지형적 특성을 고려한 터널 조명제어 적용에 관한 연구

Abstract

우리나라는 국토의 대부분을 바다가 둘러싸고 있고 국토 지형의 특성상 산악지형이 많아 터널 또는 지하차도 공사는 도로 개설시 필수적인 구조물이며 계속되는 4차혁명의 발달로 인해 터널건설은 매년 꾸준히 증가하고 있다. 터널의 형태는 지형적요인, 지역 인프라, 교통량해소 등등을 고려 다양한 형태로 건설되고 수송시간 및 빠른보급등을 위해 도로의 터널화가 더욱 가속되고 있다. 터널을 이용하는 운전자 또한 증가함에 따라 양질의 조명이 필요하며 기후변화, 교통량, 설계속도, 야외휘도의 변화, 태양의 고도등에 따른 특징을 고려해 운전자가 자연스럽게 터널 내/외부의 휘도에 적응하도록 국내에서는 KS C 3703 터널조명 설계기준이 마련되어 있다. 또한 터널조명은 주간과 야간 모두 조명이 요구되며, 길이방향으로 많은 전기에너지가 소비되고 있어 에너지 절약의 중요성도 커지고 있는데 보통 1단계 주간(맑음), 2단계 주간(흐림), 3단계 일출․일몰, 4단계 야간, 5단계 심야등 5단계로 터널 조명 제어가 이루어지고 있으나 실제 터널조명 제어의 운영실태는 에너지절약 설계기준이 없어 무분별 운영으로 불필요한 전기에너지를 낭비하고 있는 실정이다. 본 연구에서는 지형적특성 및 터널의 구조적 특성을 적용하여 터널조명 내부에 필요한 휘도를 산출하는 조도 및 휘도계산을 구성하고 터널조명 제어기법과 운영방식에 따른 설계적합성 및 최적의 제어시스템을 적용해 전기 에너지절약의 최선이 되는 터널 조명제어 적용방식에 대해 연구하였다. 연구한 방법은 터널내 구간별 평균노면휘도(cd/㎟), 평균조도(lx), 종합균제도(U0), 차선축균제도(U1), 임계치증분(TI), 플리커(hz)등 터널시뮬레이션 전용 프로그램인 Relux Tunnel을 활용 시뮬레이션을 수행하였고, 최적의 조명제어방식을 적용해 년간 전력요금을 비교한 결과 지형적 특성을 고려했을 때 전기에너지가 절감됨을 확인하였다.; In Korea, most of the land is surrounded by the sea, and due to the nature of the terrain, there are many mountainous terrains, so tunnel or underground roadway construction is an essential structure when opening roads, and tunnel construction is steadily increasing every year due to the development of the fourth revolution.

The tunnel type is constructed in various forms considering the topographical factors, regional infrastructure, traffic reduction, etc., and the tunneling of roads has been accelerated for transportation time and rapid supply.

As the number of drivers using tunnels also increases, high-quality lighting is required, and KS C is used in Korea so that drivers can naturally adapt to the brightness inside/outside the tunnel, taking into account characteristics such as climate change, traffic volume, speed, changes in external luminance, and altitude of the sun. 3703 Tunnel lighting design standards are in place.

In addition, tunnel lighting requires both day and night lighting, and the importance of energy saving is increasing due to the large amount of electrical energy consumed in the longitudinal direction. Usually, the first stage daytime (clear), the second stage daytime (cloudy), the third stage sunrise and sunset The tunnel lighting control is performed in 5 stages, 4th night, 5th late night, etc., but the actual operating condition of the tunnel lighting control is that there is no energy-saving design standard, and unnecessary electrical energy is wasted due to indiscriminate operation.

In this study, we applied the topographical characteristics and structural characteristics of the tunnel to construct the illuminance and luminance calculations to calculate the luminance required inside the tunnel lighting, and applied design compatibility and optimal control system according to the tunnel lighting controller method and operation method to save electric energy. The best way to apply tunnel lighting control was studied. The researched method is dedicated to tunnel simulations such as average road surface luminance (cd/㎟), average illumination (lx), uniformity ratio of illuminance (U0), roadside uniformity ratio of illuminance(U1), threshold (TI), and flicker (hz), in each tunnel. Simulation was performed using the program Relux Tunnel, and As a result of comparing the electric power amount by applying the optimal lighting control method, it was confirmed that the electric energy is reduced when the topographical characteristics are considered.