 되었는지를 확인하여 자료저장주기시 자료저장공정을 수행하고, 자료저장주기가 안되었을 경우 평상운전공정 수행시간이 되었는지 확인하는 단계와,평상운전 제어를 위한 계산 및 평상운전공정을 수행하고, 평상운전 제어 주기가 되지 않아 현재 임의의 제어주기가 수행중일 경우, 현재까지 수집·저장된 자료가 차량 1대당 오염물질 발생량을 추정하는 알고리즘을 수행할 수 있는지 판단하는 단계와,상기 오염물질 배출량 추정 알고리즘을 이용하여 오염물질배출량을 추정하는 단계와,오염물질배출량을 추정하여 현재 설정되어 있는 값과 비교한 후 허용오차를 벗어난 경우에는 이 값을 수정하며, 그렇지 못할 경우에는 현재 터널 내부의 오염농도 및 터널 내외부의 풍향, 풍속 그리고 터널을 통과하는 차량의 종류 및 통과속도 등을 수집하는 자료수집을 수행하는 단계와,오염물질 배출량에 대한 변경 요구가 있는지 확인하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 도로터널의 종류식 환기시설 운전 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 평상운전공정이,터널 내부 상태를 16모드로 분할하는 단계와,각 단계별로 터널 내부의 설비운전조합을 구성하는 단계와,각 설비운전구성에 따른 예상소요동력을 설정하는 단계와,각 설비운전구성에 의해 허용가시도와 CO농도를 유지할 수 있는지 검토하는 단계와,허용가시도 및 CO농도를 유지할 수 있는 설비운전조합 가운데 가장 동력소모가 적은 설비의 운전조합을 선택하여 환기시설을 운전하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 도로터널의 종류식 환기시설 운전 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 자료저장공정이,보고와 관련된 인터럽의 존재를 확인하여 인터럽이 존재하는 경우 관련자료를 작성하는 단계와,연말, 분기말, 월말, 주말, 일자, 및 시간 여부를 확인하여 각 단계에서 보고 내용을 작성하는 단계와,현재시각, 차종별 평균속도, 제어주기별 운전현황, 차종별 통과대수, 평균풍속, 평균CO가스농도, 및 평균가시도 등의 자료를 저장하는 단계와,자료저장주기와 제어주기가 상이한 경우 차량통과대수, 차량통과속도, 관련 CO가스량, 관련 매연량, 구간별 등가길이 등의 관련 자료를 초기화하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 도로터널의 종류식 환기시설 운전 방법.
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