임계속도와 제연팬 용량의 상관관계 연구 - 도로터널의 제연팬 특성도 연구

김효규,김은수,김남영,이창우,Kim, Hyo-Gyu,Kim, Eun-Soo,Kim, Nam-Young,Lee, Chang-Woo 한국터널지하공간학회 2004 터널기술 Vol.6 No.4

최근 임계속도 (critical velocity)는 터널안전 분야의 연구자들로부터 많은 관심을 끌고 있는 주제가 되고 있다. 이러한 임계속도는 화재시 화재연의 역류 (backlayering)를 방지하기 위한 최소유속으로써 지금까지 많은 식들이 제안되고 있으며, 다음의 3가지 식들이 제연팬의 용량을 산정하기 위한 국내 기준으로 고려되고 있다. Froude 수에 기초한 Kennedy 식, Kennedy 식을 수정하여 ${\beta}$ 변수값을 고려한 Tetzner 식, 그리고 초임계속도 (super critical velocity) 개념을 도입한 Wu 식 등이 본 연구의 비교 분석대상이며, 또한 임계속도와 제연팬 용량간의 관계를 보여주는 등고선도 (제연팬 특성도)는 국내 도로터널의 화재시 제연팬의 대수를 산정하기 위한 툴로써 제시되고 있다. Recently, critical velocity has become a topic to attract most interests from the researchers in the field of tunnel safety. As the minimum velocity to prevent smoke backlayering during a fire, many equations have been proposed so far, and the following three equations are being considered as a standard method in Korea to calculate the capacity of smoke extraction fans. Equation by Kennedy based on Froude number, Tetzner' s equation with additional variable, ${\beta}$ to modify the Kennedy's equation, and the equation with the concept of super critical velocity by Wu are studied in this paper for the comparative purpose. A contour map describing the relationship between the critical velocity and the capacity of smoke extraction fans is proposed as a tool to calculate the number of jet fans for smoke control during a fire in the local tunnels.

고속도로 터널의 적정 환기용량 계획을 위한 원활 및 지체조건 판별모델 개발에 대한 연구

김효규,류지오,이창우,Kim, Hyo-Gyu,Yoo, Ji-Oh,Lee, Chang-Woo 한국터널지하공간학회 2012 한국터널지하공간학회논문집 Vol.14 No.4

종전 환기설계기준에 따르면 전속도(10~80 km/h)를 대상으로 환기검토를 수행하였다. 이는 원활시 및 지체시 상황을 모두 고려한 환기계획이며 도심터널 등에서는 합리적인 방법이다. 그러나 최근 지방부 고속도로의 터널은 교통량이 낮고, 지체발생빈도가 매우 낮기 때문에 지정체를 모두 고려하여 환기계획을 수행하는 것은 다소 불합리성이 있다. 따라서 적정 환기계획을 위해 원활교통과 지체교통을 구분할 필요가 있으며, 교통류의 지정체에 따른 지정체 판별식을 개발할 필요성이 제기된다. 본 연구에서는 합리적 환기계획을 위해 지정체 여부에 따른 환기검토 제외속도를 결정하고자 하였다. 먼저 국내 고속도로상 지정체 교통량을 조사하고 지정체 원인을 분석하였다. 그리고 '여유속도' ($u-u_m$) 개념을 도입하여 지정체 판별모델을 개발하였으며 대상터널에 대한 그 적용성을 분석하였다. V/C 비율에 따른 환기검토 제외속도 분석결과, 설계속도 100 km/h 일 경우 V/C 가 0.1 이하일 경우는 40 km/h 이하, V/C 가 0.35 이하일 경우는 30 km/h 이하, V/C 가 0.6 이하일 경우는 20 km/h 이하, V/C 가 0.75 이하일 경우는 10 km/h 이하에서 환기검토 제외가 가능하였다. According to the local highway tunnel ventilation guideline, ventilation capacity calculation should be performed at the speed ranging from 10 km/h to 80 km/h. This is so reasonable method considering uncongested and congested traffic conditions in urban tunnels. But recently due to low traffic volume and very low congestion frequency in rural highway tunnels, it seems to be an inadequate way to apply the guideline. Therefore the calculation should be performed separately for the free flow and congested traffic cases classified by the appropriate decision model. This paper aims at determining unnecessary running speed range for reasonable tunnel ventilation design, considering free flow and congested traffic conditions. Firstly, traffic volumes in highway tunnels were collected and if any, the causes of congestion were investigated. And with concept of 'margin speed'($u-u_m$), the decision model on traffic congestion was developed. Applicability of the decision model was also analyzed with case study. According to the results, when design speed is 100 km/h, with V/C less than 0.1, then the range of unnecessary speed in tunnel ventilation design is less than 40 km/h; for $V/C{\leqq}0.35$, $V/C{\leqq}0.6$ and $V/C{\leqq}0.75$, the unnecessary speed ranges are found to be ${\leqq}30$, ${\leqq}20$ and ${\leqq}10km/h$, respectively.

