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

 

제9-2편 터널 환기

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6.1 환기 제어

환기 제어의 목적은 환기계산에서 결정된 소요 환기량을 바탕으로 터널 내의 교통 상태에 따라 최소

소비 동력으로, 필요하고 충분한 환기 풍량을 공급하는 것이다.

그 운용 방법은 환기 방식에 따라 다르기 때문에 각 터널 환기 방식에 대해 충분히 검토해 두어야 한

다. 또, 화재 발생과 같은 이상 상태에 대비한 운전 제어 계획을 미리 세워 두어야 한다.

(1) 종류 환기 방식

이 방식은 자연풍과 교통환기력을 충분히 이용하는 것이므로, 터널 내의 풍향과 풍속을 감시

하면서 운전 제어를 한다.

제트팬 환기방식의 왕복 교통 터널일 경우, 환기기기의 회전 방향 변경은 교통조건(상 · 하행

방향별 교통량 등)과 자연풍에 대하여 바람직한 환기 풍향이 되도록 한다. 그러나 운전 방향

을 변경할 경우라도 어느 정도 일정한 간격(충분한 환기 효과가 나타나는 시간)을 두고 운전

해야 한다. 운전 방향의 빈번한 변경은 터널 내 공기 기동의 관성에 의해 터널 내에 오염된

공기가 남아 있게 하여 오염 농도가 높아지고, 환기기기 반복 기동의 문제 등이 있기 때문에

변경 시점의 상황에 대해 종합적으로 판단할 필요가 있다. 반면, 이러한 상태를 면밀히 감시

하는 것은 이론적으로 바람직한 일이지만 각종 검출 장치, 제어 장치가 복잡하고 시설비가

증가될 경우가 있으므로 경제성도 충분히 검토해야 한다.

입갱 집중배기, 입갱 송배기 또는 전기 집진기 부착 환기 방식 등을 채용한 터널에서는 각

환기 구간에 따라 자연풍에 의한 영향 정도가 다르므로 풍향, 풍속과 그것에 지배되는 터널

내 오염 상태가 주요 감시 대상이 된다.

따라서 교통 조건, 기상 조건 등을 충분히 고려한 후, 그 터널 고유의 여러 조건을 검토하여

운전제어 방법을 결정한다.

6. 운전과 제어

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(2) 송기 반횡류 환기 방식

이 방식을 일방향 도로터널에 적용했을 경우 터널 종단방향으로 복수 환기 구간이 있고, 복

수 환기기기가 설치될 때는 일반적으로 터널 출구측의 환기 구간 환기기기에서 운전을 개시

하는 것이 바람직하다. 즉, 교통량이 적고 단순한 교통풍에 의한 종류 환기가 행해지고 있는

상태에서 교통량 증가에 따라 환기량을 늘릴 경우 터널 전체 길이를 송기 반횡류 환기로 운

전하는 것이 아니라, 그림 6.1에 나타낸 바와 같이 입구측의 환기 구간을 교통환기력에 의한

종류 환기로 한 상태로 출구측의 환기 구간을 송기 반횡류 환기로 하는 등의 방법이 있다.

입구측 종류 환기구간 출구측 송기형 반횡류 환기구간

입구측

출구측

<그림 6.1> 임의 풍량 단계의 운전 예

(3) 횡류 환기 방식

이 방식은 송 · 배풍기를 한 쌍으로 조합하여 운전하는 경우가 일반적이며, 운용 시에는 어느

환기계통부터 운전할지 자유롭게 순서를 결정한다. 예를 들어 일방향 도로터널로 비교적 교

통량이 적은 경우에 기계환기를 할 때는 일부를 반횡류 환기 구간으로 하고, 나머지는 교통

환기력에 의한 종류 환기구간으로 하는 등 각종 조합을 검토함으로써 환기 동력의 최적화를

도모하는 운전 제어 방법을 도입하는 것도 가능하다.

<그림 6.2> 지내고(笹子) 터널의 환기방식

제9-2편 터널 환기

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반횡류

조 합

횡 류

풍

량

비

(%)

시 각

<그림 6.3> 지내고(笹子) 터널의 환기제어 방식의 설정 예와 풍량비

그림 6.2는 지네고(笹子) 터널에서 채용하고 있은 각종 환기 양상이며, 그림 6.3은 이 터널

의 하루 환기 양상을 설정한 예이다.

6.2 제어 방식

환기기기는 각종 검출 장치에서 얻는 교통량, 일산화탄소 농도, 연무 투과율과 교통환기력, 자연환기

력에 의한 터널 내 풍속 등의 정보를 바탕으로 운전을 제어해야 한다.

제어 방식은 자동 제어를 원칙으로 하지만 기기의 고장과 시험, 조정의 경우에 대비하여 최소한의 수

동 제어도 가능한 방식으로 한다.

