2020

도 로 설 계 요 령

AN01145-000145-12

발 간 등 록 번 호

제4권 터널

 

터 널

제 9 편 터널

제 9-1 편 터널 본체

제 9-2 편 터널 환기

제 9-3 편 터널 조명

제 9-4 편 터널 방재

제4권

 

제 9-2 편 터널 환기

 

제4권 터널

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2.1 계 획

2.1.1 일반 계획

도로 터널 내에서는 외부 유입물질, 자동차 배출가스 등에 의하여 내부공기가 오염됨에 따

라 이용자의 건강 및 안전에 영향을 미칠 수 있다. 이에 따라 자연환기만으로 문제의 해결이

불가능한 경우에는 기계환기시설에 의한 환기가 필요한 경우가 발생한다.

환기계획은 터널 전체 계획의 주요한 부분이며, 터널 단면 크기 및 형상 등과 같은 터널

본체 구조를 결정하는 요소가 될 뿐만 아니라, 노선 선정 등의 기본계획과도 밀접한 관계가

있기 때문에 전체 계획의 일부로서 면밀하게 계획되어야 한다. 즉, 환기계획은 환기에 큰

영향을 미치는 교통방식, 방재계획(비상용 시설)과의 관련, 주변 환경에 미치는 영향 등을

고려하여 가장 경제적인 방식의 기계설비 설치와 본체 시공에 대한 사항을 검토해야 하는

것으로서 합리적으로 실시되어져야 한다.

터널 환기 설계 시 단계건설의 가능성을 검토해야 한다. 단계건설은 본 터널의 증설(예 :

1개 터널 대면통행으로부터 2개 터널 일방통행으로)에 따른 환기시스템 변경의 경우, 도로

노선 등의 정비에 의한 교통량 증감을 고려한 환기시스템 증설의 경우, 그리고 두 경우가

모두 적용되는 경우에 적용된다. 이러한 경우의 환기계획은 양방향 교통방식(왕복차로 도로

터널)에서 일방향 교통방식(일방 도로 터널)으로의 변경을 고려한 최종 단계의 환기계획과

조화를 이루도록 함과 동시에 일방향 교통 터널(일방 도로 터널)의 이점을 충분히 살려야

바람직하다. 또한 교통방식을 변경하지 않는 경우와 교통량의 변화에 따라 환기시설을 단계

적으로 늘리는 경우에도 최종 단계의 설비 문제를 충분히 고려해야 한다. 특히, 터널 본체

구조는 개축이 매우 까다롭고 어려운 사항이므로 여유 있는 계획이 바람직하다.

2. 계획 · 조사

제9-2편 터널 환기

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2.1.2 계획의 순서

환기시설의 계획 및 설계는 다음과 같은 순서에 따라 실시된다. 각 단계에서의 검토 항목은

서로 밀접한 관련이 있으며, 어떤 항목의 검토 결과는 필요에 따라 이전의 검토 항목에 반영

되어 재검토를 요구하기도 한다.

(1) 터널의 노선 선정

터널의 노선 선정에 관한 검토는 일반적으로 노선의 편익, 지형, 지물, 지질 등을 고려한 후

실시된다. 그러나 터널이 장대한 경우에는 연직갱(수직갱), 경사갱(사갱)의 위치 선정, 환기

규모 등의 환기계획이 노선 선정에 있어 중요한 항목이 된다. 이러한 경우는 개략적으로 각

각 비교 안을 작성한 후 검토해야 한다.

(2) 환기설계 시 필요한 자료 수집

노선이 결정되면 우선 환기계획상 필요한 자료를 수집한다. 필요한 자료는 아래와 같다.

∙ 교통 관계 자료

∙ 기상 관계 자료

∙ 환경 관계 자료

∙ 지형ㆍ지물ㆍ지질 관계 자료

∙ 법규 관계 자료

(3) 환기방식의 예비 검토

적용 가능성이 있는 환기방식의 개략적인 검토를 통하여 터널을 포함한 전체 설계구간에서의

합리적인 방식인지 여부를 예비 분석한다.

(4) 소요 환기량의 산정

터널의 교통ㆍ선형 등을 근거로 소요 환기량을 산출한다.

(5) 환기의 기본계획 작성(환기방식 선정)

결정된 노선에 대해서 소요 환기량 및 기상, 환경조건 등 터널의 입지조건에 따라 환기방식

을 선정한다. 우선, 환기시설 필요성의 유무, 즉 자연환기의 가능성 여부를 검토 파악한다.

제4권 터널

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환기시설이 필요한 경우에는 각종 환기방식의 비교 안을 작성하여 검토해야 하며, 이 때 환

기에 대한 경제성, 방재 관점에서의 안전성, 환경에 미치는 영향 등을 포함하여 종합적으로

평가해야 한다.

(6) 단면계획 및 환기력 계산

환기의 기본계획이 결정되면 덕트(duct) 등의 단면 계획과 소요 환기력의 상세한 검토를 실

시한다. 단면 계획 및 환기력 계산은 기본계획 작성단계에서도 개략적인 검토를 실시하지만,

아래의 항목과 관련지어 상세하게 검토해야 바람직하다.

(7) 설비 제원의 결정

전항의 검토 결과를 기준으로 덕트의 설계, 환기기계의 사양 및 배치 결정, 환기소의 계획

및 설계를 실시한다. 설비 제원의 설계 시에는 운전 제어와의 관계를 고려하여 운전, 감시,

제어설비의 설계도 병행한다.

2.1.3 TAB(시험  조정  평가) 계획

환기설비의 완성된 단계에서 각 설비가 설계에서 요구하는 능력을 만족하는지 여부에 대한

종합적인 검사와 조정을 수행하며, 개통 후에 재확인하여 필요한 경우에는 재조정을 할 수

있도록 계획한다. 특히 터널에 설치되는 각종 계측기는 터널 개통 후에 소정의 점검 기간을

두어 조정을 실시하여 계측 데이타의 신뢰성을 확보할 수 있도록 한다. 따라서 터널 내 TAB

대상 시스템이 설계 목적에 적합하게 적용되어 있는지를 검토 확인하고, 터널 내 환기기와

풍속, 풍압의 적정 분포를 조정하는 일련의 과정과 제반 절차를 계획한다.

제9-2편 터널 환기

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2.2 조 사

2.2.1 교통조사

교통량 조사는 환기량 추정, 환기력(압) 계산, 터널 내 · 외부 환경영향평가를 위한 기초 자

료의 확보를 위하여 수행한다. 단순한 총 차량 대수가 아니라 차종 구성, 방향별 분포, 시간

· 일 · 계절 변동, 첨두시간교통량, 혼잡 및 정체 시의 교통 특성, 승용차환산계수 등에 관하

여 파악할 필요가 있다.

교통조사에는 세계도로협회(World Road Association[이전 명칭 PIARC, 이하 WRA

(PIARC로 표기)]의 환기설계에 사용하는 교통량(이 편의 “2.3 설계에 사용되는 교통량” 참

조) 조사 뿐만 아니라 하루 중 시간대별 교통량 산출도 포함함으로서 환기 운전 제어 자료가

될 수 있도록 한다.

환기량 산출 및 환기력(압) 계산 시에, 필요한 자료는 매연, CO, NOx 등의 배출량, 환기력

(자연환기력, 교통환기력 및 환기기 환기력)에 관한 자료이며, 전자의 경우는 차량의 엔진

종류 및 크기에 좌우되나 후자 중 교통환기력은 일반적으로 차량의 차종의 영향을 받는다.

따라서 교통량 자료에는 차량의 엔진별(휘발유, 경유), 배기량별, 차종별 대수가 필요하다.

