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2020년 12월 20일 (일) 17:55 판

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 지하철 터널 내 클린로드 시스템 접목을 통한 미세먼지 저감

영문 : Reducing Fine Dust by Using Clean-Road System in Subway Tunnel

과제 팀명

김&장 조

지도교수

동종인 교수님

개발기간

2020년 9월 ~ 2020년 12월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 환경공학부 20178900** 장*연(팀장)

서울시립대학교 환경공학부 20148900** 장*현

서울시립대학교 환경공학부 20168900** 김*영

서울시립대학교 환경공학부 20168900** 김*현

서울시립대학교 환경공학부 20114300** 남**

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

현대인에게 지하철역은 일상적인 공간이다. 경기도 교통정보센터 조사에 의하면 하루 평균 지하철 이용객의 수는 1호선의 경우 1,328,000명, 2호선의 경우 1,553,000명인 것으로 나타났다. 그런데 지하철 운행 시 선로와 열차 바퀴가 서로 마모하면서 금속물질, 미세먼지와 같은 오염물질이 다량 발생된다. 이에 따라 지하철 내 발생하는 미세먼지 처리의 필요성이 끊임없이 논의되어 왔으며 그로 인해 정부는 양방향 전기집진기를 설치할 예정이다. 그러나 이것은 환풍구로 통과하는 미세먼지만을 처리하고 바닥에 가라앉거나 부착된 미세먼지는 처리하지 못한다는 한계점이 있다. 또한 기존의 지하철 노선 청소방식은 지하철 운행 시 발생되는 분진을 즉시 처리하지 못하여 승객이 분진에 그대로 노출되고 있다. 따라서 본 설계에서는 기존에 도로의 미세먼지 저감을 위해 사용되는 스프링클러를 지하철 노선에 접목시켜 양방향 전기집진기로 처리되지 못하는 미세먼지를 처리하고 지하철 운행으로 발생되는 분진을 발생하는 즉시 처리고자 한다. 클린로드 시스템의 경우 살수한 물에 미세먼지뿐 아니라 배기가스에 포함되어 있는 NOx, 탄화수소 등도 포함되어 있어 환경으로 유입될 시 환경부하가 심한 반면 지하철의 경우 NOx, 탄화수소 등이 존재하지 않아 쉽게 지하수로 회수하여 재활용 가능하다는 강점도 존재한다. 추가로 기존의 스프링클러는 효율이 낮고 운용하기에 여러 가지 단점을 가지고 있어 그 원인을 파악하여 개선하여 지하철을 이용하는 승객의 건강 증진과 지하철 내 설비 유지 및 수질오염 개선에 기여하고자 한다.

개발 과제의 배경 및 효과

◇ 지하철 운행 시 다량의 미세먼지 발생
◇ 기존 도로 위 스프링클러(클린로드 시스템)가 탁월한 효과를 얻지 못함.
◇ 현재 선로 내 분진을 제거하는 방식이 효율이 낮음
◇ 오염수를 그대로 방류하여 환경오염 발생
◇ 설치 예정인 양방향 전기집진기와 병행 시 시너지 효과 기대
◇ 기존 배수시설의 확충 및 개선

개발 과제의 목표와 내용

◇ 지하철 선로 내부의 환경에 알맞은 스프링클러의 설계
 기존 스프링클러의 낮은 효율의 원인을 파악하여 개선한 뒤, 지하철 노선 환경에 맞게 살수량, 살수 세기, 살수 각도 등을 설계하여 일사량과 온도 등에 의한 영향을 줄인다. 또한 분사 주기를 적절하게 조절하여 미세먼지 저감량과 경제성을 높인다.

◇ 자동화 시스템 구축
 우천이나 지하철 운행 등, 상황에 맞춰 운행되는 자동 살수 운용 시스템을 구축하여 수자원 사용량를 줄이고 인력을 저감하여 경제성을 확보한다.