(1) 자동제어

자동제어는 제어 장치로 환기 풍량 조절을 하기 위해 필요한 일련의 기기류를 자동적으로

제어하는 방식이다. 일반적으로 연무 투과율 측정 장치, 일산화탄소 농도 측정 장치, 차종별

교통량 측정 장치, 풍향, 풍속 측정 장치 등의 신호에 따라 자동적으로 풍량 제어를 하고 있

다. 자동제어 방법의 대표적인 것으로 다음 세 종류가 있으며, 이것을 기본으로 조합하여 사

용한다.

(가) 피드백 제어

피드백에 의한 제어량을 목표값과 비교하여 그것을 일치시키도록 정정(訂正) 동작을 하는

제어이다. 터널 내의 오염물질 농도를 측정하여 그 결과를 제어에 피드백하는 것으로 대

부분의 터널에서 실시되고 있지만 자주 운전 상태를 바꾸지 말아야 한다.

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(나) 피드포워드 제어

터널에서 바로 앞 구간의 교통상황 정보 등에 의해 교통 조건 등의 영향이 제어계에 나타

나기 이전에 미리 필요한 정정 동작을 하는 제어이다.

(다) 프로그램 제어

터널 내의 유해 성분 농도와 교통량에 따라 풍량을 결정하는 것이 아니라, 정해진 프로그

램으로 시간마다의 환기기기 운전을 하는 방식이다.

(2) 수동 제어

수종 제어는 사람의 손에 의해 기기류를 운전하여 풍량을 제어하는 방식이다.

(가) 단독 제어

각 기기를 개별적으로 사람의 손으로 하는 제어이다. 이 경우라도 환기기기의 운전 및

정지 시에는 댐퍼, 동익(動翼), 정익(靜翼) 등의 부속 기기가 연동하여 동작하도록 해야

한다. 이 제어는 자동 제어계 또는 연동 제어계가 고장나거나 제어가 불가능하게 되었을

때나 각 기기를 개별적으로 시험할 때 이용된다.

(나) 연동 제어

미리 정해진 풍량 단계 버튼을 눌러 한 번에 소정의 풍량을 얻을 수 있도록 관련 기기를

연속시키는 제어이다. 연동 제어는 자동 제어계가 고장난 경우와 시험할 때 이용된다.

제9-2편 터널 환기

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6.3 제어 장치

2제어 장치로 터널 내의 환기상태를 검지하는 각종 계측 장치와 풍량 단계를 결정하여 환기기기로 운

전 지령을 내리는 자동 제어 장치 및 전동기의 주 회로 개폐기를 포함한 전동기반으로 구성된다.

계측 장치, 자동제어 장치 및 전동기반의 구성은 그림 6.4와 같다.

전동기반

계측기

풍량설정회로

연동운전회로

인터록회로

자동제어장치

터널

<그림 6.4> 제어 장치의 구성 블록

(1) 터널 환기 상태 계측 장치

터널 내의 환기 상태를 감시하는 계측 장치 예는 다음과 같은 것이 있다.

(가) 연무(煙霧) 투과율 측정 장치(Ⅵ계)

터널 환기에서는 매연 농도를, 매연을 포함한 공기 중 빛의 투과율로 나타낸다.

연무 통과율 측정 장치는 투광부와 수광부를 일반적으로 떨어지게 설치한다. 이 장치를

사용할 경우 다음 사항에 유의한다.

① 광학적인 측정 계기이기 때문에 광학계의 오염에 의해 지시 값에 이상이 생기기 쉬우

므로 적절히 교정할 필요가 있다. 이런 이유 때문에 투과율 100 % 상태를 확보하는

일은 보통의 터널 내 에서는 곤란하다.

② Ⅵ계를 설치하는 위치 및 설치 대수는 표 3.15에 기술되어 있는 환기 방식과 농도

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분포의 특징을 충분히 고려하여 검토한다. 또, 터널 출입구 근처에서는 자동차가 태양

광, 우천에 들어오는 물방울과 안개 등의 영향을 받을 우려가 있으므로 200 m 정도

이상 안으로 들어온 곳에 설치한다.

(나) 일산화탄소 농도 측정 장치(CO계)

공기 중의 일산화탄소 농도를 측정하는 데는 다음의 세 가지 방식이 주로 이용된다.

① 적외선 분석 방식

② 수소 염이온화 검출 방식

③ 초음파식 차량 감지기

이 방식은 초음파를 발사하여 차량에 반사된 반사파의 변화로 차량을 감지한다. 이 방식

의 종류에는 초음파 송수신기(헤드)의 설치 위치에 따라 사이드 화이어 방식과 오버헤드

방식이 있다. 터널 안에서는 초음파가 난반사하므로 감지기 설치를 피하고 갱구 부근의 밝은

부분에 설치한다.

