- 목차 - Ⅰ. 개요 1 지하철미세먼지현황과개선기술의중요성 1 Ⅱ. 동향분석 6 국내동향 6 Ⅲ. 향후전망 10 지하철미세먼지개선기술전망 10 지하철의공기에포함되어있는유해입자들은미세먼지, 라돈, 포름알데히드, 석면등이 있다. 지하철공기중에떠다니는것이문제이며특히지하철역

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대규 민
6 years ago
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1 호 ( ) 국내지하철미세먼지현황과개선기술 - 1 -

2 - 목차 - Ⅰ. 개요 1 지하철미세먼지현황과개선기술의중요성 1 Ⅱ. 동향분석 6 국내동향 6 Ⅲ. 향후전망 10 지하철미세먼지개선기술전망 10 지하철의공기에포함되어있는유해입자들은미세먼지, 라돈, 포름알데히드, 석면등이 있다. 지하철공기중에떠다니는것이문제이며특히지하철역사의공기질은주로 미세먼지와고위험물질인석면과라돈에대한오염대책에각별한신경을써야한다. 도시철도는대부분환기가어려운지하구간으로되어있어대합실, 승강장, 전동차실내의 공기질은승객의쾌적성과건강에큰영향을미치는요소로부각되고있다. 본논문에서는국내지하철미세먼지현황과개선기술에대해서알아보고자한다.

3 국내지하철미세먼지현황과개선기술 한국생산기술연구원 여국현연구원 Ⅰ. 개요 1. 지하철미세먼지현황과개선기술의중요성 가. 개선기술의필요성 1) 원인 최근급진적인도시화와산업화가진행되면서도시의인구및경제활동범위의 팽창에따른산업시설과교통량의증가가대기환경오염도가심화되었고, 도심이발전 하면서국민의생활수준이점차높아짐과더불어대부분의사람들이하루중 80-90% 의시간을사무실, 가정, 학교등의실내공간에서보내게되면서실내공기질 의청정도는삶의질을결정하는중요한척도로자리매김하게되었다. 그중에서도시민들의주요이동수단으로이용하는도시철도는대부분환기가 어려운지하구간이며, 전동차객실은이용객이90% 이상의시간을체류하는공간이다. 전동차실내공기질은승객의쾌적성과건강에큰영향을미치는주요요소이다. 도시철도공기오염물질은환기구나계단을통하여유입되는실외적인요인과선로에서 발생되거나승객들의유동에따른실내적인요인으로분류된다. 최근연구결과에 의하면지하철터널과지하역사의미세먼지는대부분터널내열차운행등실내적 요인에의하여발생하는것으로나타났다. 터널은역사와역사를연결하는열차의 이동구간으로열차가운행하면서발생하는레일과차륜사이의마찰과긁힘으로인한 마모, 팬토그래프와급전시설의마찰로인한마모, 레일연마작업과지하구조물유지 보수작업등으로각종오염물질이지속적으로발생되어열차풍에의해흩어지고있다. 최근에는각역마다스크린도어 (PSD: platform screen door) 를설치하여터널공기가 승강장과대합실로확산되는것을차단하여역사의공기질을개선하고있으나, 반면 터널에서발생되는이물질들이외부로배출되지못하고축적될수있어스크린도어 설치전보다더공기질이악화될수있을것으로예측되고있다. 향후공기질관리를 위해서지하철내미세먼지개선기술의중요성이커지고있다. 본논문에서는지하철 객실내미세먼지농도현황을소개하고, 이를개선할수있는기술개발현황도함께 소개하고자한다

나. 미세먼지가인체에미치는영향 먼지는대략 0.005~500 μm의크기를가지고있으며, 입자의크기가 2.5μm미만의 미세입자(fine particle) 와 2.5 μm이상의거대입자(coarse particle) 로분류한다. 거대 입자와미세입자의총합을총부유분진 (TSP: total suspended particulate) 라고한다.