2.2.2 기상조사

자연환기력의 추정, 기계환기 시의 기상 영향 및 터널로부터 배출되는 오염된 기류에 의한

주변 환경 영향을 예측할 경우에 기상조사를 수행한다. 기상조사는 터널 내 외부 기압, 풍

향, 풍속, 기온, 습도 등을 대상으로 하며 조사 목적에 따라 조사 대상 항목 및 방법을 선택

하는 것이 중요하다.

자연환기력이란 지형 및 기상 변수의 영향만에 의하여 터널 내로 유입되는 기류의 환기력으

로 정의된다. 자연환기력은 갱구면에 작용하는 풍압에 의한 환기력, 굴뚝효과(chimney

effect)라 불리는 터널 내외부의 밀도 차이에 의하여 유동하는 기류에 의한 환기력으로 구

분된다. 일반적으로 풍압효과에 의한 경우가 굴뚝효과에 비하여 상대적으로 우세하다.

터널 갱구, 연직갱(수직갱)/경사갱(사갱), 환기탑 등으로 부터의 배기 확산을 예측할 필요가

있는 경우, 요구되는 기상자료는 예측방법과 예측정밀도에 따라 다르다. 관측 항목으로는

배기구 부근의 국지적 풍속 및 풍향, 연직 방향의 온도 분포, 일사량 등이 있지만, 갱구 부근

은 지형이 복잡하여 장소에 따라 변화가 크므로, 주변 환경에 주는 영향을 예측할 때는 연평

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404

균 값을 주로 이용하기 때문에 관측은 연간에 걸쳐 이뤄지는 것이 이상적이다. 또 해당 지역

의 광역기상자료를 수집하여 관련된 것을 구하는 것도 필요할 때가 있다.

터널 내로 유입된 기류의 온 · 습도, 안개 등이 문제가 될 수 있다. 즉, 급기의 온도가 낮을

경우에는 연직갱(수직갱) 등의 환기 덕트의 벽면에 누수 등이 동결하여 환기 단면의 감소를

초래하여 필요한 환기를 어렵게 하거나 구조에 나쁜 영향을 주는 경우도 생긴다. 이런 경우

는 누수 방지와 단열 대책이 필요하다. 또한 운전자의 가시거리 확보 및 노면의 결빙 등을

방지하기 위하여 안개 발생, 적설량 등에 대한 검토가 요구된다.

2.2.3 환경조사

터널의 환기가 환경에 주는 영향은 배기 중의 오염물질과 소음이 있다. 터널에서 배출되는

오염된 배기는 신속한 갱외 확산이 되는 경우에는 갱구 주변의 환경에 그다지 심각한 문제

가 되지 않으나 갱구를 통한 오염물질의 배출량이 과다한 경우, 또는 환기탑이나 집중배기

소와 같이 고농도의 오염물질이 배출되는 경우, 배출원 부근의 지형 및 기상 조건이 확산을

억제하는 경우, 배출원 부근이 도심 또는 주거지역인 경우에는 심각한 환경문제를 야기할

가능성이 있다. 특히 주거지역에 인접한 경우, 터널 건설의 영향을 상대적으로 크게 받을

수 있으므로 백그라운드 소음 및 각종 오염물질 농도에 관한 조사가 필요하다.

환기기의 소음제어는 환기소 내부에 환기기를 설치할 경우는 비교적 용이하나, 일반적으로 소

음제어방안의 설계를 위해서는 암소음의 측정이 필요하다. 환기기가 제트팬인 경우는 교통소

음도 포함하여 검토가 필요하며 환기기 소음은 특정 주파수 성분이 강하므로 주의해야 한다.

2.2.4 지형, 지물, 지질 조사

지형ㆍ지물ㆍ지질 조사는 모든 조사의 기초가 되며, 목적에 따른 축척 조사가 필요하다. 지

형, 지물, 지질 조사는 환기용 연직갱(수직갱), 경사갱(사갱), 환기소 등의 환기시설을 위한

구조물 및 접근 도로의 건설 계획에 필요한 자료를 얻기 위하여 수행한다.

2.2.5 관련 법규 조사

터널 환기에 관련된 터널 구조물 및 설비의 건설, 유지관리에 관련된 법규 내용을 모두 검토

하여 관련 법규에 위배되는 설계가 되지 않도록 해야 한다. 조사 대상이 되는 주된 법규는

다음과 같다.

제9-2편 터널 환기

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(1) 공해방지 및 환경보전 관계 : 대기환경보전법, 자연환경 보전법, 자연공원법, 산림기본법, 조

수보호 및 수렵에 관한 법률, 소음・진동관리법, 수질환경 보전법, 해양오염 방지법, 수도법

및 하수도법, 광업법, 지하수법, 폐기물 관리법, 토양환경 보전법 등

(2) 재해방지 관계 : 소방기본법, 사방 사업법, 택지개발 촉진법, 농어업 재해대책법, 풍수해 대책법 등

(3) 도로 및 교통 관계 : 도로법, 도로교통법, 도시철도법 등

(4) 군사 관계 : 군사기밀 보호법, 군사기지 및 군사시설 보호법 등

(5) 문화재 관계 : 문화재 보호법 등

(6) 안전 관계 : 시설물 안전 및 유지관리에 관한 특별법, 건설기술 진흥법, 산업안전 보건법 등

2.3 설계에 사용하는 교통량

환기기 설계에 이용하는 교통량은 일반적으로 해당 터널의 설계교통량을 기준으로 하며, 이

요령에서는 WRA(PIARC)에서 추천하는 교통밀도를 적용하여 구하는 것을 원칙으로 한다.

교통류에 의해서 배출되는 유해성분 발생량이 환기량을 결정하게 되므로 터널의 환기량 산정

은 교통량에 직접적인 영향을 받으며 이에 따라 환기설비의 용량도 변한다. 도로 터널 환기

설계 시의 교통량은 일반적으로 설계 시점을 대상으로 하는 것이 아니라 개통연도를 목표로

하고 있기 때문에 해당터널의 계획목표연도의 설계교통량을 적용하게 되며, 이 때 단순한 차

량대수 뿐만 아니라 교통류의 차종 구성에 대해서도 알 필요가 있다. 본 도로 터널의 환기설

계 방식은 WRA(PIARC)방식을 기준으로 하므로 권장 교통밀도를 적용하여 교통량을 구하는

것을 원칙으로 한다.

WRA(PIARC)방식의 환기량 계산에서는 설계속도 이하의 전 속도에 대하여 예상되는 환기량

을 검토해야 하므로 주행속도별 차종별 교통량(ni) 자료가 필요하다.

이는 교통밀도 산정도나 교통밀도 계산식에 의해서 승용차에 대한 주행속도별 교통밀도(Dt:

pcu/kmㆍlane)를 구하고 이 값에, 차종별 구성비(ψi) 및 승용차환산계수(ri)를 고려하여 다

음과 같이 구한다.

ni  ri

Dt × i

(2.1)

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2.3.1 교통밀도

교통밀도는 도로의 단위 길이 당 차량의 수를 의미하는 것으로, 교통밀도 산정도와 교통밀

도 산정식에 의해서 구할 수 있으나 이 요령에서는 계산이 용이한 교통밀도 산정식을 이용

하여 구하는 것을 원칙으로 한다.

(1) 교통밀도 산정도

그림 2.1의 그래프는 프랑스 터널 연구 센터(Tunnel Research Center)가 1984년에 프랑

스의 롱푸앙(Rond Point) 터널, 푸르비에르(Fourviere) 터널, 앙브르와제 파레(Ambroise

Pare) 터널 및 꾸르 드 베르덩(Cours de Verdun) 지하도에서 측정한 자료를 근거로 작성한

것으로, 교통량, 교통밀도 및 차량속도의 관계를 나타내고 있으며, 관계식은 식 2.2와 같다.

