[필답형] 터널 공용 중 환기방식 종류와 설계 포인트

 

 

Meta Description: 터널 공용 중 환기방식의 종류와 특징을 토목시공기술사 준비생을 위해 자세히 정리했습니다. 자연환기, 종류식, 횡류식 등 다양한 환기방식과 설계 고려사항을 표와 함께 쉽게 설명합니다.

 

안녕하세요! 항상 정보를 나누고, 성장하고 싶은 꿈꾸는 돼지입니다~!

오늘은 토목시공기술사 시험을 준비하는 분들을 위해 터널 공용 중 환기방식에 대해 자세히 정리해보려고 합니다.

터널은 도로, 철도, 지하철 등 다양한 인프라에서 필수적인 구조물인데, 특히 공용 중 환기방식은 안전과 쾌적한 환경을 보장하는 핵심 요소죠. 자, 그럼 본격적으로 알아볼까요?

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1. 터널 환기의 중요성

터널은 밀폐된 공간이기 때문에 차량 배출가스, 매연, 화재 시 연기 등으로 공기가 쉽게 오염됩니다.

특히 장대터널이나 교통량이 많은 터널에서는 적절한 환기가 없으면 공기질이 기준치 이하로 떨어져 운전자와 보행자의 건강을 위협할 있습니다. 게다가 화재 시 연기를 효과적으로 배출하지 못하면 큰 사고로 이어질 수 있죠.

공사중에도 발파와 장비이동으로 의한 공사시 발생하는 분진 등에 의해 공기가 상당히 오염되어 있습니다.

그래서 환기방식은 터널 설계에서 매우 중요한 부분입니다.

 

2. 터널 환기방식의 분류

터널 환기방식은 크게 자연환기와 기계환기로 나뉘며,

기계환기는 다시 공기 흐름 방향에 따라 종류식, 횡류식, 반횡류식, 그리고 조합환기로 세분화됩니다.

아래에서 각각의 특징과 장단점을 자세히 살펴보겠습니다.

   2.1 자연환기

자연환기는 차량의 피스톤 효과(주행 시 발생하는 공기 흐름)를 이용해 터널 내 공기를 순환시키는 방식입니다.

별도의 기계설비가 필요 없어서 경제적이지만, 터널 길이가 500m 이하인 단거리 터널에 적합합니다. 교통량이 많거나 터널이 길어지면 환기량이 부족해 기계환기가 필요합니다.

 

  2.2 기계환기

기계환기는 터널 내 공기를 강제로 순환시키기 위해 송풍기나 제트팬 같은 설비를 사용하는 방식입니다.

기계환기는 터널의 길이, 교통량, 지형 조건에 따라 적절한 방식을 선택해야 해요. 기계환기의 주요 방식은 다음과 같습니다.

    2.2.1 종류식 환기

종류식 환기는 터널의 종방향(길이 방향)으로 공기 흐름을 만들어 오염물질을 배출하는 방식입니다..

주로 제트팬이나 삭칼드 방식을 사용하며, 일방향 교통 터널에서 교통환기력을 효과적으로 활용할 수 있어 유리합니다.

• 제트팬 방식: 터널 천장에 설치된 제트팬이 강한 기류를 만들어 공기를 이동시킵니다. 설치와 유지보수가 간단하고, 추가 설비가 가능해 경제적입니다. 하지만 화재 시 연기가 터널 끝으로 배출되므로 수직갱이 없으면 유독가스로 인한 피해가 커질 수 있습니다.
• 삭칼드 방식: 터널 입구의 환기소에서 대형 송풍기로 공기를 주입해 피스톤 효과를 강화합니다. 제트팬과 유사한 특성을 가지지만, 대규모 설비가 필요해 초기 비용이 높습니다.