(라) 풍향과 풍속 측정 장치(WD계)

터널용으로 가장 일반적으로 사용되고 있는 것은 프로펠러식 풍속계이다. 한 개의 발신

기에서 풍향과 풍속을 동시에 감지하고, 전기적으로 지시기와 기록기에 전달하여 풍향과

풍속을 지시하고 기록한다.

(2) 계측기 설치 지침

(가) 터널 축방향 설치 위치

계측기의 설치 위치는 환기시스템의 특성에 부합되도록 결정해야 하며, 일반적으로 길이,

경사, 선형 등과 같은 터널의 물리적 특성과 환기방식, 환기설비의 위치 등과 같은 환기

시스템의 특성에 좌우된다. 또한 외국의 관련 규정 및 권장사항 등을 고려할 때 환기 모

니터링을 위한 계측기의 설치는 정상 환기 시에는 안전하고 인체에 유해하지 않은 환경

을 확보할 수 있도록 하고, 화재와 같은 비상 시에는 안전하고 신속한 대피 경로의 확보

및 대처, 효율적 환기를 통한 구조물에 대한 피해의 최소화를 궁극적인 목적으로 하고

있다. 따라서, 계측기 설치 위치의 결정에는 경제성, 안전성, 효율성 등의 측면에서 최적

의 환기시스템 운영이 가능하도록 터널별 특성이 고려되어야 한다.

장대터널에서는 전체 구간을 다수의 환기구간(ventilation zone)으로 구분하여 환기구

제9-2편 터널 환기

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간별로 환경 모니터링을 수행하여 구간별로 환기시스템을 연동 제어를 할 수 있도록 한

다. 이와 같은 환기제어 방식은 정상 환기 시에는 경제성을 확보하고, 비상 시에는 효율

성과 안전성을 극대화할 수 있는 장점이 있으므로 대부분의 터널에 적용을 검토할 필요

가 있다. 환기구간의 길이는 일정하지 않지만 독일의 경우 400 ~ 500 m 범위이며, 수직

갱과 집진기를 이용한 종류식 환기방식을 장대터널의 환기방식으로 널리 채택하고 있는

일본의 경우 각 환기구간은 집진기 및 수직갱 1개소씩을 포함하고 있다. 한편, 2002년

개통 예정인 스위스의 Aecherli 터널의 경우 환기 시뮬레이션 분석에 의한 계측기 설치

방안을 검토하고 있다. 환기 분석에 CFD(수치유체역학) 분석 기법 등이 광범위하게 적용

되는 추세에 비추어 향후 터널의 특성을 고려한 시뮬레이션 분석에 기초한 계측기 설치

방법이 적극 검토될 전망이다. 터널의 축방향으로 계측기를 설치하는 경우 측정위치를

결정할 경우 고려해야 할 지침들을 정리하면 다음과 같다.

<표 6.1> 터널 축방향 계측기 설치 위치 결정을 위한 지침

고려 사항 설 치 위 치

터널 특성

∙ 터널 길이가 길어질수록 환기제어 및 비상 시 제어가 어려워지므로 환기의 효율성, 안전성, 경제

성을 고려하여 계측기의 설치 지점 수도 많은 것이 바람직하다.

∙ 일방향 교통 터널에서는 두 터널 사이의 비상 연락갱을 통한 환기량이 비교적 많을 경우 이로 인한

영향을 측정할 수 있는 계측기의 위치 결정이 필요하며, 위치는 비상연락갱으로부터 터널 대표 직

경의 7배 거리를 기준으로 한다.

∙ 곡선반지름이 비교적 작은 곡선 부위에서는 계측기의 투과경로 상에 구조물이나 통행차량 등이 위

치하지 않도록 설치해야 한다.

교통 방식

∙ 일방통행 터널의 경우 보수, 유지관리 등과 같이 필요에 따라 대면식 통행으로의 전환이 필요할

수 있다. 대면통행으로의 전환 시 최대 농도 발생 지점은 양방향 교통량 비 및 자연환기력의 크기에

따라 큰 차이를 보이게 된다. 이와 같은 경우를 고려하여 계측기 설치 위치를 결정해야 한다. 독일

RABT 기준에 따르면 오염물질 최대 농도의 위치를 고려하여 종류식 터널의 경우 갱구로부터

150 m 지점과 터널 중간에 1개소, 총 3개소에 설치할 것을 권장하고 있다.