소아설사 -특히 여름철에 유행하는 설사를 중심으로-

김효규,Kim Hyo Kiu 대한간호협회 1963 대한간호 Vol.6 No.-

대면통행 터널의 환기특성 연구 - 양방향 차등차속의 영향분석을 중심으로

김효규,송석헌,이창우,Kim, Hyo-Gyu,Song, Seok-Hun,Lee, Chang-Woo 한국터널지하공간학회 2005 터널기술 Vol.7 No.1

양방향 터널 (대면통행 터널)에 있어 방향별로 동일한 차속을 기준으로 터널환기를 분석하는 방법은 터널내 교통환기력을 거의 동일시하는 문제점을 내포하므로, 실제 양방향 터널에서 발생하는 다양한 조건들을 반영할 수 없다. 따라서 본 연구에서는 국내 터널환기 계획시, 양방향 차속의 불균등성 영향 분석을 목표로 하였으며, 차등차속의 영향을 환기계획에 고려하기 위하여서는 (1) '고속-지체' 시의 경우, 높은 차속에서의 매연의 허용기준을 적용할 필요가 있으며, (2) 교통량의 적절한 중방향비율의 선정 및 (3) 적절한 차등차속차이의 단계를 결정할 기준마련 등의 필요성이 제기된다. 그리고 본 연구에서는 국내 양방향 터널의 환기설계시, 동일차속과 차등차속을 적용한 경우의 환기설비 규모 차이를 비교 분석함을 목적으로 한다. In general, tunnel ventilation is analyzed with the assumption of equal vehicular speed for both directions in bidirectional traffic tunnels. This practice is likely to result in minimizing the piston effects and cannot take into consideration the effects of real situations, since in most cases, speeds of vehicles moving in opposite directions are not equal. Therefore, The ultimate goal of this study is to review the effects of unequal vehicular speeds on the planning of local bidirectional tunnel ventilation. To apply unequal vehicular speed for the bidirectional tunnel ventilation plan, the following requirements are necessary; (1) Adoption of strict smoke concentration standards for 'free-flow & congested' traffic conditions, (2) Selection of an appropriate ratio of heavy directional traffic volume, and (3) Selection of reasonable stepwised magnitude of speed difference. Based on the importance of research topic, this study aims at comparing the differences of the capacity of ventilation equipment for the cases with equal and unequal vehicular speeds in local bidirectional tunnels.

터널의 내화성능 평가용 화재온도곡선과 화재모델별 내화시간에 대한 고찰

김효규,박경환,윤명오,이창우,Kim, Hyo-Gyu,Park, Kyung-Whan,Yoon, Myong-O,Lee, Chang-Woo 한국터널지하공간학회 2005 터널기술 Vol.7 No.2