4 나. 미세먼지가인체에미치는영향 먼지는대략 0.005~500 μm의크기를가지고있으며, 입자의크기가 2.5μm미만의 미세입자(fine particle) 와 2.5 μm이상의거대입자(coarse particle) 로분류한다. 거대 입자와미세입자의총합을총부유분진 (TSP: total suspended particulate) 라고한다. 미세입자는심폐질환으로인한수명단축과시정(visibility) 감소의원인으로작용하여 건강에직간접적인피해를주기때문에최근총부유분진보다미세먼지와초미세먼지 에대한유해성연구가이루어지고있고미세먼지는법적적용대상오염물질이다. 미세먼지는대기중에오랫동안떠다니면서쉽게흡입될수있는위치에서잘가라 앉지않아문제가되는데청소등으로는제거하기가어렵다. 가벼운중량때문에공기 중에서수일때로는수주일부유하며, 기도를통해체내에들어와폐깊숙이안착하여 각종호흡기질환을일으키는원인이된다. 미세입자가유발하는질환으로는천식이 대표적이며, 천식은만성호흡기질환으로기침, 호흡곤란, 흉부압박감등의증상을 초래한다. 천식은환경변화에민감하게반응하여대기오염으로인한건강피해측면에서 환경보건의 건강지표 로사용되고있다. 미세입자는중금속의농축과관련하여중요하게다루어진다. 같은질량이면서거대 입자와미세입자가있을경우, 입자의크기가작아짐에따라표면적이급속히증가하기 때문에입자가유해중금속성분을함유하고있을때에는중금속의농축정도는급격히 증가하게된다. < 그림1> 미세먼지가인체에미치는영향 다. 지하철객실미세먼지농도분포특성 1) 노선평균오염물질농도 < 그림2> 에 2008년추계와동계및 2009년춘계에측정된지하철객실미세먼지 농도결과를나타내었다. 전반적으로객실미세먼지농도는추계가높게나타났으며, 1호선과분당선의농도가낮은것으로나타났다. 반면상대적으로심도가깊은 2기지 하철(4~8 호선) 이 1 기지하철에비하여평균적으로높게나타났다. 이는, 심도가깊고 - 4 -

출근 시간대 정차역에 미세먼지 농도변화 추이를 나타내었다. 계절별 농도 수준은 동계>추계>춘계 순으로 나타났으며 춘계측정 당시에는 출근시간대 서울시에 약 7.

5 상대적으로 지하구간 운행비율이 높은 2기 지하철에서 환기에 의한 미세먼지 저감이 더 어렵기 때문으로 판단된다. <그림2> 계절 및 노선별 출근시간대 PM10 농도 분포 2) 지하철 객실내 실내공기질 변화양상 지하철 객실내 실내공기질은 운행구간의 특성, 승객수, 외기조건 등에 따라 변화하게 되는데 <그림3>에 5호선 출근 시간대 정차역에 미세먼지 농도변화 추이를 나타내었다. 계절별 농도 수준은 동계>추계>춘계 순으로 나타났으며 춘계측정 당시에는 출근시간대 서울시에 약 7.5 mm의 강우가 관측되었으며, 기상청 관측결과 외기 미세먼지 농도가 21.5 / 으로 매우 낮게 관측된 날이었다. 동계측정일 외기 미세먼지 농도는 94 /, 추계측정일 외기 미세먼지 농도는 63.5 / 로 관측되어, 5호선 객실 미세먼지 농도는 외기에 영향을 받는 것으로 나타났다. <그림3> 5호선 운행구간별 객실 내 미세먼지 농도 변화 - 5 -

3) 지상구간과지하구간영향 9개대상노선에서지상구간은 43 개역, 지하구간은 250개역으로구분하여분석한결과 < 그림4> 와같이계절별로농도값차이는다소있었으나모든대상에서지하구간의 농도가높게나타났다. 지상구간대비지하구간에서미세먼지평균농도증가율은 51.9% 로분석되었다. 미세먼지의경우측정기간 ( 추계, 동계, 춘계) 오전출근시간대평 균외기농도는 54.

6 3) 지상구간과지하구간영향 9개대상노선에서지상구간은 43 개역, 지하구간은 250개역으로구분하여분석한결과 < 그림4> 와같이계절별로농도값차이는다소있었으나모든대상에서지하구간의 농도가높게나타났다. 지상구간대비지하구간에서미세먼지평균농도증가율은 51.9% 로분석되었다. 미세먼지의경우측정기간 ( 추계, 동계, 춘계) 오전출근시간대평 균외기농도는 54.8 μg/ m3으로, 지하철객실내지상구간운행시미세먼지평균농도인 64.4 μg/ m3와유사한수준으로나타나, 지상구간에서외기의직접적인영향을받는것으로 나타났다. < 그림4> 지상구간과지하구간에서의객실내평균미세먼지농도 Ⅱ. 동향분석 1. 국내동향 가. 국내지하철객실공기정화기술 1) 지하철차량의공조환기방식 지하철차량의경우 2대의냉방장치가지붕위에설치되어있고천정내에설치된 2열의 에어덕트를이용해객실에균등하게공기를분배하는방식을취하고있으며, 객실중앙부 리턴그릴로순환공기를유입하여재공급하게된다. 냉방장치가동시객실의공기흐름도는 < 그림 5> 과같다. 객실단부에위치한배기구 (exhaust outlet) 의역할은냉방시유입된외기를자연배기 하는것으로, 차량내가양압으로유지된다는조건에서설계되었다. 차량의종류나제작 - 6 -

시기에따라배기구는강제배기방식으로설치된경우도있다. 한편, 객실내의공기를순화 시키는장치로라인데리아가사용되고있다. < 그림5> 도시철도차량의일반적인공조환기방식 나. 지하철객실공기정화기술 한국철도기술연구원도시철도공기질개선연구단 ( 연구단장박덕신 ) 에서는 2009 년부터 지하철터널과차량의공기질개선기술개발연구를국토해양부미래도시철도기술개발 사업의일환으로수행하고있다.