환기 및

제어

설비/방식

∙ 환기구간별로 독립적인 환기제어를 할 경우, 인접한 환기구간 사이에 interlocking(팬의 역회전 시에도

각 인접 환기구간의 환기 방향이 일치)이 반드시 필요하므로 계측기는 모든 환기구간에 설치되도록

하는 것이 원칙이다. 그러나 인접 환기구간의 계측값으로 충분한 추정이 가능한 경우는 예외로 한다. ∙ 환기용 팬으로부터의 거리는 계측기 설치 목적에 따라 달라질 수 있다. 완전 혼합된 균질한 샘플을

얻기 위하여서는 팬으로부터 가급적 먼 거리에 설치해야 하며, 팬 가동 후의 정상 상태에 도달할

때까지의 상황 감지를 위해서는 팬과 동일한 지점에 설치해야 한다. ∙ 급배기 수직갱 부근에 설치하여 급배기 풍량 및 오염물질 농도를 모니터링하는 계측기는 급배기 덕

트로부터 터널 대표 직경의 7배 거리에 설치하는 것이 일반적이다. ∙ 집진기는 입자상 오염물질의 농도만을 저감시키므로 CO 계측기 설치 위치는 집진기 위치에 영향을

받지 않는다. 그러나, 가시도 계측기의 경우에는 집진기 입구 및 출구 쪽에 각각 1개소씩 설치할

필요가 있다. 설치 위치는 급배기 덕트로부터 터널 대표 직경의 7배 거리에 설치하는 것이 일반적

이다.

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(나) 터널 단면상의 설치 위치

터널 단면에 대한 계측기의 설치 위치룰 규정한 기준의 내용을 보면 다음과 같다.

독 일 1

∙ 환기방식에 관계없이 샘플링 위치는 도로 경계로부터 약 1 m 높이의 측벽에 설치한다.

독 일 2

∙ 터널 바닥에 침착된 분진의 재부유로 인한 계측기의 오염 및 이로 인한 측정 오차를 최소화할 수 있는 높이를

선택한다. ∙ 차량 정체 시와 같은 발진과 정지가 반복될 경우 노면으로부터 약 3.5 m 높이 지점에서의 농도가 평균 농도에

비하여 높게 나타나므로 신속한 환기설비의 작동을 위하여 운전자의 평균 높이보다 약 1.5 m가 높은 3.5 m

를 설치 높이로 하는 것이 바람직하다. ∙ 보수 점검을 위한 접근이 용이해야 한다. 따라서 가능하다면 안전한 보수 점검 작업이 가능한 지점을 선택해야

한다.

고려 사항 설 치 위 치

기상 특성

∙ 자연환기력이 비교적 크고 작용 방향이 교통환기력 및 기계환기력의 반대로 작용할 우려가 있는

터널의 경우, 최대 농도 지점이 터널 내부에 위치하므로 계측기 설치 간격은 작게 결정하여 정확한

위치 확인이 가능하도록 해야 한다. ∙ 안개가 터널 내로 유입될 경우 터널 내 부유 입자상 물질에 응집되어 입도가 커지므로 가시도의

급격한 악화를 초래하며, 이에 기준하여 환기설비가 작동할 경우 안개의 급속한 유입이 염려된다.

따라서 안개의 유입이 우려되는 지역에서는 최대 150 m 정도까지 갱구로 유입되는 안개에 의한

피해를 최소화하기 위하여 안개 센서의 설치가 필요하며, 설치 위치는 갱구로부터 10 m 이내가

바람직하다. 이와 같은 경우에 갱구 부근에 설치되는 가시도 계측기는 갱구로부터 150 m 정도

떨어진 위치에 설치되어야 한다.

계측자료의

신뢰도 수준

∙ 계측지점이 1개인 경우 데이터 전송 경로 또는 분석상의 오차로 인한 문제 발생은 환기제어에 상당한

영향을 미칠 가능성이 있다. 따라서 계측 지점을 1개소로 결정할 경우에는 계측 자료의 중복성

(redundancy) 결여의 우려가 있으므로 신중한 판단이 요구된다.

유지보수

∙ 보수점검을 위한 접근이 용이해야 한다. 따라서, 가능하다면 안전하고 신속한 보수점검 작업이 가능한

지점을 선택해야 한다. ∙ 유지보수 작업 시 작동을 중지하는 계측기가 전체 환경 모니터링에 결정적인 영향을 미치는 경우가

발생하지 않도록 해야 한다. 따라서 가급적 인접 계측기에 의한 추정이 가능하도록 계측기 간격을

결정해야 한다.

화재감지 ∙ CO 및 가시도 계측기는 화재 감지 기능을 가지므로 교통사고 및 화재 발생 확률이 높은 지점 부근에

설치하도록 한다.