Dt = - C × I + A (2.2)

I = V × Dt

여기서,

Dt : 교통밀도(pcu/kmㆍlane)

I : 교통량(pcu/hㆍlane)

V : 차량속도(km/h)

C, A : 산정도에 제시된 상수

교통밀도 산정도로부터 교통밀도는 다음과 같은 요령으로 구한다.

V = 10 km/h 일 때

Dt =    × 



  (pcu/km ․ lane)

V = 20 km/h 일 때

Dt =    × 



  (pcu/km ․ lane)

V = 30 km/h 일 때

Dt =    × 



  (pcu/km ․ lane)

V = 40 km/h 일 때

Dt =    × 



  (pcu/km ․ lane)

제9-2편 터널 환기

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V = 50 km/h 일 때

Dt =    × 



  (pcu/km ․ lane)

주행속도가 60 km/h이상인 경우에는

Dt = V

I

에 I = 2200을 대입하면

V = 60 km/h 일 때

Dt = 



  (pcu/km ․ lane)

V = 70 km/h 일 때

Dt = 



  (pcu/km ․ lane)

V = 80 km/h 일 때

Dt = 



  (pcu/km ․ lane)

(2) 교통밀도 산정식

교통밀도 산정식은 식 2.3과 같으며, 이 식은 도로의 성격에 따라 승용차 대수로 표현되는

도로용량(Mmax)을 어떻게 적용하느냐에 따라서 도로의 설계교통량을 반영함으로서 교통밀도

를 보완할 수 있는 장점이 있다.

Dt   Do × V  Mmax ×   V  

Do × Mmax

(2.3)

여기서,

Dt : 교통밀도(pcu/kmㆍlane)

Do : 정체 시 교통밀도(속도 V=0 km/h에서 150pcu/kmㆍlane 적용)

Mmax : 승용차 대수 표시 최대 가능 교통량

또는 도로용량(pcu/hㆍlane)

V : 주행속도(km/h)

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<그림 2.1> 교통밀도 산정도

상기의 식을 이용하여 환기량을 산정하는 경우에 최대 교통량의 적용 방법이 환기량을 결정

하는 주요 인자가 된다. 오스트리아의 지오컨설트(Geo Consult)사는 최대교통량을 일 평균

설계교통량의 10%로 하는 것이 합리적이라고 추천하고 있다. 또 '95 WRA(PIARC) 보고서

에 의하면 최대교통량은 주행속도 60 km/h 주변에서 나타나고 평균적인 최대 교통량

(average peak traffic flow)은 일방향 도로터널에서는 승용차 대수로 차로 당 1800 ~

2000대/시, 양방향 도로터널에서는 차로 당 1400 ~ 1500대/시로서, 이 값은 Geo Consult

사와 마찬가지로 일평균 교통량의 10% 정도인 것으로 기술하고 있다.

2.3.2 승용차환산계수

대형차의 승용차환산계수(PCE : Passenger Car Equivalents)는 교통밀도 산출을 포함한

환기량 계산 시 중요한 인자로서 도로의 경사 및 대형차 혼입율에 따라서 다르나 현재 국내

도로 터널에 대한 승용차 환산계수는 연구된 바가 없으므로 도로용량편람 2013(국토해양

부)’에서 제시하는 값을 사용하며 그 값은 표 2.1과 같다.

또한 도로의 지형 구분에 따라 승용차환산계수 값을 달리 적용해야 하나, 일반적인 터널

제9-2편 터널 환기

409

구간의 종단경사가 2 ~ 3 % 이내로 계획한다는 점과 특정 경사구간을 전후해서 발생하는

소요 환기량의 급격한 불연속성을 최소화하기 위해 이 요령에서는 평지부 승용차환산계수

값으로 통일하여 환기계산에 적용할 것을 표준으로 한다.

<표 2.1> 승용차환산계수

구분 승용차 소형버스 대형버스 소형트럭 중형트럭 대형트럭 특수트럭

고속국도 1 1 1.5 1 1.5 1.5 2

다차로 1 1 1.5 1 1.5 1.5 2

2차로 1 1 1.5 1 1.5 1.5 1.9

2.3.3 도로용량과 추정 교통량

환기 설계에 적용하는 교통량은 해당 터널의 도로용량을 기준으로 한다.

이 해설에서 도로용량이라 함은 도로용량편람에서 정의한 각 구간별 설계 도로용량을 의미

하며, 이는 목표연도의 설계 도로용량(C)을 의미하며, 추정 교통량은 실제 통행할 것으로

예측되는 첨두설계시간교통량(V)을 의미한다. 따라서 환기계획상의 적용되는 교통량은 해

당 터널의 도로용량을 기준으로 함을 원칙으로 한다.

<표 2.2> 이상적인 조건에서의 도로용량

(일방향 터널 기준)

구 분 도로용량(최대교통량, pcu/h ․ lane)

PIARC 보고서

도시터널 1,800 ~ 2,200(평균 2,000)

안정된 상태의 터널 2,200 ~ 2,400

일 본

(도로 구조령)

1,800

영 국

(Webster)

1,900

미 국

(HCM)

1,800

독 일

1,800(시외 터널)

1,900(시내 터널)

한 국

(고속국도)

설계속도 120 km/h 설계속도 100 km/h 설계속도 80 km/h

2300 2200 2000

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(1) 도로용량

도로용량은 주어진 도로 조건에서 15분 동안 무리 없이 최대로 통과할 수 있는 승용차 교통

량을 1시간 단위로 환산한 값으로, 이상적인 조건의 도로용량에 도로 및 교통조건에 따른

감소 요인을 반영한 보정계수를 곱하여 구한다.

이상적인 조건에서의 도로용량은 설계속도 및 도로의 조건에 따라 다르며, 각 국의 적용 값

은 표 2.2와 같다. 국내의 기준값은 도로용량편람(2013 : 표 2-1)을 근거하여 제시하였다.

소요 환기량 및 환기기 용량 산정 시 교통량은 도로용량편람에 제시된 설계속도별 도로용량

을 기준으로 적용한다. 한편, 제연 용량 산정을 위한 경우에는 최악의 상황을 고려하여 도로

용량을 적용한다.

환기설계에 적용하는 차종별 교통량(ni)은 다음과 같은 순서로 계산하며 전술한 내용과 동일하다.

① 설계 대상의 도로용량(pcu/h ․ lane)의 결정

② 주행속도별 교통밀도의 산정

③ 승용차환산계수 결정

④ 차종별 혼입율을 고려한 총 승용차환산계수 산출

⑤ 터널 내 차량 수 산출

(2) 추정 교통량

단계건설과 관련하여 도로 터널의 환기량은 제작차 오염물질 배출량 규제치 및 터널을 통과

하는 차량 수에 가장 크게 영향을 받으며, 제작차 오염물질 배출량은 점차 강화되는 규제에

의해서 감소추세를 보이고 있다. 그러나, 터널을 통과하는 차량 수는 증가할 것으로 예상되기

때문에 환기기 용량 변화와 서로 상반되는 결과를 초래할 것으로 판단되므로 향후 환기기

용량에 대한 정확한 예측이 곤란한 측면이 있다. 따라서 단계건설에 따른 환기기 용량 추정

은 현실적으로 많은 어려움이 있으나 다음과 같은 방법으로 단계건설 방안을 고려한다.

운영 중인 터널의 경우는 5년 주기로 환기시스템의 종합적인 운영 및 성능 평가를 실시하여

환기기 용량의 증대 또는 감소 수준을 검토한다. 검토 주기는 교통량 평가, 환기기 운영 평

가, 제작차 기준 배출량 변화, 외부 자연풍 변화 등에 의해서 변동될 수 있다.