7 시기에따라배기구는강제배기방식으로설치된경우도있다. 한편, 객실내의공기를순화 시키는장치로라인데리아가사용되고있다. < 그림5> 도시철도차량의일반적인공조환기방식 나. 지하철객실공기정화기술 한국철도기술연구원도시철도공기질개선연구단 ( 연구단장박덕신 ) 에서는 2009 년부터 지하철터널과차량의공기질개선기술개발연구를국토해양부미래도시철도기술개발 사업의일환으로수행하고있다. 이중차량공기질개선기술은 Subway Cabin Air Purifier(SCAP) 으로명명되어우선적으로개발이진행되었으며운행차량장착평가가완료 및환경부녹색기술인증(GT 호) 을받은기술이다. 이장치는객실내미세 먼지와이산화탄소를동시에저감할수있으며, 기존운행차량에쉽게설치될수있고 최소의유지보수비용이소요되는모듈형공기정화장치이다. 특히출퇴근시간대와같이 승객이밀집되는시간대에객실내공기를환기에의존하여정화하는것은물리적으로매우 어렵다. 또한지하터널을주로운행하는지하철의경우외부의신선공기를도입하는것이 불가능하기때문에객실내부에오염공기를정화할수있는기술이요구된다. 이러한문제 점을해결하기위하여개발된 SCAP 은< 그림6> 에제시한바와같이두대의송풍기 (BLDC motor) 가실내공기를유입하여미세먼지를정전롤필터 (electretroll filter) 로제거하며, 이 산화탄소의경우선택적흡착제를통하여제거하는기술이다. 정전필터와송풍기사이에 이산화탄소를선택적으로흡착할수있는흡착제가카트리지형식으로삽입되며, 객실내 이산화탄소농도가일정농도이상으로증가할경우센서신호를통해송풍기가가동되는 방식으로구성된다. 미세먼지포집에의하여오염된필터를자동으로감아재생시킴으로써 필터의사용주기를획기적으로증대시켰다. < 그림 7> 에핵심기술에대한이미지를함께 제시하였다

<그림6> 지하철 객실공기정화장치 구성도 <그림7> SCAP에 적용된 2중

5호선 차량에 시험 장착되어 약 6개월간 신뢰성, 안정성 및 성능 평가 연구가

8 <그림6> 지하철 객실공기정화장치 구성도 <그림7> SCAP에 적용된 2중 정전롤필터와 이산화탄소 흡착제 이미지 다. 지하철 객실공기정화장치 적용에 따른 공기질 개선효과 개발된 SCAP시제품은 국내 지하철중 이용객수가 가장 많고 혼잡도가 높은 서울메트로 2호선과 서울도시철도공사 5호선 차량에 시험 장착되어 약 6개월간 신뢰성, 안정성 및 성능 평가 연구가 수행되었다. <그림 8>에 실제 지하철 차량에 장착된 SCAP 모습을 나타내었다. <그림8> 지하철 2호선 및 5호선 차량 SCAP 설치 모습 - 8 -

지하철 객실공기정화장치 설치에 따른 공기질 개선효과는 동일 편성의 지하철에서 SCAP 설치차량과 비설치차량내 실내 미세먼지를 동시에 측정하여 상대평가를 수행하였는데, <그림 9> 에 나타낸바와 같이 한량의 지하철 객실 천정부에 두 대의 SCAP이 설치되어 운영되고, 객실 중앙 선반위에 미세먼지 농도를 측정할 수 있는 광산란입자측정장비(Optical