환기 유동

특성

∙ 측정값은 터널 내 환경을 대표해야 하므로 공기 유동이 정상류 유동이 아닌 환기설비에 너무 근접한

지점이나 환기팬의 흡입구에 설치하는 것은 피해야 한다. 설치를 피해야 할 구간 범위는 환기설비

부근의 공기 유동에 대한 검토 결과에 따라 결정해야 한다. ∙ 터널 입구로부터 유입된 공기의 난류 형성 거리, 터널 출구에서의 난류 확산에 의한 농도 저하 현상

등을 고려하여 터널 입출구에 설치하는 계측기는 갱구로부터 터널 대표 직경의 약 7배 정도 떨어

진 위치에 설치한다. 가시도 계측기의 경우 자연광의 영향이 미치지 않는 곳에 설치해야 한다. ∙ 환기 및 화재 예측 시뮬레이션 분석에 의한 유해 오염물질의 농도 분포를 고려한 설치 방법을 검

토해야 한다.

제9-2편 터널 환기

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(다) 자동 제어 장치

자동 제어 장치는 터널 환기 상태 계측 장치로부터의 신호를 바탕으로 자동적으로 환기

량을 결정하여 환기기기에 운전을 지시하는 자동제어 릴레이반과 운전 상태를 감시하여

수동 운전을 지시하는 감시 제어반으로 구성되어 있다.

이들의 구성 및 기능은 터널의 규모에 따라 여러 가지가 있다. 계측 장치로부터의 신호에

의한 피드백 제어, 1일 운전 양상을 설정하는 프로그램 제어를 하는 것, 피드백 제어로

환기기기의 운전 효과를 올리는 것, 필요에 따라 1차 연산 처리 회로나 환기량 결정 회로

를 설치하는 등 자료 처리 기능을 첨부한 장치 등이 있다.

이들 주요 장치에는 비교적 간단한 제어인 시퀀스 제어 장치와 이보다 약간 복잡한 제어

인 제어용 계산기 등이 채용되고 있다.

(3) 전동기반

전동기반은 전동기의 기동, 정지 회로, 속도 변환 회로, 기기 보조 제어 회로로 구성된다.

(4) 감시장치

여러 곳에 설치된 각종 설비를 유기적이고 효율적으로 운영하기 위해서는 한 곳에서 집중

감시제어를 할 필요가 있다. 이 때 서로 거리가 멀리 떨어져 있고 전송하는 정보량도 많기

때문에 정보 전송 장치를 통하여 전송하고 있다.

∙ 가능한 한 터널 자동 세척 범위 밖에 설치한다. ∙ 측정값은 실제 터널 내 환경을 대표해야 하므로 환기설비에 너무 접근한 지점이나 환기팬의 흡입 쪽에 설치하는

것은 피해야 한다. ∙ 구조물이나 차량 통행에 의한 계측기의 투과경로(transmission path)상의 장애를 피해야 한다.

영 국

∙ 계측기는 인명 보호가 주목적이므로 터널 이용자의 눈높이에 설치한다.

일 본

∙ 보수작업을 고려하여 천장 등 접근이 용이하지 않은 위치는 피하는 것이 바람직하며, 투과경로 광축이 감시원

통로 위 2.2 ~ 2.5 m 정도에 위치하도록 함이 바람직하다. ∙ 발신 및 수신부는 측벽으로부터 이격거리를 충분히 확보하여 벽면의 반사에 의한 영향을 피하도록 해야 한다. ∙ 설치 높이는 감시원의 통행로의 노면으로부터 700 mm(기기 중심) 정도로 한다.

제4권 터널

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6.4 제어상의 유의 사항

제어 시 유의해야 할 사항은 화재 시의 운전, 제어계의 변경, 환기기기의 최저 운전 시간, 제어 방식

의 선정, 운전 기록의 자동화로 나누어 설명할 수 있다.

(1) 화재 시의 운전

배연에 사용되는 환기기기는 화재 발생 때에 다음에 기술되어 있는 목적을 만족할 수 있도록

해야 하며, 최대한 활용을 도모하는 일이 요구되기 때문에 통상의 운전 업무 중에서 배연 기

능의 유지에는 충분한 고려가 필요하다.

일반적으로 화재 시의 환기운전 상태로서, 화재 발생 직후의 화점 부근의 이용자가 피난할

수 있는 시간을 확보하기 위해 연기 확산 방지를 목적으로 한 환기운전 상태와, 피난 후의

본격적인 소화 활동을 하는데 편리한 필요 지점의 작업 환경을 확보하는 것을 목적으로 한

운전 상태, 즉 배연 운전 상태 두 가지로 크게 나눌 수 있다.

이들 각 운전 상태의 선정에 있어서 그 터널의 고유 조건에 입각하여 조작이 확실한 방법을

충분히 검토함과 동시에 관계 기관과 협의할 필요가 있다.