A variety of research projects have been undertaken due to the recent catastrophic tunnel fires throughout the world, Among them, more emphasis was given to full scale and scale model fire experiments, and recently the area of fire resistance of tunnel structures attract more interests, On the contrary to the cases in most of the advanced countries where design standards as well as recommendations have already been announced, no local criteria for design can be found, This paper aims at deriving the fire characteristics appropriate for the assessment criteria of fire resistance of structures in local tunnels through studying the existing fire temperature curves including ISO 834 standard temperature curve, HC curve, RWS curve, ZTV curve and EBA curve. 최근 전세계의 대형화재 사고이후, 터널안전에 관한 많은 연구들이 진행되고 있다. 특히 실물 및 축소모형 실험에 대한 다양한 연구가 진행되면서, 터널구조물에 대한 내화성능에도 많은 관심이 모아지고 있다. 이미 외국에서는 터널구조물의 내화성능에 대한 설계기준이나 권고안이 발표되고 있으나, 아직 국내에는 설계기준으로 마련되지 못하고 있다. 본 연구의 목적은 각 나라별 화재온도 (온도-시간) 곡선, 특히 ISO 834 표준온도곡선, HC곡선, RWS곡선, ZTV곡선, EBA곡선을 분석하여 국내의 도로, 지하철 및 철도터널의 내화성능 평가 기준에 적합한 화재특성을 도출하는데 있다.

교통환기력이 작용하는 터널 내 벽면마찰계수 추정을 위한 프로그램 로직 개발

김효규,최판규,류지오,이영훈,Kim, Hyo-Gyu,Choi, Pan-Gyu,Ryu, Ji-Oh,Lee, Young-Hoon 한국터널지하공간학회 2018 한국터널지하공간학회논문집 Vol.20 No.1

Generally, the total ventilation resistance coefficient in a tunnel consists of inlet/outlet loss coefficient, wall friction coefficient, and other loss coefficient caused by sudden expansion and contraction of cross-section, etc. For the tunnel before opening, when the running ventilation fan is stopped, the wind speed in the tunnel is reduced by the total ventilation resistance drag. The velocity decay method is comparatively stable and easy to estimate the wall friction coefficient in the pre-opening tunnel. However, the existing study reported that when the converging wind speed is a negative value after the ventilation fan stops, it is difficult to estimate the wall friction coefficient according to the velocity decay method. On the other hand, for the operating tunnel in which the piston effect acts, a more complex process is performed; however, a reasonable wall friction coefficient can be estimated. This paper aims at suggesting a method to minimize the measurement variables of the piston effect and reviewing a method that can be applied to the operating tunnel. Also, in this study, a new method has been developed, which enables to calculate an variation of the piston effect if the piston effect is constant with a sudden change of external natural wind occurring while the wind speed in the tunnel decreases after the ventilation fan stops, and a programming logic has been also developed, which enables dynamic simulation analysis in order to estimate the wall friction coefficient in a tunnel. 일반적으로 터널 내 총환기저항계수는 입출구 손실계수, 벽면마찰계수 그리고 급격한 확대나 축소단면 등에 의해 발생하는 부차적 손실계수의 총합으로 구성된다. 개통 전 터널의 경우는 가동 중인 환기팬을 중단하게 되면, 터널 내 풍속은 총환기저항력에 의해 감소하는 현상이 나타난다. 즉, 속도감쇄법은 개통 전 터널에서 비교적 안정적이면서도 손쉽게 터널 내 벽면마찰계수를 추정하는 방법이다. 그러나 기존의 선행연구에서 환기팬의 가동을 중단 후 수렴되는 풍속이 음수일 경우는 속도감쇄법에 따른 벽면마찰계수의 추정이 곤란한 특성이 있다. 반면 교통환기력이 작용하는 공용 중인 터널에서는 좀더 복잡한 과정을 거치지만, 합리적인 벽면마찰계수를 추정할 수 있다. 본 연구에서는 교통환기력의 측정변수를 최소화할 수 있는 방법을 제안하였고, 공용 중 터널에 적용할 수 있는 방법을 고찰하였다. 또한 환기팬 정지 후 터널 내 풍속이 감소하는 동안에 외부 자연풍의 급격한 변화가 발생하여도 교통환기력이 일정할 경우에 대하여, 교통환기력의 증분을 계산할 수 있는 방법과 터널 내 벽면마찰계수를 추정할 수 있도록 동적 시뮬레이션이 가능한 프로그램 로직을 개발하였다.

