터널
1. 개요
‐ 도로터널의 환기는 차량에서 배출되는 오염물질을 배출 또는 희석하여 터널 내 환경을 허용농도이하로 유지함으로서 쾌적성과 안전을 확보하기 위한 것으로 도로터널에 대한 환기가 본격적으로 인식되기 시작한 것은 1920년대에 자동차가 널리 보급되면서부터 라고 볼 수 있다. 자동차용 도로터널에서는 운전자에게 안전한 운전환경을 유지하기 위해 터널내의 가시거리 확보와 함께 자동차 배출가스로 부터 발생하는 대기오염물질을 허용농도치 이하로 유지하기 위하여 자연환기에 의해 대기오염물질을 허용농도치 이하로 유지하기 어려울 때에는 강제적 환기설비를 설치운용 해야 한다.
2. 환기방식
도로터널의 환기시스템의 종류는 대별하여 자연환기와 강제환기(기계식)으로 구분하며, 환기시스템은 환기설비의 존재유무와 터널 내 흡기구와 배기구의 위치에 따른 공기흐름의 특성에 따라서 아래와 같이 분류된다.
① 자연환기 (Natural ventilation)
터널내 환기설비를 설치하지 않고 자연환기력과 자동차의 주행으로 인한 운동에 의존하는 환기방식이다. 일반적으로 길이 250m이하의 도시터널과 길이 450m이하의 교통량이 작은 산악터널에서 주로 사용한다.
② 기계환기(강제환기)
터널의 연장이 길고 교통량이 많은 터널들에서 강제 환기시설이나 집진시설과 같은 오염물질제어 설비를 터널내부에 설치하여 터널내부의 오염물질제어와 환기를 시키는 방식으로 장대터널의 경우에서 자연환기력만으로 터널내부공기를 충분히 희석시킬 수 없으므로 강제환기가 사용된다.
‐○ Longitudinal ventilation
환기설비에 의해서 종방향 공기흐름량, 즉 종방향 공기유속을 증가시켜 오염물질의 농도를 저하시킨다.
‐○ 반횡류식(Semi‐transverse ventilation)
반횡류식은 급기구로부터 공급된 공기가 여러개의 연결구를 통해서 차도내로 균등하게 공급되던지 반대로 차도내의 공기가 여러개의 연결구를 통해서 배기구로 배기되는 방식으로 급기형, 배기형, 송배기형의 기본방식이 있다.
‐○ 횡류식(Transverse ventilation)
급기와 배기가 차도를 중심으로 병열로 동시에 이루어지는 방식으로 급기용 Fan과 배기용 Fan과 급기구, 배기구)가 필요하다. 희석공기는 차도바닥 부근에서 급기하고 오염된 공기는 터널의 천정으로 배기한다.
‐○ 공기막식(Air curtain ventilation)
터널길이방향으로 일정한 간격을 두고 여러개의 Fan을 설치하여 사용하는 방식이다.
3. 오염농도
① 일산화탄소(CO)
우리나라에서는 일산화탄소(CO) 허용농도 기준을 100ppm로 설정하고 장기간 평균 일산화탄소(CO) 농도를 50ppm이하로 설정하였으며, 환기시설을 운용하여 기준이하로 유지하도록 계획되어 있다.
② 매연
우리나라에서 건설되거나 건설중인 터널은 매연으로부터 안전주행을 위한 가시거리 확보(주행속도 40~60㎞/hr에서 l00m)가 가능하도록 계획되어 있다.
③ 터널내의 공기유속
일반적으로 터널설계시 경제성과 안정성을 고려하여 터널내의 공기유속을 결정하게 되는데, 종방향 최대공기유속은 차량주행과 안정성을 고려하여 10m/sec를 한계값으로 사용하고 환기구내의 허용최대 공기유속은 30m/sec 이하를 한계값으로 정하고 있다.
4. 설계시 환경적으로 유의할 사항
① 환경 조사
터널환기설계에 있어서 기상 및 환경에 관련된 제반자료는 자연풍 또는 양 갱구 고도차에 의한 환기력, 갱구 또는 오염공기의 확산 및 흡입공기의 질 등에 의한 영향을 조사 반영할 필요가 있다.
○ 자연풍에 의한 환기력
자연풍 풍향풍속은 산악터널의 경우에 환기기 용량에 중요한 영향을 미치게 되므로 이에 대한 가능한 정확한 조사 및 평가를 수행하여 적정 규모 환기기 용량을 산정하도록 한다.
○ 갱구 및 환기탑에서의 배기의 확산
도심이나 청정지역에서의 터널로부터 배출되는 오염공기의 확산이 환경에 미치는 악영향을 최소화하기 위해서 오염물질이 집중적으로 배출되는 지역의 기상상황 자료를 고려하여 환기탑 위치를 선정하며 갱구에서의 오염확산 방지를 위한 대책을 수립한다.
○ 갱구에서의 오염물질 재유입
터널에서는 흡입갱구 주변의 오염상태나 인접 갱구에서의 오염공기 재유입 등에 의해 터널내 공기의 오염도가 영향을 받으므로 이에 대한 평가가 필요하다.
○ 환기소의 소음
환기소 내에 환기 기기를 설치할 경우는 소음이 주변환경에 미치는 영향을 충분히 고려하여야 한다.
② 지형, 지물, 지질 조사
지형, 지물, 지질 조사는 모든 조사의 기초가 되며, 목적에 따른 축척 조사가 필요하다. 지형, 지질 조사는 환기용 입갱, 사갱의 배치 계획의 기초 자료로 이용되며, 갱구 부근의 환경 조사에서는 지형 외에 인근 건축물에 영향을 검토할 필요가 있는 경우도 있다.
③ 환기 방식 선정
터널 주위의 환경조건, 화재시 환기기의 운용, 유지관리, 경제성, 단계건설, 기타 조건 등에 대해 유의하고 종합적으로 검토하여 가장 적절한 방식으로 결정해야 한다.
④ 주변 환경에 대한 영향
최근 들어 터널주변 환경에 미치는 영향에 대한 문제가 부각되고 있다.
제트팬 Longitudinal ventilation 방식에서는 터널에서 발생하는 오염물질의 전량이 터널 출구를 통해서 배출되며, 수직갱방식에서는 환기탑과 출구에서 오염물질이 배출되는 특성이 있으므로 이에 대한 고려가 필요하다.
전기집진기 방식은 제트팬 방식과 조합하여 적용하고 있으며, 일부 오염물질은 터널 출구를 통해서 배출된다. 따라서 오염물질에 대한 터널 출구로의 오염물질 배출을 완전히 억제하기 위해서는 집중배기 방식이나 배기 반횡류방식의 적용이 요구된다. 그러나 집중배기 방식의 경우에는 초기 투자비가 증대하므로 이에 대한 종합적인 고려가 필요하다.
⑤ 차도내 한계풍속
터널의 차도내 풍속이 지나치게 크면 보행자에게 위험을 줄 염려가 있고, 차량의 고장 등으로 운전자가 터널내에서 하차하는 경우에 위험을 야기할 수 있으므로 일방향 통행 터널일 경우 10 m/s 이하를 적용하고 양방향 통행 터널에서는 8 m/s 이하를 적용한다.