(2) 제어계의 변경

개통 후의 교통 상황을 파악한 후에 제어 방법을 확립하는 것이 적당할 때가 많다. 이러한

경우에 대처할 수 있도록 제어계의 제어 폭이 넓고 설정 값의 변경이 용이한 방식을 채용한다.

(3) 환기기기의 최저 운전 시간

터널의 환기는 제어를 하고 나서, 그 효과를 검출할 수 있는 환기기기 운전 시간까지는 비교

적 길다. 응답 속도를 빠르게 하려고 하면, 환기기기의 용량을 매우 크게 해야 하므로 비현

실적인 설비가 된다. 한편, 어떤 운전 상태를 계속할 최소 시간 간격이 너무 길어도 에너지

절약 측면에서 문제가 있기 때문에 전동기의 기동 빈도, 횟수, 상태 등에 대한 충분한 고려가

필요하다.

또, 터널 내의 교통량은 시시각각으로 변하기 때문에 일시의 계측 장치 출력 신호로 환기기

기의 기동과 정지를 직접 하는 일은 헌팅 현상이 일어나서 불편하다. 이러한 현상이 생기지

않도록 최저 운전 시간을 확보하기 위해 충분한 고려가 필요하다.

제9-2편 터널 환기

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(4) 제어 방식의 선정

터널의 입지조건에 따라 교통량의 양상과 디젤 자동차 구성비의 변화가 커서 환기 풍량의

현저한 변동이 예측될 때는 제어계 내에 적분 동작과 미분 동작 기능을 지닌 제어방식을 채

용한다.

한편, 매일의 교통량 양상이 거의 고정되어 디젤 자동차 구성비 등이 비교적 작게 변동한다

고 예상될 경우는 프로그램 제어로 충분한 경우도 있다.

(5) 운전 기록의 자동화

운전 기록의 자동화는 비교적 저렴한 비용으로 가능하므로, 보통 제어 장치를 고려할 때에도

장래 유지 관리의 자료로 이용할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

터널 환기 상태 계측 장치에서의 아날로그 자료는 디지털 변환으로 시간마다의 평균값으로

대응하는 교통량과 환기기기의 운전 상태를 종합하여 운전 기록 용지로 작성하는 일도 고려

할 수 있다.

또, VI 계, CO 계 등의 아날로그식 기록지는 디지털 값을 확인하거나 변화 상태를 눈으로

확인하는 경우, 장치 시험 조사를 하는 경우 등 필요에 따라 사용되고 있다.

제4권 터널

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6.5 터널 환기시설 운영기준

터널 내 오염물질 저감 강화를 위해 공기질을 고려한 환기시설 운영기준 개선.

(1) 환기시설 운영기준

(가) 평상 시 운전값

<표 6.2> 터널 환기시설 운영기준 평상 시 운전값

구 분

허용기준 당 초(운전값) 개 선(운전값)

교통 비고

속도

농도

교통

속도

최초

단계

중간

단계

최종

단계

교통

속도

최초

단계

중간

단계

최종

단계

일산화탄소

(ppm)

전속도 70 전속도 50

50 초과 ~

90 미만

90 전속도 30

50 초과 ~

60 미만

60 강화

질소산화물

(ppm)

전속도 20 전속도 10

10 초과 ~

24 미만

23 전속도 10

10 초과 ~

18 미만

18 〃

가시도

(m-1)

5 ~ 10

km/h

0.009

10 ~ 30

km/h

0.065

0.0065 초과 ~

0.008 미만

0.008

0.0045

0.0045 초과 ~

0.008 미만

0.008 〃

20 ~ 40

km/h

0.007

40 ~ 50

km/h

0.0055

0.0055 초과 ~

0.007 미만

0.007

50 ~ 80

km/h

0.005

60 ~ 80

km/h

0.0045

0.0045 초과 ~

0.006 미만

0.006

※ 터널별 교통량, 노후도, 선형 등에 의한 차이 및 오염도 제거를 위해 조정가능

(나) 특수 상황 시 운전값

<표 6.3> 터널 환기시설 운영기준 특수 상황 시 운전값

구 분

당초 개선

비 고

차량 정체 시 터널 내 유지보수 작업 시 차량 정체 시 터널 내 유지보수 작업 시

일산화탄소

(ppm)

-

25

(지하공기질 조건)

20

20

(WRA 2010)

질소산화물

(ppm)

- 10 10 10

가시도

(m-1)

-

0.003

(PIARC 95)

0.003

0.003

(WRA 2010)