◇ 기존 배수시설의 문제 해결
 기존 배수시설의 문제인 오염물의 퇴적, 하절기 악취 및 동절기 동파 사고 방지 등을 예방하도록 설계하고 스프링클러 사용으로 증가한 유출수를 배수할 수 있도록 확충 설계한다.

◇ 세척 후 발생한 오염수의 처리
 스프링클러로 미세먼지를 세척했을 때 발생하는 오염수를 그대로 방류하지 않고 폐수 처리 시설을 거칠 수 있도록 배수경로를 고안한다.

◇ 공공시설 사용자의 삶의 질 개선
 현재 운용되고 있는 도로 위 스프링클러의 경우 살수된 물이 차량이나 보행자에게 튀거나 악취를 발생하여 불쾌감을 형성하기도 한다. 따라서 이러한 점을 개선하여 지하철 이용자에게 불쾌감을 주지 않도록 설계한다. 또한 지하철 운행으로 발생되는 분진을 발생하는 즉시 처리하여 지하철을 이용하는 승객의 건강을 증진시키고 지하철 내 설비의 유지에 기여하도록 한다.

관련 기술의 현황

State of art

<국내>

◇ 지하철 터널의 환기시스템은 1974년 1호선 개통이후 자연환기 방식에서 기술의 발전에 따라 점차 기계 환기 방식으로 전환되어왔다. 단선 구간 환기방식과 복선 구간 환기방식 또한 지하철 환기시스템으로 이용되고 있다. 단선 구간 환기 방식은 FAN을 이용하여 환기시키는 강제 환기 방식과 지하철의 운행에 따른 피스톤 효과를 이용하는 자연 환기 방식이 있고, 복선 구간의 환기 방식은 FAN을 이용하여 중앙부를 강제 급기한 후 양쪽 끝에서 강제 배기 시키는 방식과 반대로 중앙에서 강제 배기 시키고 양쪽 끝에서 자연 급기 시키는 방식이 있다.
◇ 1997년에는 세계에서 열 번째로 분진흡입열차가 서울 지하철에 도입되었다.
◇ 2016년 지하철 터널 내 공기 질을 개선하기 위해서 전기집진기와 루버 관성집진기를 결합한 집진장치에 대한 연구가 수행되었다.
◇ 최근에는 양방향 전기집진기가 개발되어 일부 지하철 본선 환기구에 설치가 되었으며 미세먼지 저감 기술로 지정받았다.

<해외>

◇ 미국은 지하철 청소를 위한 진공 선로청소 열차인 VAK-TRAK를 연간 정기적으로 운행하고 있다. 이 열차는 현재 파리, 몬트리올, 런던, 브뤼셀, 밀라노, 로마, 뉴욕, 서울에도 도입되어 사용되고 있으며 프랑스에서 제작된 청소용 열차이다.
◇ 런던 외 영국의 일부 지하철에서는 Tunnel cleaning trains이 운행되고 있다.
◇ 영국 등 일부 국가에서도 우리나라와 마찬가지로 트랙 청소 및 미세먼지 청소를 위한 살수열차가 운행되고 있다.

기술 로드맵

1. 기술로드맵.png

특허조사

내용

특허전략

내용

개발과제의 기대효과

기술적 기대효과

내용

경제적 및 사회적 파급효과

내용

구성원 및 추진체계

내용

설계

설계사양

내용

개념설계안

내용

이론적 계산 및 시뮬레이션

내용

조립도

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조립순서

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부품도

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제어부 및 회로설계

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소프트웨어 설계

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자재소요서

내용

결과 및 평가

완료작품 소개

프로토타입 사진

내용

포스터

내용

특허출원번호 통지서

내용

개발사업비 내역서

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완료 작품의 평가

내용

향후평가

내용

부록

참고문헌 및 참고사이트

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소프트웨어 프로그램 소스

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   ◇ 영국 등 일부 국가에서도 우리나라와 마찬가지로 트랙 청소 및 미세먼지 청소를 위한 살수열차가 운행되고 있다.
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