9 지하철 객실공기정화장치 설치에 따른 공기질 개선효과는 동일 편성의 지하철에서 SCAP 설치차량과 비설치차량내 실내 미세먼지를 동시에 측정하여 상대평가를 수행하였는데, <그림 9> 에 나타낸바와 같이 한량의 지하철 객실 천정부에 두 대의 SCAP이 설치되어 운영되고, 객실 중앙 선반위에 미세먼지 농도를 측정할 수 있는 광산란입자측정장비(Optical Particle Sizer, TSI사)를 설치하여 실시간 미세먼지 농도를 모니터링 하였다. 동시에 SCAP이 설치되지 않은 객실에도 OPS를 동일 위치에 설치하여 측정결과를 비교하였다. <그림9> SCAP설치차량과 비설치차량 실내공기질 비교시험 <그림 10>은 지하철 2호선의 운행구간에 따른 객실 미세먼지(PM10)와 초미세먼지 (PM2.5)의 농도변화 양상을 나타내고 있다. 파란색 실선으로 나타난 것이 SCAP이 설치 된 객실내 PM10 농도이며, 붉은색 실선이 SCAP이 설치되지 않은 차량(Ref.)의 PM10 농도이다. 파란색 점선은SCAP설치 차량의 PM2.5농도를 붉은색 점선은 SCAP 비설치 차량의 PM2.5 농도를 나타내고 있다. 그림에서 보는 바와 같이 SCAP설치에 따라 객실 내 PM10농도는 평균15.5% 개선되는 것으로 나타났으며 5호선의 경우에는26%개선효과가 나타나 전체적으로 약 20.8%의 PM10개선효과가 나타나는 것으로 조사되었다. 또한 그림에서 빗금친 영역은 차량이 지상을 운행 하는 구간(ground stations)으로 지하운행 구간에 비하여 미세먼지 농도가 낮거나 낮아지는 것을 알 수 있다. 이는 2호선 지상구간이 한강 다리를 건너는 구간으로 외기 미세먼지 농도가 상대적으로 낮은 구간을 통과하기 때문이다. <표1>에 지하철 2호선과 5호선 객실에서 측정된 SCAP 설치차량과 비설치 차량의 객실 PM10, PM2.5농도 평균값과 PM2.5/PM10의 비율 및 측정 당시 외기 PM10 농도결과를 함께 제시하였다. SCAP설치에 따라 PM10의 개선효과가 PM2.5의 개선효과보다 높게 나타나는 것을 알 수 있으며, 외기 PM10 농도에 비하여 2호선 및 5호선 모두 높은 미세먼지 오염이 나타나는 것을 알 수 있다

이에 정부 차원에서도 실내공기질 관리에 대한 법적 기준마련과 대중교통차량에 대한 실내공기질 권고기준을 고시 하고 있으며, 차량 제작자 및 운행기관의 운행관리지침을 제공하고 있다.

10 <그림10> SCAP설치 차량의 PM10 개선효과 <표1> SCAP설치차량과 비설치 차량의 객실 PM10, PM2.5 평균농도 Ⅲ. 향후 전망 1. 지하철 미세먼지 개선기술 전망 일반시민이 가장 많이 이용하는 대중교통수단인 지하철의 경우 실내공기질에 대한 지속적 개선요구와 이용객 불평/불만 민원이 많이 발생하고 있는 실정이다. 이에 정부 차원에서도 실내공기질 관리에 대한 법적 기준마련과 대중교통차량에 대한 실내공기질 권고기준을 고시 하고 있으며, 차량 제작자 및 운행기관의 운행관리지침을 제공하고 있다. 대중교통차량 가운데 지하철의 경우 지하구간을 운행하는 특성으로 인해 미세먼지의 오염문제가 가장 심각한 상황이며, 최근 중국에서 기인하는 초미세먼지와 황사 등 급격한 외기오염 발생시 지하공간의 오염도는 더욱 증가할 수 밖에 없는 실정이다. 이는 실내공간의 오염이 외기와 밀접한 상관

11 관계를가지고있기때문이다. 지하철공기질에대한사회적관심이증대되고있고, 지하철운영처의공기질개선을위한 유지관리및새로운설비구축이진행되고있으며, 공기질실태조사및오염원규명을위한 연구가꾸준히진행되어야한다. 그리고승객의주요체류공간인지하철객실공기에대한 복합적인평가연구, 공기질개선을위한상용화기술개발, 인체노출위해성평가등많은 부분에있어서는보다적극적인연구가필요한것으로판단된다 < 참고문헌> 1. 권순박, 지하철미세먼지현황과개선기술, 권순박, 지하철객차내의공기질현황및환경개선을위한최근기술동향, 임용찬외 4 명, 신분당선전동차실내공기질향상에관한연구, 지하철역출퇴근길, 내가숨쉬는공기는괜찮을까?, 뉴스젤리,

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<C6EDC1FD2DBAB8B0C7C8AFB0E6BFACB1B8BFF8BAB82DC7D5BABB2E687770> 246 부산광역시보건환경연구원보제 27 권 / 2018 년 실내공기질자동측정망운영 28) 유동인구가많은지하역사내실내공기질을적정하게유지하기위해상시모니터링하고, 과학적이고효율적인실내공기관리로시민의건강보호및환경상위해예방 1. 조사개요 조사기간 : 2017. 1. 2017. 12. 조사대상 : 조사지점 (8개역사 11개지점 ) - 수영역, 연산역, 미남역, 덕천역,