※ PIARC(Permanent International Association of Road Congresses) : 상설 국제

도로회의협회

WRA(World Road Association) : 세계도로협회

제9-2편 터널 환기

567

(다) 계측기 알람 설정 통일 및 화재(연기)감지 기기로 적극 활용

<표 6.4> 터널 환기시설 운영기준 계측기 알람설정 및 화재감지기기

구 분 설 정 값 비 고

가시거리(VI) 불량 0.0045 m-1

일산화탄소(CO) 불량 30 ppm

질소산화물(NOx) 불량 10 ppm

화재경보(VI화재) 0.007 m-1 화재연기 감지 가능

※ 단, 계측기 고장, 정비 등 상황에 따라 일시적으로 변경 운영 가능

(2) 환기 운전 프로그램

∙ 환기 운전 프로그램 작성 시 개선(안) 사용할 수 있도록 프로그램 반영 : 정보처, 각 지역본

부, 건설사업단

현 재

→

변 경

화재모드

수동운전

화재운전

수동운전

자동운전

자동운전

환기모드

MANUAL

환기모드

MANUAL AUTO

환기AUTO

운전설정

AUTO 평상 시

정체 시

계측기모드

평상 시

작업 시

계측기 알람 설정 계측기 알람 설정

※ 기존터널 중 현장 프로그램 변경이 필요한 경우 현장 MMI, PLC 우선 변경

(지역본부별) 후 터널 통합원격관리 프로그램 변경(정보처) 시행

제4권 터널

568

6.6 환기 제어의 예

터널의 환기 제어의 예로 일본의 예를 소개한다.

(1) 지네고(笹子) 터널

이 터널의 환기 시스템은 평상 시에는 교통량, 일산화탄소 농도, 연무 투과율 자료를 바탕으

로 컴퓨터가 필요한 환기량에 적당한 운전 대수와 회전수를 결정하여 환기기기를 제어하고

있다. 에너지 절약 관점에서, 교통량에 따라 환기 방식으로 횡류 방식으로 운전할 뿐만 아니

라 조합 환기, 반횡류 환기의 운전을 자동적으로 하고 있다(그림 6.2 참조).

또, 비상 시 제어로는 화재 발생 지구별 환기 운전, 일산화탄소 농도, 연무 투과율, 비상 시의

환기 운전, 정전 시의 부하 제한 운전 등의 처리를 자동적으로 하고 있다.

환기 제어는 자동 제어 외에 감시 제어 데스크에서 수동 연동 제어와 수동 단독 제어를 이용

하고 있다. 수동 연동 제어에서는 조작자가 풍량을 설정하고, 그 풍량에 적당한 운전 대수와

회전수를 컴퓨터로 결정하여 환기기기를 제어한다. 수동 단독 제어에서는 컴퓨터에 의하지

않고, 조작자가 운전 대수와 회전수를 결정하여 환기기기를 제어한다. 지네고 터널의 환기

제어 흐름도는 그림 6.5와 같다.

(2) 동경항(東京港) 터널

이 환기 제어는 교통 조건, 일산화탄소 농도, 연무 투과율 자료를 바탕으로 피드백과 프로그

램 제어 방식의 두 방식을 채용하고 있다.

피드백 제어용의 각 자료는 제어량으로 취사 선택이 가능하여, 설정 값이 있는 경우에는 제

어 데스크에서 자유로이 설정 값을 변경할 수 있도록 한다.

프로그램 제어는 장래 주변 장치의 충실 및 교통량의 안정화 등을 조건으로 소프트웨어를

변경함에 따라 실시할 수 있는 제어 장치로 하고 있다. 이들 환기의 기본 제어방식은 그림

6.6과 같다.

터널 환기 상태를 계측하는 장치에서 나오는 각 자료는 처리 장치에 의해 분석 및 해석되어

표 6.2에 나타낸 노치 지령을 낼 수 있을 때까지 자료를 정리한다.

환기장치의 운전 방법이 기억되어 있는 기억장치는, 자료처리 장치에서 지시가 나왔을 경우

각 환기기기의 기동순서에 따라 하나의 프로그램을 완성하는 기능을 가지고 있다. 이 흐름도

제9-2편 터널 환기

569

는 그림 6.7과 같다.

또한, 비상 시 제어로서는 화재 정보가 들어왔을 경우, 배풍기를 모두 기동시킴과 동시에 송

풍기를 차례로 모두 역전 운전하도록 하고 있다. 그 외에 수동 연동, 수동 제어는 앞의 내용

과 거의 같다.