 

    2.2.2 횡류식 환기

횡류식 환기는 터널 천장과 차량 통행 공간 사이에 환기 덕트를 설치해 공기를 배출하거나 공급하는 방식입니다. 연기의 부력을 이용해 상부로 모인 연기를 기계적으로 배출하므로 화재 시 연기 제어가 효과적입니다. 하지만 설계와 시공이 복잡하고 비용이 많아집니다.

  2.2.3 반횡류식 환기

반횡류식은 횡류식의 변형으로, 급기 또는 배기 중 하나만 덕트를 통해 이루어지는 방식입니다.

양방향 교통 터널에서 교통환기력을 기대하기 어려운 경우에 적합합니다. 횡류식보다 비용은 적게 들지만, 연기 제어 효율은 다소 떨어질 수 있습니다.

   2.2.4 조합환기

조합환기는 종류식, 횡류식, 반횡류식을 조합해 터널 조건에 맞게 설계하는 방식입니다.

예를 들어, 종류식에 전기집진기를 추가하거나, 수직갱을 활용해 배기와 급기를 분리하는 방식입니다. 장대터널이나 복잡한 지형에서 유리합니다.

 2.2.5 전기집진기 방식

전기집진기는 정전기 원리를 이용해 매연을 포집하고 깨끗한 공기를 재순환시키는 방식입니다.

천장형과 바이패스형이 있으며, 공기 순환 효율이 높고 동력비가 절감되지만, 화재 시 운전 정지가 필요하고 설치 공간이 추가로 필요합니다.

  2.2.6 수직갱 방식

수직갱 방식은 터널 중간에 수직갱을 설치해 배기와 급기를 분리하는 방식으로, 장대터널에서 효과적입니다. 오염물질 농도 조절과 화재 대처가 용이하지만, 공사비가 크고 자연 훼손이 많다는 단점이 있습니다.

 

3. 환기방식 비교

각 환기방식의 장단점을 한눈에 비교해볼게요. 토목시공기술사 시험에서는 이런 비교가 자주 출제되니 꼭 기억하세요!

환기방식	장점	단점	적용 사례
자연환기	설비 불필요, 경제적	장대터널 및 교통량 많은 경우 부적합	길이 500m 이하 단거리 터널
종류식 (제트팬)	설치 및 유지보수 간단, 경제적	화재 시 연기 배출로 유독가스 피해 우려	마성터널, 상주터널
종류식 (삭칼드)	교통환기력 활용, 안정적	초기 비용 높음	일방향 교통 터널
횡류식	화재 시 연기 제어 효과적	설계 및 시공 복잡, 비용 높음	배후령터널
반횡류식	양방향 터널에 적합, 비용 절감	연기 제어 효율 낮음	양방향 교통 터널
전기집진기	공기 순환 효율 높음, 동력비 절감	화재 시 운전 정지, 설치 공간 필요	장대터널
수직갱	오염물질 조절 및 화재 대처 용이	공사비 높음, 자연 훼손	장대터널

4. 환기방식 선정 시 고려사항

환기방식을 선정할 때는 터널의 특성과 운영 조건을 종합적으로 검토해야 해요. 주요 고려사항은 다음과 같습니다.

1. 터널 길이: 단거리 터널은 자연환기, 장대터널은 기계환기가 적합합니다.
2. 교통 조건: 일방향 교통은 종류식, 양방향 교통은 횡류식 또는 반횡류식이 유리해요.
3. 환경 조건: 터널 입구 주변의 주민 건강과 농작물 피해를 고려해 오염물질 배출을 최소화해야 합니다.
4. 화재 안전: 화재 시 연기 제어를 위한 최소 공기 속도와 설비 운영 시나리오를 검토해야 해요.
5. 경제성: 초기 건설비와 유지관리비를 고려해 경제적인 방식을 선택합니다.
6. 단계 건설: 교통량 증가에 따라 환기 설비를 단계적으로 설치할 수 있는지 검토해야 합니다.

픽사베이

5. 터널 환기 설계 및 시공시 포인트

터널 환기 설계는 단순히 공기를 순환시키는 데 그치지 않고, 에너지 효율과 안전성을 동시에 고려해야 해요. 몇 가지 핵심 포인트를 정리해볼게요.