반면 터널 설계 시에는 검토 대상연도의 연평균일교통량(average annual daily traffic ,

AADT)에 의한 첨두설계시간교통량(peak directional design hour volume , PDDHV)을

적용하여 원활 시에 검토함을 원칙으로 한다. 그러나 지체 시 교통량은 계획 교통량의 수준

제9-2편 터널 환기

411

과 관계없이 결정되므로 지체 시 환기기 용량은 도로용량에 의한 환기기 용량으로 결정되게

된다. 따라서 지체 시 환기기 용량이 원활 시 환기기 용량을 상회하는 경우에는 해당 터널의

저속 또는 지체 시 빈도와 오염농도등을 고려하여 지체 시 환기기 용량의 적용 여부를 판단

한다.

또한 도로 터널은 개통 이후 구조물에 대한 부분 확장이 매우 어렵다. 그러나 터널 내 환기방

식은 통과 교통량의 변화뿐만 아니라 터널 내 공기질 유지 수준의 강화, 화재 시 환기방식의

역할 강화 추세 등으로 향후 구조물의 변경이 필요한 환기방식으로 변경될 수 있다. 따라서,

첨두설계시간교통량으로 환기방식을 결정하는 경우에는 개통 이후 환기방식의 변화 가능성

을 충분히 검토해야 하며, 검토 결과 변화가 예상되는 경우에는 도로용량을 고려한 환기방식

을 적용할 수 있다. 이 경우 환기방식에 대한 경제성 및 타당성을 고려한 단계건설 방안을

적용해야 한다.

(3) 단계별 건설방안 기준

⦁터널의 환기설비 계획을 수립할 경우에는 교통량 분석을 통한 단계별 건설방안을 검토하여

경제성과 효율적인 유지관리 방안을 확보하도록 해야 한다.

⦁단계별 건설은 통행 방식의 변경 가능성(대면 통행 → 일방향 통행), 도로망의 정비 계획

등에 따른 교통유발 가능성 등을 분석하여 적절한 방안을 수립한다.

⦁일시적으로 대면 통행 방식을 고려하는 경우 설계 당시에는 연도별로 교통량 추이를 분석

하여 연도별 환기기 용량을 계산하여 적정한 단계건설 방안을 확립하고, 개통 후에는 실제

교통량 추이를 검토하여 적정한 단계별 건설방안을 수립한다.

⦁추정 교통량이 도로용량 보다 현저하게 작은 경우에는 연도별 추정 교통량에 따른 환기기

용량을 검토하고 단계건설 계획을 수립한다.

⦁추정 교통량의 증가율이 커서 20년 후의 교통량에 따른 설비와 초기 교통량에 대한 설비가

현저하게 차이가 있는 경우, 5년 주기의 교통량을 기본으로 단계건설 방안을 검토한다.

⦁종류식 환기방식의 대면 교통인 터널의 경우 교통환기력 부재로 인한 설비 규모가 증대하므로

향후 일방향으로 변경될 경우 용량이 과다하게 될 가능성이 높으므로 이를 고려하여 단계별

건설방안을 검토한다.

⦁연직갱(수직갱) 및 전기집진기 등과 같이 터널 구조물이 필요한 환기방식의 경우, 개통

이후 필요한 구조물의 설치를 단계건설 방안으로 검토하며, 필요 시 향후 환기방식 변경에

제4권 터널

412

대비한 기반시설을 터널 개통 전에 미리 설치할 수 있도록 한다.

(4) 추정 교통량의 계산방법

첨두설계시간 교통량(PDDHV)은 중방향설계시간교통량(DDHV)을 첨두시간계수(peak

hour factor, PHF)로 나눈 값으로 다음과 같이 구한다.

PDDHV PHF

DDHV

PHF

AADT × K × D

대시 (2.4)

여기서,

AADT : 연평균 일교통량(대/일)

K : 설계시간 계수(일반적으로 30번째 교통량에 따른다.)

D : 중방향 교통량의 비

PHF : 첨두시간계수

이때 환기량 계산을 위한 교통밀도는 전술한 첨두설계시간교통량(PDDHV)을 도로의 특성에

따라 주행속도의 관계에서 식 2.5로 계산하며, 차종별 차량 수는 2.3.1 교통밀도 산정식과

동일한 방법으로 구한다.

Dt = PDDHV/(Vt×NL)[대/(km ․ lane)] (2.5)

이 요령에서는 첨두설계시간 통량을 적용하기 위한 원활 시 주행속도는 고속국도 터널의 경

우는 60 km/h 이상에 적용하며, 60 km/h 미만의 지정체 속도(10 ~ 50 km/h)에서는 도

로용량(밀도)으로 적용한다. 단, 후술할 지정체 판별에 따라 환기 검토 제외속도를 결정할

수 있다.

2.3.4 교통 특성에 따른 환기 검토 제외속도

일반적으로 환기설계에 적용하는 교통량의 속도 범위는 10 ~ 80 km/h에 대한 전 속도를 검

토하고 있다. 그러나 지방지역 고속국도 터널의 경우 주행속도가 높고, 지정체 발생 확률이

낮기 때문에 이러한 특성을 고려하여 환기 검토 제외속도를 결정할 필요가 있다.

현재까지 지정체를 정확히 판별할 수 있는 이론적 모델은 없으나, 다음에 제시하는 식을 사

용하여 환기 검토 제외속도를 결정한다.

제9-2편 터널 환기

413

(1) 환기 검토 제외속도 식

UEV  uE ×   VC (2.6)

UEV : 환기 검토 (최대)제외속도

V/C : 교통량과 용량과의 비율

uE : 원활 시(지체 환기설비용량 결정 제외를 위한) 환기검토 제외속도

설계속도 120 km/h uE = 42.5 km/h, 설계속도 100 km/h uE = 40 km/h,

설계속도 80 km/h uE = 35 km/h를 적용한다.

(2) 적용 조건

윗 식(5-2)은 고속국도(지방지역) 교통량에 대한 환기 검토 제외속도 식으로 원칙적으로 왕

복 4차로(편도 2차로) 연평균일교통량(AADT)이 39,000대/일 이하 및 승용차환산대수

45,000대/일 이하일 경우에 적용한다. 다만, 터널 출구 전방 1 km 이내에 합분류부(진출입

로, 톨게이트, 휴게소 등)가 있어 지정체 발생이 예상되는 경우에는 환기 검토 제외속도 식

적용 여부를 검토할 수 있다.

V/C U LOS UEV 제외속도 환기시설 검토속도

- (km/h) - (km/h) (km/h) (km/h)

0.00 100.0 A 40 40 50 ~ 80

0.10 99.6 A 36 40 50 ~ 80

0.15 99.4 A 34 30 40 ~ 80

0.20 99.3 A 32 30 40 ~ 80

0.25 99.1 A 30 30 40 ~ 80

0.30 98.8 B 28 30 40 ~ 80

0.35 98.6 B 26 30 40 ~ 80

0.40 98.3 B 24 20 30 ~ 80

0.45 98.0 B 22 20 30 ~ 80

0.50 97.4 C 20 20 30 ~ 80

0.55 96.7 C 18 20 30 ~ 80

0.60 96.1 C 16 20 30 ~ 80

0.65 95.1 D 14 10 20 ~ 80

0.70 94.1 D 12 10 20 ~ 80

0.75 93.0 D 10 10 20 ~ 80

0.80 92.0 D 8 0 10 ~ 80

0.85 89.0 E 6 0 10 ~ 80

0.90 86.0 E 4 0 10 ~ 80

0.95 83.0 E 2 0 10 ~ 80

1.00 80.0 E 0 0 10 ~ 80

주) 제외속도는 UEV 값을 일의 자리에서 반올림처리(round)하되, 10km/h 미만에서는 버림처리(rounddown)한다.