경유승용차 도입이 터널 소요환기량에 미치는 영향분석

김효규,송석헌,김남영,이창우,Kim, Hyo-Gyu,Song, Seok-Hun,Kim, Nam-Young,Lee, Chang-Woo 한국터널지하공간학회 2007 한국터널지하공간학회논문집 Vol.9 No.3

2005년 하반기부터 국내 승용차시장에 경유승용차의 시판이 허용되면서 시장점유율이 점증하고 있어, 향후 서유럽의 경우와 같은 수준으로 까지도 증가할 것으로 예상된다. 본 연구에서는 경유승용차의 확대보급에 따른 터널 소요환기량 및 환기설비용량 변화를 검토하기 위하여 차령, 차종구성비, 매연 배출량 변화추이를 감안한 기준배출량을 달리하는 3가지 경우를 비교 분석하였다. 전형적인 2km 길이의 2차선 고속도로 터널을 대상으로 한 비교연구에서 현 환기설계기준상의 기준배출량과 경유승용차 구성비 40%를 가정한 Case 1의 경우, 현 설계기준보다 상대적으로 많은 소요환기량 및 환기설비용량을 요구하였다. 차령은 고려하나 경유승용차를 감안하지 않은 기준배출량을 설계에 반영하고 있는 실제 터널을 대상으로 한 Case2와, 차령 및 경유승용차 보급률을 동시에 고려한 배출계수에 의한 기준배출량을 적용한 Case3은 모두 EURO-3 규제기준과 비슷한 수준의 환기특성을 나타내는 것으로 분석되었다. 한편, 국내 기존 환기설계기준에 적용하고 있는 환경부 제작차 허용배출량 기준은 EURO-2 규제기준보다 높은 편으로 조사되었으며, 2006년부터 적용하고 있는 허용배출량 기준은 EURO-4 규제기준과 비슷하게 분석되었다. 본 연구는 향후 국내 경유승용차의 확대보급에 따른 경유차량 구성비의 증가, 매연 배출량 규제에 따른 매연배출량의 감소 등의 변화를 고려한 오염물질의 기준배출량 산정을 통하여 최적 소요환기량 및 환기설비용량 결정을 하기 위한 기초자료의 제공을 목적으로 하고 있다. Since the first diesel passenger car hit the local road in late 2005, the share of diesel cars is growing significantly; possibly up to the level as in the western Europe. In this study, the effects of introduction of diesel passenger cars on the ventilation rate and facility capacity are analyzed for the three individual cases with different basic exhaust rate based on the vehicle age, the vehicle class percentage and the smoke exhaust rate. The target tunnel for this comparative study is a typical 2 km-long 2-lane highway tunnel. Case 1 assuming the current local design standards and the diesel vehicles comprising 40% of the total passenger cars on the road required more ventilation rate and facility capacity than in the case only with the current standards. Case 2 which is the real tunnel currently in the designing stage taking into account the vehicle age but ignoring the diesel vehicle ratio, and Case 3 on the contrary considering the both factors show similar level of ventilation characteristics as EURO-3 emission regulation. Application of the emission standard set by the Ministry of Environment for newly manufactured vehicles in the current local tunnel design standard indicates higher requirements than for EURO-2 regulation, whereas the emission standard came into effect in 2006 results in the ventilation characteristics similar to EURO-4. This study aims at providing fundamental information for assessing the basic emission rate and determining the optimal ventilation rate and facility capacity considering the growing percentage of diesel cars and gradually decreasing level of smoke emission forced by the relevant laws.

네트워크형 터널의 풍량 및 농도해석 프로그램 개발연구

김효규,최판규,류지오,이창우,Kim, Hyo-Gyu,Choi, Pan-Gyu,Ryu, Ji-Oh,Lee, Chang-Woo 한국터널지하공간학회 2017 한국터널지하공간학회논문집 Vol.19 No.2

