수치해석을 활용한 승강장 바닥배기 시스템 최적화 연구 (Study on the optimal design of floor exhaust system using computational fluid dynamics for subway platform)

서지정보

· 발행기관 : 한국산학기술학회
· 수록지 정보 : 한국산학기술학회논문지 / 18권 / 2호 / 443 ~ 449페이지
· 저자명 : 남궁형규, 박세찬, 김민해, 김수연, 권순박

초록

최근 국내 도시철도 지하역사에는 승강장 안전문의 설치로 인한 승강장의 급·배기 불균형이 일어나며, 이러한 불균형은 승강장 내 오염물질 축적과 환기부족에 의한 쾌적성 저하를 일으키는 원인이 된다. 본 연구에서는 시뮬레이션 유동해석 프로그램을 이용하여 지하역사 바닥배기 시스템의 최적화 설계를 하고, 제작된 바닥배기 시스템의 미세먼지 제거 성능을 실험으로 검증하였다. 바닥배기 시스템의 시뮬레이션 유동해석은 CFX 17.0 프로그램을 이용하였으며, HEEDS를 최적화 소프트웨어로 적용하였다. 3차에 걸쳐 이루어진 최적화 결과, 약 430 Pa의 차압과 61%의 미세먼지 제거 성능을 갖는 전체높이 1.78 m의 바닥배기 시스템이 도출되었다. 최적화 설계에 따라 실규모로 제작된 바닥배기 시스템을 이용하여 미세먼지 집진성능 실험을 실시하였으며, 약 65%의 집진효율을 보임으로써 수치해석을 통해 도출된 최적설계 결과와 유사한 수준임을 검증하였다. 결과적으로 최적화 프로그램을 활용한 바닥배기 시스템의 설계가 급배기 불균형을 갖고 있는 지하역사 승강장에 적용 가능함을 확인하였으며, 설계된 바닥배기 시스템이 공간상의 제약으로 추가적인 배기설비 설치가 어려운 기존 지하역사에서 배기개선 및 미세먼지 제거에 효과적으로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

영어초록

The imbalance of air supply and the exhaust on subway platforms has led to the installation of platform screen doors in underground subway stations. This imbalance causes the accumulation of pollutants on the platform and loss of comfort due to the lack of ventilation. In this study, a floor exhaust system was optimized using computational fluid dynamics (CFD) and an optimization program. The optimized floor exhaust system was manufactured and tested experimentally to evaluate the particle collection efficiency. CFX 17.0 and HEEDS were used to analyze the flow field and optimize the principal dimensions of the exhaust system. As a result of the three-step optimization, the optimized floor exhaust system had a total height of 1.78 m, pressure drop of 430 Pa, and particle collection capability of 61%. A fine dust particle collection experiment was conducted using a floor exhaust system that was manufactured at full scale based on the optimized design. The experiment indicated about 65% particle collection efficiency. Therefore, the optimized design can be applied to subway platforms to draw in exhaust air and remove particulate matter at the same time.

참고자료

· 없음