제4권 터널

414

2.4 환기의 대상물질 및 농도

2.4.1 유해성분의 종류와 영향

차량으로부터 배출되는 물질은 연료와 관계가 있다. 현재의 사용 연료는 휘발유, LPG, 경

유가 있으며 주로 휘발유와 경유이다. 이들 연료를 사용하는 경우의 차량 배출물질은 연료

의 주성분이 탄화수소이므로 완전 연소가 되는 경우에는 탄산가스, 물 및 산소의 공급원인

공기 중의 질소가스로 구성된다. 그러나 실제로는 불완전 연소에 따라 CO, CO2, NOx, HC

및 HC의 산화생성물, SO2, 포름알데히드, 매연 등의 물질이 함유된다.

매연은 배출가스 중에 포함된 입자상 물질의 총칭으로서 주로 디젤 차량에서 배출되며, 휘

발유 차량의 경우는 거의 배출되지 않는다. 매연은 입자의 직경이 수 ㎛(마이크로미터) 이하

의 미세한 물질로서, 빛을 흡수하거나 산란시켜 터널 내 차량 주행 시 전방 가시도를 저하시

켜 안전 운행에 지장을 초래하게 된다.

일산화탄소는 휘발유 차량에서 가장 많이 배출되는 오염물질로 연료의 불완전 연소로 인하

여 생성되는 것으로 무색, 무취이며 혈액 중 헤모글로빈(Hb)과의 결합력이 산소보다 200배

나 높아 인체에 흡수되면 CO-Hb를 형성하여 산소의 운반능력을 저하시키게 된다. 따라서

체내 산소 공급의 부족으로 신경 계통에 영향을 주어 반사신경의 둔화로 운전자의 판단능력

을 저하시킴으로서, 교통상황 판단의 지연으로 인한 교통사고 유발 가능성이 높아지는 것으

로 알려져 있다. 참고로 그림 2.2는 CO 가스에 노출 시 시간에 따른 혈중 CO-Hb 농도의

변화와 인간의 신체활동 별로 신체에 미치는 영향을 나타낸 것이다.

차량으로부터 배출되는 질소산화물의 대부분은 NO이나 오존(O3)이 존재할 경우 NO2로 산

화된다. 그림 2.3은 홍콩 테이트 케언즈 터널(Tate Cairn's tunnel) 내의 NOx 중 NO2비

율 및 O3의 전형적인 분포를 보여 주며, NO2는 터널 내에서 NOx의 약 10% 정도를 점하고

있는 것으로 알려지고 있다. NO에 비하여 독성이 강한 NO2는 1ppm 정도의 농도 하에서

건강한 사람에게도 영향을 미치며, 천식이 있는 경우에는 0.1ppm정 도의 낮은 농도에서도

심각한 영향을 미치는 것으로 나타난다. 독성이 약한 NO의 경우, 터널 내 농도수준에서는

전혀 인체유해성이 없는 것으로 알려지고 있으며 유럽 일부국가에서는 고가의 NO2 계측기

가 없는 경우 용이한 계측이 가능한 NO 계측기를 활용하는 경우가 있다.

그러나 최근 NO2를 직접 계측할 수 있는 장비의 개발로 차량 배출물질 중 인체 유해성이

가장 강한 NO2 계측기의 설치를 검토할 필요가 있다.

제9-2편 터널 환기

415

<그림 2.2> CO 가스의 인체에 대한 영향

<그림 2.3> 도로 터널 내 NOx 중 NO2 비율 및 O3 농도 분포

CO는 최근 차량으로부터의 배출량이 급격히 감소함에 따라 많은 국가들에서 터널 환기설

계 시 더 이상 환기설비 용량을 결정하는 물질이 되지 않는 경우가 일반적이다. 특히, 승용

차의 경우에도 경유 승용차의 보급이 증가하고 있으며, 대형차의 경우에는 경유 차량이 대

부분임에 따라 가시거리 확보 문제가 정상 운행 시의 환기설비 용량을 결정하는 가장 중요

한 과제가 되었다. 거의 모든 유해물질의 배출량이 감소함에 따라 비차량 배출물질인 타이

어 및 브레이크 마모 분진, 도로 마모 분진 등이 더욱 중요한 유해물질로 부각되었다. 이들

제4권 터널

416

비차량 배출 분진들의 평균 입자 크기는 그림 2.4에서 보는 바와 같이 입자의 크기가 미립

자인 매연 입자보다 크고 입도분포 상에 다른 최빈도(mode)를 보이며, 매연과는 상이한 광

학적 특성을 보이고 있다.

<그림 2.4> 제작차 배출가스 규제강화에 따른 매연배출량의 감소 전망

2.4.2 기준 배출량

터널을 통행하는 차량의 유해성분 배출량은 차종, 차령, 주행 상태, 터널 특성(종단경사 및

표고) 등에 따라 다르게 나타난다. 환기설계 시 오염물질별 배출 총량을 정확하게 예측하기

위해서는 이들 영향 인자들을 고려한 배출량의 원단위를 정의해야 한다. 그러나 자동차의

유해성분 배출량은 여러 가지 요인에 의해 다르므로, 충분한 자료를 수집하기 상당히 어려

운 실정이다. 국내 터널 환기설계 시, 현재는 미비한 국내 터널에서의 배출량 조사가 극히

제한적이어서 WRA(PIARC)의 권고에 따른 유해성분별 기준 배출량을 기준으로 간접적으

로 국내 차종별 기준 배출량을 추정하고 있다.

WRA(PIARC)의 2004년도 보고서 “도로 터널 : 차량 배출량 및 소요 환기량”에서 제시한

기준 배출량은 ECE(Economic Commission for Europe : 유럽경제위원회) 및 EURO 기

준에 따른 제작차 배출량 규제값이다. ECE 기준은 유럽, 아시아(한국, 일본 제외), 아프리

카, 중동의 국가들에서 광범위하게 적용되고 있으나, 북미, 한국, 일본 등에서는 자체 기준

을 적용하고 있으며, 호주는 최근 EURO 기준을 적용하기 시작하였다.

국내에서의 제작차 배출 허용 기준은 1980년 휘발유 자동차의 배출 허용 기준을 처음 설정,

적용한 이후 여러 단계를 거쳐 규제 방법과 규제치를 강화하여 왔으며, 1990년대부터 2년

마다 강화하여 2000년 1월 1일부터 전 차종을 대상으로 선진국 수준으로 배출 허용 기준을

강화하였다. 2006년부터 휘발유 자동차는 미국의 초저공해자동차(ULEV) 기준으로 경유자

동차는 EURO 4 기준으로 강화하였다.

제9-2편 터널 환기

417

WRA(PIARC)는 해수면 고도에서 0 km/h의 속도 즉, 공회전 시에 배출되는 오염물질의 양

을 기준배출량으로 정의한다. 이를 차량의 주행 조건 즉, 주행 속도, 도로 터널의 표고, 경사

및 차량 조건 즉, 중량 및 차령에 따른 배출량의 변화를 보정함으로서 실제 조건의 배출량을

산정하게 된다.

매연은 발생 특성상 주로 경유를 사용하는 버스, 트럭 등의 경유차로부터 발생하며, 발생의

정도는 엔진의 크기, 엔진의 기술 수준 및 노후 정도, 그리고 작동 상태에 따라 상당한 편차

를 보인다. 표 2.3은 WRA(PIARC) 2004년도 보고서 발간 시점까지 제시된 각 국가의 기준

배출량 자료이며, 단위는 m2/hㆍ대이다. WRA(PIARC) 방식의 경우 차종 분류에 따르지

않고 차량의 중량 구분에 따라 매연 기준 배출량을 제시하고 있다.