• 에너지 절감: 환기 시스템은 터널 운영비의 큰 부분을 차지하므로, 에너지 효율적인 설계가 중요합니다.
• 화재 시나리오: 화재 시 연기 제어를 위한 환기 제어 시나리오를 사전에 수립해야 해요. 특히 종류식 환기에서는 최소 공기 속도를 계산해 성층화를 유지하는 것이 중요합니다.
• 환기량 산정: 교통량, 차종, 터널 형상에 따라 필요한 환기량을 정확히 산정해야 합니다.
• 유지관리 용이성: 설비의 접근성과 유지보수 편의성을 고려한 설계가 필요합니다.

6. 토목시공기술사 답안 샘플

마지막으로, 토목시공기술사 시험에서 터널 환기방식과 관련된 질문에 대한 모범답안을 작성해보았습니다.

시험 답변 형식을 참고해 연습해보세요!

문제: 도로터널 공용 중 환기방식의 종류와 특징을 설명하고, 환기방식 선정 시 고려사항을 기술하시오.

답변:

도로터널 공용 중 환기방식은 터널 내 공기질을 유지하고 화재 시 연기를 제어하기 위해 필수적이다. 환기방식은 크게 자연환기와 기계환기로 나뉘며, 기계환기는 공기 흐름 방향에 따라 종류식, 횡류식, 반횡류식, 조합환기로 분류된다. 각 방식의 특징은 다음과 같다.

1) 자연환기: 차량의 피스톤 효과를 이용해 공기를 순환시키며, 설비가 필요 없어 경제적이다. 그러나 터널 길이 500m 이하의 단거리 터널에 적합하며, 장대터널에서는 환기량이 부족하다.

2) 종류식 환기: 터널 종방향으로 기류를 발생시켜 오염물질을 배출한다. 제트팬 방식은 설치와 유지보수가 간단하고, 삭칼드 방식은 대형 송풍기를 사용해 안정적이다. 일방향 교통 터널에서 유리하지만, 화재 시 연기 배출로 유독가스 피해가 우려된다.

3) 횡류식 환기: 천장 덕트를 통해 공기를 배출하거나 공급하며, 화재 시 연기 제어가 효과적이다. 그러나 설계와 시공이 복잡하고 비용이 높다.

4) 반횡류식 환기: 급기 또는 배기 중 하나만 덕트를 통해 이루어지며, 양방향 교통 터널에 적합하다. 횡류식보다 비용이 적지만 연기 제어 효율은 낮다.

5) 조합환기: 종류식, 횡류식 등을 조합해 터널 조건에 맞게 설계한다. 전기집진기나 수직갱을 추가해 효율을 높일 수 있다.

환기방식 선정 시 고려사항:

1) 터널 길이: 단거리 터널은 자연환기, 장대터널은 기계환기를 선정한다.

2) 교통 조건: 일방향 교통은 종류식, 양방향 교통은 횡류식 또는 반횡류식이 적합하다.

3) 환경 조건: 오염물질 배출로 인한 주변 환경 피해를 최소화해야 한다.

4) 화재 안전: 화재 시 연기 제어를 위한 최소 공기 속도와 운영 시나리오를 검토한다.

5) 경제성: 초기 건설비와 유지관리비를 고려해 경제적인 방식을 선택한다.

6) 단계 건설: 교통량 증가에 따라 환기 설비를 단계적으로 설치할 수 있도록 계획한다.

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토목시공기술사 시험에서는 터널 환기방식과 관련된 문제가 자주 출제됩니다.

특히 환기방식의 장단점, 선정 기준, 화재 시 대응 방안을 묻는 경우가 많습니다.

요약하면, 터널 환기방식은 터널의 특성과 운영 조건을 종합적으로 검토해 안전성과 경제성을 모두 만족하는 방식으로 선정해야 한다. 입니다.