최근 도심지 터널은 진출입 Ramp를 포함한 다양한 형태의 네트워크형 터널이 건설되고 있다. 더불어 터널환기 해석을 위한 다양한 네트워크 이론 기반의 1D 프로그램들이 개발되고 있다. 본 연구에서는 비 hardy-cross 법에 기초한 네트워크형 터널에 대한 풍량 및 농도해석이 가능한 프로그램을 개발하였다. 터널 구간내 풍량해석은 Gradient 법에 기초하고 있으며, 농도해석을 위하여 복잡한 네트워크 구조에서 유입과 유출농도를 자동계산 할 수 있는 로직을 개발하였고, 저속풍량구간에서는 수치해석적 오차를 축소시키기 위한 적정 그리드 간격을 제시하였다. 또한, 프로그램의 적정성을 검증하기 위해, 일자형 터널을 대상으로 고전적인 Sokic의 풍속 선도법 및 TVSDM 프로그램과의 풍속비교검증을 수행하였으며 오차율은 1% 이하였다. 또한 최근 건설되는 도심지 터널에 적용중인 최신 환기방식에 대한 네트워크 환기해석을 수행하였다. Recently, in urban areas there is a tendency to construct more complex network-type tunnels including entrance and exit ramps. At the same time, various one-dimensional programs based on the network theory have been proposed for tunnel ventilation analysis. This paper aims at developing a program that can analyze the ventilation flow rate and pollutants concentration in complex network-type tunnels based on the none hardy-cross method. The flow analysis in the branch was carried out on the basis of the Gradient method, while for the concentration analysis a new logic has been developed to calculate the inflow and outflow concentration automatically in a complex network-type structure. Additionally, in the tunnel segments showing low flow rate, proper grid interval sizes were proposed to reduce numerical error. To verify the applicability of the program, flow rates predicted in the straight tunnels were compared with the classical velocity-diagram method by Stokic and the TVSDM program. The results showed that the errors were within 1%. In addition, the program was applied to the recent ventilation system adopted in the complex network-type urban tunnels.

이유

김효규,Kim hyo gue 대한간호협회 1964 대한간호 Vol.3 No.5

고속철도 터널내 압력파 측정과 공기압 해석모델에 대한 기초연구

김효규,최판규,홍유정,유지오,Kim, Hyo-Gyu,Choi, Pan-Gyu,Hong, Yoo-Jung,Yoo, Ji-Oh 한국터널지하공간학회 2015 한국터널지하공간학회논문집 Vol.17 No.3

열차가 고속으로 터널내를 진입할 때 열차의 피스톤 작용에 의해 형성되는 압력파는 터널내를 진행하고, 출구에 도달한 압축파는 터널 출구면의 개구단 조건에 따라 팽창파로 터널입구로 다시 전파된다. 이에 따른 터널내 주행열차와의 간섭현상으로 인해 차량내 승객은 심한 압력변동을 느끼게 되며, 이러한 압력파는 열차의 설계와 운행에 영향을 미치고, 에너지 손실과 소음, 진동, 승객의 이명현상의 원인이 된다. 본 연구에서는 열차가 고속으로 터널내부를 진입시 나타나는 터널내 압력파의 전파특성과 열차의 기밀도에 따른 객실내로 침투하는 압력 변화량을 현장 실험내용과 비교분석을 수행하였다. 또한, 압축성 1-D 모델(MOC)의 적용 가능성을 살펴보기 위해 ThermoTun 프로그램과의 비교연구를 수행하였고, Baron의 압축성 1-D 수치모델에 기초한 지배방정식 해석의 적정성을 검토하기 위해 비교연구도 병행하였다. The pressure wave formed by the piston effects of the train proceeds within the tunnel when a train enters the tunnel with a high speed. Depending on the condition of tunnel exit, the compression waves reflect at a open end, change to the expansion waves, transfer to tunnel entrance back. Due to interference in the pressure waves and running train, passengers experience severe pressure fluctuations. And these pressure waves result in energy loss, noise, vibration, as well as in the passengers' ears. In this study, we performed comparison between numerical analysis and field experiments about the characteristics of the pressure waves transport in tunnel that appears when the train enter a tunnel and the variation of pressure penetrating into the train staterooms according to blockage ratio of train. In addition, a comparative study was carried out with the ThermoTun program to examine the applicability of the compressible 1-D model(based on the Method of Characteristics). Furthermore examination for the adequacy of the governing equations analysis based on compressible 1-D numerical model by Baron was examined.