<표 2.3> 국내외 중량별 매연 기준 배출량

Emission

Law

Control

기준 배출량(m2/h ․ 대)(속도 60 km/h)

중량(ton)

＜ 3.5

(경유 소형차)

5 10 20 40

No Law no

80 ~

130

160 ~

250

300 ~

400

400 ~

600

EEC R 49 + 24

EEC R 49 + 24

EEC 88/77

no

yes

yes

80

65

50

160

130

100

240

200

160

280

240

200

US Transient 88

US Transient 91

US Transient 94

yes

yes

yes

50

30

20

100

60

40

160

100

70

200

140

110

pre-EURO

EURO0 (1990)

EURO1 (1992)

EURO2 (1996)

EURO3 (2000)

EURO4 (2005)

yes

yes

yes

yes

yes

yes

42.7

23.1

13.13

7.55

2.82

160

100

85

45

156.6

86.1

21.3

14.2

7.1

250

160

140

75

고속도로 설계기준

(한국도로공사, 2002)

72 160 235 275

EEC R 49+24와 EEC 88/77은 유럽 국가에서 1983년과 1992년에 각각 제정한 자동차

배출규제법, US Transient 88, 91 및 94는 미국에서 1988년, 1991년 및 1994년에 각각

제정된 배출규제법이며, pre-EURO, EURO0, EURO1, EURO2, EURO3 및 EURO4는

유럽 연합에서 1990년 이전, 1990년, 1992년, 1996년, 2000년, 2005년부터 적용된 유럽

제4권 터널

418

의 배출 허용 기준이다. 또한 No Law는 자동차 배출규제법이 마련되어 있지 않은 국가의

경우에 권장하는 기준 배출량이며, 주기적인 자동차 배출검사 또는 배출가스 제어장치의 장

착 여부에 따라 Control Yes 또는 Control No를 적용하도록 하고 있다.

국내 환기설계에서는 차량의 규격과 배출 규제 수준 등이 WRA(PIARC)에서 제시하고 있는

것과 상이하고 실측된 자료가 미비하며, 현재 단위출력 당 매연중량(g/kWㆍh)으로 규제되

는 매연의 농도를 PIARC에서 제시하는 차량중량별 기준 배출량 단위(m2/hㆍ대)로 환산

적용하는 데는 불확실성이 크기 때문에 그 동안 매연 기준 배출량은 주로 No Law의 평균

값 또는 하한값을 적용하여 왔다.

<그림 2.5> 국내 경유 승용차 점유비율(등록대수 및 주행거리 기준)

환기설계 시에 적용하는 기준 배출량은 모든 차종에 대하여 매연, CO, NOx를 대상으로

하며, 승용차의 경우에만 휘발유 차량임을 고려하여 매연 배출량을 고려하지 않는다. 그러

나 최근 전 세계적으로 경유 승용차의 보급률이 증가 추세에 있으며, 2005년도 하반기부터

판매되기 시작한 국내의 경우에는 그림 2.5에서 보는 바와 같이 빠른 속도로 증가하고 있

다. 이에 따라 WRA(PIARC)의 2004년도 보고서에서도 경유 승용차의 오염물질 배출량을

제시하고 있으므로 국내에서도 환기설계 시 경유 승용차의 검토가 반드시 필요하다. 설계

연도의 경유 승용차 보급률은 경유 승용차 등록대수 및 주행거리 추이 자료를 활용하여 추

정할 수 있다. 이 요령에서는 향후 경유 승용차의 보급률을 최대 40% 이내로 계획할 것

을 권장하나 비교적 정확한 실제 보급률 추정이 가능할 경우에는 이를 적용함을 원칙으

로 한다. 현재 환기설계 시 적용되고 있는 기준 배출량은 1996년 환경부의 대기환경보전법

시행령에 기초하고 있으나 2년마다 강화되어 가장 최근의 국내 제작차에 대한 배출량 기준

은 2009년 1월 1일 이후부터 휘발유 자동차 및 경유 자동차는 각각 미국 ULEV 및 EURO

5 수준으로 강화되었다. 따라서 향후 환기설계 시에는 설계목표연도를 고려할 때, 소요 환

제9-2편 터널 환기

419

기량을 산정하기 위한 기준 배출량은 2009년 1월 1일 이후 적용되는 제작차 배출 허용 기

준을 적용하는 것이 바람직하다.

<표 2.4> 오염물질별 배출 기준 비교

구 분

승용차 버 스 트 럭

휘발

(g/km)

경유

(g/km)

소형

(g/km)

대형

(g/kWh)

소형

(g/km)

중형

(g/kWh)

대형

(g/kWh)

특수

(g/kWh)

매연

이전 - - 0.06 0.25 0.08 0.25 0.25 0.25

변경 0.000 0.005 0.005 0.030 0.005 0.030 0.030 0.030

CO

이전 2.11 - 1.27 4.90 1.52 4.90 4.90 4.90

변경 1.060 0.500 0.630 4.000 0.630 4.000 4.000 4.000

NOx

이전 0.25 - 0.64 6.00 0.71 6.00 6.00 6.00

변경 0.031 0.180 0.235 2.000 0.235 2.000 2.000 2.000

∙ 대기환경보전법 시행규칙 별표 17 - 2009년 1월 1일 이후 제작차 배출 기준을 적용. ∙ 대형차는 측정 방법이 ETC모드를 기준으로 함. ∙ 배출량 측정 방법은 휘발유, 가스차는 CVS-75, 경유를 사용하는 경차 및 소형·중형차는 유럽에서 사용하는

ECE15+EUDC 모드를 적용

<표 2.5> 배출량 단위 변환 방법

구분 단위 변환 방법

매연

∙ 승용차(휘발유, 경유), 버스(소형), 트럭(소형)의 기준 배출량(m2/h)

= 6.25 × 허용배출기준(g/km) × 감소계수(75%) × 속도(km/h) ∙ 버스(대형), 트럭(중형, 대형, 특수)의 기준배출량(m2/h)

= 6.25 × 허용배출기준(g/kWh) × 감소계수(75%) × 마력(PS) × 0.7355 kW ∙ 경유 차량 주행속도 33.6km/h 적용(참고 : ECE15+EUDC 모드)

CO

∙ 승용차(휘발유, 경유), 버스(소형), 트럭(소형)의 기준배출량(m3/h)

= 허용배출기준(g/km) ÷ 1,200g/m3 × 속도(km/h) ∙ 버스(대형), 트럭(중형, 대형, 특수)의 기준배출량(m3/h)

= 허용배출기준(g/kWh) × 마력(PS) × 0.7355 kW ÷ 1,200 g/m3 ∙ 휘발유 및 경유차량 주행속도 각각 34.2 km/h 및 33.6 km/h 적용

(CVS-75 및 ECE15+EUDC 모드) ∙ CO 밀도 1,200 g/m3 적용[WRA(PIARC) 2004]

NOx

∙ 승용차(휘발유, 경유), 버스(소형), 트럭(소형)의 기준배출량(m3/h)

= 허용배출기준(g/km) ÷ 2,000g/m3 × 속도(km/h) ∙ 버스(대형), 트럭(중형, 대형, 특수)의 기준배출량(m3/h)

= 허용배출기준(g/kWh) × 마력(PS) × 0.7355 kW ÷ 2,000 g/m3 ∙ 휘발유 및 경유차량 주행속도 각각 34.2 km/h 및 33.6 km/h 적용

(CVS-75 및 ECE15 + EUDC 모드) ∙ NOx 밀도 2,000 g/m3 적용[WRA(PIARC), 2004]

제4권 터널

420

표 2.4는 2009년 1월 1일 이후 적용되는 환경부 대기환경보전법상의 오염물질별 제작차

배출기준과 기존의 편람(1999)상의 기준을 비교한 표이다. 배출량의 단위는 g/km 또는

g/kWh로 정의되어 있으므로 매연의 경우 m2/h, CO 및 NOx의 경우 m3/h로 변환해야

하며, 표 2.5의 변환 방법, 표 2.6 및 표 2.7의 차종별 마력 및 제원을 적용한 결과는 표

2.8과 같다. 단위변환 시의 CO 및 NOx의 밀도는 WRA(PIARC)의 2004년도 권고값인

1,200g/m3 과 2,000g/m3을 각각 적용하였다.