환기방식

수동변환

풍량수동

연동제어

대수, 회전수

수동단독제어

환기방식

프로그램 제어

교통량

예 측

VI, CO

감 시

풍 량

계 산

운전 대수, 회전수 결정

원거리 감시 제어장치

현장 수동

연동 제어

송·배풍기 기동, 정지

모터 속도 제어

감시 제어부 제어용 컴퓨터

환기 제어반

수동제어 사이리스터 제어반

자동제어

C

O

計

V

I

計

교 계

통 측

량 기

<그림 6.5> 지네고(笹子) 터널의 환기 제어의 흐름

제4권 터널

570

화재인가

주 변 중 앙

팬 보조 기기

연 동 단 독

계산기 운전 백업 운전

수동단독 운전

팬

단독

제어

팬 및 보조

기기 단독

개별운전

해당선의 환기

자동 제어정지

환기 제어

자 동 수 동

환기팬 화재 시 제어

자 동 수 동

환 기 팬

노치 연동 단독

환기

화재 시

제어

환기

단독수

동제어

환 기

자 동

제 어

환 기

노 치

운 전

환 기

단 독

운 전

아니오

예

시험조사

운전

환기 팬 조작 장소

<그림 6.6> 동경항(東京港) 터널의 환기 기본 제어 방식

<표 6.5> 환기기기의 조합 운전 단계(노치)

운전 단계

송 풍 기 배 풍 기 강제 환기량

(m3 터널 입구 측 터널 출구 측 터널 출구 측 /sec)

0

1

2

3

4

5

6

0

0

1 대 운전

1 대 운전

2 대 운전

2 대 운전

3 대 운전

0

1 대 운전

1 대 운전

2 대 운전

2 대 운전

3 대 운전

3 대 운전

0

0

1 대 운전

2 대 운전

3 대 운전

3 대 운전

3 대 운전

0

150

320

450

570

650

720

제9-2편 터널 환기

571

자료 처리

제어판

(릴레이 관계

포함)

기억장치

(환기 프로그램

구성)

제어판

확인

환기장치

프로그램

구성부

VI 계

CO계

교통량

고장기기

없음

노치 지령

변경 고장기기 있음 기동 지령

확인 노치 지령

자료

<그림 6.7> 환기장치 자료 처리 및 프로그램 구성 흐름도

(3) 텐노우산(天王山) 터널

텐노우산 터널의 환기장치 운전은, 두 대가 한 조로 이루어져 풍량 조절은 회전수의 교체,

동익 (動翼) 각도의 조절, 운전 대수의 조합 등에 의하지만, 이 설정은 전동 콘트롤러의 노치

위치에 따라 일원적으로 행해지고 있다. 이 노치 위치는 평상 시에는 연무 투과율을 40 ~

60% 사이로 유지하도록 피드백 방식으로 자동 제어되고 있다. 연무 투과율의 출력이 40%

보다 낮아지면 풍량을 늘리도록 노치를 올리는 제어를 하고, 출력이 60%를 넘으면 풍량을

줄이도록 노치를 내리는 제어를 하고 있다.

연무 투과율의 시간변화에 따라 제어 단수를 바꾸는 미분 제어를 하여 매연 투과율을 가능한

한 빨리 규정치 내로 되돌리는 기능을 가지고 있다.

(4) 성산(城山) 터널(왕복 교통)

이 터널의 환기제어는 처리 장치의 프로그램 보드에 의해 행해지고 있다. 프로그램 보드에는

평일, 휴일, 토요일 세 종류의 환기 양상(제트팬 운전 대수와 운전 방향)을 설정하고, 100일

프로그램으로 어느 프로그램 보드 운전을 선택할지를 결정하고 있다.

제트팬의 운전 방향은 원칙적으로 프로그램에 따라 행하지만, 에너지를 더 절약할 수 있도록

운전하기 위하여 각 계측자료를 처리 장치 내의 마이크로 컴퓨터로 연산 처리하여 그 결과에

따라 역전하는 쪽이 좋은 결과를 얻을 수 있다고 판단될 경우, 프로그램 제어에 풍향 제어를

삽입할 수 있도록 되어 있다. 동시에 이 마이크로 컴퓨터와 출력기를 접속하여 교통량, 기타

계측자료와 설비의 운전 현황을 출력하여 관리 일보를 작성할 수 있게 되어 있다. 이 시스템

의 계통도는 그림 6.8과 같다.

제4권 터널

572

교통량 측정기 VI계 터널 밖 풍향풍속계 터널 안 풍향풍속계

계 측 반

CD 측정장치

휴일 프로

그램 보드

토요일 프로

그램 보드

처 리 부

마이크로 컴퓨터

관리

일보

작성

100일 프로그램 보드 수동 레벨

설정 스위치

평일 프로

그램 보드

수동 풍향

설정 스위치

팬 운전 제어 회로

단독운전

스위치

팬 운전회로

제 트 팬

저 압 동 력 반

단독

연동

환기 레벨 풍향 변경

전환스위치

자동

수동 자동 수동

(장래 증설

예정)

처 리 반

<그림 6.8> 환기 제어 시스템 계통도