<표 2.6> 기준 배출량 산정에 적용한 차종별 소요 마력

구 분

승용차 버 스 트 럭

휘발유 경유 소형 대형 소형 중형 대형 특수

마력(PS) 94 94 74 226 80 111 250 323.5

∙ 승용차 경유는 승용차 휘발유와 동일값으로 적용 ∙ 특수트럭는 세미트레일러와 풀트레일러의 평균값으로 적용

<표 2.7> 차종별 차량 제원

구 분 승용차

버 스 트 럭

소형 보통 소형 보통 대형 세미트레일러 풀트레일러

단위중량당

마력(PS/톤)

68.6 33.6 18.6 33.5 17.8 13.5 7.4 8.6

무게

(톤)

차중량 1.08 1.48 9.49 1.41 3.25 8.30 13.83 14.45

총중량 1.37 2.20 12.16 2.39 6.22 18.55 45.02 36.45

차체

규격

(cm)

길이 434 450 1.077 452 610 874 1831 1872

너비 168 165 245 168 202 248 261 260

높이 144 197 312 168 227 321 286 307

마력(PS) 94 74 226 80 111 250 332 315

<표 2.8> 오염물질별 기준 배출량

구 분

승용차 버 스 트 럭

휘발유 경유 소형 대형 소형 중형 대형 특수

매연

(m2/h)

이전 - - 29.664 172.225 31.536 83.088 208.75 265.84

변경 0.000 0.787 0.787 23.375 0.787 11.481 25.857 33.460

CO

(m3/h)

이전 0.101 - 0.061 0.652 0.073 0.320 0.721 0.933

변경 0.030 0.014 0.018 0.554 0.018 0.272 0.613 0.793

NOx

(m3/h)

이전 0.010 - 0.025 0.642 0.027 0.315 0.710 0.919

변경 0.001 0.003 0.004 0.166 0.004 0.082 0.184 0.238

제9-2편 터널 환기

421

매연 배출량 단위인 g/kWh를 소광계수 K(m-1)로 변환하기 위한 매연의 중량 농도와 소광

계수와의 관계는 최근의 각국에서 수행된 관계 연구 결과에도 불구하고 이들 간의 명확한

관계식이 도출되지 않음에 따라 WRA(PIARC)(2004)에서는 기존의 MIRA(영국 자동차산업

협회, Motor Industry Research Association) 관계식을 사용할 것을 권고하고 있다.

터널 내에서 희석된 차량 배기가스의 소광계수(K)와 매연 중량 농도와의 관계식(MIRA)은 다

음과 같이 정의한다.

K = 4.64 μ K : 소광계수(m-1), μ : 중량농도(g/m3) (2.7)

한편, 매연 배출량의 대폭적인 감소에 따라 차량 이외의 요인에 의하여 발생하는 부유 분진

의 상대적인 중요성이 증가하고 있음에 따라 비차량 배출 분진(non exhaust emission)에

대한 검토의 필요성을 WRA(PIARC)(2004)에서 제기하고 있다. 타이어 및 브레이크 마모

분진, 도로 표면 마모 분진, 재부유 분진이 비차량 배출 분진에 속하며, 대부분의 입자는 ＞

10μm ( ＞ PM10)이며, 가시거리 파장 범위에 큰 간섭을 일으켜 투과율에 직접적인 영향을

미치게 된다. 비차량 배출 분진을 입도에 따라 PM2.5과 PM10으로 구분하여 발생 원인별로

정리하면 표 2.9와 같다. 소광(light extinction)은 가시광선 파장 범위 내에서 최대치가 되

므로 소광계수(K)를 고려할 경우는 PM2.5를 적용하는 것이 바람직하다.

<표 2.9> 비차량 배출 분진 배출량 분포(mg/km)

구 분

승용차( ＜ 3.5ton) 대형차(HGV)

PM2.5 PM10 PM2.5 PM10

타이어 마모 분진 6 6 31 31

브레이크 마모 분진 1 ± 0.3 11 ± 3.6 3 ± 0.8 160 ± 52

도로 마모 분진 12 ± 1.9 220 ± 17 63 ± 12 1,400 ± 120

총 배출량 19 ± 2.4 237 ± 21 97 ± 12 1,591 ± 172

주) * 는 PM2.5 자료가 없는 관계로 PM10 값을 의미함.

2.4.3 기준 배출량의 보정

실제 조건의 도로 터널에서의 차량 배출량을 산정하기 위해서는 차량의 주행 조건의 변화로

인한 배출량 변화를 보정해야 하는데 현재까지 국내에서 운행 중인 차량을 대상으로 제시된

값이 없으므로 WRA(PIARC)에서 제시하고 있는 방법을 적용한다. WRA(PIARC)(2004)에

서 EURO 4 차량을 대상으로 한 보정계수가 제시되어 있으나 이의 국내 적용은 추후 면밀

제4권 터널

422

한 검토가 요구된다. 따라서, 기존 국내 설계 시에 적용하고 있는 WRA(PIARC) 1991

보고서에 권고 제시된 보정계수를 국내 자료가 제시되기 까지 잠정적으로 적용하는 것이

바람직하다. 즉, 매연에 대하여는 속도ㆍ경사 및 표고의 함수로, 일산화탄소와 질소산화물

의 경우에는 속도, 경사, 및 표고의 함수로 다음과 같이 보정한다. 제시된 속도보정계수는

속도 30 km/h, 경사 0%, 표고 0m를 기준 1로 한다(그림 2.6 ~ 2.9 참조).

(1) 매연, CO, NOx 의 기본 보정계수

<그림 2.6> 매연에 대한 경사 속도 보정계수

<그림 2.7> 표고 보정계수(매연, CO, NOx)

제9-2편 터널 환기

423

<그림 2.8> 경사 보정계수(CO, NOx)

<그림 2.9> 속도 보정계수(CO, NOx)

(2) 비차량 배출 분진의 속도 보정

비차량 배출 분진의 배출량을 계산하기 위한 속도별 기준 배출량은 표 2.10과 같다. 차령보

정계수는 휘발유를 사용하는 승용차에 대하여 적용하고 있다. 대형차의 경우에 10ton 차량

을 기준으로 하여 중량 보정을 수행하나, 이 요령에서는 대형차를 세분화하여 정의하므로 표

2.8에서와 같이 각 차종별 기준 배출량을 달리 제시하고 있다. 따라서 중량 보정계수의 적용

이 필요하지 않다. 한편, WRA(PIARC)(2004)에서는 기준 배출량 보정계수의 적용 대상 차

제4권 터널

424

종을 승용차(passenger car) 및 대형차(HGV, 10ton 기준)로 구분하고 있으며, 승용차는

휘발유 및 경유 엔진 모두를 포함하며 3.5ton 이하의 경상용차 까지도 포함하며, 대형차는

버스 및 트럭을 지칭하고, 승용차 범위에 포함되지 않는 트럭 및 버스로 정의한다.

(3) 차령 보정계수

촉매장치(catalytic converter)가 장착된 휘발유 차량의 경우, 시간 경과에 따라 촉매의 열

노화 (thermal ageing)로 인하여 오염물질 배출량에 직접적인 영향을 미치므로 이에 대한

검토가 필요하다. 표 2.11의 차령보정계수에는 EURO 3 기준 적용 차량의 노화 특성이 고려

되어 있는 WRA(PIARC)(2004)의 차령 보정계수이다. 한편 경유 차량의 디젤산화촉매

(oxidation catalyst)의 노화 영향은 거의 없으며, EURO4 및 5 기준에 관련된 매연포집필터

(particulate matter trap)의 경우에는 노화 영향에 대한 충분한 기술적 자료가 없는 실정이다.

따라서 국내 차량을 대상으로 한 충분한 자료가 확보될 때까지는 WRA(PIARC)(2004)의 권

고값을 적용함이 바람직하다.

(4) 기타 (속도 보정계수 기준값의 변경)

국내의 제작차 배출량 측정을 위한 주행 모드는 휘발유, 가스차는 CVS-75(미국의 시가지

주행 모드인 FTP-75와 동일)를 1987년부터, 경유를 사용하는 경차 및 소형 · 중형차량은 유

럽에서 사용 중인 ECE15 + EUDC 모드를 2004년부터 단계적으로 적용하고 있다. 따라서

2009년 1월 1일 이후 제작되는 차량에 적용되는 배출량 허용 기준은 차종별로 이들 운전

모드를 적용하고 있다. CVS-75 운전 모드는 평균 차속 34.2 km/h로, ECE15+EUDC 모드

는 평균 차속 33.6 km/h로 주행하며 배출량을 측정한다. 따라서 이 요령에서 제시된 속도

및 경사 보정계수는 속도 30 km/h, 경사 0%, 표고 0m를 1.0로 제시한다.

<보정계수 계산 예>

∙ CO 속도 보정계수(차속 80 km/h)

변경 보정계수 보정계수 

보정계수 

× 보정계수 

  



×   

제9-2편 터널 환기

425

<표 2.10> 자동차 속도별 비차량 배출 분진 배출량

v(km/h) 승용차(m2/h) 대형차(HGV)(m2/h)

0 0 0

10 0.9 4.5

20 1.8 9.1

30 2.6 13.7

40 3.6 18.2

50 4.4 22.8

60 5.4 27.3

70 6.2 31.9

80 7.2 36.5

90 8.0 41.0

100 9.0 45.6

<표 2.11> 차령 보정계수

구분 차령 보정계수

CO

차령 1 2 4 6 8 10

계수 1.00 1.10 1.21 1.42 1.62 1.83

NOx

차령 1 2 4 6 8 10

계수 1.00 1.11 1.33 1.56 1.78 2.00

2.4.4 설계 농도

유해물질에 대한 설계 농도는 터널 내부에서의 안전성과 환경성 및 유지관리작업의 안전성

을 확보하는데 필요한 수치로서, 환기시설을 설계할 때 기계환기에 따른 소요 환기량이나

설비 용량 등을 산정하는 기초가 되는 터널 내의 유해성분 농도의 최대 농도로 해석한다.

최근 점진적으로 환경 규제가 강화되고 있는 추세인지라 터널 내 유해성분에 대한 허용농도

도 강화되고 있는 실정으로 이 요령에서 제시하고 있는 설계농도도 시대 상황에 따라 유연

하게 적용되어야 할 것이다. 터널 내 환기대상 오염물질별 허용농도기준 즉 설계농도는 관

리주체가 정하는 바에 따르는 것을 원칙으로 하며, 이에 대한 기준이 없는 경우에는

WRA(PIARC) 권고치를 고려하여 정할 수 있다. WRA(PIARC)의 CO, NOx 및 매연 설계

농도는 표 2.12와 같다.

제4권 터널

426

CO가 인체에 주는 영향은 노출 농도, 체류 시간 및 노출 상황에 따라 영향은 다르다. 이용

자의 터널 내에서의 체류 시간은 짧기 때문에 상당한 고농도라도 지장은 없지만 보수작업

시간을 고려할 때는 체류 시간을 고려해야 한다. 미국 환경보호청(EPA)의 지침에 의하면

CO 노출 시 인체 내의 CO-Hb의 농도를 2% 이하로 하는 것으로 규정하여 15분 노출 시

이 한계를 넘지 않는 120ppm으로 규정하고 있다. 이 값은 터널 내의 운행 시간이 15분

이하인 경우에는 문제가 되지 않으나 주행속도가 저속으로 인하여 15분 이상이 소요될 수

있는 경우 문제가 될 수 있다.

NOx의 설계농도에 대한 WRA(PIARC)의 권고 기준은 2000년도 WRA(PIARC) 보고서(도

로 터널의 NO2 오염, Pollution by Nitrogen Dioxide in road tunnels)에서 찾아 볼

수 있다. 보고서에서는 (1) 환기설비 용량 결정 시 NO2의 고려가 필요하며, (2) 설계농도로

제시하는 NO2 1 ppm 수준이 가시거리를 기준으로 산정한 환기설비 용량과 비슷한 결과를

얻을 수 있으며, (3) 환기설비 용량의 과다 설계상 문제를 피하기 위하여 허용농도는 고려

대상 시간의 2%를 초과하지 말아야 한다 라고 언급하고 있다. 또한 설계농도 즉 허용 농도

는 터널 전체 구간의 평균값으로 정의하고 있으며, NOX 농도는 NO2 농도의 10배(체적 기

준) 정도이므로 교통밀도가 균일한 터널 내에서의 농도증가를 선형으로 가정할 경우에 터널

출구에서의 NOx의 설계농도는 20 ppm에 해당한다.

터널의 매연 농도는 전술한 것처럼 운전자의 가시거리에 영향을 미치는 인자로 안전 운행을

위해서 매우 중요하다. 현재 중량 단위로 주어지는 입자의 농도와 매연 사이의 관계를 보이

는 연구는 거의 없는 실정이며, 매연의 지시도로서 100 m 떨어진 곳에서의 빛의 소광계수

(extinction coefficient)나 매연투과율을 사용하고 있으며 관계는 식 2.8과 같다.

K  L



lnEo

E

(2.8)

여기서,

K : 소광계수(extinction coefficient)(m-1)

L : 100 m

Eo : 기준 위치에서의 광원의 세기

E : 기준 위치에서의 광원이 100m 떨어진 곳에 미치는 광원의 세기

τ : 매연투과율( = E/Eo × 100)(%)

모든 터널의 환기계획은 표 2.13과 같이 전 속도(10 ~ 80 km/h)에 대한 오염물질별 설계농

도를 모두 만족시킬 수 있도록 수립해야 한다. 다만, 지방지역 고속국도 터널의 경우 지정체

제9-2편 터널 환기

427

판별을 통해 지정체 시 환기 검토를 제외할 수 있다(2.3.4 참조). 한편, 표 2.12는 WRA

(PIARC)의 설계농도 권고치이다.

<표 2.12> WRA(PIARC)의 CO, NOx 및 매연 설계농도

교통형태

CO 농도 NOx 가시도

목표연도

ppm

소광계수(K) 100 m 투과도

1995 2010

ppm ppm 10-3 m-1 %

교통 원활, 50 ~ 100 km/h 100 70

20

5 ~ 7 60

일상적인 혼잡 교통, 모든 차로 지체 100 70 7 50

극히 혼잡, 모든 차로 지체 150 100 9 40

교통 소통시 사전 계획된

유지보수 작업

30 20 3 75

터널 폐쇄 250 200 12 30

<표 2.13> 자동차 차속도별 설계농도

차속(km/h)

구분

10 20 30 40 50 60 70 80

도로설계

편람

(1999)

매연

(m-1)

0.008 ~

0.009

0.007 ~ 0.008 0.005 ~ 0.006

CO

(ppm)

150 100

NOx

(ppm)

25

한국

도로공사

(2002)

고속

국도

매연

(m-1)

(검토 제외)

0.007

(LOS E 이하)

0.006

(LOS D 이상)

CO

(ppm)

100

NOx

(ppm)

25

개정

설계

농도

일반

범위

매연

(m-1)

0.009 0.007 0.007 0.007 0.005 0.005 0.005 0.005

CO

(ppm)

70

NOx

(ppm)

20

주) 교통량 및 지역적 특성을 고려하여 저속 시(10 km/h 미만)에 환기시설 용량을 검토할 수 있다.